003 capÍtulos
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CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 Realidad problemática. En América Latina y el Perú aún no se conoce bien la magnitud
que alcanzan las enfermedades ocupacionales. La OIT estima, que en
países en vías de desarrollo, el costo anual de los accidentes y
enfermedades ocupacionales está entre el 2% al 11% del Producto Bruto
Interno (PBI), en el Perú es de aproximadamente $ 50,000 millones de
dólares americanos, es decir entre $1,000 y $5,500 millones de dólares
americano anuales, es posible disminuir estos costos con acciones
preventivas de bajo costo e inversión.
En el Perú, en el sector Salud, de conformidad a lo dispuesto en la
Ley del Ministerio de Salud, Ley No 27657 del año 2002, son dos las
instituciones que tienen competencias en salud ocupacional: el Instituto
Nacional de Salud (INS) cuya misión es desarrollar y difundir la
investigación y la tecnología en salud ocupacional; y la Dirección General
de Salud Ambiental (DIGESA) que es el órgano técnico normativo en los
aspectos de salud ocupacional a través de la Dirección Ejecutiva de Salud
Ocupacional (DESO), para lo cual coordina con los Institutos
Especializados, Organismos Públicos Descentralizados de Salud,
1
Órganos Desconcentrados y con la Comunidad Científica Nacional e
Internacional.
Los procesos de soldadura, especialmente los de arco, producen
una cantidad de humo apreciable que puede contener elevadas
concentraciones de contaminantes altamente peligrosos, estimándose
que más del 95% de los humos son respirables (Stern. R. M.). La
soldadura de acero inoxidable puede producir humos que contienen hasta
el 25% de compuestos de cromo distribuido en todas las formas posibles
de estados de oxidación y solubilidad, resultando prácticamente imposible
predecir su composición (Ebbe Thomsem M.Sc). Cuando está presente,
el cromo retenido después de ser inhalado puede llegar hasta el 38%
(Akselsson R. K., Desaedeleer G). Los resultados obtenidos en
diferentes estudios epidemiológicos no resultan coincidentes en cuanto al
aumento del riesgo de cáncer de pulmón en soldadores de acero
inoxidable (Diebold F., Hubert G) ya que, cuando se observa, dicho
aumento puede ser atribuido a la exposición no sólo a compuestos de
cromo presentes sino a otros contaminantes habituales en los humos
producidos en esta operación (níquel, cadmio, arsénico, berilio). La
exposición conjunta a otros contaminantes no directamente implicados en
el proceso como el amianto o el humo de tabaco (Langard S., Norseth)
también puede dar lugar a un incremento del riesgo de cáncer en
soldadores.
1.2 Antecedentes bibliográficos del problema.El Perú tiene una tradición milenaria en la que el trabajo es
considerado como un deber social. Durante la Conquista por los
españoles, el sistema productivo se modificó. Desde la Colonia hasta la
etapa Republicana se cimienta la coexistencia del modo de producción
variado que influye en el paso del Perú al proceso productivo industrial.
En 1911 se dio la primera Ley sobre Accidentes de Trabajo, Ley No 1378
(José Matías Manzanilla), norma pionera en la región y avanzadísima
para su época, introduce la teoría de responsabilidad por riesgo, quien
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crea un puesto de trabajo está creando un riesgo, no siendo necesario
demostrar la culpa del empresario pues éste responde al riesgo existente
en el trabajo por él creado. Los empresarios para cubrirse de esta
responsabilidad aseguraban a sus trabajadores contratando pólizas con
seguros privados; esto duró 60 años.
En 1957 el Departamento de Higiene Industrial se transforma en
Instituto de Salud Ocupacional (ISO), durante este periodo se realizaron
diversos estudios de investigación: “Diámetro transverso del corazón en
los mineros de altura”, Diversos Estudios sobre Control de Polvos
Contaminantes en Plantas Mineras” , “Silicosis” , “Tuberculosis y Mal de
Montaña Crónico”, “Intoxicación por Insecticidas en valles de Cañete,
Chincha, Pisco e Ica”, “Visita de inspección y control de las condiciones
de trabajo”, “Investigación sobre la correlación del factor tiempo,
concentración y la Silicosis”, “Diagnóstico de Silicosis”, “Límites
Fisiológicos de Adaptación a la Altura - Factores Hemáticos y
Cardiopulmonares”, “ Metabolismo Basal en el Frío”, “ Aplicación de la
Cromatografía de Gases a los Estudios de Ventilación Pulmonar”. Fue el
Centro de Capacitación Profesional Especializado a nivel latinoamericano.
El ISO en 1985 se eleva a la categoría de Instituto Nacional de Salud
Ocupacional (INSO).
De 1990 a 1994 el INSO sufrió cambios, integrándose a la
Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA), en esta década el
campo de la salud ocupacional fue minimizado por la corriente
ambientalista. En abril de 2001 mediante R.M. No 223-2001-SA/DM, la
Dirección Ejecutiva de Salud Ocupacional se incorpora en el Reglamento
de Organización Y funciones (ROF) de la DIGESA. En Julio de 2001 el
INSO, pasa a ser un órgano desconcentrado de la estructura orgánica del
Ministerio de Salud, denominándose Instituto de Salud Ocupacional
“Alberto Hurtado Abadía”. Mediante la promulgación de la Ley del
Ministerio de Salud, Ley No 27657 publicada en Enero del 2002, se crea
el Centro Nacional de Salud Ocupacional y Protección del Ambiente para
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la Salud (CENSOPAS), como integrante del Instituto Nacional de Salud
(INS), órgano descentralizado del MINSA.
En Noviembre de 2002 según el D.S. Nº 014-2002-SA Reglamento
de Organización y Funciones del MINSA, la Dirección Ejecutiva de Salud
Ocupacional (DESO) se ubica en la estructura orgánica de la DIGESA. El
23 de Mayo del 2003, se les asigna funciones de salud ocupacional a las
Direcciones de Salud y Direcciones de Redes de Salud, según R.M Nº
573-2003-SA/DM, Reglamento de Organización y Funciones, habiéndose
constituido en el 2004 las Unidades de Salud Ocupacional como
componente organizacional de las Direcciones Ejecutivas de Salud
Ambiental (en las 34 DESAs) de las Direcciones Regionales de Salud
(DIRESAs) y Direcciones de Salud (DISAs), las mismas que vienen
realizando acciones de vigilancia de salud ocupacional en las regiones del
país.
Los diferentes tipos de soldadura por arco eléctrico tienen en
común el hecho de utilizar elevadas temperaturas para conseguir la fusión
de los metales que intervienen en el proceso. Esta fusión implica la
dispersión en el aire de partículas muy finas de compuestos metálicos,
sales y óxidos, y la emisión de diversos gases formados por las
reacciones químicas que tienen lugar alrededor del punto de soldadura.
Con el nombre de “humos de soldadura” se designa habitualmente a la
totalidad de los contaminantes emitidos, tanto materia particulada como
gases (Shane Ashby H.). La formación de humos sigue diferentes
mecanismos: las partículas más pequeñas se forman por condensación
de los metales vaporizados, mientras que las más gruesas se producen
por aglomeración posterior de las partículas finas. De forma aproximada
puede señalarse que el 85% de partículas presenta un tamaño inferior a 1
m (Neulicht R., Holt C F).
Diferentes componentes están presentes en los humos emitidos
por los diferentes procesos de soldadura, su distribución, tanto cualitativa,
cuantitativa, estado de oxidación y solubilidad de los compuestos
formados, está determinada por tantas variables que resulta
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prácticamente imposible establecer generalizaciones. A pesar de esto, los
datos recogidos en la bibliografía están de acuerdo en señalar que, en
relación con los procesos GMAW, en la soldadura SMAW se encuentra
una mayor presencia tanto de compuestos de cromo hexavalente como
de cromo total. Cuando se utilizan electrodos que contienen cromo, la
concentración del cromo hexavalente puede alcanzar el 5% del total de
los humos en forma de cromatos o dicromatos de sodio y potasio. Estos
elementos metálicos se encuentran como silicatos en el recubrimiento de
los electrodos (Dennis J. H).
Los vapores de soldadura son vapores de metales tóxicos que
generalmente tienen diferentes composiciones, dependiendo de los
metales que se usan para soldar. Por este motivo contienen varias
sustancias contaminantes. Los tipos de vapores y gases se producen
durante el proceso de soldadura son: monóxido de carbono, fluoruro de
hidrógeno, óxido de nitrógeno y ozono y Vapores como molibdeno, níquel, vanadio, óxidos de zinc, fluoruro, óxido de hierro, plomo, manganeso, aluminio, Berilio, óxidos de cadmio, cromo, cobre
El Standard de la oficina federal de OSHA 29CFR1910.252 cubre
requisitos de seguridad específicos, en la siguiente tabla se exponen los
valores límites permisibles (There sold).
