Electricidad estática en el traspase de líquidos inflamables. parte 1

La electricidad estática representa un desequilibrio temporal en la repartición de las cargas en la superficie de dos materiales en contacto por transferencia de electrones, creando un campo eléctrico y una diferencia de potencial entre aquellos que puede ser muy elevada.

La magnitud de la carga depende principalmente de la velocidad de separación y/o fricción de los materiales y de su resistividad eléctrica, Otros parámetros tales como el estado de oxidación de la superficie de frotamiento, la presencia de agua no miscible y partículas como óxido de hierro, la naturaleza de los metales de recipientes y tuberías, la influencia de la temperatura, etc. tienen también su importancia sobre la generación de cargas y su polaridad. Cuando cuerpos conductores están separados por un aislante o incluso por el aire constituyen un condensador al quedar cargados uno con una carga positiva y otro con otra carga igual pero negativa. Al establecer una vía conductora se libera tal energía almacenada descargándose y produciendo posiblemente una chispa.Es esta recombinación brusca mediante chispa de las cargas separadas que constituye el riesgo.

Generalmente tales chispas, denominadas técnicamente descargas disruptivas, se producen a través del aire entre un cuerpo cargado eléctricamente y un cuerpo próximo no cargado, pero conectado eléctricamente a tierra, al encontrarse ambos a una distancia muy corta. A menor distancia también menor es la tensión necesaria para que se produzca la chispa.

Cuanto más baja sea la resistividad de un liquido, menos peligroso deberemos considerarlo. Aunque no existe un limite preciso al respecto, puede afirmarse que cuando la resistividad o resistencia específica de un líquido sea inferior o igual a 1010 W cm. la probabilidad de que se generen cargas electrostáticas peligrosas es baja. Los líquidos inflamables de estructura polar como los alcoholes (etílico, propílico, etc.), ácidos y bases, ésteres, etc. están dentro de este grupo.

Cuando tal resistividad sea superior a 1010 W cm. pero inferior a 1012 W cm hay que efectuar un control del riesgo, tanto en la adopción de medidas de prevención y de protección, como de vigilancia de la posible presencia de impurezas o aditivos que pudieran hacer variar ostensiblemente su resistividad.

Por encima de una resistividad de 1012 W cm. es necesario adoptar rigurosas medidas de seguridad dado que se trata de líquidos muy peligrosos ante este riesgo. En este grupo se encuentran líquidos inflamables de estructura no polar ya sean hidrocarburos de cadena lineal larga o ramificada como los derivados aromáticos. Por encima de los 1015 W cm. de resistividad la experiencia demuestra que los líquidos dejan de ser peligrosos ya que no existe acumulación de cargas, al ser su formación prácticamente despreciable.

Ahora bien, tal parámetro aisladamente no es determinante en la valoración del riesgo. Han sucedido también accidentes en transvases de líquidos en principio no tan peligrosos, como el alcohol etílico (7,4.108 W cm.) y el acetato de etilo (1,0.109 W cm.), manejados en condiciones deficientes.

En general los disolventes alifáticos y los hidrocarburos de bajo punto de ebullición tienen tendencia a almacenar menos cargas que los de punto más alto. Evidentemente cuanto mayor sea la velocidad de flujo del líquido mayor será la generación de cargas y también mayor será ésta si el líquido es proyectado por aspersión o pulverización que si es vertido a chorro. En cuanto al sistema de llenado de recipientes, un vertido libre por gravedad o por impulsión desde una abertura superior genera muchas más cargas que si es efectuado mediante bombeo por tubería conectada a la parte inferior o mediante tubería superior que alcance el fondo del recipiente.

La acumulación de la electricidad estática es la resultante de dos acciones antagonistas: la formación y la disipación natural de las cargas eléctricas. Cuando la conductividad de un material es suficientemente elevada para asegurar la disipación rápida de las cargas formadas, no pueden crearse potenciales peligrosos y, en numerosos casos, las cargas se recombinan tras fracciones de segundo de haber sido formadas.

