Manual de seguridad para el llenado de aerosoles con propelente hidrocarburo
El chillido de la válvula de alivio y la aparición de una nube blanca, originada por el vapor de un gas licuado, son el aviso de un sobrellenado del recipiente. La rotura súbita del recipiente no daría tal aviso y resultaría en una gran explosión; con muy graves consecuencias, tanto para edificaciones o instalaciones cercanas, como para personas.
Los recipientes para almacenamiento de gas LP, están diseñados para resistir la presión de vapor que ejerce el propano, aun así debe evitarse que éstos enfrenten una presión interior de origen hidrostático (IQ. Edgar Martínez R. SIIAGAS).
Aunque la tubería cédula 40 en acero al carbón, puede resistir hasta 7,800 psig antes de romperse, las válvulas para gas licuado se construyen para una presión de operación de 400 psig WOG (Water, Oil & Gas) 13 y se deben proteger con su capuchón.
Las secciones de tubería, donde pueda quedar gas licuado entrampado entre dos válvulas, deben protegerse con válvulas de relevo hidrostático. Estas válvulas deben estar calibradas a una presión no mayor a 400 psig.
En la siguiente tabla se muestra la presión de operación y de ruptura para tubería de acero al carbón, sin costura y que cumple con las especificaciones de fabricación ASTM A-106 Gr B/ ASTM A-53 Gr B. La cédula 40 puede utilizarse en tubería soldable y la cédula 80 con tubería roscada. Se recomienda usar la cédula 80 para mayor seguridad.
2.4 EXPANSIÓN ATMOSFÉRICA DE UN GAS LICUADO.
Los gases licuados cuando se liberan al ambiente pasan a su estado natural gaseoso. Por ejemplo, un litro de propano licuado cuando se libera a la atmósfera se convierte en 273. 8 litros de gas, a 21°C. Un litro de DME se expande a 345.6 litros. Esta relación se conoce como relación de expansión líquido a gas. Se calcula utilizando la ecuación general de los gases: P V = n R T.
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE EXPANSIÓN DEL PROPANO:
DATOS:
1 l de propano = 1000 ml x 0.50 g/ml = 500 g n = 500 g /
44.096 g/mol = 11.339 mol
T = 21.1°C + 273.15 = 294.25°K
R = 0.08206 atm l /mol °K
RESULTADO:
V = n R T / P
= 11.339 x 0.08206 x 294.25 / 1
= 273.8 litros
De manera similar se puede obtener la expansión para otros gases licuados, utilizando la densidad y el peso molecular correspondiente. Los datos y resultados obtenidos, para otros propelentes usuales, se pueden consultar en la tabla 1.