Tabla 1.1 Contaminantes en soldadura
CONTAMINANTES EN SOLDADURA
Contaminantes TLV ( mg/m3) Contaminantes TLV
Óxido de Hierro 5 Ozono (0.05-0.1) p.p.m.
Óxido de Cromo 0.5 NO2 3 p.p.m.
Óxido de Aluminio 10 CO 25 p.p.m
Óxido de Níquel 1 CO2 500 p.p.m
Óxido de Cobre 0.2 Fosgeno (0.02-0.08) p.p.m
Óxido de Plomo 0.15 Humos (NCOF) 5 mg/m3
Óxido de Zinc 5
5
La concentración de los distintos contaminantes en el ambiente de
trabajo es el criterio usado para la evaluación de la exposición y
representa las condiciones bajo las cuales se cree que la mayoría de los
trabajadores pueden estar expuestos repetidamente día a día sin sufrir
efectos adversos en la salud.
En España hay 3 categorías o clases de valores límites permisibles:
o Valor límite permisible ponderado en el tiempo (TLV-TWA) Es la
concentración promedio para un día normal de trabajo de 8 horas o
una semana de 40 horas y a la cual puede estar expuesto el
trabajador sin sufrir efectos adversos en su salud.
o Valor límite permisible para breve tiempos de exposición (TLV-
STEL) Es la concentración máxima a la cual pueden estar expuestos
en forma continua los trabajadores durante un período no mayor de 15
minutos sin sufrir irritación, alteraciones crónicas e irreversibles en los
tejidos, narcosis que reduzca la capacidad de trabajo o aumente la
posibilidad de accidentes. Solo se permiten 4 exposiciones diarias a
esta concentración máxima y además los intervalos entre las
exposiciones no pueden ser inferiores a 60 minutos.
o Valor límite techo (TLV- Ceiling) Es la concentración que no debe
ser superada en ningún instante de la jornada diaria de trabajo.
Los Indicadores ambientales de la exposición en el Perú, la
catalogación es hecha por Centro de Documentación OPS/OMS en el
Perú Manual de Salud Ocupacional / Ministerio de Salud. Dirección
General de Salud Ambiental. Dirección Ejecutiva de Salud Ocupacional. –
Lima: Dirección General de Salud Ambiental, 2005 98 p. SALUD
OCUPACIONAL / LEGISLACION LABORAL / RIESGOS LABORALES /
PERU, sobre “la protección de la salud y seguridad de los trabajadores
contra los riesgos relacionados con los agentes químicos durante el
trabajo”, define los VLA (Valores Límite Ambientales) como valores de
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referencia para las concentraciones de los agentes químicos en la zona
de respiración del trabajador.
Los VLA representan concentraciones por debajo de las cuales se
cree que casi todos los trabajadores pueden estar expuestos
repetidamente día tras día sin sufrir efectos adversos para la salud. Sin
embargo, dada la gran variabilidad en la susceptibilidad individual, es
posible que un pequeño porcentaje de trabajadores experimente malestar
ante algunas sustancias a concentraciones iguales o inferiores al límite,
mientras que un porcentaje menor puede resultar afectado más
seriamente por el agravamiento de una condición que ya existía
anteriormente o por la aparición de una enfermedad profesional.
Los valores límite se basan en la información disponible obtenida
mediante la experiencia en la industria, la experimentación humana y
animal y, en ocasiones, por la combinación de las tres. La base sobre la
que se establecen los valores límite puede diferir de una sustancia a otra;
para unas, la protección contra el deterioro de la salud puede ser un factor
que sirva de guía, mientras que para otras la ausencia de irritación,
narcosis, molestias u otras formas de malestar puede constituir la base
para fijar dicho valor. Los daños para la salud considerados se refieren a
aquellos que disminuyen la esperanza de vida, comprometen la función
fisiológica, disminuyen la capacidad para defenderse de otras sustancias
tóxicas o procesos de enfermedad, o afectan de forma adversa a la
función reproductora o procesos relacionados con el desarrollo.
Los valores límite para compuestos de cromo varían según el país
de que se trate. En la tabla 1.2 se muestran los valores límite ambiental
propuesto por diferentes países en el año 2001 (Health Safety and Environment Guidelines for Chromium).
Tabla 1.2 Valores límite ambiental de exposición para compuestos de cromo (2001)
PAIS COMPUESTO DE CROMO LIMITE DE EXPOSCIÓN
(mg/m3)Finlandia Compuestos de Cr, Cr(II) y Cr(III) 0.5
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Compuesto de Cr (VI) 0.05Francia Cr metálico
Compuesto de Cr (VI)0.5
Alemania Compuesto de Cr(VI) Excepto insolublesCompuesto de Cr(VI) en humos soldadura SMAWOtros compuesto de Cr (VI)
0.050.05
0.025
Japón Compuestos de Cr(VI) 0.05Reino Unido
Cromo metálico y compuestos de Cr(III)Compuestos de Cr(VI)
0.50.05
En Perú se han utilizado estándares ambientales a ser requeridos
durante el desarrollo del Proyecto Pisco. La selección del estándar se
basó en un análisis de la legislación tanto peruana como internacional
como así también guías de diversos organismos, respecto a calidad de
aire, calidad de agua, ruido, vertidos, manejo de residuos sólidos , en lo
que se refiere al elemento Cromo+6, se utilizó 0,1 (mg/l) como valor límite
y este dato se tomó de acuerdo al Banco Mundial, el cual es un estándar
para vertido de efluentes de calidad de agua de mar , en el diario El
Peruano - Edición del 06/07/2005 - Pagina 32 proporciona los VALORES
LIMITE PERMISIBLES PARA AGENTES QUIMICOS CANCERIGENOS
EN EL AMBIENTE DE TRABAJO como el Cromo (VI) compuesto soluble,
esto es Cr. 0.05 mg/m3, sin embargo no hay normativa vigente sobre
contaminantes en soldadura.
Las tablas 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4, referentes a los valores límite
adoptados por diferentes países, podemos analizar lo siguiente:
1. La diferenciación del mayor número de especies de cromo para la
asignación de valores límite de exposición ambiental específicos,
corresponde a la ACGIH.
2. En relación con la valencia, a los compuestos de cromo
hexavalente se le asigna un valor límite menor que a los
compuestos de cromo trivalente y que el cromo elemental teniendo
en cuenta la mayor toxicidad de los primeros.
3. En cuanto a la solubilidad de los compuestos de cromo
hexavalente, los valores límite establecidos para compuestos
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insolubles son inferiores a los de los compuestos solubles, tal vez
por la posible asociación que se hace entre poder cancerígeno y
solubilidad.
4. En relación con los valores adoptados por el resto de los países
considerados, cabe destacar que la práctica totalidad de los
mismos sólo tienen en cuenta como criterio diferenciador de dichos
valores la valencia del cromo en el compuesto.
Un valor específico para cromo hexavalente en humos de
soldadura SMAW con electrodos revestidos ha sido propuesto por
Alemania, diferenciando también, como criterio general, los valores límite
ambientales asignados a los diferentes compuestos de cromo según la
valencia del elemento en los mismos. De las consideraciones realizadas
en relación con los diferentes valores límite ambientales propuestos para
evaluar la exposición laboral, se deduce fácilmente la necesidad de
disponer de un método analítico que dé respuesta a la gama más amplia
de requerimientos, permitiendo la determinación diferencial de las
distintas especies de cromo atendiendo tanto a la valencia del elemento
en el compuesto como a la solubilidad de éste, teniendo en cuenta que, si
bien el primer concepto resulta inequívoco, cuando se hable de
solubilidad es preciso especificar el medio al que está referido.
1.3 Marco teórico.La soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) opera
mediante el calentamiento del metal con un arco eléctrico entre un
electrodo de metal recubierto, y los metales a ser unidos. El arco es
creado entre el electrodo y la pieza de trabajo debido al flujo de
electricidad. Este arco provee calor, o energía, para fundir el metal base,
metal de aporte y recubrimiento del electrodo. A medida que el arco de
soldadura avanza, deja detrás metal de soldadura solidificado cubierto por
una capa de fundente, conocido como escoria. Esta escoria tiende a flotar
fuera del metal debido a que solidifica después que el metal fundido haya
solidificado. Otra característica es la presencia de gas de protección,
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producido cuando el recubrimiento del electrodo es calentado y
descompuesto.
