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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
2
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
3
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:
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
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
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.
4
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:
 Alta relación de
expansión de vapor
 Capacidad para licuar
otros gases
 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
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.
2. Conceptos básicos
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.
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.
5
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% → mezclable
10-99% → muy soluble
1-10% → medianamente soluble
0-1% → 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
6
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
7
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).
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
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.
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.
8
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.
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:
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.
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).
9
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
10
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
11
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.
o 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).
o 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.
12
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.
13
4. Control de nubes
CONCEPTOS:
– 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:
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
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.
14
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
15
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.
16
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.
DERRAMES LÍQUIDOS
Introducción
Habrá que considerar los riesgos
adicionales como combustibilidad,
reactividad con el agua, posibilidad de
reacción espontánea, etc.
Recordar que los riesgos
principales son:
 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.
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)
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
17
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
18
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.
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
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.
19
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.
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.
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
20
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
21
Referencias consultadas
 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

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Nubes de gas tóxico en la industria-Francisco Javier Andrés

  • 1. 1 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
  • 2. 2 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
  • 3. 3 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: 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 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 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.
  • 4. 4 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:  Alta relación de expansión de vapor  Capacidad para licuar otros gases  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 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. 2. Conceptos básicos 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. 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.
  • 5. 5 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% → mezclable 10-99% → muy soluble 1-10% → medianamente soluble 0-1% → 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
  • 6. 6 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
  • 7. 7 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). 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 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. 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.
  • 8. 8 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. 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: 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. 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).
  • 9. 9 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
  • 10. 10 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
  • 11. 11 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. o 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). o 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.
  • 12. 12 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.
  • 13. 13 4. Control de nubes CONCEPTOS: – 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: 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 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.
  • 14. 14 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
  • 15. 15 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.
  • 16. 16 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. DERRAMES LÍQUIDOS Introducción Habrá que considerar los riesgos adicionales como combustibilidad, reactividad con el agua, posibilidad de reacción espontánea, etc. Recordar que los riesgos principales son:  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. 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) 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
  • 17. 17 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
  • 18. 18 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. 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 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.
  • 19. 19 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. 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. 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
  • 20. 20 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
  • 21. 21 Referencias consultadas  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