Extracción de humos y vahos en bares y restaurantes

El sistema de extracción de humos y vahos es una instalación crítica para los restaurantes, y el que más problemas de convivencia ocasiona. Muchos locales con una ubicación extraordinaria para montar un negocio de restauración deben descartarse porque el local no tiene chimenea, o ésta no cumple la legislación, o la Comunidad de vecinos del edificio no admite su instalación. El sistema de extracción es una fuente potencial de olores y ruidos que da lugar a quejas vecinales que muchas veces acaban en denuncias al Ayuntamiento. Y también son un problema de seguridad, porque un eventual fuego en la cocina se puede propagar a otros inmuebles por el interior de la chimenea. Este artículo trata de exponer las principales variables que intervienen en un sistema de extracción para lograr un resultado funcional, seguro y con el mínimo impacto ambiental.


Expulsión de los humos

Si estamos interesados en abrir un local de restauración que requiere un sistema de extracción, lo primero que debemos hacer antes de encapricharnos con un local es ver si es posible instalar una chimenea que cumpla las condiciones técnicas de expulsión de humos y vahos que establece la legislación municipal. En el caso de existir chimenea, igualmente hay que asegurarse de que cumple, porque la preexistencia de una instalación incorrectamente ejecutada o ubicada no nos da derecho a utilizarla. En el procedimiento de legalización de la actividad vamos a tener que justificar que el punto de expulsión de los humos y vahos se efectúa cumpliendo las condiciones exigidas. Si no es así, pondremos en riesgo todo el proyecto.

Las condiciones de expulsión de los humos y vahos de la cocción de alimentos se expresan normalmente en términos de altura y distancia. El estándar habitual es que los humos deben verterse a una altura que supere en más de 1m a cualquier edificación en 10m en torno al centro de la chimenea. Esto es así en Barcelona y en muchos municipios del área metropolitana, pero sólo si utilizamos electricidad o gas como fuente de energía. Si utilizamos leña o carbón, el requisito se amplia a 2 m de altura y 20 m de distancia. Hay Ayuntamientos que diferencian según el tipo de obstáculo a superar, si hay ventanas, etc. Hay que informarse y verificar que se dan las condiciones para cumplir.

Con carácter general está prohibido verter los humos y vahos de la cocción de alimentos por la fachada. En Barcelona y otros Ayuntamientos admiten un tipo de licencia de restauración con la cual no es obligatorio disponer de chimenea, pero aún así está prohibido coger un tubo y sacar los humos por la fachada. Este tipo de licencias tiene limitada la capacidad de los equipos de cocción, y los humos y vahos producidos deben verterse dentro del propio local. En Barcelona este tipo de licencia corresponde al epígrafe 2.3.2.1 (Restauración mixta menor), con la cual podemos tener una plancha eléctrica de hasta 3Kw, o un horno para calentar alimentos de hasta 5Kw. Instalar una campana con filtros de carbón activo y decantador de vapores no nos habilita a verter el humo resultante por la fachada, esto está totalmente prohibido. Al menos en la mayoría de municipios de la provincia de Barcelona. Podría haber algún Ayuntamiento que admita sistemas innovadores y súper patentados que garantizan un filtrado espectacular, pero será difícil encontrarlo.


Chimeneas herméticas y resistentes al fuego

Las chimeneas deberían ser herméticas, aunque la mayoría no lo son, y por eso la mejor configuración es que su trazado discurra a la intemperie una vez abandona el local, y lo más lejos posible de huecos ajenos (ventanas, balcones, galerías, etc), tanto por una cuestión de olores y ruidos, como de propagación de incendios. Si la potencia térmica de los equipos de cocción en la cocina supera los 20kW, la chimenea debe discurrir a más de 1.5 metros de cualquiera de estos huecos, o bien tener una resistencia al fuego EI30.

Las chimeneas de tubería helicoidal de chapa de acero galvanizado son las más habituales, y éstas ni son herméticas, ni cumplen los requisitos de resistencia al fuego EI30. El problema básico está en las juntas, pero también que el calor se propaga fácilmente a través de la chapa en caso de incendio. En sistemas de extracción de humos de cocina la solución que da el mercado son chimeneas con resistencia al fuego EI30, que son herméticas y capaces de contener la transmisión de calor y el fuego durante 30 minutos.

