INTRODUCCIÓN

En la Región de Murcia seencuentran ubicadas diversasempresas dedicadas a lafabricación de extintores y suscomponentes, que suponen unaproporción significativa sobre eltotal de la producción nacionalestimada en un millón deunidades año.

Por su condición de equipos apresión, la legislación que regulala fabricación de los extintores,en los diferentes países de laUnión Europea , ha s idoarmonizada por la Directiva97/23/CE, no siendo así, si seconsidera al extintor como unequipo destinado a la protecciónactiva contra incendios, ya queestaría sometido a otra legislaciónespecífica de cada uno de lospaíses miembros, aún noarmonizada. Si bien, en todasellos existe un consenso sobre sucertificación por organismospúblicos o privados, en base a losrequisitos establecidos en lanorma EN-3, para lo que resultanecesario la realización de losensayos correspondientes que

determinan la eficacia, en los quelas características físico-químicasdel agente extintor resultandeterminantes.El coste del polvo extintorc o m p r e n d e , d e f o r m aaproximada, el 40 % del preciototal de fabricación del extintor,por lo que el aumento de sufiabilidad y su abaratamientosupone un incremento en lastasas de comercialización, inclusofavorece su internacionalizacióny con ello la de las industriasauxiliares, tales como fabricantesde componentes y maquinaria,todos ellos encuadrados en elsector metal-mecánico.

Actualmente, el uso del extintorcomo elemento de proteccióncontra incendios resulta decarácter obligatorio, al igual quesu recarga y mantenimiento,operaciones para las que elsuministro de un polvo extintorde características conocidas yadecuadas resulta un elementodecisivo. De ahí, que seaimprescindible el aseguramientode la fiabilidad de su producciónmediante tecnologías adecuadasy el control a través de técnicas

a n a l í t i c a s c o n t ra s t a d a s ,potenciando así la confianza delmercado.

S i n e m b a rg o , a s p e c t o sf u n d a m e n t a l e s p a ra l adeterminación de la eficacia delextintor, así como la influenciad e s u c o m p o s i c i ó n ycaracterísticas fisicoquímicas,resultan desconocidos a nivelinternacional, ya que ni losensayos requeridos para lacertificación del producto, ni parasu marcado CE lo exigen.

De ahí que el Centro Tecnológicodel Metal, haya considerado deinterés estratégico realizar unestudio sobre la determinaciónde las características físico-químicas del polvo extintorpolivalente, debido a su influenciaen la eficacia del extintor en laque éste es utilizado, resultandouna necesidad básica para laoptimización del proceso defabricación del agente extintor ypara la comercialización de losextintores, ya que en los últimosaños, los fabricantes tanto deextintores como de polvo extintor,se han visto obligados a realizar

Métodos de análisis cuantitativos para polvoextintor polivalente

Gestión de innovación

Actualmente, el uso del extintor como elemento

de protección contra incendios resulta de

carácter obligatorio

Area TecnológicaArea Tecnológica

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fuertes invers iones paramodernizar y adecuar sus equiposproductivos a los requisitosnormativos, a fin de mantenersu competitividad.

POLVO EXTINTOR

El polvo extintor se define comouna sustancia química sólida enestado pulverulento utilizadapara la extinción de incendios. Elpo lvo ext intor ( tambiéndenominado “polvo químico”,“polvo químico seco” o “polvoseco”) está formado por salesi n o rg á n i c a s , f i n a m e n t epulverizadas y aditivos.

a) Composición: Los agentesextintores de polvo comerciales,s o n p r o d u c t o s c u y o sconstituyentes básicos puedenser tales como bicarbonatosódico, bicarbonato potásico,cloruro potásico, bicarbonato deu r e a - p o t a s i o , f o s f a t omonoamónico, sulfato amónicoy metales a lca l inos. Losfabricantes, para mejorar surendimiento en aplicacionesespecíficas, adicionan sustancias

como estearatos metálicos,fosfatos tricálcicos, siliconas,micas u otros productos quemejoren las características defluidez, higroscopicidad yaislamiento eléctrico.

b) Tipos de polvos extintores: Enfunción de la capacidad deextinción de las diferentes clasesde fuegos y considerando que atemperaturas inferiores a 60 ºCtodos ellos resultan estables, sedistinguen tres tipos de polvosextintores:

- Polvo convencional (también“polvo BC”, o “polvo ordinario”):Apropiado para emplearlo enfuegos de clase B y C.- Polvo polivalente (también“polvo ABC”): Adecuado paracombatir fuegos de clase A, B yC. Su componente básico es elfosfato monoamónico.- Polvos especiales: Adecuadospara combatir fuegos de clase D.La materia base la constituye unamezcla de sales adecuada al tipode metal sobre el que se vaya aactuar.

