nr-280 (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA DE POSTGRADO

PROGRAMA DOCTORAL DE CIENCIAS AMBIENTALES

EFECTO DEL PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SOBRE LA COMPOSICIN DE HUMOS PRODUCIDOS

EN LA SOLDADURA DE UN ACERO Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales

AUTOR: Ms. JORGE WILFREDO VERA ALVARADO ASESOR: Dr. JORGE FLORES FRANCO

TRUJILLO PER

2009

AGRADECIMIENTO Expreso mi agradecimiento:

Al Dr. Jorge Flores Franco, por su asesora y ayuda en la planificacin y

desarrollo de este trabajo.

A la Universidad Nacional de Trujillo, por la concesin de la beca de estudio y

la Universidad Autnoma de Mxico, por el apoyo para el desarrollo

experimental

INDICE

AGRADECIMIENTO.i

INDICE... ii

INDICE DE TABLAS E ILUSTRACIONES. iii

RESUMEN.iv

ABSTRACT ........................................................................................................... v

INTRODUCCIN 7

1.1 Realidad Problemtica ......1

1.2 Antecedentes Bibliogrficos del problema....... 3

MATERIAL Y METODOS ................................................................................ 23

2.1 Material ........................................................................................................... 23

2.1.1 Poblacin ...................................................................................................... 23

2.1.2 Muestra ........................................................................................................ 24

2.1.3 Unidad de anlisis ......................................................................................... 25

2.2 Mtodo: ............................................................................................................ 26

2.2.1 Tipo de estudio .26

2.2.2 Diseo de investigacin26

2.2.3 Variables y operativizacin de variables . 27

2.2.4 Instrumentos de recoleccin de datos.. 27

2.3 Procedimiento y anlisis estadstico ............................................................... 28

RESULTADOS .................................................................................................... 33

3.1 Efecto del tipo de proceso de soldadura en Cromo (VI). ... 33

DISCUSION DE RESULTADOS ...................................................................... 40

4.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin de humos.................. 40

PROPUESTA ....................................................................................................... 46

CONCLUSIONES ............................................................................................... 52

REFERENCIAS BIBLIOGRAFCA 53

INDICE DE TABLAS

Tabla I.1 Contaminantes en soldadura .................................................................... 7

Tabla I.2 Valores lmite ambiental de exposicin para compuestos de cromo ....... 8

Tabla I.3 Reacciones qumica de Cr-O .................................................................. 16

Tabla II.1 Caractersticas del material Base .......................................................... 23

Tabla II.2 Propiedades mecnicas del material Base ............................................ 23

Tabla II.3 Especificaciones de los procedimiento de soldadura ............................ 24

Tabla II.4 Especificaciones de los Materiales de aporte ....................................... 24

Tabla II.5 Diseo experimental ....27

Tabla III.1 Cr(VI) soluble en humos de soldadura ...33

Tabla III.1 Cr(VI) Insoluble en humos de soldadura 34

Tabla III.3 Efecto del proceso en la composicin promedio.34

Tabla III.4 Relaciones establecidas entre los Elementos presentes...36

Tabla III.5 Anlisis de varianza para Cr(VI)sol 39

Tabla III.6 Anlisis de varianza para Cr(VI)Inso ... 39

INDICE DE ILUSTRACIONES

Figura 1.1 Esquema del proceso SMAW. ............................................................. 10

Figura 1.2 Esquema del proceso GMAW. ............................................................. 12

Figura 1.3 Esquema del proceso STAW. .............................................................. 13

Figura 1.4 Formacin de Cr hexavalente en GMAW. ........................................... 14

Figura 2.1 (a) Sistema de Filtros, (b) Porta filtros. ................................................ 25

Figura 2.2 Cmara para soldadura 29

Figura 2.3 Determinacin de cromo hexavalente soluble. .............................. ..31

Figura 2.4 Determinacin de cromo hexavalente insoluble. ................................. 32

Figura 3.1 Efecto del proceso de soldadura en Cr(VI)insoluble.35

Figura 3.2 Efecto del proceso de soldadura en Cr(VI)soluble.. 35

Fig. 4.1 Esquema de la formacin del humo durante la soldadura41

RESUMEN

El propsito de este estudio es investigar el efecto del proceso de soldadura

GMAW, GTAW y SMAW en la composicin de humos de soldadura en acero

inoxidable AISI 304 L. El diseo experimental permiti obtener simultneamente ocho

muestras por prueba, captadas en filtros de microfibra de vidrio impregnados con

disolucin de hidrxido sdico 1M. El mtodo analtico permite determinar los

compuestos de cromo presentes en humos de soldadura segn el estado de oxidacin y

solubilidad, utilizando como tcnica instrumental la espectrometra de absorcin

atmica. De los resultados observamos que el tipo de proceso de soldadura influye en la

composicin de los humos de soldadura. Cromo hexavalente soluble para proceso

SMAW, es muy superior al hallado en los procesos GMAW y GTAW. Mientras que en

GTAW hay menor generacin de humos durante el desarrollo del proceso. Las

cantidades de cromo hexavalente insoluble son muy inferiores a las encontradas de la

especie soluble encontrndose la mayor cantidad en muestras procedentes de proceso

SMAW.

Palabras clave: Cromo hexavalente, Humos de soldadura, procesos de soldadura

ABSTRACT

The intention of this study is to investigate the effect of the process of weld

GMAW, GTAW and SMAW in the composition of smoke of stainless steel weld AISI

304 L. The experimental design allowed to obtain eight samples by test simultaneously,

caught in fiber glass filters impregnated with dissolution of sodium hydroxide 1M. The

analytical method allows determining present chromium compounds in weld smoke

according to the oxidation state and solubility, using like instrumental technique the

atomic absorption spectrometry. Of the results we observed that the type of weld

process influences in the composition of the weld smoke. Soluble hexavalente

chromium for process SMAW, is far beyond the found one in processes GMAW and

GTAW. Whereas in GTAW there is minor generation of smoke during the development

of the process. The amounts of insoluble hexavalente chromium are very inferiors to the

found ones of the soluble species being the greater amount in samples coming from

process SMAW.

Key words: Hexavalente chromium, Smoke of weld, processes of weld

INTRODUCCIN

1.1 REALIDAD PROBLEMATICA

Se estima que aproximadamente el 1% del trabajo que se realiza en los

pases industrializados est relacionado con procesos de soldadura de metales

(Diebold F., Hubert G). En 1999 unos 700.000 trabajadores en Estados

Unidos y 400.000 en Japn estaban ocupados en este tipo de operaciones

(Saito H.), actualmente esta cifra se mantiene y son ms de un milln de

trabajadores en el mundo los que realizan operaciones de soldadura (Antonini

J. M., Lewis A. B., Roberts J. R., Whaley D. A)..

La Salud Ocupacional a nivel mundial es considerada como un pilar

fundamental en el desarrollo de un pas, siendo la salud ocupacional una

estrategia de lucha contra la pobreza sus acciones estn dirigidas a la

promocin y proteccin de la salud de los trabajadores y la prevencin de

accidentes de trabajo y enfermedades ocupacionales causadas por las

condiciones de trabajo y riesgos ocupacionales en las diversas actividades

econmicas. La Organizacin Internacional del Trabajo (OIT), informa en el ao

2002, que cada ao en el mundo 270 millones de asalariados son vctimas de

accidentes de trabajo, y 160 millones contraen enfermedades profesionales.

En Amrica Latina, incluyendo Per an no se conoce bien la magnitud

que alcanzan las enfermedades ocupacionales. La OIT estima, que en pases

en vas de desarrollo, el costo anual de los accidentes y enfermedades

ocupacionales est entre el 2% al 11% del Producto Bruto Interno (PBI), en el

Per es de aproximadamente $ 50,000 millones de dlares americanos, es

decir entre $1,000 y $5,500 millones de dlares americano anuales, es posible

disminuir estos costos con acciones preventivas de bajo costo e inversin.

En Per, se desconoce la magnitud de la poblacin trabajadora que se

encuentra expuesta a diferentes riesgos ocupacionales y no se cuenta con

informacin estadstica sobre enfermedades y accidentes de trabajo. En el

sector Salud, de conformidad a lo dispuesto en la Ley del Ministerio de Salud,

Ley No 27657 del ao 2002, son dos las instituciones que tienen competencias

en salud ocupacional: el Instituto Nacional de Salud (INS) cuya misin es

desarrollar y difundir la investigacin y la tecnologa en salud ocupacional; y la

Direccin General de Salud Ambiental (DIGESA) que es el rgano tcnico

normativo en los aspectos de salud ocupacional a travs de la Direccin

Ejecutiva de Salud Ocupacional (DESO), para lo cual coordina con los

Institutos Especializados, Organismos Pblicos Descentralizados de Salud,

rganos Desconcentrados y con la Comunidad Cientfica Nacional e

Internacional.

