Embed Size (px)
Citation preview
PROYECTO DE GRADO.
EXPLORACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ESPUMAS DE POLIURETANO
RÍGIDA A PARTIR DE HIDROCARBUROS COMO AGENTE SOPLANTE EN EL
LABORATORIO DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA: PARÁMETROS DE SEGURIDAD PARA SU PRODUCCIÓN.
MARIA MARGARITA GUEVARA MARIN
ASESOR: OSCAR ALBERTO ÁLVAREZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ,D.C,JULIO, 2007
PROYECTO DE GRADO.
IQ-2007-I-17
ii
EXPLORACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ESPUMAS DE POLIURETANO
RÍGIDA A PARTIR DE HIDROCARBUROS COMO AGENTE SOPLANTE EN EL
LABORATORIO DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA: PARÁMETROS DE SEGURIDAD PARA SU PRODUCCIÓN.
María Margarita Guevara Marín.
Proyecto de grado presentado a la Universidad de los Andes para obtener el
título de Ingeniera Química.
ASESOR: OSCAR ALBERTO ÁLVAREZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ,D.C,JULIO 2007
IQ-2007-I-17
iii
AGRADECIMIENTOS.
A mis padres, por su apoyo incondicional y el esfuerzo por asegurar mi educación.
A mis hermanas por estar siempre presentes y la confianza depositada en mí.
A Jorge, por su amistad sincera y estar ahí.
A mis compañeros y amigos que me han acompañado durante estos años.
A mi asesor Oscar Álvarez por darme la oportunidad de realizar este proyecto, por
su orientación y colaboración.
IQ-2007-I-17
iv
RESUMEN
Este trabajo busca establecer los requerimientos necesarios para la producción de
espumas rígidas de poliuretano con hidrocarburos como agente soplante, en el
laboratorio de poliuretanos del nuevo edificio de la facultad de Ingeniería de la
Universidad de los Andes “Mario Laserna”. La necesidad de explorar la
producción de espumas rígidas de poliuretano con hidrocarburos, surge de la
búsqueda de alternativas para proteger la capa de ozono (cumplimiento del
protocolo de Montreal, al cual Colombia esta suscrito). Se ha demostrado que la
capa de ozono es susceptible de ser destruida por los actuales agentes soplantes
utilizados (hidrocloflurocarbonados). La utilización de hidrocarburos en la
producción de espumas, tiene como punto critico la inflamabilidad y el riesgo de
explosión que se tiene con la manipulación y almacenamiento de estas sustancias.
Por estas razones es de vital importancia estudiar las medidas preventivas que se
deben implementar para manipular una sustancia inflamable.
Debido a que en el nuevo edificio “Mario Laserna” de la Universidad de los Andes
se va a instalar una maquina pentanizadora para la producción de espuma de
poliuretano con hidrocarburos como agente soplante, es necesario establecer los
requerimientos de diseño y seguridad necesarios que debe tener el laboratorio de
poliuretanos para garantizar un funcionamiento seguro del mismo.
Para llevar este objetivo a cabo este trabajo se divide en tres partes principales.
Una primera parte consiste en la exploración de la producción de espumas rígidas
de poliuretano con hidrocarburos como agente soplante. En esta etapa se
investigaron distintas formulaciones empleadas para la producción de estas
espumas. Una segunda parte establece los parámetros de diseño del laboratorio
necesarios para garantizar un funcionamiento seguro del mismo, teniendo como
base las normas Americanas para manipular líquidos inflamables. En esta etapa
se estudian las distintas medidas preventivas que se deben adoptar para la
adecuación del laboratorio al manipular hidrocarburos. Por último se realiza un
IQ-2007-I-17
v
análisis de la operación de la maquina pentanizadora y se aplica la metodología
de análisis de riesgos “What if ?” para identificar posibles situaciones de
emergencia y las acciones a tomar en caso tal de que se presente alguna
situación de riesgo .