Figura 1.1 Esquema del proceso SMAW (De Roy Neulicht y Charles F Holt
Emission Factors for Electric Arc Welding. MRI Project nº 4601-02. 1994)
En el proceso de soldadura por arco con gas de protección y
usando electrodo de Tungsteno (GTAW), el electrodo usado no se
consume durante la operación de soldadura. En este caso el Tungsteno
es puro o aleado, y tiene la capacidad de soportar temperaturas muy
altas, incluso aquellas del arco de soldadura. Por esto, cuando pasa la
corriente, se crea un arco entre el electrodo de tungsteno y la pieza.
Cuando se requiere metal de aporte, se debe agregar en forma externa,
usualmente manual, o usando algún sistema de alimentación mecánica.
La totalidad de la protección del arco y del metal se alcanza a través del
uso de gases inertes que fluyen fuera de la buza rodeando al electrodo de
tungsteno.
El cordón de soldadura depositado no tiene escoria que quitar
debido a que no se usa fundente. Como con los otros procesos, hay un
sistema donde distintos tipos de electrodos de tungsteno pueden
identificarse fácilmente. Las denominaciones consisten en una serie de
letras comenzando con una “E” que se pone por electrodo. Luego viene
una “W" que es la designación química para el tungsteno. Estas letras
están seguidas por letras y números que describen el tipo de aleación.
Hay cinco clasificaciones diferentes, se diferencian comúnmente usando
un sistema de códigos de colores.
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El desarrollo de la soldadura mediante el proceso GTAW, también
denominado TIG, hace que sean soldaduras más limpias y puras
comparadas con otros métodos. La soldadura mediante el proceso TIG
efectúa la unión del metal por medio del calentamiento que produce el
arco eléctrico. Una Terminal es generalmente un electrodo de tungsteno,
de elevado punto de fusión (3301ºC), y la otra es la pieza que se va a
soldar.
La presencia de torio y circonio ayuda en mejorar las
características eléctricas, haciendo al tungsteno ligeramente más emisor.
Esto significa únicamente que es más fácil iniciar el arco con estos
electrodos con torio y circonio que en los casos de electrodos de
tungsteno puro. El tungsteno puro es más frecuentemente usado para
soldar aluminio, debido a su habilidad para formar una terminación con
forma esférica en el extremo cuando es calentado.. El tipo EWTh- 2 es el
más comúnmente usado para la unión de materiales ferrosos.
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Figura 1.2 Proceso de soldadura GTAW (De Roy Neulicht y Charles F. Holt
Development of Particulate and Hazardous Emission Factors for Electric Arc Welding)
El procedimiento GTAW es poco “emisivo” y por ello, su utilización
debería ser recomendada siempre que fuese técnicamente viable, ya que
permite una considerable disminución de la exposición de los trabajadores
a humos de soldadura (Diebold F., Hubert G). Aunque es muy difícil
hacer estimaciones precisas, se considera que las concentraciones
medias diarias de humo de soldadura son bajas (1-2mg/m3) en la zona de
respiración del trabajador durante la operación de soldadura TIG (Saito H). A veces se ha llegado a indicar que aunque los compuestos de cromo
hexavalente pueden estar presentes en los humos procedentes del
proceso de soldadura GTAW, sus niveles son demasiado bajos para
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hacer una estimación precisa de la cantidad, especialmente si se tiene en
cuenta la presencia relativamente alta de compuestos de cromo trivalente
(Lautner G. M).
En la siguiente figura se pretende explicar la formación de Cr (VI)
en un proceso de soldadura por arco
Fig. 1.3 Formación de Cr hexavalente en GTAW Annals of Occupational Hygiene 46:1, 43-48. 2002.
La oxidación es un factor critico en la evaluación de las actividades
de los compuestos de Cromo, este elemento existe en variadas formas y
estados de oxidación de los cuales Cr(VI) y Cr(III) son de mayor interés,
Cr (VI) es mas toxico que Cr(III) (M.D Cohen, B. Kargochin, C.B Klein)
El análisis termoquímico evalúa el potencial de oxidación de la
mezcla de gas, la estabilidad termoquímica del metal condensado y fases
oxidadas y la presión de vapor de las especies en las fases condensadas,
están en función de la temperatura y contenido de oxigeno en la mezcla
de gas. La ecuación básica es:
ΔGo = -RTlnKP
Para un metal puro, la energía libre de evaporación es:
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ΔGoE = -RTlnPA
o
Si es no puro, el cambio de energía libre de evaporación es:
ΔGE = ΔGoe – ΔĜ
Donde: ΔĜ, es la energía libre parcial de mezcla
Para la reacción:
ASOLUCIÓN ↔ AGAS
Donde A es el metal evaporado de la aleación
El cambio de energía libre total es:
ΔGoTOTAL = RT ln [ PĀ/ PA
O ] = RT ln aA
Las especies volátiles son formadas por evaporación directa y por
la adición o remoción de oxigeno de Cr(s,l) y Cr2O3(s,l) respectivamente.
La siguiente tabla muestra las reacciones químicas para Cr-O así como
de especies volátiles y la fase condensada Cr(s,l) y Cr2O3(s,l)
Tabla 1.3 Reacciones química de Cr-O
Cr(s,l) ↔ Cr(g)
Cr(s,l) + 0.5O2 ↔ CrO(g)
Cr(s,l) + O2 ↔ CrO2(g)
Cr(s,l) + 1.5O2 ↔ CrO3(s)
Cr(s,l) + 1.5O2 ↔ CrO3(g)
2Cr(s,l) + 1.5O2 ↔ Cr2O3(s,l)
Equilibrio sobre Cr2O3 (s,l)
2Cr(g) + 1.5O2 ↔ Cr2O3(s,l)
2CrO(g) + 0.5O2 ↔ Cr2O3(s,l)
2CrO2(g) ↔ Cr2O3(s,l) + 0.5O2
2CrO3(g) ↔ Cr2O3(s,l) + 1.5O2
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La reacción de oxidación de Cr puede ser escrita como:
X Cr+ + Y O2 ↔CrxOy
Ln [P CrxOy/P o2Y aCr
X ] = - [ΔGo/RT]
Podemos observar que la presión parcial de los óxidos de cromo
son función de la To y de la presión parcial de oxigeno contenido en el gas
protector, al aumentar la temperatura disminuye la presencia de CrO3 (g) y
aumenta la estabilidad de Cr(g) y CrO (T.W.Eagar, Sc. D, P. Sfee Catan, N.T. Jenkins)
El cromo es un metal blanco grisáceo, duro, brillante y frágil que
funde a 1890 ºC tiene estructura Hexagonal a temperatura ambiente,
número atómico 24, peso atómico 52 gr./mol y densidad 7,2 g/cm 3, y tiene
un punto de ebullición de 2672 ºC. Sus estados de oxidación son +2, +3 y
+6 aunque el estado divalente es inestable y se oxida rápidamente a la
forma trivalente. Para el elemento y para sus disoluciones acuosas, el
estado de oxidación más estable es el de +3, cuya característica más
sobresaliente es la capacidad de formar un gran número de complejos
muy estables desde el punto de vista termodinámico. En su estado de
oxidación más alto forma compuestos con un gran poder oxidante
(Langard S., Norseth T). En los ambientes laborales solamente tienen
importancia el cromo metal y los compuestos de cromo trivalente y
hexavalente (Chromium). Sin embargo, en los materiales biológicos el
cromo se encuentra probablemente siempre en forma trivalente, excepto
durante un corto periodo después de la exposición que puede encontrarse
en forma hexavalente (Harzdorf C., Lewalter J.).Cromo tiene buena resistencia a los agentes corrosivos ordinarios,
esto lo hace interesante para múltiples aplicaciones industriales
especialmente en los aceros inoxidables. El metal se disuelve con relativa
facilidad en ácidos minerales no oxidantes como ácido clorhídrico o
sulfúrico, pero no es atacado por agua regia ni por ácido nítrico. Si no se
requiere que esté puro, se obtiene por reducción en un horno con carbón
a partir de cromita de hierro, FeCr2O4, que es una espínela (óxido doble
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de metal divalente y trivalente) que contiene cromo trivalente en los
lugares octaédricos y hierro divalente en los tetraédricos. También puede
obtenerse mediante un proceso más complejo si se requiere mayor
pureza.