Los procesos de soldadura, especialmente los que no estn

mecanizados, producen una cantidad de humo apreciable que puede contener

elevadas concentraciones de contaminantes altamente peligrosos,

estimndose que ms 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 oxidacin y solubilidad, resultando prcticamente imposible predecir

su composicin (Ebbe Thomsem M.Sc). Los resultados obtenidos en

diferentes estudios epidemiolgicos no resultan coincidentes en cuanto al

aumento del riesgo de cncer de pulmn en soldadores de acero inoxidable

(Diebold F., Hubert G) ya que, cuando se observa, dicho aumento puede ser

atribuido a la exposicin no slo a compuestos de cromo presentes sino a otros

contaminantes habituales en los humos producidos en esta operacin (nquel,

cadmio, arsnico, berilio). Estos datos justifican la importancia del estudio y

conocimiento del efecto de los humos de soldadura sobre la salud de los

trabajadores expuestos. La naturaleza y la concentracin de los contaminantes

qumicos generados en cada proceso de soldadura y por lo tanto, su efecto

sobre la salud, depende de las caractersticas de los materiales que intervienen

y de la forma especfica de ejecutar la operacin

1.2 ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS DEL PROBLEMA

Per tiene una tradicin milenaria en la que el trabajo es considerado

como un deber social. Durante la Conquista por los espaoles, el sistema

productivo se modific. Desde la Colonia hasta la etapa Republicana se

cimienta la coexistencia del modo de produccin variado que influye en el paso

del Per al proceso productivo industrial. En 1911 se dio la primera Ley sobre

Accidentes de Trabajo, Ley No 1378 (Jos Matas Manzanilla), norma pionera

en la regin y avanzadsima para su poca, introduce la teora de

responsabilidad por riesgo, quien crea un puesto de trabajo est creando un

riesgo, no siendo necesario demostrar la culpa del empresario pues ste

responde al riesgo existente en el trabajo por l creado. Los empresarios para

cubrirse de esta responsabilidad aseguraban a sus trabajadores contratando

plizas con seguros privados; esto dur 60 aos.

En 1936 se crea el Seguro Social Obrero, en el que se establece

cobertura por enfermedad, maternidad, invalidez, vejez y muerte, no

considerando los accidentes y enfermedades ocupacionales. El 5 de Agosto de

1940 por Decreto Supremo se crea el Departamento de Higiene Industrial

dentro del Ministerio de Salud Pblica y Previsin Social. Por Ley 10833 de

1947 se crean los fondos, para el Departamento de Higiene Industrial, con el

aporte del 1,8 % de la planilla de salarios de los trabajadores mineros,

posteriormente Instituto de Salud Ocupacional.

En 1957 el Departamento de Higiene Industrial se transforma en Instituto

de Salud Ocupacional (ISO), durante este periodo se realizaron diversos

estudios de investigacin: Dimetro transverso del corazn en los mineros de

altura, Diversos Estudios sobre Control de Polvos Contaminantes en Plantas

Mineras , Silicosis , Tuberculosis y Mal de Montaa Crnico, Intoxicacin

por Insecticidas en valles de Caete, Chincha, Pisco e Ica, Visita de

inspeccin y control de las condiciones de trabajo, Investigacin sobre la

correlacin del factor tiempo, concentracin y la Silicosis, Diagnstico de

Silicosis, Lmites Fisiolgicos de Adaptacin a la Altura - Factores Hemticos

y Cardiopulmonares, Metabolismo Basal en el Fro, Aplicacin de la

Cromatografa de Gases a los Estudios de Ventilacin Pulmonar. Fue el

Centro de Capacitacin Profesional Especializado a nivel latinoamericano. El

ISO en 1985 se eleva a la categora de Instituto Nacional de Salud Ocupacional

(INSO).

De 1990 a 1994 el INSO sufri cambios, integrndose a la Direccin

General de Salud Ambiental (DIGESA), en esta dcada 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 Direccin Ejecutiva de Salud

Ocupacional se incorpora en el Reglamento de Organizacin Y funciones (ROF)

de la DIGESA. En Julio de 2001 el INSO, pasa a ser un rgano desconcentrado

de la estructura orgnica del Ministerio de Salud, denominndose Instituto de

Salud Ocupacional Alberto Hurtado Abada. Mediante la promulgacin de la

Ley del Ministerio de Salud, Ley No 27657 publicada en Enero del 2002, se

crea el Centro Nacional de Salud Ocupacional y Proteccin del Ambiente para

la Salud (CENSOPAS), como integrante del Instituto Nacional de Salud (INS),

rgano descentralizado del MINSA.

En Noviembre de 2002 segn el D.S. N 014-2002-SA Reglamento de

Organizacin y Funciones del MINSA, la Direccin Ejecutiva de Salud

Ocupacional (DESO) se ubica en la estructura orgnica de la DIGESA. Durante

el gobierno de Toledo, Mediante R. M. No 573-2003-SA/DM con fecha 27 de

Mayo de 2003 se asigna funciones con competencias en salud ocupacional a

las Direcciones de Salud y Direcciones de Redes de Salud, como rganos

desconcentrados; una de estas funciones es la de vigilancia y control de

riesgos en el trabajo, en las diversas actividades econmicas; la cual requiere

que sea estandarizada mediante el uso de instrumentos de gestin, as como

del conocimiento de principios bsicos en salud ocupacional, y de criterios

tcnicos normativos en los que se enmarca su competencia; por tal razn se

presenta el Manual de Salud Ocupacional a consideracin de los sectores

acadmicos, tcnicos, administrativos, gubernamentales, empresariales y de la

opinin pblica, a fin de controlar los riesgos ocupacionales en el marco de la

descentralizacin y desarrollo sostenible y funciones, habindose 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 pas.

Los Indicadores ambientales de la exposicin en el Per, la catalogacin

es hecha por Centro de Documentacin OPS/OMS en el Per Manual de Salud

Ocupacional / Ministerio de Salud. Direccin General de Salud Ambiental.

Direccin Ejecutiva de Salud Ocupacional. Lima: Direccin General de Salud

Ambiental, 2005 98 p. SALUD OCUPACIONAL / LEGISLACION LABORAL /

RIESGOS LABORALES / PERU, sobre la proteccin de la salud y seguridad

de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes qumicos

durante el trabajo, define los VLA (Valores Lmite Ambientales) como valores

de referencia para las concentraciones de los agentes qumicos en la zona de

respiracin del trabajador.

Los VLA representan concentraciones por debajo de las cuales se cree

que casi todos los trabajadores pueden estar expuestos repetidamente da tras

da sin sufrir efectos adversos para la salud. Sin embargo, dada la gran

variabilidad en la susceptibilidad individual, es posible que un pequeo

porcentaje de trabajadores experimente malestar ante algunas sustancias a

concentraciones iguales o inferiores al lmite, mientras que un porcentaje

menor puede resultar afectado ms seriamente por el agravamiento de una

condicin que ya exista anteriormente o por la aparicin de una enfermedad

profesional.

Los valores lmite se basan en la informacin disponible obtenida

mediante la experiencia en la industria, la experimentacin humana y animal y,

en ocasiones, por la combinacin de las tres. La base sobre la que se

establecen los valores lmite puede diferir de una sustancia a otra; para unas, la

proteccin contra el deterioro de la salud puede ser un factor que sirva de gua,

mientras que para otras la ausencia de irritacin, narcosis, molestias u otras

formas de malestar puede constituir la base para fijar dicho valor. Los daos

para la salud considerados se refieren a aquellos que disminuyen la esperanza

de vida, comprometen la funcin fisiolgica, disminuyen la capacidad para

defenderse de otras sustancias txicas o procesos de enfermedad, o afectan

de forma adversa a la funcin reproductora o procesos relacionados con el

desarrollo.

Los diferentes tipos de soldadura por arco elctrico tienen en comn el

hecho de utilizar elevadas temperaturas para conseguir la fusin de los metales

que intervienen en el proceso. Esta fusin implica la dispersin en el aire de

partculas muy finas de compuestos metlicos, sales y xidos, y la emisin de

diversos gases formados por las reacciones qumicas que tienen lugar

alrededor del punto de soldadura. Con el nombre dehumos de soldadura se

designa habitualmente a la totalidad de los contaminantes emitidos, tanto

materia particulada como gases (Shane Ashby H.). La formacin de humos

sigue diferentes mecanismos: las partculas ms pequeas se forman por

condensacin de los metales vaporizados, mientras que las ms gruesas se

producen por aglomeracin posterior de las partculas finas. De forma

aproximada puede sealarse que el 85% de partculas presenta un tamao

inferior a 1 m (Neulicht R., Holt C F).

Diferentes componentes estn presentes en los humos emitidos por los

diferentes procesos de soldadura, su distribucin, tanto cualitativa, cuantitativa,

estado de oxidacin y solubilidad de los compuestos formados, est

determinada por tantas variables que resulta prcticamente imposible

establecer generalizaciones. A pesar de esto, los datos recogidos en la

bibliografa estn de acuerdo en sealar que, en relacin 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 concentracin del cromo hexavalente

puede alcanzar el 5% del total de los humos en forma de cromatos o

dicromatos de sodio y potasio. Estos elementos metlicos se encuentran como

silicatos en el recubrimiento de los electrodos (Dennis J. H).

