Cualificación de vitrina de gases de laboratorio.

La vitrina de gases de laboratorio y su contexto normativo

EOLIOS realiza las precualificaciones en diseño de tus vitrinas de gases así como los ensayos de confinamiento, mediante la modelización CFD.

Contexto

La vitrina de gases de laboratorio es un sistema de protección localizada, utilizado allí donde se manipulan sustancias peligrosas. Su misión es limitar la exposición de las personas a las sustancias nocivas captando y evacuando los vapores tóxicos y el polvo volátil generados en su interior, gracias a un flujo de aspiración de aire. Para mantener sus prestaciones en el tiempo, las vitrinas de gases son objeto de controles periódicos.

Legislación francesa vigente

La evaluación del funcionamiento de las vitrinas de gases está sujeta a la norma europea EN 14175, que detalla la metodología de evaluación de las prestaciones durante los ensayos de cualificación, de recepción o de rutina. Durante un control, se realizan ensayos de velocidad de aire frontal en la entrada de la vitrina de gases mediante anemometría de hilo caliente; se lleva a cabo un test de confinamiento con gas trazador SF6, así como una visualización cualitativa del flujo con humo.

Antigua reglamentación: la norma XP X 15-203

En Francia, para las vitrinas de gases instaladas antes de 2006, los controles debían ajustarse a la norma francesa XP X 15-203, que fijaba umbrales de velocidad de aire frontal y niveles de confinamiento :

• Velocidad de aire frontal: 0,4 m/s;
• Confinamiento: concentración de gas trazador en el plano de apertura inferior en todo punto a 0,1 ppm.

La norma EN 14175: nuevos parámetros de ensayos aeráulicos

Los valores umbral a respetar

• Velocidad de aire frontal: ausencia de valor umbral en la norma, pero 0,4 m/s en Francia;
• Confinamiento: sin umbral en la norma, pero la norma francesa XP X 15-206, elaborada como complemento, fija 0,1 ppm para la concentración media de gas trazador SF6 (hexafluoruro de azufre);
• un número de parámetros ensayados mucho más elevado.

Los controles obligatorios

• Caudal de aire extraído: medido en el conducto de extracción para verificar las características aeráulicas y servir de referencia a los futuros controles;
• Velocidad de aire frontal: medida por anemometría térmica, valores de referencia para los controles periódicos.

Confinamiento: la medición por trazado SF6

El principio del test de confinamiento con gas SF6 se desarrolla en tres tiempos:

• generar un gas trazador SF6 en ubicaciones específicas dentro del volumen de trabajo;
• extraer el aire en diferentes ubicaciones, a nivel del plano de apertura de la vitrina de gases;
• medir la concentración de SF6 para cuantificar la fuga de las sustancias hacia el personal.

Para la norma NF EN 14175, el número de puntos de medición depende de la anchura de la vitrina de gases; su parte 3 precisa el cálculo de las posiciones de ensayo. Durante los ensayos, la fachada móvil está abierta a 500 mm.

Modelización CFD de los laboratorios y salas blancas

Comprensión global de los fenómenos termo-aeráulicos

Las simulaciones contribuyen a una mejor comprensión de las problemáticas con el fin de desarrollar soluciones técnicas pertinentes desde el diseño. Los laboratorios pueden simularse en su totalidad, lo que permite el análisis simultáneo del impacto de numerosos fenómenos. El estudio CFD de cualificación de vitrina de gases pone de manifiesto en particular la presencia de flujos de aire parásitos que perturban la entrada de las vitrinas de gases.

Proyecto: simulación CFD de un laboratorio equipado con vitrinas de gases

Diseño de las salas de laboratorio y salas blancas

Al inicio del diseño, la multiplicación de prototipos experimentales resulta rápidamente costosa y lenta. La simulación CFD permite probar un gran número de prototipos en un tiempo reducido, con el fin de recabar rápidamente información para la optimización de los sistemas y la ubicación de las vitrinas de gases.

La CFD: un nuevo protocolo de diseño

La simulación da acceso a numerosos parámetros difícilmente medibles de forma experimental: proporciona instantáneamente datos en todo punto, y no de manera localizada. Esto permite identificar con precisión las fugas durante el confinamiento. Integrar la CFD en sus protocolos es sumar una mirada de experto en la búsqueda de soluciones: la cualificación de las vitrinas de gases resulta así asegurada y acelerada.

Un método CFD para la cualificación de las vitrinas de gases

Modelización de los flujos de aire

Para una medición espacial instantánea de la velocidad del aire, recurrimos a la mecánica de fluidos de precisión. Los flujos en juego se rigen por las ecuaciones en derivadas parciales de Navier-Stokes; insolubles analíticamente, se resuelven numéricamente mediante el método de los elementos finitos, que proporciona la solución más aproximada posible. Esta resolución exige conocer de antemano las condiciones de entrada y de salida — los caudales de impulsión, de retorno y de aspiración de las vitrinas de gases —, precisados como hipótesis e imperativamente verificados para que las conclusiones sean válidas.

Medición de confinamiento numérico

Durante la cualificación, es imperativo controlar la tasa de fuga de los agentes contaminantes para no contaminar al usuario. Para modelizar este agente, empleamos diferentes métodos de simulación de un gas trazador con el fin de garantizar una precisión fina y resultados fiables.

Validación numérica de la cualificación

Para verificar la conformidad del confinamiento con la norma, modelizamos la difusión del trazador en la vitrina de gases en régimen estacionario. Un método de iso-volumen confirma después que todo el trazador queda bien contenido en el recinto a la escala reglamentaria: si el resultado se verifica, la vitrina de gases cumple las condiciones de confinamiento impuestas por la legislación.