Sustancias inflamables y su almacenamiento seguro

Las edificaciones destinadas al almacenamiento de importantes cantidades de productos o materiales requieren, normalmente, de la incorporación de medidas de prevención y protección contra incendios, especialmente cuando su contenido corresponde a materiales o sustancias clasificadas como peligrosas. No obstante, en la práctica, se observa, que muchas de las medidas adoptadas no obedecen a un enfoque técnico sobre esta materia, redundando en almacenamientos que presentan deficientes niveles de seguridad.

Las sustancias peligrosas se definen como “aquellas que, por su naturaleza, producen o pueden producir daños momentáneos o permanentes en la salud humana, animal o vegetal y a elementos materiales como instalaciones, maquinarias, edificios, etc.”

Las sustancias peligrosas se encuentran clasificadas en nueve clases, presentando algunas de éstas varias divisiones. Entre estas clases se encuentran los gases inflamables, líquidos inflamables, sólidos inflamables y peróxidos orgánicos, los cuales, además de sus características de peligrosidad propias, son combustibles y, por lo tanto, pueden ser parte de una reacción de combustión, cuyos mecanismos o formas de desarrollo condicionan las características del incendio esperado.

La combustión como proceso de transformación energética

Por combustión se entiende el proceso mediante el cual se produce la quema de cualquier sustancia, ya sea gaseosa, líquida o sólida. En este proceso, el combustible se oxida y desprende calor, y, con frecuencia, luz. El oxidante no es oxígeno necesariamente, ya que puede ser parte de un compuesto químico, como ácido nítrico, HNO3, o perclorato de amonio, NH4ClO4, y puede quemarse nuevamente durante una serie de pasos químicos complejos. Este oxidante puede también ser un material que no contenga oxígeno, como el flúor. Éste se combina con el hidrógeno combustible, que libera luz y calor.

El oxígeno tiene la capacidad de combinarse con diversos elementos para producir óxidos. En definitiva, la oxidación es la combinación del oxígeno con otra sustancia. Existen oxidaciones que son sumamente lentas, como por ejemplo la del hierro. Cuando la oxidación es rápida se llama combustión.

Pues bien, la combustión se refiere a las reacciones químicas que se establecen entre cualquier compuesto y el oxígeno. A esto también se le llama reacciones de oxidación. De este tipo de proceso se desprenden energía lumínica y calórica y se llevan a cabo rápidamente. Cabe destacar que los organismos vivientes, para producir energía, utilizan una combustión controlada de los azúcares.

Explosiones

Una explosión se caracteriza por una rápida liberación de uno o varios compuestos en fase gaseosa, cuya expansión disipa energía mediante una onda de presión, la cual, además, puede ser acompañada de desprendimiento de luz y calor.

Una combustión puede transformarse en una explosión si existe una mezcla de gases o vapores en una concentración comprendida en el rango de inflamabilidad. Esta reacción se produce simultáneamente en toda la masa reactiva liberando gases y calor.

Una explosión también puede producirse cuando la combustión se inicia en un punto de la masa reactiva y desde él avanza o se propaga sobre el resto formando dos zonas, la de productos de la reacción y la de compuestos sin reaccionar. Este tipo de reacción puede ocurrir con combustibles que formen mezclas de gases o vapores, o que se encuentren en el aire en forma de gotas de líquidos o de partículas de polvo combustibles finamente divididos, en los que la velocidad de liberación de calor es creciente, acelerándose la producción de gases a alta presión y la onda de presión generada por ellos, con un importante aumento de la temperatura y del calor liberado.

Mecanismos de combustión de sustancias peligrosas inflamables

Existe consenso en que el almacenamiento de las sustancias peligrosas, de acuerdo con la definición señalada anteriormente, debe realizarse en recintos específicos destinados para tal efecto, adecuado a las características de cada sustancia y con procedimientos de uso y manejo seguros para los trabajadores.

A continuación, se describen las principales características de la combustión de sustancias peligrosas correspondientes a gases inflamables (Clase 2 División 2.1), líquidos inflamables

(Clase 3), sólidos inflamables (Clase 4 División 4.1, Clase 4 División 4.2 y Clase 4 División 4.3) y peróxidos orgánicos (Clase 5 División 5.2), así como algunos criterios y condiciones generales para su almacenamiento seguro.