Chimenea de tubería helicoidal de chapa de acero galvanizado

La chimenea estándar de chapa de acero galvanizado es una solución admisible para cocinas con poca potencia de cocción en la cocina, o para configuraciones donde el recorrido de la chimenea discurre por el exterior del edificio y alejado como mínimo 1.5m de huecos de ventanas o similares. En el segundo caso, si hay uno o varios tramos donde la chimenea pasa a menor distancia, entonces deberemos instalar una chimenea con resistencia al fuego EI30, ya sea íntegra o sólo en los tramos afectados.

Las cocinas se consideran local de riesgo especial de incendio cuando la potencia térmica de los equipos de cocción supera los 20 Kw. Una plancha de gas de mediano tamaño y dos freidoras de 4l ya totalizan 20Kw. En la práctica la mayoría de las cocinas de restaurante superan esta cifra, y la de bastantes bares.

Las chimeneas con resistencia al fuego EI30 suelen tener un acabado exterior en acero inoxidable brillo, y están compuestas por dos tubos concéntricos entre los cuales se interpone un material aislante de un espesor típico de 25mm, generalmente una fibra mineral. Por esta razón tienen un diámetro exterior 5cms superior al de otras chimeneas simples con la misma sección de paso interior.

Chimenea con resistencia al fuego EI30

Si la chimenea del local discurre por el interior de un cajón de obra que atraviesa en vertical todo el edificio hasta alcanzar la cubierta, nos encomendaremos a nuestra virgen de referencia rogando que el constructor y los albañiles hicieran un buen trabajo. Entonces no queda otro remedio que pensar que el cajón se construyó hermético y que es exclusivo para el conducto de la chimenea. Pero no nos desesperemos, si estamos en esta situación, aún queda la baza de seleccionar la mejor ubicación posible para instalar el ventilador, si podemos.


Ubicación del ventilador

Una variable importante de un sistema de extracción es la ubicación del ventilador del sistema. Las cocinas más sencillas pueden tener una campana con ventilador incorporado (y motor, va todo junto), pero con caudales elevados (campana grande) hay que optar por un sistema donde la campana y el ventilador son elementos independientes. Esto debe ser así, por obligación legal, cuando la potencia térmica de los elementos de cocción supera los 20Kw, ya que el ventilador debe tener resistencia al fuego (F400/90), y los ventiladores integrados en campanas no tienen esta característica (generalmente). Los ventiladores con clasificación F400/90 deben ser capaces de trasegar humo a 400ºC durante 90 minutos. Es una medida de seguridad. Si se declara un incendio deben ser capaces de continuar funcionando para desenfumar la cocina.

Un ventilador independiente de la campana tiene la forma de una caja, por eso se denomina caja de ventilación. El ventilador y el motor están dentro de una caja provista de una entrada y una salida. Esta caja de ventilación (el ventilador) se puede poner al principio de la línea, justo al lado de la campana de extracción, o bien al final de la chimenea. El caudal de extracción obtenido es independiente de la posición del ventilador. Teóricamente es así, y en la práctica podemos asumir que también.

¿Cuál es la mejor ubicación para el ventilador?

Empecemos por la peor, que desde varios puntos de vista es instalar el ventilador al principio de la línea. Esta ubicación es la peor porque vamos a poner la chimenea en sobre presión. Es decir, la presión estática del aire en el interior de la chimenea va a ser superior a la atmosférica. Si la chimenea no es hermética, tendremos filtraciones, y por tanto olores. Es como si sopláramos a través de una pajita con agujeros. Sin embargo, esto no ocurrirá si instalamos una chimenea con resistencia al fuego EI30, ya que son herméticas.