SECCIÓN 3
PELIGROS Y RIESGOS DEL PROPELENTE HIDROCARBURO
3.0 PELIGROS Y RIESGOS DEL PROPELENTE HIDROCARBURO
3.1 INFLAMABILIDAD DEL PROPELENTE HIDROCARBURO.
3.2 ELEMENTOS DEL TRIÁNGULO DE FUEGO Y SU CONTROL.
3.2.1 Concentraciones peligrosas de PHC en el aire.
3.2.2 Cuidado con las fuentes de ignición.
3.2.3 Recomendaciones básicas para evitar un incendio con PHC.
3.3 PROPIEDADES DEL PHC QUE AUMENTAN EL RIESGO DE INCENDIO.
3.3.1 La falta de olor de los vapores de PHC.
3.3.2 El peso relativo de su vapor con respecto al aire.
3.4 RIESGOS POR FUGAS O DERRAMES DE PHC.
3.4.1 Fugas menores de origen operacional.
3.4.2 Fugas o derrames masivos de gases licuados.
3.5 INCENDIOS Y EXPLOSIONES DE GASES LICUADOS.
3.5.1 Nivel del peligro y riesgo involucrado.
3.5.2 Consecuencias de una fuga o derrame mayor de PHC.
3.5.3 Accidentes ocurridos en la industria nacional del aerosol.
3.6 NORMAS Y LISTADOS QUE APLICAN A LAS SUSTANCIAS PELIGROSAS.
3.6.1 Listado para sustancias inflamables y explosivas.
3.6.2 Identificación y comunicación de riesgos y peligros de las sustancias químicas peligrosas.
3.6.3 Agentes químicos contaminantes del ambiente laboral.
3.0 PELIGROS Y RIESGOS DEL PROPELENTE HIDROCARBURO
Los hidrocarburos utilizados como propelentes para aerosol (propano, isobutano y n- butano) son gases inflamables y aparecen en las listas oficiales de sustancias químicas peligrosas, por su elevado nivel de riesgo de incendio y explosividad
3.1 INFLAMABILIDAD DEL PROPELENTE HIDROCARBURO
La definición de gas inflamable está establecida por el Sistema Internacional para la Clasificación de Materiales Peligrosos, de las Naciones Unidas.
Gas inflamable, es cualquier material que se encuentra en estado gaseoso a condiciones atmosféricas (14.7 psi y 20°C), que tiene un punto de ebullición igual o menor a 20°C y que tiene un límite menor de inflamabilidad (LEL) del 12% en aire, o menos.
El PHC es un gas a condiciones ambientales, su temperatura de ebullición es menor a 0°C y forma mezclas inflamables con el aire, a partir del 1.8% en volumen.
La Norma Oficial Mexicana NOM-002-STPS-2010 Condiciones de Seguridad- Prevención y Protección Contra Incendios en los Centros de Trabajo, clasifica al propano y butano como gas inflamable. Además, da las siguientes definiciones:
Incendio: Es el fuego que se desarrolla sin control en tiempo y espacio.
Fuego: Es la oxidación rápida de los materiales combustibles con desprendimiento de luz y calor.
Los gases licuados del petróleo tienen un alto poder calorífico, por lo que además de ser un buen propelente, son un excelente combustible. El calor producido en la combustión de propano es de 19,918 BTU/lb (46.3 KJ/g). Ver tabla 01 para otros gases licuados.
3.2 ELEMENTOS DEL TRIÁNGULO DE FUEGO Y SU CONTROL
Aunque el PHC es un gas muy inflamable, se necesitan tres cosas para ocasionar un incendio o una explosión: una porción adecuada de hidrocarburo en aire, la presencia de oxígeno y una fuente de ignición.
La planta envasadora de aerosoles, que utiliza PHC de manera segura, no deberá permitir que estas condiciones ocurran simultáneamente. El oxígeno siempre está presente en el aire, no lo podemos controlar. Lo que si podemos y debemos controlar, es la presencia de fugas de PHC y de fuentes de ignición.
Si no existe una concentración suficiente de PHC en el ambiente, ni fuentes cercanas de ignición, es poco probable que ocurra un accidente por incendio o explosión.
3.2.1 CONCENTRACIONES PELIGROSAS DE PHC EN EL AIRE
El propelente hidrocarburo, cuando se fuga de los recipientes sujetos a presión, es muy peligroso. Pero aun así, se requiere que esté presente en el aire a determinadas concentraciones conocidas como límites de explosividad. No puede causar daños cuando está demasiado diluido. Cuando está muy concentrado, tampoco puede prender por falta de oxígeno. Aunque esta condición resulta ya muy peligrosa.
El límite superior de explosividad del hidrocarburo en el aire UEL (Upper Explosive Limit) no tiene mucha importancia aquí. No queremos llegar a tener demasiado PHC en el ambiente. En la siguiente tabla se muestran los límites de explosividad del PHC.
El límite inferior de explosividad, conocido como LEL (Lower Explosive Limit) es de extrema importancia. Representa el porcentaje mínimo, en volumen de vapores de PHC presentes en el aire, que son suficientes para causar una explosión.
