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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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VALIDACION EXPERIMENTAL DE LOS RIESGOS DE
INFLAMABILIDAD DE MEZCLAS EXPLOSIVAS.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO
PRESENTADO POR:
BR. ARGÜELLO TORRES, KARINA ROSA
C.I. 11.284.072
ASESORADO POR:
ING. HUMBERTO MARTINEZ
MARACAIBO, SEPTIEMBRE DE 2007
DEDICATORIA
DEDICATORIA
Le dedico a mi madre no solo este trabajo especial de grado sino todo
lo que hago en mi vida porque ha hecho de mi la persona que hoy en día
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soy, con su dedicación y devoción me ha enseñado que la verdadera
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felicidad esta mucho mas cerca y es mucho mas simple de lo que creía. Por
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en una familia unida. Por inculcarme que puedo llegar tan lejos como quiero.
hacerme entender que ningún logro es más grande para mí que permanecer
Por enseñarme que lo único que no me pueden quitar en la vida son mis
estudios y conocimientos.
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AGRADECIMIENTO
AGRADECIMIENTOS
Doy Gracias a Dios.
A la persona mas importante en mi vida mi madre Edilia Torres; la luz que
ilumina el camino que he recorrido desde que nací hasta el día de hoy, a
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quien debo todo su amor, oraciones, paciencia y sabiduría
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A mis hermanos: Roger, Ketty, Katty y Ronald que de una u otra manera han
ayudado que esta meta en mi vida se cumpla.
Mi profesor Humberto Martínez, por su participación en el trabajo de
investigación ofreciéndome no solo su accesoria, si no también su amistad.
Mi profesor Mauro Urdaneta, por haber participado y ayudado en la
construcción del equipo, aportando su experiencia en el laboratorio.
A mis amigas Heilyn, Yolimar y Joharlin por ayudarme y ser incondicionales
conmigo
Y a todas aquellas personas que han aportado su granito de arena.
vi
RESUMEN
ARGUELLO
TORRES,
Karina
Argüello
C.I.
11.284.072
Validación
experimental de los riesgos de inflamabilidad de mezclas explosivas. Trabajo
Especial de Grado, Universidad Rafael Urdaneta, Facultad de Ingeniería,
Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Septiembre 2007.
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El objetivo de validar experimentalmente los riesgos de inflamabilidad
de las mezclas explosivas generadas por la vaporización de combustibles
fósiles, es originado por la susceptibilidad de los materiales a quemarse los
cuales se presentan dispersos tanto en la materia líquida o sólida como en
el aire, por tal motivo, se definió las diferentes situaciones de riesgo de
incendio desarrollando pruebas a escala en un banco de simulación para así
diseñar una unidad experimental que permita implantar una metodología
docente para la enseñanza de prevención de los riesgos asociados a la
inflamabilidad de los vapores de combustible (gasolina). La metodología de
investigación empleada de tipo descriptiva bajo la modalidad explicativa,
ayudo a la técnica de colección, análisis y procesamiento de los datos, para
así plantearse los resultados obtenidos de una manera cualitativa, debido, a
la características de los materiales utilizados, cabe destacar que los
recipientes contenedores de los líquidos son transparentes para poder
visualizar mejor las simulaciones de riesgo
Palabras claves: Simulación, combustible, riesgo, inflamabilidad, vapores,
susceptibilidad.
vii
INDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL
Pág.
DEDICATORIA…………………………………………………………………… v
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AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………
vi
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RESUMEN……………………………………………………………………….. vii
ÍNDICE GENERAL………………………………………………………………. viii
INTRODUCCIÓN.………………………………………………………………..
1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………….. 3
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA………………………………………... 4
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………. 5
1.3.1. Objetivo General………………………………………………………… 5
1.3.2. Objetivos Específicos…………………………………………………... 5
1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………………….. 6
1.5. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN………………………………… 7
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes…………………………………………………………………. 9
viii
INDICE GENERAL
2.2. Bases teóricas de la investigación………………………………………….10
2.2.1 Incendios y explosiones………..………………………………………...10
2.2.2. Situaciones de riesgo……………………………………………………11
2.2.2.1. Tipos de riesgos……………..………………………………………12
2.2.2.2. Riesgos de incendio…………………………………….…………. 12
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2.2.3.4 Actos inseguros………………………………………………………14
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2.2.3.D
Mezclas
explosivas……………………………….…………….…….… 14
2.2.2.3 Condición Insegura……………………………………………..……13
2.2.3.1 Atmósfera explosiva…………………………….…………………….. 16
2.2.3.2. Atmósfera potencialmente explosiva……….………………………. 16
2.2.4. Límites de inflamabilidad………………………………………………. 16
2.2.4.1. Límite inferior de inflamabilidad o explosividad (L.I.I. o L.I.E.)... 19
2.2.4.2. Límite inferior de inflamabilidad de mezclas inflamables (Regla de
Le Châtelier)…………………………………………………………20
2.2.4.3. Límite superior de inflamabilidad o explosividad (L.S.I. o L.S.E).21
2.2.5. Inflamabilidad……………………………………………………………. 22
2.2.6. Temperatura de inflamación o destello (Flash point, Point d'éclair)..24
2.2.7. Efecto de la presión sobre la temperatura de inflamación…………..26
2.2.8. Temperatura de autoignición o autoinflamación.……………………..26
2.2.9. Energía mínima de ignición (E.M.I.)……………………………………28
2.3. Liquido…………………………………………………………………………29
2.3.1. Líquidos inflamables……………………………………………………..30
2.3.1.1 Clasificación de los líquidos según su tipo de inflamación………30
2.3.1.2 Efecto de la temperatura y la presión sobre la peligrosidad de un
líquido inflamable……………………………………………………..31
2.3.2. Líquidos combustibles…………………………………………………...35
2.3.2.1 Características más importantes de los líquidos combustibles....38
ix
INDICE GENERAL
2.4. Prevención y extensión de incendio………………………………………..42
2.4.1. Método de la eliminación el incendio…………………………………..45
2.4.1.1. Enfriamiento…………………………………………………………45
2.4.1.2. Sofocamiento………………………………………………………..45
2.4.1.3. Eliminación…………………………………………………………..46
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2.4.1.4. Inhibición de la reacción en cadena……………………………….46
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2.5. UNIDADES EXPERIMENTALES DOCENTES…………………………...47
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2.7. MAPA DE VARIABLES………………………………………………………52
2.6. TERMINOS BASICOS……………………………………………………….49
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN……………………………….…………………54
3.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN……………………………………………..55
3.3 POBLACION DE LA INVESTIGACION……………………………………..56
3.4. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS……………………………..56
3.5. FASES DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………………...57
3.6. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS………………………58
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
4.1. OBJETIVO I: DEFINIR SITUACIONES DE RIESGOS DE INCENDIO
POR LA VAPORIZACION DE GASES INFLAMABLES……….………………60
4.2. OBEJTIVO II: DESARROLLAR PRUEBAS ESCALA BANCO PARA LA
SIMULACION DE SITUACIONES DE RIESGO DE INCENDIO POR
VAPORIZACION
DE
GASES
INFLAMABLES
DE
COMBUSTIBLES
FOSILES……………….…………………………………………………………...61
4.3. OBJETIVO III: DISEÑAR UNA UNIDAD EXPERIMENTAL DOCENTE
PARA SIMULACIONES DE SITUACIONES DE RIESGOS DE INCENDIO
x
INDICE GENERAL
POR
VAPORIZACION
DE
GASES
INFLAMABLES
EN
EL
AMBIENTE……...………………………………………………………………….63
4.4. OBEJTIVO IV: IMPLANTAR LA UNIDAD EXPERIMENTAL DOCENTE
DE SIMULACION DE SITUACIONES DE RIESGO POR VAPORIZACION DE
GASES INFLAMABLES DE COMBUSTIBLES FOSILES PARA USO EN LAS
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UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. …………………………………………64
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INSTALACIONES
DE
LA
FACULTAD
DE
INGENIERIA
DE
LA
CONCLUSIONES………………………………………..………………………..67
RECOMENDACIONES…………………………………………………………...69
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………72
ANEXOS……………………………………………………………………………74
xi
INTRODUCCION
INTRODUCCION
En la actualidad existe una gran diversidad de riesgos de acuerdo con
la susceptibilidad de los materiales a quemarse, debido que existen
materiales que se vaporizan completa o rápidamente a la presión atmosférica
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y a las temperaturas ambientes normales, y que están bien dispersos en el
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aire; líquidos y sólidos que se pueden encender a las condiciones de
temperatura ambiente. La Universidad Rafael Urdaneta no cuenta con un
equipo a escala de laboratorio que demuestre experimentalmente los riesgos
de inflamabilidad de mezclas explosivas (en este caso gasolina).
Este trabajo tiene como principal objetivo validar experimentalmente los
riesgos de inflamabilidad de mezclas explosivas generadas por la
vaporización de combustibles fósiles, contribuyendo de esta manera en la
formación académica de los estudiantes de Ingeniería Química.
Dicho estudio está estructurado por cuatro capítulos: Capítulo I, el cual
abarca el planteamiento y formulación del problema, el objetivo general y los
objetivos específicos de la investigación, la justificación y la delimitación; el
Capítulo II, en el cual se enfocan los estudios previos relevantes
relacionados con el trabajo y la fundamentación teórica de los riesgos de
inflamabilidad y mezclas explosivas generadas por vaporización de
combustibles fósiles. El Capítulo III, el cual especifica los lineamientos
metodológicos del trabajo como tipo, diseño y fases de la investigación, y
técnicas de recolección, análisis y procesamiento de los datos; el Capítulo IV
donde se plantea el análisis e interpretación se los resultados obtenidos en la
investigación;
y,
finalmente,
las
Conclusiones
pertinentes al caso.
1
y
Recomendaciones
CAPITULO I
Capitulo I
El problema
1.1. Planteamiento del Problema
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Muchos materiales que se quemarían bajo ciertas condiciones, no
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queman bajo otras. La forma o condición del material, como así también las
propiedades inherentes afectan el riesgo.
La cuantificación de los riesgos se efectuará de acuerdo con la
susceptibilidad de los materiales a quemarse, debido que existen materiales
que se vaporizan completa o rápidamente a la presión atmosférica y a las
temperaturas ambientes normales, y que están bien dispersos en el aire;
líquidos y sólidos que se pueden encender a las condiciones de temperatura
ambiente. Estos materiales producen atmósferas riesgosas con el aire a
cualquier temperatura, y si bien, no resultan afectadas por la temperatura
ambiente, son igníferos bajo cualquier condición.
El riesgo para la salud en la lucha contra el fuego u en otra condición
de emergencia es mortal, de modo que una explosión simple puede durar
desde unos pocos segundos hasta más de una hora. Además, es de esperar
que el despliegue físico que demanda combatir un incendio y las condiciones
de emergencia intensifiquen los efectos de cualquier exposición. Existen dos
fuentes de riesgo para la salud,
una tiene que ver con las propiedades
inherentes del material y la otra con los productos de la combustión o de su
descomposición. El grado de riesgo se asignará sobre la base del mayor
peligro que pueda existir bajo el fuego o en otras situaciones de emergencia.
3
CAPITULO I
No se incluyen los accidentes comunes derivados de los materiales
combustibles.
De manera particular, en la Universidad Rafael Urdaneta se considera
necesaria la ejecución, por parte del alumnado, de prácticas de simulación
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del manejo de sustancias explosivas. Sin embargo, en el laboratorio son
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limitados los recursos didácticos que faciliten el aprendizaje de los alumnos,
específicamente para el estudio de mezclas explosivas, éste no posee un
equipo donde se puedan visualizar y apreciar las alteraciones que pueden
presentarse con sustancias inflamables a la presión atmosférica y a las
temperaturas ambiente normales y las situaciones de riesgos de incendio
por vaporización de gases inflamables.