IQ-2007-I-17
vi
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................xii
OBJETIVOS. .......................................................................................................................xv
OBJETIVO GENERAL. .................................................................................................xv
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. .......................................................................................xv
CAPITULO 1 EXPLORACIÓN BILIOGRAFICA DE LA PRODUCCIÓN DE ESPUMAS DE POLIURETANO CON HIDROCARBUROS COMO AGENTE
SOPLANTE. ........................................................................................................................16
1. 1 Generalidades y estado actual de las espumas de poliuretano. .............16
1.2 Estado del Arte espuma rígida PU. ...................................................................18
1.3 Riesgos básicos en producción de espumas de poliuretano. ..................20
1.3.1 Retardantes de llama: ...................................................................................22
1.3.2 Surfactantes.....................................................................................................23
1.3.3 Catalizador. ......................................................................................................24
1.3.4 Agentes soplantes. ........................................................................................24
1.3.5 Isocianato y poliol. .........................................................................................25
1.4 Riesgos de los Isocianatos. ................................................................................25
1.5 Riesgos de las Resinas de Poliol. .....................................................................28
1.6 Higiene industrial de las materias primas de poliuretano..........................29
1.6.1 Catalizadores...................................................................................................29
1.6.2 Surfactante.......................................................................................................30
1.6.3 Agentes Soplantes.........................................................................................30
1.6.4 Retardantes de llama.....................................................................................31
1.7 Producción con hidrocarburos..........................................................................32
1.7.1 Retardantes de llama.....................................................................................34
1.7.2 Aditivos resina de Poliol. .......................................................................41
1.7.3 Agentes Soplantes...................................................................................50
IQ-2007-I-17
vii
1.7.4 Surfactantes...............................................................................................53
1.7.5 Catalizadores...................................................................................................55
2. MÁQUINAS PARA LA FORMACIÓN DE ESPUMA RÍGIDA DE
POLIURETANO A PARTIR DE HIDROCARBUROS COMO AGENTES SOPLANTES. .....................................................................................................................57
2.1 Manipulación de hidrocarburos como agentes soplantes.........................58
2.2 Clasificación de Áreas..........................................................................................65
2.3 Análisis de las partes de la pentanizadora.....................................................69
2.3.1 Estación de premezclado.............................................................................70
2.3.2 Máquina dosificadora de alta presión de pentano. ...............................71
2.3.3 Cabezas de inyección. ..................................................................................73
2.3.4 Inyección en el molde. ..................................................................................74
2.4 Riesgos y Prevenciones. .....................................................................................76
2.4.1 Prevención de las cargas electrostáticas:...............................................76
2.4.2 Ventilación artificial: ......................................................................................77
2.5 Estado del laboratorio: requisitos de las normas. .......................................78
2.5.1 Código NFPA 77: Prevención de cargas estáticas................................78
2.5.2 NFPA 70: Código Eléctrico Nacional. .......................................................82
2.5.3 NFPA 30: Código líquidos combustibles e inflamables. .....................83
2.6 Normas internacionales.......................................................................................90
2.7 Alternativas con los equipos..............................................................................93
3. MANUAL OPERATIVO DE EMERGENCIAS: ANÁLISIS DE RIESGOS: WHAT
IF?. ........................................................................................................................................96
3.1 What if?.....................................................................................................................97
3.1.1 Tuberías. ...........................................................................................................97
3.1.2 Válvulas de seguridad.................................................................................105
3.1.3 Isocianato. ......................................................................................................110
3.1.4 Factores externos/Mantenimiento. ..........................................................112
IQ-2007-I-17
viii
3.1.5 Bombas/Motores. .........................................................................................113
3.1.6 Procesamiento. .............................................................................................116
3.1.7 Electricidad estática: ...................................................................................117
3.1.8 Equipo de dosificación. ..............................................................................123
3.1.9 Cabeza mezcladora......................................................................................124
3.1.10 Ventilación. ..................................................................................................125
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .............................................................127
BIBLIOGRAFÍA. ...............................................................................................................129
IQ-2007-I-17
ix
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades de los isocianatos........................................................................26
Tabla 2. Efectos irritantes de isocianatos en la piel y ojos..........................................27
Tabla 3. Efectos del TDI a exposiciones de corta duración........................................27
Tabla 4. Composiciones utilizadas en la preparación de espuma de poliuretano...34
Tabla 5. Propiedades contra el fuego.............................................................................35
Tabla 6. Propiedades básicas de la espuma.................................................................35
Tabla 7. Formulaciones con acido fórmico como co-agente soplante.......................40
Tabla 8. Formulación con agentes compatibilizantes...................................................42
Tabla 9. Máximo porcentaje en peso de hidrocarburos que producen emulsiones
estables. Resultados después de 7 días........................................................................43
Tabla 10. Emulsiones estables para distintos tipos de aditivos compatibilizantes
variando................................................................................................................................43
Tabla 11. Formulaciones típicas de espumas de primera y segunda generación...48
Tabla 12. Propiedades de distintos polieter poliol.........................................................49
Tabla 13.Formulación de iso/npentano y ciclopentano con productos VORATEC. 49
Tabla 14.Propiedades de agentes soplantes actuales.................................................51
Tabla 15. Alternativas de agentes soplantes comercialmente disponibles ...............53
Tabla 16. Propiedades de agentes soplantes Exxsol. ................................................53
Tabla 17 Formulaciones con ciclopentano como agente soplante............................55
Tabla 18. Tamaño máximo de los contenedores..........................................................89
IQ-2007-I-17
x
LISTA DE ILUSTRACIONES.
Ilustración 1 Laboratorio de poliuretano del “Mario Laserna”......................................63
Ilustración 2 Proceso de producción de la espuma con hidrocarburos como agente
soplante................................................................................................................................69
Ilustración 3 Proceso de mezcla Pentano+Poliol..........................................................72
Ilustración 4 Máquina de alta presión: Formación de la espuma ...............................74
IQ-2007-I-17
xi
LISTA DE ANEXOS.
