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45. Control ambiental interior

Redactor del capítulo:  Juan Guasch Farras

 


 

Índice del contenido 

Figuras y Tablas

Control de Ambientes Interiores: Principios Generales
A.Hernández Calleja

Aire Interior: Métodos de Control y Limpieza
E. Adán Liébana y A. Hernández Calleja

Objetivos y principios de la ventilación general y de dilución
Emilio Castejon

Criterios de ventilación para edificios no industriales
A.Hernández Calleja

Sistemas de Calefacción y Aire Acondicionado
F. Ramos Pérez y J. Guasch Farrás

Aire Interior: Ionización
E. Adán Liébana y J. Guasch Farrás

Mesas

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1. Contaminantes interiores más comunes y sus fuentes
2. Requisitos básicos-sistema de ventilación por dilución
3. Medidas de control y sus efectos
4. Ajustes al entorno de trabajo y efectos
5. Eficacia de los filtros (norma ASHRAE 52-76)
6. Reactivos utilizados como absorbentes de contaminantes.
7. Niveles de calidad del aire interior
8. Contaminación debida a los ocupantes de un edificio
9. Grado de ocupación de los diferentes edificios
10. Contaminación por el edificio.
11. Niveles de calidad del aire exterior
12. Normas propuestas para los factores ambientales
13. Temperaturas de confort térmico (basado en Fanger)
14. Características de los iones

Figuras

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Las personas en entornos urbanos pasan entre el 80 y el 90% de su tiempo en espacios interiores mientras realizan actividades sedentarias, tanto en el trabajo como en el tiempo libre. (Ver figura 1).

Figura 1. Los habitantes urbanos pasan del 80 al 90 % de su tiempo en interiores

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Este hecho llevó a la creación dentro de estos espacios interiores de ambientes más confortables y homogéneos que los que se encuentran al aire libre con sus condiciones climáticas cambiantes. Para que esto fuera posible, el aire dentro de estos espacios tuvo que ser acondicionado, calentándose durante la estación fría y enfriándose durante la estación cálida.

Para que la climatización fuera eficiente y rentable era necesario controlar el aire que entraba en los edificios desde el exterior, del que no se podía esperar que tuviera las características térmicas deseadas. El resultado fueron edificios cada vez más herméticos y un control más estricto de la cantidad de aire ambiental que se utilizaba para renovar el aire interior estancado.

La crisis energética de principios de la década de 1970, y la consiguiente necesidad de ahorrar energía, representó otro estado de cosas, a menudo responsable de reducciones drásticas en el volumen de aire ambiental utilizado para renovación y ventilación. Lo que se hacía comúnmente entonces era reciclar el aire dentro de un edificio muchas veces. Esto se hizo, por supuesto, con el objetivo de reducir el costo del aire acondicionado. Pero algo más empezó a ocurrir: el número de quejas, molestias y/o problemas de salud de los ocupantes de estos edificios aumentó considerablemente. Esto, a su vez, incrementó los costos sociales y económicos por el ausentismo y llevó a los especialistas a estudiar el origen de quejas que, hasta entonces, se pensaban independientes de la contaminación.

No es complicado explicar qué ha provocado la aparición de las quejas: los edificios se construyen cada vez de forma más hermética, se reduce el volumen de aire suministrado para la ventilación, se utilizan más materiales y productos para el aislamiento térmico de los edificios, el número de productos químicos y los materiales sintéticos empleados se multiplican y diversifican y se pierde progresivamente el control individual del entorno. El resultado es un ambiente interior cada vez más contaminado.

Los ocupantes de edificios con ambientes degradados reaccionan entonces, en su mayoría, expresando quejas sobre aspectos de su entorno y presentando síntomas clínicos. Los síntomas más comunes son los siguientes: irritación de las mucosas (ojos, nariz y garganta), dolores de cabeza, dificultad para respirar, mayor incidencia de resfriados, alergias, etc.

Cuando llega el momento de definir las posibles causas que desencadenan estas quejas, la aparente sencillez de la tarea da paso de hecho a una situación muy compleja en la que se intenta establecer la relación de causa y efecto. En este caso hay que fijarse en todos los factores (ambientales o de otro origen) que pueden estar implicados en las dolencias o los problemas de salud que han aparecido.

La conclusión, después de muchos años de estudiar este problema, es que estos problemas tienen múltiples orígenes. Las excepciones son aquellos casos en los que la relación de causa y efecto ha sido claramente establecida, como en el caso del brote de la enfermedad del legionario, por ejemplo, o los problemas de irritación o de aumento de la sensibilidad debido a la exposición al formaldehído.

El fenómeno recibe el nombre de El síndrome del edificio enfermo, y se define como aquellos síntomas que afectan a los ocupantes de un edificio en los que las quejas por malestar son más frecuentes de lo que razonablemente cabría esperar.

La Tabla 1 muestra algunos ejemplos de contaminantes y las fuentes de emisión más comunes que pueden estar asociadas con una caída en la calidad del aire interior.

Además de la calidad del aire interior, que se ve afectada por contaminantes químicos y biológicos, el síndrome del edificio enfermo se atribuye a muchos otros factores. Algunos son físicos, como el calor, el ruido y la iluminación; algunos son psicosociales, entre los que destacan la forma en que se organiza el trabajo, las relaciones laborales, el ritmo de trabajo y la carga de trabajo.

Tabla 1. Los contaminantes interiores más comunes y sus fuentes

Sitio

Fuentes de emisión

Contaminante

Exteriores

Fuentes fijas

 
 

Sitios industriales, producción de energía.

Dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono, partículas, monóxido de carbono, compuestos orgánicos

 

Vehículos motores

Monóxido de carbono, plomo, óxidos de nitrógeno

 

Suelo

Radón, microorganismos

De Interior

Materiales de construcción

 
 

piedra, hormigón

Radón

 

Compuestos de madera, chapa

formaldehído, compuestos orgánicos

 

Acústico

formaldehído, fibra de vidrio

 

Retardantes de fuego

Amianto

 

Pintar

Compuestos orgánicos, plomo

 

Equipos e instalaciones

 
 

Sistemas de calefacción, cocinas.

Monóxido y dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos, partículas

 

Fotocopiadoras

Ozone

 

Sistema de ventilación

fibras, microorganismos

 

Ocupantes

 
 

Actividad metabólica

Dióxido de carbono, vapor de agua, olores

 

Actividad biológica

Microorganismos

 

Actividad humana

 
 

Fumar

Monóxido de carbono, otros compuestos, partículas

 

Ambientadores

Fluorocarbonos, olores

 

Limpieza

Compuestos orgánicos, olores.

 

Ocio, actividades artísticas

Compuestos orgánicos, olores.

 

El aire interior juega un papel muy importante en el síndrome del edificio enfermo, por lo que controlar su calidad puede ayudar, en la mayoría de los casos, a corregir o ayudar a mejorar las condiciones que conducen a la aparición del síndrome. Sin embargo, debe recordarse que la calidad del aire no es el único factor que debe considerarse al evaluar los ambientes interiores.

Medidas para el Control de Ambientes Interiores

La experiencia demuestra que la mayoría de los problemas que ocurren en ambientes interiores son el resultado de decisiones tomadas durante el diseño y construcción de un edificio. Aunque estos problemas pueden solucionarse posteriormente mediante la adopción de medidas correctoras, cabe señalar que prevenir y corregir las deficiencias durante el diseño del edificio es más eficaz y rentable.

La gran variedad de posibles fuentes de contaminación determina la multiplicidad de acciones correctivas que se pueden tomar para controlarlas. El diseño de un edificio puede involucrar a profesionales de diversos campos, como arquitectos, ingenieros, diseñadores de interiores y otros. Por lo tanto, es importante en esta etapa tener en cuenta los diferentes factores que pueden contribuir a eliminar o minimizar los posibles problemas futuros que puedan surgir debido a la mala calidad del aire. Los factores que se deben considerar son

  • selección del sitio
  • diseño arquitectonico
  • selección de materiales
  • sistemas de ventilación y aire acondicionado utilizados para controlar la calidad del aire interior.

 

Selección de un sitio de construcción

La contaminación del aire puede tener su origen en fuentes cercanas o alejadas del sitio elegido. Este tipo de contaminación incluye, en su mayor parte, gases orgánicos e inorgánicos que resultan de la combustión, ya sea de vehículos automotores, plantas industriales o plantas eléctricas cercanas al sitio, y partículas suspendidas en el aire de diversos orígenes.

La contaminación que se encuentra en el suelo incluye compuestos gaseosos de materia orgánica enterrada y radón. Estos contaminantes pueden penetrar en la edificación a través de grietas en los materiales de construcción que están en contacto con el suelo o por migración a través de materiales semipermeables.

Cuando la construcción de un edificio se encuentra en las etapas de planificación, se deben evaluar los diferentes sitios posibles. Se debe elegir el mejor sitio, teniendo en cuenta estos hechos e información:

  1. Datos que muestran los niveles de contaminación ambiental en la zona, para evitar fuentes de contaminación lejanas.
  2. Análisis de fuentes de contaminación adyacentes o cercanas, tomando en cuenta factores tales como la cantidad de tráfico vehicular y posibles fuentes de contaminación industrial, comercial o agrícola.
  3. Los niveles de contaminación en el suelo y el agua, incluidos los compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles, el gas radón y otros compuestos radiactivos que resultan de la desintegración del radón. Esta información es útil si se debe tomar la decisión de cambiar el sitio o tomar medidas para mitigar la presencia de estos contaminantes dentro del futuro edificio. Entre las medidas que se pueden tomar están el sellado efectivo de los canales de penetración o el diseño de sistemas generales de ventilación que aseguren una presión positiva dentro del futuro edificio.
  4. Información sobre el clima y la dirección del viento predominante en la zona, así como las variaciones diarias y estacionales. Estas condiciones son importantes para decidir la orientación adecuada del edificio.

 

Por otra parte, las fuentes locales de contaminación deben controlarse mediante diversas técnicas específicas, como el drenaje o la limpieza del suelo, la despresurización del suelo o el uso de deflectores arquitectónicos o escénicos.

Diseño arquitectonico

La integridad de un edificio ha sido, durante siglos, un mandato fundamental a la hora de planificar y diseñar un nuevo edificio. Para ello se ha tenido en cuenta, hoy como ayer, la capacidad de los materiales para soportar la degradación por la humedad, los cambios de temperatura, el movimiento del aire, las radiaciones, el ataque de agentes químicos y biológicos o los desastres naturales.

El hecho de que los factores antes mencionados deban ser considerados al emprender cualquier proyecto arquitectónico no es un problema en el contexto actual: además, el proyecto debe implementar las decisiones correctas con respecto a la integridad y el bienestar de los ocupantes. Durante esta fase del proyecto se deben tomar decisiones sobre aspectos como el diseño de espacios interiores, la selección de materiales, la ubicación de actividades que podrían ser fuentes potenciales de contaminación, las aberturas del edificio hacia el exterior, las ventanas y el sistema de ventilación.

Aberturas de edificios

Las medidas efectivas de control durante el diseño del edificio consisten en planificar la ubicación y orientación de estas aberturas con miras a minimizar la cantidad de contaminación que puede ingresar al edificio desde fuentes de contaminación previamente detectadas. Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Las aberturas deben estar alejadas de fuentes de contaminación y no en la dirección predominante del viento. Cuando las aberturas estén cerca de fuentes de humo o escape, el sistema de ventilación debe planificarse para producir presión de aire positiva en esa área para evitar el reingreso del aire ventilado, como se muestra en la figura 2.
  • Se debe prestar especial atención para garantizar el drenaje y evitar filtraciones donde la edificación entre en contacto con el suelo, hacia la cimentación, en las áreas que estén losetas, donde se ubican el sistema de drenaje y conductos, y otros sitios.
  • El acceso a los muelles de carga y los garajes debe construirse lejos de los lugares normales de entrada de aire del edificio, así como de las entradas principales.

 

Figura 2. Penetración de la contaminación desde el exterior

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Durante los últimos años se ha invertido la tendencia observada en los años 1970 y 1980, y ahora se tiende a incluir ventanas funcionales en los nuevos proyectos arquitectónicos. Esto confiere varias ventajas. Uno de ellos es la capacidad de proporcionar ventilación suplementaria en aquellas áreas (se espera que sean pocas) que lo necesiten, suponiendo que el sistema de ventilación tenga sensores en esas áreas para evitar desequilibrios. Debe tenerse en cuenta que la capacidad de abrir una ventana no siempre garantiza que entre aire fresco en un edificio; si el sistema de ventilación está presurizado, abrir una ventana no proporcionará ventilación adicional. Otras ventajas son de carácter claramente psicosocial, permitiendo a los ocupantes un cierto grado de control individual sobre su entorno y acceso directo y visual al exterior.

Protección contra la humedad

Los principales medios de control consisten en reducir la humedad en los cimientos del edificio, donde los microorganismos, especialmente los hongos, pueden propagarse y desarrollarse con frecuencia.

Deshumidificar la zona y presurizar el suelo puede evitar la aparición de agentes biológicos y también puede evitar la penetración de contaminantes químicos que puedan estar presentes en el suelo.

Sellar y controlar las áreas cerradas del edificio más susceptibles a la humedad del aire es otra medida que se debe considerar, ya que la humedad puede dañar los materiales utilizados para revestir el edificio, con el resultado de que estos materiales pueden convertirse en una fuente de contaminación microbiológica. .

Planificación de espacios interiores.

Es importante conocer durante las etapas de planificación el uso que se le dará al edificio o las actividades que se llevarán a cabo en él. Es importante sobre todo saber qué actividades pueden ser fuente de contaminación; este conocimiento se puede utilizar para limitar y controlar estas posibles fuentes de contaminación. Algunos ejemplos de actividades que pueden ser fuentes de contaminación dentro de un edificio son la preparación de alimentos, la imprenta y las artes gráficas, fumar y el uso de fotocopiadoras.

La ubicación de estas actividades en lugares específicos, separados y aislados de otras actividades, debe decidirse de tal manera que los ocupantes del edificio se vean afectados lo menos posible.

Es recomendable que estos procesos estén provistos de un sistema de extracción localizada y/o sistemas generales de ventilación con características especiales. La primera de estas medidas está destinada a controlar los contaminantes en la fuente de emisión. El segundo, aplicable cuando las fuentes son numerosas, cuando se encuentran dispersas en un espacio determinado o cuando el contaminante es extremadamente peligroso, debe cumplir con los siguientes requisitos: debe ser capaz de proporcionar volúmenes de aire nuevo adecuados a las condiciones establecidas. estándares para la actividad en cuestión, no debe reutilizar nada del aire mezclándolo con el flujo general de ventilación del edificio y debe incluir extracción de aire forzado adicional cuando sea necesario. En tales casos, el flujo de aire en estos lugares debe planificarse cuidadosamente para evitar la transferencia de contaminantes entre espacios contiguos, creando, por ejemplo, presión negativa en un espacio determinado.

A veces, el control se logra eliminando o reduciendo la presencia de contaminantes en el aire mediante filtración o limpieza química del aire. Al utilizar estas técnicas de control, se deben tener en cuenta las características físicas y químicas de los contaminantes. Los sistemas de filtración, por ejemplo, son adecuados para la eliminación de partículas del aire, siempre que la eficiencia del filtro coincida con el tamaño de las partículas que se filtran, pero permiten el paso de gases y vapores.

