UT6. CONTROL DEL RIESGO QUÍMICO I : VENTILACIÓN Y EXTRACCIÓN LOCALIZADA
Introducción
Como en el resto de los casos de exposición a agentes de riesgo higiénico, las medidas preventivas a aplicar pueden clasificarse, de una parte, atendiendo al punto de intervención: en el origen, en la transmisión y en el receptor, y de otra a la naturaleza de las medidas: técnicas y organizativas.
En cualquier caso, siempre será recomendable la aplicación de medidas en el origen con la intención de reducir la generación de los contaminantes. En último caso se aplicarán, cuando no sean posibles otras medidas, los equipos de protección individual.
Por la naturaleza de los productos químicos y su facilidad de dispersarse en el ambiente, las medidas más eficaces son habitualmente las relacionadas con la extracción de los productos tóxicos de manera localizada y la ventilación adecuada de los lugares de trabajo. En esta unidad nos detenemos a estudiar la ventilación y la extracción localizada. En la próxima unidad se tratará de otras medidas de control, con especial atención a los equipos de protección individual.
En esta unidad se tratará además del Síndrome del Edificio Enfermo, un problema de carácter multifactorial que puede afectar a grupos de trabajadores que desempeñan su actividad en ciertos tipos de edificios donde coexisten diversos factores de riesgo higiénico.
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6.1. CALIDAD DEL AIRE INTERIOR Y SÍNDROME DEL EDIFICIO ENFERMO Calidad del Aire
El concepto de calidad del aire presenta habitualmente una doble acepción:
∙ Ausencia de contaminantes tóxicos o peligrosos, o con niveles de concentración inferiores a los valores límite legales
∙ Pureza del aire en su sentido más amplio como percepción de bienestar y agrado del aire que respiramos
En el primer caso nos referimos de manera directa a la contaminación de origen industrial o en aquellas actividades donde se producen, usan o manipulan productos químicos. En el segundo caso, hablamos del confort ambiental concepto menos definido y más difícilmente evaluable que la contaminación por productos químicos.
En ambas situaciones una ventilación adecuada es por principio la mejor medida preventiva.
El Síndrome del Edificio Enfermo (SEE)
Bajo esta denominación se recoge una situación de contaminación interior de edificios, de carácter multifactorial y que representa una pérdida de la calidad del aire en la que van a influir tanto la presencia de contaminantes químicos clásicos, como otros factores de riesgo biológico y físico
Sus características básicas son:
∙ Deterioro de la calidad del aire
interior que provoca sintomatología
diversa y disconfort generalizado en
sus ocupantes.
∙ Se aplica cuando un 20% de los
ocupantes manifiestan síntomas típicos
del SEE.
∙ Afecta con más frecuencia a
grandes edificios públicos, oficinas,
establecimientos comerciales y
escuelas.
Entre las manifestaciones típicas de
los ocupantes del edificio podemos
encontrar:
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∙ Irritaciones de ojos, nariz y garganta.
∙ Sensación de sequedad en membranas mucosas y piel.
∙ Ronquera.
∙ Respiración dificultosa.
∙ Eritemas (Erupciones cutáneas).
∙ Prurito (Comezón).
∙ Hipersensibilidades inespecíficas.
∙ Náuseas, mareos y vértigos.
∙ Dolor de cabeza.
∙ Fatiga mental.
∙ Elevada incidencia de infecciones respiratorias y catarros
Las fuentes de contaminación en un SEE son varias:
∙ Ocupantes
o CO2
o Bioefluentes
∙ Materiales de la edificación / mobiliario
o Fibras de vidrio y textiles
o Vapores orgánicos
o Formaldehido
o ...
∙ Combustión
o CO, NO2, SO2
∙ Productos de limpieza y mantenimiento
∙ Mezclas complejas (tabaco, aerosoles y humos de preparación de comidas)
∙ Contaminantes biológicos: alérgenos y agentes biológicos Existen diversos factores contribuyentes a la aparición del SEE
∙ Ventilación inadecuada: este es el principal elemento determinante del SEE. Puede deberse a insuficiente renovación del aire (generalmente en sistemas de ventilación forzada, no natural), falta de mantenimiento de las instalaciones (filtros sucios), mala distribución del aire o problemas de regulación de temperatura y humedad
∙ Otros factores: ruido, radiaciones, electricidad estática, iluminación inadecuada, vibraciones, ...
Evaluación de un SEE
Por la complejidad asociada a este tipo de problemática, se han diseñado protocolos de investigación específicos, cuya complejidad excede el contenido de esta unidad. Una información detallada puede hallarse en estas referencias del INSHT.