En sistemas biológicos, los dos estados de oxidación en los que se
encuentra el cromo son +3 y +6, se manifiestan de forma muy diferente en
cuanto a su comportamiento bioquímico y toxicológico (G. Wuilloud). En
relación con los procesos metabólicos básicos en los que interviene este
elemento, cabe destacar los siguientes aspectos: como la Absorción que
se produce por contacto dérmico, ingestión e inhalación, siendo esta
última la principal vía en la exposición laboral a dicho elemento. En
general, los compuestos solubles de cromo hexavalente son absorbidos
más rápidamente por cualquier vía (Gil Tocados G.).En la sangre, el cromo se encuentra, principalmente en estado
trivalente, en el hígado, el bazo, el riñón, tejidos blandos y hueso (Gil Tocados G). En personas expuestas profesionalmente a cromo puede
detectarse en los pulmones una cantidad significativa en forma trivalente
e insoluble (Friberg L). El cromo puede encontrarse en el feto y en
neonatos. El hecho de que una dieta rica en cromo en ratas gestantes
implique un aumento del metal en el feto, indica el paso de dicho
elemento a través de la placenta especialmente en forma hexavalente (Gil Tocados G).
Cromo trivalente presente en la corriente sanguínea, ya sea por
absorción o por reducción de cromo hexavalente en plasma, se elimina
por la orina (Harzdorf C., Lewalter J). En menor grado puede eliminarse
también a través de otras vías más lentas como bilis, descarnación de la
piel (células, pelo, sudor) y heces. En personas no expuestas, la
concentración normal en suero oscila entre 1-3 nmol/l y en orina entre 2-
10 nmol/l (Brune D). Los riesgos para la salud de las personas expuestas
a cromo y sus compuestos están determinados básicamente por el grado
de oxidación del elemento y por la solubilidad del compuesto. Otros
factores a tener en cuenta son la vía de entrada, el tamaño de partícula y,
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evidentemente, el nivel de exposición. Los principales órganos diana,
donde se ejerce la acción tóxica, son la piel, el tracto respiratorio y los
riñones (Harzdorf C., Lewalter J y Friberg L).
Cromo trivalente es considerado un elemento esencial para el
mantenimiento de la tolerancia normal a la glucosa, al colesterol y para el
metabolismo de los ácidos grasos (Gil Tocados G). Su presencia también
se ha relacionado con determinadas funciones psicológicas (Harzdorf C., Lewalter). Aunque se han descrito efectos debidos a deficiencia de
cromo, como intolerancia a la glucosa y neuropatías (Gil Tocados G y Harzdorf C., Lewalter), no se ha logrado definir cuantitativamente el
requerimiento diario de cromo en la alimentación (Friberg L). Por el
contrario, se considera que los compuestos de cromo hexavalente
presentan diferentes efectos nocivos para los humanos expuestos,
algunos de ellos de carácter grave (Hsien-Wen K., Mei-Liang W y Huang Y-L., Chen C-Y., Sheu J-Y., Chuan Chuang I).
El contacto directo de los compuestos de cromo hexavalente con la
piel puede dar lugar a dermatitis de tipo irritativo o alérgico. En el primer
caso, se origina una reacción inflamatoria no alérgica, mientras que en el
segundo se produce una reacción de hipersensibilidad de tipo retardado.
También los compuestos de cromo trivalente pueden resultar irritantes o
producir alergias en personas susceptibles (Bulikowski W., Tyras H). La
diferencia en la capacidad de sensibilización entre los dos estados de
oxidación se debe a la facilidad del cromo hexavalente para pasar a
través de la piel intacta, siendo posteriormente reducido a estado
trivalente, que es capaz de formar enlaces covalentes con proteínas u
otros componentes de la piel para formar alérgenos. Una vez desarrollada
la sensibilización, pequeñas cantidades de cromo trivalente pueden dar
lugar a reacciones alérgicas en la piel. Si existen pequeñas heridas en la
epidermis pueden aparecer úlceras de diversa gravedad inducidas por la
acción corrosiva de los compuestos crómicos. A veces estas úlceras
resultan indoloras y, aunque su desarrollo es lento, pueden permanecer
durante meses (Friberg L).
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Un efecto característico de la exposición a cromo hexavalente es la
irritación de la mucosa, puede producir ulceraciones que se desarrollan
cuando el agente se encuentra en el ambiente en forma de nieblas o
como materia finamente particulada en concentraciones de 0,1 mg/m 3
aproximadamente. Cuando las ulceraciones se producen a ambos lados
del septo, se produce una necrosis local del cartílago y la consiguiente
perforación del mismo (Friberg L y Lee C. R., Yoo C. I., Lee J. H., Kang S. H). Aunque mucho menos frecuentes que las alergias cutáneas, se han
descrito crisis de asma bronquial en trabajadores expuestos a cromo
hexavalente. Diferentes autores han aportado pruebas de que la crisis
asmática puede aparecer entre 4 -8 horas después de la exposición
(Friberg L). La inhalación de polvo y humos procedentes de la fabricación
de dicromato a partir de cromita puede provocar irritación faríngea, tos,
bronquitis crónica, sensación de dolor retroesternal y broncoespasmo (Gil Tocados G).
Se han estudiado diferentes efectos de la exposición de
trabajadores a compuestos de cromo hexavalente sobre la reproducción.
Se puede producir retraso en la concepción (Rachootin P., Olsen J.), aumento del riesgo de reducir la calidad del esperma en soldadores de
acero inoxidable debido a una disminución significativa en el recuento y
en la movilidad de los espermatozoides, así como una disminución
significativa de la actividad de algunos enzimas presentes en el semen en
relación con el grupo control (Li H y Zheng Y., Bonde J. P., Ernst E., Mortensen J. T., Egense).
Estudios epidemiológicos realizados en un elevado número de
trabajadores de una planta de cromatos han concluido que hay suficiente
evidencia de que todas las formas de cromo son cancerígenas. Por tanto,
de ser ciertas estas conclusiones, el riesgo de sufrir esta enfermedad no
estaría limitado a la forma hexavalente, que es identificada con el cromo
soluble por algunos autores, y se mantendría la hipótesis de que la
presencia de cromo trivalente o insoluble produce un incremento del
riesgo de cáncer (Mancuso T. F.). Algunos autores, no obstante, señalan
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diferentes errores en el análisis de los datos anteriores. La hipótesis
comentada implica la identificación del cromo trivalente con el cromo
insoluble y del cromo hexavalente con el cromo soluble en agua, sin
embargo, dichos autores señalan que tanto la especie hexavalente como
trivalente pueden formar compuestos que cubren una gama de solubilidad
muy amplia que abarca desde compuestos altamente solubles en agua
hasta muy insolubles (Proctor D. M).
Los VLB (Valores Límite Biológicos) son índices de referencia para
evaluar los resultados del control biológico y representan los niveles de
los determinantes que se observan en las muestras tomadas en los
trabajadores sanos que han estado expuestos por inhalación a los
compuestos químicos en el mismo grado que el VLA. Las excepciones
con respecto a lo anterior son los VLB para los compuestos químicos
cuyos VLA están basados en la protección frente a los efectos no
sistémicos ( irritación o deterioro respiratorio) en donde es conveniente
realizar el control biológico debido a la absorción potencial significativa a
través de una vía adicional de entrada (generalmente la vía dérmica). El
VLB generalmente representa la concentración por debajo de la cual la
mayor parte de los trabajadores no deberían experimentar efectos
adversos para la salud. El determinante propuesto como VLB puede ser el
mismo compuesto químico, uno o más metabolitos o un cambio
bioquímico reversible característico inducido por el propio compuesto. El
control biológico permite detectar y determinar la absorción por vía
dérmica o por el sistema gastrointestinal, valorar el contenido corporal,
reconstruir la exposición pasada en ausencia de otras medidas de
exposición y detectar la exposición no laboral entre los trabajadores
(A.C.G.I.H).
Por lo anterior expuesto pretendemos estudiar Cuál es el efecto del
proceso de soldadura por arco eléctrico SMAW y GTAW en la cantidad de
Cr (VI) soluble, Cr (VI) insoluble, presentes en los humos de soldadura
producidos al soldar un acero inoxidable
19
Pensamos que al realizar la unión modificando los procesos de
soldadura por arco, se obtiene en los humos de soldadura lo siguiente:
o Hay diferencias significativas en los contenidos de Cr (VI) soluble,
Cr (VI) insoluble, al variar el proceso de soldadura por arco.
o Mayor nivel de Cr (VI) soluble e insoluble, en los humos de
soldadura generados mediante el proceso SMAW.
o Menor nivel de Cr (VI) soluble e insoluble, en los humos de
soldadura generados mediante el proceso GTAW.
