tema 3-higiene industrial
TRANSCRIPT
Tema 3: Higiene Industrial
La higiene industrial es una ciencia dedicada a la identificación,
evaluación y control de las condiciones ocupacionales que pueden ser causa de
enfermedades y lesiones. Los higienistas industriales son también responsables
de seleccionar y usar la instrumentación para monitorear el lugar de trabajo
durante las fases de identificación y control de los proyectos de higiene
industrial. Algunos proyectos típicos que incluyen higiene industrial son:
• Monitoreo de concentraciones de vapor de aire
• Reducción de vapores tóxicos en el aire mediante uso de ventilación
• Selección del equipo de protección personal apropiado para prevenir al
trabajador de exposiciones a sustancias tóxicas.
• Desarrollo de procedimientos para el manejo de materiales peligrosos
• Monitoreo y reducción de ruido, calor, radiación y otros factores físicos
para asegurar que los trabajadores no sean expuestos a niveles
peligrosos o dañinos.
En cualquier proyecto de higiene industrial se tienen tres fases:
• Identificación: determinación de la presencia o posibilidad de
exposiciones en las áreas de trabajo.
• Evaluación: determinación de la presencia o posibilidad de exposiciones
en las áreas de trabajo.
• Control: aplicación de tecnología apropiada para reducir las
exposiciones presentes en un área de trabajo a los niveles aceptables.
En las plantas químicas y laboratorios, los higienistas industriales
trabajan muy de cerca con los profesionales de seguridad, como parte integral
de los programas de seguridad y pérdidas de prevención. Después de
identificar y evaluar los peligros y riesgos, el higienista industrial realiza sus
recomendaciones. El higienista industrial, el personal de seguridad y el
personal de operaciones de la planta trabajan juntos para asegurar que se
apliquen y mantengan las medidas de seguridad. Se ha demostrado
1
claramente que sustancias químicas muy tóxicas pueden manejarse de forma
segura cuando los principios de higiene industrial son aplicados
apropiadamente.
3.1 Regulaciones Gubernamentales
En 1970, el Congreso de los Estados Unidos aprobó la ley de salud y
seguridad, la cual continúa en vigencia y tiene un gran impacto sobre las
prácticas de higiene industrial en la industria química: El Acta de Salud y
Seguridad Ocupacional de 1970 (OSHAct). Para comprender la magnitud de
esta acta es muy útil revisar las regulaciones y prácticas1 antes de 1970.
Antes de 1936, las regulaciones concernientes a la salud ocupacional
eran pobremente administradas por el Estado y las agencias gubernamentales
locales. Durante este tiempo, el personal y los fondos eran muy escasos para
llevar a cabo programas efectivos. En 1936, el gobierno federal aprobó el Acta
Walsh-Healy para establecer estándares de salud y seguridad federales para
las actividades relacionadas con los contratos federales. Esta acta de 1936
también dio inicio a investigaciones relacionadas con la causa, reconocimiento
y control de enfermedades ocupacionales. Los conceptos promulgados por el
Acta Walsh-Healy, aunque no adecuados para los estándares de hoy en día,
fueron los pioneros en el desarrollo de las actuales regulaciones de salud y
seguridad ocupacional.
Durante el período entre 1936 y 1970 algunos estados dictaron sus
propias regulaciones de salud y seguridad. Aunque se progresó un poco, estas
regulaciones no fueron nunca suficientemente soportadas para llevar a cabo un
programa satisfactorio, lo cual producía resultados relativamente
inconsistentes e inefectivos.
La Acta de la OSHA de 1970 se desarrolló para resolver esos problemas
y para dar un programa consistente a nivel nacional, con el financiamiento
necesario para gerenciarlo efectivamente. Mediante este acta se definieron
claramente los procedimientos para establecer regulaciones, llevar a cabo
1 J. B. Olishifski, ed, Fundamentals of Industrial Higiene. 2ª Edición. Chicago: National Safety Council, 1979, pp. 758-777
2
investigaciones para cumplir, desarrollar y mantener los datos históricos
(registros) de seguridad y salud.
Como resultado del acta de la OSHA, se comprometió el financiamiento
suficiente para crear y soportar:
• La oficina de administración de salud y seguridad ocupacional (OSHA,
Occupational Safety and Health Administration) para gerenciar y
administrar las responsabilidades del gobierno especificadas el acta.
• El Instituto para la salud y seguridad ocupacional (NIOSH, Nacional
Institute for Occupational Safety and Health) para conducir
programas de investigación y asistencia técnica para mejorar,
proteger y mantener la salud de los trabajadores.
Algunas de las responsabilidades del Instituto para la salud y seguridad
ocupacional, NIOSH, incluyen:
1. Medición de los efectos sobre la salud, de las exposiciones en el área
de trabajo
2. Desarrollar criterios para el manejo de materiales peligrosos
3. Establecer niveles de exposición seguros
4. Adiestramiento de profesionales para la administración de los
programas del acta.
NIOSH desarrolla bases de datos e información relacionada con peligros,
riesgos y accidentes y OSHA usa estos datos para promulgar estándares.
Algunos estándares particularmente relevantes para la industria química, se
presentan en la Tabla 3-1. La OSHA le otorga a los empleadores la
responsabilidad de dar a los trabajadores condiciones de trabajo saludables y
seguras. OSHA está autorizado para conducir inspecciones, emitir citaciones y
multar en dinero, cuando reencuentren violaciones de los estándares de salud
y seguridad. En la Tabla 3-2, se presentan algunos de los derechos de la
OSHA.
Las implicaciones, interpretaciones y aplicaciones de la OSHAct
continuaran desarrollándose en la medida que se promulgan estándares,
especialmente dentro de la industria química. Estos estándares continuarán
3
creando el ambiente para mejorar los diseños y condiciones de los procesos
relevantes para la seguridad y salud de los trabajadores y las comunidades
circunvecinas.
Las regulaciones gubernamentales continuarán siendo una importante
parte de la seguridad en los procesos químicos. Desde la OSHAct se ha dictado
una sustancial cantidad de nuevas legislaciones para el control de las áreas de
trabajo y el ambiente de las comunidades. En la Figura 3-1 se muestra el
incremento de la cantidad de leyes y regulaciones durante los años 1900 a
1980. Descubrir estas leyes va mas allá de los objetivos, sin embargo, es
importante que los ingenieros químicos estén alertas y conozcan las leyes para
asegurar el cumplimiento en sus instalaciones.
Tabla 3-1. Algunos estándares de salud y seguridad ocupacional por la OSHA.
Número Título
1910.94 Ventilación
1910.95 Exposición a ruido ocupacional
1910.1000 Contaminantes del aire
1910.1001 Asbestos
1910.1003 4-Nitrobifenilo
1910.1008 Bi-clorometil-éter
1910.1017 Cloruro de Vinilo
1910.1028 Benceno
4
Tabla 3-2. Derechos de la OSHA.
• Los empleadores deben admitir oficiales de la OSHA en sus
instalaciones y plantas para realizar inspecciones sin previo aviso.
Una orden de cateo puede ser requerida para mostrar la causa
probable.
• Los derechos de inspección de la OSHA incluyen registros de
seguridad y salud
• Pueden solicitar juicios criminales
• Los oficiales de la OSHA pueden ordenar el cierre de las instalaciones
si consideran que hay condiciones de peligro inminente.
3.2 Identificación
Una de las principales responsabilidades del higienista industrial es
identificar y resolver los problemas potenciales dentro de las plantas. Sin
embargo, la tecnología de los procesos químicos es tan compleja que esta
tarea requiere de esfuerzos concertados de higienistas industriales,
diseñadores de procesos, operadores, personal de laboratorio y gerentes. El
trabajo conjunto del higienista industrial con el personal de la planta
contribuye a la efectividad del programa y es por esto que la higiene industrial
debe ser parte del proceso educativo de químicos, ingenieros y gerentes.
Muchas sustancias químicas se manejan de forma segura diariamente
dentro de la industria química. Para alcanzar satisfactoriamente estas
operaciones, todos los peligros potenciales deben identificarse y controlarse.
Las condiciones potencialmente peligrosas son numerosas cuando se manejan
sustancias químicas inflamables y/o tóxicas y en una planta grande, estas
pueden ser miles. Para estar seguro bajo estas condiciones, se requiere de
disciplina, habilidad, preocupación y atención a todos los detalles.
El paso de identificación requiere de un cuidadoso estudio del proceso
químico, de las condiciones de operación y de los procedimientos de operación.
Las fuentes de información incluyen descripciones del diseño del proceso,
instrucciones de operación, revisiones de seguridad, descripciones de los
5
vendedores de equipos, de los suplidores de sustancias químicas y la
información de los operadores y personal de la planta. La calidad de esta etapa
de identificación es frecuentemente función del número de recursos y fuentes
usadas y de la calidad de las preguntas realizadas. Diferentes fuentes pueden
tener diferente énfasis técnico y operativo, el cual puede ser único, para piezas
de equipo o sustancias químicas específicas. En esta etapa es normalmente
necesario ensamblar e integrar la información disponible para identificar los
problemas potenciales debido a la combinación de efectos causados por
múltiples exposiciones.