La eliminación de la fuente de contaminación es la forma más eficaz de controlar la contaminación en los espacios interiores. Un buen ejemplo que ilustra el punto son las restricciones y prohibiciones de fumar en el lugar de trabajo. Donde se permite fumar, generalmente se restringe a áreas especiales que están equipadas con sistemas de ventilación especiales.

Selección de materiales

Al tratar de prevenir posibles problemas de contaminación dentro de un edificio, se debe prestar atención a las características de los materiales utilizados para la construcción y decoración, el mobiliario, las actividades laborales normales que se realizarán, la forma en que se limpiará y desinfectará el edificio y la forma en que se controlarán los insectos y otras plagas. También es posible reducir los niveles de compuestos orgánicos volátiles (COV), por ejemplo, considerando solo materiales y muebles que tengan tasas conocidas de emisión de estos compuestos y seleccionando aquellos con los niveles más bajos.

Hoy en día, si bien algunos laboratorios e instituciones han realizado estudios sobre emisiones de este tipo, la información disponible sobre las tasas de emisión de contaminantes por materiales de construcción es escasa; esta escasez se ve agravada además por la gran cantidad de productos disponibles y la variabilidad que presentan en el tiempo.

A pesar de esta dificultad, algunos productores han comenzado a estudiar sus productos ya incluir, generalmente a pedido del consumidor o del profesional de la construcción, información sobre las investigaciones realizadas. Los productos están cada vez más etiquetados ambientalmente seguro, Pintura no-toxica y así sucesivamente.

Sin embargo, aún quedan muchos problemas por superar. Ejemplos de estos problemas incluyen el alto costo de los análisis necesarios tanto en tiempo como en dinero; la falta de estándares para los métodos utilizados para analizar las muestras; la complicada interpretación de los resultados obtenidos debido a la falta de conocimiento de los efectos en la salud de algunos contaminantes; y la falta de acuerdo entre los investigadores sobre si los materiales con altos niveles de emisión que emiten durante un corto período de tiempo son preferibles a los materiales con bajos niveles de emisión que emiten durante períodos de tiempo más largos.

Pero lo cierto es que en los próximos años el mercado de los materiales de construcción y decoración será más competitivo y estará sometido a una mayor presión legislativa. Esto dará como resultado la eliminación de algunos productos o su sustitución por otros productos que tienen tasas de emisión más bajas. Medidas de este tipo ya se están tomando con los adhesivos utilizados en la producción de tejido de moqueta para tapicería y se ejemplifican aún más con la eliminación de compuestos peligrosos como el mercurio y el pentaclorofenol en la producción de pintura.

Hasta que se conozca más y madure la regulación legislativa en este campo, las decisiones sobre la selección de los materiales y productos más adecuados para su uso o instalación en las nuevas edificaciones quedarán en manos de los profesionales. Aquí se describen algunas consideraciones que pueden ayudarlos a llegar a una decisión:

  • La información debe estar disponible sobre la composición química del producto y las tasas de emisión de cualquier contaminante, así como cualquier información sobre la salud, la seguridad y la comodidad de los ocupantes expuestos a ellos. Esta información debe ser proporcionada por el fabricante del producto.
  • Se deben seleccionar productos que tengan las tasas de emisión más bajas posibles de cualquier contaminante, prestando especial atención a la presencia de compuestos cancerígenos y teratogénicos, irritantes, toxinas sistémicas, compuestos odoríferos, etc. Los adhesivos o materiales que presenten grandes superficies de emisión o absorción, tales como materiales porosos, textiles, fibras sin recubrir y similares, deberán especificarse y restringirse su uso.
  • Se deben implementar procedimientos preventivos para el manejo e instalación de estos materiales y productos. Durante y después de la instalación de estos materiales se debe ventilar exhaustivamente el espacio y Sacar del horno El proceso (ver más abajo) debe usarse para curar ciertos productos. También se deben aplicar las medidas higiénicas recomendadas.
  • Uno de los procedimientos recomendados para minimizar la exposición a las emisiones de nuevos materiales durante las etapas de instalación y acabado, así como durante la ocupación inicial del edificio, es ventilar el edificio durante 24 horas con 100 por ciento de aire exterior. La eliminación de compuestos orgánicos mediante el uso de esta técnica evita la retención de estos compuestos en materiales porosos. Estos materiales porosos pueden actuar como depósitos y fuentes posteriores de contaminación, ya que liberan los compuestos almacenados en el medio ambiente.
  • Incrementar la ventilación al máximo nivel posible antes de volver a ocupar un edificio después de que haya estado cerrado por un período, durante las primeras horas del día, y después de cierres de fin de semana o vacaciones, también es una medida conveniente que se puede implementar.
  • Un procedimiento especial, conocido como Sacar del horno, se ha utilizado en algunos edificios para “curar” nuevos materiales. Él Sacar del horno El procedimiento consiste en elevar la temperatura de un edificio durante 48 horas o más, manteniendo al mínimo el flujo de aire. Las altas temperaturas favorecen la emisión de compuestos orgánicos volátiles. A continuación, se ventila el edificio y, por lo tanto, se reduce su carga contaminante. Los resultados obtenidos hasta el momento muestran que este procedimiento puede ser efectivo en algunas situaciones.

 

Sistemas de ventilación y control de climas interiores

En espacios cerrados, la ventilación es uno de los métodos más importantes para el control de la calidad del aire. Hay tantas fuentes de contaminación en estos espacios, y las características de estos contaminantes son tan variadas, que es casi imposible gestionarlos por completo en la etapa de diseño. La contaminación generada por los propios ocupantes del edificio, por las actividades que realizan y los productos que utilizan para su higiene personal, son un ejemplo de ello; en general, estas fuentes de contaminación están fuera del control del diseñador.

La ventilación es, por lo tanto, el método de control normalmente utilizado para diluir y eliminar los contaminantes de los espacios interiores contaminados; puede realizarse con aire exterior limpio o aire reciclado convenientemente purificado.

Es necesario considerar muchos puntos diferentes al diseñar un sistema de ventilación para que sirva como un método adecuado de control de la contaminación. Entre ellos están la calidad del aire exterior que se utilizará; los requerimientos especiales de ciertos contaminantes o de su fuente generadora; el mantenimiento preventivo del propio sistema de ventilación, que también debe ser considerado una posible fuente de contaminación; y la distribución del aire en el interior del edificio.

La Tabla 2 resume los puntos principales que se deben considerar en el diseño de un sistema de ventilación para el mantenimiento de ambientes interiores de calidad.

En un sistema de ventilación/aire acondicionado típico, el aire que se ha tomado del exterior y que se ha mezclado con una porción variable de aire reciclado pasa a través de diferentes sistemas de aire acondicionado, generalmente se filtra, se calienta o enfría según la estación y se humedece. o deshumidificado según sea necesario.

Tabla 2. Requisitos básicos para un sistema de ventilación por dilución

Componente del sistema
o función

Requisito

Dilución por aire exterior

Debe garantizarse un volumen mínimo de aire por ocupante por hora.

 

El objetivo debe ser renovar el volumen de aire interior un mínimo de veces por hora.

 

El volumen de aire exterior suministrado debe aumentarse en función de la intensidad de las fuentes de contaminación.

 

Se debe garantizar la extracción directa al exterior de los espacios donde se desarrollarán actividades generadoras de contaminación.

Ubicaciones de entrada de aire

Debe evitarse colocar tomas de aire cerca de columnas de fuentes conocidas de contaminación.

 

Se deben evitar las áreas cercanas al agua estancada y los aerosoles que emanan de las torres de refrigeración.

 

Se debe evitar la entrada de cualquier animal y se debe evitar que las aves se posen o aniden cerca de las bocatomas.

Ubicación de la extracción de aire
viento

Los respiraderos de extracción deben colocarse lo más lejos posible de las ubicaciones de entrada de aire y debe aumentarse la altura del respiradero de descarga.

 

La orientación de las ventilaciones de descarga debe estar en la dirección opuesta a las campanas de entrada de aire.

Filtración y limpieza

Se deben utilizar filtros mecánicos y eléctricos para partículas.

 

Se debe instalar un sistema para la eliminación química de contaminantes.

Control microbiologico

Debe evitarse poner cualquier material poroso en contacto directo con las corrientes de aire, incluidos los de los conductos de distribución.

 

Se debe evitar la recolección de agua estancada donde se forma condensación en las unidades de aire acondicionado.

 

Se debe establecer un programa de mantenimiento preventivo y programar la limpieza periódica de humidificadores y torres de refrigeración.

Distribución del aire

Se debe eliminar y prevenir la formación de zonas muertas (donde no hay ventilación) y la estratificación del aire.

 

Es preferible mezclar el aire donde lo respiran los ocupantes.

 

Se deben mantener presiones adecuadas en todos los locales en función de las actividades que se realicen en ellos.

 

Los sistemas de propulsión y extracción de aire deben controlarse para mantener el equilibrio entre ellos.

 

Una vez tratado, el aire se distribuye por conductos a todas las zonas del edificio y se entrega a través de rejillas de dispersión. Luego se mezcla en los espacios ocupados intercambiando calor y renovando la atmósfera interior antes de que finalmente sea extraído de cada lugar por los conductos de retorno.

La cantidad de aire exterior que debe usarse para diluir y eliminar los contaminantes es objeto de mucho estudio y controversia. En los últimos años ha habido cambios en los niveles recomendados de aire exterior y en los estándares de ventilación publicados, en la mayoría de los casos implicando aumentos en los volúmenes de aire exterior utilizados. A pesar de ello, se ha señalado que estas recomendaciones son insuficientes para controlar eficazmente todas las fuentes de contaminación. Esto se debe a que los estándares establecidos se basan en la ocupación y no tienen en cuenta otras fuentes importantes de contaminación, como los materiales empleados en la construcción, el mobiliario y la calidad del aire extraído del exterior.

Por lo tanto, la cantidad de ventilación requerida debe basarse en tres consideraciones fundamentales: la calidad del aire que se desea obtener, la calidad del aire exterior disponible y la carga total de contaminación en el espacio que se ventilará. Este es el punto de partida de los estudios que ha llevado a cabo el profesor PO Fanger y su equipo (Fanger 1988, 1989). Estos estudios están orientados a establecer nuevos estándares de ventilación que cumplan con los requisitos de calidad del aire y que proporcionen un nivel aceptable de confort percibido por los ocupantes.

Uno de los factores que afecta la calidad del aire en los espacios interiores es la calidad del aire exterior disponible. Las características de las fuentes exteriores de contaminación, como el tráfico vehicular y las actividades industriales o agrícolas, ponen su control fuera del alcance de los diseñadores, propietarios y ocupantes del edificio. Es en casos de este tipo que las autoridades ambientales deben asumir la responsabilidad de establecer lineamientos de protección ambiental y de velar por su cumplimiento. Sin embargo, existen muchas medidas de control que se pueden aplicar y que son útiles para reducir y eliminar la contaminación del aire.

Como se mencionó anteriormente, se debe tener especial cuidado en la ubicación y orientación de los conductos de entrada y salida de aire, con el fin de evitar que la contaminación regrese al interior del edificio o de sus instalaciones (torres de refrigeración, conductos de cocina y baño, etc.) , así como de edificios en las inmediaciones.

Cuando el aire exterior o aire reciclado se encuentra contaminado, las medidas de control recomendadas consisten en filtrarlo y limpiarlo. El método más efectivo para eliminar partículas es con precipitadores electrostáticos y filtros de retención mecánica. Estos últimos serán más eficaces cuanto más precisos estén calibrados al tamaño de las partículas a eliminar.

El uso de sistemas capaces de eliminar gases y vapores por absorción y/o adsorción química es una técnica poco utilizada en situaciones no industriales; sin embargo, es común encontrar sistemas que enmascaran el problema de la contaminación, especialmente los olores, por ejemplo, mediante el uso de ambientadores.

Otras técnicas para limpiar y mejorar la calidad del aire consisten en utilizar ionizadores y ozonizadores. La prudencia sería la mejor política en el uso de estos sistemas para conseguir mejoras en la calidad del aire hasta que se conozcan claramente sus propiedades reales y sus posibles efectos negativos sobre la salud.

Una vez que el aire ha sido tratado y enfriado o calentado, se envía a los espacios interiores. Que la distribución del aire sea aceptable o no dependerá, en gran medida, de la selección, el número y la ubicación de las rejillas de difusión.

Dadas las diferencias de opinión sobre la eficacia de los diferentes procedimientos que deben seguirse para mezclar el aire, algunos diseñadores han comenzado a utilizar, en algunas situaciones, sistemas de distribución de aire que entregan aire a nivel del suelo o en las paredes como alternativa a las rejillas de difusión. en el techo. En cualquier caso, la ubicación de los registros de retorno debe planificarse cuidadosamente para evitar cortocircuitar la entrada y salida de aire, lo que impediría que se mezcle completamente como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Ejemplo de cómo se puede cortocircuitar la distribución de aire en espacios interiores

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Dependiendo de cuán compartimentados estén los espacios de trabajo, la distribución del aire puede presentar una variedad de problemas diferentes. Por ejemplo, en espacios de trabajo abiertos donde las rejillas de difusión están en el techo, es posible que el aire de la habitación no se mezcle por completo. Este problema tiende a agravarse cuando el tipo de sistema de ventilación utilizado puede suministrar volúmenes variables de aire. Los conductos de distribución de estos sistemas están equipados con terminales que modifican la cantidad de aire suministrado a los conductos en función de los datos recibidos de los termostatos de área.

Puede surgir una dificultad cuando el aire fluye a un ritmo reducido a través de un número significativo de estos terminales, situación que surge cuando los termostatos de diferentes áreas alcanzan la temperatura deseada, y la potencia de los ventiladores que empujan el aire se reduce automáticamente. El resultado es que el flujo total de aire a través del sistema es menor, en algunos casos mucho menor, o incluso que la inmisión de aire exterior nuevo se interrumpe por completo. La colocación de sensores que controlan el flujo de aire exterior en la entrada del sistema puede garantizar que se mantenga un flujo mínimo de aire nuevo en todo momento.

Otro problema que surge regularmente es que el flujo de aire se bloquea debido a la colocación de particiones parciales o totales en el espacio de trabajo. Hay muchas maneras de corregir esta situación. Una forma es dejar un espacio abierto en el extremo inferior de los paneles que dividen los cubículos. Otras formas incluyen la instalación de ventiladores suplementarios y la colocación de las rejillas de difusión en el suelo. El uso de fancoils de inducción suplementarios ayuda a mezclar el aire y permite un control individualizado de las condiciones térmicas del espacio dado. Sin desmerecer la importancia de la calidad del aire per se y los medios para controlarlo, se debe tener en cuenta que un ambiente interior confortable se logra por el equilibrio de los diferentes elementos que lo afectan. Realizar cualquier acción, incluso una acción positiva, que afecte a uno de los elementos sin tener en cuenta al resto puede afectar el equilibrio entre ellos, dando lugar a nuevas quejas por parte de los ocupantes del edificio. Las tablas 3 y 4 muestran cómo algunas de estas acciones, destinadas a mejorar la calidad del aire interior, provocan el fallo de otros elementos de la ecuación, por lo que ajustar el entorno de trabajo puede tener repercusiones en la calidad del aire interior.