Gases Inflamables

La Clase 2 involucra los gases puros, las mezclas de gases, las mezclas de uno o varios gases u otras materias, que pueden encontrarse como gases comprimidos, licuados, disueltos o generadores de aerosoles.

La Clase 2 cuenta, además, con la División 2.1, que corresponde a Gases Inflamables, los cuales pueden formar mezclas combustibles con el aire dentro de los límites o rango de inflamabilidad en una proporción, en volumen, de hasta un 12%.

La velocidad de la reacción asociada a la combustión de los compuestos que pertenecen a esta clase se puede considerar constante. Si existe un volumen importante de una mezcla de estos productos con aire en una concentración comprendida en el rango de inflamabilidad, su combustión puede generar una deflagración con un reducido efecto térmico.

Sin embargo, si esta mezcla se encuentra en un ambiente cerrado y la combustión se inicia en un punto de ella y se propaga sobre el resto, se puede producir una detonación, la cual, además de importantes efectos de presión, generaría una gran liberación de calor en un reducido tiempo, favoreciendo la propagación del fuego a combustibles cercanos. Por este motivo, el almacenamiento de recipientes que contengan gases inflamables debe realizarse en un área exterior ventilada y con techo para protegerlos de la intemperie y de la radiación solar incidente. La selección de un área apropiada debe considerar su separación por distancias de seguridad a fuentes de calor, materiales combustibles y, especialmente a sustancias comburentes. Además, si estos recipientes se ven comprometidos por una emergencia de incendio, la respuesta habitual debe corresponder a la aplicación de agua para enfriamiento, con el propósito de evitar el aumento de su presión interna, que pueden originar la operación de la válvula de seguridad y la descarga de su contenido al ambiente incluso su colapso.

Cantidades mayores de estos gases deben ser almacenadas en estanques superficiales o enterrados, construidos e instalados en base a normas de ingeniería de reconocimiento internacional, verificando distancias de seguridad a instalaciones adyacentes y líneas de propiedad, y protegidos por equipos o sistemas automáticos de enfriamiento en base a agua.

Líquidos Inflamables

La Clase 3 corresponde a líquidos inflamables, que son aquellos que tienen, a 50°C, una tensión de vapor máxima de 300 kPa (3 bar) y no son completamente gaseosos a 20ºC y a la presión estándar de 101,3 kPa. Además, deben tener un punto de inflamación máximo de 61°C.

Entre estos líquidos se encuentran sustancias o compuestos que contienen extractos aromáticos líquidos, tintas para imprentas, pinturas y lacas, barnices, productos de perfumería, alcoholes, cetonas y aldehídos, entre otros. Sus vapores pueden combustionarse de la misma forma que los gases inflamables, pero su generación está controlada por la fase líquida, la que tiene asociada una tasa máxima de evaporación por unidad de superficie, dependiente del calor generado en esta reacción.

Estas características hacen necesario que los líquidos inflamables se almacenan en recintos que cuenten con un sistema de control de derrames, orientado a reducir la superficie de evaporación en caso de pérdida o volcamiento de un recipiente, y con un nivel de ventilación suficiente para evitar que los vapores alcancen una concentración cercana al límite inferior de inflamabilidad. Los muros perimetrales de estos recintos deben ser resistentes al fuego y su ubicación debe considerar distancias de seguridad, ya que la combustión de estos líquidos se caracteriza por una elevada velocidad de liberación de calor, la que podría propiciar la propagación del fuego a edificaciones o instalaciones cercanas. Un fuego que los afecte puede ser detectado por medio de detectores automáticos de llama o temperatura, cuya activación puede estar enclavada con la actuación de un sistema de extinción en base a agua, espuma, polvo químico seco u otros agentes de extinción gaseosos.

Sólidos Inflamables

 La Clase 4 clasifica a los sólidos inflamables. Esta clase se subdivide en la División 4.1 “Materias Sólidas Inflamables”, División 4.2 “Materias Susceptibles de Inflamación Espontánea” y División 4.3 “Materias que, al Contacto con Agua, Desprenden Gases inflamables”.

Materias Sólidas Inflamables

Las materias sólidas inflamables son sólidos de origen orgánico o inorgánico, en forma de polvo, gránulos o pastas, que pueden combustionarse fácilmente por frotamiento, contacto o exposición breve con una fuente de ignición, como una superficie caliente o llama abierta.

