Nubes de gas tóxico en la industria. Fco Javier Andrés by Francisco Javier Andrés

Nubes de gas tóxico en la industria Fuga, dispersión y control

Francisco Javier Andrés Bombero de empresa Nivel Técnico HAZMAT NFPA Capacitación en Protección Civil Técnico de Emergencias Sanitarias

Introducción De sobra son conocidos los beneficios que aporta la industria a la sociedad, no conoceríamos nuestra actual forma de vida sin esta actividad. Sin embargo, la del refino del petróleo, la química, la farmacéutica, etc. almacenan, utilizan y procesan productos que accidentalmente pueden ocasionar daños graves a personas y medio ambiente. En una emisión de sustancia tóxica en una industria la peligrosidad viene determinada por el nivel de toxicidad de las sustancias involucradas y por la persistencia y alcance de la nube. Gran parte de las sustancias habituales en la industria presentan elevada toxicidad, provocando efectos agudos, incluso letales, en cortos periodos de tiempo; en muchos casos estos efectos se manifiestan a concentraciones muy pequeñas como consecuencia de su elevada reactividad con componentes biológicos esenciales, que pondrían en serio riesgo nuestra vida. Más adelante analizaré factores como cantidad de la emisión, dinámica atmosférica y condiciones del entorno que determinarán la dirección, alcance y persistencia de las nubes. El conocimiento y análisis de estos elementos son imprescindibles para equipos de bomberos y personal de intervención que tienen como responsabilidad el control de dicha nube.

1. Riesgos de los gases El término GAS, describe el estado físico de una materia que no tiene forma ni volumen propios, sino que se adapta a la forma y volumen del continente.

Puesto que todas las sustancias pueden adoptar el estado gaseoso, según la temperatura y presión que se les aplique, el término GAS se emplea a las substancias que existen en estado gaseoso en condiciones llamadas normales, es decir, a temperaturas y presiones normales (TPN), que son aproximadamente 21ºC y 1 Atm., de presión. Los gases constituyen una amplia gama de productos cuya peligrosidad puede ser muy variable. En general todo gas en grandes proporciones supone algún tipo de riesgo, ya que modifica las condiciones atmosféricas que permiten mantener la vida. En función de sus propiedades químicas, los gases pueden ser: inflamables, comburentes, tóxicos, corrosivos, o reactivos violentos. En definitiva, las propiedades físicas y químicas del gas involucrado determinarán la gravedad del incidente. En el presente artículo solo hablaremos de los tóxicos. Entre las características físicas están, por ejemplo, su densidad; una baja densidad respecto al aire significaría una rápida dispersión, sin embargo una densidad más alta hará que el gas se deposite junto al suelo, zonas bajas, sótanos, arquetas, etc. Bien es cierto, que al cabo de un tiempo, en un espacio abierto, el gas se diluirá en el aire y quedará sujeto totalmente al movimiento que éste tenga. En otro orden de cosas, hay que destacar la diferente consideración que tiene un escape si éste tiene lugar en fase gaseosa o en fase líquida. Esta última, obviamente, representa una mayor gravedad por el mayor volumen de gas que libera. En tal sentido, resulta de capital importancia intentar que un escape en fase 2

líquida se convierta, de resultar posible, en escape gaseoso. La mayoría de los gases no son visibles a simple vista, lo que agrava el riesgo de un escape. Si se produce una nube de gas a consecuencia de una fuga, será difícil prever exactamente la zona que ocupará ésta, incluso aunque el estudio esté basado en datos fiables de características del gas, velocidad del viento, temperatura, etc. Lo más fiable será la comprobación con equipos de medidas y analizadores de gases, aunque los datos proporcionados por un único equipo no son extrapolables a una amplia zona, ya que las concentraciones pueden variar sensiblemente. Los gases tienen que contenerse en recipientes completamente cerrados y es más rentable su almacenamiento cuanto mayor cantidad de gas contenga el recipiente y menos volumen ocupe. Por ello, se pueden encontrar en diversas presentaciones para una utilización comercial más rentable:

temperatura crítica sea mayor o igual a 10ºC.

3 Gases criogénicos Llamamos gases criogénicos a aquellos gases que para mantenerlos licuados en el interior de su envase debemos proporcionarle unas temperaturas muy por debajo de las temperaturas normales, generalmente por encima de su punto de ebullición a temperatura y presión normales, y a presiones proporcionalmente bajas o moderadas. La principal razón de esta

1 Gases comprimidos Se le llama gas comprimido, a aquel gas que a temperatura normal y bajo presión dentro de un recipiente conserva su estado gaseoso. Serían aquellos gases o mezclas de gases, cuya temperatura crítica es menor o igual a -10ºC. 2 Gases licuados Es el que a temperaturas normales y bajo presión, se presenta en fase líquida y parcialmente en fase gas. La presión depende fundamentalmente de la temperatura del líquido. Son aquellos cuya

diferencia respecto al gas licuado, es que el gas criogénico no puede mantenerse indefinidamente en el recipiente que lo contiene debido a que éste no puede impedir la penetración del calor de la atmósfera, que tiende continuamente a elevar su presión hasta un nivel que puede llegar a exceder la resistencia de cualquier tipo de recipiente. Son aquellos gases cuya temperatura de ebullición a presión atmosférica es inferior a -40ºC. 3

El primer riesgo de un gas en estado criogénico es el propio al gas, es decir siendo el hidrógeno un gas altamente inflamable, el hidrógeno líquido presenta también un alto índice de inflamabilidad. El peligro de un gas determinado aumenta significativamente en su forma criogénica. A parte del peligro inherente al gas, todos los criogénicos poseen tres características peligrosas resultantes de sus extremadas bajas temperaturas:

un envase relleno de una masa porosa, en la cual se le añade Acetona, y en el momento de realizar la carga de acetileno, éste se disuelve con la Acetona y se distribuye en los poros de la masa porosa interior. Lo característico de estos gases es que no se conservan en estado libre, sino que se disuelven en otro medio, en general a causa de su reactividad.