ANEXO 1. ANUALES DE SEGURIDAD DE LAS MATERIAS PRIMAS DE LAS
ESPUMAS RÍGIDAS DE POLIURETANO. ..................................................................133
ANEXO 1-1. GUÍAS DE SEGURIDAD PARA LA MANIPULACIÓN DE
HIDROCARBUROS: PENTANOS. ................................................................................134
ANEXO 1-2. MANIPULACIÓN DE LOS ISOCIANATOS PARA ESPUMAS DE
POLIURETANO. GUÍA PARA SU MANIPULACIÓN Y MANEJO. ...........................141
ANEXO 1-3. GUÍAS DE SEGURIDAD Y MANEJO RESINAS DE POLIOL. ..........146
IQ-2007-I-17
xii
INTRODUCCIÓN
Los poliuretanos son polímeros con un rango amplio de propiedades y
aplicaciones. Algunos de los materiales más importantes basados en poliuretanos
son las espumas rígidas de poliuretano. Estas son comúnmente utilizadas en
aplicaciones de ingeniería en edificios, aislamiento térmico, refrigeración comercial
y doméstica, muebles y revestimientos decorativos de madera1.
Debido al impacto ambiental y efecto invernadero que es ocasionado por los
agentes soplantes comúnmente utilizados para la producción de espumas rígidas
de poliuretano2, nuevas alternativas de agentes soplantes han venido siendo
utilizadas.
Anteriormente la espuma rígida era comúnmente soplada con clorofluorocarbonos
(CFCs), los cual posee las propiedades deseadas en los agentes soplantes: baja
conductividad térmica, bajo punto de ebullición y no tóxico3 .Sin embargo desde el
Protocolo de Montreal (1987) se vio la necesidad de reemplazar este agente
soplante por sustancias no agotadoras de la capa. A raíz de esto, sustancias como
los hidrocarburos vienen siendo empleadas en Europa. En Estados Unidos las
sustancias utilizadas son los hidroclorofluorocarburos (HCFC) y los
hidrofluorocarburos (HFC). Sin embargo debido a que los HCFC agotan la capa de
ozono por su contenido de cloro y el efecto invernadero causado por los HFC,
ambas sustancias buscan ser eliminadas4.
De aquí que sustancias como los hidrocarburos, a pesar de presentar
conductividades térmicas mas altas y ser inflamables han tomado fuerza. La
1 Kuleza, K. Thermal degradation studies on rigid polyurethane foams blown with pentane. Journal of applied
polymer science. Vol88 No9, pag 2319-2330, 2003. 2 http://www.srh.noaa.gov/ohx/ozone/OzoneDepletionFAQ.pdf 3 Heilig, F. Burning Behaviour of Pentane Blown Polyurethane Rigid Foams, pag 790-794, 1991. 4 http://www.srh.noaa.gov/ohx/ozone/OzoneDepletionFAQ.pdf
IQ-2007-I-17
xiii
principal desventaja en las espumas de poliuretano sopladas con agentes
soplantes amigables con el medio ambiente, es que son de los polímeros mas
combustibles, estos se expanden fácilmente creando riesgos en producción,
almacenamiento y áreas susceptibles a una explosión5 . Por esta razón aditivos
fosfatados y halogenados deben ser utilizados6 en mayores cantidades con el fin
de reducir la facilidad de ignición de la espuma y la expansión de la llama.
Medidas de seguridad adicionales deben ser implementadas por la inflamabilidad
del pentano. Además, en caso tal de que se produzca un incendio, la generación
de humo es mas intensa en un 15% 7 en comparación a las espumas rígidas
sopladas con CFC 11, de duración promedio de 35 s.
En Colombia, La Unidad Técnica Ozono (UTO) es el organismo encargado de
desarrollar planes y actividades para el cumplimiento del Protocolo de Montreal.
Los planes para el uso de hidrocarburos como agente soplante en Colombia hasta
este año han sido planteados por la UTO8. Por tanto en Colombia el conocimiento
en este campo y los programas para llevar a cabo proyectos relacionados con los
hidrocarburos se encuentra en estado incipiente.
El objetivo de este proyecto de grado es establecer cuales son las diferentes
medidas que se deben adoptar para realizar la adecuación del laboratorio de
poliuretano para la producción de espuma rígida de poliuretano con hidrocarburos
como agente soplante y de esta forma poder establecer las medidas de seguridad
5 Zbigniewk,B. New achievements in fire-safe polyurethane foams. Designes Monomers and Polymers, Vol.5,
No. 2,3, pp183-193, 2002. 6 C. Sivriev, L. ÇZabski y G. Borissov, Rigid polyurethane foams with reduced flammability based on new
phosphorus- and nitrogen-containing diols, Eur. Polym. J. 28 (1992). 7 Heilig, F. Burning Behaviour of Pentane Blown Polyurethane Rigid Foams, pag 790-794, 1991. 8http://www.pnud.org.co/img_upload/9056f18133669868e1cc381983d50faa/PROTOCOLO_MONTREAL_2
IQ-2007-I-17
xiv
adicionales que deben tenerse en cuenta en el laboratorio de espumas del nuevo
edificio de la facultad de Ingeniería, Mario Laserna.