Durante esta etapa, se identifican y registran los peligros potenciales,
así como los métodos de contacto. Como se muestra en la Tabla 3-3, son
muchos los peligros potenciales, especialmente cuando estos pueden actuar en
combinación. Esta lista de peligros potenciales junto con los datos requeridos
para la identificación (ver Tabla 3-4) se usan comúnmente durante la etapa de
identificación de los proyectos de higiene industrial.
Una determinación del potencial que tiene un peligro para resultar en un
accidente (análisis de riesgo) es frecuentemente parte de la etapa de
identificación. Esta lista de peligros potenciales y sus riesgos se usan durante
las fases de evaluación y control del proyecto. Los recursos para la evaluación
de los peligros y el desarrollo de métodos de control tienen prioridad y se les
dedica el tiempo y atención apropiados para los más significantes peligros.
6
Tabla 3-3. Identificación de Peligros Potenciales1
Peligros Potenciales
Líquidos Ruido
Vapores Radiación
Polvos Temperatura
Humos Mecánicos
Modo de entrada de las sustancias tóxicas
Inhalación Ingestión
Inyección Absorción (piel, ojos)
Daño Potencial
Pulmones Piel
Oídos Ojos
Sistema nervioso Hígado
Riñones Órganos de reproducción
Sistema circulatorio Otros órganos 1. Olishifski. Fundamentals of Industrial Higiene, pp. 24-26.
Tabla 3-4. Datos útiles para la identificación.
• Valor umbral límite (TLV)
• Umbral de olor para vapores
• Estado físico
• Presión de vapor del líquido
• Sensitividad de la sustancia a la temperatura o impacto
• Velocidad y calor de reacción
• Productos intermedios y subproductos peligrosos
• Reactividad con otras sustancias químicas
• Concentraciones explosivas de las sustancias químicas, polvos y
vapores
• Niveles de ruido del equipamiento
• Tipos y grado de radiación
7
Hoja de Datos de Seguridad del Material (MSDS, Material Safety Data
Sheet).
Una de las referencias más importantes usadas durante un estudio de
higiene industrial con sustancias químicas tóxicas es la hoja de datos de
seguridad del material (MSDS). En la Figura 3-2 se presenta un ejemplo de
una MSDS. Las MSDS proporcionan las propiedades físicas de la sustancia que
pueden ser requeridas para determinar su peligro potencial.
Las MSDS pueden obtenerse de: 1) el fabricante, 2) una fuente
comercial o 3) de la biblioteca privada desarrollada por la planta química.
El higienista industrial o el profesional de seguridad debe interpretar las
propiedades físicas y toxicológicas para determinar los peligros asociados con
la sustancia química. Estas propiedades también se utilizan para desarrollar
una estrategia para el control y manejo apropiado de estos químicos.
8
Figura 3-2 Material Data Sheet del Cloro. La mayoría de las empresas usan su propio formato de MSDS
9
Figura 3-2 (Continuación) Material Data Sheet del Cloro
10
Figura 3-2 (Continuación) Material Data Sheet del Cloro
11
Figura 3-2 (Continuación) Material Data Sheet del Cloro
12
Ejemplo 3-1
Se realizó una encuesta en un laboratorio y se identificaron las siguientes
especies químicas:
Cloruro de sodio tolueno
Acido clorhídrico Fenol
Hidróxido de sodio benceno
éter
Identifique los peligros potenciales en este laboratorio.
Solución:
Sax2 proporciona la información técnica requerida para resolver este problema.
Cloruro de sodio:
sal común de mesa, ningún peligro.
Tolueno: líquido claro incoloro con un ligero peligro de incendio y moderado peligro de explosión. Entra en el principalmente por inhalación de vapores. Exposiciones crónicas y agudas pueden ocurrir con concentraciones mayores de 200 ppm. Irritante para la piel y los ojos.
Acido clorhídrico:
líquido claro incoloro sin peligro de explosión o incendio. Es un irritante moderado para la piel, ojos y membranas mucosas por inhalación e ingestión. Irritación de la garganta ocurre a concentraciones mayores de 35 ppm. Altamente reactivo con una amplia variedad de sustancias.
Hidróxido de sodio:
irritante para los ojos y piel. Acción corrosiva sobre todos los tejidos corporales Reacciona con un número de sustancias.
Fenol: Masa cristalina blanca que se encuentra muy frecuentemente en solución. Es un peligro moderado para incendios. Emite humos tóxicos cuando se calienta. Se absorbe a través de la piel. Exposiciones en la piel en áreas tan pequeñas como 64 pulg2 causan la muerte en menos de una hora.
Benceno: Líquido claro incoloro con un alto peligro para incendios y moderado peligro para explosiones. Es un posible carcinógeno. Entra al cuerpo principalmente por inhalación, pero también puede absorberse a través de la piel. Altas concentraciones producen un efecto de tipo narcótico.
Éter: Una gran variedad de compuestos orgánicos que son principalmente de efecto narcótico, grandes dosis pueden causar la muerte. Muchos éteres son peligrosamente inflamables y explosivos.
2 N. Irving Sax. Dangerous properties of industrial materials. 6th Ed. New York Van Nostrand Reinhold Co. 1984.
13
3.3 Evaluación
La fase de evaluación determina la extensión y grado de exposición de
los empleados a las sustancias tóxicas y peligros físicos en el ambiente de
trabajo.
Durante la fase de evaluación se estudian los diversos tipos de medidas
de control existentes y su efectividad. Se debe estudiar la posibilidad de
pequeñas y grandes fugas. Las exposiciones repentinas a elevadas
concentraciones debido a grandes fugas pueden conducir a efectos agudos
inmediatos tales como, pérdida de conciencia, ardor en los ojos, tos, etc.
Raramente se producen daños permanentes si se retira al individuo
rápidamente del área contaminada. En estos casos, es importante el acceso
rápido a un ambiente limpio.
Sin embargo, los efectos crónicos aparecen a partir de exposiciones
repetidas a bajas concentraciones causadas por pequeñas fugas. Muchas
sustancias químicas tóxicas son incoloras e inodoras (o la concentración tóxica
puede estar por debajo del umbral del olor). Pequeñas fugas de estas
sustancias pueden no parecer obvias por meses o aún por años, pero pueden
causar impedimentos serios y permanentes. Se debe tomar especial atención
hacia la prevención y control de los gases tóxicos a bajas concentraciones. En
estos casos, se deben tomar previsiones para una evaluación continua:
muestreo y análisis continúo o frecuente, es importante.
Para establecer la efectividad de los controles existentes, se toman
muestras para determinar la exposición de los trabajadores a condiciones que
pueden ser peligrosas. Si hay problemas evidentes, se debe implementar
controles de forma inmediata. Un control temporal puede ser el uso de equipo
de protección personal. Subsiguientemente, se deben desarrollar controles
permanentes y a largo plazo.
Después de obtener los datos de exposición, es necesario comparar los
niveles actuales de exposición con los estándares de salud ocupacional, tales
como, TLVs, PELs, IDLHs. Estos estándares junto con la concentración actual
se utilizan para identificar el peligro potencial y los requerimientos de mejor o
más medidas de control.
14
3.3.1 Evaluando Exposiciones a Sustancias Tóxicas Volátiles por
Monitoreo
Un método directo para determinar las exposiciones del trabajador es el
monitoreo en línea continuo de las concentraciones de la sustancia en el aire
en el ambiente de trabajo. Para datos continuos de concentración C(t), el valor
de TLV-TWA (time-weighted average concentration) se calcula por la ecuación:
[3-1] ∫= wt dttCTWA0
)(81
donde C(t) es la concentración en ppm o mg/m3 de la sustancia química en el
aire y tw es el turno de trabajo del trabajador en horas. La integral siempre se
divide entre 8 horas, independientemente del tiempo trabajado por el
empleado en el turno. Esto es, si un empleado se expone por doce horas a la
concentración de químico igual al TLV-TWA, entonces el valor de TLV-TWA fue
excedido, ya que el cálculo se normalizó para 8 horas.
El monitoreo continuo no es la situación usual en la mayoría de las
instalaciones ya que estas no tienen disponible el equipo necesario.
El caso mas usual es el muestreo intermitente obtenido representando
las exposiciones del trabajador en puntos fijos de tiempo. Si se asume que la
concentración C es fija (o promedio) en un período de tiempo Ti, el TWA se
calcula por:
[3-2] horas
TCTCTCTWA nn
8.....2211 +++
=
Todos los sistemas de monitoreo tienen desventajas ya que: 1) el movimiento
de los trabajadores hacia dentro y fuera del área de trabajo expuesto y 2) la
concentración de la sustancia tóxica puede variar en diferentes lugares del
área de trabajo.
Los higienistas industriales juegan un papel importante en la selección y
colocación de los equipos de monitoreo en el área de trabajo y en la
interpretación de los datos recolectados.