 Alta relación de expansión de vapor

2. Conceptos básicos

 Capacidad para licuar otros gases

Densidad: es el peso por unidad de volumen de un producto. En general disminuye con el aumento de la temperatura. Le densidad del agua a temperatura ambiente es aprox. 1g/cm3. Conocer la densidad de un producto es importante para determinar su flotabilidad en agua. La densidad de los productos orgánicos suele ser inferior a la del agua.

 Efecto de sobreoxigenación  Peligro para la salud. Quemaduras y suboxigenación. A los riesgos inherentes al tipo de gas y a su condición de licuado, se unen en este caso los resultantes de las extremadamente bajas temperaturas que se producen si se produce una fuga en fase líquida. Una fuga de estas características generará una nube de gas que en muchos casos es 700 veces mayor que el volumen del líquido fugado; el enfriamiento será tan brusco que puede generar severas quemaduras en los tejidos vivos, e incluso en fase gaseoso los gases tienen temperaturas tan bajas que pueden dañar los pulmones, las mucosas o los ojos. 4 Gases disueltos a presión Éste sería el caso de transporte cuyo representante sería el Acetileno. El acetileno, es un gas que no podemos presurizar si no está en unas condiciones muy especiales. Necesita de

Densidad relativa de un gas: es el cociente entre la densidad del gas y la del aire (1,2 Kg/cm3). Es importante para determinar en caso de escape: a) Modo de dispersión b) Velocidad de dispersión Cuando el peso molecular del gas o del líquido que está generando vapores es superior a 29 (peso molecular del aire), el gas o los vapores serán más pesados que el aire. Hay que tener en cuenta la temperatura, pues afecta de forma importante a la densidad. Un gas más ligero que el aire a temperatura ambiente puede ser circunstancialmente más denso cuando se encuentra a bajas temperaturas. Los gases presurizados, al expandirse se enfrían y esto aumentará su densidad hasta que su temperatura se vaya igualando con la del ambiente. 4

Solubilidad: es la capacidad de una sustancia de disolverse en otra. Depende del tipo de fuerzas intermoleculares. Estas pueden ser: a) Polares (ej.: agua) b) No polares (ej.: grasas) En general las del mismo tipo tienden a disolverse entre sí. Las fuerzas de cohesión del soluto son superadas por las que se forman entre él y el disolvente. La solubilidad varía con la temperatura: 



La solubilidad de un sólido en un líquido aumenta con el incremento de temperatura La solubilidad de una gas en un líquido disminuye con el incremento de la temperatura

El grado de solubilidad de una sustancia en agua determinará la eficacia de las técnicas de dilución y abatimiento de una nube de gas en caso de fuga. También influye en la dispersión del producto en un terreno húmedo y en los efectos sobre ojos y mucosas. Grados de solubilidad: 100% 10-99% 1-10% 0-1%

→ mezclable → muy soluble → medianamente soluble → poco soluble

Ejemplos: NH3 68% a 20ºC, Cl2 1% a 20ºC, HF 70% a 20ºC. Presión de vapor: es la presión característica de un vapor en equilibrio con su fase líquida. Determina la capacidad o tendencia de las sustancias a vaporizarse. El conjunto de moléculas que tienden a desprenderse de una materia ejercen una presión sobre el aire circundante. Esta presión de denomina presión de vapor.

La de un líquido aumenta ostensiblemente con la temperatura y es siempre constante para una temperatura dada. Cuanto mayor es la presión de vapor, mayor será su velocidad de evaporación. Por otro lado, las sustancias con elevadas presiones de vapor tendrán puntos de ebullición bajos. La propiedad física de los líquidos que más influencia tiene sobre su combustión es su presión de vapor. La evaporación de un líquido está asociada directamente a este valor. Se suelen utilizar varias unidades de presión, algunas de las más comunes son: 

Mbar, (milibar); bar (bar); mmHg (milímetros de mercurio), atm (atmósferas) kPa (kilopascal). Equivalencias aproximadas:

1 bar = 100 kPa ≈ 1 atm = 760 mm Hg Es muy importante diferenciar los conceptos de vaporización, evaporación y ebullición: -Vaporización: es el paso de líquido a gas -Evaporación: es el paso de líquido a vapor en contacto con el aire -Ebullición: es el paso de líquido a vapor cuando su presión de vapor iguala a la atmosférica Punto de ebullición: en este punto, cuando pasan al estado gaseoso, todas las materias tienen una presión de vapor de 100 kPa, esto es igual a la presión atmosférica. La temperatura ambiente y el conocimiento del punto de fusión y ebullición permiten una rápida apreciación del estado en que se encuentra el producto químico en cuestión, sólido, líquido o gaseoso. Esta es la base del comportamiento de un producto químico en una fuga y por lo tanto, los primeros datos técnicos que hay que tratar de conseguir. Si la temperatura en ese momento (temperatura ambiente) es más alta que el 5

punto de ebullición del producto en cuestión, entonces la presión vapor también será mayor que 100 kPa. Como ejemplo de sustancia que a cualquier temperatura normal se encuentra por encima de su punto de ebullición tenemos el cloro. A 20 ºC el cloro tiene una presión vapor de 650 kPa. Otro ejemplo es el butano, cuyo punto de fusión está a 138ºC, el punto de ebullición a -0,5ºC y la presión vapor es de 165 kPa a 20ºC.  Podemos entonces concluir que el conocimiento de la presión vapor a una temperatura determinada es de importancia capital para poder evaluar con cierta exactitud el comportamiento de un producto químico en una fuga. 3. Fugas

La existencia de recipientes de almacenamiento y de procesos presenta situaciones de riesgo por escape de una sustancia tóxica. En el caso de fuga se formará una nube de vapor tóxico con una determinada concentración en función de la distancia a la fuente de emisión, que también afectará a la planta de proceso o almacenamiento y a su entorno, pudiendo generar efectos nocivos a una distancia considerable del punto de emisión. Entre las muchas circunstancias que pueden ser origen de emisiones peligrosas, aparece frecuentemente el fallo del propio equipo contenedor de la sustancia. También es importante considerar otras situaciones de escapes por válvulas que se quedan abiertas o por venteos forzados en emergencias. Un ejemplo de esta última situación sería el fallo de la refrigeración en un recipiente de almacenamiento de un gas licuado refrigerado a baja presión, que

daría como resultado un venteo forzado con una gran liberación de vapor. Las situaciones que dan origen a la emisión de contaminantes se pueden clasificar de la forma siguiente: 