El estudio llevado a cabo por elCentro Tecnológico del Metal, seha centrado en los polvosextintores polivalentes, ya queson los más demandados en elsector metal-mecánico.

A día de hoy, no existen métodosestandarizados específicos parael análisis de polvos extintores,de ahí que el Centro Tecnológicodel Metal para la realización delestudio haya desarrollado ycontrastado los métodos deanálisis químicos cuantitativos,adecuados para el análisis de lacomposición de los diferentestipos de polvos extintorespolivalentes existentes en elmercado.

La finalidad del análisis químicocuantitativo es la de conocer enqué proporción se encuentranp re s e n t e s d e t e r m i n a d o scomponentes o elementos en unamuestra y en muchas ocasionessus posibles relaciones químicas.Por tal motivo conviene aclararque la exactitud, precisión,reproducibil idad y erroresaportados durante la realización

El polvo extintor se define como una sustancia química sólida en estado

pulverulento uti l izada para la ext inción de incendios

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de los análisis deben resultar conocidos.

La metodología empleada en química analítica puedeser clasificada en función de diversos criterios, siendouno de los más utilizados los que distinguen entremétodos clásicos o químicos y los que emplean algúninstrumento diferente de la balanza y de la bureta.

Los métodos clásicos tienen como base laestequiometría y sus leyes consisten en medir (masao volumen) una muestra del material que se analizay someterla a reacciones químicas que tengan lugarde forma completa, deduciéndose la cantidad buscadadel peso de un producto de reacción (análisisgravimétrico) o de un volumen de reactivo consumido(análisis volumétrico).

Se denominan métodos instrumentales al conjuntode procedimientos en los que la identificación y/omedida se realiza sobre una variable de carácterfísico, después de haber sometido, en muchos casos,la materia en estudio a una interacción con un tipode energía (métodos ópticos, electroquímicos,térmicos, etc.)

Los métodos clásicos resultan más exactos, conerrores normalmente iguales o inferiores al 0.1% sibien, en general, necesitan de una mayor cantidadde muestra para su realización (concentracionesmayores de 0.001M).

Los métodos instrumentales resultan menos exactos,con errores normalmente del orden del 1 al 5% perose pueden alcanzar fácilmente concentraciones de10-5

M e incluso, en algunos métodos, inferiores.

En el estudio realizado se aplicaron diferentes métodospara el análisis de los componentes, tales comométodos gravimétricos, método Kjeldahl, difracciónde rayos X, ICP con detector de masas y microscopioelectrónico de barrido.

MÉTODOS DESARROLLADOS

Los compuestos mayoritarios de los polvos extintorespolivalentes (polvos ABC) son el fosfato, sulfato yamonio, los cuales han sido objeto de estudio, asícomo los aditivos minoritarios más utilizados, talescomo la sílice o la mica. Habiendo aplicado para sudeterminación los siguientes métodos analíticos:

Fosfato (PO4-3)• Métodos gravimétricos: (Directiva 95/8/CE, AnexoIV, Apartado B,Met. 3.1.4.)

