Teoría de Gases

El gas es un conjunto de partículas en continuo movimiento, colisionando continuamente entre si y contra las paredes, por lo que dos gases diferentes tienen gran facilidad de mezclarse . Este rápido movimiento a alta velocidad se demuestra en el caso de una de fuga de un gases con olor ya que rápidamente es detectado por un usuario cercano al lugar. Los gases son fácilmente comprimibles para su transporte , almacenamiento, etc , motivo por el cual se pueden tener grandes volúmenes en poco espacio. El volumen de un gas varia en función de la presión, y temperatura a que están sometidos.
El aire que normalmente respiramos está compuesto de:

• 20.9%vol O2 (oxigeno)
• 77.2% N2 (nitrógeno)
• 0.03%CO2 (dióxido de carbono, gas carbónico)
• 0.9% argón
• 0.9% Vapor de agua
• 0.07 otros gases

La localización de los gases se basa en el punto donde se genere , en su densidad, en el sentido de circulación de los gases, etc. Un detector de gases es una nariz que solo detecta lo que le pasa por el sensor , no es un elemento que detecta en una superficie , solo mide lo que le pasa por la nariz.

3.2 Densidades

Debido al continuo movimiento de los fases es difícil de dos gases diferentes se separen en capas , y aun más cuando hay corrientes de aire en movimiento, aun que cuando las densidades son muy diferentes y sin mucho movimiento de los gases. La dificultad de separación en capas se demuestra en el aire ambiente que esta en continuo movimiento y densidades no muy diferentes (CO2 48,O2 32, etc) se mantienen mezclados.
Para determinar la densidad relativa de gases es decir si son más o menos pesados que el aire es necesario saber cual es la densidad del aire la cual es cercana 29 que sale de multiplicar los porcentajes de los gases de la atmósfera por las masas moleculares de cada gas , básicamente el aire esta formado de un 20.9%vol de O2 masa molécula 16x2 , un 77.2%de N2 14x2 , 0.03 CO2 de 12+(16x2) y dividirlo entre 100 .Posteriormente el valor de la densidad masa molecular del gas se divide entre 29 aprox. Y da la densidad relativa. Si el valor es superior a 1 el gas es más pesado que el aire. Para que haya una diferencia suficiente para que haya un desplazamiento importante entre los gases ha de haber una densidad relativa diferencial amplia ya que sino es difícil que se realice una separación de gases por densidades.

3.3 Gases inflamables

¿Con que unidades se mide el riesgo de inflamabilidad ? Los gases inflamable se miden básicamente en escala de porcentaje de volumen, y LEL (LIE) equivalente al limite inferior de explosividad. ¿Que es el LEL (LIE)? : Todo gas inflamable en aire ambiente necesita una concentración mínima de el mismo a partir de la cual puede inflamarse con una fuente de calor, a esta concentración mínima se le llama LEL(LIE). Es la concentración a partir de la cual el gas se podría inflamar y por tanto hay un riesgo ya que solo falta aportar la energía para inflamarlo en aire ambiente . En este caso a esta concentración se le da el valor 100 por tanto esto nos indica el tanto por ciento que estamos de estar en riesgo de una atmósfera explosiva. En el caso de CH4 el tanto por ciento mínimo de gas necesario para que pueda inflamarse es de un 5% por lo que cuando un indicador de LEL marque 20 estaremos a 1%vol CH4. Cada gas tiene su valor LEL en volumen.
Para que un gas inflamable se prenda es necesario que a parte del gas se aporte energía a temperatura, y comburente en nuestro caso el O2 del aire. En el caso de que falte uno de estos elemento no se puede generar la combustión a excepción de algún gas muy puntual que sin O2 se inflaman. Los líquidos inflamables normalmente a partir de una temperatura pueden generar gases inflamables a este punto se le llama punto de destello, o inflamación . Todos los gases tiene una temperatura a partir del cual se inflaman a este punto se la llama punto de ignición.
El riesgo de encontrarnos gases inflamables implica un riesgo para la instalación y para las personas que trabajen el espacio como para la gente que este cerca. En una situación de una atmósfera cercana al limite inferior de explosibidad implica el no poder trabajar ya que cualquier chispa (un destornillador que cae al suelo) , foco de calor, etc, podría provocar una explosión . Para reducir este riesgo una vez identificado una concentración importante que podría ser un 5-10%LEL seria ventilar o aspirar los gases, esto depende de la densidad del gas inflamable y de la situación de las vías de evacuación del gas . Para un deposito de GLP o similar con una densidad superior a la del aire y con una abertura superior, lo más eficaz es aspirar los gases teniendo la precaución de utilizar material apto para atmósferas explosivas. En el caso de una alcantarilla lo más común es como gas inflamable el METANO (CH4) , el cual tiene un densidad inferior al aire y por tanto es más ligero que el aire. Su evacuación se podría realizar con ventilación natural por la parte superior , y con la ayuda de un impulsor de aire que inyecte aire al lugar, o aspirando los gases de la parte superior.