1.2. Formulación del problema
Para la ejecución de prácticas de prevención y conocimiento de los
factores de riesgos de incendio, un equipo de simulación de estas
situaciones se convierte en una necesidad actual de la escuela de Ingeniería
Química, como una forma de facilitar el aprendizaje práctico del alumno. El
banco de pruebas a diseñar constituirá una unidad experimental docente que
será implantada en los laboratorios de la facultad de Ingeniería de la
Universidad Rafael Urdaneta.
Para implementación de esta unidad será necesario realizar las
siguientes actividades:
Definir situaciones de riesgos de incendio que le pueden presentar por
la
vaporización
de
gases
inflamables
4
desde
combustibles
fósiles
CAPITULO I
especialmente los que tengan un uso común en la industria y las actividades
humana en genera.
Desarrollar pruebas a escala banco para la simulación de situaciones
de riesgos de incendio por vaporización
de gases inflamables de
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situaciones que se podrían presentar normalmente.
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E unidad experimental docente para la simulación
DERuna
Diseñar
combustibles
fósiles.
Estas
pruebas
deberían
poder
reproducir
las
de
situaciones de riesgo de incendio por la vaporización de gases inflamables
en el ambiente, que sea posible de movilizar por la universidad.
Implantar la unidad experimental docente de simulación de situaciones
de riesgo de incendio por vaporización de gases inflamables de combustible
fósiles, para servicio de los profesores de la materia de seguridad industrial.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Validar experimentalmente los riesgos de inflamabilidad de mezclas
explosivas generadas por la vaporización de combustibles fósiles.
1.3.2. Objetivos Específicos
ƒ Definir situaciones de riesgo de incendio por la vaporización de gases
inflamables.
5
CAPITULO I
ƒ Desarrollar pruebas escala banco para la simulación de situaciones
de riesgos de incendio por vaporización
de gases inflamables de
combustibles fósiles.
ƒ Diseñar una unidad experimental docente para la simulación de
situaciones de riesgo de incendio
por la vaporización de gases
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inflamables en el ambiente
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ƒ Implantar la unidad experimental docente de simulación de situaciones
de riesgo de incendio por vaporización de gases inflamables de
combustible fósiles para uso en las instalaciones de la facultad de
ingeniería de la URU.
1.4. Justificación e Importancia de la Investigación
El presente estudio cuenta con relevancia científica, por cuanto aporta
un modelo didáctico que permitirá visualizar
experimentalmente la
simulación de situaciones de riesgo de incendio por vaporización de gases
inflamables de combustible fósiles, permitiendo resolver muchos problemas
prácticos del ejercicio de la Ingeniería Química en conocer el área de
combustión.
Para la Universidad Rafael Urdaneta el modelo didáctico propuesto
por este estudio representa una colaboración en sus esfuerzos por colocar a
disposición del alumno todas las herramientas requeridas para un adecuado
aprendizaje, proporcionando las condiciones óptimas para que pueda ser
efectivo y significativo.
6
CAPITULO I
En cuanto a los docentes de la Universidad Rafael Urdaneta
responsables de la materia relacionada con la Seguridad Industrial y
Ambiental, esta investigación representa un aporte, ya que podrá ser
utilizado para demostrar experimentalmente las teorías que se desarrolla en
clases
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En el aspecto económico se puede resaltar el ahorro que se genera
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Universidad Rafael Urdaneta, en vista de que al realizar el proyecto la misma
con la realización de este trabajo especial de grado enfocado a la
no tendrá gastos referentes a los costos de adquisición que pudiera generar
dicho banco de prueba.
1.5. Delimitaciones
1.5.1. Delimitación Espacial
El presente trabajo de investigación se realizó en la Universidad
Rafael Urdaneta específicamente en el área establecida para la realización
de las prácticas de laboratorio, ubicada en la Ciudad de Maracaibo Estado
Zulia.
1.5.2. Delimitación Temporal
El estudio se elaboró en un período de seis meses consecutivos, a
partir del mes de Marzo de del 2007 y el mes de Septiembre del 2007,
tiempo en el cual se desarrollaron cada uno de los objetivos planteados.
7
CAPITULO II
CAPITULO II
MARCO TEORICO
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2.1. Antecedentes de la investigación
Esta investigación, tuvo como finalidad diseñar una unidad experimental
escala banco para la simulación de situaciones de riesgo por la vaporización
de gases inflamables en el ambiente
Bomberos de Navarra, España (2005) este trabajo de investigación se
tomó de un estudio realizado por estos bomberos y fue publicado en
internet.
Así como del Libro explosion and gaseous explosive por William A.
Bone y Donald T. A. Downend (2004). De igual forma, de unas hojas técnicas
publicada en internet por S&P.
Saddawi (2003) publicó en Internet el Manual del Laboratorio de
Ingeniería Química (Chemical Engineering Laboratory Manual), de la
Universidad de Notre Dame. En éste se presentan diversos aspectos
organizativos para el manejo de un laboratorio docente y un menú con los
experimentos y prácticas de laboratorio que se realizan en el mismo.
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CAPITULO II
2.2. Bases teóricas de la investigación
2.2.1. Incendios y explosiones
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Un incendio es una reacción química de oxidación - reducción
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terminología de incendios, el reductor se denomina combustible y el oxidante,
fuertemente exotérmica, siendo los reactivos el oxidante y el reductor. En
comburente; las reacciones entre ambos se denominan combustiones.
Para que un incendio se inicie es necesario que el combustible y el
comburente se encuentren en espacio y tiempo en un estado energético
suficiente para que se produzca la reacción entre ambos. La energía
necesaria para que tenga lugar dicha reacción se denomina energía de
activación; esta energía de activación es la aportada por los focos de
ignición.
La reacción de combustión es una reacción exotérmica. De la energía
desprendida, parte es disipada en el ambiente produciendo los efectos
térmicos del incendio y parte calienta a más reactivos; cuando esta energía
es igual o superior a la necesaria, el proceso continúa mientras existan
reactivos. Se dice entonces que hay reacción en cadena.
Por lo tanto, para que un incendio se inicie tienen que coexistir tres
factores: combustible, comburente y foco de ignición que conforman el
conocido "triángulo del fuego"; y para que el incendio progrese, la energía
desprendida en el proceso tiene que ser suficiente para que se produzca la
10
CAPITULO II
reacción en cadena. Estos cuatro factores forman lo que se denomina el
"tetraedro del fuego".
Una explosión es la liberación en forma violenta de energía mecánica,
química o nuclear, normalmente acompañada de altas temperaturas y de la
liberación de gases.
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produce. Las explosiones se pueden categorizar como deflagraciones si las
Una explosión causa ondas expansivas en los alrededores donde se
ondas son subsónicas y detonaciones si son supersónicas (ondas de
choque).
El efecto destructivo de una explosión es precisamente por la potencia
de la deflagración que produce ondas de choque o diferencias de presión
subyacentes de duración muy corta, extremadamente bruscas.
2.2.2. Situaciones de riesgo
El riesgo se vincula habitualmente a la probabilidad de que ocurra un
suceso no deseado. Generalmente la probabilidad de que ocurra dicho
evento y algún asesoramiento sobre el daño que se espera de él deben ser
unidos en un escenario creíble que combine el riesgo y las probabilidades de
arrepentimiento y recompensa en un valor esperado. Hay muchos métodos
informales que se usan para asesorar sobre el riesgo (o para "medirlo",
aunque esto no suele ser posible) y otros formales.
11
CAPITULO II
En el análisis de escenarios el "riesgo" es distante de lo que se llama
"amenaza". Una amenaza es un evento grave pero de poca probabilidad pero cuya probabilidad puede no ser determinada por algunos analistas en
un asesoramiento de riesgo porque nunca ha ocurrido, y para la cual ninguna
medida preventiva está disponible. La diferencia está más claramente
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ilustrada por el principio de precaución que busca disminuir la amenaza
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reduciéndola a una serie de riesgos bien definidos antes de que un acción,
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proyecto, innovación o experimento sea llevado a cabo.
2.2.2.1Tipos de riesgos
Los riesgos se pueden clasificar en:
ƒ
Riesgos Físicos
ƒ
Riesgos Químicos
ƒ
Riesgos Biológicos
ƒ
Riesgos Ergonómicos.
ƒ
Riesgos Psicosociales: Stress.
2.2.2.2Riesgos de incendio
El Riesgo de Incendio está relacionado con cuatro Tipos de Fuego;
12
CAPITULO II
A. Se inicia a partir de material con carbono: madera, papel, basura,
tela, algunos plásticos, etc.
B. Se suscita a partir de algunos líquidos y sólidos inflamables, que
pueden ser solubles o insolubles en agua, tales como etanol (alcohol
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corriente); metanol, gasolina, aguarrás y gases derivados del petróleo.
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combustión, sino la ignición.
C. Lo genera la corriente eléctrica, siendo su mecanismo no la
D. Producido por algunos metales (sodio, potasio, magnesio, etc.) al
entrar en contacto con el agua bajo ciertas condiciones químicas y físicas.
La mayor parte de los incendios se producen por fallas en instalaciones
eléctricas y gas; combustión espontánea por exceso de basura o desorden;
manejo inadecuado de líquidos inflamables; mantenimiento deficiente de
tanques o cilindros de gas; riesgos externos, por descuidos o intencionalidad.
2.2.2.3 Condición Insegura
Son aquellos factores físicos o circunstancias del medio ambiente de
trabajo que pueden facilitar la ocurrencia de accidentes.
Ejemplos de condiciones inseguras
ƒ
Falta de planificación
ƒ
Usar equipos de protección inadecuados
ƒ
Ausencia de guardas protectoras
ƒ
Exposición a atmósferas peligrosas
13
CAPITULO II
ƒ
Herramientas defectuosas
ƒ
Falta de orden y limpieza
ƒ
Iluminación inadecuada
ƒ
Superficies resbalosas, irregulares o con obstáculos.
2.2.3.4 Actos inseguros
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Son conductas por acción u omisión que conllevan a la violación de
procedimientos, normas, reglamentos o prácticas seguras pre-establecidas.
Algunos ejemplos de actos inseguros son:
ƒ
Comportamiento inadecuado
ƒ
Actuar sin autorización
ƒ
No usar equipo de protección personal
ƒ
Uso indebido de equipos y herramientas
ƒ
Desobedecer normas y/o procedimientos
ƒ
Exceso de confianza.
2.2.3. Mezclas explosivas
Una mezcla explosiva es la mezcla de un comburente (producto
oxidante) y de un combustible (producto oxidable) en proporciones tales que
puedan dar lugar a una reacción de oxidación muy rápida y muy viva,
liberando más energía de la que se disipa por conducción y convección. El
comburente puede ser un gas (el oxígeno del aire), un liquido (peróxido) o un
14
CAPITULO II
sólido (clorato, nitrato.).
El combustible puede ser un gas (hidrógeno,
vapores de gasolina etc.), un liquido (disolvente) o un sólido (azufre, madera,
etc.). Todas las materias orgánicas son combustibles.
En una atmósfera explosiva el comburente esta constituido por el aire o
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una atmósfera enriquecida o empobrecida en oxígeno. El combustible puede
ser:
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Gaseoso: la mezcla de aire y de gas es homogénea.
Líquido: la mezcla es heterogénea y el liquido se dispersa en forma de
góticas más o menos finas.
Sólido: este se divide en partículas más o menos finas (humos, polvos,
aserrín en suspensión en el aire.