Tabla 3. Medidas de control de la calidad del aire interior y sus efectos en los ambientes interiores

la columna Acción

Efecto

Ambiente termal

Aumento del volumen de aire fresco.

Aumento de giros

Reducción de la humedad relativa para control de agentes microbiológicos

Humedad relativa insuficiente

Entorno acústico

Suministro intermitente de aire exterior para conservar
energía

Exposición intermitente al ruido

Entorno visual

Reducción en el uso de luces fluorescentes para reducir
contaminación fotoquímica

Reducción de la eficacia de la iluminación.

Entorno psicosocial

Oficinas abiertas

Pérdida de intimidad y de un espacio de trabajo definido

 

Tabla 4. Ajustes del ambiente de trabajo y sus efectos en la calidad del aire interior

la columna Acción

Efecto

Ambiente termal

Basar el suministro de aire exterior en energía térmica
consideraciones

Volúmenes insuficientes de aire fresco.

El uso de humidificadores.

Peligro microbiológico potencial

Entorno acústico

Incremento en el uso de materiales aislantes

Posible liberación de contaminantes.

Entorno visual

Sistemas basados ​​únicamente en iluminación artificial

Insatisfacción, mortalidad vegetal, crecimiento de agentes microbiológicos

Entorno psicosocial

Uso de equipos en el espacio de trabajo, como fotocopiadoras e impresoras.

Aumento del nivel de contaminación

 

Asegurar la calidad del entorno general de un edificio cuando se encuentra en etapa de diseño depende, en gran medida, de su gestión, pero sobre todo de una actitud positiva hacia los ocupantes de ese edificio. Los ocupantes son los mejores sensores en los que los propietarios del edificio pueden confiar para medir el correcto funcionamiento de las instalaciones destinadas a proporcionar un ambiente interior de calidad.

Los sistemas de control basados ​​en un enfoque de "Gran Hermano", que toman todas las decisiones que regulan los ambientes interiores, como la iluminación, la temperatura, la ventilación, etc., tienden a tener un efecto negativo en el bienestar psicológico y sociológico de los ocupantes. Los ocupantes ven entonces disminuida o bloqueada su capacidad para crear condiciones ambientales que satisfagan sus necesidades. Además, los sistemas de control de este tipo a veces son incapaces de cambiar para cumplir con los diferentes requisitos ambientales que pueden surgir debido a cambios en las actividades realizadas en un espacio determinado, el número de personas que trabajan en él o cambios en la forma en que se asigna el espacio.

La solución podría consistir en instalar un sistema de control centralizado del ambiente interior, con controles localizados regulados por los ocupantes. Esta idea, muy utilizada en el ámbito del entorno visual donde la iluminación general se complementa con una iluminación más localizada, debe ampliarse a otras preocupaciones: calefacción y aire acondicionado generales y localizados, suministro general y localizado de aire fresco, etc.

En resumen, se puede decir que en cada caso una parte de las condiciones ambientales debe ser optimizada mediante un control centralizado basado en consideraciones de seguridad, salud y económicas, mientras que las diferentes condiciones ambientales locales deben ser optimizadas por los usuarios del sistema. espacio. Diferentes usuarios tendrán diferentes necesidades y reaccionarán de manera diferente a las condiciones dadas. Un compromiso de este tipo entre las distintas partes redundará sin duda en una mayor satisfacción, bienestar y productividad.

 

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Miércoles, febrero 16 2011 00: 49

Aire Interior: Métodos de Control y Limpieza

La calidad del aire dentro de un edificio se debe a una serie de factores que incluyen la calidad del aire exterior, el diseño del sistema de ventilación/aire acondicionado, la forma en que funciona y se mantiene el sistema y las fuentes de contaminación interior. En términos generales, el nivel de concentración de cualquier contaminante en un espacio interior vendrá determinado por el equilibrio entre la generación del contaminante y la velocidad de su eliminación.

En cuanto a la generación de contaminantes, las fuentes de contaminación también pueden ser externas o internas. Las fuentes externas incluyen la contaminación atmosférica por procesos de combustión industrial, tráfico vehicular, centrales eléctricas, etc.; la contaminación emitida cerca de los pozos de entrada por donde entra aire al edificio, como la de las torres de refrigeración o las salidas de escape de otros edificios; y emanaciones de suelos contaminados como gas radón, fugas de tanques de gasolina o pesticidas.

Entre las fuentes de contaminación interna, cabe mencionar las asociadas a los propios sistemas de ventilación y aire acondicionado (principalmente la contaminación microbiológica de cualquier segmento de dichos sistemas), los materiales utilizados para construir y decorar el edificio, y los ocupantes del mismo. edificio. Las fuentes específicas de contaminación interior son el humo del tabaco, los laboratorios, las fotocopiadoras, los laboratorios fotográficos y las imprentas, los gimnasios, los salones de belleza, las cocinas y cafeterías, los baños, los aparcamientos y las salas de calderas. Todas estas fuentes deben tener un sistema de ventilación general y el aire extraído de estas áreas no debe reciclarse a través del edificio. Cuando la situación lo amerite, estas áreas también deberán contar con un sistema de ventilación localizada que opere por extracción.

La evaluación de la calidad del aire interior comprende, entre otras tareas, la medición y evaluación de los contaminantes que puedan estar presentes en el edificio. Se utilizan varios indicadores para determinar la calidad del aire dentro de un edificio. Incluyen las concentraciones de monóxido de carbono y dióxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles totales (TVOC), partículas suspendidas totales (TSP) y la tasa de ventilación. Existen varios criterios o valores objetivo recomendados para la evaluación de algunas de las sustancias que se encuentran en los espacios interiores. Estos se enumeran en diferentes normas o directrices, como las directrices para la calidad del aire interior promulgadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS), o las normas de la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE).

Sin embargo, para muchas de estas sustancias no existen normas definidas. Por ahora, el curso de acción recomendado es aplicar los valores y estándares para entornos industriales proporcionados por la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH 1992). Luego se aplican factores de seguridad o de corrección del orden de la mitad, la décima o la centésima parte de los valores especificados.

Los métodos de control del aire interior se pueden dividir en dos grandes grupos: control de la fuente de contaminación, o control del ambiente con estrategias de ventilación y limpieza del aire.

Control de la Fuente de Contaminación

La fuente de contaminación se puede controlar por varios medios, incluidos los siguientes:

  1. Eliminación. Eliminar la fuente de contaminación es el método ideal para el control de la calidad del aire interior. Esta medida es permanente y no requiere futuras operaciones de mantenimiento. Se aplica cuando se conoce la fuente de contaminación, como en el caso del humo del tabaco, y no requiere sustitución de agentes contaminantes.
  2. Sustitución. En algunos casos, la sustitución del producto que es la fuente de contaminación es la medida que se debe utilizar. En ocasiones es posible cambiar el tipo de productos utilizados (para limpieza, decoración, etc.) por otros que presten el mismo servicio pero que sean menos tóxicos o presenten menos riesgos para las personas que los utilizan.
  3. Aislamiento o confinamiento espacial. Estas medidas están diseñadas para reducir la exposición al limitar el acceso a la fuente. El método consiste en interponer barreras (parciales o totales) o contenciones alrededor de la fuente de contaminación para minimizar las emisiones al aire circundante y limitar el acceso de personas al área cercana a la fuente de contaminación. Estos espacios deben estar equipados con sistemas de ventilación suplementarios que puedan extraer aire y proporcionar un flujo de aire dirigido donde sea necesario. Ejemplos de este enfoque son los hornos cerrados, las salas de calderas y las salas de fotocopias.
  4. Sellado de la fuente. Este método consiste en utilizar materiales que emitan niveles mínimos de contaminación o que no emitan nada. Este sistema ha sido sugerido como una forma de inhibir la dispersión de las fibras de asbesto sueltas del aislamiento viejo, así como para inhibir la emisión de formaldehído de las paredes tratadas con resinas. En edificios contaminados con gas radón, esta técnica se utiliza para sellar bloques de hormigón y grietas en las paredes del sótano: se utilizan polímeros que evitan la inmisión de radón del suelo. Las paredes del sótano también se pueden tratar con pintura epoxi y un sellador polimérico de polietileno o poliamida para evitar la contaminación que puede filtrarse a través de las paredes o del suelo.
  5. Ventilación por extracción localizada. Los sistemas de ventilación localizada se basan en la captura del contaminante en la fuente o lo más cerca posible de ella. La captura se logra mediante una campana diseñada para atrapar el contaminante en una corriente de aire. Luego, el aire fluye por conductos con la ayuda de un ventilador para ser purificado. Si el aire extraído no se puede purificar o filtrar, debe ventilarse hacia el exterior y no debe reciclarse nuevamente dentro del edificio.

 

Control del Medio Ambiente

Los ambientes interiores de los edificios no industriales suelen tener muchas fuentes de contaminación y, además, tienden a estar dispersos. El sistema más empleado para corregir o prevenir problemas de contaminación en interiores, por tanto, es la ventilación, ya sea general o por dilución. Este método consiste en mover y dirigir el flujo de aire para capturar, contener y transportar los contaminantes desde su fuente hasta el sistema de ventilación. Además, la ventilación general también permite el control de las características térmicas del ambiente interior mediante aire acondicionado y recirculación de aire (ver “Objetivos y principios de la ventilación general y de dilución”, en otra parte de este capítulo).

Para diluir la contaminación interna, se recomienda aumentar el volumen de aire exterior solo cuando el sistema es del tamaño adecuado y no provoca una falta de ventilación en otras partes del sistema o cuando el volumen agregado no impide una correcta climatización. . Para que un sistema de ventilación sea lo más efectivo posible, se deben instalar extractores localizados en las fuentes de contaminación; el aire mezclado con contaminación no debe reciclarse; los ocupantes deben colocarse cerca de las ventilaciones de difusión de aire y las fuentes de contaminación cerca de las ventilaciones de extracción; los contaminantes deben ser expulsados ​​por la ruta más corta posible; y los espacios que tienen fuentes de contaminación localizadas deben mantenerse a una presión negativa en relación con la presión atmosférica exterior.

La mayoría de las deficiencias de ventilación parecen estar relacionadas con una cantidad inadecuada de aire exterior. Sin embargo, una distribución inadecuada del aire ventilado también puede provocar problemas de mala calidad del aire. En habitaciones con techos muy altos, por ejemplo, donde se suministra aire caliente (menos denso) desde arriba, la temperatura del aire puede estratificarse y la ventilación no podrá diluir la contaminación presente en la habitación. La colocación y ubicación de las ventilaciones de difusión de aire y las ventilaciones de retorno de aire en relación con los ocupantes y las fuentes de contaminación es una consideración que requiere atención especial cuando se diseña el sistema de ventilación.

Técnicas de limpieza del aire

Los métodos de limpieza del aire deben diseñarse y seleccionarse con precisión para tipos de contaminantes específicos y muy concretos. Una vez instalado, el mantenimiento regular evitará que el sistema se convierta en una nueva fuente de contaminación. Las siguientes son descripciones de seis métodos usados ​​para eliminar contaminantes del aire.

Filtración de partículas

La filtración es un método útil para eliminar líquidos o sólidos en suspensión, pero hay que tener en cuenta que no elimina gases ni vapores. Los filtros pueden capturar partículas por obstrucción, impacto, intercepción, difusión y atracción electrostática. La filtración de un sistema de aire acondicionado interior es necesaria por muchas razones. Una es evitar la acumulación de suciedad que pueda causar una disminución de su eficiencia de calefacción o refrigeración. El sistema también puede ser corroído por ciertas partículas (ácido sulfúrico y cloruros). La filtración también es necesaria para evitar una pérdida de equilibrio en el sistema de ventilación debido a los depósitos en las aspas del ventilador y la información falsa que se envía a los controles debido a los sensores obstruidos.

Los sistemas de filtración de aire interior se benefician al colocar al menos dos filtros en serie. El primero, un prefiltro o filtro primario, retiene solo las partículas más grandes. Este filtro debe cambiarse con frecuencia y prolongará la vida útil del próximo filtro. El filtro secundario es más eficiente que el primero y puede filtrar esporas de hongos, fibras sintéticas y, en general, polvo más fino que el que recoge el filtro primario. Estos filtros deben ser lo suficientemente finos para eliminar irritantes y partículas tóxicas.

Se selecciona un filtro en función de su eficacia, su capacidad para acumular polvo, su pérdida de carga y el nivel requerido de pureza del aire. La eficacia de un filtro se mide según las normas ASHRAE 52-76 y Eurovent 4/5 (ASHRAE 1992; CEN 1979). Su capacidad para retención mide la masa de polvo retenido multiplicada por el volumen de aire filtrado y se utiliza para caracterizar filtros que retienen solo partículas grandes (filtros de baja y media eficiencia). Para medir su capacidad de retención, se fuerza a través de un filtro un polvo de aerosol sintético de concentración y granulometría conocidas. la porción retenida en el filtro se calcula por gravimetría.

La eficiencia de un filtro se expresa multiplicando el número de partículas retenidas por el volumen de aire filtrado. Este valor es el que se utiliza para caracterizar los filtros que también retienen partículas más finas. Para calcular la eficiencia de un filtro, se fuerza a través de él una corriente de aerosol atmosférico que contiene un aerosol de partículas con un diámetro entre 0.5 y 1 μm. La cantidad de partículas captadas se mide con un opacitómetro, que mide la opacidad que provoca el sedimento.

El DOP es un valor que se utiliza para caracterizar los filtros de aire de partículas de muy alta eficiencia (HEPA). El DOP de un filtro se calcula con un aerosol hecho por vaporización y condensación de ftalato de dioctilo, que produce partículas de 0.3 μm de diámetro. Este método se basa en la propiedad de dispersión de la luz de las gotas de ftalato de dioctilo: si sometemos el filtro a esta prueba, la intensidad de la luz dispersada es proporcional a la concentración superficial de este material y la penetración del filtro se puede medir por la intensidad relativa de luz dispersa antes y después de filtrar el aerosol. Para que un filtro obtenga la designación HEPA, debe tener una eficiencia superior al 99.97 % según esta prueba.

Aunque existe una relación directa entre ellos, los resultados de los tres métodos no son directamente comparables. La eficiencia de todos los filtros disminuye a medida que se obstruyen y pueden convertirse en una fuente de olores y contaminación. La vida útil de un filtro de alta eficiencia se puede alargar mucho utilizando uno o varios filtros de menor potencia frente al filtro de alta eficiencia. En la tabla 1 se muestran los rendimientos inicial, final y medio de diferentes filtros según los criterios establecidos por ASHRAE 52-76 para partículas de 0.3 μm de diámetro.