3.4 Falta de O2

En el ambiente tenemos una concentración de O2 del 20.9 % vol. , cuando esta concentración desciende del 18 % vol. las personas podemos tener perdidas de sentido por lo que se recomienda trabajar muy por encima de estos valores. Actualmente los fabricantes de detectores de gases ajustan los valores de alarma entre 19.0 y 20.0 % vol. O2. La falta de O2 es posiblemente una de las causas más graves que nos podemos encontrar ya que si no es detectada previamente y puede acabar con la vida del trabajador que accede y de los trabajadores que lo vayan a socorrer , casos corrientes en este tipo de accidente ya que al socorrer al compañero por falte de formación ,preparación y medios intentan socorrer al compañero estando en la misma situación que el primer compañero y por tanto arriesgando la vida de varias personas y no solo de una .
La falta de O2 puede ser debida a diversas causas : desplazamiento del mismo por otros gases , absorción de este para realizar una reacción química (oxidación , etc. ).
La falta de O2 se puede encontrar a los tres niveles : parte superior , parte inferior, parte media , dependiendo principalmente de las densidades de los gases con los que se mezcla( ej. El metano al ser más ligero que el aire desplaza el O2 hacia abajo, el CO2 hacia arriba). La falta de O2 normalmente se detecta con células electroquímicas las cuales tienen una vida media de entre uno y dos años tanto si se usan como no ya que estos reacción continuamente con el O2 de la atmósfera.

3.5 Gases tóxicos

Unidades
Los gases tóxicos se miden en %vol., P.P.M.(partes por millón), mg/m3, P.P.B.(partes por billón) básicamente. Las equivalencias entre %vol. y P.P.M. es igual a 10000 P.P.M. por 1 % vol., ya que 1 millón/100%vol = 10.000 p.p.m por 1 % vol.

Una P.P.M. equivale 1000 P.P.B.

1 mg/m3 y P.P.M. tienen una relación pero no es tan directa , para su cálculo hay que aplicar la siguiente formula : mg/m3 = masa molecular x valor medido.

24.04

Por ejemplo:
Masas moleculares:
O : 16
C : 12
N: 14
H : 1
S : 32
Valor medido de sulfúrico H2S en P.P.M. : 20
Masa molecular H2S = H2 (1x2)+ S (32x1) = 34
34 = 1.41 1.41x 20 = 28.2 mg/m3
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Limites de exposición

Los límites de exposición es aquella concentración de gas a un tiempo determinado , partir de la cual se considera que como media empieza a afectar negativamente a las personas. Estos valores vienen expresados como VLA (valores limites ambientales) en dos tiempos VLA ED para una exposición media a 8 horas (una jornada de trabajo) y el VLA EC (para 15 min.) . Hay casos en los que algunos gases tienen VLA ED pero no VLA EC, en estos casos para tiempos cortos de exposición la máxima exposición de 30 min. entre 3 y 5 veces el VLA ED , y nunca sobrepasar de las 5 veces el VLA ED. Como consideración los VLA son valores medios establecidos por lo que hay metabolismos más sensibles que otros y por tanto que les puede afectar antes , recomendando de nunca trabajar al limite de los valores VLA . Los valores VLA se van actualizando por lo que es interesante irlos consultando para trabajar con valores correctos. Los valores VLA ED, VLA EC , son similares a los valores TWA y STEL respectivamente aun que en circunstancias muy concretas tiene alguna diferencia. Los valores a los que hemos de hacer referencia cuando realicemos mediciones para los VLA se han de tomas del Instituto nacional de Seguridad y Higiene ya que es la entidad competente para España.
En el caso que se presenten en un mismo ambiente de trabajo varios gases tóxicos es interesante saber si sus efectos son acumulativos ya que nos podríamos encontrar que con concentraciones inferiores al VLA por separado en conjunto al ser acumulativos sumando el porcentaje de VLAs estaríamos en una exposición peligrosa al superar el 100% .
El valor letal de un gas es aquel que se probado con ratas, matando la mitad de ellas en un tiempo determinado, por lo que puede ocasionar serios problemas inmediatos en las personas. Un gas tóxico puede creas efectos inmediatos creando la muerte en poco tiempo , caso de H2S , o CO que sin eliminar el O2 del ambiente impiden que este pase a la sangre creando una asfixia, pudiendo crear la muerte.
Hay gases tóxicos que a la vez pueden ser inflamables caso de : CO, oxido de etileno , amoniaco.