La soldadura GMAW produce la mayor cantidad de ozono,

especialmente cuando se suelda aluminio. Estos vapores irritan los ojos, la

nariz, la garganta y los pulmones y pueden daar los pulmones. Los xidos

nitrosos pueden producir lquido en los pulmones y si con el tiempo Ha

respirado gases y vapores en grandes cantidades, su salud va a sufrir algunos

efectos como problemas crnicos con los pulmones: bronquitis, neumona,

asma, cncer al pulmn, cncer a la laringe, cncer a las vas urinarias (De

Bruin A)

Los Vapores de soldadura son vapores de metales txicos 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: monxido de carbono, fluoruro de hidrgeno, xido de

nitrgeno y ozono y Vapores como molibdeno, nquel, vanadio, xidos de zinc,

fluoruro, xido de hierro, plomo, manganeso, aluminio, Berilio, xidos de

cadmio, cromo, cobre

El Standard de la oficina federal de OSHA 29CFR1910.252 cubre

requisitos de seguridad especficos, en la siguiente tabla se exponen los

valores lmites permisibles (There sold)

Tabla 1.1 Contaminantes en soldadura

CONTAMINANTES EN SOLDADURA

Contaminantes TLV ( mg/m3) Contaminantes TLV

xido de Hierro 5 Ozono (0.05-0.1) p.p.m.

xido de Cromo 0.5 NO2 3 p.p.m.

xido de Aluminio 10 CO 25 p.p.m

xido de Nquel 1 CO2 500 p.p.m

xido de Cobre 0.2 Fosgeno (0.02-0.08) p.p.m

xido de Plomo 0.15 Humos (NCOF) 5 mg/m3

xido de Zinc 5

En Espaa hay 3 categoras o clases de valores lmites permisibles:

o Valor lmite permisible ponderado en el tiempo (TLV-TWA) Es la

concentracin promedio para un da 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 lmite permisible para breve tiempos de exposicin (TLV-STEL)

Es la concentracin mxima a la cual pueden estar expuestos en forma

continua los trabajadores durante un perodo no mayor de 15 minutos sin

sufrir irritacin, alteraciones crnicas 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 concentracin mxima y

adems los intervalos entre las exposiciones no pueden ser inferiores a 60

minutos.

o Valor lmite techo (TLV- Ceiling) Es la concentracin que no debe ser

superada en ningn instante de la jornada diaria de trabajo.

Los valores lmite para compuestos de cromo varan segn el pas de

que se trate. En la tabla 1.2 se muestran los valores lmite ambiental propuesto

por diferentes pases en el ao 2001 (Health Safety and Environment

Guidelines for Chromium).

Tabla 1.2 Valores lmite ambiental de exposicin para compuestos de cromo (2001)

PAIS COMPUESTO DE CROMO LIMITE DE EXPOSCIN

(mg/m3)

Finlandia Compuestos de Cr, Cr(II) y Cr(III) Compuesto de Cr (VI)

0.5 0.05

Francia Cr metlico Compuesto de Cr (VI)

0.5

Alemania Compuesto de Cr(VI) Excepto insolubles Compuesto de Cr(VI) en humos soldadura SMAW Otros compuesto de Cr (VI)

0.05 0.05

0.025

Japon Compuestos de Cr(VI) 0.05

Reino Unido

Cromo metlico y compuestos de Cr(III) Compuestos de Cr(VI)

0.5 0.05

En Per se han utilizado estndares ambientales a ser requeridos

durante el desarrollo del Proyecto Pisco. La seleccin del estndar se bas en

un anlisis de la legislacin tanto peruana como internacional como as tambin

guas de diversos organismos, respecto a calidad de aire, calidad de agua,

ruido, vertidos, manejo de residuos slidos , en lo que se refiere al elemento

Cromo+6, se utiliz 0,1 (mg/l) como valor limite y este dato se tom de acuerdo

al Banco Mundial, el cual es un estndar para vertido de efluentes de calidad

de agua de mar , en el diario El Peruano - Edicin 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

De las consideraciones realizadas en relacin con los diferentes valores

lmite ambientales propuestos para evaluar la exposicin laboral, se deduce

fcilmente la necesidad de disponer de un mtodo analtico que d respuesta a

la gama ms amplia de requerimientos, permitiendo la determinacin

diferencial de las distintas especies de cromo atendiendo tanto a la valencia del

elemento en el compuesto como a la solubilidad de ste, teniendo en cuenta

que, si bien el primer concepto resulta inequvoco, cuando se hable de

solubilidad es preciso especificar el medio al que est referido

1.3 MARCO TEORICO

La soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) opera mediante el

calentamiento del metal con un arco elctrico 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

energa, para fundir el metal base, metal de aporte y recubrimiento del

electrodo. A medida que el arco de soldadura avanza, deja detrs 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

despus que el metal fundido haya solidificado. Otra caracterstica es la

presencia de gas de proteccin, 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 n 4601-02. 1994)

Una caracterstica importante para el proceso de soldadura por arco con

gas de proteccin (GMAW), es que toda la proteccin para la soldadura es

provista por una atmsfera de gas protector que tambin es suministrado a

travs de la pistola de soldadura desde alguna fuente externa. Los gases

usados incluyen los del tipo inerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones se

usan gases inertes tales como el argn y el helio. Puede usarse uno slo, en

combinacin con el otro, o mezclado con otros gases reactivos como el

oxgeno o el dixido de carbono.

Los electrodos usados en este proceso son alambres slidos que se

proveen en bobinas o rollos de distintos tamaos. Como en el caso de

soldadura por arco con electrodo revestido, hay un mtodo de identificacin de

los electrodos de soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa

aprobado por la American Welding Society. Se distinguen por las letras ER

seguidas por dos o tres nmeros, la letra S, un guin, y finalmente otro

nmero, ER designa al alambre que es a la vez electrodo y varilla, esto

significa que puede conducir electricidad (electrodo), o ser simplemente

aplicado como metal de aporte (varilla) cuando es usado con otro proceso.

Se trata de un proceso de soldadura que produce un arco entre el

material a soldar y un hilo consumible utilizado como metal de aporte, este hilo

se va incorporando de forma continua a medida que se va consumiendo. En el

extremo del electrodo se suministra un gas inerte, generalmente argn, para

proteger el arco. Este tipo de soldadura tambin se denomina MIG por hacer

referencia explcita a la naturaleza inerte del gas protector tradicionalmente

utilizado. Dicho procedimiento permite trabajar de forma semiautomtica o

automtica y puede utilizarse para soldar metales de importancia comercial

como acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de nquel, titanio, aluminio

y cobre.

La principal ventaja de la GMAW es los Kilogramo por hora de metal

depositado que reduce el costo de mano de obra. Otro beneficio de la

soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa es que se trata de un

proceso relativamente limpio, principalmente debido a que no hay fundente

presente en el proceso. En los locales con problemas de ventilacin pueden

verse aliviados cambiando a soldadura por arco con alambre y proteccin

gaseosa donde se usaba soldadura por arco con electrodo revestido o

soldadura por arco con alambre tubular, porque se genera menor cantidad de

humos. Con la existencia de numerosos tipos de electrodos y equipos que se

han transformado ms porttiles, se contina mejorando la versatilidad de la

soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa.

Algunos estudios revelan que variando el caudal del gas de proteccin

(Argn con 5% de CO2) entre 0 y 30 l/min la cantidad de cromo hexavalente

permanece prcticamente constante, mientras que la presencia de otros

contaminantes como el ozono se ve afectada de forma muy significativa.

Asimismo, no se observan cambios en la concentracin de compuestos de

cromo hexavalente cuando vara la distancia entre la varilla con relacin al

punto de soldadura desde 15 a 30 mm. Cuando se cambia el voltaje de

soldadura desde 15 a 35 V se aprecia un mximo en la concentracin

ambiental de cromo hexavalente alrededor de 20 V, aunque no hay variaciones

significativas en toda la gama de voltajes aplicados.

Se han realizado estudios con 9 gases de proteccin y se ha podido

comprobar que este factor afecta de forma notable a la presencia de cromo

hexavalente, aunque el efecto no siempre tiene el mismo sentido para todos los

contaminantes. La mxima concentracin de los compuestos de cromo

hexavalente corresponde a la utilizacin de argn puro mientras que los valores

mnimos corresponden a la utilizacin de argn con 300 ppm de NO y a argn

con 300 ppm de CF2Cl2. En este ltimo caso la concentracin de la especie

hexavalente es del 20% con relacin a la obtenida con argn puro (Dennis J. H)

Figura 1.2 Proceso de soldadura GMAW (De Roy Neulicht y Charles F. Holt

Development of Particulate and Hazardous Emission Factors for Arc Welding)

En el proceso de soldadura por arco con gas de proteccin y usando

electrodo de Tungsteno (GTAW), el electrodo usado no se consume durante la

operacin 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 algn sistema de

alimentacin mecnica. La totalidad de la proteccin del arco y del metal se

alcanza a travs del uso de gases inertes que fluyen fuera de la buza rodeando

al electrodo de tungsteno.

El cordn 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 fcilmente. Las

denominaciones consisten en una serie de letras comenzando con una E que

se pone por electrodo. Luego viene una W" que es la designacin qumica

para el tungsteno. Estas letras estn seguidas por letras y nmeros que

describen el tipo de aleacin. Hay cinco clasificaciones diferentes, se

diferencian comnmente usando un sistema de cdigos de colores.

El desarrollo de la soldadura mediante el proceso GTAW, tambin

denominado TIG, hace que sean soldaduras ms limpias y puras comparadas

con otros mtodos. La soldadura mediante el proceso TIG efecta la unin del

metal por medio del calentamiento que produce el arco elctrico. Una Terminal

es generalmente un electrodo de tungsteno, de elevado punto de fusin

(3301C), y la otra es la pieza que se va a soldar.