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Importancia del problema y papel del técnico de prevención de riesgos profesionales
Aunque este problema por su naturaleza compleja requiere la participación de muy diversos profesionales para su resolución, los técnicos de prevención tienen un papel muy importante en la detección de los posibles síntomas del SEE en los trabajadores a través de la encuesta higiénica, y especialmente en la recomendación de medidas de ventilación apropiadas para los lugares de trabajo.
6.2. VENTILACIÓN
La ventilación es el proceso de suministrar y eliminar el aire de un espacio por medios naturales o mecánicos. Sus objetivos son:
∙ Reemplazar el aire viciado
∙ Evacuar los contaminantes
∙ Evitar la dispersión de contaminantes a zonas no deseadas Clasificación
Se distinguen dos modalidades básicas de ventilación:
∙ Ventilación general o ambiental: se aplica al conjunto de un local o edificio o zonas amplias del mismo. Mediante impulsión y/o extracción forzada se pretende la renovación del aire de la zona a ventilar para conseguir un mejor nivel de calidad del mismo. Se distinguen dos tipos de ventilación general:
∙ Ventilación por depresión, cuando el aire es extraído. También denominada ventilación por difusión.
∙ Ventilación por sobrepresión, cuando el aire es impulsado al interior. También denominada ventilación por desplazamiento.
∙ Extracción localizada: se aplica a zonas de trabajo donde se generan puntualmente los contaminantes. En la práctica consiste en instalar sistemas de extracción (ej. campanas) que recogen el aire contaminado y lo evacúan al exterior del local
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Ventilación Ambiental Extracción Localizada
¿Cuándo hay que usar uno u otro tipo de ventilación?
La ventilación ambiental siempre debe estar presente en todas las instalaciones industriales y de servicios. En cuanto a la modalidad de aplicación como depresión o sobrepresión (o combinada) depende de los parámetros de diseño establecidos por el arquitecto o ingeniero calculista.
En locales industriales y talleres es habitual el sistema de extracción (depresión / dilución) mientras que en locales de servicios (oficinas, restaurantes, ... ) suelen instalarse sistemas de sobrepresión o combinados.
La extracción localizada debe usarse cuando existan focos de emisión puntuales de contaminantes tóxicos y/o peligrosos, y el sistema de ventilación ambiental no garantice su correcta evacuación. En general, se usará cuando:
∙ Existe un contaminante de alta toxicidad o inflamabilidad
∙ La generación de produce en focos concretos
∙ La concentración del contaminante varía a lo largo de la jornada ∙ Los trabajadores están cerca del punto de emisión
6.2.1. VENTILACIÓN AMBIENTAL
Al considerar la ventilación ambiental de un edificio o local podemos encontrarnos en dos situaciones genéricas:
∙ La actividad desarrollada en el local no genera contaminantes tóxicos o peligrosos, o las concentraciones de estos son muy inferiores a los límites de exposición establecidos en la norma (VLAs o TLVs) Este es el caso más habitual en la mayoría de las actividades.
∙ Se generan sustancias peligrosas para la salud que pueden difundirse por el local y alcanzar concentraciones elevadas.
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La primera situación se contempla en las normas técnicas de edificación, destacando el Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE). En el segundo caso se deben realizar cálculos específicos de ventilación por dilución, en función de la concentración del contaminante que se pretende eliminar.
Con carácter general hay que atender al Real Decreto 486/1997 de 14 de abril, publicado en el BOE 23-IV-1997, que fija las “Disposiciones Mínimas de Seguridad y Salud en los Lugares de Trabajo”
CASO 1 : VENTILACIÓN AMBIENTAL DE LOCALES SIN CONTAMINANTES TÓXICOS
En el anexo III del Reglamento de Lugares de Trabajo, se establecen con carácter general las siguientes indicaciones:
En los lugares de trabajo cerrados deberán cumplirse, en particular, las siguientes condiciones:
a) La temperatura de los locales donde se realicen trabajos sedentarios propios de oficinas o similares estará comprendida entre 17 y 27°C. La temperatura de los locales donde se realicen trabajos ligeros estará comprendida entre 14 y 25°C.
b) La humedad relativa estará comprendida entre el 30 y el 70 por ciento, excepto en los locales donde existan riesgos por electricidad estática en los que el límite inferior será el 50 por ciento.
c) Los trabajadores no deberán estar expuestos de forma frecuente o continuada a corrientes de aire cuya velocidad exceda los siguientes límites:
1°. Trabajos en ambientes no calurosos: 0.25 m/s.