Para esto se estudiará la situación actual del laboratorio de espumas del
departamento ubicado en las instalaciones del CITEC, las materias primas
utilizadas, sus proveedores y las normas de almacenamiento de estas sustancias.
Simultáneamente se elaborará una revisión bibliográfica de los polioles,
isocianatos, catalizadores, surfactantes y agentes soplantes utilizados en la
formación de espuma rígida de poliuretano con hidrocarburos como agente
soplante, y las modificaciones con respecto a las utilizadas anteriormente con
sustancias como los CFC-11, HCFC y HFC. Esto se realizará con el fin de poder
analizar la adecuación del laboratorio actual en la producción con hidrocarburos
como agentes soplantes (pentano, iso-pentano, ciclopentano y n-butano) de
acuerdo a la exploración bibliográfica de las formulaciones utilizadas al emplear
estos agentes soplantes y con base a las normas americanas para manipular
líquidos inflamables. A partir de esta información, se establecerán las normas de
seguridad adicionales a implementar en la producción y manejo de espumas de
poliuretano con hidrocarburos como agente soplante.
Por último se elaborara un análisis de riesgos “What if?’’ en la maquina
pentanizadora para establecer los requerimientos para la manipulación y
utilización en la producción de espuma y las medidas de seguridad pertinentes
relacionadas a los riesgos que se pueden presentar.
IQ-2007-I-17
xv
OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL.
Establecer los requerimientos de diseño y seguridad necesarios para la
producción de espumas rígidas de poliuretano con hidrocarburos como agente
soplante en el laboratorio de poliuretanos del nuevo edificio de la facultad de
Ingeniería de la Universidad de los Andes “Mario Laserna”.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Explorar la producción de espumas rígidas de poliuretano con hidrocarburos.
Establecer los parámetros de diseño del laboratorio necesarios para garantizar un
funcionamiento seguro del mismo, teniendo como base las normas Americanas
estándares para manipular líquidos inflamables.
Analizar la operación de la maquina pentanizadora y aplicar la metodología de
análisis de riesgos “What if ?”.
IQ-2007-I-17
16
CAPITULO 1 EXPLORACIÓN BILIOGRAFICA DE LA PRODUCCIÓN DE ESPUMAS DE POLIURETANO CON HIDROCARBUROS COMO AGENTE
SOPLANTE.
1. 1 Generalidades y estado actual de las espumas de poliuretano.
Convencionalmente, el CFC era el agente soplante utilizado por su bajo punto de
ebullición, baja conductividad térmica y ser una sustancia no tóxica9. Sin embargo,
al ser liberados a la atmósfera, estos productos químicos ascienden y se
descomponen por acción de la luz solar, destruyendo la capa de ozono al
reaccionar las moléculas de cloro que lo componen con las moléculas de ozono
presentes en la atmósfera10.
El ozono es uno de los tantos gases que conforman la atmósfera y afecta de forma
directa las condiciones climáticas, a pesar de que las cantidades que conforman la
atmósfera son pequeñas en comparación con los otros componentes (120
moléculas por cada 10 millones de moléculas de aire aproximadamente)11. Estas
moléculas son fundamentales para mantener la vida de la tierra ya que absorben
los rayos ultravioletas (UV-B) del sol en la estratosfera los cuales afectan la salud
de los humanos, animales y plantas12.
En 1985 se realizó la primera expedición por miembros de la Administración
Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA), para identificar la
causa del agujero en la capa de ozono antártica, concluyendo que la actividad
solar que afectó los movimientos atmosféricos se encontraba relacionada a las
reacciones que involucraban a los CFC empleados desde 1930 como
9 http://www.srh.noaa.gov/ohx/ozone/OzoneDepletionFAQ.pdf 10 Ibid. 11 Ibid 12 http://www.ideam.gov.co/sectores/ozono/estratos ferico2.htm
IQ-2007-I-17
17
refrigerantes13. Estas moléculas se ven afectadas por los rayos ultravioletas, los
cuales separan un átomo de cloro de la molécula de CFC. El átomo de cloro ataca
una molécula de ozono dando como resultado una molécula de oxigeno y una
molécula de monóxido de cloro destruyendo así la capa gaseosa de ozono.
La mayoría de las sustancias agotadoras de ozono (SAO), son gases de efecto
invernadero (GEI), los cuales disminuyen la cantidad de ozono en la estratosfera y
aumentan las cantidades de este en la troposfera, donde el ozono absorbe y emite
radiación infrarroja contribuyendo al calentamiento de la tierra y es un
contaminante nocivo para la salud14. La NOAA sigue monitoreando el estado de la
capa de ozono por medio de expediciones en los años 1989, 1991.1994,
1998,2002 y 2006 y realiza reportes de los monitoreos plasmados en libros como:
“Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Executive Summary. World
Meteorological Organization Global Ozone Research and Monitoring Project -
Report No. 47”, “Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998. Executive
Summary. World Meteorological Organization Global Ozone Research and
Monitoring Project - Report No. 44”, “Scientific Assessment of Ozone Depletion:
1994. Executive Summary. World Meteorological Organization Global Ozone
Research and Monitoring Project - Report No. 37”, entre otros.