15
Si está presente más de una sustancia química en el área de trabajo, un
procedimiento es asumir que los efectos son aditivos (o menos que se
disponga de otra información). La exposición combinada a múltiples sustancias
tóxicas con diferente TLV-TWAs se determina a partir de la ecuación:
( )1
ni
i i
CTLV TWA= −∑ [3-3]
donde n es el número total de sustancias tóxicas, C es la concentración de la
sustancia i con respecto a las otras sustancias, y (TLV-TWA)i es el TLV-TWA
para la especie química i. Si la sumatoria es mayor que 1, entonces el
trabajador ha estado sobreexpuesto.
El valor de TLV-TWA de la mezcla puede calcularse a partir de:
( )
( )∑
∑
=
=
−
=− n
i i
n
ii
mez
TWATLVC
CTWATLV
1
1 [3-4]
Si la suma de las concentraciones de las sustancias tóxicas es mayor
que esta cantidad, entonces los trabajadores han estado sobreexpuestos.
Para mezclas de sustancias tóxicas con diferentes efectos, tal como un
vapor ácido mezclado con humos de plomo, los valores de TLV no pueden
asumirse aditivos.
16
Ejemplo 3-2
El aire contiene 5 ppm de dietilamina (TLV-TWA de 10 ppm), 20 ppm de
ciclohexanol (TLV-TWA de 50 ppm) y 10 ppm de óxido de propilenp (TLV-TWA
de 20 ppm). Calcule el valor de TLV-TWA de la mezcla y diga si este valor se
ha excedido.
Solución:
Del la ecuación 3-4
ppm
TWATLVC
CTWATLV
n
i
n
ii
mezcla 25
2010
3020
105
10205)(
1
1 =++
++=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−
=−
∑
∑
=
=
Concentración total de la mezcla= 5+20+10= 35 ppm.
Los trabajadores bajo estas circunstancias han estado sobreexpuestos.
Otra forma es usando la ecuación 3-3:
( )∑=
=++=−
10
140.1
2010
5020
105
i i
i
TWATLVC
Esta cantidad es mayor que 1, entonces se ha excedido el TLV-TWA.
Ejemplo 3-3
Determine el valor de TWA para la exposición de 8 horas de un trabajador, el
cual se expuso a vapores de tolueno como sigue:
Duración de la Exposición (horas)
Concentraciones medidas (ppm)
2 110
2 330
4 90
17
Usando la ecuación 3-2:
( ) 8332211 TCTCTCTWA ++=
( ) ( ) ( )[ ] ppmTWA 155849023302110 =++=
El valor de TLV para el tolueno es 100 ppm, por lo tanto el trabajador esta
sobreexpuesto. Se necesita desarrollar medidas de control adicionales. Como
medida personal, usar respiradores apropiados.
Ejemplo 3-4
Determine el valor TLV de la mezcla a 25ºC y 1 atm de presión, para una
mezcla derivada de los siguientes líquidos:
Componente % molar TLV (ppm) Heptano 50 400
Tolueno 50 100
Solución:
Para solucionar este problema se requieren las concentraciones de heptano y
tolueno en la fase de vapor. Dadas que las cantidades son altas, se asume que
la composición del líquido no cambia a medida que se evapora, por lo que se
calcula la composición del vapor usando métodos estándar de equilibrio vapor-
líquido.
Asumiendo que la ley de Raoult y Dalton aplican a este sistema bajo estas
condiciones, la composición de vapor se determina directamente a partir de las
presiones de saturación de vapor de los componentes puros. Los siguientes
datos a 25 ºC se tomaron del Himmelblau3:
mmHgp ohepsat 4.46tan =
3 Himmelblaw, D. M. Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering. 4th Ed. Englewood Cliffs. Prentice Hall, 1982. p 591.
18
mmHgp toluenosat 2.28=
Usando la Ley de Raoult para las presiones parciales en el vapor:
satiii pxp =
mmHgmmHgp ohepsat 2.23)4.46)(5.0(tan ==
mmHgmmHgp toluenosat 1.14)2.28)(5.0( ==
La presión total será= (23.2+14.1) = 37.3 mmHg
De la Ley de Dalton, las fracciones molares son:
622.03.372.23
tan ==mmHgmmHgy ohep
378.0622.01 =−=toluenoy
El valor de TLV de la mezcla se calcula usando la ecuación 3-4:
ppmTLVmezcla 187
100378.0
400622.0
1=
+=
Si el vapor siempre tendrá la misma concentración, será necesario el valor
individual de TLV para cada especie.
mezclaii xTLVyTLV =
( )( ) ppmppmTLV ohep 116187622.0tan ==
( )( ) ppmppmTLVtolueno 71187378.0 ==
Si la concentración actual excede estos niveles se necesitarán más medidas de
control. Para mezclas de vapor, los valores individuales de TLV de las especies
en la mezcla se reducen significativamente a partir de los valores de TLV de las
sustancias puras.
19
3.3.2 Evaluación de la exposición de trabajadores a polvos.
Los estudios de Higiene Industrial incluyen cualquier contaminante que
pueda causar lesiones o alteraciones a la salud de los trabajadores, el polvo o
polvos, entran dentro de esta categoría. La teoría toxicológica enseña que las
partículas de polvo que representan gran peligro para los pulmones son
aquellas en rango de tamaño respirable, es decir cuyos diámetros de
partículas se encuentran en el rango de 0.2 a 0.5 micrones. Las partículas con
diámetros mayores de 0.5 micrones son usualmente incapaces de penetrar los
pulmones, mientras que aquellas con diámetros menores a 0.2 micrones
pueden alcanzar los alvéolos pulmonares.
La razón principal por la cual se realizan los muestreos de particulados
atmosféricos es para estimar las concentraciones que pueden ser inhaladas y
depositadas en los pulmones. Los métodos de muestreo y la interpretación de
los datos relevantes para la salud son relativamente complejos. Los higienistas
industriales, quienes son especialistas en esta tecnología, deben ser
consultados cuando se presenten y confronten problemas de este tipo. Los
cálculos para la evaluación de polvos se realizan de forma similar que para
vapores volátiles. En lugar de usar ppm como unidad de concentración, es más
conveniente utilizar mg/m3 o mppcf (millones de partículas por pie cúbico).
Ejemplo 3-5
Determine el valor de TLV para una mezcla uniforme de polvos que contienen:
Tipo de polvo Concentración (% peso)
TLV (mppcf)
Talco (no asbestiforme) 70 20.0
Cuarzo 30 2.7
Solución: Utilizando la Ecuación 3-4
( )
( )∑
∑
=
=
−
=− n
i i
n
ii
mez
TWATLVC
CTWATLV
1
1
20
( )1 2
1 2
1 16.8
0.70 0.3020 2.7
mezTLV TWA mppcf
C CTLV TLV
− = = =++
Se requerirán de medidas de control especiales cuando el conteo de partículas
(del rango de tamaño especificado en los estándares o por el higienista
industrial) exceda de 6.8 mppcf.
3.3.3 Evaluando la exposición del trabajador al ruido
Problemas asociados con ruido son comunes en las plantas químicas.
Este tipo de problema también es evaluado por los higienistas industriales.
Cuando se sospecha que existen problemas de ruido en una instalación, el
higienista industrial realiza las mediciones de ruido apropiadas y desarrolla las
recomendaciones correspondientes.
Los niveles de ruido se miden en decibeles. Un decibel es una escala
logarítmica relativa utilizada para comparar la intensidad de dos sonidos. Si un
sonido tiene una intensidad I y el otro sonido tiene una intensidad Io, entonces
la diferencia de niveles de intensidad en decibles esta dada por
10Intensidad de ruido (dB) = 10logo
II
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
[3-5]
Entonces, un sonido 10 veces tan intenso como otro tiene un nivel de
intensidad de 10 dB mayor.
Una escala de sonido absoluta, expresada en decibeles absolutos, dBA,
se define estableciendo una intensidad de referencia. Por conveniencia el
umbral de audición se fija en 0 dBA. La Tabla 3-5 contiene la intensidad de
sonido en dB, para algunas actividades comunes. Algunos niveles de
exposición a ruidos para fuentes simples se presentan en la Tabla 3-6.
21
Tabla 3-5 Niveles de Intensidad de sonido para algunas actividades comunes
Sonido Nivel de Intensidad (dB)
Doloroso 120
Remachadora 95
Fabrica 90
Oficina ruidosa 80
Trafico en calle congestionada 70
Conversación 65
Oficina privada 50
Residencia promedio 40
Estudio de grabación 30
Susurro 20
Hojas 10
Umbral de audición 0
Fuente: George Shortley and Dudley Williams. Elements od Physics, 4th Ed. Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1961, p. 455 y Richard A. Wadden and Peter A. Scheff, Engineering Design for the Control of Workplace Hazards. McGraw Hill Book Company, NY, 1987, p. 665
Tabla 3-6 Niveles permisibles de exposición al ruido
Nivel de sonido (dBA)
Exposición máxima (horas)
90 8
92 6
95 4
97 3
100 2
102 1.5
105 1
110 0.5
115 0.25
Fuente: N. Irving Sax, Dangerous Properties of Industrial Materials, 4th Ed. Van Nostrand Reinhold Company, NY, 1975, p.118
22
Ejemplo 3-6
Determine si los siguientes niveles de ruido son permisibles sin ningún control
adicional.