Tabla 1. La efectividad de los filtros (según norma ASHRAE 52-76) para partículas de 3 mm de diámetro

Descripción del filtro

ASHRAE 52-76

Eficiencia (%)

 

Mancha de polvo (%)

Arresto (%)

Inicial

Final

Mediana

Mediana

25-30

92

1

25

15

Mediana

40-45

96

5

55

34

Alta

60-65

97

19

70

50

Alta

80-85

98

50

86

68

Alta

90-95

99

75

99

87

95% HEPA

-

-

95

99.5

99.1

99.97% HEPA

-

-

99.97

99.7

99.97

 

Precipitación electrostática

Este método resulta útil para controlar el material particulado. Los equipos de este tipo funcionan ionizando partículas y luego eliminándolas de la corriente de aire a medida que son atraídas y capturadas por un electrodo colector. La ionización ocurre cuando el efluente contaminado pasa a través del campo eléctrico generado por un fuerte voltaje aplicado entre los electrodos de recolección y descarga. La tensión se obtiene mediante un generador de corriente continua. El electrodo colector tiene una gran superficie y suele estar cargado positivamente, mientras que el electrodo de descarga consiste en un cable cargado negativamente.

Los factores más importantes que afectan la ionización de partículas son la condición del efluente, su descarga y las características de las partículas (tamaño, concentración, resistencia, etc.). La efectividad de captura aumenta con la humedad, el tamaño y la densidad de las partículas, y disminuye con el aumento de la viscosidad del efluente.

La principal ventaja de estos dispositivos es que son altamente efectivos en la recolección de sólidos y líquidos, incluso cuando el tamaño de las partículas es muy fino. Además, estos sistemas pueden utilizarse para grandes volúmenes y altas temperaturas. La pérdida de presión es mínima. Los inconvenientes de estos sistemas son su elevado coste inicial, su gran necesidad de espacio y los riesgos de seguridad que suponen dadas las altísimas tensiones que implican, especialmente cuando se utilizan para aplicaciones industriales.

Los precipitadores electrostáticos se utilizan en una amplia gama, desde entornos industriales para reducir la emisión de partículas hasta entornos domésticos para mejorar la calidad del aire interior. Estos últimos son dispositivos más pequeños que operan a voltajes en el rango de 10,000 a 15,000 voltios. Normalmente disponen de sistemas con reguladores automáticos de tensión que aseguran que siempre se aplica la tensión suficiente para producir la ionización sin que se produzca una descarga entre ambos electrodos.

Generación de iones negativos

Este método se utiliza para eliminar partículas suspendidas en el aire y, en opinión de algunos autores, para crear ambientes más saludables. Todavía se está estudiando la eficacia de este método como forma de reducir las molestias o enfermedades.

adsorción de gases

Este método se utiliza para eliminar gases y vapores contaminantes como formaldehído, dióxido de azufre, ozono, óxidos de nitrógeno y vapores orgánicos. La adsorción es un fenómeno físico por el cual las moléculas de gas son atrapadas por un sólido adsorbente. El adsorbente consiste en un sólido poroso con un área superficial muy grande. Para limpiar este tipo de contaminante del aire, se hace fluir a través de un cartucho lleno del adsorbente. El carbón activado es el más utilizado; atrapa una amplia gama de gases inorgánicos y compuestos orgánicos. Los hidrocarburos alifáticos, clorados y aromáticos, las cetonas, los alcoholes y los ésteres son algunos ejemplos.

El gel de sílice también es un adsorbente inorgánico y se utiliza para atrapar compuestos más polares, como aminas y agua. También existen otros adsorbentes orgánicos formados por polímeros porosos. Es importante tener en cuenta que todos los sólidos adsorbentes atrapan solo una cierta cantidad de contaminante y luego, una vez saturados, necesitan ser regenerados o reemplazados. Otro método de captura mediante sólidos adsorbentes es utilizar una mezcla de alúmina activa y carbón impregnada con reactivos específicos. Algunos óxidos metálicos, por ejemplo, capturan vapor de mercurio, sulfuro de hidrógeno y etileno. Hay que tener en cuenta que el dióxido de carbono no se retiene por adsorción.

Absorción de gas

La eliminación de gases y humos por absorción implica un sistema que fija las moléculas haciéndolas pasar por una solución absorbente con la que reaccionan químicamente. Este es un método muy selectivo y utiliza reactivos específicos para el contaminante que necesita ser capturado.

El reactivo generalmente se disuelve en agua. También debe ser reemplazado o regenerado antes de que se agote. Debido a que este sistema se basa en transferir el contaminante de la fase gaseosa a la fase líquida, las propiedades físicas y químicas del reactivo son muy importantes. Su solubilidad y reactividad son especialmente importantes; otros aspectos que juegan un papel importante en este paso de la fase gaseosa a la líquida son el pH, la temperatura y el área de contacto entre el gas y el líquido. Cuando el contaminante es altamente soluble, es suficiente burbujearlo a través de la solución para fijarlo al reactivo. Cuando el contaminante no sea tan fácilmente soluble, el sistema que se debe emplear debe garantizar una mayor área de contacto entre el gas y el líquido. En la tabla 2 se dan algunos ejemplos de absorbentes y los contaminantes para los que son especialmente adecuados.

Tabla 2. Reactivos utilizados como absorbentes para diversos contaminantes


Absorbente

Contaminante

dietilhidroxamina

Sulfuro de hidrógeno

permangenato de potasio

gases olorosos

Ácidos clorhídrico y sulfúrico

Aminas

Sulfuro de sodio

Aldehídos

Hidróxido de sodio

Formaldehído


Ozonización

Este método para mejorar la calidad del aire interior se basa en el uso de gas ozono. El ozono se genera a partir del oxígeno gaseoso por radiación ultravioleta o descarga eléctrica, y se emplea para eliminar los contaminantes dispersos en el aire. El gran poder oxidante de este gas lo hace apto para su uso como agente antimicrobiano, desodorante y desinfectante y puede ayudar a eliminar gases y humos nocivos. También se emplea para purificar espacios con altas concentraciones de monóxido de carbono. En entornos industriales se utiliza para tratar el aire en cocinas, cafeterías, plantas de procesamiento de alimentos y pescado, plantas químicas, plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de caucho, plantas de refrigeración, etc. En espacios de oficinas se utiliza con instalaciones de aire acondicionado para mejorar la calidad del aire interior.

El ozono es un gas azulado con un olor penetrante característico. En altas concentraciones es tóxico e incluso mortal para el hombre. El ozono se forma por la acción de la radiación ultravioleta o de una descarga eléctrica sobre el oxígeno. Debe diferenciarse la producción intencional, accidental y natural de ozono. El ozono es un gas extremadamente tóxico e irritante tanto a corto como a largo plazo. Debido a la forma en que reacciona en el cuerpo, no se conocen niveles para los cuales no haya efectos biológicos. Estos datos se analizan con más detalle en la sección de productos químicos de este Enciclopedia.

Los procesos que emplean ozono deben llevarse a cabo en espacios cerrados o tener un sistema de extracción localizado para capturar cualquier liberación de gas en la fuente. Los cilindros de ozono deben almacenarse en áreas refrigeradas, lejos de cualquier agente reductor, materiales inflamables o productos que puedan catalizar su descomposición. Se debe tener en cuenta que si los ozonizadores funcionan a presiones negativas, y cuentan con dispositivos de apagado automático en caso de falla, se minimiza la posibilidad de fugas.

Los equipos eléctricos para procesos que emplean ozono deben estar perfectamente aislados y el mantenimiento de los mismos debe ser realizado por personal experimentado. Al usar ozonizadores, los conductos y los equipos accesorios deben tener dispositivos que apaguen los ozonizadores inmediatamente cuando se detecte una fuga; en caso de pérdida de eficiencia en las funciones de ventilación, deshumidificación o refrigeración; cuando se produce un exceso de presión o un vacío (según el sistema); o cuando la salida del sistema es excesiva o insuficiente.

Cuando se instalan ozonizadores, deben estar provistos de detectores específicos de ozono. No se puede confiar en el sentido del olfato porque puede saturarse. Las fugas de ozono se pueden detectar con tiras reactivas de yoduro de potasio que se vuelven azules, pero este no es un método específico porque la prueba es positiva para la mayoría de los oxidantes. Es mejor monitorear las fugas de manera continua mediante celdas electroquímicas, fotometría ultravioleta o quimioluminiscencia, con el dispositivo de detección elegido conectado directamente a un sistema de alarma que actúa cuando se alcanzan ciertas concentraciones.

 

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Cuando se van a controlar los contaminantes generados en una obra ventilando todo el local de que hablamos ventilación general. El uso de ventilación general implica aceptar el hecho de que el contaminante se distribuirá en alguna medida por todo el espacio de la obra y, por lo tanto, podría afectar a los trabajadores que se encuentran alejados de la fuente de contaminación. La ventilación general es, por tanto, una estrategia opuesta a la extracción localizada. La extracción localizada busca eliminar el contaminante interceptándolo lo más cerca posible de la fuente (ver “Aire interior: métodos de control y limpieza”, en otra parte de este capítulo).

Uno de los objetivos básicos de cualquier sistema de ventilación general es el control de los olores corporales. Esto se puede lograr suministrando no menos de 0.45 metros cúbicos por minuto, m3/min, de aire nuevo por ocupante. Cuando se fuma con frecuencia o el trabajo es físicamente extenuante, la tasa de ventilación requerida es mayor, pudiendo superar los 0.9 m3/min por persona.

Si los únicos problemas ambientales que debe superar el sistema de ventilación son los que acabamos de describir, conviene tener en cuenta que todo espacio tiene un cierto nivel de renovación “natural” del aire mediante las llamadas “infiltraciones”, que ocurre a través de puertas y ventanas, incluso cuando están cerradas, y a través de otros sitios de penetración de paredes. Los manuales de aire acondicionado suelen dar amplia información al respecto, pero se puede decir que como mínimo el nivel de ventilación por infiltración se sitúa entre 0.25 y 0.5 renovaciones por hora. Un sitio industrial comúnmente experimentará entre 0.5 y 3 renovaciones de aire por hora.

Cuando se utilice para el control de contaminantes químicos, la ventilación general deberá limitarse únicamente a aquellas situaciones en las que las cantidades de contaminantes generados no sean muy elevadas, su toxicidad sea relativamente moderada y los trabajadores no desarrollen sus tareas en las inmediaciones de la fuente de contaminación. contaminación. Si no se respetan estos mandatos, será difícil obtener la aceptación para un control adecuado del ambiente de trabajo porque se deben usar tasas de renovación tan altas que las altas velocidades del aire probablemente crearán incomodidad y porque las tasas de renovación altas son costosas de mantener. Por lo tanto, es inusual recomendar el uso de ventilación general para el control de sustancias químicas, excepto en el caso de solventes que tengan concentraciones admisibles de más de 100 partes por millón.

Cuando, por el contrario, el objetivo de la ventilación general es mantener las características térmicas del entorno de trabajo con vistas a límites legalmente aceptables o recomendaciones técnicas como las directrices de la Organización Internacional de Normalización (ISO), este método tiene menos limitaciones. Por tanto, la ventilación general se utiliza más para controlar el ambiente térmico que para limitar la contaminación química, pero debe reconocerse claramente su utilidad como complemento de las técnicas de extracción localizada.

Si bien durante muchos años las frases ventilación general y ventilación por dilución fueron considerados sinónimos, hoy eso ya no es así debido a una nueva estrategia general de ventilación: ventilación por desplazamiento. Aunque la ventilación por dilución y la ventilación por desplazamiento se ajustan a la definición de ventilación general que hemos esbozado anteriormente, ambas difieren ampliamente en la estrategia que emplean para controlar la contaminación.

Ventilación por dilución tiene como objetivo mezclar el aire que se introduce mecánicamente de la forma más completa posible con todo el aire que ya se encuentra dentro del espacio, de forma que la concentración de un determinado contaminante sea lo más uniforme posible en todo el recinto (o que la temperatura sea lo más baja posible). uniforme como sea posible, si el objetivo deseado es el control térmico). Para lograr esta mezcla uniforme, se inyecta aire desde el techo como corrientes a una velocidad relativamente alta, y estas corrientes generan una fuerte circulación de aire. El resultado es un alto grado de mezcla del aire nuevo con el aire ya presente dentro del espacio.

Ventilación por desplazamiento, en su conceptualización ideal, consiste en inyectar aire en un espacio de tal manera que el aire nuevo desplace el aire que ya estaba allí sin mezclarse con él. La ventilación por desplazamiento se consigue inyectando aire nuevo en un espacio a baja velocidad y próximo al suelo, y extrayéndolo cerca del techo. Utilizar la ventilación por desplazamiento para controlar el ambiente térmico tiene la ventaja de que se beneficia del movimiento natural del aire generado por las variaciones de densidad debidas a su vez a las diferencias de temperatura. Si bien la ventilación por desplazamiento ya se usa ampliamente en situaciones industriales, la literatura científica sobre el tema es aún bastante limitada y, por lo tanto, la evaluación de su efectividad aún es difícil.

Ventilación por Dilución

El diseño de un sistema de ventilación por dilución parte de la hipótesis de que la concentración del contaminante es la misma en todo el espacio en cuestión. Este es el modelo al que los ingenieros químicos se refieren a menudo como un tanque agitado.

Si asume que el aire que se inyecta en el espacio está libre del contaminante y que en el momento inicial la concentración dentro del espacio es cero, necesitará saber dos hechos para calcular la tasa de ventilación requerida: la cantidad del contaminante que se genera en el espacio y el nivel de concentración ambiental que se busca (que hipotéticamente sería el mismo en todo el espacio).

Bajo estas condiciones, los cálculos correspondientes arrojan la siguiente ecuación:

donde

Connecticut) = la concentración del contaminante en el espacio en el tiempo t

a = la cantidad del contaminante generado (masa por unidad de tiempo)

Q = la velocidad a la que se suministra aire nuevo (volumen por unidad de tiempo)

V = el volumen del espacio en cuestión.

La ecuación anterior muestra que la concentración tenderá a un estado estable en el valor un/q, y que lo hará más rápido cuanto menor sea el valor de Preguntas y respuestas, frecuentemente referido como “el número de renovaciones por unidad de tiempo”. Aunque en ocasiones el índice de la calidad de la ventilación se considera prácticamente equivalente a ese valor, la ecuación anterior muestra claramente que su influencia se limita a controlar la velocidad de estabilización de las condiciones ambientales, pero no el nivel de concentración en el que ocurrirá dicho estado estacionario. eso va a depender only de la cantidad del contaminante que se genera (a), y sobre la tasa de ventilación (Q).

Cuando el aire de un espacio dado está contaminado pero no se generan nuevas cantidades del contaminante, la velocidad de disminución de la concentración en un período de tiempo viene dada por la siguiente expresión:

donde Q y V tienen el significado descrito anteriormente, t1 y t2 son, respectivamente, los tiempos inicial y final y c1 y c2 son las concentraciones inicial y final.

Se pueden encontrar expresiones para los cálculos en instancias donde la concentración inicial no es cero (Constance 1983; ACGIH 1992), donde el aire inyectado en el espacio no está totalmente desprovisto del contaminante (porque para reducir los costos de calefacción en el invierno parte del aire se recicla, por ejemplo), o donde las cantidades del contaminante generado varían en función del tiempo.