 



Según el fluido (figura 1): o Gas/vapor o Líquido o Mezcla de vapor y líquido Según el equipo afectado: o Recipientes o Conducciones de tuberías o Otros equipos Según la abertura: o Rotura completa o Abertura limitada (válvula de alivio, disco de rotura, orificio, grieta, conexión, purga, toma de muestras, cierres de bombas, bridas, extremos o rotura de tuberías, etc.) Según el recinto: o Dentro de un edificio o Al aire libre Según la altura de emisión: o A nivel inferior del suelo o A nivel del suelo o A nivel superior del suelo Según el impulso del fluido: o Bajo impulso o Gran impulso

En función de la fase en la que sale del recipiente:

Fig. 1. Tres tipos de fugas en almacenamiento de gases licuados.

La figura 2 muestra la secuencia seguida en la formación y evolución de 6

nubes densas, que es la tipología más común producida en los escapes accidentales de sustancias peligrosas, habiéndose dividido en las siguientes etapas: 1. Emisión, que está condicionada por el contenedor, las características termodinámicas de la sustancia, las condiciones de almacenamiento (temperatura y presión) la posición y dimensiones de la rotura. En función de estos parámetros el fluido irrumpe en el exterior de forma monofásica (totalmente gasificado o prácticamente líquido) o bifásica. La fase líquida se extiende sobre el terreno y se evapora en función de mecanismos térmicos (transmisión de calor desde el suelo y el aire) y másicos (por transferencia desde el charco al aire).

domina a las de flotación y dispersión durante esta etapa. 4. Dispersión pasiva. La progresiva entrada de aire en el frente de avance y, en menor medida, a través de la zona superior de la nube reptante, hace disminuir la densidad de la “interfase”, hasta que sus características fluidodinámicas se aproximan a las del aire próximo, iniciándose entonces la denominada dispersión pasiva.

Si la sustancia emitida tiene una densidad similar o menor a la del aire (gas neutro o ligero), o si la mezcla en el momento de la emisión es muy intensa, de manera que se produce una rápida disminución de la densidad, sólo se verifican las etapas citadas en primer y último lugar, esto es, la emisión y la dispersión pasiva.

Fig. 2. Esquema básico de la evolución de una nube de gas denso.

2. Abatimiento sobre el suelo. Las fluidodinámicas de la emisión gaseosa y de la atmósfera circundante condicionan la mezcla inicial de la sustancia y el aire; si la densidad de la nube es mayor que la del aire se produce el abatimiento de dicha mezcla. 3. Extensión y avance por gravedad. La nube pesada se comporta de forma parecida a como lo haría un líquido, esto es, se extiende y discurre sobre el terreno, adaptándose a la geometría del mismo y ocupando las zonas más bajas. La fuerza gravitatoria

3.1 Elementos y parámetros implicados en las fugas Cuando se produce una emisión de un gas o vapor, ya sea procedente de una fuga de gas propiamente dicha o como consecuencia de la evaporación de un charco de líquido, dicho gas en contacto con la atmósfera sufre una dispersión por dilución del gas y se extiende en ella arrastrado por el viento y las condiciones meteorológicas.

Los tipos de emisiones, por tanto dependen de la naturaleza del gas (propiedades termodinámicas) y de la continuidad o discontinuidad de la emisión. Una de las características principales que condiciona la evolución de un gas/vapor en la atmósfera es su densidad, distinguiéndose tres posibilidades:   

Gases ligeros: densidad inferior a la del aire. Gases pasivos o neutros: densidad similar a la del aire. Gases pesados: densidad mayor que la del aire.

A efectos prácticos no se puede hablar, en la mayoría de los casos, de un comportamiento puro de gas ligero neutro o pesado, ya que los factores que influyen en él son múltiples y variables en el tiempo y una mezcla gas/aire puede evolucionar como un gas pesado sin serlo debido a:     

Peso molecular del gas. Temperatura del gas. Temperatura y humedad del aire ambiente. Presencia de gotas líquidas arrastradas en la emisión. Reacciones químicas en la nube, etc.

1. Dispersión de chorro turbulento, a partir de una fuga de gas a presión. 2. Dispersión de nube neutra, para gases sometidos únicamente a las turbulencias atmosféricas. En primer lugar interesa conocer el estado físico de la sustancia o producto que irrumpe al exterior y la masa o caudal emitido. Estos aspectos dependen de la combinación de los elementos que se describen a continuación: 1. Los contenedores, en los que cabe distinguir tres tipologías: depósitos, tuberías conectadas a depósitos y tuberías aisladas. La geometría de los depósitos tiene escasa relevancia en la dinámica de la emisión, siendo la altura del recipiente la característica más destacable por su influencia en la dilución inicial, si la fuga se produce por la parte superior del equipo. En las tuberías conviene conocer si están o no conectadas a depósitos. En el primer caso, si sufre una rotura, se producirá la emisión o vertido condicionados por el volumen almacenado en el depósito, produciéndose, si no se bloquea, una fuga casi estacionaria de larga duración. En la figura 3 se señalan las zonas o elementos que se ven más frecuentemente afectados por roturas.

Otra característica importante es la duración del escape, que puede da lugar a: 1. Escapes instantáneos formando una bocanada. 2. Escapes continuos sin depender del tiempo, formando un penacho. 3. Escapes continuos dependiendo del tiempo. Como se ha comentado anteriormente, la dispersión de un gas puede proceder de una fuga de gas de un depósito o tubería a presión y como consecuencia de la fuga de líquido que se evapora. Esto implica analizar el proceso desde dos puntos de vista:

Fig.3 .Zonas o elementos típicos a través de los que se producen con más frecuencia fugas accidentales. C: colapso de equipo o tubería. F: fisura por fallo de material o soldadura. Roturas de bridas (B), instrumentos (I), válvulas (V), prensas de bomba (S). Apertura o rotura de válvula de seguridad (VS), de purga (VP) o de disco de ruptura (DR).