Nivel de ruido (dBA)
Duración (horas)
Máximo permitido (horas)
85 3.6 Sin limite
95 3.0 4
110 0.5 0.5
Solución:
Utilizando la Ecuación 3-3,
( )1
3.6 3.4 0.51.75
sin limite 4 0.5
ni
i i
CTLV TWA=
= + + =−∑
Se obtiene que la suma excede 1.0, por lo cual se requiere que los
trabajadores que estén laborando bajo este ambiente usen protectores de
oídos. En términos de largo plazo, se deben desarrollar métodos de reducción
y control de ruido para las piezas o equipos específicos con excesivo nivel de
ruido.
3.3.4 Estimando la exposición de los trabajadores a vapores tóxicos
El mejor procedimiento para determinar la exposición a vapores tóxicos
es medir las concentraciones directamente. Para propósitos de diseño, se
requiere estimar las concentraciones de vapor en espacios confinados, sobre
los recipientes abiertos, en el área de llenado de tambores y tanques, y en el
área de derrames.
Considere el volumen cerrado o confinado que se muestra en la Figura
3-3. Este espacio es ventilado por una corriente de aire constante. Los vapores
volátiles se acumulan dentro de este espacio y se requiere estimar la
concentración del volátil en el aire.
23
Concentración de volátiles, C (masa/volumen)
Salida de volatiles, kQvC (masa/tiempo) Qv, velocidad de
ventilación, (volumen/tiempo)
Volumen cerrado, V
Evolución de volátiles, Qm (masa/tiempo)
610m gppm
v
Q R TC
kQ PM= ×
Figura 3-3 Balance de masa de vapore volátiles en un espacio cerrado.
Sea,
C = concentración de vapores volátiles en el espacio cerrado (masa/volumen)
V = volumen del espacio cerrado (volumen)
Qv= velocidad de ventilación (volumen/tiempo)
k = factor de mezclado no ideal (adimensional)
Qm= velocidad de evolución del material volátil (masa/tiempo)
El factor de mezclado no ideal, k, se utiliza para todas aquellas condiciones del
espacio diferentes o inferiores a la condición de mezclado perfecto. Se tiene
que,
Masa total del volátil en el volumen = VC
Acumulación de masa de volátil =( )d VC dC
Vdt dt
=
Flujo másico del volátil debido a la evolución = Qm
Flujo másico de volátil a la salida =kQvC
24
Si la acumulación = masa a la entrada –masa a la salida, el balance dinámico
sobre las especies volátiles es
m v
dCv Q kQ
dt= − C
En estado estacionario, el término acumulación es cero y la Ecuación 3-6 s
resuelve para C,
m
v
QC
kQ=
Por aplicación de la Ley de Gas Ideal, la Ecuación 3-6 se convierte de fo
mas conveniente a unidades de ppm. Sea m la masa, ρ la densidad y
subíndices v y b representan las especies volátiles y en el seno del
respectivamente. Entonces
6 6/10 10 10gv v v v
ppmb b b
R TV m mC
V V V PMρ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= × = × = ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
6
donde Rg es la constante del gas ideal, T la temperatura ambiente absolu
la presión absoluta y M el peso molecular de las especies volá
respectivamente. El término v
b
mV
⎛ ⎞⎜ es idéntico a la concentración del v
calculado usando la Ecuación 3-7. Sustituyendo la Ecuación 3-7 en la Ecua
3-8 se obtiene que
⎟⎝ ⎠
610m gppm
v
Q R TC
kQ PM= ×
[3-6]
e
[3-7]
rma
los
gas,
[3-8]
ta, P
tiles,
olátil
ción
[3-9]
25
La Ecuación 3-9 se utiliza para determinar la concentración promedio, en
ppm, de cualquier especie volátil en un espacio cerrado, dado el término
fuente Qm y la velocidad de ventilación Qv. Se puede a aplicar a los siguientes
tipos de exposición:
• Un trabajador parado cerca de una piscina de líquido volátil
• Un trabajador parado cerca de la abertura de un tanque de
almacenamiento
• Un trabajador parado cerca de un recipiente abierto de líquido
volátil
La Ecuación 3-9 asume lo siguiente:
• L a concentración calculada es una concentración promedio en ele
espacio cerrado. Condiciones localizadas pueden resultar en
concentraciones significativamente más elevadas. Los trabajadores
trabajando directamente sobre un recipiente abierto pueden estar
expuestos a concentraciones mas elevadas
• Condiciones de estado estacionario, esto es, el término acumulación
es igual a cero.
El factor de mezclado no ideal varía de 0.1 a 0.5 para la mayoría de las
situaciones prácticas4. Para mezclado perfecto, k = 1.
Ejemplo 3-7
Un recipiente que contiene tolueno se encuentra abierto en un espacio cerrado.
El recipiente se pesó en función del tiempo, y se determinó que la velocidad
promedio de evaporación es 0.1 gm/min. La velocidad de ventilación es 100
pie3/min. La temperatura es 80ºF y la presión es 1 atm. Estime la
concentración de vapores de tolueno en el espacio cerrado y compare con el
valor de TLV para el tolueno de 100 ppm.
4 R. Craig Matthiessen. “Estimating Chemical Exposure Levels in the Workplace” Chemical Engineering Progress, April, 1986, p.30
26
Solución:
Como no se conoce directamente el valor del factor de mezclado, k, este debe
usarse como parámetro, a partir de la Ecuación 3-9,
610m gppm
v
Q R TkC
Q PM= ×
Del enunciado del problema se tiene que
Qm = 0.1 gm/min = 2.20 x 10-4 lbm/min
Rg = 0.7302 pie3 atm/lbmol ºR
T = 80 ºF = 540 ºR
Qv = 100 pie3/min
M = 92 lbm/lbmole
P = 1 atm
Sustituyendo los datos en la Ecuación anterior,
( )( )
34
63
2.20 10 0.7302 (540º )min º10
100 92min
ppm
pie atmlbm Rlbmol RkC
pie lbmlbmol
− ⎛ ⎞× ⎜ ⎟⎝ ⎠= ×
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
9.43ppmkC ppm=
Dado que k varia de 0.1 a 0.5, se espera que la concentración varié de 18.9 a
94.3 ppm. Se recomienda realizar muestreos puntuales para asegurar que no
se exceda el valor de TLV de 100 ppm.
27
3.3.5 Estimando la velocidad de vaporización de un líquido
Los líquidos con altas presiones de vapor de saturación se evaporan
rápidamente. Como resultado, se espera que la velocidad de evaporación
(masa/tiempo) sea una función de la presión de vapor de saturación. En
realidad, para aire estancado (sin movimiento), la velocidad de evaporación es
proporcional a la diferencia entre la presión de vapor de saturación y la presión
parcial del vapor en el aire, esto es:
[3-10] ( )satmQ P pα −
donde Psat es la presión de vapor de saturación del líquido puro a la
temperatura del líquido y p es la presión parcial del vapor en el seno del gas
encima del líquido.
Se dispone de una expresión mas generalizada para la velocidad de
vaporización5
[3-11] ( )sat
mg L
MKA P pQ
R T−
=
Donde Qm es la velocidad de evaporación (masa/tiempo)
M es el peso molecular de la sustancia volátil
K es el coeficiente de transferencia de masa (longitud/ tiempo) para el
área A
Rg es la constante de los gases ideales
TL es la temperatura absoluta del líquido
Para muchas situaciones, la presión de saturación es mucho mas
elevada que la presión parcial, Psat>>>p, y la Ecuación 3-11 se simplifica en
[3-12] sat
mg L
MKAPQ
R T=
5 Steven R. Hanna and Meter J. Drivas. Guidelines for the Use of Vapor Cloud Dispersion Models. American Institute of Chemical Engineers, AIChe, New York, 1987.
28
La Ecuación 3-12 se utiliza para estimar la velocidad de vaporización de
sustancias volátiles desde un envase o tanque abierto o desde un derrame de
líquido.
La velocidad de vaporización determinada en la Ecuación 3-12, se utiliza
en la Ecuación 3-9 para estimar la concentración en ppm de material volátil en
un espacio cerrado debido a la evaporación de un líquido.
[3-13] 610sat
ppmv L
KAP TC
kQ PT= ×
En muchas situaciones T=TL por lo que la Ecuación 3-13 se simplifica en
610sat
ppmv
KAPC
kQ P= × [3-14]
El coeficiente de transferencia de masa, K, se estima utilizando la
siguiente relación6:
[3-15] 23K aD=
donde a es una constante y D es el coeficiente de difusión de la fase gaseosa.
La Ecuación 3-15 se usa para determinar la relación entre los coeficientes de
transferencia de masa de las especies de interés, K, y la especie de referencia,
Ko,
23
o o
K DK D
⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
[3-16]
Los coeficientes de difusión de la fase gaseosa se estiman a partir de los
moleculares, M, de las especies7,
o
o
MDD M
= [3-17]
Combinando la Ecuación 3-17 con la Ecuación 3-16, se tiene que
6 Louis J. Thibodeaux, Chemodynamics. John Wiley and Sons, New Cork, 1979. p. 85. 7 Gordon M. Barrow, Physical Chemistry, McGraw Hill Book Company, 2nd Ed, 1966. p. 19.