2°. Trabajos sedentarios en ambientes calurosos: 0.5 m/s.
3°. Trabajos no sedentarios en ambientes no calurosos: 0.75 m/s.
Estos límites no se aplicarán a las corrientes de aire expresamente utilizadas para evitar el estrés en exposiciones intensas al calor, ni las corrientes de aire acondicionado, para las que el límite será de 0.25 m/s en el caso de trabajos sedentarios y 0.35 m/s en los demás casos.
d) La renovación mínima del aire en los locales de trabajo será de 30 metros cúbicos de aire limpio por hora y trabajador en el caso de trabajos sedentarios en ambientes no calurosos ni contaminados por humo de tabaco y de 50 metros cúbicos en los casos restantes, a fin de evitar el ambiente viciado y los olores desagradables. El sistema de ventilación empleado, en particular, la distribución de las entradas de aire limpio y salidas del aire viciado, deberán asegurar una efectiva renovación del aire del local de trabajo.
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En el RITE se especifican los caudales mínimos de aire en función de la naturaleza del local y la actividad. Para ello se adoptan los criterios de la norma UNE-EN 13779 que clasifica, con carácter general, los ambientes interiores en cuatro apartados de calidad del aire:
Caudal mínimo
Categoría Tipo de Ambiente
litros/segundo por persona
IDA1 20 IDA212,5
IDA38
IDA4 Baja calidad. 5
En la mencionada norma UNE se autorizan varios métodos de cálculo de diverso nivel de complejidad, que van desde la estimación aproximada por ocupantes y/o m2de superficie al método de calidad del aire percibido de Fanger (basado en las emisiones de olores y bioefluentes)
El método de Fanger a pesar de su validez metodológica es excesivamente complejo para su aplicación rutinaria en prevención de riesgos, por lo que en la práctica lo más habitual es establecer como criterio básico que para la mayor parte de las instalaciones industriales hay que conseguir un nivel IDA2 (12-15 l/s persona, equivalentes a los 50 m3del reglamento de lugares de trabajo) y un nivel IDA1 (20 l/s persona) en instalaciones donde exista un nivel elevado de contaminación (polvo, vapores de soldadura, uso de colas / pinturas, ... etc) con independencia de que posteriormente se requiera instalar extracción localizada.
Cuando la densidad de ocupación del local sea baja, se puede optar por usar una estimación por metro cuadrado de superficie: con caracter general del orden de 1 persona por cada 10 metros cuadrados.
Ejemplos de cálculo.-
1.- En un taller de automóviles de 150 metros cuadrados trabajan 6 empleados. Calcule el caudal de ventilación ambiental.
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En este caso suponemos que hay generación de polvo y vapores por lo que optamos por aplicar 20 l/s persona. Como la densidad de ocupación es baja, optamos por el método de aproximación por superficie que supone una ocupación media de 15 personas. Por lo tanto, el caudal mínimo de ventilación será:
2.- En una oficina de 50 metros cuadrados trabajan 7 empleados. Calcule el caudal de ventilación ambiental.
Tomamos como referencia el IDA2 y por tanto aplicamos 12,5 l/s persona. El caudal mínimo de ventilación será:
CASO 2: VENTILACIÓN AMBIENTAL DE LOCALES CONTAMINADOS - VENTILACIÓN POR DILUCIÓN
En los supuestos donde exista un cierto contaminante químico (gas o vapor) que alcance concentraciones significativas en el local, hay que recurrir a cálculos de dilución del contaminante.
El cálculo del caudal de dilución toma en consideración la ley de masas que implica que la cantidad de contaminante eliminado del medio ambiente debe ser igual a la cantidad del contaminante generado. La formula básica de cálculo es la siguiente:
donde G es la cantidad de contaminante generado (por ejemplo, disolvente evaporado) por unidad de tiempo (g/hora), C es la concentración máxima de referencia en mg/m3y K es un factor de seguridad que depende de la eficacia del proceso de ventilación.
El factor de seguridad K está en relación inversa a la eficacia de ventilación, que dependerá entre otros de la tasa de generación del contaminante, la situación de entradas y salidas de aire, y la existencia de obstáculos a la libre circulación del aire en el local. Su valor oscila entre 1 (dilución perfecta) y 10 (dilución muy defectuosa). Generalmente si no se dispone de otros datos se usa un valor K=5.