2. El estado físico de los fluidos en el momento de la fuga juega un papel muy importante. Cabe distinguir entre gases, gases licuados y líquidos, que dependen de la presión y temperatura de almacenamiento. Las sustancias líquidas almacenadas a temperatura inferior a la de ebullición a presión atmosférica tienen sobre ellas un espacio ocupado por un gas (aire u otro componente inerte, como nitrógeno, dióxido de carbono, etc.), que contiene la sustancia en fase gaseosa, cuya presión parcial en el equilibrio coincide con la presión de vapor a la temperatura de almacenamiento. Una excepción a este caso lo constituyen los almacenamientos en tanques de techo flotante, donde no hay prácticamente cámara de gas, al estar el líquido en contacto directo con la cubierta superior móvil. 3. El tamaño del orificio de fuga establece el modelo de fuga: la duración de la emisión (gas) o vertido (líquido), verificándose: Fuga instantánea Si el orificio es grande con relación al volumen del recipiente (siendo la rotura catastrófica el caso extremo) la irrupción suele ser muy rápida y en un breve lapso de tiempo. Debido a la alta presión y a la elevada velocidad de escape, el gas se dispersará inicialmente con una total independencia del viento. El escape puede compararse con el chorro de gas de un jet que absorbe y arrastra grandes cantidades del aire de su entorno. Después se forma una nube de gas pesada y fría, que es arrastrada por el viento. La nube de gas desaparece en el aire con relativa rapidez.

Fuga prolongada

Si el orificio es pequeño con relación al volumen del recipiente se produce una fuga continua durante un periodo mayor de tiempo, aunque generalmente de caudal decreciente. Suele producirse por rotura de una válvula, tubería o un orificio en la superficie de un líquido. Un chorro de líquido y aerosol se escapará de manera turbulenta mezclándose con gran volumen de aire. El tipo de fuga depende del estado físico del fluido y de la situación (altura del orificio en el contenedor), salvo que se trate de un gas almacenado a presión, en el que la posición del orificio es irrelevante. Dado lo prolongado del proceso de la desaparición de la nube de gas, se forma una pluma que se extiende en el sentido del viento. La pluma puede recorrer grandes distancias, pero desaparece con lentitud. Las concentraciones no alcanzan los niveles característicos de una fuga instantánea, pero la exposición prolongada a los efectos de la fuga implica mayores riesgos dentro de edificios. 4. Cuando se trata de vertidos, el grado de contención alrededor de los equipos condiciona la formación de los charcos. Un cubeto, un depósito semienterrado o una tubería canalizada en zanja facilitan la recogida y disminuyen el área de evaporación. Por el contrario, en terreno llano y sin obstáculos el líquido se extiende, aumentando el área de evaporación y, por consiguiente, se incrementa el producto evaporado. 3.2 Parámetros meteorológicos que influyen en la mezcla y dispersión de la fuga La capa de aire más próxima al suelo, denominada capa límite atmosférica, cuya altura puede oscilar entre 200 y 1000 m, es, desde el punto de vista fluidodinámico, la más compleja por 9

su interacción con la litosfera e hidrosfera. En ella se producen todos los fenómenos relacionados con la mezcla y dispersión de las nubes que interesan destacar aquí, siendo los parámetros más significativos los siguientes: La magnitud, dirección y persistencia del viento. La temperatura y la presión. La humedad y la pluviosidad. La radiación solar. La turbulencia. Todos estos parámetros están interrelacionados. Así, la radiación solar condiciona la temperatura y ésta la densidad que, a su vez, determina la presión... Pero interesa aquí independizarlos, citando brevemente la influencia de cada uno en los fenómenos estudiados. La velocidad del viento tiene una gran importancia en la dispersión, de manera que, como primera aproximación, la concentración del producto fugado en la dirección del viento y en cualquier punto resulta inversamente proporcional a esta magnitud. La velocidad varía con la altura, aspecto que se trata más adelante al estar relacionado con la turbulencia. Por ello, es necesario referenciar la altura a la que se realiza la medida para obtener con ella valores representativos que servirán para evaluar el movimiento de las emisiones pesadas a ras del suelo o el transporte de las nubes neutras o ligeras. La dirección del viento condiciona la dirección del transporte de las sustancias fugadas y, por consiguiente, su impacto. A nivel de microescala (para extensiones con distancia menores a 1 km) y de mesoescala (entre 1 y 10 km), la topografía, la presencia de obstáculos o la proximidad del mar, influyen considerablemente en la dirección del viento, provocando los efectos valle o montaña-valle, las brisas marinas, las corrientes predominantes en calles y avenidas..., todo ello como consecuencia de variaciones locales de

presiones, que, a su vez, están originadas por diferencias térmicas. La persistencia del viento expresa el número de ocasiones que en periodos determinados (1, 7, 13,...horas) la dirección del viento permanece estable, en cada uno de los sectores definidos por las direcciones geográficas. Este parámetro es de interés para prever los probables cambios de dirección del viento que influyen de la misma manera en la dirección de la nube y, por consiguiente, en las posibles localizaciones de los impactos. La temperatura ambiente influye en la cinética de las reacciones de transformación de las sustancias fugadas en aire, acelerando generalmente estos procesos. Algunos parámetros o mecanismos de interés dependen de la temperatura, como la densidad del aire y de la nube, la presión de vapor, que hace aumentar la evaporación desde los charcos, los coeficientes de transferencia de calor y de materia… La humedad provoca la formación de aerosoles líquidos cuando el producto fugado es higroscópico (amoniaco, cloruro amónico, cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno,...) y puede transformar las nubes ligeras en pesadas al aumentar la masa molecular. También influye en los procesos de transformación atmosféricos, al actuar como intermedio o reactante. La pluviosidad es el meteoro más importante desde el punto de vista de la eliminación de los contaminantes atmosféricos, incluso para los productos insolubles, dado que el concepto de “insolubilidad” es relativo. Así, la presencia en aire de sustancias consideradas insolubles, tales como los hidrocarburos volátiles, disminuye muy significativamente tras un episodio lluvioso. 3.3 Nubes densas: comportamiento y modelos Anteriormente hemos hablado de causas y factores de las emisiones, ahora 10