La presencia de torio y circonio ayuda en mejorar las caractersticas

elctricas, haciendo al tungsteno ligeramente ms emisor. Esto significa

nicamente que es ms fcil iniciar el arco con estos electrodos con torio y

circonio que en los casos de electrodos de tungsteno puro. El tungsteno puro

es ms frecuentemente usado para soldar aluminio, debido a su habilidad para

formar una terminacin con forma esfrica en el extremo cuando es calentado..

El tipo EWTh- 2 es el ms comnmente usado para la unin de materiales

ferrosos.

Figura 1.3 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 utilizacin

debera ser recomendada siempre que fuese tcnicamente viable, ya que

permite una considerable disminucin de la exposicin de los trabajadores a

humos de soldadura (Diebold F., Hubert G). Aunque es muy difcil hacer

estimaciones precisas, se considera que las concentraciones medias diarias de

humo de soldadura son bajas (1-2mg/m3) en la zona de respiracin del

trabajador durante la operacin 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 hacer una estimacin 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 formacin de Cr (VI) en un

proceso de soldadura GMAW

Fig. 1.4 Formacin de Cr hexavalente en GMAW Annals of Occupational Hygiene 46:1,

43-48. 2002.

La oxidacin es un factor critico en la evaluacin de las actividades de

los compuestos de Cromo, este elemento existe en variadas formas y estados

de oxidacin de los cuales Cr(VI) y Cr(III) son de mayor inters, Cr (VI) es mas

toxico que Cr(III) (M.D Cohen, B. Kargochin, C.B Klein)

El anlisis termoqumico evala el potencial de oxidacin de la mezcla

de gas, la estabilidad termoqumica del metal condensado y fases oxidadas y la

presin de vapor de las especies en las fases condensadas, estn en funcin

de la temperatura y contenido de oxigeno en la mezcla de gas. La ecuacin

bsica es:

Go = -RTlnKP

Para un metal puro, la energa libre de evaporacin es:

GoE = -RTlnPAo

Si es no puro, el cambio de energa libre de evaporacin es:

GE = Goe

Donde: , es la energa libre parcial de mezcla

Para la reaccin:

ASOLUCIN AGAS

Donde A es el metal evaporado de la aleacin

El cambio de energa libre total es:

GoTOTAL = RT ln [ P/ PAO ] = RT ln aA

Las especies voltiles son formadas por evaporacin directa y por la

adicin o remocin de oxigeno de Cr(s,l) y Cr2O3(s,l) respectivamente. La

siguiente tabla muestra las reacciones qumicas para Cr-O as como de

especies voltiles y la fase condensada Cr(s,l) y Cr2O3(s,l)

Tabla 1.3 Reacciones qumica 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

La reaccin de oxidacin de Cr puede ser escrita como:

X Cr+ + Y O2 CrxOy

Ln [P CrxOy/P o2Y aCr

X ] = - [Go/RT]

Podemos observar que la presin parcial de los xidos de cromo son

funcin de la To y de la presin 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 grisceo, duro, brillante y frgil que funde a

1890 C tiene estructura Hexagonal a temperatura ambiente, nmero atmico

24, peso atmico 52 gr./mol y densidad 7,2 g/cm3, y tiene un punto de ebullicin

de 2672 C. Sus estados de oxidacin son +2, +3 y +6 aunque el estado

divalente es inestable y se oxida rpidamente a la forma trivalente. Para el

elemento y para sus disoluciones acuosas, el estado de oxidacin ms estable

es el de +3, cuya caracterstica ms sobresaliente es la capacidad de formar un

gran nmero de complejos muy estables desde el punto de vista termodinmico.

En su estado de oxidacin ms 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 biolgicos el cromo

se encuentra probablemente siempre en forma trivalente, excepto durante un

corto periodo despus de la exposicin que puede encontrarse en forma

hexavalente (Harzdorf C., Lewalter J.).

Cromo tiene buena resistencia a los agentes corrosivos ordinarios, esto

lo hace interesante para mltiples aplicaciones industriales especialmente en

los aceros inoxidables. El metal se disuelve con relativa facilidad en cidos

minerales no oxidantes como cido clorhdrico o sulfrico, pero no es atacado

por agua regia ni por cido ntrico. Si no se requiere que est puro, se obtiene

por reduccin en un horno con carbn a partir de cromita de hierro, FeCr2O4 ,

que es una espnela (xido doble de metal divalente y trivalente) que contiene

cromo trivalente en los lugares octadricos y hierro divalente en los tetradricos.

Tambin puede obtenerse mediante un proceso ms complejo si se requiere

mayor pureza.

En sistemas biolgicos, los dos estados de oxidacin en los que se

encuentra el cromo son +3 y +6, se manifiestan de forma muy diferente en

cuanto a su comportamiento bioqumico y toxicolgico (G. Wuilloud). En

relacin con los procesos metablicos bsicos en los que interviene este

elemento, cabe destacar los siguientes aspectos: como la Absorcin que se

produce por contacto drmico, ingestin e inhalacin, siendo esta ltima la

principal va en la exposicin laboral a dicho elemento. En general, los

compuestos solubles de cromo hexavalente son absorbidos ms rpidamente

por cualquier va (Gil Tocados G.).

En la sangre, el cromo se encuentra, principalmente en estado trivalente,

en el hgado, el bazo, el rin, 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 travs de la placenta especialmente en

forma hexavalente (Gil Tocados G).

Cromo trivalente presente en la corriente sangunea, ya sea por

absorcin o por reduccin de cromo hexavalente en plasma, se elimina por la

orina (Harzdorf C., Lewalter J). En menor grado puede eliminarse tambin a

travs de otras vas ms lentas como bilis, descarnacin de la piel (clulas,

pelo, sudor) y heces. En personas no expuestas, la concentracin 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

estn determinados bsicamente por el grado de oxidacin del elemento y por

la solubilidad del compuesto. Otros factores a tener en cuenta son la va de

entrada, el tamao de partcula y, evidentemente, el nivel de exposicin. Los

principales rganos diana, donde se ejerce la accin txica, son la piel, el tracto

respiratorio y los riones (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 cidos grasos (Gil Tocados G). Su presencia tambin se

ha relacionado con determinadas funciones psicolgicas (Harzdorf C.,

Lewalter). Aunque se han descrito efectos debidos a deficiencia de cromo,

como intolerancia a la glucosa y neuropatas (Gil Tocados G y Harzdorf C.,

Lewalter), no se ha logrado definir cuantitativamente el requerimiento diario de

cromo en la alimentacin (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 carcter 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 alrgico. En el primer caso, se

origina una reaccin inflamatoria no alrgica, mientras que en el segundo se

produce una reaccin de hipersensibilidad de tipo retardado. Tambin los

compuestos de cromo trivalente pueden resultar irritantes o producir alergias en

personas susceptibles (Bulikowski W., Tyras H). La diferencia en la capacidad

de sensibilizacin entre los dos estados de oxidacin se debe a la facilidad del

cromo hexavalente para pasar a travs de la piel intacta, siendo posteriormente

reducido a estado trivalente, que es capaz de formar enlaces covalentes con

protenas u otros componentes de la piel para formar alrgenos. Una vez

desarrollada la sensibilizacin, pequeas cantidades de cromo trivalente

pueden dar lugar a reacciones alrgicas en la piel. Si existen pequeas heridas

en la epidermis pueden aparecer lceras de diversa gravedad inducidas por la

accin corrosiva de los compuestos crmicos. A veces estas lceras resultan

indoloras y, aunque su desarrollo es lento, pueden permanecer durante meses

(Friberg L).

Un efecto caracterstico de la exposicin a cromo hexavalente es la

irritacin 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/m3 aproximadamente.

Cuando las ulceraciones se producen a ambos lados del septo, se produce una

necrosis local del cartlago y la consiguiente perforacin del mismo (Friberg L y

Lee C. R., Yoo C. I., Lee J. H., Kang S. H). Aunque mucho menos frecuentes

que las alergias cutneas, se han descrito crisis de asma bronquial en

trabajadores expuestos a cromo hexavalente. Diferentes autores han aportado

pruebas de que la crisis asmtica puede aparecer entre 4 -8 horas despus de

la exposicin (Friberg L). La inhalacin de polvo y humos procedentes de la

fabricacin de dicromato a partir de cromita puede provocar irritacin farngea,

tos, bronquitis crnica, sensacin de dolor retroesternal y broncoespasmo (Gil

Tocados G).

Se han estudiado diferentes efectos de la exposicin de trabajadores a

compuestos de cromo hexavalente sobre la reproduccin. Se puede producir

retraso en la concepcin (Rachootin P., Olsen J.), aumento del riesgo de

reducir la calidad del esperma en soldadores de acero inoxidable debido a una

disminucin significativa en el recuento y en la movilidad de los

espermatozoides, as como una disminucin significativa de la actividad de

algunos enzimas presentes en el semen en relacin con el grupo control (Li H

y Zheng Y., Bonde J. P., Ernst E., Mortensen J. T., Egense).

Estudios epidemiolgicos realizados en un elevado nmero de

trabajadores de una planta de cromatos han concluido que hay suficiente

evidencia de que todas las formas de cromo son cancergenas. Por tanto, de

ser ciertas estas conclusiones, el riesgo de sufrir esta enfermedad no estara

limitado a la forma hexavalente, que es identificada con el cromo soluble por

algunos autores, y se mantendra la hiptesis de que la presencia de cromo

trivalente o insoluble produce un incremento del riesgo de cncer (Mancuso T.