En aspectos de globalización, los cambios en el mundo del trabajo
han sido tan vertiginosos y rápidos como en el campo de la informática y
de las comunicaciones, afectando a la salud de los trabajadores. Es por
ello que creemos conveniente estudiar la composición de agentes
contaminantes producidos en los humos de soldadura por arco. Este
estudio se centra en la determinación de compuestos de cromo presentes
en los humos de soldadura. Planteamos el estudio de los procesos de
soldadura SMAW y GTAW, por ser los más frecuentemente utilizados en
la industria. Para ello, se ha diseñado un sistema experimental que
permite generar humos de soldadura de características muy similares a
las que se dan en procesos industriales reales, bajo condiciones
controladas. Para conseguir resultados reproducibles se han controlado
las posibles variables que pueden influir en el proceso como el voltaje,
intensidad, características del metal base, composición del electrodo, etc.
Por lo anterior expuesto nos planteamos el siguiente problema de
investigación:
1.4 Problema de investigación.¿Cuál es el efecto del proceso de soldadura por arco eléctrico
SMAW y GTAW en la composición de los humos de soldadura de un
acero inoxidable austenítico AISI 316?
20
1.5 HipótesisLa composición de elementos contaminantes en humos en el
proceso de soldadura GTAW es menor que en el proceso SMAW.
1.6 Objetivos
1.6.1 Objetivo principal.Determinar el efecto del proceso de soldadura por arco eléctrico
SMAW y GTAW en la composición de los humos de soldadura de un
acero inoxidable austenítico AISI 316.
1.6.2. Objetivos específicos.o Determinar analíticamente los compuestos de cromo (VI) soluble e
insoluble, presentes en humos de soldadura de acero inoxidable
austenítico para el proceso GTAW.
o Determinar analíticamente los compuestos de cromo (VI) soluble e
insoluble, presentes en humos de soldadura de acero inoxidable
austenítico para el proceso SMAW.
1.7 ImportanciaEs conveniente estudiar la composición de agentes contaminantes
producidos en los humos de soldadura por arco en aceros inoxidables,
debido a la alta cantidad de sus contenidos de elementos cancerigenos
como cromo por ello el estudio de los procesos de soldadura SMAW y
GTAW, Para ello se ha diseñado un sistema experimental que permite
generar humos de soldadura de características similares a las que se dan
en procesos reales. Se han controlado las posibles variables del proceso.
21
CAPITULO IIMATERIAL Y MÉTODOS
2.1 Material.2.1.1 Población
Como material de estudio se ha seleccionado el acero un acero
Inoxidable austenítico, el cual tienen las siguientes características:
ANALISIS DE MUESTRAS : ACERO INOXIDABLE
C Mn S Si Cr P V Ti Nb Mo Cu Ni Sn Al B Ca
0,040 1,96 0,0 0,363 15,20 0,024 0,090 0,010 0,021 0,235 0,271 8,16 0,022 0,012 0.32 0.0012
Por Absorción atómica
Tabla 2.1. Características del material base AISI 316.
Para la unión por soldadura se han realizado los procedimientos de
soldadura SMAW y GTAW cuyas especificaciones de los procedimientos
de soldadura se muestran a continuación:
22
Tabla 2.2 Especificaciones de los procedimiento de soldadura.
SMAW GTAW
Metal de Aporte E308-16 (AWS A5.4) ER308L (AWS A5.9)
Clase de electrodo - EW Th-1 (AWS A 5.12)
Diámetro 3.97 mm 1.58 mm
Gas de Protección - Ar (100%)
Flujo de gas - 3 lt/min
Transferencia - -
Tipo de Corriente DC(+) DC(-)
Amperaje 125 120
Voltaje 28 v
Posición Plana Plana
Los humos que se generan en la soldadura por arco eléctrico de
aceros inoxidables pueden contener en su composición varios
compuestos en forma cristalina en todos sus posibles estados de
oxidación y diferentes solubilidades, muchas veces formando compuestos
y complejos de diversa naturaleza, esta composición en humos depende
no solo de la composición química de los elementos presentes en el
material base, no también en los materiales de aporte, estos datos fueron
proporcionados por el fabricante los cuales se adecuan a las normas
AWS para materiales de aporte.
Tabla 2.3 Especificaciones de los Materiales de aporte
% C % Mn % Cr % Ni % P % S
E308-16 (AWS A5.4)
0.03 0.9 19 9.9 0.02 0.02
ER308L (AWS A5.9)
0.025 1.8 20.5 10.0 0.02 0.02
23
2.1.2 MuestraLas muestras se han obtenido mediante la captación de humos de
soldadura con filtros, sobre el que queda retenida el material particulado,
el número de filtros ha sido de 8 por prueba de soldadura realizamos 1
pruebas por cada proceso de soldadura haciendo un total de 16 filtros
para los 2 procesos (GTAW y SMAW) El tiempo de muestreo fue, en
todos los casos, de 10 minutos y el caudal de aspiración de la bomba de 2
l/min.
Después de obtenidos los filtros se analizaron los elementos Cr(VI)
Insoluble, Cr(VI) soluble, en cada uno de ellos. La determinación de estos
elementos permitirá dar respuesta al problema del presente trabajo que
es evaluar el riesgo por exposición laboral a estos agentes contenidos en
los humos de soldadura de arco eléctrico en aceros inoxidables.
2.1.3 Unidad de análisis Resulta prioritario, antes de utilizar cualquier técnica de detección,
una separación de las distintas especies de acuerdo con los valores límite
que sea preceptivo utilizar. Esta separación puede llevase a efecto
mediante operaciones previas, como sucede cuando la técnica que se va
a utilizar para la detección final es la espectrometría de absorción atómica
con llama (Paleólogos E.K y López-García I., Merino Meroño B., Campillo N., Hernández-Córdoba M ) o con atomizador electrotérmico
(Šcancar J., Milacic R. A).
En este trabajo el proceso analítico consta de tres etapas básicas:
1. Lixiviación y pretratamiento. En esta primera etapa el filtro de
captación se trata, con una disolución reguladora ligeramente alcalina
durante un tiempo variable, aunque siempre menor de 60 minutos, y a
una temperatura que oscila entre la ambiental y los 80ºC. El
24
pretratamiento, posterior a la lixiviación, se reduce a una dilución con
una disolución igual o similar a la utilizada en la extracción primitiva y a
una filtración del material extraído.
2. Separación. La separación puede realizarse en una operación previa
mediante cromatografía en columna o con resina líquida, o mediante
un proceso “en línea” en el mismo instrumento analítico.
3. Detección. Dentro de esta fase se considera de forma independiente la
determinación de las dos especies separadas en las anteriores etapas:
cromo hexavalente y cromo total soluble. Para la determinación de la
primera especie se utilizan la espectroscopia ultravioleta-visible para la
determinación del complejo CrO42- - DPC, la espectrometría de
absorción atómica con atomizador electrotérmico y con llama, la
cromatografía líquida de alta resolución con detector UV, la
espectrometría de masas con dilución isotópica y la espectrometría de
emisión atómica mediante plasma acoplado inductivamente.
2.2 Método
2.2.1 Tipo de estudioEs un trabajo Experimental, de acuerdo a su origen la investigación
es aplicada, y de acuerdo a la técnica de contratación es explicativa.
2.2.2 Diseño de investigación El diseño y metodología experimental se ha llevado a cabo
teniendo en cuenta los aspectos siguientes:
1. Ámbito de aplicación. Como se ha indicado con anterioridad han sido
estudiados los procesos de soldadura SMAW y GTAW por ser los
más frecuentemente utilizados en la industria. Para ello, se ha
diseñado un sistema experimental que permite generar humos de
soldadura de características muy similares a las que se dan en
procesos industriales reales, bajo condiciones controladas. Para
25
conseguir resultados reproducibles se han controlado las posibles
variables que pueden influir en el proceso como el voltaje, intensidad,
características del metal base, composición del electrodo.
2. Especies contaminantes a evaluar. Dentro de las especies metálicas
presentes en humos de soldadura se han seleccionado como más
representativas las de cromo en sus distintas formas. Algunos
compuestos de cromo hexavalente como los cromatos de cinc y
potasio pertenecen al grupo denominado C1, sustancias
carcinogénicas de primera categoría según la clasificación propuesta
por el INSHT (Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo).
Otros compuestos de cromo hexavalente como los cromatos de
estroncio y potasio pertenecen al grupo denominado C2 sustancias
carcinogénicas de segunda categoría.
