Riesgo de incendio y explosión en atmósferas sobreoxigenadas. Parte 1

El oxígeno es un elemento comburente, y como tal, en su presencia tiene lugar la combustión, cuyas condiciones para su iniciación y mantenimiento están determinadas por el denominado triángulo del fuego.

El oxígeno se encuentra en la atmósfera en una proporción, en volumen, del 21 %, y con dicho porcentaje, si las condiciones son adecuadas, se puede iniciar y mantener la combustión de muchos materiales. Ahora bien, a medida que la concentración de oxígeno va aumentando, la situación se vuelve más crítica, y a partir de concentraciones en el aire superiores al 25%, la mayoría de los materiales pueden arder, incluso con carácter explosivo.

Objetivo

El objetivo que se plantea es sensibilizar sobre la incidencia que la formación de atmósferas sobreoxigenadas tiene sobre el riesgo de incendio y explosión, teniendo en cuenta que el oxígeno, en forma de gas comprimido o licuado, se utiliza ampliamente en la industria y con fines medicinales.

Así mismo, trata de establecer las medidas preventivas que se deben considerar para evitar dichas atmósferas y la actuación en el caso de que se hayan producido.

Características físicas, usos, contenedores utilizados y código de colores de las botellas de oxígeno

En la tabla 1 se indican las principales características del oxígeno, usos y recipientes utilizados para contenerlo.

Características que definen la peligrosidad del oxígeno en el riesgo de incendio y explosión

• El oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido, por lo que la presencia de una atmósfera sobreoxigenada no es detectable por los sentidos, además de no producir efectos fisiológicos que puedan delatar su presencia, a la presión atmosférica.
• El oxígeno es más pesado que el aire, lo que le hace susceptible de acumularse en sótanos, fosos, salas bajo nivel, etc., en el caso de producirse vertidos o escapes.
• El oxígeno, como gas comburente, mantiene y aviva la combustión de muchos materiales cuando su concentración en el aire es del 21 %. Ahora bien, a medida que dicha concentración va aumentando, los materiales arden más intensamente, de forma que por encima del 25%, la situación se vuelve peligrosa, pudiendo alcanzar la reacción de combustión carácter explosivo.
• Los límites inferiores de inflamabilidad en atmósfera rica en oxígeno son aproximadamente iguales que en el aire ya que el contenido de oxígeno en el aire está en exceso para la combustión a la concentración del límite inferior de inflamabilidad. En cambio los límites superiores se incrementan según la expresión: L.S.I. ≅O2 a L.S.I. + 70 (log10 %O2 – 1,321); siendo %O2 un valor comprendido entre el 20,95 y el 100% y L.S.I. el límite superior de inflamabilidad en el aire (20,95% O2). En consecuencia el campo de inflamabilidad se amplia considerablemente. A título de ejemplo el propano pasa de un límite superior de inflamabilidad 9,5% en aire a 55% en una atmósfera al 100% de oxígeno.
• A medida que aumenta la concentración de oxígeno, se necesita menor temperatura para iniciar la combustión, y la temperatura alcanzada por la llama es mayor, aumentando así el poder destructivo.
• En presencia de una atmósfera sobreoxigenada pueden arder, incluso enérgicamente si la concentración de oxígeno es la adecuada, materiales que no arden en una atmósfera normal e incluso materiales clasificados como ignífugos.
• Cuando el oxígeno se encuentra a presión, el riesgo se acrecienta, ya que la misma juega un papel importante al reducir la temperatura necesaria para la autoinflamación o autoignición y aumentar la velocidad de la reacción de combustión.
• El aceite, las grasas y en general los materiales orgánicos, son materias a considerar con especial atención en atmósferas sobreoxigenadas, debido a su tendencia a arder con carácter explosivo, aún con un ligero golpe.
• La vaporización de un litro de oxígeno-líquido, produce 854 litros de oxígeno-gas, a una temperatura de 15º C y 1 bar de presión.
• El oxígeno puede impregnar las ropas de los trabajadores sin que exista señal física de ello.
• Ante la presencia de óxido de hierro, el oxígeno líquido vuelve espontáneamente explosivos materiales como el carbón de madera. Otros materiales que pueden explotar son la madera, el papel, el cartón ondulado, los tejidos y las materias plásticas porosas.
• Entre los cuerpos extraños que aumentan la sensibilidad de explosión con oxígeno líquido hay que tener en cuenta los fragmentos de sílice.
• Como riesgo asociado, el oxígeno en estado líquido, que se mantiene a -183º C puede, en el caso de escape, producir quemaduras criogénicas y fragilizar materiales como el acero y el hormigón.

Situaciones en las que se puede presentar riesgo de incendio y explosión por atmósferas sobreoxigenadas

Se indica a continuación una serie de situaciones en las que puede aparecer dicho riesgo:

• Fugas en conducciones de oxígeno. Situación que puede ser extremadamente peligrosa, si ocurre en lugares mal ventilados, cerrados o semicerrados, fosos, zanjas, etc.
• Utilización de oxígeno en procesos metalúrgicos, como se observa en la figura 1. Es corriente utilizar cantidades de oxígeno superiores a la necesaria, con lo que el excedente puede enriquecer la atmósfera del lugar a niveles peligrosos.