En el caso más frecuente de dilución de compuestos volátiles, como por ejemplo disolventes, la ecuación anterior toma la siguiente forma:
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donde V es el volumen de sustancia evaporada por hora, d es su densidad en kg/L , 24 es el volumen molar a 20ºC, Pm el peso molecular en g/mol y VL es el valor límite de referencia del contaminante en ppm. K tiene el mismo significado que en el caso anterior.
Cuando se desea calcular el caudal necesario para diluir un contaminante atendiendo a su riesgo de explosividad (que se indica como Límite Inferior de Explosividad -LIE- en %) la formula adaptada será la siguiente:
Cuando una sustancia presente riesgos tóxicos (determinados por su VLA) y riesgo de explosividad (LIE) habrá que realizar ambos cálculos y tomar como caudal el valor máximo de ambas situaciones.
Ejemplos de cálculo.-
1.- En una empresa de calzado se evaporan 2 l/hora de xileno como consecuencia del uso de colas. Calcule el caudal de dilución con los siguientes datos: densidad 0,88 kg/L, VLA = 50 ppm y peso molecular = 106 g/mol.
Como no existe una información detallada de las condiciones de evaporación usaremos un valor K = 5
2 .- Usando los datos del ejemplo anterior y sabiendo que el Límite Inferior de Explosividad del xileno es 0,9 % , calcule el caudal de dilución para evitar el riesgo de explosión.
En este supuesto, el caudal de dilución es muy inferior al calculado para riesgo de toxicidad, por lo que habrá que usar la estimación anterior de 39849m3/hora.
6.2.2. EXTRACCIÓN LOCALIZADA
Un sistema de extracción localizada tiene como objetivo captar el contaminante en el lugar de emisión evitando que se difunda al ambiente general del lugar de trabajo. Consta de cuatro elementos básicos:
∙ Receptor o Campana: es la parte del sistema a través de la cual son captados los contaminantes.
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∙ Conducto: lugar por el que el aire extraído cargado de contaminante circula hasta al ventilador.
∙ Depurador: sistema de tratamiento o purificación del aire cuando la concentración, peligrosidad u otras características del contaminante lo aconsejen para evitar la contaminación externa.
∙ Ventilador: mecanismo que proporciona la energía necesaria para que el aire circule a través de la campana, el conducto y el depurador a un caudal establecido y venciendo la pérdida de carga del sistema.
Conceptos Técnicos
∙ Caudal de Aire (Q): Este concepto implica aire en movimiento y por tanto hay que relacionar la cantidad con el tiempo en que circula. Se expresa en metros cúbicos por hora m³/h y, a veces, en litros por segundo l/s.
∙ Pérdida de carga: es la pérdida de presión que se origina al circular el aire por una canalización, a la entrada o por obstáculos en la misma, debido al rozamiento, al cambio de dirección o choques. Se mide en milímetros de columna de aire (mm c.d.a.) o bien en Pascales, 1 mm c.d.a. = 9,81 Pascal.
∙ Velocidad del Aire (V): La velocidad del aire con que circula un determinado caudal (Q) que atraviesa una sección (S) de conducto u otro espacio, viene determinada por la fórmula:
V= Q/S
Esta velocidad determina una presión del aire en dirección a la circulación del mismo que se llama Presión Dinámica (Pd) cuya expresión es:
∙ Pd (mm c.d.a.) = V² (m/s) / 16,3
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Esta presión (Pd) sumada a la Presión Estática (Pe) que el aire produce en todas direcciones dentro del conducto o recinto, dan la Presión Total (Pt), equivalente a la pérdida de carga del sistema:
Pt = Pe + Pd
∙ Velocidad de captación (o de arrastre) (Va): es la velocidad del aire en la boca de una campana o cabina necesaria para vencer las corrientes contrarias y recoger (arrastrar) aire, gases, polvo o humo, obligándoles a entrar en las mismas.
∙ Velocidad en el conducto (o de transporte) (Vc): es la velocidad del aire dentro del conducto necesaria para evitar que las partículas sólidas en suspensión sedimenten y queden depositadas en el mismo.
Principios de Cálculo de Instalaciones de Extracción Localizada
Todo sistema de extracción localizada requiere un diseño y unas características de funcionamiento que permitan el arrastre del contaminante a la velocidad necesaria, su vehiculación a través de la instalación a un caudal adecuado y un ventilador que proporcione dicho caudal venciendo la pérdida de carga ofrecida por el conjunto de la instalación.