Por lo anterior expuesto el diseño propuesto es del tipo uní
factorial, cuyo factor es el proceso de soldadura, con 8 repeticiones
por Factor
Tabla 2.4 Diseño experimental
GTAW SMAW
PRUEBA 1Filtro 1
Filtro 2
Filtro 3
Filtro 4
Filtro 5
Filtro 6
Filtro 7
Filtro 8
PRUEBA2Filtro 9
Filtro 10
Filtro 11
Filtro 12
Filtro 13
Filtro 14
Filtro 15
Filtro 16
2.2.3 Variables y operativización de variablesVariables Independientes:
26
o Proceso GTAW
o Proceso SMAW
Variables dependientes:
o Cr(VI) soluble en Humos de soldadura (µ g / Filtro).
o Cr(VI) Insoluble en Humos de Soldadura (µ g / Filtro).
o Fe.
o Mn.
o Ni.
La correcta selección del filtro utilizado en la captación de la
muestra es de gran importancia por lo que, según el proyecto de norma
ISO 16740, se ha considerado conveniente utilizar filtros de microfibra de
vidrio borosilicatado sin resina ligante.
2.2.4 Instrumentos de recolección de datosReactivos o Metilisobutílcetona de Merck.
o Ácido nítrico concentrado (65% m/m) de Merck.
o Ácido clorhídrico (32% m/m) de Merck.
o Hidróxido sódico (contenido mínimo 99%) de Merck.
o Carbonato sódico (contenido mínimo 99,5%) de Merck.
o Sulfato amónico de Aldrich.
o Hidróxido amónico de Dupont.
o Amberlita LA-2 de BDH.
o Disoluciones estándar de cromo, hierro, manganeso y níquel (1000
g/ ml) de Titrisol.
o Filtros de microfibra de vidrio borosilicatado sin resina ligante, de
25 mm de diámetro y una eficacia de retención no inferior al 99,5 %
27
para partículas de diámetro aerodinámico medio de 0,3 m de
Millipore.
o Prefiltros de microfibra de vidrio borosilicatado sin ligante de
Millipore.
o Cronómetro.
o Velómetro ALNOR CGA-65P.
o Electrodos para soldadura SMAW.
o Hilo continuo para soldadura GMAW .
o Hilo continuo para soldadura GMAW.
o Material base: Acero inoxidable AISI 304 L.
o Gas inerte: Argón.
Equipos o Espectrómetro de absorción atómica con atomización
electrotérmica PerkinElmer- AAnalyst 600 .
o Espectrómetro de absorción atómica con llama PerkinElmer-
1100B.
o Máquina de soldar Proceso GTAW.
o Máquina de soldar Proceso STAW.
o Máquina de soldar Proceso GTAW.
o Equipo para la generación de humos de soldadura.
o Mesa de soldadura.
o Campana para la toma de muestras.
o Cabina de soldadura.
2.3 Procedimiento y análisis estadísticoEn las operaciones de soldadura:
1. Ubicamos la probeta de acero Inoxidable sobre la mesa y dentro de
la cabina de soldadura.
2. Preparamos el sistema para tomar muestras, situando los filtros en
la campana, (se han tomado 8 muestras en cada prueba).
3. Se conecta el ventilador de aspiración.
28
4. Comenzada la soldadura, se conecta el sistema de toma de
muestras. Transcurrido el tiempo de muestreo prefijado se
desconectan todos los sistemas.
El procedimiento analítico empleado para analizar las muestras de
humos de soldadura se ha diseñado en base a los siguientes criterios:
La separación de las especies de cromo hexavalente por su solubilidad se
realiza siguiendo el criterio propuesto por el proyecto de norma ISO 16740: “Determination of Hexavalent Chromium in Airborne Particulate
Matter” (62). Una vez separadas, las especies de cromo hexavalente se
extraen utilizando una resina líquida de intercambio iónico (Amberlita LA-
2) y se analizan mediante espectrometría de absorción atómica con
atomización electrotérmica. Las resinas de intercambio iónico se
caracterizan por su capacidad de intercambio, directamente relacionada
con la naturaleza y el número de grupos ionizables en su estructura. La
capacidad se expresa en miliequivalentes de un ion por gramo de resina
(o por mililitros si es líquida).
Partiendo de la muestra ambiental captada sobre un filtro, el método
analítico optimizado consta, en esencia, de las siguientes etapas
fundamentales:
o Separación y determinación de cromo hexavalente soluble.
o Separación y determinación de cromo hexavalente insoluble.
1. Separación y determinación de cromo hexavalente soluble.El filtro donde se realizó la captación de la muestra se deposita en un
vaso de precipitados y se trata durante 60 minutos con 5 ml de agua
desionizada a temperatura ambiente, agitando ocasionalmente. Es
importante que el filtro permanezca completamente inmerso en el agua.
Posteriormente, la disolución procedente del tratamiento de la muestra se
pasa a través de un filtro de membrana de PVC utilizando un aparato de
filtración por succión. Cada filtro se lava con 3 alícuotas de 1 ml de agua
29
desionizada, se recoge la solución filtrada en un tubo de vidrio y se lleva a
un volumen final de 10,0 ml. Se ajusta el pH a 8 0,5 con una mínima
cantidad (200 l) de una disolución reguladora que contiene 2 mol/l de
(NH4)2SO4 y 1 mol/l de NH4OH. Se reservan los filtros para un tratamiento
posterior con objeto de determinar las especies de cromo hexavalente
que no se han disuelto.
Se transfiere la disolución a un tubo de centrífuga graduado y se
añaden 5 ml de disolución reguladora alcalina (2% NaOH – 3% Na2CO3).
El contenido del tubo se trata con 5 ml de una disolución de Amberlita LA-
2, ácido clorhídrico y MIBC en la proporción LA-2: HCl: MIBC 2:1:2.
La muestra se agita mecánicamente y se centrífuga durante 10
minutos a 2500 rpm. Se determina cromo hexavalente soluble en la fase
orgánica mediante espectrometría de absorción atómica con atomización
electrotérmica.
La calibración se lleva a cabo a partir de disoluciones de
concentración conocida de cromo que, junto a un ensayo en blanco, se
han tratado de la misma forma que las muestras.
2. Separación y determinación de cromo hexavalente insoluble.Para analizar las especies de cromo hexavalente insoluble se
toman los filtros donde se captó la muestra de los que previamente se han
extraído las especies de cromo hexavalente soluble. Se tratan en un tubo
de centrífuga con 5 ml de disolución 0,05 mol/l (NH4)2SO4 – 0,05 mol/l
NH4OH (pH 8) y se cierran herméticamente. Posteriormente, se calientan
a 135ºC durante 60 minutos en un bloque calefactor, una vez transcurrido
el tiempo se dejan enfriar a temperatura ambiente y se ajusta el pH a 8
0,5 con disolución reguladora 2 mol/l (NH4)2SO4 – 1 mol/l NH4OH.
Posteriormente, se enrasa a 10 ml con una disolución que contiene 0,05
mol/l de (NH4)2SO4 y 0,05 mol/l de NH4OH.
Se añade tampón alcalino y la disolución de Amberlita LA-2, ácido
clorhídrico y MIBC en las proporciones indicadas anteriormente. La
30
muestra se agita mecánicamente y se centrífuga durante 10 minutos a
2500 rpm. Finalmente, se determina cromo hexavalente en la fase
orgánica mediante espectrometría de absorción atómica con atomización
electrotérmica.
La calibración se lleva a cabo a partir de disoluciones de concentración
conocida de cromo que, junto a un ensayo en blanco, se han tratado de la
misma forma que las muestras.
En las figuras 2.1 y 2.2 se esquematizan los procedimientos
descritos anteriormente.
Figura 2.1 Determinación de cromo hexavalente soluble.
31
Análisis de Cr(VI) en la
fase orgánica por ETAAS
Agitación mecánica y
centrifugación a 2500 rpm por 10
minutos
Adición de disolución de
Amberlita LA-2 HCl y MIBC
Proporción 2:1:2
Adición de solución
reguladora
Filtración por succión y lavado con 3
alícuotas de 1 mm de agua desionizada
Enrase a 10 ml con agua desionizada
Ajuste a pH a 8
Tratamiento con agua
desionizada
Filtro con humos de soldadura
Adición de disolución reguladora.
Ajuste de pH con 2 mol/l (NH4)2SO4
y 1 mol/l
Calentamiento a 135oC durante
60 minutos
Tratamiento con (NH4)2SO4 –
(NH4)OH (pH = 8)
Filtro con humos de soldadura
(*)
(*)Procedente de la extracción de cromo hexavalente soluble.
Figura 2.2 Determinación de cromo hexavalente insoluble
Finalmente los resultados se analizaron utilizando el software
Origin Lab 8.0, se realizaron análisis estadístico descriptivo, prueba de
promedios mediante la prueba “t student” y análisis de varianza, que
permitieron validar nuestros resultados.
32
Adición de disolución reguladora.