Tipo de productos que pueden producir una explosión:
ƒ
Gas de calefacción
ƒ
Hidrocarburos
ƒ
Disolventes de cola y de adhesivos
ƒ
Disolventes y diluyentes para pinturas
ƒ
Barnices y resinas
ƒ
Aditivos de fabricación de productos farmacéuticos, de colorantes, de
aromas y de perfumes artificiales
ƒ
Agentes de fabricación de materias plásticas, cauchos, textiles
artificiales y productos químicos de mantenimiento
ƒ
Elementos de tratamiento y de fabricación de alcoholes y derivados
15
CAPITULO II
Esta lista no se limita a las formas líquidas o gaseosas. Es preciso no
perder de vista que ciertos productos, utilizados en forma de polvo, pueden
ser en ciertas condiciones agentes activos de una explosión.
Son los polvos de: Aluminio, azufre, celulosa, almidón de trigo, resinas
epóxidos, poli estireno, carbón, madera, trigo, leche, azúcar
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2.2.3.1 Atmósfera explosiva
Es toda mezcla de aire en condiciones atmosférica, de sustancias
inflamables en forma de gas, vapor, niebla o polvo en las que tras una
ignición, la combustión se propaga a la totalidad de la mezcla no quemada.
2.2.3.2. Atmósfera potencialmente explosiva
Se le llama así cuando el riesgo solo existe en estado potencial esto es
que la atmósfera pueda derivar a explosiva debido a condiciones locales y de
funcionamiento.
2.2.4. Límites de inflamabilidad
Definen las concentraciones mínimas y máximas del vapor o gas en
mezcla con el aire, en las que son inflamables. Establece la proporción de
16
CAPITULO II
gas y aire necesario para que se produzca la combustión, Se expresan en
tanto por ciento en el volumen de mezcla vapor de combustible-aire. Reciben
también el nombre de límites de explosividad, ya que según las condiciones
de confinamiento, cantidad, intensidad de la fuente de ignición, etc. varía la
velocidad de la combustión y es común que se origine una explosión. Aunque
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ambos términos son intercambiables para vapores y gases inflamables, es
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más usual el de límites de inflamabilidad para estos dos y el de límites de
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explosividad para polvos combustibles.
Los valores del límite inferior y superior de inflamabilidad nos delimitan
el llamado Rango o Campo de Inflamabilidad o Explosividad.
Los gases más inflamables son el H2 y el C2H2 (acetileno).
Si se quiere determinar los límites de inflamabilidad de una mezcla
gaseosa, se puede utilizar la siguiente ecuación:
L=
1
Xi
∑
i =1 Li
n
Siendo:
X i La fracción molar del componente i
17
CAPITULO II
Li El límite de inflamabilidad de dicho componente.
En la Tabla 1. Se muestran los límites inferiores y superiores de
distintos gases combustibles. Por ejemplo, una mezcla de NH3 y aire es
inflamable si contiene un porcentaje de NH3 comprendido entre 15.5 y 27%
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V/V.
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DGases
Límites de inflamabilidad
Fórmula (nombre)
Inferior (% vol/ vol)
H2
4.0
75.0
CH4
5.0
15.0
C2H6
3.2
12.45
C3H 8
2.4
9.5
i C4H10
1.8
8.4
n C4H10
1.9
8.4
CH12 (Pentano)
1.4
7.8
CH14 (Hexano)
1.25
6.9
C7H16 (Heptano)
1.0
6.0
C2H4 (Etileno)
3.05
28.6
C3H6 (Propileno)
2.0
11.1
C4H6 (Butadieno)
2.0
11.5
C2H2 (Acetileno)
2.5
81.0
C6H6 (Benceno)
1.4
6.75
CO
12.5
74.2
NH3
15.5
27.0
SH2
4.3
45.5
Superior (% vol/ vol)
Tabla 1 Límites de inflamabilidad de sustancias gaseosas.
18
CAPITULO II
2.2.4.1. Límite inferior de inflamabilidad o explosividad (L.I.I. o L.I.E.)
Se define como la concentración mínima de vapor o gas en mezcla con
el aire, por debajo de la cual, no existe propagación de la llama al ponerse en
S
contacto con una fuente de ignición. Por ejemplo el límite inferior de
ADO
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inflamabilidad del vapor de acetona en el aire es aproximadamente 2,6% en
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combustible-aire hay 2,6 % de vapor de acetona y 100 - 2,6 = 97,4 % de aire.
volumen. Esto significa que en 100 volúmenes de mezcla vapor de
El límite inferior de inflamabilidad está relacionado con el punto de
inflamación, de forma que este último se puede definir también como la
temperatura mínima a la que la presión del vapor del líquido puede producir
una mezcla inflamable en el límite inferior de inflamabilidad. En otras
palabras, la temperatura mínima a la que se puede producir una
concentración inflamable. La relación entre estos parámetros para la acetona
y el alcohol etílico, se ve claramente en la figura 1.
Se ha observado que al aumentar las masas moleculares, los límites
interiores de inflamabilidad decrecen. Basándose en la masa, los límites
inferiores de inflamabilidad de los hidrocarburos están aproximadamente a 45
mg por litro de aire en las condiciones normales de 0 ºC y 1 atm (101,325
KPa). Otros compuestos orgánicos como los alcoholes y otros que contengan
oxígeno dan valores superiores, como en el caso del alcohol etílico (etanol
C2H5OH) que necesita 70 mg por litro de aire. EI hidrógeno tiene un valor
muy inferior y otras sustancias de baja masa molecular tienen valores
ligeramente inferiores.
19
CAPITULO II
Una consecuencia de lo anterior es que los caudales de ventilación
para reducir las concentraciones de masas iguales de hidrocarburos
distintos, a unos porcentajes determinados de los límites inferiores de
inflamabilidad son aproximadamente iguales.
Fig. 1: Relación entre el punto de inflamación, límites de inflamabilidad, temperatura y tensión (presión) de vapor de
S
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la acetona y del alcohol etílico. Resultados obtenidos en recipiente cerrado a presión atmosférica normal en
DERECH
equilibrio de fase líquida y sus vapores con el aire.
2.2.4.2. Límite inferior de inflamabilidad de mezclas inflamables (Regla
de Le Châtelier)
Para calcular el límite inferior de inflamabilidad de mezclas de vapores o
gases inflamables se puede aplicar la regla de Le Chatelier:
20
CAPITULO II
L.I.I. (mezcla) = 100 % / [(C1/L.I.I.1) + (C2/L.I.I.2) + ....+ (Cn /L.I.I.n )]
Siendo:
C1, C2, ..., Cn = concentración de cada combustible respecto al total de
combustibles en porcentaje de volumen.
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Cumpliéndose C1 + C2 + ....+ Cn = 100
L.I.I.1, L.I.I.2, ..., L.I.In
L.I.I.n = Límite inferior de inflamabilidad de cada combustible % v/v
Esta regla es aplicable para mezclas de vapores o gases de
compuestos similares. Así entre otras mezclas, funciona bien para calcular
los límites inferiores de inflamabilidad de mezclas de disolventes,
conteniendo metil etil cetona y tetrahidrofurano. Sin embargo, la regla no se
cumple particularmente bien para los límites inferiores de inflamabilidad de
algunas mezclas de sulfuro de hidrógeno (H2S) y disulfuro de carbono (CS2).
Por lo tanto, la regla de Le Châtelier se debe aplicar con discreción,
especialmente para compuestos de estructura química distinta.
2.2.4.3. Límite superior de inflamabilidad o explosividad (L.S.I. o L.S.E.)
Se define como la concentración máxima de vapor o gas en aire, por
encima de la cual, no tiene lugar la propagación de la llama, al entrar en
contacto con una fuente de ignición.
21
CAPITULO II
La prevención de explosiones se puede conseguir operando fuera del
rango de inflamabilidad en procesos con aire. Sin embargo, son más seguros
los procesos que se desarrollan por debajo del limite inferior de
inflamabilidad, adoptando un factor de seguridad 4 ó 5 que equivale a estar
en el 25 ó 20% del L.I.I., que los que se desarrollan por encima del límite
S
superior de inflamabilidad, ya que en caso de fuga, pérdida o disminución de
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combustible podría aumentar el contenido de aire y se situarían dentro del
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interviene el aire y el espacio de vapor está ocupado al cien por cien por
campo de inflamabilidad. Otro caso distinto son los procesos en que no
vapores o gases combustibles. A pesar de todo, por encima del límite
superior de inflamabilidad pueden aparecer llamas frías, las cuales resultan
de una reacción relativamente lenta y apenas visible. Son debidas a la
descomposición de hidroperóxidos, los cuales se han formado por oxidación
a baja temperatura. Las llamas frías no están asociadas normalmente con
fuentes de ignición breves como las chispas.
2.2.5. Inflamabilidad
La Inflamabilidad es la medida de la facilidad que presenta un gas,
líquido o sólido para encenderse y de la rapidez con que, una vez encendido,
se diseminarán sus llamas.
Cuanto más rápida sea la ignición, más inflamable será el material. Los
líquidos inflamables no lo son por si mismos, sino que lo son debido a que su
vapor es combustible.
22
CAPITULO II
Hay dos
propiedades físicas de los materiales que indican su
inflamabilidad: el punto de inflamación y la volatilidad (determinada por el
punto de ebullición).
El punto de inflamación de un material es la temperatura a la cual un
S
líquido (o sólido volátil) desprende vapor, en cantidades suficientemente
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significativas, para formar una mezcla que puede encenderse en contacto
DERECH
con el aire.
Cuando existe una fuente externa de ignición (como por ejemplo,
chispas eléctricas, llamas) un material se puede encender a temperatura
igual o superior a su punto de inflamación.
La volatilidad de un material es un indicativo de la facilidad con que un
líquido o sólido pasa al estado de vapor.
La volatilidad se mide mediante el punto de ebullición del material
(temperatura a la cual la presión de vapor del material es igual a la presión
atmosférica).
El término "volatilidad" se confunde con frecuencia y se utiliza como
sinónimo de "inflamabilidad".
Existen algunos materiales que son volátiles pero en cambio no son
inflamables, como el agua, cloroformo y mercurio.
Algunos materiales son pirofóricos, es decir, que pueden arder
espontáneamente sin necesidad de que haya una fuente de ignición exterior.
23
CAPITULO II
Por ejemplo, el sodio metálico puede reaccionar con la humedad del
aire. Esta reacción produce hidrógeno gas y el calor generado por la reacción
puede ser suficiente para hacer arder el hidrógeno con el oxígeno del aire.
Entre los reactivos químicos comúnmente utilizados, que son
S
inflamables, se encuentran: hidrógeno, acetona, litio, acetileno, éter etílico,
sodio, etanol, potasio.
ADO
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2.2.6. Temperatura de inflamación o destello (Flash point, Point d'éclair)
Es la temperatura mínima a la cual un líquido inflamable desprende
suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con el aire que rodea la
superficie del líquido o en el interior del recipiente empleado. En los ensayos
para determinar ese punto se suele emplear una pequeña llama como foco
de ignición. El líquido se calienta lentamente desde una temperatura
supuestamente inferior y a incrementos crecientes de temperatura se aplica
una llama de prueba a la cámara de vapor. El punto de inflamación es la
temperatura a la cual se observa un destello (flash) al aplicarse la llama o
fuente de ignición.
Los ensayos están normalizados en vaso cerrado y en vaso abierto. Los
de vaso cerrado pueden hervir como referencia de peligro para aquellos
procesos realizados dentro de recipientes y los de vaso abierto para
operaciones de manipulación, trasvases con recipientes abiertos, derrames,
etc. La temperatura de inflamación en vaso abierto es un poco superior a la
de vaso cerrado. La temperatura de inflamación o destello de un líquido
inflamable o combustible se suele encontrar en manuales especializados
24
CAPITULO II
sobre incendios o explosiones o sobre características de peligrosidad de
productos.
