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 , solamente 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
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
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.