Ajuste de pH con 2 mol/l (NH4)2SO4
y 1 mol/l
CAPITULO IIIRESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Soldadura GTAWLos resultados obtenidos de acuerdo a las especificaciones del
procedimiento de soldadura GTAW se muestran a continuación:
Tabla 3.1. Resultados de los contenidos en humos de soldadura GTAW (µg/filtro).
Cr (VI)SOL Cr (VI)INS Mn Fe Ni0.67 0.066 0.89 11.67 0.870.63 0.065 0.95 12.78 0.910.56 0.059 0.79 10.45 0.790.65 0.057 0.85 12.5 0.760.49 0.073 0.87 13.18 0.860.73 0.68 0.92 12.78 0.780.64 0.063 0.88 13.78 0.980.71 0.068 0.76 13.66 0.92
Tabla 3.2. Estadística descriptiva de los contenidos GTAW (µg/filtro).
N total
Mean Standard Deviation
Sum Minimum
Median Maximum
Cr(VI)SOL 8 0.635 0.07819 5.08 0.49 0.645 0.73Cr(VI)INS 8 0.14138 0.2177 1.131 0.057 0.0655 0.68
Mn 8 0.86375 0.06323 6.91 0.76 0.875 0.95Fe 8 12.6 1.0964 100.8 10.45 12.78 13.78Ni 8 0.85875 0.07736 6.87 0.76 0.865 0.98
33
3.2 Soldadura SMAWLos resultados obtenidos de acuerdo a las especificaciones del
procedimiento de soldadura SMAW se muestran a continuación:
Tabla 3.3 Resultados de los contenidos en humos de soldadura SMAW
(µg/filtro).
Cr (VI)SOL Cr (VI)INS Mn Fe Ni32.68 0.98 13.78 45.8 4.6438.56 0.88 16.9 37.67 3.7834.71 1.15 15.82 43.92 4.7833.68 0.92 14.98 41.6 4.8841.86 0.89 13.67 41.82 3.7739.54 0.98 16.71 40.27 3.9140.78 0.92 13.1 44.06 4.0735.43 0.82 15.6 39.62 4.11
3.3 Análisis estadístico
Tabla 3.4 Estadística descriptiva de los contenidos por SMAW.
N total
Mean Standard Deviatio
n
Sum Minimum
Median Maximum
Cr(VI)SOL 8 37.155 3.46399 297.24 32.68 36.995 41.86Cr(VI)INS 8 0.9425 0.09896 7.54 0.82 0.92 1.15
Mn 8 15.07 1.43403 120.56 13.1 15.29 16.9Fe 8 41.845 2.66663 334.76 37.67 41.71 45.8Ni 8 4.2425 0.45487 33.94 3.77 4.09 4.88
Tabla 3.5 Efecto del proceso de soldadura en sus contenidos en humos
(µg/filtro).
SMAW GTAW
Cr(VI)SOL 37.155 0.635Cr(VI)INS 0.9425 0.14138
Mn 15.07 0.86375Fe 41.845 12.6Ni 4.2425 0.85875
34
Se han establecido diferentes procesos de soldadura. El tiempo de
muestreo fue, en todos los casos, de 10 minutos y el caudal de aspiración
de la bomba de 2 l/min.
Por los resultados podemos observar que los componentes
generados durante la operación de soldadura y sus cantidades depende
del proceso de soldadura, estadísticamente se demuestra después del
análisis de los resultados, ver análisis prueba de hipótesis en la que para
todos los componentes en humos de soldadura se demuestra que
proceden de resultados diferentes
La cantidad de Cromo hexavalente soluble e insoluble, Fe, Mn y
Ni., encontrada en los humos de soldadura en el proceso SMAW, es muy
superior a la hallada en los humos procedentes de soldaduras GTAW. Por
otro lado las cantidades de cromo hexavalente insoluble son muy
inferiores a la encontrada en la especie soluble para los dos procesos de
soldadura evaluados. Es mayor la cantidad encontrada en muestras
procedentes de soldadura SMAW
El modelo teórico sobre la formación de Cr (VI) esta propuesto
para Cr-O, sin embargo la atmósfera en la soldadura es
multicomponentes y hay numerosas reacciones que complican el análisis,
es evidente del trabajo que al variar el proceso de soldadura varían
también los contenidos de Cr (VI) soluble e insoluble, sabemos que el
proceso más frío es GTAW y por ello debe haber mayor cantidad de
contenido de Cr(VI), ver tabla 1.3, sin embargo determinamos que hay
menor contenido respecto al proceso SMAW probablemente por una
mayor producción de humos de soldadura en este último proceso .
Respecto a la técnica experimental para la cuantificación y
detección se estiman adecuados para evaluar la exposición de los
trabajadores a las distintas especies de cromo presentes en humos de
soldadura de acero inoxidable. El valor límite ambiental más restrictivo
para compuestos de cromo hexavalente, sin considerar casos particulares
como el cromato cálcico o cromato de estroncio, es 0,01 mg/m 3. Este valor
representa la concentración media del agente químico en la zona de
35
respiración del trabajador referida a una jornada de 8 horas diarias. El
tiempo de muestreo adecuado y representativo para operaciones de
soldadura reales es de 15 minutos y el caudal de la bomba de aspiración
de 2 l/min. En tales circunstancias el volumen de aire que pasa a través
del filtro es de 30 litros (0,03 m3) y la masa de cromo hexavalente que, en
caso de una concentración ambiental equivalente al valor límite
anteriormente citado, quedaría retenido en el filtro de es 0,3 g. Tratando
el filtro según el proceso analítico propuesto, los compuestos de cromo
hexavalente se extraerían en 4 ml de fase orgánica, por lo que la
concentración mínima que se debe poder determinar con el método
analítico utilizado es 0,075 g/ml. Comparando este valor con los valores
calculados del límite de detección y de cuantificación, 0,01 g/ml y 0,015
g/ml respectivamente, se deduce la idoneidad del proceso analítico para
el objetivo propuesto.
Se puede concluir que en la soldadura SMAW la mayor parte del
cromo encontrado está en forma hexavalente y soluble, sin embargo en
los humos de soldadura GTAW el cromo debe estar fundamentalmente en
trivalente y / o divalente.
36
Fig. 3.1 Influencia de los procesos de soldadura SMAW / GTAW en la
composición en humos (µg/filtro).
Tabla 3.6: Influencia del proceso en la composición en humos (µg/filtro).