En caso de no disponer de la temperatura de inflamación ti de
hidrocarburos en vaso cerrado, se puede estimar de forma orientativa a partir
del punto de ebullición te mediante la siguiente fórmula:
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ti = 0,683 te -71,7
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siendo:
ti = temperatura de inflamación, º C
te = temperatura de ebullición inicial, º C
La temperatura de inflamación o destello de un líquido inflamable es
una propiedad fundamental en relación con el peligro de incendio y
explosión.
Si la temperatura de un líquido está por debajo de su punto de
inflamación, no puede existir suficiente concentración de vapor inflamable
para que pueda ocurrir la ignición. Sin embargo debe observarse que en el
caso de formarse nieblas de líquidos inflamables, pueden inflamarse al entrar
en contacto con una fuente de ignición, por debajo de su punto de
inflamación. Estas nieblas se pueden originar por enfriamiento de vapores o
por medios mecánicos como en pulverizaciones o rociados. Se conoce un
caso de accidente con lesiones de quemaduras, al encender un cigarrillo
mientras se realizaba una operación de rociado de herbicida mediante una
bomba de pulverización en una mañana fría de invierno. A pesar de que la
25
CAPITULO II
temperatura ambiente era inferior al punto de inflamación del líquido, la llama
de la cerilla generó la suficiente energía calorífica para crear una mezcla
inflamable de vapor a partir de las minúsculas gotículas de la niebla
pulverizada. Lo mismo puede ocurrir con espumas aunque estén por debajo
de su punto de inflamación.
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2.2.7. Efecto de la presión sobre la temperatura de inflamación
Los valores de las temperaturas de inflamación, normalmente están
determinados a nivel del mar y la variación de la presión atmosférica tiene
influencia sobre los mismos. Un aumento de presión eleva el punto de
inflamación y una disminución de la presión lo reduce. Esta segunda
situación debe tenerse más en cuenta, ya que en zonas de mayor altitud, la
concentración inflamable se alcanza con más facilidad.
2.2.8. Temperatura de autoignición o autoinflamación
Es la temperatura mínima, a presión de una atmósfera, a la que una
sustancia en contacto con el aire, arde espontáneamente sin necesidad de
una fuente de ignición. A esta temperatura se alcanza la energía de
activación suficiente para que se inicie la reacción de combustión. Este
parámetro recibe también el nombre de temperatura o punto de
autoencendido, temperatura de ignición espontánea o autógena y hasta
puede aparecer solamente como temperatura de ignición. Es conveniente
asegurarse la no-confusión con la temperatura de inflamación o destello,
26
CAPITULO II
especialmente si no se dispone de ambos valores determinados por ensayo
ó por tablas. En caso de no disponer de ellos se observará que la
temperatura de autoignición tiene unos valores muy superiores a la de
inflamación y para una mayoría de compuestos se encuentra entre 200 y 700
ºC. Este parámetro nos sirve de referencia para operaciones sin fuente
S
puntual de ignición pero con una elevación importante de la temperatura,
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tales como tratamientos térmicos, intercambiadores de calor con aceites
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térmicos, motores eléctricos protegidos, etc.
La temperatura de autoignición de hidrocarburos en aire disminuye al
aumentar su masa molecular. Así por ejemplo:
Metano ..........................................537 ºC
n-butano........................................405 ºC
n-decano.......................................208 ºC
La temperatura de autoignición de hidrocarburos en aire disminuye al
aumentar el tamaño del recipiente.
ƒ Temperatura de autoignición del tolueno 580 ºC en recipiente de 0,05I.
ƒ Idem del tolueno 480 ºC en recipiente de 15I.
ƒ Idem del metanol 475 ºC en recipiente de 0,05I.
ƒ Idem del metanol 375 ºC en recipiente de15l.
27
CAPITULO II
La temperatura de autoignición puede disminuir sustancialmente ante la
presencia de catalizadores como polvo de óxido de hierro, ante atmósferas
ricas en oxígeno y ante presiones elevadas.
2.2.9. Energía mínima de ignición (E.M.I.)
S
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Este parámetro indica
la energía mínima necesaria para iniciar la
combustión de una mezcla inflamable. Depende de la concentración del
combustible en el aire. Los valores más bajos de la energía mínima de
ignición se dan en las proximidades de la concentración estequiométrica y
giran alrededor de 0,25 mJ a la presión del nivel del mar (1 atm). Algunos son
inferiores como el del hidrógeno con un valor de 0,017 mJ.
La concentración de oxígeno y la presión afectan a la energía mínima
de ignici6n de mezclas de vapores o gases combustibles. El aumento de O2
reduce drásticamente la E.M.I. A la presión de 1 atmósfera (101,325 kPa) la
menor E.M.I. de 0,26 mJ en aire, se reduce 0,002 mJ en oxígeno. AI
disminuir la presión aumenta la E.M.I., en una proporción tal que reduciendo
la presión a la mitad, la E.M.I. aumenta cinco veces.
A efectos comparativos, una persona con una capacidad eléctrica de
200 pF (200 x10 -12 F) y cargada con electricidad estática a una tensión de 15
kV podrá originar una chispa con una energía igual a:
28
CAPITULO II
CV2 /2 = (200x10 –12 )·x150002 /2 = 0,0225 J = 22,5 mJ.
Como se observa, esta energía es más que suficiente para la ignición de una
mezcla de vapores o gases inflamables con aire. De ahí la importancia de las
S
medidas adoptadas para evitar la generación de cargas electrostáticas en las
ADO
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personas que trabajan en ambientes con líquidos y gases inflamables. La
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transporte, trasvase, agitación, etc. de muchos líquidos inflamables.
generación de cargas electrostáticas como es sabido, también ocurre en el
2.3. Liquido
El líquido es uno de los cuatro estados de la materia, un líquido es un
fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión
constante y su forma es definida por su contenedor.
Los líquidos no arden, los que lo hacen son los vapores que se
desprenden de ellos. Tales vapores son, por lo general, más pesados que el
aire, y pueden entrar en ignición a considerable distancia de la fuente de
emisión.
Los parámetros de peligrosidad de los productos combustibles e
inflamables afectan a una gran diversidad de procesos industriales y a
operaciones de transporte y almacenamiento, comunes a todos ellos. A
efectos de peligrosidad se suele distinguir entre líquido combustible e
inflamable, basándose en el concepto de punto de inflamación o destello.
29
CAPITULO II
2.3.1. Líquidos inflamables
Son líquidos con un punto de ignición menor del 105ºC. y una presión
de gas no mayor de 40 libras por pulgadas cuadrada (Absoluta).
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La variedad de líquidos inflamables utilizados actualmente en distintas
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aceites no arden a temperaturas ordinarias pero cuando se los calienta,
actividades es muy grande. Los combustibles líquidos más pesados como los
desprenden vapores que, en forma progresiva, favorecen la posibilidad de la
combustión, cuya concreción se logra a una temperatura suficientemente
alta.
2.3.1.1 Clasificación de los líquidos según su tipo de inflamación.
Los líquidos inflamables se dividirán en tres grupos o clases, según el
punto de ignición, así:
CLASE I. Incluye aquellos productos inflamables cuyo punto de ignición
no sea menor de 40ºC o mayor de 11ºC, tales como: Acetona, Senzol,
Colodión, Eter, Gasolina, Parafina, Metil Acetato, Bisulfuro de Carbono,
Cemento líquido o en pasta y todos los acetatos.
CLASE II. Incluye aquellos productos inflamables cuyo punto de
ignición esté sobre 7ºC y menor de 24ºC tales como Acetato de Amilo (grado
comercial), Acetato de tilo, alcohol, Tolueno, (Toluol), Piridina, Disolvente,
Thinner.
30
CAPITULO II
CLASE III. Inclusive aquellos líquidos cuyo punto de ignición sea mayor
de 24ºC sin exceder de 105ºC, tales como Kerosene, Aceite Combustible y
Lubricante, Aceite Crudo, Solvente, Trementina (tupertina), Pintura, Laca
Aguarrás, Alcohol Amílico.
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2.3.1.2 Efecto de la temperatura y la presión sobre la peligrosidad de un
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líquido inflamable
Tal como se ha visto existe relación entre el punto de inflamación y el
límite inferior de inflamabilidad, de forma que combinando el efecto de la
temperatura y la presión se tiene un gráfico como el de la figura 2 que nos da
la variación del límite inferior de inflamabilidad según la temperatura y la
presión. Este gráfico es aplicable únicamente a líquidos o gases inflamables
en equilibrio y en el interior de un recipiente cerrado.
Para interpretar el gráfico se puede tomar la línea del alcohol
etílico (etanol) y observar que el punto de corte con la línea horizontal de 760
mmHg (1 atm) se da aproximadamente a unos 10 ºC que indica la
temperatura de inflamación a la presión atmosférica. Las mezclas de vapor y
aire serán demasiado pobres para entrar en ignición a temperaturas
inferiores y a presiones superiores a los valores indicados por la línea
correspondiente para cada producto. Así por ejemplo, el alcohol etílico a 5 ºC
y 760 mmHg o a 20 ºC y 2000 mmHg no daría suficientes vapores para
alcanzar el límite inferior de inflamabilidad. Las condiciones representadas
por puntos a la izquierda y por encima de las respectivas líneas son por lo
tanto no inflamables.
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CAPITULO II
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Fig. 2: Variación del límite inferior de inflamabilidad según la temperatura y la
presión.
De forma similar en la figura 3 se representa el gráfico de la variación
del límite superior de inflamabilidad según la temperatura y la presión.
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Fig. 3: Variación del límite superior de inflamabilidad según la temperatura y
la presión.
33
CAPITULO II
Igualmente este gráfico es aplicable solamente a los líquidos o gases
inflamables en equilibrio en el interior de un recipiente cerrado. Las mezclas
de vapor y aire son demasiado ricas para inflamarse a temperaturas más
altas o presiones más bajas que los valores indicados por las líneas
correspondientes a cada producto. Así por ejemplo, para el mismo alcohol
S
etílico considerado anteriormente a una presión absoluta de 1 atm (760 mm),
ADO
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el límite superior de inflamabilidad corresponde aproximadamente a 42 - 43
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concentración máxima de inflamabilidad (límite superior de inflamabilidad).
ºC. Como se ve, el gráfico indica la temperatura y la presión a que ocurre la
Al aplicar estos gráficos debe tenerse en cuenta que representan
condiciones de equilibrio y que los valores existentes en una fase del proceso
o manipulación pueden ser diferentes antes de que se alcance el equilibrio.
Por ejemplo, al introducir un liquido a una temperatura inferior a la que está el
recipiente receptor a presión con aire, se puede creer que la mezcla vaporaire resultante estará a una concentración mayor que el límite superior de
inflamabilidad de acuerdo con el gráfico, lo cual no ocurrirá hasta que pase
cierto tiempo y se haya producido suficiente evaporación para alcanzar el
punto de equilibrio. Mientras tanto, esta mezcla puede ser inflamable o
explosiva.
También debe recordarse que la presión que se origina en el interior de
un recipiente depende de la presión inicial de la mezcla vapor-aire. A mayor
presión inicial, se tiene mayor presión de explosión final y viceversa.
Los gráficos anteriores son útiles para tratar de situar un proceso en la
zona de condiciones no inflamables, en el campo de variación de
temperaturas indicado.
34
CAPITULO II
2.3.2. Líquidos combustibles
Aunque combustible es cualquier substancia que pueda arder,
habitualmente se reserva esta denominación para aquellos materiales que
son quemados para producir energía calorífica.
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de 60.5°C (141°F) y menor a 93°C (200°F).