veremos de forma breve el comportamiento posterior. Los modelos tratan de calcular las concentraciones de gases que se encuentran a una determinada distancia del foco emisor, tanto para gases tóxicos como inflamables, así como las cantidades de gas inflamable que se encuentran entre los límites de inflamabilidad de sustancias inflamables. Las nubes densas de gas se producen cuando:  Cuando la masa molecular de la sustancia fugada es superior a la del aire. La mayoría de los productos de interés industrial tienen esta característica.  Si la temperatura de la emisión es inferior a la del aire circundante se incrementa la densidad. Incluso las sustancias con masas moleculares menores a las del aire pueden superar la densidad atmosférica si la disminución térmica es suficientemente importante. Esta situación puede producirse en la expansión de los gases almacenados a presiones superiores a la atmosférica o en la evaporación de gases licuados desde charcos.  La capacidad reactiva de algunas sustancias puede dar lugar a otras de mayor masa molecular: este es el caso de las sustancias hidrofílicas (que se pueden mezclar con agua) que pueden reaccionar con el vapor de agua ambiental. La mayoría de las nubes producidas en las fugas de sustancias de interés industrial tienen un comportamiento denso. No obstante, puede ocurrir el fenómeno opuesto, esto es, nubes de sustancias consideradas a priori pesadas por su masa molecular, pueden comportarse como neutras, debido a emisiones a altas temperaturas, tales que la flotabilidad supere los efectos gravitatorios, o si la mezcla con aire es rápida y suficientemente efectiva para que la densidad se aproxime a la del aire.

Desde el punto de vista de los análisis de consecuencias, las nubes densas son más peligrosas que las neutras debido a los comportamientos y circunstancias siguientes: o

La masa de vapor tóxico tiende a permanecer a poca altura (a ras de suelo), que es la posición en la que más comúnmente se encuentran los elementos vulnerables (personas y la mayor parte de los seres vivos), aumentando por tanto el riesgo. Si la sustancia es inflamable, la posibilidad de encontrar un punto de ignición es mayor en zonas cercanas al suelo, donde también se producirá la deflagración posterior. Por ambas razones se incrementa el riesgo de impacto térmico (llamarada) y mecánico (explosión). La dilución de las nubes densas es más lenta que los gases neutros, por lo que la primera es capaz de recorrer mayores distancias y permanecer durante más tiempo a concentraciones elevadas.

El movimiento de una nube en sus momentos iniciales está íntimamente influenciado por el modo en el que la emisión se incorpora en la atmósfera. El modelo de dispersión densa está conectado con el modelo de fuga. La rotura catastrófica de un contenedor se modela generalmente considerando que se forma instantáneamente una nube densa e instantánea, con geometría cilíndrica, Fig. 4. Una aproximación similar puede usarse para una fuga procedente de un orificio de tamaño intermedio. Existen muchos modelos y cálculos que permiten hacer una estimación de la dispersión de una emisión, pero queda fuera del objetivo de este artículo.

Fuga de amoníaco

Fig 4. “Modelo de cajas” (Box models). A: fuga instantánea, B: fuga prolongada.

Fig 5. Abajo: Otro modelo: Los tres términos de la ecuación gaussiana del penacho: concentración en el eje central y términos vertical y lateral.

Toda industria donde exista este riesgo debe establecer las zonas de planificación en el caso de nubes tóxicas. El RD 1196/2003, de 19 de septiembre, por el que se aprueba la “Directriz básica de protección civil para el control y planificación ante el riesgo de accidentes graves en los que intervienen sustancias peligrosas” define dos zonas de planificación: de Intervención y de Alerta. En la primera el nivel de daño ocasionado por el accidente justifica la aplicación inmediata de medidas de protección; en la segunda no es necesario llevar a cabo dichas medidas, excepto sobre los grupos críticos, constituidos por aquellos sectores de población que sean especialmente vulnerables a los niveles de los parámetros que determinan la peligrosidad del accidente. Para establecer las zonas de planificación en el caso de nubes tóxicas, es necesario en primer lugar definir los niveles de daño en cada una de las zonas y a continuación determinar la extensión y geometría de las mismas. Dada la complejidad de cálculo de estos parámetros, se recomienda utilizar programas informáticos especialmente diseñados para esta finalidad, por ello no es objeto de este trabajo. Para más información consultar:  Zonas de planificación para accidentes graves de tipo tóxico, (en el ámbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II)  EPA (1999). ALOHA User’s Manual. U.S. Environmental Protection Agency. National Oceanic and Atmospheric Administration, Washington.

En una emergencia se conoce la dirección del viento, lo que permite delimitar las zonas afectadas (elipsoides). En planificación no es conocida la dirección del viento, por lo que las zonas afectadas se consideran circulares, con centro en el origen del accidente. 12

1. Limitar la proximidad de personas en el área de contención 2. Valorar si el producto es más peligroso en grandes cantidades, o disipado en una gran superficie 3. Cuestionarnos la seguridad del área contaminada; si cumple su función

4. Control de nubes CONCEPTOS: –

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Confinamiento (NFPA): procedimientos que se toman para mantener un material en un área definida o limitada, cuando el producto se ha salido de su contenedor y los respondedores necesitan confinarlo o controlarlo. Es una acción defensiva, que se toma para dar respuesta a un producto ya derramado y con la finalidad de mantenerlo dentro de un área específica. Contención (NFPA): acción ofensiva que se toma para mantener el producto que no ha escapado, dentro de su contenedor. Solo lo realizará personal entrenado.