3.6 GASES MAS USUALES :

Monóxido de carbono
Es inodoro por lo que no se huele motivo por el cual es difícil de advertir, pudiendo causar efectos de somnolencia en valores por debajo del VLA, y en concentraciones superiores al VLA crea intoxicación hasta poder llegar a la muerte ya que impide que el O2 pase a la sangre. Su densidad es similar a la del aire . Su procedencia es principalmente de la mala combustión de motores, quemadores, etc, y de diversos procesos del metal. El limite de exposición VLA ED es de 25 p.p.m. aun que no tiene VLA EC , por ello se recomienda no trabajar por encima de 75 p.p.m. más de 30 min. y nunca sobrepasar 125 p.p.m. Se detecta principalmente con células electroquímicas, por su eficacia peso y coste.

METANO (CH4)
Es un gas no tóxico , pero si inflamable, con una densidad inferior a la del aire por lo que sube. Su procedencia es principalmente de la descomposición orgánica, minas, etc. No tiene olor , pero es la composición principal del gas natural al cual se incorpora un adorizante para detectar sus fugas.
Se detecta principalmente en la industria por sensores catalíticos en una escala del 0-100% LEL , al cual le puede afectar a la vida el H2S , los compuestos clorados, etc.

ACIDO SULFIDRICO
Es un gas que se caracteriza por su olor a huevos podridos. Su olor es perceptible por encima de 0.1 p.p.m. aun que en altas concentraciones no hace olor , sus efectos pueden provocar intoxicación o asfixia pudiendo llegar a matar . Generalmente se produce en descomposiciones orgánicas, y se puede encontrar en la extracción del petróleo. Es utilizado en diversos procesos industriales. En las plantas depuradoras y alcantarillas es el gas que nos podemos encontrar con más frecuencia. Su densidad es similar a la del aire y sus VLA están a VLA ED 1 p.p.m. y VLA EC 5 p.p.m. Es un gas que corroe con facilidad . Para su protección se utilizan filtros tipo B.
Se detecta normalmente con células electroquímicas las cuales dan un buen rendimiento, aun que algunas pueden dar interferencias cruzadas con otros gases principalmente con el CO.

DIOXIDO DE CARBONO(CO2)
En el ambiente tenemos cerca de 340 p.p.m. , 0.03 %vol. Es un gas inodoro y es más pesado que el aire. Se produce principalmente en , combustiones, descomposiciones orgánicas, fermentación, etc . Puede reducir el O2 en la sangre, pudiendo crear en casos extremos la muerte por asfixia. Sus valores VLA son 5000p.p.m. (0.5%vol) para el VLA ED y 15000p.p.m.(1.5%vol) para el VLA ED .
Normalmente se utiliza para detectarlos células infrarrojos , y últimamente se empiezan a utilizar electroquímicas.

CLORO (CL2)
Es una gas con una fuerte olor corrosiva y penetrante .Tiene un color entre verde y amarillo. Su densidad es superior a la del aire. Tiene una gran capacidad para oxidarse y reaccionar con otros gases, a la vez que lo observen con facilidad gran parte de los materiales. Se utiliza para el tratamiento de agua y en diversos procesos industriales como del PVC y blanqueamiento. Es irritante para los ojos y en el caso de querer proteger las vías respiratorias se recomienda utilizar filtros tipo B y mejor BE para proteger de las posibles reacciones que pueda tener el CL2 con otros gases . Los valores VLA son de 0.5 p.p.m. para el VLA ED y 1.5 p.p.m. para el VLA EC . Normalmente se utilizan células electroquímicas.

AMONIACO (NH3)
El NH3 es un gas alcalino que al igual que el CL2 tienen facilidad de reaccionar con otros gases. Se huele con facilidad y su densidad es inferior a la del aire por lo que es más ligero . Su utiliza en diferentes procesos industriales, así como refrigerante , o tratamiento del agua . Para su protección es necesario utilizar protección ocular y respiratoria tipo K como mínimo . Se utilizan normalmente células electroquímicas para su detección cuando los valores normales son inferiores a 3 p.p.m. y en caso de presencia continua de NH3 sensores electrolíticos.

OZONO (O3)
Es un gas muy inestable que se genera y descompone con facilidad. Es más pesado que el aire y se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas gracias a sus características esterilizantes. Pasa su protección es necesario utilizar filtros tipo A . Sus valores VLA son muy diversos ya que el O3 tiene VLA para tres grados de trabajo dependiendo si es , sedentario, activo o muy activo. Principalmente se detecta con sensores electroquímicos.


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