Si ignoramos la etapa de transición y asumimos que se ha alcanzado el estado estacionario, la ecuación indica que la tasa de ventilación es equivalente a C.ALim, Donde cLim es el valor de la concentración que debe mantenerse en el espacio dado. Este valor será establecido por reglamento o, como norma accesoria, por recomendaciones técnicas como los valores límite de umbral (TLV) de la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH), que recomienda que la tasa de ventilación se calcule mediante la fórmula

donde a y cLim tienen el significado ya descrito y K es un factor de seguridad. un valor de K debe seleccionarse entre 1 y 10 en función de la eficacia de la mezcla de aire en el espacio dado, de la toxicidad del disolvente (cuanto menor cLim es decir, cuanto mayor sea el valor de K será), y de cualquier otra circunstancia que el higienista industrial estime pertinente. La ACGIH, entre otros, cita la duración del proceso, el ciclo de operaciones y la ubicación habitual de los trabajadores con respecto a las fuentes de emisión del contaminante, el número de estas fuentes y su ubicación en el espacio dado, la estacionalidad cambios en la cantidad de ventilación natural y la reducción anticipada en la eficacia funcional del equipo de ventilación como otros criterios determinantes.

En cualquier caso, el uso de la fórmula anterior requiere un conocimiento razonablemente exacto de los valores de a y K que se debe utilizar, por lo que ofrecemos algunas sugerencias al respecto.

La cantidad de contaminante generado puede estimarse con bastante frecuencia por la cantidad de ciertos materiales consumidos en el proceso que genera el contaminante. Entonces, en el caso de un solvente, la cantidad utilizada será una buena indicación de la cantidad máxima que se puede encontrar en el medio ambiente.

Como se indicó anteriormente, el valor de K debe determinarse en función de la eficacia de la mezcla de aire en el espacio dado. Este valor, por lo tanto, será menor en proporción directa a qué tan buena sea la estimación de encontrar la misma concentración del contaminante en cualquier punto dentro del espacio dado. Esto, a su vez, dependerá de cómo se distribuya el aire dentro del espacio que se está ventilando.

Según estos criterios, los valores mínimos de K debe usarse cuando el aire se inyecta en el espacio de manera distribuida (mediante el uso de una cámara impelente, por ejemplo), y cuando la inyección y la extracción de aire se encuentran en los extremos opuestos del espacio dado. Por otro lado, valores más altos para K debe usarse cuando el suministro de aire es intermitente y el aire se extrae en puntos cercanos a la entrada de aire nuevo (figura 1).

Figura 1. Esquema de circulación de aire en una habitación con dos aberturas de suministro

IEN030F1

Cabe señalar que cuando se inyecta aire en un espacio determinado, especialmente si se hace a alta velocidad, la corriente de aire creada ejercerá una atracción considerable sobre el aire que lo rodea. Este aire luego se mezcla con la corriente y la ralentiza, creando también una turbulencia medible. Como consecuencia, este proceso da como resultado una mezcla intensa del aire que ya se encuentra en el espacio y el aire nuevo que se inyecta, generando corrientes de aire internas. Predecir estas corrientes, incluso en general, requiere una gran dosis de experiencia (figura 2).

Figura 2. Factores K sugeridos para ubicaciones de entrada y salida

IEN030F2

Para evitar los problemas derivados de la exposición de los trabajadores a corrientes de aire a velocidades relativamente altas, se suele inyectar aire a través de rejillas difusoras diseñadas de forma que faciliten la rápida mezcla del aire nuevo con el aire ya presente en el interior. el espacio. De esta manera, las áreas donde el aire se mueve a altas velocidades se mantienen lo más pequeñas posible.

El efecto de chorro que acabamos de describir no se produce cerca de los puntos por donde se escapa el aire o se extrae a través de puertas, ventanas, respiraderos de extracción u otras aberturas. El aire llega a las rejillas de extracción desde todas las direcciones, por lo que incluso a una distancia relativamente corta de ellas, el movimiento del aire no se percibe fácilmente como una corriente de aire.

En cualquier caso, al abordar la distribución del aire, es importante tener presente la conveniencia de situar los puestos de trabajo, en la medida de lo posible, de forma que el aire nuevo llegue a los trabajadores antes que a los focos de contaminación.

Cuando en el espacio dado existen importantes fuentes de calor, el movimiento del aire estará condicionado en gran medida por las corrientes de convección que se deben a las diferencias de densidad entre el aire más denso y frío y el más ligero y cálido. En espacios de este tipo, el diseñador de la distribución del aire no debe dejar de tener en cuenta la existencia de estas fuentes de calor, o el movimiento del aire puede resultar muy diferente al previsto.

La presencia de contaminación química, por otro lado, no altera de manera medible la densidad del aire. Si bien en estado puro los contaminantes pueden tener una densidad muy diferente a la del aire (normalmente mucho mayor), dadas las concentraciones reales existentes en el lugar de trabajo, la mezcla de aire y contaminante no tiene una densidad significativamente diferente a la densidad del aire puro.

Además, cabe señalar que uno de los errores más comunes que se cometen al aplicar este tipo de ventilación es abastecer el espacio únicamente con extractores de aire, sin prever unas tomas de aire adecuadas. En estos casos, la eficacia de los ventiladores de extracción se ve disminuida y, por tanto, las tasas reales de extracción de aire son muy inferiores a las previstas. El resultado son mayores concentraciones ambientales del contaminante en el espacio dado que las calculadas inicialmente.

Para evitar este problema, se debe pensar en cómo se introducirá el aire en el espacio. El curso de acción recomendado es usar ventiladores de inmisión así como ventiladores de extracción. Normalmente, la tasa de extracción debe ser mayor que la tasa de inmisión para permitir la infiltración a través de ventanas y otras aberturas. Además, es recomendable mantener el espacio bajo una ligera presión negativa para evitar que la contaminación generada se desplace a zonas no contaminadas.

Ventilación por Desplazamiento

Como se mencionó anteriormente, con la ventilación por desplazamiento se busca minimizar la mezcla de aire nuevo y el aire previamente encontrado en el espacio dado, y se trata de ajustar el sistema al modelo conocido como flujo pistón. Esto generalmente se logra introduciendo aire a velocidades lentas ya poca altura en el espacio dado y extrayéndolo cerca del techo; esto tiene dos ventajas sobre la ventilación por dilución.

En primer lugar, posibilita menores tasas de renovación de aire, porque la contaminación se concentra cerca del techo del espacio, donde no hay trabajadores para respirarla. Él promedio la concentración en el espacio dado será entonces mayor que la cLim valor al que nos hemos referido antes, pero que no implica un mayor riesgo para los trabajadores ya que en la zona ocupada del espacio dado la concentración del contaminante será igual o inferior a un cLim.

Además, cuando el objetivo de la ventilación es el control del ambiente térmico, la ventilación por desplazamiento permite introducir en el espacio dado aire más caliente del que requeriría un sistema de ventilación por dilución. Esto se debe a que el aire caliente que se extrae está a una temperatura varios grados superior a la temperatura de la zona ocupada del espacio.

Los principios fundamentales de la ventilación por desplazamiento fueron desarrollados por Sandberg, quien a principios de la década de 1980 desarrolló una teoría general para el análisis de situaciones en las que había concentraciones no uniformes de contaminantes en espacios cerrados. Esto nos permitió superar las limitaciones teóricas de la ventilación por dilución (que presupone una concentración uniforme en todo el espacio dado) y abrió el camino para aplicaciones prácticas (Sandberg 1981).

Aunque la ventilación por desplazamiento es muy utilizada en algunos países, particularmente en Escandinavia, se han publicado muy pocos estudios en los que se compare la eficacia de diferentes métodos en instalaciones reales. Sin duda, esto se debe a las dificultades prácticas de instalar dos sistemas de ventilación diferentes en una fábrica real, y porque el análisis experimental de este tipo de sistemas requiere el uso de trazadores. El rastreo se realiza agregando un gas indicador a la corriente de ventilación de aire y luego midiendo las concentraciones del gas en diferentes puntos dentro del espacio y en el aire extraído. Este tipo de examen permite inferir cómo se distribuye el aire dentro del espacio y luego comparar la eficacia de los diferentes sistemas de ventilación.

Los pocos estudios disponibles que se han realizado en instalaciones reales existentes no son concluyentes, salvo en cuanto a que los sistemas que emplean ventilación por desplazamiento proporcionan una mejor renovación del aire. En estos estudios, sin embargo, a menudo se expresan reservas sobre los resultados en la medida en que no han sido confirmados por mediciones del nivel ambiental de contaminación en los lugares de trabajo.

 

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Una de las principales funciones de un edificio en el que se desarrollan actividades no industriales (oficinas, escuelas, viviendas, etc.) es proporcionar a sus ocupantes un entorno saludable y confortable para trabajar. La calidad de este ambiente depende, en gran medida, de que los sistemas de ventilación y climatización del edificio estén adecuadamente diseñados y mantenidos y funcionen correctamente.

Por tanto, estos sistemas deben proporcionar unas condiciones térmicas (temperatura y humedad) aceptables y una calidad del aire interior aceptable. En otras palabras, deben buscar una mezcla adecuada de aire exterior con aire interior y deben emplear sistemas de filtración y limpieza capaces de eliminar los contaminantes que se encuentran en el ambiente interior.

La idea de que el aire exterior limpio es necesario para el bienestar en los espacios interiores se expresa desde el siglo XVIII. Benjamin Franklin reconoció que el aire en una habitación es más saludable si se le proporciona ventilación natural al abrir las ventanas. La idea de que proporcionar grandes cantidades de aire exterior podría ayudar a reducir el riesgo de contagio de enfermedades como la tuberculosis ganó fuerza en el siglo XIX.

Estudios realizados durante la década de 1930 demostraron que, para diluir los efluvios biológicos humanos a concentraciones que no causaran molestias por olores, el volumen de aire exterior nuevo necesario para una habitación está entre 17 y 30 metros cúbicos por hora por ocupante.

En el estándar No. 62 establecido en 1973, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) recomienda un flujo mínimo de 34 metros cúbicos de aire exterior por hora por ocupante para controlar los olores. Un mínimo absoluto de 8.5 m3/h/ocupante para evitar que el dióxido de carbono supere las 2,500 ppm, que es la mitad del límite de exposición establecido para entornos industriales.

Este mismo organismo, en la norma N° 90, fijada en 1975 —en plena crisis energética— adoptó el mencionado mínimo absoluto dejando de lado, transitoriamente, la necesidad de mayores caudales de ventilación para diluir contaminantes como el humo del tabaco, efluvios biológicos, etc. adelante.

En su norma No. 62 (1981) ASHRAE subsanó esta omisión y estableció su recomendación en 34 m3/h/ocupante para áreas donde se permite fumar y 8.5 m3/h/ocupante en áreas donde está prohibido fumar.

La última norma publicada por ASHRAE, también la N° 62 (1989), establecía un mínimo de 25.5 m3/h/ocupante para espacios interiores ocupados independientemente de si se permite fumar o no. También recomienda aumentar este valor cuando el aire que ingresa al edificio no se mezcla adecuadamente en la zona de respiración o si hay fuentes inusuales de contaminación presentes en el edificio.

En 1992, la Comisión de las Comunidades Europeas publicó su Pautas para los requisitos de ventilación en edificios. A diferencia de las recomendaciones existentes para los estándares de ventilación, esta guía no especifica los volúmenes de flujo de ventilación que deben proporcionarse para un espacio determinado; en cambio, proporciona recomendaciones que se calculan en función de la calidad deseada del aire interior.

Los estándares de ventilación existentes prescriben volúmenes fijos de flujo de ventilación que deben suministrarse por ocupante. Las tendencias evidenciadas en las nuevas directrices muestran que los cálculos de volumen por sí solos no garantizan una buena calidad del aire interior para todos los entornos. Este es el caso por tres razones fundamentales.

Primero, asumen que los ocupantes son las únicas fuentes de contaminación. Estudios recientes muestran que otras fuentes de contaminación, además de los ocupantes, deben tenerse en cuenta como posibles fuentes de contaminación. Los ejemplos incluyen muebles, tapicería y el propio sistema de ventilación. La segunda razón es que estas normas recomiendan la misma cantidad de aire exterior, independientemente de la calidad del aire que entre al edificio. Y la tercera razón es que no definen claramente la calidad del aire interior requerida para el espacio dado. Por ello, se propone que los futuros estándares de ventilación se basen en las siguientes tres premisas: la selección de una categoría definida de calidad del aire para el espacio a ventilar, la carga total de contaminantes en el espacio ocupado y la calidad del aire exterior disponible .

La calidad percibida del aire

La calidad del aire interior se puede definir como el grado en que se satisfacen las demandas y requerimientos del ser humano. Básicamente, los ocupantes de un espacio exigen dos cosas del aire que respiran: percibir el aire que respiran como fresco y no viciado, viciado o irritante; y saber que los efectos adversos para la salud que pueden resultar de respirar ese aire son insignificantes.

Es común pensar que el grado de calidad del aire en un espacio depende más de los componentes de ese aire que del impacto de ese aire sobre los ocupantes. Por lo tanto, puede parecer fácil evaluar la calidad del aire, suponiendo que conociendo su composición se puede determinar su calidad. Este método de evaluación de la calidad del aire funciona bien en entornos industriales, donde encontramos compuestos químicos que están implicados o se derivan del proceso de producción y donde existen dispositivos de medición y criterios de referencia para evaluar las concentraciones. Sin embargo, este método no funciona en entornos no industriales. Los entornos no industriales son lugares donde se pueden encontrar miles de sustancias químicas, pero en concentraciones muy bajas, a veces mil veces por debajo de los límites de exposición recomendados; evaluar estas sustancias una por una daría como resultado una evaluación falsa de la calidad de ese aire, y probablemente se consideraría que el aire es de alta calidad. Pero falta un aspecto que queda por considerar, y es el desconocimiento que existe sobre el efecto combinado de esas miles de sustancias en el ser humano, y esa puede ser la razón por la cual ese aire se percibe como viciado, viciado. o irritante.

La conclusión a la que se ha llegado es que los métodos tradicionales utilizados para la higiene industrial no están bien adaptados para definir el grado de calidad que será percibido por los seres humanos que respiren el aire evaluado. La alternativa al análisis químico es utilizar personas como dispositivos de medición para cuantificar la contaminación del aire, empleando paneles de jueces para realizar las evaluaciones.

El ser humano percibe la calidad del aire por dos sentidos: el sentido del olfato, situado en la cavidad nasal y sensible a cientos de miles de sustancias olorosas, y el sentido químico, situado en las mucosas de la nariz y los ojos, y sensible a una número similar de sustancias irritantes presentes en el aire. Es la respuesta combinada de estos dos sentidos lo que determina cómo se percibe el aire y lo que permite al sujeto juzgar si su calidad es aceptable.

la unidad de olf

Un Olf (del latín = El olor) es la tasa de emisión de contaminantes del aire (bioefluentes) de una persona estándar. Una persona estándar es un adulto medio que trabaja en una oficina o en un lugar de trabajo similar no industrial, sedentario y en confort térmico con un equipamiento higiénico estándar a 0.7 baños/día. Se eligió la contaminación de un ser humano para definir el término Olf por dos motivos: el primero es que los efluvios biológicos emitidos por una persona son bien conocidos, y el segundo es que había muchos datos sobre la insatisfacción que provocaban tales efluvios biológicos.