Si el ventilador está al final de la línea el aire en el interior de la chimenea tendrá presión negativa, inferior a la atmosférica. Pondremos la chimenea en depresión. Siguiendo con el ejemplo de la pajita, estaríamos aspirando aire en lugar de soplar. En esta configuración hay muchas menos posibilidades de tener problemas de olores porque el aire tenderá a entrar en la chimenea en lugar de salir.

Cajas de ventilación en la azotea del edificio

Otro problema de tener el ventilador al principio de la línea es el ruido, porque los ventiladores radian más ruido hacia la impulsión que hacia la aspiración. Una creencia muy asentada es que el ruido de las chimeneas se debe a la velocidad de paso del aire por el interior del conducto. La idea parece lógica, pero no apunta al verdadero responsable. El ruido que genera el ventilador es bastante superior al provocado por el aire en su paso por el interior del conducto. La chimenea es un tubo metálico continuo, un sistema ideal para conducir el sonido de un sitio a otro. El ruido que radia una chimenea hacia el exterior proviene en gran medida del ventilador. De hecho, la navegación utilizaba tubos metálicos para comunicarse.

La conclusión es que el ruido del ventilador se propaga por los conductos de la chimenea sin mucha oposición, y como los ventiladores radian más ruido hacia el conducto de impulsión que hacia el de admisión, es mucho mejor ponerlos al final de todo.

El confort acústico dentro de la cocina también aumenta considerablemente con el ventilador fuera de la cocina. Las cocinas con peor confort acústico son las que tienen el ventilador incorporado. En estas configuraciones la campana hace honor a su nombre y puede provocar niveles de presión sonora por encima de 60dBA en la cocina. Un ambiente de trabajo horrible.

Así pues, por olores, por ruido, y por confort acústico, lo mejor es instalar el ventilador al final de la chimenea. El único problema es que no siempre se puede instalar una caja de ventilación al final de todo, y que trasladamos el ruido a una zona exterior, generalmente la azotea del edificio, donde podemos generar otros problemas, pero más localizados.

Si hay posibilidad de instalar la caja de ventilación arriba, será mejor que hacerlo dentro del local. La caja de extracción se puede apantallar o encapsular para combatir el ruido, y se obtienen muchas ventajas por ponerla allí.


Sección de paso de la chimenea

La mayoría de las chimeneas de extracción tienen sección circular porque es la forma con mejor comportamiento aerodinámico. Para una misma superficie de paso, la sección circular es la que tiene menores pérdidas por rozamiento. Cuanto menor sea el rozamiento, menor será la energía que tendremos que aportar al sistema para obtener un determinado caudal de aire. Para un sistema ya montado, el caudal de aire trasegado irá disminuyendo a medida que se ensucia de grasa.

La sección circular también es la mejor desde un punto de vista acústico porque los tubos circulares tienen mucho más aislamiento acústico que los rectangulares a bajas frecuencias. A altas frecuencias esta característica se invierte, pero el espectro de altas frecuencias es menos relevante en los sistemas de extracción, y siempre es más fácil aislar las altas frecuencias que las bajas.

Espectro de aislamiento acústico para conductos metálicos rectangulares y circulares
Pressure Drop in and Noise Radiation from Rectangular and Round Ducts - O.A.B. Hassan and Z. Yue

La superficie de paso de la chimenea determina el caudal de aire que vamos a poder evacuar a través de ella, y el caudal de aire limita el tamaño de la campana que vamos a poder instalar. Las pérdidas energéticas en una línea de conducto dependen de la presión dinámica del fluido, que a su vez es proporcional al cuadrado de la velocidad. Por esta razón llega un punto que ya no podemos elevar más la velocidad sin tener que aportar cantidades ingentes de energía. Y aunque quisiéramos hacerlo tendríamos un sistema muy inestable porque una mínima variación en la rugosidad del conducto (suciedad) nos multiplicaría las pérdidas, por no hablar de los problemas de ruido. La conclusión es que toda sección de chimenea tiene un límite de caudal que viene determinado por la velocidad del aire, y la cifra límite está en torno a los 12 m/s.