Figura 1

• Procesos de soldadura y corte oxiacetilénico; la purga de conducciones flexibles, el retardo en el encendido de los sopletes, empleo de boquillas inadecuadas, fugas en grifos, etc., hacen posible el enriquecimiento local en oxígeno, lo que tiene particular importancia si se trata de locales cerrados o semicerrados con mala ventilación. Así mismo, las conducciones flexibles usadas en soldadura oxiacetilénica, al estar por el suelo, pueden sufrir, cortes y abrasiones que pueden dar lugar a escapes, así como caer sobre ellas chispas que produzcan quemaduras y las deterioren.
• Vertidos de oxígeno líquido: Un vertido, al evaporarse, forma una nube densa de aire enriquecido en oxígeno que puede impregnar los vestidos de las personas que se encuentren en la proximidad, y ante cualquier foco de ignición, salir ardiendo instantáneamente.
  Por otra parte, si el suelo donde se ha producido el vertido, está constituido por material orgánico, como madera, asfalto, etc., la impregnación de los mismos con oxígeno, puede ocasionar una explosión por un simple golpe.
  Particular importancia se debe de dar a aquellos materiales que son capaces de absorber oxígeno, como gel de sílice, tamices moleculares, etc., y que se encuentren a baja temperatura. Una vez alcanzada la temperatura ambiente, se pueden desprender importantes cantidades de oxígeno.
• Utilización de gases criogénicos a temperatura inferior a la de licuefacción del oxígeno, como nitrógeno, helio, etc., en cuyo caso se pueden producir atmósferas sobreoxigenadas al condensarse el aire ambiente sobre equipos que utilicen dichos gases, siempre que no estén aislados. Este problema se puede plantear también en aquellas tuberías que estén calorifugadas con aislamiento del tipo espuma.
  El aire líquido que se forma en esas circunstancias puede llegar a contener hasta un 50% de oxígeno, y si cae en forma de gotas, puede en parte evaporarse, llegando a contener el líquido que resta, hasta un 80% de oxígeno, con el consiguiente riesgo.
• Venteos de oxígeno en instalaciones industriales que necesitan puestas al aire, pudiendo dar lugar a zonas peligrosas en los lugares donde se produce.
• Usos inadecuados del oxígeno, entre los que hay que destacar las puestas a presión y purgas con el mismo, renovación y refrigeración del aire de un espacio cerrado. Además de emplearlo para prácticas tales, como eliminar el polvo de bancos de trabajo, máquinas y vestidos, refrigeración directa de personas, etc.
• Uso inadecuado de manorreductores. Es una práctica frecuente, no poner los mismos en la posición de cerrado, cuando se interrumpe un trabajo, como por ejemplo, el de soldadura oxiacetilénica. Ello comporta, que cuando el soplete se vuelva a utilizar, el oxígeno salga a una gran velocidad. Independientemente de ello, los sopletes pueden dar lugar a escapes.
• Mal mantenimiento en el que caben infinidad de actuaciones, como son una intervención incorrecta en un sistema de oxígeno a presión, venteos en espacios cerrados o semicerrados, mala limpieza de equipos y, en particular, los equipos portátiles que utilizan oxígeno, como son los sopletes, en los que la suciedad tiene fácil acceso, mal estado de conducciones, etc.
• Utilización de materiales inadecuados. Aunque los materiales en sí no tienen ninguna influencia en la aparición de una atmósfera sobreoxigenada, su comportamiento cuando ésta está presente o están en contacto con oxígeno, sí incide en el riesgo de incendio y explosión. Téngase en cuenta que en la práctica, casi todos los materiales son combustibles con el oxígeno, sólo depende de la concentración del mismo, y con algunos, la reacción de combustión tiene carácter explosivo.
• Rotura de sistemas de oxígeno a presión, ya que la liberación puede acabar formando un chorro de oxígeno relativamente largo y se puede formar una llama en forma de antorcha.
• Manipulación de oxígeno en locales con suelos tales como asfalto, madera o bitúmenes.

Focos de ignición en atmósferas sobreoxigenadas u oxígeno

Aunque cualquier foco tradicional, como llama desnuda, soldadura, chispas de máquinas eléctricas, partículas incandescentes, etc., puede ser el foco desencadenante, hay que destacar otros focos, que al no ser tan tangibles, no son tenidos muchas veces en cuenta:

• Compresión adiabática. Esta compresión, que tiene lugar sin intercambio de calor con el exterior, puede dar lugar a incendios y explosiones en conducciones de oxígeno, al elevar la temperatura. Se puede presentar en escapes de gas a través de orificios y en la apertura rápida de grifos y la subsiguiente compresión, como p. ej. en un manorreductor cerrado, válvula cerrada o soplete obturado.
• Fricción. Si el gas escapa a elevada velocidad, la fricción, y el consiguiente calentamiento que se puede producir en los puntos de salida, puede ser el desencadenante de la combustión, pudiéndose producir esta situación con la apertura rápida de grifos.
• Choques de partículas. Si el gas escapa a elevada velocidad, y en su camino encuentra partículas, de suciedad por ejemplo, éstas serán arrastradas a velocidades elevadas, pudiéndose producir la ignición, por desprendimiento de chispas al chocar entre sí, o bien por calentamiento debido a fricciones.
• Choque mecánico. La energía desprendida en un choque puede ser el origen de la ignición en materiales impregnados con oxígeno, como por ejemplo la madera.
• Electricidad estática, es el origen de muchos incendios en los que aparentemente no ha habido un foco de ignición desencadenante.
• Uso de llamas desnudas, o equipos que puedan producir chispas en la proximidad de recipientes que contengan oxígeno líquido.

Redactor: Francisco Alonso Valle
Ingeniero de Minas
CENTRO NACIONAL DE NUEVAS TECNOLOGÍAS

Fuente: NTP 630- Página del Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales de España

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