Cualquier otra fuente de contaminación se puede expresar como el número de personas estándar (olfs) necesarias para causar la misma cantidad de insatisfacción que la fuente de contaminación que se está evaluando.

La Figura 1 representa una curva que define un olf. Esta curva muestra cómo se percibe la contaminación producida por una persona estándar (1 olf) a diferentes tasas de ventilación, y permite calcular la tasa de individuos insatisfechos, es decir, aquellos que percibirán la calidad del aire como inaceptable justo después han entrado en la habitación. La curva se basa en diferentes estudios europeos en los que 168 personas juzgaron la calidad del aire contaminado por más de mil personas, tanto hombres como mujeres, considerado estándar. Estudios similares realizados en América del Norte y Japón muestran un alto grado de correlación con los datos europeos.

Figura 1. Curva de definición de Olf

IEN040F1

la unidad decipol

La concentración de contaminación en el aire depende de la fuente de contaminación y su dilución como resultado de la ventilación. La contaminación del aire percibida se define como la concentración de efluvios biológicos humanos que causaría el mismo malestar o insatisfacción que la concentración de aire contaminado que se está evaluando. Una decípol (del latín pollutio) es la contaminación causada por una persona estándar (1 olf) cuando la tasa de ventilación es de 10 litros por segundo de aire no contaminado, por lo que podemos escribir

1 decipol = 0.1 olf/(litro/segundo)

La figura 2, derivada de los mismos datos que la figura anterior, muestra la relación entre la calidad del aire percibida, expresada en porcentaje de personas insatisfechas y en decipols.

Figura 2. Relación entre la calidad del aire percibida expresada en porcentaje de personas insatisfechas y en decipols

IEN040F2

Para determinar la tasa de ventilación requerida desde el punto de vista del confort, es fundamental seleccionar el grado de calidad del aire deseado en el espacio dado. En la Tabla 1 se proponen tres categorías o niveles de calidad, y se derivan de las Figuras 1 y 2. Cada nivel corresponde a un determinado porcentaje de personas insatisfechas. La elección de uno u otro nivel dependerá, sobre todo, del uso que se vaya a dar al espacio y de consideraciones económicas.

Tabla 1. Niveles de calidad del aire interior

Calidad del aire percibida

Categoría
(nivel de calidad)

Porcentaje de insatisfechos
individuos

Decipolos

Tasa de ventilación requerida1
litros/segundo × olf

A

10

0.6

16

B

20

1.4

7

C

30

2.5

4

1 Suponiendo que el aire exterior está limpio y la eficiencia del sistema de ventilación es igual a uno.

Fuente: CCA 1992.

 

Como se señaló anteriormente, los datos son el resultado de experimentos realizados con paneles de jueces, pero es importante tener en cuenta que algunas de las sustancias que se encuentran en el aire que pueden ser peligrosas (compuestos cancerígenos, microorganismos y sustancias radiactivas, por ejemplo, ejemplo) no son reconocidos por los sentidos, y que los efectos sensoriales de otros contaminantes no guardan una relación cuantitativa con su toxicidad.

Fuentes de contaminación

Como se indicó anteriormente, una de las deficiencias de los estándares de ventilación actuales es que solo tienen en cuenta a los ocupantes como fuentes de contaminación, mientras que se reconoce que los estándares futuros deben tener en cuenta todas las posibles fuentes de contaminación. Además de los ocupantes y sus actividades, incluida la posibilidad de que fumen, existen otras fuentes de contaminación que contribuyen significativamente a la contaminación del aire. Los ejemplos incluyen muebles, tapicería y alfombras, materiales de construcción, productos utilizados para la decoración, productos de limpieza y el propio sistema de ventilación.

Lo que determina la carga de contaminación del aire en un espacio determinado es la combinación de todas estas fuentes de contaminación. Esta carga se puede expresar como contaminación química o como contaminación sensorial expresada en olfs. Este último integra el efecto de varias sustancias químicas tal como son percibidas por los seres humanos.

La carga química

La contaminación que emana de un material dado se puede expresar como la tasa de emisión de cada sustancia química. La carga total de contaminación química se calcula sumando todas las fuentes y se expresa en microgramos por segundo (μg/s).

En realidad, puede ser difícil calcular la carga de contaminación porque a menudo hay pocos datos disponibles sobre las tasas de emisión de muchos materiales de uso común.

Carga sensorial

La carga de contaminación percibida por los sentidos está provocada por aquellas fuentes de contaminación que repercuten en la calidad percibida del aire. El valor dado de esta carga sensorial se puede calcular sumando todos los olfs de las diferentes fuentes de contaminación que existen en un espacio determinado. Como en el caso anterior, aún no se dispone de mucha información sobre los olfs por metro cuadrado (olfs/m2) de muchos materiales. Por ello resulta más práctico estimar la carga sensorial de todo el edificio, incluidos los ocupantes, el mobiliario y el sistema de ventilación.

En la tabla 2 se muestra la carga contaminante en olfs por parte de los ocupantes del edificio al realizar diferentes tipos de actividades, en proporción de los que fuman y no fuman, y la producción de diversos compuestos como el dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y vapor de agua. La Tabla 3 muestra algunos ejemplos de las tasas de ocupación típicas en diferentes tipos de espacios. y por ultimo tcapaz 4 refleja los resultados de la carga sensorial -medida en olfs por metro cuadrado- encontrada en diferentes edificios.

Tabla 2. Contaminación debida a los ocupantes de un edificio

 

Carga sensorial olf/ocupante

CO2  
(l/(hora × ocupante))

CO3   
(l/(h × ocupante))

Vapor de agua4
(g/(hora × ocupante))

Sedentario, 1-1.2 met1

0% fumadores

2

19

 

50

20% fumadores2

2

19

11x10-3

50

40% fumadores2

3

19

21x10-3

50

100% fumadores2

6

19

53x10-3

50

Esfuerzo físico

Bajo, 3 cumplidos

4

50

 

200

Medio, 6 metros

10

100

 

430

Alto (atlético),
10 con

20

170

 

750

Niños

Centro de cuidado infantil
(3–6 años),
2.7 con

1.2

18

 

90

Escuela
(14–16 años),
1.2 con

1.3

19

 

50

1 1 met es la tasa metabólica de una persona sedentaria en reposo (1 met = 58 W/m2 de la superficie de la piel).
2 Consumo medio de 1.2 cigarrillos/hora por fumador. Tasa media de emisión, 44 ml de CO por cigarrillo.
3 Del humo del tabaco.
4 Aplicable a personas cercanas a la neutralidad térmica.

Fuente: CCA 1992.

 

Tabla 3. Ejemplos del grado de ocupación de diferentes edificios

Construir la

Ocupantes/m2

Oficinas

0.07

Salas de conferencias

0.5

Teatros, otros grandes lugares de reunión

1.5

Escuelas (aulas)

0.5

Centros de cuidado de niños

0.5

viviendas

0.05

Fuente: CCA 1992.

 

Tabla 4. Contaminación debida al edificio

 

Carga sensorial—olf/m2

 

Normal

Intervalo

Oficinas1

0.3

0.02-0.95

Escuelas (aulas)2

0.3

0.12-0.54

Instalaciones de cuidado infantil3

0.4

0.20-0.74

Teatros4

0.5

0.13-1.32

Edificios de baja contaminación5

 

0.05-0.1

1 Datos obtenidos en 24 consultorios ventilados mecánicamente.
2 Datos obtenidos en 6 escuelas ventiladas mecánicamente.
3 Datos obtenidos en 9 guarderías con ventilación mecánica.
4 Datos obtenidos en 5 quirófanos ventilados mecánicamente.
5 Meta que deben alcanzar los nuevos edificios.

Fuente: CCA 1992.

 

Calidad del aire exterior

Otra premisa, que completa los insumos necesarios para la creación de estándares de ventilación para el futuro, es la calidad del aire exterior disponible. Los valores de exposición recomendados para determinadas sustancias, tanto del interior como del exterior de los espacios, aparecen en la publicación. Directrices de calidad del aire para Europa por la OMS (1987).

La Tabla 5 muestra los niveles de calidad del aire exterior percibida, así como las concentraciones de varios contaminantes químicos típicos que se encuentran al aire libre.

Tabla 5. Niveles de calidad del aire exterior

 

Percibido
la calidad del aire
1

Contaminantes ambientales2

 

decipol

CO2 (Mg / m3)

COXNUMX (mg/m3)

NO2 (Mg / m3)

SO2 (Mg / m3)

Junto al mar, en las montañas

0

680

0 - 0.2

2

1

Ciudad, alta calidad

0.1

700

1 - 2

5 - 20

5 - 20

Ciudad, baja calidad

> 0.5

700 - 800

4 - 6

50 - 80

50 - 100

1 Los valores de la calidad del aire percibida son valores medios diarios.
2 Los valores de los contaminantes corresponden a concentraciones medias anuales.

Fuente: CCA 1992.

 

Hay que tener en cuenta que en muchos casos la calidad del aire exterior puede ser peor que los niveles indicados en la tabla o en las guías de la OMS. En tales casos, es necesario limpiar el aire antes de transportarlo a los espacios ocupados.

Eficiencia de los Sistemas de Ventilación

Otro factor importante que afectará el cálculo de los requisitos de ventilación para un espacio determinado es la eficiencia de la ventilación (Ev), que se define como la relación entre la concentración de contaminantes en el aire extraído (Ce) y la concentración en la zona de respiración (Cb).

Ev = Ce/Cb

La eficiencia de la ventilación depende de la distribución del aire y la ubicación de las fuentes de contaminación en el espacio dado. Si el aire y los contaminantes se mezclan por completo, la eficiencia de la ventilación es igual a uno; si la calidad del aire en la zona de respiración es mejor que la del aire extraído, entonces la eficiencia es mayor que uno y se puede lograr la calidad de aire deseada con tasas de ventilación más bajas. Por otro lado, se necesitarán mayores tasas de ventilación si la eficiencia de la ventilación es inferior a uno, o dicho de otro modo, si la calidad del aire en la zona de respiración es inferior a la calidad del aire extraído.

Al calcular la eficiencia de la ventilación, es útil dividir los espacios en dos zonas, una en la que se entrega el aire y la otra que comprende el resto de la habitación. Para los sistemas de ventilación que funcionan por el principio de mezcla, la zona donde se entrega el aire generalmente se encuentra por encima de la zona de respiración, y las mejores condiciones se alcanzan cuando la mezcla es tan completa que ambas zonas se vuelven una sola. En los sistemas de ventilación que funcionan por el principio de desplazamiento, el aire se suministra en la zona ocupada por personas y la zona de extracción suele encontrarse en la parte superior; aquí las mejores condiciones se alcanzan cuando la mezcla entre ambas zonas es mínima.

La eficiencia de la ventilación, por tanto, está en función de la ubicación y características de los elementos que suministran y extraen aire y de la ubicación y características de las fuentes de contaminación. Además, también es función de la temperatura y de los volúmenes de aire suministrados. Es posible calcular la eficiencia de un sistema de ventilación mediante simulación numérica o tomando medidas. Cuando no se dispone de datos, los valores de la figura 3 se pueden utilizar para diferentes sistemas de ventilación. Estos valores de referencia tienen en cuenta el impacto de la distribución del aire, pero no la ubicación de las fuentes de contaminación, asumiendo que están uniformemente distribuidas en todo el espacio ventilado.

Figura 3. Eficacia de la ventilación en la zona de respiración según diferentes principios de ventilación

IEN040F3

Cálculo de los requisitos de ventilación

La figura 4 muestra las ecuaciones utilizadas para calcular los requisitos de ventilación desde el punto de vista de la comodidad, así como de la protección de la salud.

Figura 4. Ecuaciones para calcular los requerimientos de ventilación

IEN040F4

Requisitos de ventilación para la comodidad.

Los primeros pasos en el cálculo de los requisitos de confort son decidir el nivel de calidad del aire interior que se desea obtener para el espacio ventilado (ver Tabla 1), y estimar la calidad del aire exterior disponible (ver Tabla 5).

El siguiente paso consiste en estimar la carga sensorial, utilizando las Tablas 8, 9 y 10 para seleccionar las cargas según los ocupantes y sus actividades, el tipo de edificación y el nivel de ocupación por metro cuadrado de superficie. El valor total se obtiene sumando todos los datos.

Dependiendo del principio de funcionamiento del sistema de ventilación y utilizando la Figura 9, es posible estimar la eficiencia de la ventilación. La aplicación de la ecuación (1) en la Figura 9 arrojará un valor para la cantidad requerida de ventilación.

Requisitos de ventilación para la protección de la salud.

Un procedimiento similar al descrito anteriormente, pero usando la ecuación (2) en la Figura 3, proporcionará un valor para la corriente de ventilación requerida para prevenir problemas de salud. Para calcular este valor es necesario identificar una sustancia o grupo de sustancias químicas críticas que se proponga controlar y estimar sus concentraciones en el aire; también es necesario permitir diferentes criterios de evaluación, teniendo en cuenta los efectos del contaminante y la sensibilidad de los ocupantes que se desea proteger, niños o ancianos, por ejemplo.

Desafortunadamente, aún es difícil estimar los requerimientos de ventilación para la protección de la salud debido a la falta de información sobre algunas de las variables que entran en los cálculos, como las tasas de emisión de los contaminantes (G), los criterios de evaluación de los espacios interiores (Cv) y otros.

Los estudios realizados en campo muestran que los espacios donde se requiere ventilación para lograr condiciones confortables la concentración de sustancias químicas es baja. Sin embargo, esos espacios pueden contener fuentes de contaminación que son peligrosas. La mejor política en estos casos es eliminar, sustituir o controlar las fuentes de contaminación en lugar de diluir los contaminantes mediante ventilación general.

 

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Miércoles, febrero 16 2011 01: 06

Sistemas de Calefacción y Aire Acondicionado

En cuanto a la calefacción, las necesidades de una determinada persona dependerán de muchos factores. Se pueden clasificar en dos grandes grupos, los relacionados con el entorno y los relacionados con factores humanos. Entre los relacionados con el entorno se pueden contar la geografía (latitud y altitud), el clima, el tipo de exposición del espacio en el que se encuentra la persona, o las barreras que protegen el espacio del medio exterior, etc. Entre los factores humanos se encuentran los el consumo de energía del trabajador, el ritmo de trabajo o la cantidad de esfuerzo necesario para el trabajo, la ropa o prendas utilizadas contra el frío y las preferencias o gustos personales.

La necesidad de calefacción es estacional en muchas regiones, pero esto no significa que la calefacción sea prescindible durante la estación fría. Las condiciones ambientales frías afectan la salud, la eficiencia mental y física, la precisión y, en ocasiones, pueden aumentar el riesgo de accidentes. El objetivo de un sistema de calefacción es mantener condiciones térmicas agradables que prevengan o minimicen los efectos adversos para la salud.