El líquido combustible es un líquido cuyo punto de inflamación es mayor
Entre los líquidos combustibles mas comunes podemos encontrar:
gasolina, gasóleo, petróleo industrial (queroseno), fueil-oil, alcoholes.
Alcoholes. En los últimos años se ha trabajado en el desarrollo de
motores aptos para funcionar con metanol o etanol, productos obtenidos a
partir de madera y cana de azúcar. En Brasil se ha llegado a comercializar un
combustible liquido compuesto de etanol y gasolina.
Petróleo bruto natural. Es un líquido viscoso y oscuro que se
encuentra en el subsuelo, algunas veces a gran profundidad, de donde se
extrae por medio de perforaciones. La producción mundial de petróleo puede
llegar a 3 000 millones de Tm al año, de las cuales la mitad se produce en la
zona de Oriente Medio y el resto, en orden decreciente, en URSS, EEUU,
África, Amé rica del Sur, etc. El comercio internacional del petróleo utiliza
como unidad el barril, que equivale a 159 litros.
El petróleo crudo se somete a una destilación fraccionada o por etapas,
que consiste en calentarlo a distintas temperaturas en orden creciente, con lo
cual se consigue que se desprendan primero los vapores de los productos
35
CAPITULO II
más volátiles. La gasolina, hasta 180 ºC; hasta 280 ºC se desprende el
queroseno o petróleo industrial; el gasóleo a los 350 OC los aceites de
engrase y el fuel-oil se obtienen utilizando temperaturas más elevadas y, por
último, queda el alquitrán como subproducto final.
S
Como el porcentaje de gasolina que se obtiene de la destilación del
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petróleo es relativamente pequeño, dado el gran consumo actual, en las
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método llamado «crackingx., que los transforma en gasolina.
refinerías se reprocesan los otros productos más densos mediante un
Estos
combustibles
hidrocarburos
de
derivados
moléculas
del
complejas
petróleo
que
al
son
arder
mezclas
se
de
combinan
químicamente con el oxigeno del aire desprendiendo energía calorífica,
dióxido de carbono, vapor de agua y, en menor cantidad, otros gases que
dependen de los aditivos del combustible y de las condiciones de su
combustión.
Los combustibles derivados del petróleo ocupan el primer lugar entre
los que se emplean para la industria, el transporte y la calefacción.
Gasolina. Es un combustible liquido, de densidad 0,75 y de potencia
calorífica 32 000 Kcal/l, muy volátil. A la temperatura ordinaria ya emite
vapores que forman mezclas explosivas con el aire, por lo que se prohibe a
los automovilistas repostar con el motor en marcha, mantener las luces
encendidas, fumar, etc.
Se comercializan distintos tipos de gasolina: normal, de 91 octanos, y
super, de 97 octanos. El llamado índice de octanos indica fundamentalmente
su diferente capacidad para resistir las altas presiones y temperaturas, dentro
36
CAPITULO II
del cilindro del motor, sin que se produzca detonación, es decir,
autoencendido con anticipación al encendido por la chispa de la bujía. Por
eso la gasolina normal es la adecuada para los motores de media
compresión y para los que están algo desgastados por el uso, mientras que
la gasolina super se emplea para los de alta compresión y prestaciones.
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Para mejorar su capacidad antidetonante y hacerlas menos corrosivas,
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contaminante de la atmósfera, se está sustituyendo por otros más inocuos.
las gasolinas contienen aditivos como el tetraetilo de plomo que, por ser
Por esta razón ya se está comercializando otro tipo de gasolina, llamada sin
plomo.
Queroseno o petróleo industrial. Es un líquido transparente, algo más
denso que la gasolina y menos inflamable, que se utiliza como combustible
en los motores a reacción y de turbina de gas. Se utiliza también como
disolvente y para calefacción doméstica.
Gasóleo. Es un líquido de aspecto algo aceitoso, de densidad 0,85 y
potencia calorífica de 42 000 Kcal/kg. Su principal aplicación es como
combustible de los motores diesel gracias a su propiedad de inflamarse
cuando se le somete a elevadas presiones y temperaturas.
En la actualidad este combustible resulta más económico que las
gasolinas y por eso se utiliza para motores medianos y grandes de coches,
camiones, tractores y buques.
Fuel-oil. Es un líquido espeso y oscuro que se utiliza para los hornos
industriales y ara calefacción. Como su temperatura de inflamación es
elevada es difícil mantener su combustión, por lo cual es necesario calentarlo
37
CAPITULO II
previamente, y con frecuencia puede resultar contaminante debido al humo
que desprende cuando las condiciones de su combustión no son las
adecuadas. Es el combustible liquido más económico.
La industria petroquímica extrae del petróleo una gama muy amplia de
S
productos: combustibles, disolventes, plásticos, abonos y otros productos
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semielaborados que se utilizan como materia prima para la obtención de
otros.
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Los combustibles tienen una importancia fundamental en el mundo
actual y dan un gran poder económico a los países que los poseen.
2.3.2.1 Características más importantes de los líquidos combustibles
Como derivados que son del petróleo crudo, los líquidos combustibles
están formados básicamente por compuestos hidrocarbonados. Pueden
contener, además, O2, S, N,..
Las principales características que identifican a un combustible líquido
serán:
Poder Calorífico: Es el calor de combustión. Energía liberada cuando
se somete el combustible a un proceso de oxidación rápido, de manera que
el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de
calor que es aprovechable a nivel industrial.
38
CAPITULO II
Se tratará de evaluar el rendimiento del combustible en una instalación
industrial.
Densidad específica o relativa: Fue la primera que se utilizó para
catalogar los líquidos combustibles. Los combustibles se comercializan en
S
volumen, por ello es importante saber la densidad que tienen a temperatura
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ambiente.
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Se define la densidad específica como:
γ
λ
Densidad específica o relativa =
Donde:
γ : Densidad absoluta de un producto (a una temperatura)
λ : Densidad del agua líquida (a 4°C)
La escala más comúnmente utiliza es la escala en grados API (a 15ºC)
API
definió
sus
densímetros
perfectamente,
estableciendo
sus
características y dimensiones en las especificaciones.
Las densidades específicas o relativas de los combustibles líquidos
varían, pero los más ligeros serán los que tengan menor contenido en
átomos de carbono. De este modo, las gasolinas serán las que tengan menor
densidad específica, mientras que los fuel-óleos serán los que mayor
densidad específica tengan. Esto se comprueba con los siguientes datos:
ƒ Gasolinas: 0,60/0,70
ƒ Gasóleos: 0,825/ 0,860
ƒ Fuelóleos: 0,92/1
39
CAPITULO II
Es importante conocer la densidad específica y la temperatura a la que
se midió, porque los líquidos combustibles, como ya dijimos, se
comercializan midiendo su volumen, el cual va a variar con la temperatura.
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Hay ecuaciones que correlacionan la variación de densidad con la
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variación de la temperatura (tablas ASTM)
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Viscosidad: Mide la
resistencia interna que presenta un fluido al
desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de
unas moléculas con otras. Puede ser absoluta o dinámica, o bien relativa o
cinemática.
La fluidez es la inversa de la viscosidad. Por ello la medida de la
viscosidad es importante porque nos va a dar una idea de la fluidez del
combustible; permite apreciar la posibilidad del bombeo de un producto en
una canalización y de este modo nos permite saber si podemos tener un
suministro regular. La viscosidad es muy importante en el caso de los fueloils, ya que éstos se clasifican siguiendo criterios de viscosidad a una
determinada temperaturas.
La unidad de la viscosidad es el Poise: g.cm-1.s-1
La viscosidad cinemática se define como:
Viscosidad cinemática =
α
β
Donde:
α : Viscosidad dinámica
40
CAPITULO II
β : Densidad a la misma temperatura
La viscosidad relativa se define como:
Viscosidad relativa =
φ
υ
Donde:
φ : Viscosidad Absoluta
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υ : Viscosidad agua a 20°C (1 Poise)
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Para medir la viscosidad en combustibles líquidos se emplean
viscosímetro de vidrio. Es muy importante decir la temperatura a la cual se ha
evaluado la densidad. Existen diversas escalas para expresar la viscosidad
de un producto petrolífero y existen también ecuaciones de correlación entre
ellas. El hecho de que un combustible (o un líquido en general) tenga la
viscosidad muy alta quiere decir que es poco fluido.
Volatilidad: Curva de destilación: La volatilidad se determina con la
curva de destilación. Un combustible líquido es una fracción de la destilación
del crudo de petróleo. Tendremos una u otra cosa dependiendo de donde
cortemos en la destilación, es decir, de las temperaturas donde recojamos en
el intervalo de destilación. No tendremos una temperatura única, sino que a
medida que el volumen recogido va aumentando va variando la temperatura.
La temperatura va a ascendiendo porque tenemos otros compuestos
con más átomos de C en la cadena que se van evaporando poco a poco.
Después se condensan al ponerse en contacto con las paredes frías y
se recogen. Así, cuanto mayor sea la temperatura, se evaporarán los más
pesados, los de mayor número de átomos de carbono en la cadena
41
CAPITULO II
2.4. Prevención y extensión de incendio
Los incendios son una amenaza constante en el ámbito laboral, social y
familiar, ya que son innumerables las pérdidas ocasionadas por este motivo.
S
La mayoría de las veces los incendios se deben a la falta de PREVENCIÓN.
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V
R
E
S
E
OS R
Efectivamente, la prevención es la única arma útil de que disponemos para
DERECH
hacer frente a este enemigo tan temible.
Los efectos del fuego dependerán de qué es lo que arde, cómo y en
qué circunstancias se desarrolla. Según el control que tengamos sobre el
fuego que se desarrolla, se puede considerar que el fuego es beneficioso
(cocinas, chimeneas, …) o perjudicial (fuego no controlado).
Los peligros del fuego para las personas son, básicamente, la
generación de gases tóxicos, principal causa de las muertes producidas en
los incendios la generación de humos y gases calientes que pueden producir
quemaduras externas o internas por inhalación, además de dificultar la visión
y la evacuación de personas el calor producido por las llamas puede causar
extenuación, deshidratación y bloqueo respiratorio finalmente, el pánico
puede alterar el comportamiento de las personas frente al fuego, llegando a
producir comportamientos suicidas.
Para poder atacar con eficacia el fuego se necesario conocer que la
combustión es una reacción química que tiene lugar cuando los vapores
desprendidos por una sustancia combustible se combinan con gran rapidez
con el oxígeno del aire. Esta reacción se produce con desprendimiento de luz
y calor, formando el fuego.
42
CAPITULO II
Para que se produzca un fuego es necesario que coincidan los tres
factores que conforman el “triángulo del fuego”: combustible, comburente y
calor.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Para un mejor resultado en el combate de un fuego incipiente, se debe
considerar el material que está en combustión, ya que de allí se parte, en
utilizar el extintor adecuado. Imaginémonos estar al frente de un pequeño
incendio en un tablero eléctrico y por desconocimiento de la clase de fuego
que se está iniciando tratemos de extinguir con agua ¿qué sucedería?, es
por esto que a continuación se dan a conocer y se clasifican los diferentes
tipos de fuegos para luego conocer sobre los diferentes tipos de agentes de
extinción que podemos utilizar.
Fuegos Clase" A"
Es aquel fuego que se produce y desarrolla en materiales combustibles
sólidos comunes, (madera, papel, trapos, cartón, algodón, formica, cueros,
anime, plásticos, etc.>. Se representa con la letra "A" dentro de un triángulo
color verde.
43
CAPITULO II
Fuegos Clase "B"
Este fuego que se produce y desarrolla sobre la superficie de líquidos
inflamables y combustibles por la mezcla de vapores y aire, (derivados del
petróleo, aceites, gasolina, kerosén, butano, pinturas, Acetona, etc.). Se
representa con la letra "B" dentro de un cuadrado color rojo.