Si tenemos una chimenea con un diámetro interior de 300 mm, que es bastante habitual, a 12m/s podremos evacuar un caudal de 3.054 m3/h. Si elevamos la velocidad a 14m/seg podremos obtener 509 m3/h más de caudal, un 17% más, pero las pérdidas energéticas habrán aumentado un 36%.


Tamaño y altura de la campana

La variable principal de una campana es la superficie que cubre en planta. Los equipos de cocción deben quedar dentro del perímetro que cubre la campana, y lo recomendable es que los cubra con holgura dejando un margen de 10 a 15 cms.

Las necesidades de caudal de extracción de una campana dependen de la superficie que cubre, del número de lados cerrados, y de la altura respecto a los equipos de cocción. También debe tenerse en cuenta el tipo de elementos de cocción que se van a utilizar, pues no es lo mismo una parrilla de piedra volcánica que una plancha. A mayor generación de humos y vahos, mayor caudal de extracción vamos a necesitar.

Para cada tipo de campana se han elaborado diversas fórmulas más o menos complejas que permiten calcular el caudal de aire de extracción que necesitamos. Para campanas murales o adosadas, que son las que se colocan en una pared, una fórmula de uso común es la siguiente:

Cálculo de caudal para una campana adosada

Donde H es la distancia en metros entre los equipos de cocción y la campana, L es la longitud de la campana (en metros), y M es la longitud de los flancos laterales (también en metros). Si cerramos los laterales con una pantalla, el término 2M desaparece, de ahí que colocar pantallas laterales sea una solución para disminuir la necesidad de caudal.

La altura H entre los equipos de cocción y la campana tiene un límite que viene impuesto por la altura del cocinero y por la seguridad para prevenir incendios. Si los fuegos son de tipo parrilla o de gas, los filtros de la campana deben estar a más de 1.2m de distancia, y a más de 0.5m si son fuegos de otro tipo.

A modo de ejemplo, si tenemos una chimenea circular de 300m de diámetro interior, y fijamos la velocidad en 12m/seg, el caudal evacuado sería de 3054 m3/h (0.848 m3/seg). Con este caudal, si ponemos una campana mural con los laterales cerrados a 1m de altura de los fuegos, la longitud de la campana podría ser de 3.4 m. Si no cerramos los laterales, y suponemos que éstos tienen una longitud de 1m, la longitud de la campana debería ser de 1.4 m. Si cerramos uno de los flancos, o la campana se instala pegada a una pared lateral, podríamos tener una campana de 2.4 m. Cerrar los flancos laterales es muchas veces la solución para las chimeneas de poca sección de paso.


Selección del ventilador

El caudal que es capaz de trasegar un ventilador depende de las características de la chimenea. Algunos fabricantes indican el caudal que aporta un determinado ventilador en sus fichas técnicas, pero este caudal corresponde al de un funcionamiento en campo libre, sin entubar. En el momento que conectamos el ventilador a un conducto, el caudal proporcionado disminuye, y lo hace de forma distinta según sus características. Hay ventiladores que no están diseñados para trabajar entubados, como por ejemplo los ventiladores que utilizamos para refrescarnos en verano. Los ventiladores que se utilizan en la extracción de humos son de tipo centrífugo, porque son capaces de aportar la presión necesaria en este tipo de aplicaciones con un rendimiento aceptable. Y dentro de los ventiladores centrífugos podemos encontrar ventiladores que responden de forma distinta a los cambios de presión. Este comportamiento caracteriza el ventilador y lo aporta el fabricante en forma de gráficas que son imprescindibles para entender y diseñar el sistema (curvas características del ventilador). Hay ventiladores que se crecen frente a la adversidad, resistiéndose a perder caudal cuando se incrementan las pérdidas por rozamiento, y otros que se doblegan. En cuanto los filtros de la campana y la chimenea empiezan a ensuciarse de grasa, el caudal de extracción disminuye más de lo debido.