F.). Algunos autores, no obstante, sealan diferentes errores en el anlisis de

los datos anteriores. La hiptesis comentada implica la identificacin del cromo

trivalente con el cromo insoluble y del cromo hexavalente con el cromo soluble

en agua, sin embargo, dichos autores sealan 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 Lmite Biolgicos) son ndices de referencia para

evaluar los resultados del control biolgico y representan los niveles de los

determinantes que se observan en las muestras tomadas en los trabajadores

sanos que han estado expuestos por inhalacin a los compuestos qumicos en

el mismo grado que el VLA. Las excepciones con respecto a lo anterior son los

VLB para los compuestos qumicos cuyos VLA estn basados en la proteccin

frente a los efectos no sistmicos ( irritacin o deterioro respiratorio) en donde

es conveniente realizar el control biolgico debido a la absorcin potencial

significativa a travs de una va adicional de entrada (generalmente la va

drmica). El VLB generalmente representa la concentracin por debajo de la

cual la mayor parte de los trabajadores no deberan experimentar efectos

adversos para la salud. El determinante propuesto como VLB puede ser el

mismo compuesto qumico, uno o ms metabolitos o un cambio bioqumico

reversible caracterstico inducido por el propio compuesto. El control biolgico

permite detectar y determinar la absorcin por va drmica o por el sistema

gastrointestinal, valorar el contenido corporal, reconstruir la exposicin pasada

en ausencia de otras medidas de exposicin y detectar la exposicin no laboral

entre los trabajadores (A.C.G.I.H).

Por lo anterior expuesto pretendemos estudiar Cul es el efecto del

proceso de soldadura por arco elctrico SMAW, y GMAW y GTAW en la

cantidad de Cr (VI) soluble, Cr (VI) insoluble, presentes en los humos de

soldadura producidos al soldar un acero inoxidable AISI 304L

Pensamos que al realizar la unin 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 globalizacin, los cambios en el mundo del trabajo han

sido tan vertiginosos y rpidos como en el campo de la informtica y de las

comunicaciones, afectando a la salud de los trabajadores. Es por ello que

creemos conveniente estudiar la composicin de agentes contaminantes

producidos en los humos de soldadura por arco. Este estudio se centra en la

determinacin de compuestos de cromo presentes en los humos de soldadura.

Planteamos el estudio de los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW,

por ser los ms frecuentemente utilizados en la industria. Para ello, se ha

diseado un sistema experimental que permite generar humos de soldadura de

caractersticas 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, caractersticas del metal base, composicin del electrodo,

etc.

MATERIAL Y METODOS

2.1 Material

2.1.1 Poblacin

En el presente trabajo la poblacin muestral fueron los componentes

presentes en los humos que se producen en la soldadura por arco elctrico

para la unin del acero inoxidable AISI 304. Cuya composicin depende del

proceso de soldadura y de las especificaciones del procedimiento de

soldadura.

Como material de estudio se ha seleccionado el acero AISI 304L, el cual

es un acero Inoxidable austenitico, el cual tienen las siguientes caractersticas:

Tabla 2.1 Caractersticas del material Base

Material Base COMPOSICIN QUIMICA ESPESOR

(mm)

ESTADO DE

SUMINISTRO % C % Cr %Ni

AISI 304 L 0.03 18-20 8-12 6.35 Recocido

Las propiedades mecnicas del acero inoxidable AISI 304 se muestran a

continuacin:

Tabla 2.2 Propiedades mecnicas del material Base

RESISTENCIA A

TRACCIN (Mpa)

TENSIN DE

FLUENCIA (Mpa)

ELONGACIN

2 (%)

DUREZA

(RB)

558.62 268.96 55 79

Para la unin por soldadura se han realizado los procedimientos de

soldadura SMAW, GMAW (Semiautomtica) y GTAW (Semiautomtica) cuyas

especificaciones de los procedimientos de soldadura se muestran a

continuacin:

Tabla 2.3 Especificaciones de los procedimiento de soldadura

SMAW GMAW GTAW

Metal de Aporte E308-16 (AWS A5.4) ER308L (AWS A5.9) ER308L (AWSA5.9)

Clase de electrodo - - EW Th-1 AWS A5.12

Dimetro 3.97 mm 1.58 mm 1.58 mm

Gas de Proteccin - Ar (100%) Ar (100%)

Flujo de gas - 3 lt/min 3 lt/min

Transferencia - Spray -

Tipo de Corriente DC(+) DC(+) DC(-)

Amperaje 125 225 120

Voltaje 28 v

Ratio Alimentacin - 50 mm/ses -

Posicin Plana Plana Plana

Los humos que se generan en la soldadura por arco elctrico de aceros

inoxidables pueden contener en su composicin varios compuestos, muchas

veces formando compuestos y complejos de diversa naturaleza, esta

composicin en humos depende no solo de la composicin qumica de los

elementos presentes en el material base, sino tambin 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 2.4 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

ER308L (AWSA5.9) 0.025 1.8 20.5 10.0 0.02 0.02

2.1.2 Muestra

Las muestras se han obtenido mediante la captacin de humos de

soldadura con filtros, sobre el que queda retenida el material particulado, el

nmero de filtros ha sido de 8 por prueba de soldadura realizamos 2 pruebas

por cada proceso de soldadura haciendo un total de 48 filtros para los 3

procesos (GMAW, GTAW y SMAW). El tiempo de muestreo fue, en todos los

casos, de 10 minutos y el caudal de aspiracin de la bomba de 2 l/min. ,

despus de obtenidos los filtros se analizaron los elementos Cr (VI) soluble y

Cr (VI) insoluble. Estos se visualizan en las figuras 2.1

Fig.2.1 (a) Sistema de Filtros, (b) Porta filtros

2.1.3 Unidad de anlisis

En cuanto a la tcnica experimental para la deteccin, hacemos una

separacin de las distintas especies de acuerdo con los valores lmite que sea

preceptivo utilizar. Esta separacin puede llevase a efecto mediante

operaciones previas, como sucede cuando la tcnica que se va a utilizar para

la deteccin final es la espectrometra de absorcin atmica con llama

(Palelogos E.K y Lpez-Garca I., Merino Meroo B., Campillo N.,

Hernndez-Crdoba M ) o con atomizador electrotrmico (cancar J., Milacic

R. A)

En este trabajo el proceso analtico consta de tres etapas bsicas:

1. Lixiviacin y pretratamiento. En esta etapa el filtro de captacin se trata, con

una disolucin reguladora ligeramente alcalina durante un tiempo variable,

aunque siempre menor de 60 minutos, y a una temperatura que oscila entre

la ambiental y los 80C. El pretratamiento, posterior a la lixiviacin, se

reduce a una dilucin con una disolucin igual o similar a la utilizada en la

extraccin primitiva y a una filtracin del material extrado.

2. Separacin. puede realizarse en una operacin previa mediante

cromatografa en columna o con resina lquida, o mediante un proceso en

lnea en el mismo instrumento analtico.

3. Deteccin. Dentro de esta fase se considera de forma independiente la

determinacin de las dos especies separadas en las anteriores etapas:

cromo hexavalente y cromo total soluble. Para la determinacin de la

primera especie se utilizan la espectroscopia ultravioleta-visible para la

determinacin del complejo CrO42- - DPC, la espectrometra de absorcin

atmica con atomizador electrotrmico y con llama, la cromatografa lquida

de alta resolucin con detector UV, la espectrometra de masas con dilucin

isotpica y la espectrometra de emisin atmica mediante plasma acoplado

inductivamente.

2.2 Mtodo:

2.2.1 Tipo de estudio

Es un trabajo Experimental, de acuerdo a su origen la investigacin es

aplicada, y de acuerdo a la tcnica de contratacin es explicativa

2.2.2 Diseo de investigacin

El diseo y metodologa experimental se ha llevado a cabo teniendo en

cuenta los aspectos siguientes:

1. mbito de aplicacin. Como se ha indicado con anterioridad han sido

estudiados los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW, por ser los

ms frecuentemente utilizados en la industria. Para ello, se ha diseado un

sistema experimental que permite generar humos de soldadura de

caractersticas 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, caractersticas del metal base,

composicin del electrodo.

2. Especies contaminantes a evaluar. Dentro de las especies metlicas

presentes en humos de soldadura se han seleccionado como ms

representativas las de cromo en sus distintas formas. Algunos compuestos

de cromo hexavalente como los cromatos de cinc y potasio. Otros

compuestos de cromo hexavalente como los cromatos de estroncio y

potasio son sustancias carcinognicas de segunda categora.