Cr (VI)SOL Cr (VI)INSO Mn Fe Ni
SMAW GTAW SMAW GTAW SMAW GTAW SMAW GTAW SMAW GTAW32.68 0.67 0.98 0.066 13.78 0.89 45.8 11.67 4.64 0.87
38.56 0.63 0.88 0.065 16.9 0.95 37.67 12.78 3.78 0.91
34.71 0.56 1.15 0.059 15.82 0.79 43.92 10.45 4.78 0.79
33.68 0.65 0.92 0.057 14.98 0.85 41.6 12.5 4.88 0.76
41.86 0.49 0.89 0.073 13.67 0.87 41.82 13.18 3.77 0.86
39.54 0.73 0.98 0.68 16.71 0.92 40.27 12.78 3.91 0.78
40.78 0.64 0.92 0.063 13.1 0.88 44.06 13.78 4.07 0.98
35.43 0.71 0.82 0.068 15.6 0.76 39.62 13.66 4.11 0.92
Los cálculos estadísticos como son la prueba de hipótesis mediante la
prueba “t de student” realizada para ambas pruebas en el proceso SMAW
y GTAW para cada elemento encontrado en los humos de soldadura, el
análisis de varianza mediante Fisher se han desarrollado mediante la
ayuda del software SPSS 21 y estos resultados mostrados a continuación
indican que estadísticamente hay diferencias en la composición de humos
en ambos procesos en estudio
Tabla 3.7: Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
Cr SOLUBLE SMAW 8 37,15500 3,463994 1,224707
37
GTAW 8 ,63500 ,078194 ,027646
Tabla 3.8:Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene para
la igualdad de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferencia
medias
Error
diferen
95% Intervalo
de confianza
Inferior Superi
Cr SOLUBLE
varianzas iguales 46,873 ,000 29,812 14 ,000 36,52 1,22 33,89 39,15
Varianzas noiguales 29,812 7,007 ,000 36,52 1,22 33,62 39,42
Tabla 3.9: Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
CrINSOLUBLESMAW 8 ,94250 ,098959 ,034987
GTAW 8 ,06488 ,005167 ,001827
Tabla 3.10:Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene para
la igualdad de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferencia
medias
Error
diferen
95% Intervalo
de confianza
Inferior Superi
Cr
INSOLUBLE
varianzas iguales 8,682 ,011 25,050 14 ,000 ,877625 ,03503 ,80248 ,95276
Varianzas noiguales 25,050 7,038 ,000 ,877625 ,03503 ,79487 ,96037
38
Tabla 3.11:Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
MnSMAW 8 15,0700 1,43403 ,50700
GTAW 8 ,8638 ,06323 ,02236
Tabla 3.12:
Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene para
la igualdad de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferencia
medias
Error
diferen
95% Intervalo
de confianza
Inferior Superi
Mn varianzas iguales 23,288 ,000 27,993 14 ,000 14,20625 ,50750 13,12 15,294
Varianzas noiguales 27,993 7,027 ,000 14,20625 ,50750 13,01 15,405
Tabla 3.13:
Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
FeSMAW 8 41,8450 2,66663 ,94280
GTAW 8 12,6000 1,09640 ,38763
39
Tabla 3.14:Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene para
la igualdad de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferencia
medias
Error
diferen
95% Intervalo
de confianza
Inferior Superi
Fevarianzas iguales 4,690 ,048 28,689 14 ,000 29,24500 1,0193 27,058 31,431
Varianzas noiguales 28,689 9,301 ,000 29,24500 1,0193 26,950 31,539
Tabla 3.15:
Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
NiSMAW 8 4,2425 ,45487 ,16082
GTAW 8 ,8588 ,07736 ,02735
Tabla 3.16:
Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene para
la igualdad de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferencia
medias
Error
diferen
95% Intervalo
de confianza
Inferior Superi
Nivarianzas iguales 27,540 ,000 20,743 14 ,000 3,38375 ,16313 3,0338 3,7336
Varianzas noiguales 20,743 7,405 ,000 3,38375 ,16313 3,0022 3,7652
40
Tabla 3.17
Resúmenes de casosa
CrSOLUBLE CrINSOLUBLE Mn Fe Ni
PROCESO
GTAW
1 ,670 ,066 ,89 11,67 ,87
2 ,630 ,065 ,95 12,78 ,91
3 ,560 ,059 ,79 10,45 ,79
4 ,650 ,057 ,85 12,50 ,76
5 ,490 ,073 ,87 13,18 ,86
6 ,730 ,068 ,92 12,78 ,78
7 ,640 ,063 ,88 13,78 ,98
8 ,710 ,068 ,76 13,66 ,92
Total N 8 8 8 8 8
SMAW
1 32,680 ,980 13,78 45,80 4,64
2 38,560 ,880 16,90 37,67 3,78
3 34,710 1,150 15,82 43,92 4,78
4 33,680 ,920 14,98 41,60 4,88
5 41,860 ,890 13,67 41,82 3,77
6 39,540 ,980 16,71 40,27 3,91
7 40,780 ,920 13,10 44,06 4,07
8 35,430 ,820 15,60 39,62 4,11
Total N 8 8 8 8 8
Total N 16 16 16 16 16
a. Limitado a los primeros 100 casos.
41
Tabla 3.18:
Estadísticos de grupo
PROCESO N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
CrSOLUBLESMAW 8 37,15500 3,463994 1,224707
GTAW 8 ,63500 ,078194 ,027646
CrINSOLUBLESMAW 8 ,94250 ,098959 ,034987
GTAW 8 ,06488 ,005167 ,001827
MnSMAW 8 15,0700 1,43403 ,50700
GTAW 8 ,8638 ,06323 ,02236
FeSMAW 8 41,8450 2,66663 ,94280
GTAW 8 12,6000 1,09640 ,38763
NiSMAW 8 4,2425 ,45487 ,16082
GTAW 8 ,8588 ,07736 ,02735
42
Tabla 3.19
Prueba de muestras independientes
Prueba de Levene
para la igualdad
de varianzas
Prueba T para la igualdad de medias
F Sig. t gl Sig.
(bilateral)
Diferenci
medias
Error
típ. de
diferen
95% Intervalo de
confianza para la
diferencia
Inferior Superior
Cr SOLUBLE
Se han asumido
varianzas iguales
46,87 ,000 29,81 14 ,000 36,52 1,23 33,89 39,15
No se han asumido
varianzas iguales
29,81 7,01 ,000 36,52 1,23 33,62 39,42
Cr INSOLUBLE
Se han asumido
varianzas iguales
8,682 ,011 25,050 14 ,000 ,877625 ,03503 ,80248 ,952767
No se han asumido
varianzas iguales
25,050 7,038 ,000 ,877625 ,03503 ,79487 ,960378
Mn
Se han asumido
varianzas iguales
23,288 ,000 27,993 14 ,000 14,20625 ,50750 13,117 15,2947
No se han asumido
varianzas iguales
27,993 7,027 ,000 14,20625 ,50750 13,007 15,4053
Fe
Se han asumido
varianzas iguales
4,690 ,048 28,689 14 ,000 29,24500 1,0193 27,058 31,4313
No se han asumido
varianzas iguales
28,689 9,301 ,000 29,24500 1,0193 26,950 31,5396
Ni
Se han asumido
varianzas iguales
27,540 ,000 20,743 14 ,000 3,38375 ,16313 3,0338 3,73363
No se han asumido
varianzas iguales
20,743 7,405 ,000 3,38375 ,16313 3,0022 3,76526
43
La prueba de hipótesis para muestras independientes de acuerdo a la prueba t,
permite concluir que la varianza en ambos grupos son diferentes y los niveles de
humos en soldadura son diferentes en ambos procesos evaluados
CAPITULO IVCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 Conclusiones Los constituyentes evaluados en humos de soldadura en el
proceso SMAW presentan cantidades mayores al proceso GTAW.
La cantidad de cromo hexavalente insoluble determinada
mediante el procedimiento analítico propuesto es, en todos los
casos estudiados, en los procesos SMAW y GTAW, muy inferior a
la cantidad de cromo hexavalente soluble.
4.2 Recomendaciones Extrapolar el estudio hacia otros procesos de soldadura y la
determinación de otros elementos nocivos para la salud
Investigar el efecto del ruido y la radiación en el arco de la
soldadura sobre la salud del soldador
44
45
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49
APÉNDICE
1.1 Análisis de Varianza
Sample Size Mean Standard Deviation SE of MeanCr (VI)SOL 8 37.155 3.46399 1.22471Cr (VI)SOL 8 0.635 0.07819 0.02765
DF Sum of Squares Mean Square F Value Prob>FModel 1 5334.8416 5334.8416 888.74245 4.55191E-14Error 14 84.0376 6.00269Total 15 5418.8792
Null Hypothesis: The means of all levels are equalAlternative Hypothesis: The means of one or more levels are differentAt the 0.05 level, the population means are significantly different.
Sample Size Mean Standard Deviation SE of MeanCr (VI)INSO 8 0.9425 0.09896 0.03499Cr (VI)INSO 8 0.14138 0.2177 0.07697
DF Sum of Squares Mean Square F Value Prob>FModel 1 2.56721 2.56721 89.78756 1.8127E-7Error 14 0.40029 0.02859Total 15 2.96749
Null Hypothesis: The means of all levels are equalAlternative Hypothesis: The means of one or more levels are differentAt the 0.05 level, the population means are significantly different.
Sample Size Mean Standard Deviation SE of MeanMn 8 15.07 1.43403 0.507Mn 8 0.86375 0.06323 0.02236
t Statistic DF Prob>|t|Mn 29.7236 7 1.25719E-8Mn 38.6367 7 2.02513E-9
Null Hypothesis: The means of all levels are equalAlternative Hypothesis: The means of one or more levels are differentAt the 0.05 level, the population means are significantly different.
Sample Size Mean Standard Deviation SE of MeanFe 8 41.845 2.66663 0.9428Fe 8 12.6 1.0964 0.38763
DF Sum of Squares Mean Square F Value Prob>FModel 1 3421.0801 3421.0801 823.06751 7.72715E-14Error 14 58.191 4.1565Total 15 3479.2711
Null Hypothesis: The means of all levels are equalAlternative Hypothesis: The means of one or more levels are differentAt the 0.05 level, the population means are significantly different.
50
Sample Size Mean Standard Deviation SE of MeanNi 8 4.2425 0.45487 0.16082Ni 8 0.85875 0.07736 0.02735
DF Sum of Squares Mean Square F Value Prob>FModel 1 45.79906 45.79906 430.25812 6.5562E-12Error 14 1.49024 0.10645Total 15 47.28929
Null Hypothesis: The means of all levels are equalAlternative Hypothesis: The means of one or more levels are differentAt the 0.05 level, the population means are significantly different.
Fig.1 Ubicación de Filtros para análisis.
Fig.2 Sistema de Filtros
Fig 3. Portafiltros
51