El diseño y cálculo, de manera simplificada, se realiza:
1. Seleccionar el tipo de sistema o campana extractora en función del tipo de emisión y contaminante
2. Establecer una velocidad de captura adecuada al tipo de contaminante 3. Calcular el caudal de extracción necesario
4. Establecer la velocidad de conducto apropiada al contaminante 5. Calcular la sección de conducto de extracción
6. Calcular las pérdidas de carga del sistema
7. Seleccionar un ventilador cuya curva de trabajo ofrezca el caudal necesario soportando con las pérdidas de carga calculadas
Campanas
Existen diversos modelos de campanas de captura adaptadas a los diversos procesos industriales. La selección del modelo de campana depende de las recomendaciones de los fabricantes que han estudiado su eficacia en diversas aplicaciones.
Una vez seleccionado un modelo de campana o sistema de extracción, hay que realizar el cálculo del caudal de captación que depende de dos parámetros: velocidad de captación (función del tipo de contaminante) y tipo (geometría) de la campana.
En la siguiente tabla se ofrecen velocidades típicas de captura.
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En función del tipo de campana, calculamos el caudal según su geometría.12
donde V es la velocidad de captura, A el área de entrada de la campana y x2 es el cuadrado de la distancia de la campana al punto de emisión.
Ejemplo.-
Para un proceso de soldadura se ha seleccionado una campana simple situada a 0,4 metros de la zona de emisión de vapores. La campana tiene unas dimensiones de entrada de 0,6 x 0,8 m. Para este tipo de vapores se selecciona una velocidad de captura de 1 m/s. El caudal de captura será:
Conductos
Para el cálculo de la sección del conducto se requiere conocer la velocidad de paso por el mismo del aire contaminado a extraer. Dicha velocidad, velocidad de conducto (Vc) o de transporte, debe ajustarse al tipo de contaminante para evitar el depósito de sustancias en el mismo.
En la siguiente tabla se muestran velocidades típicas de conducto en m/s
Una vez establecida la velocidad de transporte Vc y conocido el caudal de extracción Q es sencillo calcular la sección S = Q / V
Ejemplo.-
Siguiendo con el supuesto anterior, tomamos como velocidad de conducto 10 m/s (vapores metálicos) y conocido el caudal Q = 2,08 m3/s obtenemos la sección S = 2,08 / 10 = 0,208 m2. Suponiendo que el tubo es de sección circular obtendríamos un diámetro de:
�� = �� ∗��2
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�� = 4����= 4 ∗ 0,208
��≈ 0,51 ��
por lo que elegiríamos un tubo circular de 500 mm de diámetro normalizado. Pérdidas de carga
Para el cálculo aproximado de pérdidas de carga se usan tablas ofrecidas por los fabricantes donde se consignan las pérdidas de carga por metro lineal de conducto (en función de la velocidad de paso) y de los elementos singulares (campana de extracción, codos, empalmes, reducciones, ...)
Aunque lo recomendable es el uso del SI y por tanto las pérdidas de carga deberían indicarse en Pa, lo más frecuente es el uso de la unidad 'milímetro de columna de agua' (mm c.d.a.)
Existen en el mercado diversos programas informáticos que nos permiten el cálculo de las pérdidas de carga en función del esquema y materiales de diseño.
Ventiladores
El último paso del diseño de la instalación consiste en seleccionar un ventilador adecuado para el caudal y pérdida de carga del sistema. Los fabricantes
ofrecen diferentes tipos de extractores cuyas especificaciones se reflejan en la curva característica del ventilador, que es una gráfica donde se relaciona el caudal ofrecido por el ventilador en función de la pérdida de carga.
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En este gráfico, obtenido del catálogo de un fabricante, se muestran varias curvas características de un gama de ventiladores. Suponiendo que la perdida de carga de nuestro sistema fuera de 1500 Pa con un Q = 7488 m3/h = 2,08 m3/s, observamos que en la curva correspondiente a 3000 r.p.m (revoluciones por minuto) el rendimiento de este modelo sería de aproximadamente un 75%, por lo que sería una buena elección.
Consideraciones finales
Aunque no es función del técnico de prevención el cálculo de las instalaciones de ventilación, es recomendable que el técnico conozca los principios básicos de diseño y selección de sistemas de ventilación.
Dada la importancia de la ventilación como sistema fundamental de control de la contaminación por contaminantes químicos, es responsabilidad del técnico recomendar, en función de las características del sistema productivo y sus puestos de trabajo, el sistema de ventilación más apropiado (ambiental y/o extracción localizada) y realizar una estimación aproximada de los requisitos de ventilación de la instalación.
Dichas recomendaciones se deben incorporar al informe final de evaluación realizado en la empresa.
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