DERECH
Fuegos Clase "C"
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
Es aquel que se produce en equipos o sistemas eléctricos energizados
(TV., radio, licuadora, tostadoras, computadoras, etc.) Se representa con la
letra "D" dentro de un círculo color azul.
Fuegos Clase" D"
Es aquel fuego que se produce y desarrolla en metales combustibles o
reactivos (aluminio, magnesio, sodio, potasio, cobre, etc.), estos metales
arden a altas temperaturas, y exhalan suficiente oxigeno para mantener la
combustión. Pueden reaccionar violentamente con el agua u otros químicos y
deben ser manejados con cautela. Se representa con la letra "D" dentro de
una estrella de 5 puntas color amarillo.
Fuegos Clase "K"
Es aquel fuego que se produce y se desarrolla en los extractores y
filtros de campanas de cocinas, donde se acumula la grasa y otros
componentes combustibles que al alcanzar altas temperaturas produce
combustión espontánea. Su símbolo es un cuadrado de color negro con una
K de color blanco en su interior.
44
CAPITULO II
2.4.1. Método de la eliminación el incendio
Si para producir un fuego es necesario reunir oxígeno, combustible y un
foco de calor, es evidente que habrá que eliminar o reducir uno o más de
estos factores para extinguir el fuego.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
Los métodos principales para combatir el fuego son:
ƒ
Enfriamiento
ƒ
Sofocación
ƒ
Eliminación
ƒ
Inhibición de la reacción en cadena
2.4.1.1. Enfriamiento.
De todos los agentes extintores, el agua es el que más absorbe el calor
por volumen que cualquier otro agente ya que hará que el punto de ignición
del combustible, así como la liberación de los vapores calientes que son
transmitidos, vayan enfriándose y el fuego se vaya extinguiendo.
2.4.1.2. Sofocamiento.
En este método, se trata de reducir el oxígeno. Por esto se denomina
sofocamiento y se hace tratando de cubrir la superficie del material
combustible alguna sustancia no combustible como la arena, la espuma o el
agua ligera; existen otros agentes sofocantes bien conocidos como el bióxido
45
CAPITULO II
de carbono, los polvos químicos secos a base de bicarbonato de sodio,
bicarbonato de potasio (Púrpura K), cloruro de potasio (super K) y fosfato
monoamónico (uso múltiple). Por ello en este método se aconseja el uso de
extinguidores basados en sustancias químicas, que pueden ya estar
mezcladas o que deben mezclarse en el momento de su uso.
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
DERECH
2.4.1.3. Eliminación.
El fuego siempre necesita nuevo combustible para propagarse; si se
elimina o retira el combustible de las proximidades de la zona del incendio,
el fuego se extingue. Cortar el flujo de líquidos o gases combustibles que
descargan en la zona de fuego y alejar los materiales combustibles, sólidos o
líquidos de las proximidades del foco de ignición, son algunas de las
alternativas que se pueden llevar a cabo para la eliminación del combustible.
2.4.1.4. Inhibición de la reacción en cadena
La reacción de combustión se desarrolla a nivel molecular a través de
un mecanismo químico de "radicales libres". Si éstos son neutralizados la
combustión se detiene, extinguiéndose el fuego. El proceso de romper o
detener la reacción se denomina inhibición.
Algunos agentes extintores, como los halones principalmente, tienen la
propiedad de liberar, bajo efectos térmicos radicales libres que al combinarse
46
CAPITULO II
con los generadores por combustión, detienen la reacción en cadena
extinguiendo el fuego.
2.5.
Unidades experimentales docentes.
OS
D
A
V
R
E
ESdel sistema
Bases para el diseño e implementación
R
S
O
H
C
DERE
Una vez formulado el problema a resolver con esta investigación, se
procedió a la definición de las bases y los fundamentos necesarios para el
diseño e implantación de la unidad experimental para simulaciones de riesgo
por vaporización de gases.
Como resultado del análisis integral del entorno ambiental en donde se
operará la unidad experimental, se acordaron las siguientes bases y
premisas de diseño. Éstas fueron las siguientes:
ƒ
Objetivos: Validar experimentalmente los riesgos de inflamabilidad de
mezclas explosivas generadas por la vaporización de combustibles fósiles.
Desarrollar
pruebas escala banco para la simulación de situaciones
de
riesgos de incendio por vaporización de gases inflamables de combustibles
fósiles. El experimento tendrá un enfoque práctico.
ƒ
Ubicación: La unidad de fluidización estará ubicada en las instalaciones
del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Facultad de Ciencias de la
Ingeniería, situado en la planta baja del Modulo 3 de la Universidad Rafael
Urdaneta, sede Vereda del Lago.
47
CAPITULO II
ƒ
Usuarios: La unidad experimental para simulaciones de riesgo de
vaporización de gases constituirá un valioso activo docente que estará
disponible en las instalaciones del Laboratorio de Operaciones Unitarias. En
términos generales, podrá ser utilizado por los alumnos de las carreras de
Ingeniería Química, Ingeniería Industrial e Ingeniería Civil, cuyos pensums de
S
estudio contienen materias que ameritan utilizar dichas instalaciones para
ADO
V
R
E
S
E
OS R
complementar y facilitar la comprensión de los conceptos emitidos en las
DERECH
clases teóricas.
ƒ
Montaje: La unidad experimental será ensamblada sobre una mesa o
mesón rodante del laboratorio dadas las limitaciones de espacio existente en
el laboratorio para mejor prácticas, una vez finalizados los experimentos, la
mesa pueda ser guardada en el depósito de materiales y equipos del
Laboratorio de Operaciones Unitarias.
ƒ
Materiales de construcción: Se utilizaran materiales transparente tales
como el vidrio y acrílico, que permitan ver a los alumnos cuando el
combustible o liquido inflamable llegue al punto de inflamabilidad y como
estos se convierten en un riesgo.
ƒ
Manual de Operación del equipo experimental de prácticas: Para la
correcta operación de la unidad experimental se deberá contar con un
manual de operación redactado de acuerdo con la metodología y formatos
utilizados en equipos similares. Este manual suministrará a los estudiantes la
mayor parte de la información necesaria para poder realizar los experimentos
para la validación de los riesgos de inflamabilidad de mezclas explosivas.
48
CAPITULO II
2.6. Términos básicos
Incendio: Un incendio es una reacción química de oxidación reducción fuertemente exotérmica, siendo los reactivos el oxidante y el
reductor. En terminología de incendios, el reductor se denomina combustible
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
y el oxidante, comburente; las reacciones entre ambos se denominan
DERECH
combustiones.
Explosiones: Una explosión es la liberación en forma violenta de
energía mecánica, química o nuclear, normalmente acompañada de altas
temperaturas y de la liberación de gases.
Riesgos: Son los eventos resultantes de la ocurrencia o materialización
de una amenaza.
Mezcla explosiva: es la mezcla de un comburente (producto oxidante)
y de un combustible (producto oxidable) en proporciones tales que puedan
dar lugar a una reacción de oxidación muy rápida y muy viva, liberando mas
energía de la que se disipa por conducción y convección.
Atmósfera explosiva: es toda mezcla de aire en condiciones
atmosféricas, de sustancias inflamables en forma de gas, vapor, niebla o
polvo en las que tras una ignición, la combustión se propaga a la totalidad de
la mezcla no quemada.
Atmósfera potencialmente explosiva: Se le llama así cuando el
riesgo solo existe en estado potencial esto es que la atmósfera pueda derivar
a explosiva debido a condiciones locales y de funcionamiento.
49
CAPITULO II
Inflamabilidad: no son los líquidos inflamables o combustibles los que
arden o explotan, sino los vapores inflamables procedentes de su
evaporación cuando su temperatura se eleva por encima del punto de
inflamación, al quedar expuestos a una fuente de ignición. Como la mayoría
S
de los líquidos inflamables se almacenan y se manipulan normalmente por
ADO
V
R
E
S
E
OS R
encima de su punto de inflamación, continuamente están produciendo
ERECH
D
se definen las principales características de inflamabilidad de un líquido.
vapores que, mezclados con el aire, pueden ser inflamables. A continuación
Temperatura de inflamación: es la menor temperatura a la que hay
que elevar un líquido combustible para que los vapores que se desprendan
formen con el aire, una mezcla que se inflama al acercarle una fuente de
ignición. La combustión no continúa al retirar la llama o fuente de ignición.
Temperatura de combustión o ignición: temperatura mínima
correspondiente a la iniciación de una combustión continuada y completa de
los vapores desprendidos del líquido combustible, luego de retirar la fuente
de ignición.
Temperatura de autocombustión o autoignición: es la mínima
temperatura a la cual debe elevarse una mezcla de vapores inflamables y
aire para que se encienda espontáneamente sin necesidad de la presencia
de una fuente de ignición externa.
Líquidos inflamables: son líquidos, mezcla de líquidos, o líquidos que
contienen sustancias sólidas, en solución o suspensión, que despiden
vapores inflamables a una temperatura no mayor de 135ºC, en vaso abierto.
Los líquidos inflamables se clasifican a su vez en:
50
CAPITULO II
Inflamables de primera categoría: Son los líquidos inflamables cuyos
puntos de inflamación son menores de 21ºC.
Inflamables de segunda categoría: Son los líquidos cuyos puntos de
inflamación no son menores de 21ºC pero no alcanzan a 40ºC.
Inflamables de tercera categoría: Son los líquidos inflamables cuyos
S
puntos de inflamación están comprendidos entre 40 y 135ºC, determinados
ADO
V
R
E
S
E
OS R
con el aparato Tag, vaso abierto, cuando son menores de 80ºC.
ERECH
D
Límites de inflamabilidad:
definen las concentraciones mínimas y
máximas del vapor o gas en mezcla con el aire, en las que son inflamables.
Límite inferior de inflamabilidad o explosividad (L.I.I. o L.I.E.): Se
define como la concentración mínima de vapor o gas en mezcla con el aire,
por debajo de la cual, no existe propagación de la llama al ponerse en
contacto con una fuente de ignición.
Límite superior de inflamabilidad o explosividad (L.S.I. o L.S.E.): se
define como la concentración máxima de vapor o gas en aire, por encima de
la cual, no tiene lugar la propagación de la llama, al entrar en contacto con
una fuente de ignición.
Energía mínima de ignición (E.M.I.): Este parámetro indica la energía
mínima necesaria para iniciar la combustión de una mezcla inflamable.
Depende de la concentración del combustible en el aire
51
CAPITULO II
MAPA DE VARIABLES
OS
D
A
V
R
E
S
HOS RE
OBJETIVO GENERAL:
DEREC
Validar experimentalmente los riesgos de inflamabilidad de mezclas explosiva generada por la vaporización de combustibles fósiles
OBJETIVO ESPECÍFICO
VARIABLE
DEFINICIÓN DE LA VARIABLE
INDICADORES
TÉCNICAS DE
RECOLECCIÓN DE
DATOS
FASE
Revisión bibliográfica.
Entrevistas a operadores
de plantas industriales
I
ƒ
Definir situaciones de riesgo de
Sistemas de riesgo que Actos y condiciones inseguras ƒ
incendio por la vaporización de
puedan causar incendios que puedan causar un incendio
gases inflamables
ƒ
Selección del tipo riesgo
Definición de condiciones
inseguras
Definición de actos inseguros
ƒ
Son experimentos hechos en
laboratorios para simular las
ƒ
situaciones de riesgos de
vaporización
de
gases
ƒ
inflamables mezclas explosivas
Diseño
conceptual
del
escenario operativo definido
Selección
del
equipo
experimental referido
Desarrollar los procedimientos
operacionales
ƒ Observación
Documental.
ƒ Película.
ƒ Revisión
bibliográfica.