En el presente trabajo de Investigacin se ha realizado un estudio

comparativo, para determinar el efecto del proceso de soldadura en la

produccin de Cr (VI) en los gases producidos al soldar la variable

independiente es el tipo de proceso de soldadura y la dependiente la

concentracin de Cr (VI), con 8 repeticiones

Tabla 2.5 Diseo experimental

GMAW

SMAW GTAW

PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2

Filtro 1 Filtro 9 Filtro 17 Filtro 25 Filtro 33 Filtro 41








2.2.3 Variables y operativizacin de variables

Variables Independientes:

o Proceso GMAW

o Proceso SMAW

o Proceso GTAW

Variables dependientes:

o Cr(VI) soluble en Humos de soldadura ( g / Filtro)

o Cr(VI) Insoluble en Humos de Soldadura ( g / Filtro)

2.2.4 Instrumentos de recoleccin de datos

Reactivos

o Metilisobutlcetona de Merck.

o cido ntrico concentrado (65% m/m) de Merck.

o cido clorhdrico (32% m/m) de Merck.

o Hidrxido sdico (contenido mnimo 99%) de Merck.

o Carbonato sdico (contenido mnimo 99,5%) de Merck.

o Sulfato amnico de Aldrich.

o Hidrxido amnico de Dupont.

o Amberlita LA-2 de BDH.

o Disoluciones estndar de cromo, hierro, manganeso y nquel (1000 g/

ml) de Titrisol.

o Filtros de microfibra de vidrio borosilicatado sin resina ligante, de 25 mm

de dimetro y una eficacia de retencin no inferior al 99,5 % para

partculas de dimetro aerodinmico medio de 0,3 m de Millipore.

o Prefiltros de microfibra de vidrio borosilicatado sin ligante de Millipore.

o Cronmetro.

o Velmetro 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: Argn

Equipos

o Espectrmetro de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica

PerkinElmer- AAnalyst 600

o Espectrmetro de absorcin atmica con llama PerkinElmer-1100B

o Maquina de soldar Proceso GMAW

o Maquina de soldar Proceso SMAW

o Maquina de soldar Proceso GTAW

o Equipo para la generacin de humos de soldadura

o Mesa de soldadura

o Campana para la toma de muestras

o Cabina de soldadura

2.3 Procedimiento y anlisis estadstico

En las operaciones de soldadura:

1. Ubicamos la probeta de acero Inoxidable sobre la mesa y dentro de la

cabina de soldadura. Figura 2.2

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 aspiracin

4. Comenzada la soldadura, se conecta el sistema de toma de muestras.

Transcurrido el tiempo de muestreo prefijado se desconectan todos los

sistemas.

Figura 2.2 Cmara para soldadura

El procedimiento analtico empleado para analizar las muestras de

humos de soldadura se ha diseado en base a los siguientes criterios: La

separacin 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. Una

vez separadas, las especies de cromo hexavalente se extraen utilizando una

resina lquida de intercambio inico (Amberlita LA-2) y se analizan mediante

espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica. Las

resinas de intercambio inico se caracterizan por su capacidad de intercambio,

directamente relacionada con la naturaleza y el nmero de grupos ionizables

en su estructura. La capacidad se expresa en miliequivalentes de un in por

gramo de resina (o por mililitros si es lquida). Partiendo de la muestra

ambiental captada sobre un filtro, el mtodo analtico optimizado consta, en

esencia, de las siguientes etapas fundamentales:

o Separacin y determinacin de cromo hexavalente soluble.

o Separacin y determinacin de cromo hexavalente insoluble.

1. Separacin y determinacin de cromo hexavalente soluble

El filtro donde se realiz la captacin 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. Es importante que el filtro permanezca

completamente inmerso en el agua. Posteriormente, la disolucin procedente

del tratamiento de la muestra se pasa a travs de un filtro de membrana de

PVC utilizando un aparato de filtracin por succin. Cada filtro se lava con 3

alcuotas de 1 ml de agua desionizada, se recoge la solucin 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 mnima cantidad (200 l) de una disolucin 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 disolucin a un tubo de centrfuga graduado y se aaden

5 ml de disolucin reguladora alcalina (2% NaOH 3% Na2CO3). El contenido

del tubo se trata con 5 ml de una disolucin de Amberlita LA-2, cido clorhdrico

y MIBC en la proporcin LA-2: HCl: MIBC 2:1:2.

La muestra se agita mecnicamente y se centrfuga durante 10 minutos

a 2500 rpm. Se determina cromo hexavalente soluble en la fase orgnica

mediante espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica.

La calibracin se lleva a cabo a partir de disoluciones de concentracin

conocida de cromo que, junto a un ensayo en blanco

2. Separacin y determinacin de cromo hexavalente insoluble

Para analizar las especies de cromo hexavalente insoluble se toman los

filtros donde se capt la muestra de los que previamente se han extrado las

especies de cromo hexavalente soluble. Se tratan en un tubo de centrfuga con

5 ml de disolucin 0,05 mol/l (NH4)2SO4 0,05 mol/l NH4OH (pH 8) y se cierran

hermticamente. Posteriormente, se calientan a 135C 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 disolucin reguladora 2

mol/l (NH4)2SO4 1 mol/l NH4OH. Posteriormente, se enrasa a 10 ml con una

disolucin que contiene 0,05 mol/l de (NH4)2SO4 y 0,05 mol/l de NH4OH.

Se aade tampn alcalino y la disolucin de Amberlita LA-2, cido

clorhdrico y MIBC en las proporciones indicadas anteriormente. La muestra se

agita mecnicamente y se centrfuga durante 10 minutos a 2500 rpm.

Finalmente, se determina cromo hexavalente en la fase orgnica mediante

espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica. La

calibracin se lleva a cabo a partir de disoluciones de concentracin conocida

de cromo que, junto a un ensayo en blanco. En las figuras 2.3 y 2.4 se

esquematizan los procedimientos descritos anteriormente.

Figura 2.3 Determinacin de cromo hexavalente soluble.

(*)Procedente de la extraccin de cromo hexavalente soluble.

Figura 2.4 Determinacin de cromo hexavalente insoluble.

Finalmente los resultados se analizaron utilizando el software Origin

Lab 8.0 y SPSS Versin 15 para anlisis estadstico descriptivo, prueba de

promedios mediante la prueba t student y anlisis de varianza, que permitieron

validar nuestros resultados

Filtro con humos de soldadura

Tratamiento con agua

desionizada

Filtracin por succin y lavado con 3 alcuotas

de 1 mm de agua desionizada

Enrase a 10 ml con agua desionizada Ajuste a pH a 8

Adicin de solucin

reguladora

Adicin de disolucin de Amberlita LA-2

HCl y MIBC Proporcin 2:1:2

Agitacin mecnica y centrifugacin a 2500 rpm por 10

minutos

Anlisis de Cr(VI) en la fase

orgnica por Etapas

Filtro con humos de soldadura

(*)

Tratamiento con (NH4)2SO4

(NH4)OH (pH = 8)

Calentamiento a 135oC durante 60

minutos

Ajuste de pH con 2 mol/l (NH4)2SO4 y 1 mol/l (NH4)OH

enrase a 10 ml con 0.05 mol/l de

(NH4)2SO4 y 0.05 mol/l de (NH4)OH

Anlisis de Cr(VI) en la fase

orgnica por ETAAS

Adicin de disolucin

reguladora. Adicin de solucin de

Amberlita LA-2, HCl y MIBC

(proporcin 2:1:2)

RESULTADOS

3.1 Efecto del tipo de proceso de soldadura en Cromo (VI)

Las pruebas se han realizado bajo las mismas condiciones

experimentales, el mismo tiempo de toma de muestra e iguales condiciones

de soldadura. El diseo experimental de soldadura permite la obtencin

simultnea de ocho muestras equivalentes en condiciones controladas. Los

procesos se han llevado a cabo de forma automtica para soldadura GMAG

y de forma manual para soldadura SMAW y GTAW. obtenidas las muestras

de soldadura, captadas en filtros de microfibra de vidrio, el mtodo analtico

permite diferenciar las especies de cromo segn la valencia de dicho

elemento en los compuestos y distinguir dichos compuestos en funcin de

la solubilidad.

Las cantidades de cromo hexavalente insoluble son muy inferiores a la

especie soluble para los tres procesos de soldadura. Siendo el cromo

hexavalente tanto soluble como insoluble producido en los humos por proceso

SMAW muy superior a la hallada en los humos procedentes de soldaduras

GMAW y GTAW. Esto se aprecia en la tabla 3.1, 3.2 y 3.3. Y figuras 3.1 y 3.2

Tabla 3.1 Cr(VI) soluble en humos de soldadura

Cr(VI)soluble (g/Filtro)

GMAW SMAW GTAW


11.21 10.16 26.85 25.52 1.96 2.12

11.25 11.18 26.64 25.98 1.86 2.11

11.52 12.16 26.28 27.1 2.01 1.97

11.56 11.18 27.88 26.78 1.83 2.05

12.24 10.26 28.87 25.65 1.93 2.11

12.89 11.17 26.63 26.14 2.12 2.14

11.58 11.18 27.19 27.67 2.05 2.13

11.45 11.98 28.65 27.36 2.13 1.98

Tabla 3.2 Cr(VI) insoluble en humos de soldadura

Cr(VI)insoluble (g/Filtro)

GMAW SMAW GTAW


0.18 0.15 0.37 0.37 0.13 0.15

0.16 0.17 0.41 0.41 0.11 0.11

0.15 0.18 0.43 0.43 0.12 0.17

0.21 0.15 0.39 0.41 0.14 0.12

0.23 0.17 0.45 0.46 0.12 0.11

0.19 0.19 0.41 0.43 0.11 0.13

0.21 0.14 0.39 0.38 0.10 0.12

0.16 0.16 0.38 0.42 0.11 0.16

Tabla 3.3 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cromo (VI)