Como la capa de ozono funciona como un filtro gaseoso que nos protege de la
radiación ultravioleta, dejando pasar solo la luz visible en la estratosfera, se han
tomado medidas para proteger la capa de ozono con convenciones como la de
Viena firmada en 1985, la cual fue un tratado precursor del protocolo de Montreal
adoptado en 1987, donde se tomaron medidas para eliminar las sustancias que
afectan la capa de ozono. Por tanto sustancias como los hidrocarburos fueron
impuestas como alternativa de los agentes soplantes convencionalmente
13 Ibid. 14 http://www.srh.noaa.gov/ohx/ozone/OzoneDepletionFAQ.pdf
IQ-2007-I-17
18
empleados por no agotar la capa de ozono, no contribuir significativamente al
efecto invernadero y ser más económicas que los CFCs, HCFCs y HFCs15.
1.2 Estado del Arte espuma rígida PU16.
La espuma de poliuretano es un compuesto producido a partir de la mezcla de un
isocianato con una resina de poliol. La resina de poliol esta compuesta por un
poliol (o mezcla de varios polioles) junto con aditivos como agentes soplantes,
surfactantes y catalizadores. La reacción ocurre paso a paso en secuencia y el
crecimiento sucede por adición rápida de monómeros a los centros activos.
Dependiendo de la formulación de la espuma, esta puede ser flexible o rígida. La
espuma rígida de PU es un polímero celular, formada por una matriz polimérica y
una fase fluida que se encuentra en estado gaseoso.
La fase fluida se presenta por un agente soplante interno que es el CO2, y un
agente soplante externo el cual usualmente es un líquido de bajo punto de
ebullición, inerte y conductividad térmica relativamente baja. Este líquido se
incorpora en la mezcla y se vaporiza por el calor generado de las reacciones
presentes.
Las espumas de poliuretano contienen grupos uretanos, urea, isocianurato,
alofanato y amida. Debido a la reactividad del grupo isocianato y a su estructura
electrónica, éste reacciona con donadores de electrones que atacan al carbono y
aceptores que atacan al nitrógeno u oxigeno. Reaccionando así los isocianatos
15 Pisipati,J. Cyclopentane Blown Foam Systems for Domestic Appliance Application.Pp163-168 y
Sherman,L. Polyurethanes, Foams Go ‘Green’ at Ever Lower Cost. Plastics Technology, Vol50 Issue12, p58-
62 (2003). 16 Oertel, G., Polyurethane Handbook-Raw Materials-Applications-Properties.1985:Hanser Publisher.
IQ-2007-I-17
19
con grupos amínicos (NH2) y grupos hidroxilos (OH), especialmente en presencia
de catalizadores.
Las siguientes reacciones se presentan en el proceso de formación de la espuma:
Reacción de gelado:
La reacción de gelado es fundamental para la formación de los poliuretanos ya
que es donde los grupos uretanos se forman. Dependiendo de los aditivos
adicionales al poliol y el isocianato empleado se obtienen las propiedades
deseadas en la espuma.
Reacción de soplado:
Esta es la reacción principal para la formación de la espuma de poliuretano. Sin
esta no seria posible la formación de celdas con dióxido de carbono en su interior.
En estas reacciones el isocianato reacciona con el agua formando un compuesto
inestable (ester amínico), obteniendo finalmente dióxido de carbono como
producto.
IQ-2007-I-17
20
Producción de Urea:
La reacción de producción de urea es una reacción colateral no deseada, en la
cual reacciona el isocianato con uno de los productos de la reacción de soplado
(amina).
Producción de isocianurato:
Según las propiedades deseadas en la espuma terminada, se puede adicionar
cantidades en exceso de diisocianato con el fin de obtener una mayor cantidad de
moléculas de isocianuratos. Generalmente estas cantidades aumentan cuando se
exige que la espuma debe tener una elevada resistencia a la llama.
1.3 Riesgos básicos en producción de espumas de poliuretano.
Existen riesgos asociados a la producción de la espuma de poliuretano por ser un
material combustible y las materias primas que se manipulan. Tanto el isocianato
como el poliol requieren de temperaturas mayores a las del ambiente para formar
una mezcla inflamable por encima de la superficie del líquido en los tanques de
almacenamiento de la inyectora. Por tanto en caso tal de que se presente un
derrame o escape en las tuberías/mangueras, válvulas, bombas o tanques de la
maquina debido a que el punto de inflamación de estas sustancias esta por
encima de los 37.8ºC17, el riesgo potencial de que se presente una atmósfera
17 NFPA 30 Flammable and Combustible Liquids Code, Edición 1987, pag 30-6,30-7.
IQ-2007-I-17
21
inflamable es poco probable. Solo si existe una fuente de calor que aumente la
temperatura de estas materias primas situaciones de emergencia pueden
presentarse. En el anexo 1.3 se pueden observar las guías de seguridad para el
uso y manipulación de estas sustancias.