Para seleccionar el ventilador idóneo hay que calcular qué pérdidas energéticas tendrá nuestra instalación para cada caudal. La representación de estos datos en una gráfica genera la curva característica del sistema. Si cruzamos esta gráfica con la curva del ventilador, el punto de intersección de ambas gráficas marca el punto teórico de trabajo del sistema. Probablemente tendremos varias curvas del ventilador superpuestas a cierta distancia que corresponden a distintas velocidades de rotación del rodete. El motor eléctrico siempre gira a la misma velocidad, la velocidad de rotación del rodete se efectúa cambiando la relación de diámetros que interconectan la polea del ventilador con la polea del motor eléctrico, ambas unidas con una correa de transmisión. Cada tamaño de ventilador (diámetro de rodete) tiene su gráfica de funcionamiento a distintas velocidades de giro. Hay que seleccionar el tipo de ventilador que queremos (la forma de la curva), el tamaño del rodete (normalmente expresado con su diámetro en pulgadas), y la velocidad de giro que puede aportar la presión que necesitamos en el caudal que nos interesa. Donde se cruce la curva del ventilador seleccionada con la curva característica del sistema obtendremos el punto de trabajo teórico. Obtenido dicho punto, la gráfica del ventilador nos dirá también qué potencia mecánica habrá que entregar en el eje del ventilador, el rendimiento del ventilador, y un valor de potencia acústica. Con el dato de la potencia mecánica y el rendimiento se determinará la potencia del motor eléctrico que habrá que instalar, y de él su consumo final.

Los problemas de falta de caudal de extracción no se resuelven comprando un motor más potente. Con un motor más potente podremos elevar las revoluciones de ventilador (cambiando la relación de las poleas), pero será a costa de elevar mucho más el consumo y hacer más ruido. Si el problema es de capacidad de ventilador, será más aconsejable aumentar el tamaño del ventilador, o buscar un ventilador con un mejor comportamiento (una curva distinta). A igual caudal de extracción, hace menos ruido y consume menos electricidad un ventilador con un rodete más grande (siempre que ambos ventiladores sean geométricamente iguales). Es la misma razón por la que un motor grande puede consumir mucho menos que un motor pequeño a determinadas velocidades, o que los molinos de viento sean tan grandes y giren tan despacio. Es una cuestión de eficiencia energética obtenida por menores pérdidas por rozamiento.


Aportación de aire

El diseño de un sistema de extracción de humos no está completo si no pensamos de dónde va a venir el aire que queremos extraer.

Supongamos que tenemos una campana mural de 2.5 m que requiere evacuar de la cocina 3.500 m3 a la hora de aire. Si tenemos una cocina de 10 m2 con una altura de 2.8 m (10m2 es el mínimo en cocinas de restaurantes en Barcelona), tendríamos una cocina con un volumen de 28 m3, lo cual significa renovar el aire de la cocina 2 veces por minuto. Ahora imaginemos que esa cocina está cerrada (obligatorio en restaurantes), y que apenas existen entradas de aire. El resultado es que tenemos que abrir permanentemente la puerta de la cocina, y traspasamos el problema al resto del local.

Cuando un sistema de extracción no capta el aire que requiere, comienza a disminuir la presión de la cocina, y la de todo el local. Es como hacer el vacío, pero a presiones que son difíciles de percibir para el ser humano, aunque algunas personas pueden manifestar dolores de cabeza y mareos por una exposición continuada. Esta disminución de la presión es la que provoca la entrada de aire en la cocina. Incluso teniendo una ventana hacia el exterior en la cocina, o abriendo la puerta hacia un local con muchas entradas de aire, el sistema de extracción debe realizar un esfuerzo para provocar la entrada de ese aire en la cocina.

Supongamos que la cocina del ejemplo anterior tiene una ventana hacia el exterior que permite descubrir una sección equivalente a un cuadrado de 0.5m de lado (0.25m2). Para introducir 3.500 m3/h de aire dentro de la cocina deberíamos provocar una depresión de 22.1 Pa en la cocina. Para poner esta cifra en perspectiva, tengamos en cuenta que esos 22 pascales pueden ser fácilmente el 10% de la presión que requiere el ventilador para extraer 3500 m3/h en el cálculo teórico. La disminución de la presión la va a tener que aportar el ventilador, de forma que la depresión en la cocina será en sí misma otra etapa de nuestro sistema de extracción, y el caudal obtenido ya no será de 3500 m3/h, sino menos. El sistema de extracción bajará la presión hasta alcanzar un punto de equilibrio que dependerá del tamaño de las aberturas hacia el exterior. Llegando en un caso extremo a dedicar casi toda su energía a bajar la presión sin obtener apenas caudal.