La clave en la resolución de muchos incidentes estará la idea de contener un derrame o fuga de un producto químico en un área lo más pequeña posible o en el interior de un recipiente. Sin embargo, las tareas de contención incluyen ciertos aspectos de prevención:

La principal función del equipo o brigada de emergencia será la de minimizar los daños que puedan ocasionar las fugas tanto a las personas como al medio ambiente o equipos industriales. Es difícil separar en este apartado, lo que se consideran gases, y lo que son vapores que desprenden ciertos líquidos. En la mayor parte de productos peligrosos en forma líquida, cuando se derraman desprenden vapores que pueden ser altamente tóxicos o corrosivos. Así pues, nuestra primera misión será la de minimizar el área donde pueden afectar estos vapores o gases. Mientras se produce una fuga, muchos productos son capaces de asociarse químicamente con otros simplemente por el aumento de la temperatura, por acción del sol, o en contacto con el agua, dando lugar a reacciones exotérmicas y que produzcan gran cantidad de vapores. Una ignición súbita e inesperada puede ser fatal, sea por la propia ignición, como por los vapores resultantes de la misma que pueden ser más tóxicos si cabe. Los escapes de gas únicamente los podemos controlar y mitigar en cierta medida. Éstos se pueden controlar dirigiéndolos, diluyéndolos y dispersándolos para impedir su contacto con personas entrando en edificios, o evitando que se acerquen a puntos calientes que actuarían de ignición, mientras que simultáneamente se esté intentando detener el flujo de la fuga.

MÉTODOS EMISIONES DE VAPOR El agua, en sus diferentes fases, junto con las nieblas de agua ("water spray"), resultan, en principio, efectivas en la dispersión y/o dilución de los vapores con aire que requiere la reducción del rigor y la severidad de los efectos de una emisión peligrosa. No obstante, en algunos casos, estos vapores solo serán parcialmente neutralizados o absorbidos. Dilución y dispersión de vapores Para la dilución y/o dispersión de un gas se precisa del empleo de algún fluido que pueda ser portador. El más común es el agua, que en forma finamente pulverizada o niebla (“water spray”) y a flujo o caudal intenso hacia la fuente de emisión y desde una posición segura respecto a la dirección del viento, puede disolver gran parte de gas, puede abatir gran parte de la nube (solo será efectiva contra una fracción del vapor), y además, por el sistema de aplicación, siempre se da un aporte extra de aire que favorece su dispersión en la atmósfera. En el caso de gases licuados y criogénicos el agua se debe aplicar siguiendo la dirección del viento para evitar que entre en contacto con el charco, lo cual provocaría un aumento de la vaporización del producto debido al aporte de calor que proporcionaríamos. Los gases licuados no criogénicos frecuentemente se evaporan tan rápidamente al contacto con el aire o tierra que no permanecen en fase líquida una vez se escapan sin formar charcos. Aunque existen excepciones; los de menor presión de vapor (Butano y Cloro) y aquellos que poseen alto calor latente de vaporización (amoniaco), incluso los gases de alta presión de vapor, tales como el propano pueden llegar a formar charcos si las temperaturas ambientales son muy bajas, pero son excepciones. Los gases criogénicos, por otra parte, deben obtener todo el calor

necesario para su evaporación del contacto con el aire o el terreno, y por lo tanto, forman unos charcos característicos si la fuga es de duración continuada. En tales casos, la aplicación de un fluido en el charco aumentará el índice de vaporización, provocando el efecto contrario al deseado. Tanto los gases licuados no criogénicos, como los criogénicos, poseen un indicador de posición perfectamente visible e inherente a su naturaleza. El efecto refrigerante de su vaporización condensa el vapor de agua del aire formando una niebla que coincide aproximadamente en toda la superficie del charco, aunque la mezcla aire-gas frecuentemente se extiende algunos metros más de los bordes definidos por la niebla (foto inferior).

Otro aspecto a tener en cuenta es que los vapores de un gas licuado siempre son más densos que el aire debido a las bajas temperaturas en que se encuentran y a la condensación de la humedad ambiental, por lo tanto se extenderán a baja altura durante bastante distancia en dirección del viento, hasta que su temperatura llegue a la ambiental, momento en el cual dependerá de la densidad propia del gas. Si es más ligero que el aire ascenderá, si no se mantendrá a nivel del suelo.

Inconvenientes El agua no es siempre la solución para todo, a nosotros como bomberos quizás nos cueste entenderlo pero a veces es más perjudicial que beneficiosa. Por eso 14

debemos tener muy claro qué producto fuga y otras circunstancias de la emergencia. En incidentes que involucran una grave amenaza para la vida como por ejemplo accidentados con riesgo de afectación por la emisión tóxica, viviendas cercanas, centro de ancianos sin posibilidad de evacuación, etc., rociar agua para dispersar los vapores siempre será la mejor opción. Si, por otro lado, el escape tiene lugar en un área remota lejos de la población, rociar agua para la dispersión no siempre será la mejor opción. Para ser eficaz, el producto debe ser hidrosoluble o la nube de vapor debe ser capaz de ser movida por los chorros de agua. Otras veces, el uso de agua puede generar que una emisión que por su naturaleza ascendería y se disiparía en el ambiente haría lo contrario, con lo que lo tendríamos a ras del suelo. Los principales inconvenientes de la dilución con un fluido portador, es que el fluido contiene una parte del producto, y que al caer en el suelo estamos contaminando todo lo que entre en contacto con él. Aunque este hecho en la industria está en gran parte controlado por la red de canalizaciones de agua, arquetas y balsas, con lo que se podría contener y/o neutralizar luego. Otro aspecto importante a tener en cuenta es que algunos gases reaccionan químicamente con el agua. Un ejemplo es el cloro, que en contacto con el agua, por reacción química se forma ácido clorhídrico, que lo tendremos en el suelo, incluso luego podría reaccionar con algunos metales liberando hidrógeno. El amoníaco reacciona formando hidróxido de amonio, un líquido extremadamente corrosivo que requerirá contención u limpieza. El gas natural, el propano, el cloro y el dióxido de azufre no son solubles en agua y el uso de vapor de agua simplemente traslada los vapores a otra zona. Cortinas de agua (confinamiento) Las cortinas de agua se utilizan, fundamentalmente, con el fin de separar