• Métodos instrumentales: Difracción de rayos X,ICP-Masas y Microscopio electrónico de barrido(MEB)

Sulfatos (SO4-2)

• Métodos gravimétricos: (Directiva 89/519CEE, AnexoII, Met. 8.5.)• Métodos instrumentales: Difracción de rayos X,ICP-Masas y Microscopio electrónico de barrido(MEB)

Amonio (NH4+)

• Método Kjeldahl (UNE-EN 13654-1)

Sílice

• Métodos gravimétricos.• Métodos instrumentales: ICP-Masas

METODOS CLÁSICOS

METODOS GRAVIMÉTRICOS

El análisis gravimétrico está basado en la ley de lasproporciones definidas, la cual establece que, encualquier compuesto puro, las proporciones de pesode los elementos constituyentes siempre son lasmismas, y en la ley de la consistencia de lacomposición, que establece que las masas de loselementos que toman parte de un cambio químicomuestran una relación definida e invariable entre sí.El análisis gravimétrico consiste pues en la separacióny pesaje, en el estado mayor de pureza, del compuestointeresado que se encuentra en una relaciónestequiométrica definida con la sustancia que sepretende determinar, eliminando toda aquella otraque interfiere.

El método gravimétrico empleado para la separaciónse denomina “método de precipitación” que constade las siguientes fases:

- Toma y preparación de la muestra (disolución)- Precipitación- Filtrado y secado del precipitado- Secado y calcinación- Pesada y cálculos

1.- Toma y preparación de la muestra

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En el caso de polvos extintores, se trata de unamuestra sólida, por tanto se ha tomado una parterepresentativa de la muestra y posteriormente seha disuelto mediante la técnica más adecuada dedisgregación o disolución. En el caso de análisis defosfatos, la muestra se disuelve en ácido clorhídricoy en ácido nítrico concentrado, y para el análisis desulfato, en ácido clorhídrico concentrado.

2.- Precipitación

Se define como forma precipitada el compuestoinsoluble que se genera en la reacción entre lasustancia de interés y la del reactivo precipitante,y como forma ponderable el compuesto que se pesapara obtener el resultado del análisis, pudiendoresultar ambas iguales o diferentes.

La precipitación consiste en la adición a la disoluciónque contiene el elemento a determinar, otra delreactivo precipitante, de manera que éste quede enexceso para desplazar el equilibrio hacia la formacióndel compuesto insoluble. En el caso del fosfato ladisolución se trata con citrato amónico, amoniacoy mixtura magnesiana y para el sulfato con clorurode bario lentamente.

3.- Aislamiento del precipitado del resto dedisolución.

La filtración y el lavado son operaciones sumamenteimportantes de las que depende la precisión delresultado. Existen dos técnicas generales de filtración:

- Con papel de filtro de peso de cenizas conocido(o sin cenizas)- Con placa filtrante

En el caso del análisis de fosfatos y sulfato se ha

utilizado un filtro sin cenizas ya que el precipitado

es calcinado posteriormente. Después de filtrar selava el precipitado con amoniaco del 2.5% en elcaso del fosfato y con agua en el caso del sulfato,con objeto de eliminar las impurezas absorbidas enlas superficie del precipitado.

4.- Secado y calcinación

El precipitado es secado en el filtro y este se transfierejunto con el precipitado a un crisol previamentetarado, y se lleva a una estufa a 120 ºC paracompletar la etapa de secado. Cuando estácompletamente seco se lleva a un horno a 800 ºC.El calcinado se realiza para quemar el papel yeliminarlo y para que el compuesto pase a la formaponderable (eliminación del agua, formación deotro compuesto con diferente estequiometría, etc.),la cual proporciona la cantidad del compuestodeseado.

5.- Pesada y cálculos

Como normalmente no se pesa la sustancia adeterminar si no uno de sus compuestos, es necesariocalcular a qué cantidad de sustancia que sedetermina corresponde la cantidad de precipitadoobtenida. La relación entre el peso fórmula de lasustancia buscada y el peso fórmula de la sustanciapesada es lo que se conoce como factor gravimétrico.Multiplicando este valor por el peso de muestrapesado se obtendrá el peso correspondiente a lasustancia buscada.

Análisisgravimétrico

de fosfato

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MÉTODO KJENDAHL

El análisis del amonio es realizado mediante ladigestión del producto con ácido sulfúricoconcentrado, el cual transforma el nitrógenoorgánico en iones amonio en presencia de sulfatode cobre como catalizador, adición de un álcali,destilación por arrastre con vapor del amoniacoliberado y combinado con ácido bórico valorándosecon H2SO4 0.1 N. Así pues, el método Kjendahlconsta de las siguientes fases:

Digestión: Donde se utiliza el ato de cobre comocatalizador, transformando todo el nitrógeno amínico(NH2) e imínico (NH=NH) aminoácidos en iónamonio (NH4+).