Tipo de Proceso NUMERO DE PRUEBA

Cromo (VI)

soluble

Cromo (VI)

insoluble

SMAW PRUEBA1 Media 27.3738 .4038

Desv. tp. .97978 .02669

PRUEBA2 Media 26.5250 .4138

Desv. tp. .81283 .02875

Total Media 26.9494 .4088

Desv. tp. .97386 .02729

GMAW PRUEBA1 Media 11.7125 .1863

Desv. tp. .57046 .02875


Desv. tp. .70546 .01685


Desv. tp. .68255 .02556

GTAW PRUEBA1 Media 1.9863 .1175

Desv. tp. .11173 .01282


Desv. tp. .06802 .02326


Desv. tp. .10072 .01999

Tipo de Proceso

GTAWGMAWSMAW

Med

ia C

rom

o (

VI)

in

so

lub

le

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

0,00

PRUEBA2

PRUEBA1

NUMERO DE PRUEBA

Fig. 3.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cr(VI)insoluble

Tipo de Proceso

GTAWGMAWSMAW

Med

ia C

rom

o (

VI)

so

lub

le

30,00

20,00

10,00

0,00

PRUEBA2

PRUEBA1

NUMERO DE PRUEBA

Fig. 3.2 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cr(VI)soluble

Las relaciones entre Cr(VI)S / Cr(VI)Ins en las dos pruebas en proceso los

procesos GMAW, SMAW y GTAW son indicadores del correcto funcionamiento

del sistema de captacin de muestras y que las especificaciones del

procedimiento de soldadura se han mantenido en ambas pruebas

Tabla 3.4 Relaciones establecidas entre los Elementos metlicos presentes en los

Humos de soldadura

RELACIN PRUEBA 1 PRUEBA 2

Cr(VI)S /Cr (VI)I (GMAW) 62.85 68.12

Cr(VI)S /Cr (VI)I (SMAW) 67.79 64.09

Cr(VI)S /Cr (VI)I (GTAW) 16.90 15.51

Por los resultados podemos observar que los componentes generados

durante la operacin de soldadura y sus cantidades en Cr (VI) soluble e

insoluble dependen directamente del proceso de soldadura, siendo el proceso

SMAW en donde se produce mayor cantidad de de Cr(VI) y al realizar la

soldadura mediante GTAW la contaminacin en Cr(VI) en humos de soldadura

resulta ser la menor.

Los clculos estadsticos nos permiten afirmar de acuerdo a la prueba t

de student que para muestras relacionada se obtienen los mismos resultados

de Cr (VI) soluble en las dos pruebas realizadas por cada proceso de soldadura,

esto es el valor de la significancia en proceso SMAW es (p=0.095>0.05), en

proceso GMAW es (p=0.149>0.05) y en proceso GTAW es (p=0.109>0.05) y

para Cr(VI) insoluble tenemos significancia en proceso SMAW es

(p=0.095>0.05) , en proceso GMAW es (p=0.149>0.05) y en proceso GTAW es

(p=0.109>0.05) por lo que resulta que la prueba es No significativa, es decir

aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las dos pruebas realizadas (8

muestras por prueba) por cada proceso de soldadura han producido las

mismas mediciones de Cromo hexavalente soluble e insoluble, validando de

esta manera la respetabilidad de nuestro procedimiento experimental. Ver

apndice 1 tabla 1.1 y 1.2

Para realizar la prueba de hiptesis en muestras independientes, es

decir, para comparando los proceso de soldadura, y verificar si hay diferencias

significativas en las medias de los resultados obtenidos en los tres proceso de

soldadura, con sus respectivos Cromos producidos se muestran a continuacin:

Comparando los procesos SMAW y GMAW obtenemos que los

resultados obtenidos en esta prueba de hiptesis es la prueba de Levene y al

evaluar el valor la significancia (p=0.151>0.05), resulta que la prueba es no

significativa, por lo tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las

varianzas son iguales en ambos procesos. Luego en la segunda parte

correspondiente a la prueba t para muestras obtenidas de procesos

independientes verificamos que p=0.000

Situacin similar ocurre al evaluar los resultados obtenidos de Cr (VI

insoluble al comparar los procesos SMAW y GMAW, al evaluar el valor la

significancia (p=0.861>0.05), resulta que la prueba es no significativa, por lo

tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las varianzas son iguales

en ambos grupos. Luego en la segunda parte correspondiente a la prueba t

para muestras obtenidas de procesos de soldadura independientes verificamos

que p=0.000

alterna, es decir la concentracin promedio de Cr(VI) soluble en los procesos

GMAW y GTAW son diferentes. Ver apndice 1, tabla 1.7 y 1.8

Situacin similar ocurre al evaluar al evaluar los resultados obtenidos de

Cr (VI insoluble al comparar los procesos GMAW y GTAW y al evaluar el valor

la significancia (p=0.297>0.05), resulta que la prueba es no significativa, por lo

tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las varianzas son iguales

en ambos grupos. Luego en la segunda parte correspondiente a la prueba t

para muestras independientes verificamos que p=0.000

DISCUSION DE RESULTADOS

4.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin de humos de

soldadura

En este trabajo se dedica especial atencin a los posibles daos

provocados al organismo humano por causa de la inhalacin de los humos de

soldadura. Humos generados durante el proceso de soldadura. Despus de

terminar un cordn y levantar la careta, el soldador se expone a la mxima

concentracin del humo de soldadura. (Omni Comercial, SA). Este humo est

compuesto por partculas muy pequeas y gases, ambos originados por la

presin del arco, superior a 1,013 x 105 Pa, y las altas temperaturas que all se

generan, que son del orden de 7000 a 10 000 K.

La concentracin del humo desprendido durante la soldadura viene dada

fundamentalmente por: el mtodo de soldadura que se utilice, por los

resultados, la soldadura manual por arco (SMAW) es el proceso que genera

una mayor cantidad de humo; esto tiene relacin con la intensidad de la

corriente, debido a que cuanto ms material sea preciso fundir, ms alta ser la

temperatura y en consecuencia mayor la cantidad de humo generado, adems

de la necesaria ventilacin y extraccin de humo en el lugar de trabajo y su

entorno.

La composicin del humo vara en funcin del proceso de soldadura, los

consumibles y los materiales base; aunque en general puede decirse que

principalmente contiene partculas finas de los metales que se sueldan y sus

xidos, tambin de compuestos u xidos de los componentes del revestimiento

o fundente y adems de gases que se generan durante el proceso, dentro de

los que estn: el xido de nitrgeno (NO), el ozono (O3), el monxido de

carbono (CO), as como las mezclas de los gases de proteccin en los

procesos de soldadura con proteccin gaseosa, entre otros.( Wemmen, Brje)

Figura IV.1 Esquema de la formacin del humo durante el proceso de soldadura con

proteccin gaseosa (GMAW y GTAW).(Wemmen, Brje )(1) Pequeas gotas en la

punta del electrodo durante la transferencia; (2) Bao de soldadura; (3)Columna de

arco; (4)Explosin del alambre;(5)Partculas grandes de salpicaduras; (6)Partculas

finas de metal, lanzadas por la explosin del alambre

Partculas en el arco de soldadura, en la zona de mancha catdica,

donde el metal est en forma de vapor, la temperatura es muy alta (7 000-10

000 K) y las gotas de metal estn sobrecalentadas muy por encima de la

temperatura de ebullicin del acero ( 3 000 K).( Hernndez Riesco, G,

Welding Journal, Wemmen, Brje). Al condensarse este vapor en la vecindad

del arco se crean partculas muy pequeas (0,001 a 0,1m), las cuales se

difunden como molculas de un gas (movimiento browniano) y una cantidad de

ellas se aglomera para formar agregados con un tamao de 0,5 a 2 m.( Amo

Ortega, J. M, De Connect, J, Wemmen, Brje)

Estas partculas microscpicas son visibles en forma de humo con una

determinada concentracin, pero no lo son luego de difundirse en el aire.

Cuando presentan dimensiones por debajo de 1 m quedan flotando por

perodos prolongados y se asientan (descienden o precipitan) muy lentamente.

La composicin de las partculas del humo se corresponde en gran medida (en

dependencia de la volatilidad de las sustancias) con la composicin del

consumible que se utilice. Estas estn constituidas principalmente por xidos

formados por partculas provenientes del arco, que fuera de la atmsfera de

soldadura creada por el revestimiento, el fundente o el gas de proteccin,

reaccionan con el oxgeno del aire circundante. El metal base contribuye muy

poco a la formacin del humo, excepto cuando tiene algn tipo de

recubrimiento o pintura.

Es de especial inters la soldadura en aceros inoxidables debido a que

se generan partculas de xido de cromo hexavalente y nquel (este ltimo en

forma de partculas muy finas o en estado trivalente), las cuales tienen efecto

cancergeno. En el proceso de soldadura manual por arco (SMAW) de estos

aceros se produce una generacin de xidos de cromo, principalmente

hexavalentes, que supera los 26 g/filtro. En el caso del proceso con proteccin

gaseosa y electrodo metlico (GMAW) solo de 11.43 g/filtro, y en el proceso

por arco con electrodo de Tungsteno es de 2.03 g/filtro lo que significa que

este proceso es menos daino, desde este punto de vista, para la soldadura de

los aceros inoxidables

Estudios realizados han demostrado que aproximadamente 0,5 a 1 % de

los consumibles de soldadura por arco se convierten en humo contaminante.