Otro efecto indeseable de no prever aportación de aire es que el aire extraído por la campana acabe siendo el que menos nos interesa: el aire climatizado del local. Aquí el efecto negativo es doble, por un lado perdemos dinero (el invertido en climatizar un aire que desechamos por la campana) y por otro creamos problemas de confort (gran cantidad de aire entra del exterior sin acondicionar, creando zonas sin climatizar y con corrientes de aire).

Desde el punto de vista sanitario también es indeseable tener presiones negativas excesivamente altas en la cocina. Es aconsejable que exista una ligera presión negativa para que los olores no escapen de la cocina, pero la presión negativa lo atrae todo. Cualquier recinto que esté en presión negativa se convierte en el vertedero de todo tipo de suciedad. La suciedad no sólo proviene del hueco de la puerta, sino de cualquier orificio o grieta que haya en la cocina.

¿Cómo se soluciona esto?

Pues aportando aire en la cocina. Hay varios métodos para hacerlo que vamos a repasar a continuación.

Aportación incorporada en la campana: una forma de aportar aire es a través de la propia campana.

Tipos de aportación de aire a través de la campana

La campana compensada es el modelo más habitual que ofrecen los instaladores, y por tanto el más extendido. La campana tiene una cavidad (un plénum) en la parte frontal en el cual se inyecta el aire de aportación. El plénum tiene una serie de rejillas que son visibles en el frontal de la campana, y a través de ellas sale el aire de aportación que hemos introducido.

Ejemplos de campanas compensadas

La campana inductora es un modelo menos extendido pero que también podemos encontrar en el mercado español. El sistema también está incorporado en la campana, pero en lugar de soltar el aire de aportación en la cocina, éste se inyecta a alta velocidad dentro de la campana creando una depresión que impulsa los gases de la cocción de los alimentos hacia arriba. Es un método ingenioso para no verter aire directamente a la cocina, y por eso lo recomiendan cuando la temperatura exterior es extrema.

Las campanas con aportación por cortina de aire y las campanas con descarga trasera no se comercializan en España, o por lo menos su presencia es residual. En el caso de las campanas con descarga trasera es una pena, ya que es el sistema que mejores prestaciones ofreció en un estudio realizado por la Comisión de Energía de California (informe). En este informe el sistema que sale peor parado son las campanas de cortina de aire y las campanas inductoras. Las campanas compensadas no reciben muy buena puntuación en general, a pesar de ser ampliamente utilizadas. Con ellas observaron diferencias significativas dependiendo de detalles constructivos como la conducción del aire hasta la salida y el ángulo de expulsión. El estudio realizó diversos ensayos para determinar el ratio de aire de aportación y extracción que cada sistema era capaz de proporcionar antes de provocar la salida del penacho de humo fuera de la campana. Repitieron la misma prueba con varios tipos de equipos de cocción funcionando a pleno rendimiento. Es un estudio muy solvente y sin interés comercial.

Aportación de aire externa a la campana: otra forma de aportar aire a la cocina es instalar un sistema externo a la campana. En el estudio de la Comisión de Energía de California se ensaya un sistema compuesto por 5 difusores empotrados en el falso techo de la cocina repartidos en torno a la campana a una cierta distancia de su perímetro. Este método es exitoso siempre que el aire se suelte a baja velocidad en la cocina. Los humos y vapores liberados por los equipos de cocción son muy sensibles a las corrientes de aire y las depresiones que provocan. Por eso la idea es verter aire a bastante distancia de la campana, hacerlo en varios puntos alrededor de ella, y utilizar rejillas de un tamaño generoso.

Aportación de aire externa a la campana

Última actualización: 24 de noviembre de 2016

Societat Enginyeria