29
13
oo
MK K
M⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
[3-18]
El agua es la sustancia mas utilizada como referencia, su coeficiente de
transferencia de masa8 es de 0.83 cm/s.
Ejemplo 3-8
Un tanque abierto de 5 pies de diámetro contiene tolueno. Estime la velocidad
de evaporación desde este tanque asumiendo que temperatura de 77 ºF y
presión de 1 atm. Si la velocidad de ventilación es de 3000 pie3/min., estime la
concentración de tolueno (ppm) en espacio cerrado de trabajo.
Solución:
El peso molecular del tolueno es 92. El coeficiente de transferencia de masa se
estima a partir de la Ecuación 3-18, usando agua como sustancia de
referencia.
1 13 318
0.83 0.482 0.949 min92o
o
M piecm cmK K s sM⎛ ⎞ ⎛ ⎞= = = =⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
La Presión de saturación esta dada en el Ejemplo 3-4
28.2 0.0371toluenosatP mmHg atm= =
El área es
2 22(3.14)(5 )
19.64 4d pies
A pieπ
= = =
La velocidad de evaporación se calcula usando la Ecuación 3-12
sat
mg L
MKAPQ
R T=
8 Matthiessen, “Estimating Chemical Exposure” p. 33.
30
( ) ( ) ( ) ( )
( )
2
3
92 0.949 19.6 0.0371min0.162 min.0.7302 537º.º
m
pielbm pie atmlbmol lbmQpie atm Rlbmol R
= =⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
La concentración se estima utilizando la Ecuación 3.14 con k como parámetro,
610sat
ppmv
KAPkC
Q P= ×
( ) ( ) ( )
( )
2
63
0.949 19.6 0.0371min10 230
3000 1min
ppm
pie pie atmkC ppm
pie atm= ×
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
=
La concentración variará en el rango de 460 a 2300 ppm, dependiendo del
valor de k. Dado que el valor de TLV para el tolueno es 100 ppm, se
recomienda ventilación adicional, o también, la cantidad de área superficial
expuesta debería reducirse. La cantidad de ventilación requerida para reducir
en el peor caso, la concentración desde 2300 ppm a 100 ppm es
3 323003000 69.000min min100v
ppmpie pieQppm
⎛ ⎞⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Esto representa un nivel impráctico de ventilación general. Las soluciones
potenciales para este caso incluyen colocar el tolueno en recipientes cerrados o
utilizar ventilación local en las aberturas de los tanques o envases.
31
3.3.6 Estimando las exposiciones del trabajador durante las operaciones de llenado Durante el llenado de envases con líquido, las emisiones de volátiles se
generan a través de dos fuentes, como se muestra en la Figura 3-4. Estas
fuentes son:
• Evaporación del líquido, representada por la Ecuación 3-14
• Desplazamiento del vapor, en el espacio del vapor, por el líquido
llenando el envase.
Fuente Total= evaporación + aire desplazado
Vapor
Líquido llenando
Líquido
Evaporación
Tanque o envase
Figura 3-4 Evaporación y desplazamiento en el llenado de un envase
La generación neta de volátiles es la suma de las dos fuentes [3-19] ( ) ( )1 2m m mQ Q Q= +
donde, ( representa la fuente debido a la evaporación y ( representa
la fuente debido al desplazamiento del aire. El término ( se calcula
mediante la Ecuación 3-12 y el término
)1mQ )2mQ
)1mQ
( )2mQ se determina asumiendo que el
32
vapor esta completamente saturado con volátiles. Se introduce un ajuste para
condiciones de menor saturación. Sea
Vc = volumen del envase (volumen)
rf = velocidad constante de llenado del envase (tiempo-1)
Psat = presión de vapor de saturación del líquido volátil
TL = temperatura absoluta del envase y del líquido
Se tiene que rfVc es la velocidad volumétrica del vapor desplazado desde
el envase (volumen/tiempo). También, si ρv es la densidad del vapor volátil,
rfVcρv es la velocidad másica del volátil desplazado desde el envase
(masa/tiempo). Usando la ley de gases ideales,
[3-20] sat
vg L
MPR T
ρ =
por lo que,
[3-21] 2( )
sat
m fg l
MPQ r
R T= cV
La Ecuación 3-21 puede modificarse para envases con vapores que no están
saturados con volátiles. Sea φ el factor de ajuste, entonces
[3-22] 2( )
sat
m fg l
MPQ r
R Tφ= cV
Para llenados desde el tope (splash filling) del envase, con el liquido salpicando
en el fondo, φ = 1. Para llenado subsuperficial (subsurface filling)9, es decir con
u conducto interno que llega hasta el fondo del tanque, φ = 0.5.
La término fuente neto debido al llenado se deriva de la combinación de
las Ecuaciones 3-12 y 3-22 con la Ecuación 3-19
( ) ( )1 2( )
sat
m m m f cg L
MPQ Q Q r V KA
R Tφ= + = + [3-23]
9 Matthienssen, “Estimating Chemical Exposure” p. 33.
33
Este término fuente se sustituyen en la Ecuación 3-9 para calcular la
concentración de vapor en ppm en un espacio cerrado causada por una
operación de llenado. Se asume que T = TL y el resultado es
6( ) 10sat
ppm f cv
PC r V KA
kQ Pφ= + ×
[3-24]
Para muchas situaciones prácticas, el término de evaporación, KA, es mucho
más pequeño que el término debido al desplazamiento por lo que puede
despreciarse.
Ejemplo 3-9
Se llenan desde el tope con tolueno los carros-tanque de una red de transporte
en tren. Los carros de 10.000 galones se llenan a una velocidad de uno cada
ocho horas. El orificio de llenado en el carro tanque es de cuatro pulgadas de
diámetro. Estime la concentración de vapor de tolueno que resulta de la
operación de llenado. La velocidad de ventilación se estima en 3000 pie3/min.
La temperatura es de 77 ºF y la presión de 1 atm.
Solución
La concentración se estima usando la Ecuación 3-24.
6( )sat
ppm f cv
PC r V KA
kQ Pφ= + 10×
Del ejemplo 3-8 se tiene que K = 0.949 pie/min y Psat= 0.0371 atm. El área
del orificio se calcula como
2 22
2
2
(3.14)(4 lg)0.0872
4 lg4 144
d pA pie
ppie
π= = =
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
De modo que,
( ) ( )2 30.949 0.0872 0.0827 /minminpieKA pie pie= =
34
La velocidad de llenado, rf, es
11 10.00208 min
8 60minf
horar
horas−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
Para llenado desde el tope, el factor de llenado no ideal, φ es 1.0 de modo
que el término de desplazamiento de la Ecuación 3-24 es
( ) ( ) ( )3 3
1 7.481.0 0.00208 min 10000 2.78 min1f c
pie pier V galgal
φ − ⎛ ⎞= =⎜ ⎟
⎝ ⎠
Como se esperaba, el término debido a la evaporación, KA, es muy pequeño en
comparación con el término debido al desplazamiento, por lo que puede
despreciarse. La concentración se calcula entonces de la Ecuación 3-24 usando
k como parámetro
( )
( )
3
63
0.0371 2.78 min10 34.4
3000 1min
satf c
ppmv
pieatmP r V
kC ppmQ P pie atm
φ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= = × =
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
La concentración actual puede variar desde 69 hasta 344 ppm dependiendo del
valor de k. Se recomienda realizar muestreos en el sitio para asegurar que la
concentración se encuentra por debajo de los 100 ppm recomendados. Para
llenado subsuperficial, φ es 0.5 y la concentración se reduce al rango de 35 a
172 ppm.
35
3.4 Control
Una vez que se han identificado y evaluado los peligros potenciales para
la salud, deben desarrollarse e instalarse las técnicas de control apropiadas.
Esto requiere de la aplicación de tecnologías apropiadas para reducir las
exposiciones en los sitios de trabajo. Los tipos de técnicas de control utilizadas
en la industria se presentan en la Tabla 3-7.
El diseño de métodos de control es una tarea importante y creativa.
Durante el proceso de diseño, el diseñador debe prestar especial atención en
asegurar que la nueva técnica de control provea el control deseado, y que la
técnica de control misma, no se convierta en una nueva fuente de peligro.
Muchas veces son más peligrosas que el problema original.
Tabla 3-7 Técnicas de control en plantas químicas
Tipo y explicación Técnicas Típicas
Sustitución
Uso de químicos y equipos que son menos peligrosos
• Usar sellos mecánicos en lugar de empacaduras en las bombas
• Usar tuberías soldadas en lugar de secciones con flanches
• Usar solventes menos tóxicos • Usar químicos con elevados puntos de ebullición, y
otras propiedades menos peligrosos • Usar agua como líquido de transferencia de calor
en lugar de aceite caliente Atenuación
Uso de químicos bajo condiciones que los haga menos peligrosos
• Usar vacío para reducir el punto de ebullición • Reducir las temperaturas y presiones del proceso • Refrigerar los tanques de almacenamiento • Disolver materiales peligrosos en solventes seguros • Operar bajo condiciones en donde no sea posible
perder el control de los reactores y de las reacciones.