Esta división considera, además, a las materias auto reactivas, que son térmicamente inestables y que pueden experimentar, ante la presencia de una fuente de calor externa, generada por fricción, impacto o incluso por el contacto con impurezas catalíticas, una descomposición fuertemente exotérmica, incluso en ausencia de oxígeno. Su descomposición puede producir una detonación o generar gases tóxicos.

Las materias sólidas inflamables deben ser almacenadas en recintos independientes, similares a los recomendados para los líquidos inflamables. Debido a lo complejo y, en algunos casos, rápido desarrollo de su combustión, la selección de un método de detección de un fuego es específica para cada uno de ellos, pudiendo ésta realizarse a través de sensores de temperatura, o mediciones de presión o concentración de polvo, gases o vapores. Los sistemas de protección contra incendio a utilizar para labores de control y extinción son, normalmente, en base a agua o agentes extintores gaseosos.

Materias Susceptibles de Inflamación Espontánea

La División 4.2 incluye a las materias pirofóricas, que son aquellas que, en contacto con el aire, incluso en pequeñas cantidades, se inflaman en un corto período de tiempo, del orden de 5 minutos. Se involucra, además, a aquellas materias que experimentan calentamiento espontáneo en contacto con el aire, sin aporte externo de energía, cuando se encuentran apiladas en gran cantidad y después de un cierto período de tiempo (horas o días).

El calentamiento espontáneo de estas materias se debe a su reacción con el oxígeno del aire y a que el calor generado no se disipa hacia el exterior con suficiente rapidez. El aumento y la acumulación de este calor son los responsables de la combustión espontánea.

La detección del inicio de la combustión en estos productos se realiza habitualmente a través de mediciones de su temperatura, ya que su aumento indicaría la existencia de calor retenido. Este calor puede ser entregado al ambiente moviendo frecuentemente el material almacenado, para lo cual se requiere de un recinto amplio y ventilado. Ante la existencia de un fuego, éste puede ser controlado, normalmente, por medio de la aplicación de agua con fines de enfriamiento.

Materias que al Contacto con el Agua Desprenden Gases Inflamables

La División 4.3 de la Clase 4 abarca las materias tales como bario, cesio, litio, rubidio, sodio, magnesio en polvo, carburo e hidruro cálcico, carburo y fosfuro de aluminio, e hidruro de litio y de aluminio, que reaccionan con el contacto con agua, desprendiendo gases inflamables, que al mezclarse con el aire pueden arder fácilmente por influencia de cualquier agente normal de encendido, como llamas o chispas provocadas por herramientas, luminarias eléctricas no protegidas, etc. Sin embargo, algunas de estas materias reaccionan en forma violenta y con desprendimiento de energía, la que permite la combustión de los gases inflamables generados.

El almacenamiento de estos productos debe realizarse en recintos que cuenten con un ambiente con humedad relativa controlada y donde no sea probable su contacto con agua.

La combustión de estos productos no puede ser controlada con agua, por lo que deben considerarse agentes de extinción especiales. Estas condiciones deben estar descritas en sus Hojas de Datos de Seguridad y el área de almacenamiento debe disponer de señales con advertencias sobre su reactividad con agua.

Peróxidos Orgánicos

Los peróxidos orgánicos son materias que contienen la estructura bivalente oxígeno-oxígeno (-0-0-) y son muy propensos a la descomposición exotérmica a una temperatura normal o elevada por efecto de una fuente de calor externo, como la producida por frotamiento o golpes, o por contacto con impurezas.

La velocidad de descomposición aumenta con la temperatura y es variable según la composición del peróxido orgánico. Esta reacción puede generar desprendimiento de vapores o gases inflamables y/o nocivos y el calor liberado puede iniciar una violenta combustión. En condiciones de confinamiento puede generarse una explosión.

La etapa inicial de la combustión de estos productos puede ser detectada a través de sensores que se activen frente a rápidas variaciones de temperatura o presión o a través de la medición de concentración de gases o vapores. La detección debe dar una alarma y activar un sistema de extinción, el cual es de diseño específico para cada producto, y que puede ser en base a agua u otro agente de extinción gaseosos, especialmente cuando recintos donde se encuentra el producto es de tamaño reducido.

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