Destilación: La muestra se trata con NaOH

(NH4)2SO4 + 2NaOH 2NH3 (g) + Na2SO4 + 2H2O

y es sometida a un calentamiento hasta la ebullicióny recogida en una disolución de ácido bórico.

H3BO3 + NH3 (g) NH4+ BO2- + H2O

Valoración: Se utiliza una solución estandarizadade ácido sulfúrico como patrón valorante

BO2- + H+ + H2O H3BO3

Cálculos: Los resultados son expresados en % deamoniaco en la muestra mediante la ecuación:% =

Donde:- Vol. Ácido = volumen de H2SO4.empleado en la

valoración (litros)- N = Normalidad del H2SO4 (0.1 N)- f = factor de factorización del H2SO4

METODOS INSTRUMENTALES

DIFRACCIÓN DE RAYOS X DE POLVO

La difracción de rayos-X de polvo se utiliza parael análisis cualitativo de fases cristalinas enmateriales, haciendo uso de la base de datos dedifracción de polvo “Powder Diffraction File, PDF”.Además, esta técnica constituye un métodoanalítico cuantitativo para el análisis directo defases, basado en la medida de una propiedadinherente de cada fase cristalina como es laestructura cristalina.

La utilización de la difracción de rayos X paraanálisis cuantitativos de polvos, es una técnicaque actualmente no se encuentra completamentedesarrollada a nivel internacional, de ahí que unode los intereses tecnológicos del estudio hayaconsistido en el desarrollo de esta técnica deanálisis de polvos extintores rápida y fiable.

Análisis de amonio

Difractograma

Difractómetro Rayos X

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MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB)

Los microscopios electrónicos de barrido (MEB), sonherramientas muy importantes y versátiles para lainvestigación científica en general y en las cienciasbiológicas, físicas y forenses en particular. En elmicroscopio electrónico se utilizan electrones comofuente luminosa, en lugar de una lámpara de rayosluminosos; los electroimanes funcionan como lentesy su límite de resolución es mucho mayor que ladel microscopio óptico. Con este último, la estructuramás pequeña que se puede observar mide 0.2 m delongitud; con el microscopio electrónico se puedenver objetos de 0.001 m (Brock y Madigan, 1993).

Un MEB actualizado consta esencialmente de lassiguientes partes:

Una unidad óptica-electrónica, que genera el hazque se desplaza sobre la muestra.

Un portamuestra, con distintos grados demovimientos.Una unidad de detección de las señales que seoriginan en la muestra, seguida de un sistema deamplificación adecuado.Un sistema de visualización de las imágenes (tubode rayos catódicos).Un sistema de vacío, un sistema de refrigeración yun sistema de suministro eléctrico, relativamentesimilares a los del MET.Un sistema de registro fotográfico, magnético o devideo.Un sistema de procesamiento de la imagen conayuda computacional (optativo).

El MEB es la mejor herramienta para el análisissemicuantitativo del polvo extintor polivalente, alpoder indicar los elementos que lo componen y elporcentaje aproximado en el que se encuentran(espectro- relación normalizada pico más alto).

Imagen capturada de un grano de la muestra Espectro de un barrido general de la muestra

ICP-MASAS

El ICP-MS una de las técnicas instrumentalesanalíticas más relevantes utilizadas actualmentetanto por químicos, geólogos y por profesionalesrelacionados con el Medio Ambiente: PlasmaAcoplado por Inducción con Espectrómetro de Masas(ICP-MS).

Las ventajas principales de esta técnica radican enla alta precisión, bajos límites de detección y bajocoste económico, analizando la mayoría de los

elementos e isótopos de la tabla periódica de manerasimultánea en pocos minutos. Es por lo tanto unatécnica ideal en el análisis de polvos extintores parala determinación de los compuestos minoritarioscomo el silicio, aluminio, bario, calcio, magnesio ypotasio. Además, desde los últimos tres años lautilización del LASER acoplado a ICP-MS, permiteel análisis de elementos trazas y tierras raras enminerales, fósiles, metales, semiconductores, etc, enun área comprendida entre 40 y 50 µm.

Detalle del plasma

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