Aislamiento
Aislar los equipos o fuentes de
peligro
• Colocar los cuartos de control lejos de las operaciones
• Separar los cuartos de bombas de los otros cuartos • Aislar acústicamente las líneas y equipos
generadoras de ruidos • Colocar barricadas a los tanques y cuartos de
control
36
Tabla 3-7 Técnicas de control en plantas químicas (Continuación)
Tipo y explicación Técnicas Típicas
Intensificación
Reducir las cantidades de
químicos
• Cambiar los reactores de carga por reactores mas pequeños en serie
• Reducir el inventario de materia prima almacenada • Mejorar el control para reducir el inventario de
materiales peligrosos intermedios • Reducir el hold-up (retraso) del proceso
Encierros
Encerrar cuartos o equipos y colocarlos bajo presión negativa
• Encerrar operaciones peligrosas tales como puntos de muestreo
• Sellar cuartos, ventilación y desagües • Usar analizadores e instrumentos para observar el
interior de los equipos • Proteger las superficies a elevadas temperaturas • Transportar neumaticamente materiales
polvorientos Ventilación local
Contener y descargar las sustancias peligrosas
• Usar campanas y equipos de extracción apropiadas • Usar campanas y equipos de extracción para
operaciones de carga y descarga • Usar ventilación en la sección de tambores • Mantener los sistemas de extracción bajo presiones
negativas Dilución por ventilación
Diseñar sistemas de ventilación para controlar bajos niveles de tóxicos
• Diseñar cuartos cerrados con buena ventilación y áreas especiales para ropa y accesorios contaminados
• Diseñar ventilación para aislar las operaciones de los cuartos y oficinas
• Diseñar cuartos y espacios con ventilación direccional
Métodos húmedos
Usar métodos húmedos para minimizar la contaminación por polvos
• Limpiar envases químicamente en lugar de limpieza con arena (sand blasting)
• Limpiar con agua (rociado) • Limpiar frecuentemente las áreas de trabajo y
operación • Usar rociado con agua en los escudos de trincheras
y en los sellos de las bombas Buen Mantenimiento
Mantener contenidos químicos y polvo
• Usar diques alrededor de tanques y bombas • Proveer conexiones de agua y vapor para el área
de lavado • Proveer líneas de lavado y vaciado • Proveer un buen sistema de desagüe con
contención de emergencia Protección Personal
La última línea de defensa
• Usar lentes de seguridad y protectores de rostro • Usar delantales, protectores de brazos y trajes de
seguridad • Usar respiradores apropiados: se requieren
respiradores con línea de aire cuando la concentración de oxígeno es menor de 19.5%
37
Las dos principales técnicas de control son los controles ambientales y
los equipos de protección personal. Los controles ambientales reducen la
exposición mediante la reducción de la concentración de tóxicos en el ambiente
de trabajo. Esto incluye sustitución, aislamiento, encierro, ventilación local,
dilución por ventilación, métodos húmedos y buena limpieza y organización. La
protección personal previene o reduce la exposición mediante la creación de
una barrera entre el trabajador y el ambiente de trabajo. Esta barrera es
normalmente usada por el trabajador, de allí, que se denomine protección
“personal”. En la Tabla 3-8 se listan algunos tipos equipos de protección
personal típicos.
Tabla 3-8 Equipo de protección personal, sin incluir respiradores1
Tipo Descripción
Casco de seguridad Protege la cabeza de equipos o partes de equipos que caen en las áreas de operación, así como de golpes
Lentes de Seguridad Lentes resistentes a impactos
Gafas de seguridad Apropiadas para líquidos y vapores
Zapatos de seguridad con punta de acero Protege de equipos y partes a nivel del piso
Mascara alrededor de la cara De fibra de vidrio, resistente a la mayoría de los químicos
Delantal de vinilo Resistente a la mayoría de los químicos
Traje de seguridad Protege contra salpicaduras. De de caucho de viton o butil eter para exposiciones no inflamables
Traje con cordon umbilical Usado con fuente externa de aire
Sobrebrazos de caucho Protege los antebrazos
Guantes de PVC Resistentes a ácidos y bases
Botas de PVC y nitrilo (altura de rodilla) Resistentes a ácidos, aceites y grasas
Protectores de oído Protegen contra altos niveles de ruido 1. Lab Safety Supply Catalog (Janesvelle, Wisconsin 53547-1368) and Best Safety Directory (A.M. Best Company, Oldwick, New Yersey 00858). Manufacturers´ technical specifications must always be consulted.
38
3.4.1 Respiradores
Los respiradores se encuentran de forma rutinaria en laboratorios y
plantas químicas. Los respiradores solo deben usarse
• De forma temporal, hasta que métodos de control regulares puedan
ser implementados
• Como equipo de emergencia, para asegurar la seguridad del
trabajador en caso de un accidente
• Como el “Ultimo recurso” en el caso de que las técnicas de control
ambiental sean incapaces de proveer protección satisfactoria al
trabajador.
El uso de respiradores siempre compromete la habilidad del trabajador.
Un trabajador con un respirador es incapaz de realizar o de responder a una
actividad tan bien como aquel trabajador que no esta usando ninguno. En la
Tabla 3-9 se presentan varios tipos de respiradores.
Los respiradores pueden ser utilizados de manera inapropiada, o pueden
dañarse en grado tal que no proporcionen la protección necesaria. La OSHA y
la NIOSH han desarrollado estándares para el uso de diversos tipos de
respiradores,10 incluyendo pruebas de ajuste (para verificar y asegurar que el
equipo no tenga fugas excesivas), aplicaciones específicas de uso (para
asegurar que el equipo se esta utilizando para el trabajo correcto),
entrenamiento (para asegurar el uso apropiado) y mantenimiento de registros
(para asegurar que el programa este operando eficientemente). Todos los
usuarios industriales están legalmente comprometidos a entender y llenar los
requerimientos de la OSHA.
10 NIOSH Respirator Decisión Logia (Washington, DC: U.S. Department of Health and Human Services, DHS-NIOSH Publication Nº 87-1-8, May 1987).
39
Tabla 3-9 Respiradores útiles en la industria química
Tipo Ejemplos de marcas comerciales
Limitaciones
Mascarilla de nariz y boca para polvos
3M 8710 Dust1O2 > 19.5% Un solo uso PEL> 0.05 mg/m3
Mascarilla de nariz y boca con filtro químico
MSA Confo II Cartridge2
O2 > 19.5% Filtro GMA negro para 1000 ppm de vapores orgánicos, Filtro GMC amarillo para 10 ppm de Cl2 y 50 ppm de HCl o SO2
Máscara con filtro químico para la cara
MSA Industrial Gas Mask3
O2 > 19.5% Filtro GMA negro para 2% de orgánicos, Filtro GMC olivo para 0.05% de pesticidas
Respiradores de aire forzado
Scout Air PAK II4Bueno para gases tóxicos. Los tanques de aire duran aproximadamente 20 min.
1 3M Company Catalog (220-7W-02, St. Paul, MN 55144) 2 MSA Catalog (600 Penn Center Blv., pittsburg, PA, 15235) 3 MSA Catalog (600 Penn Center Blv., pittsburg, PA, 15235) 4 Scott Aviation Catalog (225 Erie St., Lancaster, NY, 14086)
3.4.2 Ventilación
Para el control de los materiales tóxicos en el aire el método más común
es la ventilación, debido a las siguientes razones,
• La ventilación puede remover rápidamente concentraciones
peligrosas de materiales inflamables y tóxicos
• La ventilación puede ser altamente localizadas, reduciendo la
cantidad de aire movido y el tamaño de los equipos
• Los equipos de ventilación están disponibles y pueden ser fácilmente
instalados
• Los equipos de ventilación pueden agregarse a una instalación
existente
La mayor desventaja de la ventilación son sus costos de operación, ya
que puede necesitarse gran cantidad de energía para manejar grandes
ventiladores y el costo de calentar o enfriar grandes cantidades de aire puede
40
ser muy elevado. Estos costos de operación deben considerarse cuando se
evalúan las alternativas disponibles.
La ventilación está basada en dos principios:
• Dilución del contaminante por debajo de la concentración deseada
• Remoción del contaminante antes de que los trabajadores sean
expuestos
Los sistemas de ventilación están compuestos de ventiladores y
conductos (ductería). Los ventiladores producen una pequeña caída de presión
(menor de 0.1 psi) que mueve el aire. El mejor sistema es el sistema de
presión negativa, con los ventiladores localizados en la salida de la descarga
del sistema, empujando el aire hacia fuera. Esto asegura que escapes en el
sistema arrastraran aire desde el sitio de trabajo en lugar de arrojar aire
contaminado desde los ductos hacia el ambiente de trabajo, tal como se
muestra en la Figura 3-5.
Hay dos tipos de técnicas de ventilación, local y de dilución.