En cambio, cuando se trata de transvases de líquidos de elevada resistividad, los tiempos de relajación una vez detenido su movimiento hasta que de forma natural se eliminan las cargas generadas suelen ser de segundos o incluso de minutos. La experiencia demuestra que, aunque las cargas en operaciones de transvase son principalmente generadas al fluir los líquidos por las canalizaciones, el riesgo en ellas es prácticamente inexistente dada la ausencia de fase gaseosa inflamable. En cambio el riesgo surge cuando el líquido llega al interior del recipiente, en el que precisamente se produce la acumulación de cargas en un espacio confinado peligroso. La repartición de cargas en el propio líquido no es homogénea, creando sobre la superficie libre del mismo cargas eléctricas puntuales que son tanto o más importantes que las que se forman en la interfase líquido/ fase gaseosa inflamable.

Cabe considerar dos situaciones según que el recipiente metálico de llenado esté en contacto con tierra o aislado de ella.

En el primer caso, y dado que el depósito está al potencial de tierra, externamente el depósito es eléctricamente neutro como lo es todo el conjunto del contenedor y el contenido, pero en su interior existirán diferencias de potencial entre el líquido y las propias paredes del recipiente, que se mantendrán hasta que tras el correspondiente tiempo de relajación las cargas del liquido se hayan ido disipando. Evidentemente ningún tipo de conexión equipotencial o puesta a tierra puede evitar esta carga superficial interna, que puede generar, caso de ser lo suficientemente alta, una descarga disruptiva entre la superficie libre del líquido y la pared interior del recipiente. El control de esta situación solo podría lograrse garantizando una atmósfera interior ininflamable.

El contacto con cuerpos susceptibles de carga puede producir la transmisión de cargas electrostáticas a las personas, así como también puede hacerlo la proximidad a objetos cargados eléctricamente.

La acumulación de cargas también depende en gran medida de las características físicas de las personas, en especial del estado de su piel (seca o húmeda) y de su nivel de sudoración, aunque también influye la humedad ambiental. El cuerpo humano es considerado un buen conductor de la electricidad debido principalmente a su alto contenido en agua, aunque su vestimenta puede ser un factor negativo que facilite la acumulación de cargas, debido en ocasiones a la baja conductividad de aquélla. Así, por ejemplo, la ropa de fibras sintéticas y el uso de guantes o calzado aislante es contraproducente cuando exista tal riesgo en atmósferas inflamables.

El aislamiento de la persona del suelo por usar suelas de material no conductor (goma, plástico) o estar situada sobre pavimento no conductor es la condición necesaria para que ésta pueda acumular cargas electrostáticas considerables.

Distinguiremos entre las medidas preventivas, que tienen por objeto evitar la existencia de atmósferas inflamables y controlar que la generación de cargas sea lo más baja posible, de aquellas otras medidas que denominaremos de protección que tienen por objeto controlar las descargas disruptivas, a fin de evitar que éstas se produzcan o bien en caso de producirse que no sean peligrosas. En este grupo de medidas de protección se encuentran las que controlan la acumulación de cargas, facilitando su eliminación gradual sin chispas.

Todo recipiente a vaciar o llenar debe permanecer, ya sea a través del tubo de aireación o de otra abertura, en constante comunicación con un fluido gaseoso, que será el propio aire, a no ser que se prevea otra sustancia gaseosa, por una simple razón de equilibrio de volúmenes. Por esto, evitaremos la formación de atmósferas inflamables de dos formas: mediante el empleo de un gas inertizante o mediante ventilación.

El principal agente inertizante es el nitrógeno, no siendo aconsejable el uso del anhídrido carbónico y del vapor de agua, ya que estas sustancias generan a su vez mucha electricidad estática.

En la actualidad en la industria petroquímica suele aplicarse como agente inertizante gas inflamable de la propia planta y, asegurando con rigurosas medidas de control que la atmósfera no será peligrosa al superarse notoriamente el límite superior de inflamabilidad de la mezcla gaseosa.

La cantidad de gas inertizante a aportar está en función del tipo de gas empleado como tal y de los vapores inflamables existentes, lo que exige reducir el contenido del oxígeno por debajo del nivel mínimo para cada caso. Para la mayoría de líquidos combustibles es en general suficiente reducir la proporción del oxígeno del aire a un 11%.

A fin de evitar que el consumo del agente inertizante sea excesivamente alto se utiliza un sistema de vaciado con atmósfera en circuito cerrado, incorporando válvulas de regulación automatizadas para admitir o expulsar el gas inertizante, a medida que el nivel del liquido en el recipiente disminuya o aumente. En el almacenamiento de líquidos bajo gas protector y en los depósitos de techo flotante, no se precisan adicionales medidas preventivas.