los gases y vapores emitidos, de las personas y fuentes de ignición, así como para confinar la nube. No obstante, las cortinas de agua también generan el efecto "water spray". La cortina de agua, que diluye los vapores merced al aire en ella ocluido, resulta solo parcialmente efectiva cuando se trata de vapores no solubles en agua. La nube puede ser diluida por la acción de la cortina pero los efectos de ésta, a medida que el vapor se va alejando de su fuente de emisión, van mermando. El empleo de sistemas de rociadores de agua en las áreas de almacenamiento de gases licuados tóxicos puede tener funciones de seguridad diferentes. De un lado, la instalación de cortinas de agua a lo largo del perímetro de las áreas de almacenamiento, especialmente en instalaciones al aire libre y en los supuestos de que el gas tóxico sea soluble en agua y no genere reacciones peligrosas, puede ser un sistema para controlar parcialmente las fugas, minimizando así la cantidad de gas liberado (figura 6).

Fig.6 Cortinas de agua perimetrales.

Es evidente que esta medida debe ser acompañada con otras medidas de seguridad, entre las que procede citar el posible trasvase de líquido desde el depósito afectado a otro de reserva.

De otra parte, dado que algunos gases tóxicos pueden ser asimismo inflamables o encontrarse a distancias relativamente próximas a zonas con riesgo de incendio, es conveniente proteger frente a la radiación térmica, aquellos depósitos, compresores, bombas, hornos, etc. que puedan verse afectados. En tales circunstancias, estos elementos habrían de protegerse con sistemas de rociadores o pantallas fijas o móviles de agua.

Las acciones principales serán: 

Rescate de posibles víctimas. Si no vamos a entrar en contacto directo con el producto o con altas concentraciones de vapor, el Nivel 1 (ropa normal de intervención de bombero con ERA) de protección será suficiente. En caso contrario se recomienda el Nivel 3 (traje hermético, encapsulado o antigás)

DERRAMES LÍQUIDOS Introducción Habrá que considerar los riesgos adicionales como combustibilidad, reactividad con el agua, posibilidad de reacción espontánea, etc. Recordar principales son: 



que

los

riesgos

La emisión de vapores tóxicos. Dependerá de su presión de vapor, y de la superficie del derrame. Hay que tener en cuenta que la reacción del líquido con el terreno o con otros productos podría generar gases a pesar de que su presión de vapor fuera reducida. La penetración en el terreno, alcance de cursos de agua o recorrido de arquetas y cunetas desnudas. En la industria lo más probable será esta última posibilidad.

En general, y teniendo en cuenta la dirección y velocidad del viento, 50 metros de distancia de intervención será suficiente, pero habría que aumentarla en función de si sus vapores son muy tóxicos, el derrame es muy grande y su presión de vapor es muy alta.

Nivel 3, traje hermético.



Acciones defensivas: confinamiento del derrame. Acción prioritaria (después del rescate de víctimas) para limitar las consecuencias del siniestro. Para ello se puede utilizar material específico (barreras flotantes, canaletas y bandejas de recogida, depósitos plegables, etc., o materiales habituales o del entorno (palas, toldos, mangueras, tierra, etc.) Acciones ofensivas: contención del derrame. Acción para cesar el vertido y que no siga fugando, se realiza tapando y obturando si son perforaciones de una tubería o depósito o reapretando bridas en el caso que fuguen. La realiza personal entrenado y con equipos improvisados o específicos. También existe la posibilidad mediante válvulas de 16

seccionamiento, manuales o mecanizadas, pero aun así a veces tardan en hacer efecto y mientras se vacía la línea o tubería producen una fuga considerable.

Fuga en línea. Se aprecia también una válvula y una bomba. Elementos que servirán para cesar la fuga.

Dilución El agua es un agente de gran efectividad cuando se trata de derrames de materia miscible o soluble en ella. Sin embargo, cuando el calor generado es alto, el uso de agua puede incrementar la vaporización, precisándose grandes cantidades de este elemento que es preciso aplicar rápidamente. Esta circunstancia, unida a otros inconvenientes, hace que sean más recomendables las cubriciones con elementos no reactivos. Neutralización La neutralización exige valores mucho mayores que los que demandan las relaciones estequiométricas, a fin de evitar agravar los riesgos de las emisiones de vapor. Para derrames ácidos, se recurre a materiales como la caliza o cenizas de sosa (la sosa cáustica origina riesgo de corrosividad). Resulta frecuente el uso de equipos de extinción de incendios para aplicar a distancia y contra derrames ácidos o material cáustico, agentes neutralizantes y

solidificantes. Una proporción aconsejable es emplear dos partes de agente por cada parte de ácido o base derramada.

Supresión de vapores Un derrame de producto tóxico puede requerir supresión de vapores, sobre todo si también es inflamable. Se puede llevar a cabo mediante la utilización de una manta de plástico, o una capa de espuma compatible con el producto, ésta debería ser de tipo AFFF, de baja expansión y en una proporción del 6%, además se debe aplicar de forma generosa siguiendo las técnicas de aplicación. Ambas, reducirán la producción de vapores del producto, no obstante, la espuma requerirá de una inspección frecuente para asegurar que no se ha deteriorado y que los vapores continúan controlados según lo planeado. Los productos derramados pueden ser retirados por un camión de vacío o por una bomba neumática de trasiego. FUGA DE GAS EN FASE LÍQUIDA El gas licuado que escapa y se derrama normalmente está a una temperatura superior a su temperatura de ebullición a presión atmosférica, de ahí su nombre de líquido sobrecalentado. Al producirse la pérdida de contención, el gas licuado sufre un descenso súbito de su presión de almacenamiento hasta la presión atmosférica. Esto da lugar a una evaporación súbita, también llamada evaporación flash, que al mismo tiempo puede arrastrar una cantidad considerable de líquido en forma de aerosol (pequeñas gotas). Una parte de esas gotas puede volver a caer al suelo en forma de lluvia (rain out) debido al enfriamiento y condensación y otra parte se evaporará a causa de la absorción de calor procedente