Ventilación local: el tipo más común son las campanas de extracción
(hoods). Una campana es un aparato que encierra completamente la fuente de
contaminante y/o mueve el aire de forma tal que transporta el contaminante
hacia la salida. Existen varios tipos de campanas
• La campana cerrada, la cual contiene completamente la fuente de
contaminante
• La campana exterior, la cual continuamente lleva los contaminantes
hasta la salida, localizada a cierta distancia
• La campana receptora, la cual es un tipo de campana exterior que
usa la descarga para recolectar el contaminante
• La campana de “hale-empuje” utiliza una corriente de aire de una
fuente para empujar los contaminantes hacia el sistema de descarga
o salida.
El ejemplo mas común es la campana cerrada de laboratorio. Una
campana de laboratorio común se muestra en la Figura 3-5. El aire fresco es
41
arrastrado desde el área de la ventana y es removido hacia fuera por el tope a
través de un ducto. El perfil del flujo de aire dentro de la campana es
altamente dependiente de la localización del cierre de la ventana. Es
importante mantener la ventana abierta a una distancia de unos pocos
centímetros, para asegurar una adecuada cantidad de aire fresco. Igualmente,
nunca se debe mantener completamente abierta la ventana ya que los
contaminantes pueden escapar. La compuerta en la parte trasera de la
campana asegura que los contaminantes sean removidos de la superficie de
trabajo y de las esquinas traseras.
Figura 3
Campana convencional,
puerta abierta
-5 Sistema convencional d
Campana convencional,
puerta cerrada
e campanas de un laboratorio
42
Otro tipo de campana de laboratorio es la que se muestra en la Figura
3-7. Para este diseño una corriente de aire es alimentada a través de la rejilla
del tope de la campana. Esto asegura la disponibilidad de aire fresco para
empujar los contaminantes fuera de la campana. La fuente de aire fresco se
reduce a medida que la puerta de la campana es cerrada.
Las ventajas de las campanas cerradas de extracción son:
• Elimina completamente la exposición del trabajador
• Requiere mínimo flujo de aire
• Provee un aparato de contención en caso de fuego o explosión
• La puerta corrediza proporciona una barrera para el trabajador
Puerta abierta Puerta cerrada
Figura 3-7 Campanas de laboratorio con sistema de inyección de aire
Las desventajas de las campanas cerradas de extracción son:
• Poseen limitado espacio de trabajo
• Pueden solo utilizarse para procesos a escala de laboratorio o planta
piloto
La mayoría de los cálculos para campanas de extracción asumen de flujo
tipo pistón. Para un ducto de área de sección transversal, A, y una velocidad
43
de aire promedio, ū (distancia/tiempo), el volumen de aire movido por unidad
de tiempo, Qv, se calcula como,
[3-25] vQ Au=
Para un ducto rectangular de ancho W y longitud L, Qv se calcula usando la
siguiente ecuación
[3-26] vQ LWu=
Considere una campana simple tipo caja como la que se muestra en la Figura
3-8. La estrategia de diseño es proporcionar una velocidad fija de aire en la
abertura de la campana. Este control de velocidad (referido a la cara de la
campana) asegurará que los contaminantes no saldrán de la campana.
Qv= LWū
Descarga o salida
W
L
Qv= flujo volumétrico, volumen/ tL = long
iempo itud
d control requerida W = ancho ū = velocida
Figura 3-8 Determinación de la velocidad volumétrica de flujo de aire en una
campana tipo caja.
Existen disponibles ecuaciones de diseño para una variedad de campanas y
formas de ductos11. Otros tipos y métodos de ventilación local incluyen las
llamadas trompas de elefante, las cuales consisten en un ducto de ventilación
flexible colocado cerca de la fuente del contaminante. Este tipo de ventilación
es frecuentemente usado en zonas de carga y descarga de materiales tóxicos
desde tambores y envases. Otros tipos incluyen loa llamados doseles
colgantes, los cuales pueden estar en posición fija o pegados a ductos flexibles
para permitir movimiento. Estos métodos no eliminan la exposición del
11 Industrial Ventilation. A Manual of Recommended Practice, 19th ed. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, 1986
44
trabajador a los tóxicos, pero la exposición se da en cantidades menores o
diluidas.
Dilución por ventilación: Si el contaminante no puede colocarse en una
campana de extracción y debe usarse en un área abierta o en un cuarto, es
necesario diluir las concentraciones mediante ventilación. A diferencia de la
ventilación en una campana, la cual previene la exposición del trabajador, el
método de dilución por ventilación siempre expone el trabajador, pero en
cantidades diluidas con el aire fresco. Este método requiere una mayor
cantidad de aire que la ventilación localizada y los costos de operación pueden
ser sustanciales.
Las ecuaciones 3-9, 3-12 y 3-14 se usan para calcular la velocidad de
ventilación requerida. En la Tabla 3-10 se presentan los valores de k, el factor
de mezclado no ideal, utilizado en estas ecuaciones.
Tabla 3-10 Factor de mezclado no ideal, k, para varias condiciones de dilución por ventilación
Factor de mezclado Concentración de vapor, ppm
Concentración de polvo,
mppcf Pobre Promedio Bueno Excelente
Sobre 500 50 1/7 1/4 1/3 1/2
101-500 20 1/8 1/5 1/4 1/3
0-100 5 1/11 1/8 1/7 1/6
Para exposiciones a múltiples fuentes, el aire requerido para la dilución
se calcula para cada fuente individual. El requerimiento total de dilución es la
suma de los requerimientos individuales de dilución.
Las siguientes restricciones deben considerarse antes de implementar la
dilución por ventilación:
• El contaminante no debe ser altamente tóxico
• El contaminante debe evolucionar a una velocidad uniforme
• Los trabajadores deben permanecer a una distancia adecuada de
la fuente para asegurar una apropiada la dilución del
contaminante.
45
• No deben requerirse sistemas de depuración y lavado del aire
antes de la salida o descarga al ambiente.
Ejemplo 3-10
El xileno es usado como solvente de pinturas. En una cierta operación de
pintura se evapora un estimado de tres galones de xileno en un turno de ocho
horas. La calidad es la ventilación es promedio. Determine la cantidad de aire
de dilución por ventilación requerido para mantener la concentración de xileno
por debajo de 100 ppm, el TLV-TWA. También, calcule la cantidad de aire
requerido si la operación se llevara a cabo en una campana de extracción con
una abertura de 50 pies2 y una velocidad de cara de 100 pies/min. La
temperatura es 77 ºF y la presión es 1 atm. La gravedad específica del xileno
es 0.864 y su peso molecular es 106.
Solución
La velocidad de evaporación del xileno es
( )3
3
3 1 0.1337 pie 62.4 lbm0.864
8 60 minutos 1 galonm
galones horaQ
horas pie⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
0.0450 minmlbmQ =
De la Tabla 3-11, para una ventilación promedio y concentraciones de vapor de
100 ppm, k=1/8=0.125. Con la Ecuación 3-9, calculamos Qv,
610m gppm
v
Q R TC
kQ PM= × , despejando 610m g
vppm
Q R TQ
kC PM= ×
46
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
3
60.0450 0.7302 537 ºmin º
100.125 100 1 106
v
pie atmlbm Rlbmol RQ
lbmppm atm lbmol
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= ×
313.300 pies /min de aire requeridos para diluciónvQ =
Para una campana con un área abierta de 50 pies2, usando la Ecuación 3-25 y
asumiendo un control requerido de velocidad de 100pies/min,
( ) ( ) 3250 100 5000min minv
pie piesQ Au pies= = =
La campana requiere mucho menos flujo de aire que la dilución por ventilación
y previene completamente la exposición del trabajador.
LECTURAS SUGERIDAS
Higiene Industrial
• Lewis J. Cralley and Lester V. Cralley, eds., Industrial Higiene Aspects of
Plants Operations, Vol. 1-3. MacMillan Publishing Company, New York,
1984
• J. B. Olishifski, ed., Fundamentals of Industrial Hygiene, 2nd ed. National
Safety Council, Chicago, 1979
• N. Irving Sax, dangerous Properties of Industrial Materials. 6th edition.
Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1984. Sections 2 and 3
• Richard A. Wadden and Peter A. Scheff, eds. Engineering Design for the
Control of Workplace Hazards, McGraw-Hill Book Company, New York,
1987
Ventilación
• Industrial Ventilation, A Manual of Recommended Practice, American
Conference of Governmental Industrial Hygienists, 19th ed. Cincinnati,
1986.
47
Problemas
3.1 Un proceso en una planta tiene el siguiente inventario Cloruro de vinilo Oxido de etileno Ciclohexano Metil-etil cetona Estireno Determine los peligros asociados con estos químicos. Que información adicional puede Ud. Necesitar para de forma apropiada determinar el riesgo asociado con estos químicos?
3.2 El valor de TLV-TWA de una sustancia es 150 ppm. Un trabajador
comienza su turno a las 8 a.m. y lo completa a las 5 p.m. Se incluye una hora de descanso para almorzar entre las 12 del mediodía y la 1 p.m. donde se asume que no estuvo expuesto a la sustancia química. Los datos tomados en el área de trabajo a los tiempos indicados se muestran en la siguiente tabla. Diga si el trabajador ha excedido la especificación del valor de TLV.