En el presente trabajo se ha comprobado que los niveles de partculas en Cr(VI)

pueden llegar a 0.884 mg/m3 (17 veces el valor limite permisible), dentro de la

careta del soldador. Este humo es daino al organismo humano. El riesgo a la

salud depende principalmente de la concentracin del humo, la composicin de

este y el perodo de exposicin a que se someta el soldador.

El anlisis termoqumico evala el potencial de oxidacin de la mezcla

de gas, la estabilidad termoqumica del metal condensado y fases oxidadas y la

presin de vapor de las especies en las fases condensadas, estn en funcin

de la temperatura y contenido de oxigeno en la mezcla de gas. Las especies

voltiles son formadas por evaporacin directa y por la adicin o remocin de

oxigeno de Cr(s,l) y Cr2O3(s,l) respectivamente

La reaccin de oxidacin de Cr puede ser escrita como:

X Cr+ + Y O2 CrxOy

Ln [P CrxOy/P o2Y aCr

X ] = - [Go/RT]

Podemos observar que la presin parcial de los xidos de cromo son

funcin de la To y de la presin 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)

La inhalacin de partculas de xido de cromo hexavalente y nquel

trivalente, generados durante la soldadura de aceros inoxidables, puede

provocar efectos tan crticos como el cncer de pulmn. Es vital prevenir la

respiracin de personas en ese aire contaminado, y siempre que sea posible

debe usarse un sistema de proteccin respiratoria. Se puede afirmar que el

asma y el cncer de pulmn son los efectos ms crticos sobre la salud que se

producen debido a la inhalacin de las partculas contenidas en el humo de

soldadura, unido esto a exposiciones trmicas prolongadas.

Distintos factores como los mencionados anteriormente ocasionan

determinadas enfermedades profesionales en los soldadores, lo que hace que

estos se incluyan dentro de un grupo llamado de sobre-riesgo, con una elevada

tasa de jubilacin temprana, a causa de los padecimientos adquiridos en la

ejecucin de su labor. Tambin esto trae consigo la escasez de soldadores

calificados, que se mantengan de forma estable en su trabajo, lo que afecta

seriamente el proceso de produccin. No cabe dudas de que la proteccin del

soldador de una inhalacin excesiva de humos sea muy necesaria y existen

lmites de exposicin a partculas y gases, vigentes a nivel internacional, los

cuales aparecen en la tabla 1.1 y 1.2.

La industria peruana no est exenta de este problema y en muchos

casos la cultura existente en este aspecto no es la adecuada, a pesar del

elevado volumen de soldadura que en ella se lleva a cabo. Es objetivo de este

trabajo alertar sobre la necesidad de la proteccin de los operarios a los humos

perjudiciales de la soldadura, especialmente en la industria Metalrgica, donde

se realiza un importante volumen de operaciones de soldadura, en las que

actualmente no se tienen en cuenta la necesidad de la proteccin contra el

humo.

En la Legislacin Laboral Peruana, no hay norma sobre todo lo

referente a la seguridad e higiene del trabajo en talleres para la explotacin de

equipos de soldadura elctrica. Solo se puede encontrar gran cantidad de

orientaciones imprescindibles en centros de instruccin universitaria e institutos

tecnolgicos, para evitar los daos que pueden producirse a la salud y

seguridad del soldador y que deben ser, adems, de obligatorio cumplimiento.

Al Existir lmites de exposicin para los diferentes componentes del

humo de soldadura, el valor lmite ambiental ms restrictivo para compuestos

de cromo hexavalente, es 0,05 mg/m3. Este valor representa la concentracin

media del agente qumico en la zona de respiracin 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 aspiracin de 2 l/min. En tales circunstancias el

volumen de aire que pasa a travs del filtro es de 30 litros (0,03 m3) y la masa

de cromo hexavalente que, para los proceso SMAW, GMAW y GTAW,

quedara retenido en el filtro son en promedio 26.525, 11.15 y 1.9863 g

respectivamente, considerando 0.03 m3 de aire, obtendramos en promedio

para los procesos SMAW, GMAW y GTAW 0.884, 0.371 y 0.066 mg/m3 , en los

tres casos se supera el valor limite ambiental de 0.05 mg/m3, debido a la

elevada toxicidad de las sustancias que constituyen el humo (Cr (VI)), es

necesario el uso de la proteccin respiratoria directa

De los resultados obtenidos, es de suponer que al aumentar la

temperatura de arco como es el caso del proceso GTAW, los xidos de Cromo

hexavalente se hacen menos estables disminuyendo su presencia en los

humos, pensamos que el proceso de menor temperatura de arco es GMAW,

esto producira mayor presencia de oxido de Cromo hexavalente en los humos,

sin embargo el contenido de Cr(VI) es menor respecto al proceso SMAW

probablemente a la mayor produccin de humos de soldadura inherentes al

proceso y al revestimiento en el electrodo

Es fundamental que el tema acerca de las afectaciones a la salud que

provoca la inhalacin de humos de soldadura y las legislaciones relacionadas

con esto sean de conocimiento de todo el personal vinculado a la soldadura, ya

sea de forma directa o no y dentro del establecimiento de una tecnologa de

soldadura es necesario que se indiquen las medidas que debe tomar el

soldador y dems personal implicado, a la hora de llevarla a cabo. El tema de

la salud y seguridad de los soldadores debe estar presente entre los principales

a debatir en los eventos que sobre la temtica de soldadura se efecten.

Si se tiene en cuenta todo lo analizado anteriormente, no caben dudas

de que hay ocasiones en que es muy necesaria la proteccin respiratoria del

soldador, aunque esto implique un aumento del costo de la operacin de

soldadura. Entre los equipos de proteccin respiratoria estn los de extraccin

local, como son la campana flexible, las pistolas de extraccin de humo;

tambin se encuentra el equipamiento para filtrar el aire que va al casco y la

tcnica de suministro de aire comprimido en este, entre otros. (Welding Journal)

A continuacin se relacionan algunas medidas a tomar para disminuir los

daos a la salud provocados por la inhalacin de humo: a) No utilizar

consumibles en mal estado o sin calificacin tcnica. b) Utilizar, siempre que

sea posible, el mtodo de soldadura y los parmetros del rgimen que menor

cantidad de humo generen. c) El soldador no debe ubicar la cabeza en la zona

del flujo de humo, ni respirar en esta zona. d) Utilizar siempre que sea

necesario el equipamiento de proteccin respiratoria que evite la inhalacin del

humo por el soldador. e) Limpiar la pieza de trabajo. No soldar sobre pinturas u

otros recubrimientos, como por ejemplo, de zinc, cadmio o plomo. f) No utilizar

disolventes clorados como el cloroformo, y estar seguro de que no existan

vapores de estos presentes en el aire.

PROPUESTA

Utilizando datos epidemiolgicos que constatan un aumento en la

incidencia de cncer de pulmn entre los trabajadores dedicados a la

produccin de cromatos, el cromo hexavalente est clasificado como

cancergeno humano por la IARC (International Agency for Research on

Cancer) y la EPA (Environmental Protection Agency). Aunque se han

publicado numerosos trabajos donde se pone de manifiesto un aumento del

riesgo en industrias de produccin de pigmentos que contienen cromatos, los

datos relativos al riesgo de cncer pulmonar asociado a otros procesos

industriales donde se trabaja con cromo (produccin de acero inoxidable,

aleaciones de ferrocromo y curtidos) no resultan tan concluyentes (Fryzet J. P

y Langard S., Norseth T). Sobre los mecanismos etiolgicos en la formacin

de tumores por compuestos de cromo hexavalente quedan an muchos

interrogantes. Para el NIOSH (National Institute for Occupational Safety and

Health), y en base siempre a estudios epidemiolgicos, la solubilidad de los

compuestos de cromo hexavalente es un factor importante a considerar en su

potencial oncognico, presentando una peligrosidad especial los de solubilidad

intermedia. Actualmente persiste un cierto grado de incertidumbre

concerniente a las propiedades cancergenas del cromo hexavalente debido a

la gran dificultad de aislar la presencia de un nico tipo de compuesto en la

mayora de las situaciones laborales. La ausencia de un buen criterio para

definir o identificar exposiciones especficas en matrices complejas da lugar a

una considerable incertidumbre, aumentando esta situacin la dificultad para

interpretar los datos epidemiolgicos (Ebbe Thomsem M.Sc). Estudios

epidemiolgicos realizados en un elevado nmero de trabajadores de una

planta de cromatos han concluido que hay suficiente evidencia de que todas las

formas de cromo son cancergenas. Por tanto, de ser ciertas estas

conclusiones, el riesgo de sufrir esta enfermedad no estara limitado a la forma

hexavalente, que es identificada con el cromo soluble por algunos autores, y se

mantendra la hiptesis de que la presencia de cromo trivalente o insoluble

produce un incremento del riesgo de cncer (Mancuso T. F). Algunos autores,

no obstante, sealan diferentes errores en el anlisis de los datos anteriores.

La hiptesis Comentada implica la identificacin del cromo trivalente con el

cromo insoluble y del cromo hexavalente con el cromo soluble en agua, sin

embargo, dichos autores sealan 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).

Se ha diseado un sistema experimental que permite la obtencin

simultnea de ocho muestras equivalentes en condiciones controladas. En el

interior del sistema de soldadura deben efectuarse operaciones de soldadura

convenci

nr-280 (1)

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