Las características fisiológicas del cuerpo humano le permiten soportar grandes variaciones en las condiciones térmicas. El ser humano mantiene su equilibrio térmico a través del hipotálamo, por medio de receptores térmicos en la piel; la temperatura corporal se mantiene entre 36 y 38°C como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Mecanismos de termorregulación en el ser humano

IEN050F1

Los sistemas de calefacción deben tener mecanismos de control muy precisos, especialmente en los casos en que los trabajadores realizan sus tareas sentados o en una posición fija que no estimula la circulación sanguínea en las extremidades. Cuando el trabajo realizado permita cierta movilidad, el control del sistema puede ser algo menos preciso. Finalmente, cuando el trabajo realizado se desarrolle en condiciones anormalmente adversas, como en cámaras frigoríficas o en condiciones climáticas muy frías, podrán adoptarse medidas de apoyo para proteger tejidos especiales, para regular el tiempo de permanencia en esas condiciones o para suministrar calor mediante sistemas eléctricos incorporados. en la ropa del trabajador.

Definición y Descripción del Ambiente Térmico

Un requisito exigible a todo sistema de calefacción o aire acondicionado que funcione correctamente es que permita el control de las variables que definen el ambiente térmico, dentro de límites especificados, para cada estación del año. Estas variables son

    1. temperatura del aire
    2. temperatura media de las superficies interiores que definen el espacio
    3. humedad del aire
    4. velocidades y uniformidad de las velocidades del flujo de aire dentro del espacio

           

          Se ha demostrado que existe una relación muy simple entre la temperatura del aire y de las superficies de las paredes de un espacio dado, y las temperaturas que proporcionan la misma sensación térmica percibida en una habitación diferente. Esta relación se puede expresar como

          donde

          Teat = temperatura del aire equivalente para una sensación térmica dada

          Tdbt = temperatura del aire medida con un termómetro de bulbo seco

          Tast = temperatura media medida de la superficie de las paredes.

          Por ejemplo, si en un espacio dado el aire y las paredes están a 20°C, la temperatura equivalente será de 20°C, y la sensación de calor percibida será la misma que en una habitación donde la temperatura media de las paredes es 15°C y la temperatura del aire es de 25°C, porque esa habitación tendría la misma temperatura equivalente. Desde el punto de vista de la temperatura, la sensación percibida de confort térmico sería la misma.

          Propiedades del aire húmedo

          Al implementar un plan de aire acondicionado, se deben tener en cuenta tres cosas: el estado termodinámico del aire en el espacio dado, del aire exterior y del aire que se suministrará a la habitación. La selección de un sistema capaz de transformar las propiedades termodinámicas del aire suministrado a la habitación se basará entonces en las cargas térmicas existentes de cada componente. Por lo tanto, necesitamos conocer las propiedades termodinámicas del aire húmedo. Son los siguientes:

          Tdbt = la lectura de la temperatura de bulbo seco, medida con un termómetro aislado del calor irradiado

          Tdpt = la lectura de la temperatura del punto de rocío. Esta es la temperatura a la que el aire seco no saturado alcanza el punto de saturación

          W = una relación de humedad que varía de cero para aire seco a Ws para aire saturado. Se expresa en kg de vapor de agua por kg de aire seco

          RH = humedad relativa

          t* = temperatura termodinámica con bulbo húmedo

          v = volumen específico de aire y vapor de agua (expresado en unidades de m3/kg). es el inverso de la densidad

          H = entalpía, kcal/kg de aire seco y vapor de agua asociado.

          De las variables anteriores, solo tres son directamente medibles. Son la lectura de temperatura de bulbo seco, la lectura de temperatura de punto de rocío y la humedad relativa. Hay una cuarta variable que es medible experimentalmente, definida como la temperatura de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo húmedo se mide con un termómetro cuyo bulbo se ha humedecido y que se mueve, generalmente con la ayuda de una honda, a través de aire húmedo no saturado a una velocidad moderada. Esta variable difiere en una cantidad insignificante de la temperatura termodinámica con bulbo seco (3 por ciento), por lo que ambas pueden usarse para cálculos sin errar demasiado.

          Diagrama psicrométrico

          Las propiedades definidas en la sección anterior están relacionadas funcionalmente y se pueden representar en forma gráfica. Esta representación gráfica se llama diagrama psicrométrico. Es un gráfico simplificado derivado de las tablas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE). La entalpía y el grado de humedad se muestran en las coordenadas del diagrama; las líneas dibujadas muestran las temperaturas seca y húmeda, la humedad relativa y el volumen específico. Con el diagrama psicrométrico, conocer dos de las variables antes mencionadas le permite derivar todas las propiedades del aire húmedo.

          Condiciones para el confort térmico

          El confort térmico se define como un estado de ánimo que expresa satisfacción con el ambiente térmico. Está influenciado por factores físicos y fisiológicos.

          Es difícil prescribir las condiciones generales que deben cumplirse para el confort térmico porque las condiciones difieren en diversas situaciones de trabajo; incluso se podrían exigir condiciones diferentes para un mismo puesto de trabajo cuando lo ocupan diferentes personas. Una norma técnica de condiciones térmicas requeridas para el confort no se puede aplicar a todos los países debido a las diferentes condiciones climáticas y sus diferentes costumbres que rigen la vestimenta.

          Se han realizado estudios con trabajadores que realizan labores manuales livianas, estableciendo una serie de criterios de temperatura, velocidad y humedad que se muestran en la tabla 1 (Bedford y Chrenko 1974).

          Tabla 1. Normas propuestas para factores ambientales

          Factor medioambiental

          Norma propuesta

          Temperatura del aire

          21 ° C

          Temperatura radiante media

          ≥ 21 ° C

          Humedad relativa

          30-70%

          Velocidad del flujo de aire

          0.05–0.1 metros/segundo

          Gradiente de temperatura (de la cabeza a los pies)

          ≤ 2.5 ° C

           

          Los factores anteriores están interrelacionados, requiriendo una temperatura del aire más baja en los casos en que hay una radiación térmica alta y requiriendo una temperatura del aire más alta cuando la velocidad del flujo de aire también es mayor.

          Generalmente, las correcciones que se deben realizar son las siguientes:

          La temperatura del aire debe aumentarse:

          • si la velocidad del flujo de aire es alta
          • para situaciones de trabajo sedentario
          • si la ropa usada es ligera
          • cuando las personas deben aclimatarse a las altas temperaturas interiores.

           

          La temperatura del aire debe reducirse:

          • si el trabajo implica trabajo manual pesado
          • cuando se usa ropa abrigada.

           

          Para una buena sensación de confort térmico, la situación más deseable es aquella en la que la temperatura del ambiente es ligeramente superior a la temperatura del aire, y donde el flujo de energía térmica radiante es el mismo en todas las direcciones y no es excesivo. Se debe minimizar el aumento de temperatura por la altura, manteniendo los pies calientes sin crear demasiada carga térmica sobre la cabeza. Un factor importante que influye en la sensación de confort térmico es la velocidad del flujo de aire. Existen diagramas que dan velocidades de aire recomendadas en función de la actividad que se está realizando y el tipo de ropa utilizada (figura 2).

          Figura 2. Zonas de confort basadas en lecturas de temperatura general y velocidad de las corrientes de aire

          IEN050F3

          En algunos países existen normas de temperaturas ambientales mínimas, pero aún no se han establecido valores óptimos. Por lo general, el valor máximo para la temperatura del aire es de 20 °C. Con las mejoras técnicas recientes, ha aumentado la complejidad de medir el confort térmico. Han aparecido muchos índices, incluyendo el índice de temperatura efectiva (ET) y el índice de temperatura efectiva, corregido (CET); el índice de sobrecarga calórica; el Índice de Estrés por Calor (HSI); la temperatura de globo de bulbo húmedo (WBGT); y el índice de Fanger de valores medianos (IMV), entre otros. El índice WBGT nos permite determinar los intervalos de descanso requeridos en función de la intensidad del trabajo realizado para evitar el estrés térmico en condiciones de trabajo. Esto se analiza con más detalle en el capítulo Calor y frio.

          Zona de confort térmico en un diagrama psicrométrico

          El rango en el diagrama psicrométrico correspondiente a las condiciones bajo las cuales un adulto percibe el confort térmico ha sido cuidadosamente estudiado y definido en la norma ASHRAE en base a la temperatura efectiva, definida como la temperatura medida con un termómetro de bulbo seco en una habitación uniforme con 50 porcentaje de humedad relativa, donde las personas tendrían el mismo intercambio de calor por energía radiante, convección y evaporación que tendrían con el nivel de humedad en el ambiente local dado. La escala de temperatura efectiva está definida por ASHRAE para un nivel de ropa de 0.6 clo—clo es una unidad de aislamiento; 1 clo corresponde al aislamiento proporcionado por una muda normal de ropa—que asume un nivel de aislamiento térmico de 0.155 K·m2W-1, donde K es el intercambio de calor por conducción medido en Watts por metro cuadrado (W m-2) para un movimiento de aire de 0.2 ms-1 (en reposo), para una exposición de una hora a una actividad sedentaria elegida de 1 met (unidad de tasa metabólica = 50 Kcal/m2h). Esta zona de confort se ve en la figura 2 y se puede usar para ambientes térmicos donde la temperatura medida del calor radiante es aproximadamente la misma que la temperatura medida por un termómetro de bulbo seco, y donde la velocidad del flujo de aire es inferior a 0.2 ms-1 para personas vestidas con ropa ligera y que realizan actividades sedentarias.

          Fórmula de confort: El método Fanger

          El método desarrollado por PO Fanger se basa en una fórmula que relaciona variables de temperatura ambiente, temperatura radiante promedio, velocidad relativa del flujo de aire, presión de vapor de agua en el aire ambiente, nivel de actividad y resistencia térmica de la ropa usada. En la tabla 2 se muestra un ejemplo derivado de la fórmula de confort, que puede ser utilizada en aplicaciones prácticas para obtener una temperatura de confort en función de la ropa que se lleva, la tasa metabólica de la actividad realizada y la velocidad del flujo de aire.

          Tabla 2. Temperaturas de confort térmico (°C), al 50% de humedad relativa (basado en la fórmula de PO Fanger)

          Metabolismo (vatios)

          105

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          30.7


          27.5


          24.3

           

          0.5

          30.5

          29.0

          27.0

           

          1.5

          30.6

          29.5

          28.3

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          26.0


          23.0


          20.0

           

          0.5

          26.7

          24.3

          22.7

           

          1.5

          27.0

          25.7

          24.5

          Metabolismo (vatios)

          157

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          21.0


          17.1


          14.0

           

          0.5

          23.0

          20.7

          18.3

           

          1.5

          23.5

          23.3

          22.0

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          13.3


          10.0


          6.5

           

          0.5

          16.0

          14.0

          11.5

           

          1.5

          18.3

          17.0

          15.7

          Metabolismo (vatios)

          210

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          11.0


          8.0


          4.0

           

          0.5

          15.0

          13.0

          7.4

           

          1.5

          18.3

          17.0

          16.0

          Ropa (clo)
          0.5 Va /(msg-1)


          0.2


          -7.0


          /


          /

           

          0.5

          -1.5

          -3.0

          /

           

          1.5

          -5.0

          2.0

          1.0

           

          Sistemas de calefacción

          El diseño de cualquier sistema de calefacción debe estar directamente relacionado con el trabajo a realizar y las características del edificio donde se instalará. Es difícil encontrar, en el caso de naves industriales, proyectos donde se consideren las necesidades de calefacción de los trabajadores, muchas veces porque los procesos y puestos de trabajo aún están por definir. Normalmente, los sistemas se diseñan con un rango muy libre, considerando solo las cargas térmicas que existirán en el edificio y la cantidad de calor que se necesita suministrar para mantener una temperatura determinada dentro del edificio, sin tener en cuenta la distribución de calor, la situación de los puestos de trabajo y otros factores igualmente menos generales. Esto conduce a deficiencias en el diseño de ciertos edificios que se traducen en deficiencias como puntos fríos, corrientes de aire, número insuficiente de elementos de calefacción y otros problemas.

          Para terminar con un buen sistema de calefacción en la planificación de un edificio, las siguientes son algunas de las consideraciones que deben tenerse en cuenta:

          • Considere la colocación adecuada del aislamiento para ahorrar energía y minimizar los gradientes de temperatura dentro del edificio.
          • Reducir al máximo las infiltraciones de aire frío en el edificio para minimizar las variaciones de temperatura en las zonas de trabajo.
          • Controlar la contaminación del aire mediante extracción localizada de aire y ventilación por desplazamiento o difusión.
          • Controlar las emisiones de calor debidas a los procesos utilizados en el edificio y su distribución en las zonas ocupadas del edificio.

           

          Cuando la calefacción se proporcione mediante quemadores sin chimeneas de escape, se debe prestar especial atención a la inhalación de los productos de la combustión. Normalmente, cuando los materiales combustibles son aceite de calefacción, gas o coque, producen dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y otros productos de combustión. Existen límites de exposición humana para estos compuestos y deben ser controlados, especialmente en espacios cerrados donde la concentración de estos gases puede aumentar rápidamente y la eficiencia de la reacción de combustión puede disminuir.

          La planificación de un sistema de calefacción siempre implica equilibrar varias consideraciones, como un bajo costo inicial, flexibilidad del servicio, eficiencia energética y aplicabilidad. Por lo tanto, el uso de electricidad fuera de las horas pico cuando podría ser más barato, por ejemplo, podría hacer que los calentadores eléctricos sean rentables. El uso de sistemas químicos para el almacenamiento de calor que luego se pueden utilizar durante los picos de demanda (utilizando sulfuro de sodio, por ejemplo) es otra opción. También es posible estudiar la colocación de varios sistemas diferentes juntos, haciéndolos funcionar de tal manera que se puedan optimizar los costos.

          Es especialmente interesante la instalación de calentadores que sean capaces de utilizar gas o gasóleo. El uso directo de la electricidad supone un consumo de energía de primera que puede resultar costoso en muchos casos, pero que puede dar la flexibilidad necesaria en determinadas circunstancias. Las bombas de calor y otros sistemas de cogeneración que aprovechan el calor residual pueden aportar soluciones que pueden resultar muy ventajosas desde el punto de vista económico. El problema de estos sistemas es su elevado coste inicial.

          Hoy en día, la tendencia de los sistemas de calefacción y aire acondicionado es tener como objetivo ofrecer un funcionamiento óptimo y ahorro de energía. Por lo tanto, los nuevos sistemas incluyen sensores y controles distribuidos por los espacios a calentar, obteniendo un suministro de calor solo durante los tiempos necesarios para obtener el confort térmico. Estos sistemas pueden ahorrar hasta un 30% de los costes energéticos de calefacción. La figura 3 muestra algunos de los sistemas de calefacción disponibles, indicando sus características positivas y sus inconvenientes.

          Figura 3. Características de los sistemas de calefacción más comunes empleados en los lugares de trabajo

          IEN050F7

          Sistemas de aire acondicionado

          La experiencia demuestra que los entornos industriales cercanos a la zona de confort durante los meses de verano aumentan la productividad, tienden a registrar menos accidentes, tienen menor ausentismo y, en general, contribuyen a mejorar las relaciones humanas. En el caso de establecimientos comerciales, hospitales y edificios de grandes superficies, la climatización suele necesitar ser dirigida para poder aportar confort térmico cuando las condiciones exteriores lo requieran.