ƒ Entrevistas
Es el plan para construir el
equipo de laboratorio utilizados
para realizar un experimento o
practicas docentes
ƒ
ƒ
Base construcción del diseño.
Arreglo de los componentes
Observación directa
ƒ
Selección de los materiales y
combustibles de ensayo.
Planos de equipo.
Ensamble
del
equipo
experimental
Manual de operación.
Pruebas de simulación inicial
puestas en funcionamiento en
los laboratorios de ingeniería
de la URU
Validación
de
resultados
experimentales.
Desarrollar
pruebas
escala
banco para la simulación de
situaciones
de
riesgo
de
incendio por vaporización de
gases
inflamables
de
combustibles fósiles
Diseñar
una
unidad
experimental
docente
para
simulación de situaciones de
riesgo de incendio por la
vaporización
de
gases
inflamables en el ambiente
Implantar la unidad experimental
docente de simulación de
situaciones de riesgo por
vaporización
de
gases
inflamables de combustibles
fósiles para uso en las
instalaciones de la facultad de
ingeniería de la URU
Prueba escala banco
Diseño de la unidad
experimental
escala
banco para simulaciones
de
riesgo
por
vaporización de gases
ƒ
ƒ
Implantar el sistema
experimental de riesgo
Poner en servicio la unidad
experimental docente utilizadas
para simular y realizar diferentes
procesos técnicos
ƒ
ƒ
ƒ
52
Observación directa
II
III
IV
CAPÍTULO III
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
OS
D
A
V
R
E
ESla validación experimental
R
metodológicos y la metodología
para
S
O
H
C
ERE
riesgos D
de inflamabilidad de mezclas explosivas.
En esta fase se desarrollan los contenidos de los aspectos
de los
3.1. Tipo de investigación
Tal como lo explica, Hernández, Fernández y Baptista (2000, p. 62),
señalan que la investigación descriptiva tiene como propósito describir
situaciones y eventos; esto es, especificar cómo es y cómo se manifiesta
determinado fenómeno.
Así mismo, Hurtado (2000 p. 233), expresa que la investigación
descriptiva, tiene como objetivo central lograr la descripción o caracterización
del evento de estudio dentro de un contexto particular.
Adicionalmente, Tamayo y Tamayo (2001 p. 264), la investigación
descriptiva, comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la
naturaleza actual y la composición o proceso de los fenómenos. El enfoque
se hace sobre conclusiones dominantes o sobre como una persona, grupo o
cosa se conduce o funciona en el presente
54
CAPÍTULO III
Por otra parte, Arias (1997, p. 49), acota que las investigación
explicativa se encarga de buscar el por que de los hechos mediante el
establecimiento de relaciones causa-efecto.
De acuerdo a lo antes planteado, se debe indicar que el presente
trabajo se cataloga como una investigación descriptiva bajo la modalidad
explicativa, debido a que se estudia la variable Unidad experimental para
de D
gases
OS inflamables,
A
V
R
E
ES y su desarrollo en el entorno
determinando sus aspectos
másR
notables
S
O
H
C
ERE la obtención de datos directamente.
Dmediante
estudiado
simulaciones
de
riesgos
por
vaporización
3.2. Diseño de investigación
El diseño de investigación es la estrategia que adopta el investigador
para responder al problema planteado.
Arias, (1997, p. 50) afirman que la investigación de tipo experimental se
realiza con la manipulación y el control de las variables. El proceso consiste
en someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones o
estímulos para observas los efectos que se producen.
Por lo anteriormente expuesto, se puede afirmar que el diseño de la
investigación utilizado es experimental, ya que la variable “Unidad
experimental para simulaciones de riesgos por vaporización de gases”.
Por otra parte, el diseño se cataloga como descriptivo longitudinal, por
cuanto el estudio llevará a caracterizar la unidad experimental para
simulaciones de riesgos por vaporización de gases inflamables, sus diversas
mediciones y aplicaciones dentro del Laboratorio de Operaciones Unitarias.
55
CAPÍTULO III
3.3. Población de la investigación
Según Morles (1994, p.17), la población o universo se refiere al
conjunto el cual serán válidas las conclusiones que se obtengan: a los
elemento o unidades (personas, instituciones o cosas) alas cuales se refiere
la investigación, por tanto la población en este trabajo de investigación serán
los combustibles fósiles.
OS
D
A
V
R
E
ESque la muestra es un “subconjunto
R
Morles (1994 p.54)
también
acota
S
O
H
C
DERdeEun universo o población.”
representativo
Por otra parte, Arias (1997 p.53) expresa que en un muestreo
intencional u opinático la selección de los elementos con base en criterios o
juicios del investigador. Por lo antes mencionado las muestras escogidas
son del tipo intencional, estas muestras son: Gasolina, Kerosén, Gasoil.
3.4. Técnicas de recolección de datos
Se contemplan como los instrumentos utilizados para facilitar la
recolección y el análisis de los hechos observados. Dicha sección, según
Tamayo (1998), es la expresión operativa del diseño de investigación.
Por otra parte, se utilizó la técnica de la entrevista no estructurada al
personal técnico y docente del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la
Facultad de Ingeniería de la Universidad Rafael Urdaneta, mediante la cual el
encuestador, en este caso el investigador, elabora una lista de aspectos que
le interesa explorar en función de los objetivos de la investigación, y va
formulando las preguntas que van surgiendo al entrevistado durante la
conversación (UNA, 1991, p.54).
56
CAPÍTULO III
Así pues, la recolección de datos se realizó mediante una observación
directa y a través de revisiones bibliográficas, para evaluar y caracterizar el
sistema de experimental de simulaciones de riesgos por vaporización de
gases inflamables de combustibles fósiles para uso en las instalaciones del
Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad Rafael Urdaneta,
efectuando el registro sistemático, válido y confiable del comportamiento
manifestado.
S
ADO
V
R
E
S
E
3.5. Fases de la investigación
SR
O
H
C
E
R
DE
Las fases de la investigación son los pasos que se siguieron de forma
secuencial para la realización de este trabajo de acuerdo a los objetivos
propuestos. Dicha investigación se desarrolló a través de las fases que se
describen a continuación:
FASE I: Definir sistema de riesgo: Consiste en definir los riesgos y
actos inseguras que pueden causar incendios, para así poder hacer una
análisis exhaustivo de las condiciones inseguras que se pueden presentar
FASE II: Desarrollar pruebas: Se planearon pruebas escala banco
para simular las situaciones de riesgos de vaporización de gases
inflamables,
En esta fase se juntaron todas las partes que conforman el equipo y se
realizó el montaje del mismo de acuerdo al diseño conceptual del escenario
operativo definido.
FASE III: Diseñar unidad experimental: Con base en el diseño de
construcción se arreglaron los componentes y se selecciono el equipo a
utilizar para hacer las pruebas escala banco
57
CAPÍTULO III
FASE IV: Implantación y validación. Se verificó el funcionamiento del
equipo para poder realizar las pruebas de laboratorio y se diseñó un breve
manual de operación siguiendo el formato y la metodología sencilla para que
el mismo pueda ser entendido con facilidad por los estudiantes de la Escuela
de Ingeniería Química de La Universidad Rafael Urdaneta.
OS
D
A
V
R
E
EScondiciones de operación,
R
funcionamiento yHverificar
las
S
O
C
DERE
En esta fase se puso en marcha el equipo para observar directamente
su
para
posteriormente hacer las simulaciones de situaciones de riesgo por
vaporización de gases inflamables de combustibles fósiles para uso en las
instalaciones de la facultad de ingeniería de la Universidad Rafael Urdaneta
58
CAPÍTULO IV
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
OS
D
A
V
R
E
ES de desarrollar pruebas escala
R
mezclas explosivas y de
plantear
la necesidad
S
O
H
C
E de situaciones de riesgo de vaporización de gases
DElaRsimulación
banco para
Luego de estudiar todo lo referente a los riesgos de inflamabilidad de
inflamables de combustibles fósiles que demuestren a los estudiantes de la
Escuela de Ingeniería Química de la Universidad Rafael Urdaneta dicho
fenómeno, se procedió a llevar a cabo los objetivos trazados en esta
investigación obteniendo para cada una de las fases los resultados que se
presentan a continuación.
4.1. OBJETIVO I: DEFINIR SITUACIONES DE RIESGOS DE INCENDIO
POR LA VAPORIZACION DE GASES INFLAMABLES.
A continuación se presentan las posibles situaciones de riesgos de
incendio por la vaporización de gases inflamable asociadas a esta
investigación:
ƒ
Incendio o fuego de CLASE B ya que estamos trabajando con
combustible fósil inflamable como lo es la gasolina.
ƒ
Explosión por acumulación de gases inflamables.
60
CAPÍTULO IV
ƒ
Mal manejo de de la fuente de ignición a utilizar en el desarrollo de los
experimentos.
ƒ
Manipulación indebida de la gasolina a utilizar.
Para lograr este objetivo se tomaron lo siguientes indicadores:
Selección del tipo riesgo, definición de condiciones inseguras, definición de
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
actos inseguros.
DERECH
4.2.
OBJETIVO II: DESARROLLAR PRUEBAS ESCALA BANCO PARA
LA SIMULACION DE SITUACIONES DE RIESGO DE INCENDIO POR
VAPORIZACION
DE
GASES
INFLAMABLES
DE
COMBUSTIBLES
FOSILES.
Las pruebas escala banco que se realizaron para la simulación de
situaciones de riesgo de incendio por vaporización de gases inflamables de
combustibles fueron las siguientes:
ƒ
PRUEBA 1: Para demostrar que la gasolina forma suficiente vapores
combustibles condición esencial para producir el fuego en el
RECIPIENTE 1 con gasolina se introdujo un encendedor de cocina en
la gasolina liquida y se procedió a encender, con esto se demostró
que la gasolina liquida no arde por la acción de la chispa producida
ƒ
PRUEBA 2: Se realizó
el mismo procedimiento pero aplicada a
mezclas de vapores de la gasolina para demostrar que son los
vapores los que originan el fuego instantáneamente debido a que hay
61
CAPÍTULO IV
una condición perfecta para el triangulo de seguridad (oxigeno, calor y
combustible).
ƒ
PRUEBA 3: Se realizó el mismo procedimiento de la prueba 2, pero
aplicada a mezclas de vapores del Kerosén para demostrar que las
presiones parciales de los vapores del mismo son elevada y no arden
a temperatura ambiente como la gasolina.
ƒ
OS
D
A
V
R
E
ESprocedimiento que en las pruebas 2
R
PRUEBA 4: Se H
realizó
el mismo
S
O
C
ERE
yD
3, pero aplicada a mezclas de Kerosén y gasolina para demostrar
que los vapores de esta mezcla son tan inflamables a temperatura
ambiento como la de la gasolina sola sin importar la proporción del
mezclado.
ƒ
PRUEBA 5: Se tomó un paño seco y se pasó por la llama, éste no
ardió, luego se humedeció un poco con gasolina y se coloco en el
recipiente cilíndrico de acrílico bajando los vapores por la tubería de
acrílico conectada en la parte inferior del cilindro, alcanzando estos la
llama, luego los vapores ardientes encienden el paño. Una vez más
con esto demostramos que hay que tener sumo cuidado con la
circulación de los vapores de la gasolina. Además que los gases de la
gasolina son mas pesados que el aire.
ƒ
PRUEBA 6: Se enciende los vapores de la gasolina contenido en el
recipiente uno y se procedió a rociarlos con agua con esto se
demostró que el rocío de agua es capaz de apagar los vapores de la
gasolina inflamados debido a que las gotas enfriaran los vapores de
combustible hasta un grado menor de la temperatura de inflamación y
el vapor de agua producido tendrá un efecto flotante sobre el fuego.