Tiempo Concentración, ppm
8:10 a.m. 110 9:05 a.m. 130
10:07 a.m. 143 11:20 a.m. 162 12:12 p.m. 142 1:17 p.m. 157 2:03 p.m. 159 3:13 p.m. 165 4:01 p.m. 153 5:00 p.m. 130
3.3 Cierto aire contiene 4 ppm de tetracloruro de carbono y 25 ppm de 1-1
dicloroetano. Calcule el TLV de la mezcla y determine si se ha excedido este valor.
3.4 Una sustancia tiene un TLV-TWA de 200 ppm, y un TLV-C de 300 ppm.
Los datos de la tabla se tomaron en el área de trabajo a los tiempos indicados. Un trabajador en un turno de ocho horas esta expuesto a estos vapores tóxicos. Es esta exposición dentro de los límites aceptables? Si no está, Cuales son las violaciones. Asuma que el trabajador esta almorzando entre las 12 del mediodía y la 1 p.m. y no esta expuesto a la sustancia química durante este tiempo.
48
Tiempo Concentración, ppm
8:10 a.m. 180 9:05 a.m. 240
10:07 a.m. 270 11:20 a.m. 230 12:12 p.m. 190 1:17 p.m. 150 2:03 p.m. 170 3:13 p.m. 165 4:01 p.m. 160 5:00 p.m. 130
3.5 Sax12 reporta la siguiente ecuación de trabajo para la determinación de
los requerimientos de dilución de aire, debido a la evaporación de un solvente,
( )( ) ( ) ( )
83.87 10 minlbm de líquido evaporado
CFMPeso Molecular TLV k
⎛ ⎞× ⎜ ⎟⎝ ⎠=
Donde CFM representa los pies cúbicos por minuto de aire diluido requeridos. Muestre que esta ecuación es la misma que la representada en la Ecuación 3-9. Que se asumió en la ecuación anterior?
Los problemas 3-6 al 3-11 se aplican a tolueno y benceno. Los siguientes datos están disponibles para estos materiales:
Benceno Tolueno Fórmula C6H6 C7H8
Peso Molecular 78.11 92.13 Gravedad Específica 0.8794 0.866 TLV (ppm) 10 100
Presión de vapor de saturación
( )ln sat BP A
C T= −
+
Donde Psat es la presión de saturación en mmHg, T es la temperatura en K y A, B y C son las constantes dadas a continuación:
12 Sax, Dangerous Properties, 6th ed., p.28
49
A B C Benceno 15.9008 2788.51 -52.36 Tolueno 16.0137 3096.52 -53.67
3.6 Calcule la concentración (en ppm) de vapor saturado con aire sobre una
solución de tolueno puro. Calcule la concentración (en ppm) del equilibrio vapor-aire sobre una solución que es 50% molar de tolueno y benceno. La temperatura es 80 ºF y la presión total es 1 atm.
3.7 Calcule la densidad del aire puro y la densidad del aire contaminado con
100 ppm de benceno. Son las densidades de estos dos gases suficientes para asegurar una elevada concentración a nivel de los pisos y en otros lugares bajos? La temperatura es 70 ºF y la presión 1 atm.
3.8 Las Ecuaciones 3-12 y 3-14 representan la evaporación de un líquido
puro: modifique estas ecuaciones para representar la evaporación de una mezcla ideal de líquidos miscibles.
3.9 El benceno y el tolueno forman una mezcla ideal de líquidos. Una mezcla
compuesta de 50% molar de benceno se utiliza en una planta química. Temperatura: 80 ºF, presión: 1 atm.
a. Determine el TLV de la mezcla b. Determine la velocidad de evaporación por unidad de área
para esta mezcla c. Un tambor con una boca de 2 pulgadas de diámetro se usa
para almacenar la mezcla. Determine la ventilación requerida para mantener la concentración de vapor por debajo del TLC. La calidad de la ventilación en los alrededores de esta operación se considera promedio.
3.10 Un tambor contiene 42 galones de tolueno. Si la tapa del tambor se deja
abierta (diámetro de la tapa = 3 pies), determine el tiempo requerido para que se evapore todo el tolueno del tambor. La temperatura es 85 ºF. estime la concentración de tolueno (ppm) cerca del tambor si la velocidad de ventilación local es de 1000 pie3/min. Presión: 1 atm.
3.11 Una cierta operación de una planta evapora 2 pintas13/hora de tolueno
y una pinta/turno de 8 horas de benceno. Determine la ventilación requerida para mantener la concentración de vapor por debajo del TLV. Temperatura: 80 ºF, presión: 1 atm.
13 Una pinta es una unidad de medida utilizada en los Estados Unidos. En base líquida es equivalente a 16 onzas es decir 0.473 litros. En base seca es equivalente a ½ quart es decir 0.551 litros. En la Gran Bretaña es equivalente a 0.568 litros
50
3.12 Las Ecuaciones 3-12 y 3-14 puede aplicarse a exposiciones no confinadas mediante el uso de una efectiva velocidad de ventilación. Se ha estimado que la velocidad efectiva de ventilación para exposiciones en espacios abiertos es 3000 pie3/minuto14. Un trabajador se encuentra parado cerca de una manilla abierta de un tanque de 2-butoxietanol (Peso molecular = 118). El área de la manilla es 7 pie2. Estime la concentración (en ppm) del vapor cerca de la manilla abierta. La presión de vapor del 2-butoxietanol es 0.6 mmHg.
3.13 Se llenan tambores de 55 galones con 2-butoxietanol. Los tambores se
llenan desde el tope a una velocidad de 30 tambores por hora. La abertura a través de la cual se realiza el llenado tiene un área de 8 cm2. estime la concentración de vapor ambiental si la ventilación es de 3000 pie3/min. La presión de vapor, a esas condiciones, del 2-butoxietanol es 0.6 mmHg
3.14 Un tanque de gasolina en un automóvil estándar contiene cerca de 14
galones de gasolina y puede llenarse en cerca de 3 minutos. EL peso molecular de la gasolina es aproximadamente 94 y su presión de vapor a 77 ºF es 4.6 psi. Estime la concentración (en ppm) de vapor de gasolina como resultado de la operación de llenado. Asuma una ventilación de de 3000 pie3/min. El TLV de la gasolina es de 300 ppm.
3.15 Una trompa de elefante de seis pulgadas de diámetro se utiliza para
remover contaminantes cerca de la boca abierta de un tambor durante la operación de llenado. La velocidad de aire requerida al final de la trompa de elefante es de 100 pies/min. Calcule la velocidad de flujo volumétrico de aire requerida.
3.16 Para reducir la polución de aire en las estaciones de llenado de gasolina
se han instalado sistemas de extracción para remover los vapores de gasolina emanados durante el llenado de los tanques de los automóviles. Esto se logra mediante un sistema de ventilación tipo trompa de elefante instalados como parte de la manga de llenado. Asuma que el tamaño promedio de un tanque de un automóvil es de 14 galones. Si el vapor en el tanque es saturado con gasolina a una presión de vapor de 4.6 psi, Cuántos galones de gasolina son recuperados gratis por el dueño de la estación de gasolina con cada llenado? Para 10.000 galones de gasolina despachados, cuántos galones son recuperados? EL peso molecular de la gasolina es aproximadamente 94 y la gravedad específica del líquido es 0.7.
3.17 El aire normal contiene cerca de 21% de oxígeno en volumen. El cuerpo humano es muy sensible a las reducciones en la concentración de oxígeno. Concentraciones por debajo de 19.5% son peligrosas y concentraciones cerca de 16% pueden causar dolor y molestias graves.
14 Matthieson, “Estimating Chemical Exposure,” p. 33
51
Los equipos de protección respiratoria sin fuentes de aire nunca deben utilizarse en atmósferas con menos de 19.5% de oxígeno Un tanque de almacenamiento de 1000 pies3 de capacidad debe limpiarse antes de volverlo a utilizar. Den utilizarse procedimientos apropiados para garantizar que la concentración de oxígeno en el aire dentro del tanque sea la adecuada. Calcule los pies cúbicos de nitrógeno adicional a 77 ºF y 1 atm que reducirá la concentración de oxígeno en el tanque a 19.5%? Las concentraciones de oxígeno dentro de tanques y sitios confinados pueden reducirse en forma significativa con pequeñas cantidades de inerte.
3.18 Una campana de laboratorio tiene una abertura de 4 pies de largo por 3 pies de ancho. La profundidad de la campana es de 18 pulgadas. Esta campana será utilizada para una operación con tricloroetileno (TCE) cuyo TLV-TWA es 50 ppm. El TCE será utilizado en forma líquida a temperatura ambiente. Determine un control apropiado de velocidad para esta campana y calcule el flujo de aire total.
3.19 Se desea operar la campana del Problema 3-18 de forma que la
concentración de vapor en el área de la campana esta por debajo del limite inferior de explosión 12% en volumen. Estime el control mínimo de velocidad requerido para alcanzar este objetivo. La cantidad de TCE evaporada dentro de la campana es 5.3 libras por hora. El peso molecular del TCE es 131.4. La temperatura es 70 ºF y la presión 1 atm.
52