A diferencia de las maquinas convencionales, en la producción de espuma a partir
de hidrocarburos como agente soplante, el empleo de una pentanizadora en un
laboratorio de espumas de poliuretano aumenta significativamente las situaciones
de riesgo por la inflamabilidad de los pentanos (pentano normal, ciclopentano e
isopentano). Debido a que la temperatura de inflamación de estos líquidos
inflamables es menor a la temperatura ambiente18, una falla en el sistema puede
ocasionar atmósferas potencialmente explosivas si un escape o derrame de estos
líquidos se presenta. En el anexo 1.1 se puede consultar una guía de seguridad
para la manipulación del pentano y sus isómeros. Los mayores peligros asociados
a la espuma en su estado final se deben a19:
- Ignibilidad e índice de combustión: algunos plásticos son poco resistentes a las
llamas.
- Humo: En corto tiempo se crean grandes cantidades de humo negruzco y denso.
Muchas veces los productos que inhiben la inflamabilidad de los plásticos
aumentan la cantidad de humo producido.
-Gases Tóxicos: Debido a la combustión se pueden producir gases altamente
tóxicos dependiendo del plástico y condiciones a las cuales se genere el incendio.
En cuanto al proceso de fabricación de espuma de poliuretanos se encuentran
riesgos de incendio asociados debido al manejo de disolventes inflamables,
18 Ibid., pag 30-7. 19 Manual de protección contra incendios- Nacional Fire Protection Asociation, tercera Edición. Madrid:
Mapfre. 1987. Capitulo: Plásticos.
IQ-2007-I-17
22
posibles fallas eléctricas, almacenaje y manipulación de cantidades altas
cantidades de materia prima combustible20.
Para prevenir la ignición de la espuma, se debe evitar que las condiciones
favorables para que un incendio se presente. Los retardantes de llama pueden
hacer más difícil la ignición, sin embargo en caso de incendio las cantidades de
humo producidos suelen ser mas elevadas.
Las espumas rígidas de poliuretano preparadas con agentes soplante amigables
con el medio ambiente son de los polímeros mas combustibles21. Existe el
problema de que se encienda la espuma y se presenten emisiones de humo, las
cuales disminuyen la visibilidad y son tóxicas22. Además debido a la inflamabilidad
de agentes como los hidrocarburos empleados como agentes soplantes (pentano
normal, ciclopentano e isopentano) existen riesgos asociados en la proceso de
formación de la espuma.
A continuación se mencionarán los distintos aditivos que contiene la resina de
poliol que reacciona con el isocianato para la formación de la espuma. Estos
aditivos ya se encuentran mezclados con el poliol empleado en la formulación de
la espuma. Solamente en las espumas sopladas con hidrocarburos, el agente
soplante (pentano, isopentano o ciclopentao) debe ser adicionado a la línea del
poliol antes de reaccionar este con la línea de isocianato en una etapa de
premezclado.
1.3.1 Retardantes de llama:
Los retardantes de llama introducidos a la espuma deben23: 20 Ibid. 21 R. M. Herrington, The rate of heat, smoke and toxic gases release from polyurethane foams,Journal of Fire
and Flammability 10 (1997). 22 Ibid. 23 Zbigniewk,B. New achievements in fire-safe polyurethane foams. Designs Monomers
and Polymers, Vol.5, No. 2,3, pp183-193, 2002.
IQ-2007-I-17
23
- Reducir la flamabilidad de la espuma de poliuretano.
- No aumentar la cantidad de humo emitido y si es posible disminuirla.
- No incrementar la toxicidad del gas producido por la combustión.
-Mantener las propiedades deseadas de la espuma: aislamiento térmico,
resistencia mecánica y procesabilidad según su aplicación.
- No limitar los procesos para la producción de la espuma.
Las sustancias que reducen la flamabilidad de las espumas de poliuretano
contienen fósforo, halógenos, nitrógeno y anillos aromáticos. Sustancias como el
DBBD (2,3-dibromo-2-buten-1,4-diol), NaH2PO4/NaHSO4, tri(cloroetil)fosfato
(TCEP), tri(cloropropil)fosfato (TCPP), trietilfosfato (TEP), dimetilmetil fosfato
(DMMP) y dietiletil fosfato (DEEP) son ejemplos de retardantes de llama.
1.3.2 Surfactantes24.
El papel principal del surfactante en las espumas de poliuretano es emulsificar los
reactivos incompatibles en la premezcla y las fases que ocurren durante la
reacción. El peso molecular del surfactante puede ser modificado, al igual que la
razón entre polisiloxano y polieter en el surfactante. Aquellos de alto peso
molecular son mejores para sistemas que reaccionan lentamente y requieren una
estabilización física adicional.