del aire ambiente que se mezcla con la emisión de fluido. La parte de gas licuado restante forma un charco de líquido en el suelo que está a una temperatura igual a la de ebullición la cual es muy baja con respecto a la temperatura del suelo. Si el derrame es de poca magnitud, la evaporación del charco es muy rápida y todo el gas licuado se incorpora a la atmósfera en muy poco tiempo. En derrames importantes, tras la rápida evaporación inicial, el suelo (substrato) sufre un enfriamiento suficiente para que la subsiguiente evaporación del charco transcurra de forma menos rápida. En el caso de un gas licuado a presión con fuga por un punto del depósito o recipiente inferior a la superficie del líquido (fase líquida) será prioritario reducir o contener la fuga. Hay que tener en cuenta que el líquido al perder presión o ganar temperatura y vaporizarse puede aumentar su volumen entre 200 y 700 veces, así un pequeño derrame puede convertirse en una gran fuga de gas. Si el recipiente lo permite lo podemos voltear para que el orificio de salida quede en la fase gaseosa del producto contenido. En general la presión y el caudal de fuga en fase líquida será constante y solo dependerá de la presión de vapor y de la temperatura del producto.

condensación en la superficie del conducto recupere o conserve su estado líquido, canalizándolo hasta una zona de almacenamiento, desde donde se procederá a su control y trasvase.

FUENTES BÁSICAS RECOMENDABLES DE INFORMACIÓN SOBRE PRODUCTOS Para la intervención en incidentes con presencia de materias peligrosas de cualquier naturaleza, tanto en industria como en transporte de mercancías peligrosas en vías públicas, es muy recomendable, imprescindible diría yo, una fuente de información de productos y fichas técnicas de intervención. Aquí podremos consultar “a pie del siniestro” las características del compuesto o materia involucrada en el mismo. Rápida identificación de peligros específicos, propiedades físico-químicas, modo de actuación, distancias en las zonas de aislamiento y protección, protección personal requerida, etc. A modo de ejemplos podría citar la conocida “Guía de Respuesta en Emergencias” (CANUTEC), fue desarrollada en forma conjunta entre el Departamento de Transporte de Canadá (TC), el Departamento de Transporte de Estados Unidos (U.S. DOT), la Secretaría de Comunicaciones y Transportes de México (SCT), y el Centro de Información Química para Emergencias (CIQUIME) de Argentina.

Relicuefacción Un método de control de fuga de un gas licuado en fase líquida es la maniobra de relicuefacción. Esta consiste en recoger mediante una manguera, tubería o embudo de lona el flujo del líquido o aerosol y conseguir que por enfriamiento (generado por la propia vaporización de parte del líquido) y 18

Otra fuente es el libro de bolsillo del NIOSH (Instituto Nacional para la Salud y la Seguridad Ocupacional), es normalmente consultado por higienistas industriales, con el fin de proteger a los empleados de sus plantas contra la exposición peligrosa a productos químicos. Este libro de bolsillo no abarca un gran número de químicos, pero incluye información muy extensa sobre los químicos que describe. Aparecen ordenados alfabéticamente por nombre del producto, con información asociada a tiempos máximos de exposición, propiedades químicas, formulas, rutas de exposición, etc. La información es fácil de leer, no obstante, el libro usa muchas abreviaturas para características físico-químicas, equipos de protección personal y peligros para la salud.

Software Los programas informáticos también son una excelente ayuda para los equipos de emergencias en este tipo de intervenciones. Así pues, el mando o responsable de coordinar las actuaciones podrá obtener e interpretar abundante información avanzada de forma rápida a través del uso de recursos informáticos. Para ello es imprescindible contar con un ordenador portátil, tableta o móvil 4G. Estos recursos son extremadamente prácticos ya que pueden ser llevados directamente al lugar de la emergencia. Estas fuentes de información no son completamente fiables y pueden contener errores, no obstante, son mucho más fiables y completas que muchas fuentes de información escritas. Existen muchos tipos de programas y con diversas funciones: dispersión de nubes de gas, zonificación del lugar de la emergencia, neutralización de ácidos, fuentes de datos de productos, etc. Algunos de los más conocidos son:     

NEUTRACID SPILL CALC CAMEO WISER HAZMASTER G3

Información que provee: A. Limites de Exposición Personal B. Propiedades químicas y físicas de los productos químicos C. Fórmulas. D. Equipos de Protección Personal E. Rutas de exposición F. Reactividad, etc. 19

A MODO DE CONCLUSIÓN... Este tipo de intervenciones, con presencia de materias o mercancías peligrosas, son complejas. Es un ámbito específico que requiere estudio, conocimientos, formación y entrenamiento. No hay que olvidar que en general y en cualquier tipo de intervención, el sentido común es lo que debe primar. A veces se nos olvida.

Francisco Javier Andrés 20

Referencias consultadas

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NTP 362: Fugas en recipientes y conducciones: emisión en fase líquida. (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo) NTP 363: Prevención de fugas en instalaciones (I): seguridad en proyecto (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo) NTP 338: Control de fugas en almacenamientos de gases licuados tóxicos (II) (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo) NTP 329: Modelos de dispersión de gases y/o vapores en la atmósfera: fuentes puntuales continuas (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo) Curso Avanzado de Intervención en Incidentes con Materias Peligrosas (Gobierno Vasco, Departamento de Interior, Servicio Central de Publicaciones) Curso Técnico en Intervención con Materias Peligrosas, niveles de entrenamiento OSHA y NFPA (Escuela Andaluza de Técnicos de Emergencias) El Libro del Bombero Profesional, Editorial; Videotraining. Autor: Fernando Bermejo Martín Zonas de planificación para accidentes graves de tipo tóxico, (en el ámbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II). Departamento de ingeniería química universidad de Murcia Dirección General de Protección Civil Ministerio del Interior Materiales Peligrosos Incidentes, 2ª Edición. Autor: Chris Hawley