          En ciertos entornos industriales donde las condiciones externas son muy severas, el objetivo de los sistemas de calefacción está más orientado a proporcionar suficiente calor para prevenir posibles efectos adversos para la salud que a proporcionar suficiente calor para un ambiente térmico confortable. Los factores que deben ser cuidadosamente monitoreados son el mantenimiento y uso adecuado de los equipos de aire acondicionado, especialmente cuando están equipados con humidificadores, ya que pueden convertirse en fuentes de contaminación microbiana con los riesgos que estos contaminantes pueden representar para la salud humana.

          Hoy en día los sistemas de ventilación y climatización tienden a cubrir, de forma conjunta y muchas veces con la misma instalación, las necesidades de calefacción, refrigeración y acondicionamiento del aire de un edificio. Se pueden utilizar múltiples clasificaciones para los sistemas de refrigeración.

          Dependiendo de la configuración del sistema se pueden clasificar de la siguiente manera:

          • Unidades herméticamente selladas, con fluido frigorífico instalado de fábrica, que se pueden abrir y recargar en un taller de reparación. Se trata de unidades de aire acondicionado normalmente utilizadas en oficinas, viviendas y similares.
          • Unidades semiherméticas de tamaño mediano, fabricadas en fábrica, que son de mayor tamaño que las unidades domiciliarias y que pueden ser reparadas a través de aberturas diseñadas para tal fin.
          • Sistemas segmentados para almacenes y grandes superficies, que constan de partes y componentes claramente diferenciados y separados físicamente (el compresor y el condensador están separados físicamente del evaporador y la válvula de expansión). Se utilizan para grandes edificios de oficinas, hoteles, hospitales, grandes fábricas y edificios industriales.

           

          Dependiendo de la cobertura que brinden, se pueden clasificar de la siguiente manera:

          • Sistemas para una sola zona: una unidad de tratamiento de aire da servicio a varias estancias de un mismo edificio y al mismo tiempo. Las habitaciones servidas tienen necesidades similares de calefacción, refrigeración y ventilación y están reguladas por un control común (un termostato o dispositivo similar). Este tipo de sistemas pueden acabar siendo incapaces de proporcionar un nivel de confort adecuado a cada estancia si en el plan de diseño no se han tenido en cuenta las diferentes cargas térmicas entre estancias de una misma zona. Esto puede suceder cuando hay un aumento en la ocupación de una habitación o cuando se agrega iluminación u otras fuentes de calor, como computadoras o fotocopiadoras, que no estaban previstas durante el diseño original del sistema. La incomodidad también puede ocurrir debido a los cambios estacionales en la cantidad de radiación solar que recibe una habitación, o incluso debido a los cambios de una habitación a otra durante el día.
          • Sistemas para múltiples zonas: los sistemas de este tipo pueden proporcionar aire a diferentes zonas a diferentes temperaturas y humedades calentando, enfriando, humidificando o deshumidificando el aire de cada zona y variando el caudal de aire. Estos sistemas, si bien generalmente cuentan con una unidad de refrigeración por aire común y centralizada (compresor, evaporador, etc.), están equipados con una variedad de elementos, como dispositivos que controlan el flujo de aire, serpentines de calefacción y humidificadores. Estos sistemas son capaces de ajustar las condiciones de una habitación en función de cargas térmicas específicas, que detectan mediante sensores distribuidos en las habitaciones a lo largo del área que sirven.
          • En función del caudal de aire que estos sistemas bombean al interior del edificio se clasifican de la siguiente forma:
          • Volumen constante (CV): estos sistemas bombean un flujo constante de aire en cada habitación. Los cambios de temperatura se efectúan calentando o enfriando el aire. Estos sistemas frecuentemente mezclan un porcentaje de aire exterior con aire interior reciclado.
          • Volumen variable (VAV): estos sistemas mantienen el confort térmico variando la cantidad de aire calentado o enfriado que se suministra a cada espacio. Aunque su funcionamiento se basa principalmente en este principio de mezcla, también se pueden combinar con sistemas que modifican la temperatura del aire que introducen en la habitación.

           

          Los problemas que con mayor frecuencia aquejan a este tipo de sistemas son el exceso de calefacción o refrigeración si el sistema no está ajustado para responder a las variaciones de las cargas térmicas, o la falta de ventilación si el sistema no introduce una cantidad mínima de aire exterior para renovar el aire circulante. aire interior Esto crea ambientes interiores viciados en los que la calidad del aire se deteriora.

          Los elementos básicos de todos los sistemas de aire acondicionado son (ver también la figura 4):

          • Unidades para retener materia sólida, generalmente filtros de mangas o precipitadores electrostáticos.
          • Unidades de calefacción o refrigeración por aire: en estas unidades se intercambia calor por intercambio térmico con agua fría o líquidos refrigerantes, por ventilación forzada en verano y por calefacción con serpentines eléctricos o por combustión en invierno.
          • Unidades para el control de la humedad: en invierno se puede añadir humedad por inyección directa de vapor de agua o por evaporación directa del agua; en verano puede eliminarse mediante serpentines refrigerados que condensan el exceso de humedad en el aire, o mediante un sistema de agua refrigerada en el que el aire húmedo fluye a través de una cortina de gotas de agua más fría que el punto de rocío del aire húmedo.

           

          Figura 4. Esquema simplificado del sistema de aire acondicionado

          IEN050F8

           

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          Miércoles, febrero 16 2011 01: 25

          Aire Interior: Ionización

          La ionización es una de las técnicas utilizadas para eliminar partículas del aire. Los iones actúan como núcleos de condensación de pequeñas partículas que, al adherirse, crecen y precipitan.

          La concentración de iones en espacios interiores cerrados es, por regla general y si no hay fuentes adicionales de iones, inferior a la de los espacios abiertos. De ahí la creencia de que aumentar la concentración de iones negativos en el aire interior mejora la calidad del aire.

          Algunos estudios basados ​​en datos epidemiológicos y en investigaciones experimentales planificadas afirman que el aumento de la concentración de iones negativos en los entornos de trabajo mejora la eficiencia del trabajador y mejora el estado de ánimo de los empleados, mientras que los iones positivos tienen un efecto adverso. Sin embargo, estudios paralelos muestran que los datos existentes sobre los efectos de la ionización negativa en la productividad de los trabajadores son inconsistentes y contradictorios. Por lo tanto, parece que todavía no es posible afirmar de manera unívoca que la generación de iones negativos sea realmente beneficiosa.

          Ionización natural

          Las moléculas de gas individuales en la atmósfera pueden ionizarse negativamente al ganar o positivamente al perder un electrón. Para que esto ocurra, una molécula dada primero debe ganar suficiente energía, generalmente llamada energía de ionización de esa molécula en particular. En la naturaleza se dan muchas fuentes de energía, tanto de origen cósmico como terrestre, que son capaces de producir este fenómeno: radiación de fondo en la atmósfera; ondas solares electromagnéticas (especialmente las ultravioletas), rayos cósmicos, atomización de líquidos como el rocío que provocan las cascadas, el movimiento de grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, fenómenos eléctricos como rayos y tormentas, el proceso de combustión y las sustancias radiactivas .

          Las configuraciones eléctricas de los iones que se forman de esta manera, aunque aún no se conocen por completo, parecen incluir los iones de carbonatación y H+, H3O+, La+, N+, OH, H2O Y O2. Estas moléculas ionizadas pueden agregarse por adsorción en partículas suspendidas (niebla, sílice y otros contaminantes). Los iones se clasifican según su tamaño y su movilidad. Este último se define como una velocidad en un campo eléctrico expresada como una unidad como centímetros por segundo por voltaje por centímetro (cm/s/V/cm), o, de manera más compacta,

          Los iones atmosféricos tienden a desaparecer por recombinación. Su vida media depende de su tamaño y es inversamente proporcional a su movilidad. Los iones negativos son estadísticamente más pequeños y su vida media es de varios minutos, mientras que los iones positivos son más grandes y su vida media es de aproximadamente media hora. Él carga espacial es el cociente de la concentración de iones positivos y la concentración de iones negativos. El valor de esta relación es mayor a uno y depende de factores como el clima, la ubicación y la estación del año. En los espacios habitables este coeficiente puede tener valores inferiores a uno. Las características se dan en la tabla 1.

          Tabla 1. Características de iones de movilidades y diámetro dados

          Movilidad (cm2/Vs)

          Diámetro (mm)

          Características

          3.0-0.1

          0.001-0.003

          Pequeño, alta movilidad, vida corta

          0.1-0.005

          0.003-0.03

          Intermedio, más lento que los iones pequeños.

          0.005-0.002

          > 0.03

          Iones lentos, agregados en materia particulada
          (iones de Langevin)

           

          Ionización Artificial

          La actividad humana modifica la ionización natural del aire. La ionización artificial puede ser causada por procesos e incendios industriales y nucleares. El material particulado en suspensión en el aire favorece la formación de iones de Langevin (iones agregados sobre material particulado). Los radiadores eléctricos aumentan considerablemente la concentración de iones positivos. Los acondicionadores de aire también aumentan la carga espacial del aire interior.

          Los lugares de trabajo cuentan con maquinaria que produce iones positivos y negativos simultáneamente, como es el caso de las máquinas que son fuentes locales importantes de energía mecánica (prensas, máquinas de hilar y tejer), energía eléctrica (motores, impresoras electrónicas, fotocopiadoras, líneas e instalaciones de alta tensión ), energía electromagnética (pantallas de rayos catódicos, televisores, monitores de ordenador) o energía radiactiva (terapia con cobalto-42). Este tipo de equipos crean ambientes con mayores concentraciones de iones positivos debido a la mayor vida media de estos últimos en comparación con los iones negativos.

          Concentraciones ambientales de iones

          Las concentraciones de iones varían con las condiciones ambientales y meteorológicas. En áreas con poca contaminación, como en bosques y montañas, o en grandes altitudes, la concentración de pequeños iones crece; en áreas cercanas a fuentes radiactivas, cascadas o rápidos de ríos, las concentraciones pueden alcanzar miles de pequeños iones por centímetro cúbico. En la proximidad del mar y cuando los niveles de humedad son altos, en cambio, hay un exceso de iones grandes. En general, la concentración promedio de iones negativos y positivos en el aire limpio es de 500 y 600 iones por centímetro cúbico respectivamente.

          Algunos vientos pueden transportar grandes concentraciones de iones positivos: el Föhn en Suiza, el Santa Ana en los Estados Unidos, el Sirocco en el norte de África, el Chinook en las Montañas Rocosas y el Sharav en el Medio Oriente.

          En lugares de trabajo donde no hay factores ionizantes significativos, a menudo hay una acumulación de iones grandes. Esto es especialmente cierto, por ejemplo, en lugares que están sellados herméticamente y en minas. La concentración de iones negativos disminuye significativamente en espacios interiores y en áreas contaminadas o polvorientas. Hay muchas razones por las que la concentración de iones negativos también disminuye en los espacios interiores que cuentan con sistemas de aire acondicionado. Una de las razones es que los iones negativos quedan atrapados en los conductos de aire y los filtros de aire o son atraídos por las superficies que tienen carga positiva. Las pantallas de rayos catódicos y los monitores de computadora, por ejemplo, están cargados positivamente, creando en su vecindad inmediata un microclima deficiente en iones negativos. Los sistemas de filtración de aire diseñados para "salas limpias" que requieren que los niveles de contaminación con partículas se mantengan en un mínimo muy bajo también parecen eliminar los iones negativos.

          Por otro lado, un exceso de humedad condensa iones, mientras que su falta crea ambientes secos con gran cantidad de cargas electrostáticas. Estas cargas electrostáticas se acumulan en las fibras plásticas y sintéticas, tanto en la habitación como en las personas.

          Generadores de iones

          Los generadores ionizan el aire entregando una gran cantidad de energía. Esta energía puede provenir de una fuente de radiación alfa (como el tritio) o de una fuente de electricidad mediante la aplicación de un alto voltaje a un electrodo de punta afilada. Las fuentes radiactivas están prohibidas en la mayoría de los países debido a los problemas secundarios de la radiactividad.

          Los generadores eléctricos están hechos de un electrodo puntiagudo rodeado por una corona; el electrodo recibe un voltaje negativo de miles de voltios y la corona está conectada a tierra. Los iones negativos son expulsados ​​mientras que los iones positivos son atraídos por el generador. La cantidad de iones negativos generados aumenta en proporción al voltaje aplicado y al número de electrodos que contiene. Los generadores que tienen una mayor cantidad de electrodos y usan un voltaje más bajo son más seguros, porque cuando el voltaje supera los 8,000 a 10,000 voltios, el generador producirá no solo iones, sino también ozono y algunos óxidos nitrosos. La diseminación de iones se logra por repulsión electrostática.

          La migración de iones dependerá de la alineación del campo magnético generado entre el punto de emisión y los objetos que lo rodean. La concentración de iones que rodea a los generadores no es homogénea y disminuye significativamente a medida que aumenta la distancia a los mismos. Los ventiladores instalados en este equipo aumentarán la zona de dispersión iónica. Es importante recordar que los elementos activos de los generadores deben limpiarse periódicamente para asegurar su correcto funcionamiento.

          Los generadores también pueden basarse en atomización de agua, en efectos termoeléctricos o en rayos ultravioleta. Hay muchos tipos y tamaños diferentes de generadores. Pueden instalarse en techos y paredes o pueden colocarse en cualquier lugar si son del tipo pequeño y portátil.

          Medición de iones

          Los dispositivos de medición de iones se fabrican colocando dos placas conductoras separadas 0.75 cm y aplicando un voltaje variable. Los iones recogidos se miden con un picoamperímetro y se registra la intensidad de la corriente. Los voltajes variables permiten la medición de concentraciones de iones con diferentes movilidades. La concentración de iones (N) se calcula a partir de la intensidad de la corriente eléctrica generada mediante la siguiente fórmula:

          donde I es la corriente en amperios, V es la velocidad del flujo de aire, q es la carga de un ion univalente (1.6x10-19) en culombios y A es el área efectiva de las placas colectoras. Se supone que todos los iones tienen una sola carga y que todos quedan retenidos en el colector. Debe tenerse en cuenta que este método tiene sus limitaciones debido a la corriente de fondo y la influencia de otros factores como la humedad y los campos de electricidad estática.

          Los efectos de los iones en el cuerpo

          Los iones negativos pequeños son los que se supone que tienen el mayor efecto biológico debido a su mayor movilidad. Las altas concentraciones de iones negativos pueden matar o bloquear el crecimiento de patógenos microscópicos, pero no se han descrito efectos adversos en humanos.

          Algunos estudios sugieren que la exposición a altas concentraciones de iones negativos produce cambios bioquímicos y fisiológicos en algunas personas que tienen un efecto relajante, reducen la tensión y los dolores de cabeza, mejoran el estado de alerta y reducen el tiempo de reacción. Estos efectos podrían deberse a la supresión de la hormona neural serotonina (5-HT) y de la histamina en ambientes cargados de iones negativos; estos factores podrían afectar a un segmento hipersensible de la población. Sin embargo, otros estudios llegan a conclusiones diferentes sobre los efectos de los iones negativos en el organismo. Por lo tanto, los beneficios de la ionización negativa aún están abiertos a debate y se necesitan más estudios antes de que se decida el asunto.

           

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