También se puede modificar la razón entre polisiloxano y polieter. Un mayor
número de cadenas de polieter hacen que la solubilidad del surfactante en el poliol
y en el isocianato aumente, disminuyendo la actividad en la superficie y la
emulsificación se vea incrementada. La elección del surfactante depende
principalmente del poliol y el tipo de agente soplante.
24 Burkhart, Georg. Optimizad Silicone Surfactants for HCFC and Pentane Blown Polisocyanurate and
Polyurethane Rigid Foams. Polyurethane 1995, September 26-29. Pp 296-302
IQ-2007-I-17
24
En las instalaciones del CITEC, el surfactante empleado es Silicona Tegostab
B8427. La silicona actúa como emulsificante de los componentes de la espuma y
estabiliza el tamaño de celda.
1.3.3 Catalizador.
Son aminas terciarias encargadas de promover la reacción de polimerización del
isocianato con el poliol y la reacción del isocianato con agua. Siendo estas parte
fundamental de la formulación25. El catalizador utilizado en el laboratorio de
espumas del CITEC es Amina Miax A1.
1.3.4 Agentes soplantes.
Tradicionalmente el CFC-11 era usado como el agente soplante preferido en la
industria del poliuretano, debido a su excelente volatilidad, baja flamabilidad y
propiedades térmicas26 (baja conductividad). Otros agentes soplantes
comúnmente utilizados son el HCFCs y HFAs, sin embargo debido a su toxicidad
e impacto ambiental se buscan reemplazar a largo plazo. Hasta hoy en día
Colombia ha desarrollado 12 proyectos con el fin de sustituir el CFC-11 como
agente soplante por el HCFC-141B27.
25 Oertel, G., Polyurethane Handbook-Raw Materials-Applications-Properties.1985:Hanser Publisher. 26 Grimminger,J. Silicone Surfactants for Pentane Blown Rigid Foam. Polyurethane world congress 1993,
October 10-13. 27http://www.pnud.org.co/img_upload/9056f18133669868e1cc381983d50faa/PROTOCOLO_MONTREAL_
2.pdf
IQ-2007-I-17
25
1.3.5 Isocianato y poliol.
Las materias primas utilizadas en el laboratorio espuma de poliuretano se utilizan
las siguientes materias primas:
Polioles: Voranol 446, Voranol RA640, Voranol 2110.
Isocianato: PAPI 27.
Voranol es una marca registrada de The Dow Chemical Company. La cual incluye
polioles usualmente empleados en la formación de espumas rígidas de
poliuretano. El isocianato también es de este proveedor. Tanto los polioles como el
isocianato se caracterizan por su alta funcionalidades de 4.6 y 2.7
respectivamente. Todas estas materias primas las distribuye Dow Chemical en
Colombia.
1.4 Riesgos de los Isocianatos28.
Entre los isocianatos, existen diferencias significativas en sus propiedades
toxicológicas, ya que no solo el grupo NCO (isocianato) es responsable de los
efectos a la salud producidos por estas sustancias, la estructura molecular
también juega un papel importante.
Se debe tener mucho cuidado al manipular isocianatos, ya que debido a la alta
reactividad del grupo NCO estos reaccionan con grupos amínicos (NH2) y grupos
hidroxilos (OH). Además desde el punto de vista de salud, esta sustancia puede
generar irritación y sensibilidad del tracto respiratorio ya que el isocianato puede
28 Oertel, G.Polyurethane Handbook-Raw Materials-Applications-Properties.1985:Hanser Publisher.
Capítulos 3.5 y 14.
IQ-2007-I-17
26
entrar al cuerpo vía el tracto respiratorio o por la piel. Relativamente bajas
concentraciones de isocianato irritan el epitelio cilíndrico del tracto respiratorio. En
contraste el epitelio de la piel se ve afectado a altas concentraciones de isocianato
y la toxicidad oral es baja.
Breves exposiciones a la piel generalmente no causa daño alguno. Luego de
exposiciones prolongadas, concentraciones altas de isocianato pueden causar
decoloración y posibles daños graves a los tejidos. Esto sin embargo puede ocurrir
a condiciones muy pobres de higiene industrial.
En las tablas 1-1 y 1-2 se muestran las propiedades y los efectos causados por los
distintos tipos de isocianatos. Se observa como el MDI causa irritaciones leves a la
piel y el efecto que puede causar en los ojos es insignificante. En cambio el TDI
tiene efectos graves sobre la piel y los ojos. A pesar de que el MDI y TDI
comparten en su estructura el grupo isocianato que los caracteriza, las diferencias
entre sus estructura moleculares hacen que su propiedades y efectos que
ocasionan a la salud sean distintos.
Tabla 1-1 Propiedades de los isocianatos29.
29 621 ways to succeed, Dow Literature
IQ-2007-I-17
27
Tabla1- 2 Efectos irritantes de isocianatos en la piel y ojos30.