62
CAPÍTULO IV
ƒ
PRUEBA 7: Se realizo un arreglo que asemejara un deposito de
gasolina con la finalidad de demostrar como prevenir un incendio, se
tomo un balón de
vidrio con dos bocas y en una se coloco un
pequeño tubo de vidrio con un tapón para simular el respiradero del
tanque y por la otra boca se coloco un embudo de vidrio para poder
llenar el tanque de gasolina, dentro del balón se coloca una pequeña
porción de gasolina ya que por lo general estos tanques nunca están
OS
D
A
V
R
E
ES y se noto que no es posible
R
tubo que representa
el
respiradero
S
O
H
C
E ya que la mezcla de vapores es demasiado pobre para
DERfuego
producir
completamente vacíos, en estos momentos se hace pasar fuego por el
que pueda arder, se procede a llenar el tanque al mismo tiempo se
paso la llama por el respiradero y en este momento se nota que los
vapores arden, esto es debido a que la gasolina empuja los vapores
de esta y los empuja por el respiradero haciéndola lo suficientemente
rica para arder y seguirá ardiendo mientras se sigue llenando el
deposito, tan pronto se detuvo el llenado de la gasolina en el deposito
el incendio en el respiradero se detuvo esto debido a que ya no existe
suficiente presión para expulsar los vapores por el respiradero, con
esto se demostró que con suprimir uno de los tres elementos que
conforman el triangulo de fuego podemos prevenir o para el fuego.
Para el logro de este objetivo se tomaron en cuenta los siguientes
indicadores: Diseño conceptual del escenario operativo definido, selección
del
equipo
experimental
referido,
desarrollar
los
procedimientos
operacionales
4.3. OBJETIVO III: DISEÑAR UNA UNIDAD EXPERIMENTAL DOCENTE
PARA SIMULACIONES DE SITUACIONES DE RIESGOS DE INCENDIO
POR VAPORIZACION DE GASES INFLAMABLES EN EL AMBIENTE.
63
CAPÍTULO IV
Se tomó como base para el diseño y construcción de la Unidad
experimental escala banco para simulaciones de riesgo por vaporización de
gases un video documental presentado por RH representantes. Además, se
consultó la bibliografía disponible en la biblioteca de la Universidad Rafael
Urdaneta y se procedió a realizar el diseño del equipo de acuerdo con las
S
ADO
V
R
E
S
E
OS R
necesidades y disponibilidades del Laboratorio, especificada como sigue:
•
ECH
R
E
D
Tamaño: el tamaño es de escala de laboratorio, fácil de transportar y
manipular, ocupando poco espacio en las instalaciones, pero suficiente
como para que la experiencia se pueda observar sin problema alguno.
•
Tipo de material: los contenedores son de acrílico y de vidrio lo cual nos
permite ver el comportamiento de los vapores inflamables.
•
Líquidos inflamables: los líquidos inflamables son gasolina y kerosén.
Para visualizar mejor el diseño obtenido en esta investigación ver el
plano de equipo ubicado en el anexo.
Para el logro de este objetivo se utilizaron los siguientes indicadores:
base construcción del diseño, arreglo de los componentes.
4.4. OBJETIVO IV: IMPLANTAR LA UNIDAD EXPERIMENTAL DOCENTE
DE SIMULACION DE SITUACIONES DE RIESGO POR VAPORIZACION
DE GASES INFLAMABLES DE COMBUSTIBLES FOSILES PARA USO EN
LAS INSTALACIONES DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA.
64
CAPÍTULO IV
Para implementar la unidad experimental se selecciono los tipos de
fluidos con el cual se va a trabajar (Gasolina y Kerosén).
Se realizaron: el plano del equipo, el ensamble de equipo experimental
y el manual de operación.
S
ADO
V
R
E
S
E
validación de los resultados
experimentales.
SR
O
H
C
E
R
DE
Se realizaron las pruebas de simulaciones y diseño, y se procedió a la
65
CONCLUSION
CONCLUSIONES
En el marco de este estudio se alcanzaron los siguientes objetivos:
•
S
Se realizó un modelo experimental de los riesgos de inflamabilidad de
ADO
V
R
E
S
E
OS R
mezclas explosivas generadas por la vaporización de combustibles
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fósiles.
•
El equipo esta diseñado de una manera que se desplace fácilmente
para realizar las pruebas en diferentes lugares y así cada grupo puede
hacer las prácticas por separado.
•
La validación de los experimentos se realizó de forma cualitativa.
•
El material utilizado es de uso cotidiano y no es costoso para la
elaboración de las prácticas.
•
El material de los contenedores del liquido inflamable son de acrílicos
y vidrio lo que hace mas fácil la visualización de la inflamabilidad de
los vapores.
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RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
Las recomendaciones mas importantes que se pueden resaltar son las
siguientes:
•
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El equipo será utilizado por los estudiantes bajo la supervisión del
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profesor de laboratorio o su asistente.
•
Leer el manual de operación antes de utilizar el equipo.
•
Encender el mechero solo cuando se hagan las demostraciones y
luego apagarlo.
•
Manipular con cuidado los líquidos inflamables a ser utilizado.
•
Tener a mano un extintor de incendio por si se presenta alguna
eventualidad en el momento de hacer los experimentos.
•
Hacer pruebas experimentales con otros tipos de materiales de uso
cotidiano donde se demuestren los peligros de inflamabilidad que esto
representan.
•
Colocar dentro del laboratorio de Operaciones Unitarias un extractor.
•
Colocar desagües, por medida de seguridad, ya que si existe algún
derrame de un liquido que atente en contra de salud, no ocasione
daños en los usuarios del laboratorio.
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RECOMENDACIONES
•
Colocar salida de emergencia dentro de los laboratorios con su
identificación.
•
Realizar un plan de evacuación en los laboratorios donde contemple
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ruta de evacuación, sitio de concentración, y divulgarlo a los usuarios
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de los laboratorios a comienzo de cada periodo de clase, por si se
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presenta alguna eventualidad, el usuario sepa como actuar y no entre
en pánico.
Por otro lado, para ampliar los conocimientos de los riesgos de los
productos inflamables se recomienda en las refinerías e instalaciones de
almacenajes de grandes cantidades de combustibles fósiles:
•
El uso constante del equipo de prueba de la presencia y
concentraciones de vapores inflamables.
•
Colocar a tierra debidamente los camiones, depósitos, boquillas, rejas
de carga y camiones cisternas para evitar la estática.
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Laboratorio de
Facultad de Ingeniería
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Unidad experimental de simulaciones
de situaciones de riesgo por
vaporización de gases inflamables.
Manual de Operación
1. OBJETIVO DEL MANUAL
El objetivo principal de esta guía es proporcional a los estudiantes y personal
docente que manipule u opere el equipo, con material que ayude a hacerlo de
forma correcta y segura, para garantizar el buen funcionamiento del mismo
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2. PRECAUCIONES Y NORMAS DE USO.
•
Leer el manual antes de trabajar con el equipo.
•
El profesor encargado de la práctica debe ser quien autorice el inicio de
las simulaciones.
•
El docente auxiliar debe asegurarse que todos los componentes estén
es su lugar, supervisar que los alumnos estén haciendo buen uso de la
unidad, además de garantizar el mantenimiento y buen funcionamiento
de la misma.
•
Revisar que todos los contenedores de los líquidos inflamables estén en
su sitio y de forma segura.
•
Antes de encender un cerillo, mechero o otra fuente que genere calor o
combustión,
asegurarse
debidamente tapados.
de
que
todos
los
contenedores
estén
•
Es necesario tener en cuenta que hay un contenedor hecho de acrílico,
el cual es un material frágil por lo que se debe manipular con delicadeza,
evitando ralladuras y posibles fracturas.
•
Tener en cuenta que se esta trabajando con gases inflamables por lo
tanto es necesario contar con un extintor de incendio cerca y en buenas
condiciones.
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•
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Evitar la exposición del equipo a materiales calientes o cerca de los
mismos.
3. PRECAUCIONES Y NORMAS DE USO.
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PRUEBA 1: En un cilindrado graduado de vidrio se coloca gasolina se
introduce un encendedor de cocina en la gasolina liquida y se procede a
encender, con esto se demuestra que la gasolina liquida no arde por la
acción de la chispa producida.
ƒ
PRUEBA 2: Se toma el mismo cilindro graduado de la prueba 1 y se
pasa el encendedor por la mezcla de vapores de la gasolina, para
demostrar
que
son
los
vapores
los
que
originan
el
fuego
instantáneamente debido a que hay una condición perfecta para el
triangulo de seguridad (oxigeno, calor y combustible).
ƒ
PRUEBA 3: Se toma otro cilindro graduado y se agrega kerosén, realiza
el mismo procedimiento de la prueba 2, para demostrar que las
presiones parciales de los vapores del mismo son elevada y no arden a
temperatura ambiente como la gasolina.
ƒ
PRUEBA 4: Al cilindro utilizado en la prueba 3 se le agrega gasolina, se
procede a encender los vapores de la mezcla, con esto se demuestra
que los vapores de esta mezcla son tan inflamables a temperatura
ambiento como la de la gasolina sola, sin importar la proporción del
mezclado.
ƒ
PRUEBA 5: Se toma un paño seco (preferiblemente gasa) y se pasa
por la llama, éste no arderá por si solo, luego se humedece un poco con
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E bajen por la tubería de acrílico
unos segundos para
que
los R
vapores
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DE en la parte inferior del cilindro. Se coloca una llama en la
conectada
gasolina y se coloco en el recipiente cilíndrico de acrílico, se espera
salida de la tubería para encender los vapores que salen de ella y una
vez que estos se consuman la llama correrá a través de la tubería
alcanzando el paño y quemándolo. Una vez más con esto demostramos
que hay que tener sumo cuidado con la circulación de los vapores de la
gasolina. Además que los gases de la gasolina son mas pesados que el
aire.
ƒ
PRUEBA 6: Se enciende los vapores de la gasolina contenido en el
cilindro graduado utilizado en la prueba uno y se procede a rociarlos con
agua, con el fin de demostrar que el rocío de agua es capaz de apagar
los vapores de la gasolina inflamados debido a que las gotas enfriaran
los vapores de combustible hasta un grado menor de la temperatura de
inflamación y el vapor de agua producido tendrá un efecto flotante sobre
el fuego, creando una nube de vapor de agua que no permite que el
oxigeno llegue hasta el fuego para así extinguirlo.
ƒ
PRUEBA 7: En el arreglo que asemeja un deposito de gasolina, el cual
consta dos tanque, uno que simula un camión cisterna (tanque 1) y otro
un tanque subterráneo (tanque 2), en el tanque 2 se coloca un tubo de
vidrio como respiradero, se conecta los dos tanques por medio de una
manguera con una válvula de paso. La prueba la comenzamos pasando
una llama por el respiradero antes de comenzar la prueba, para
demostrar que en ese momento los vapores de la gasolina que salen por
él no se encienden ya que las presiones parciales de los vapores están
en equilibrio con la presión atmosférica, se procede a abrir la válvula del
tanque 1 llenando el tanque 2 y se pasa de
nuevo la llama por el
respiradero, en este momento los vapores arderán ya que las presiones
parciales de los vapores de la gasolina vencen a la presión atmosférica
saliendo por el respiradero, al cerrar la válvula de suministro de la
gasolina, los vapores que salen por el respiradero se apagaran. De este
modo se demuestra una manera muy simplemente de prevenir un
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gasolina al tanque subterráneo
se E
apagara en fuego una vez consumido
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los vapores del respiradero, esto es debido a que los vapores dentro del
incendio de grandes proporciones, ya que solo parando el bombeo de
tanque subterráneo vuelven a estar en equilibrio con la presión
atmosférica.