También se conocen como límites de inflamabilidad, pero este término aplica cuando los hidrocarburos se utilizan como gas combustible, a presión y flujo regulado. Por ejemplo, en una estufa se forma una mezcla inflamable para producir un fuego controlado.
En la sección 2.5, calculamos que la expansión de un litro de propano licuado produce 273.8 litros de gas @ 21°C y a presión atmosférica. Este volumen de gas, diluido en aire, puede producir 12,445 litros de mezcla explosiva (273.8 L / 0.022 = 12,445.45 L).
El DME requiere mayor concentración en el aire, para llegar a su límite inferior de explosividad (3.3%). Sin embargo, mantiene un mayor intervalo de explosividad (18.0%). Esto explica su mayor nivel de riesgo de explosividad.
3.2.2 CUIDADO CON LAS FUENTES DE IGNICIÓN.
Los hidrocarburos requieren una temperatura de auto ignición superior a los 405 °C (ver tabla 01). Cualquier fuego o chispa puede alcanzar esta temperatura, no importa si es ocasionada por un cerillo o un cigarro encendido, escapes de vehículos de combustión interna, arcos eléctricos de apagadores, motores, soldadura, estática, fricción, choque, etc. La llama de un cerillo puede alcanzar una temperatura de 1,650 °C 2.
La Norma Oficial Mexicana NOM-005-STPS-1998, Relativa a las Condiciones de Seguridad e Higiene en los Centros de Trabajo para el Almacenamiento, Manejo y Transporte de Sustancias Químicas Peligrosas, prohíbe el uso de herramientas, ropa, zapatos y objetos personales que puedan generar calor, descarga estática, chispas, flama abierta o temperaturas que puedan provocar ignición. También prohíbe introducir dispositivos electrónicos que puedan generar radiofrecuencias en áreas explosivas.
Se debe evitar el uso de teléfonos celulares en las áreas donde se maneje gases o líquidos inflamables que puedan generar atmósferas explosivas.
3.2.3 RECOMENDACIONES BÁSICAS PARA EVITAR UN INCENDIO CON PHC.
La siguiente expresión, resume la fórmula que puede destruir una planta de aerosoles:
Concentración de PHC ≥ LEL + Fuente de ignición + O2 = Incendio o explosión
El oxígeno está por todos lados, como parte del aire que respiramos y no se puede limitar. Como no podemos controlar la presencia del oxígeno, es importante considerar las siguientes recomendaciones básicas para evitar un accidente con PHC:
- Evitar hasta la más mínima fuga o emisiones al ambiente de PHC para reducir el riesgo de formar mezclas explosivas con el aire.
- Una adecuada ventilación natural es la forma más económica, sencilla y segura para evitar concentraciones peligrosas de PHC.
- Evitar la presencia de cualquier fuente de ignición en donde se maneje PHC.
Obviamente, si no hubiera fugas de hidrocarburos, no existiría problema alguno. En una planta típica de aerosoles se hacen todos los esfuerzos para evitar una fuga. Las fugas representan una pérdida de dinero, además de un peligro.
Sin embargo, por mucho que se les dé mantenimiento a las tuberías y mangueras, éstas llegan a presentar fugas. Las válvulas desarrollan fugas a través del tiempo, aún en plantas con un mantenimiento periódico. Siempre hay algunos aerosoles con fuga que tienen válvulas defectuosas o que han sido dañados por el adaptador de la máquina de gasificación.
3.3 PROPIEDADES DEL PHC AUMENTAN EL RIESGO DE INCENDIO.
3.3.1 LA FALTA DE OLOR DE LOS VAPORES DEL PHC.
El propelente hidrocarburo, grado aerosol, tienen un ligero olor aromático. Pero una vez que se fuga de los recipientes sujetos a presión, pasa a su estado natural gaseoso y se mezcla con el aire, este olor desaparece por completo. De esta forma, el gas no se puede ver en el aire, ni se puede percibir su presencia con nuestros sentidos, por lo que es indispensable disponer de medios artificiales para detectar su presencia.