Con respecto a las consecuencias que se pueden presentar debido a exposiciones
accidentales a estas sustancias, estas varían según la concentración a la que se
esta expuesto. En la tabla 1-3 se pueden observar los efectos del TDI a distintas
concentraciones si se tiene contacto con este a un intervalo de tiempo de corta
duración. Se ve como aumenta el grado de severidad de los daños que ocasionan
estas sustancias al ser humano dependiendo de la concentración a la que se esta
expuesto.
Tabla1- 3. Efectos del TDI a exposiciones de corta duración31.
En el anexo 1.2 se encuentra un manual de seguridad para la manipulación de
estas sustancias.
30 Deacuerdo a la guía OECD para la prueba de químicos, 404 y 405. 31 Oert el, G.Polyurethane Handbook-Raw Materials-Applications-Properties.1985:Hanser Publisher.
Capítulos 3.5 y 14.
IQ-2007-I-17
28
1.5 Riesgos de las Resinas de Poliol32.
Luego de los isocianatos, los polioles son las materias primas fundamentales para
la formación de la espuma rígida de poliuretano. Componentes de bajo peso
molecular como etilenglicol, glicerina, butanodiol y trimetilpropano, actúan como
sustancias de entrecruzamientos y extendedores de cadenas. Polioles de más alto
peso molecular (peso molecular promedio de 8000) son la base para la formación
de la espuma. Estos polioles son obtenidos de manera sintética, a partir de
polieteres y poliesteres.
En general se puede decir que polioles de cadenas largas son utilizados para la
formación de espuma flexible de poliuretano mientras que polioles de cadena corta
y altamente ramificados son usados principalmente en espumas rígidas, ya que
originan una mayor cantidad de grupos uretanos y un mayor número de
entrecruzamientos.
Los poliesteres son transportados en forma liquida o sólida en contenedores
aislados y calentables. No son clasificados como material peligrosos para
transportar según las definiciones de regulación de transporte. Ocasionalmente los
poliesteres líquidos si se muestran turbios luego de largos periodos de
almacenamiento a menores temperaturas. Calentándolos a 80 °C por un periodo
de tiempo esta se elimina. Como materiales de almacenamiento para estos
polioles se puede utilizar acero de carbón, aluminio, acero inoxidable o plásticos
convenientes.
Como los poliesteres son higroscópicos, se debe evitar la entrada de humedad
durante su transporte y almacenamiento. Además, las temperaturas no deben
exceder los 120 °C para que no se de la tranesterificación de esta sustancia. Los
productos pueden ser almacenados en tambores herméticos, cerrados a
temperatura ambiente.
32 Ibid.
IQ-2007-I-17
29
1.6 Higiene industrial de las materias primas de poliuretano33.
Amino polieteres pueden causar irritación de la piel y membranas mucosas, al
igual que los aditivos adicionados al poliol que por lo general no son inofensivos.
Medidas estándares de seguridad deben ser tomadas en cuenta cuando existe
algún contacto con la piel, o los ojos. En el 1.3 se puede observar una guía de
seguridad y manipulación de las resinas de poliol, donde se especifican los riesgos
básicos que estas pueden ocasionar a la salud y las medidas preventivas que
deben ser llevadas a cabo. Igualmente se describe el equipo que debe ser
utilizado en caso de alguna emergencia y los primeros auxilios respectivos para
cada situación posible de exposición.
Con lo que concierne a las sustancias utilizadas para generar entrecruzamientos
las di aminas primarias aromáticas y las poliaminas son de concernimiento médico
industrialmente. Debido a que la exposición a aminas aromáticas puede generar
la formación de una forma trivalente del hierro divalente de las células rojas de la
sangre, la hemoglobina pierde su capacidad de transportar oxigeno. Causando
que la piel se ponga morada.
Debido a los riegos asociados a la mayoría de los aditivos al ser ingeridos por la
persona expuesta a estos, se recomienda tomar medidas preventivas
especificadas en las hojas de datos de seguridad específicas para cada sustancia
en caso tal que se manipulen en su estado puro. En el anexo 1.3 se encuentra un
manual de seguridad de las resinas de poliol y sus aditivos.
1.6.1 Catalizadores.
Las resinas están compuestas de aditivos dentro de los cuales encontramos los
catalizadores, los cuales generalmente son aminas terciarias para espuma rígida
33 Ibid.
IQ-2007-I-17
30
de poliuretano. Estas aminas tienen olores desagradables y pueden causar
malestar. Por su naturaleza cáustica, las aminas alifáticas tienen un efecto
corrosivo en la piel creando ampollas y quemaduras en las membranas mucosas.
Además los vapores de estas sustancias pueden generar un edema en la cornea.
Si se presentan problemas de cauterización mas graves pueden dejar cicatrices
permanentes causando una visión nublada y una visión turbia.
Los catalizadores de amina pueden ser fuertemente básicos. Por tanto pueden
irritar los ojos y la piel y/o el sistema respiratorio. Algunos catalizadores pueden
sensibilizar la piel ocasionando dermatitis y problemas en la piel.
Generalmente el catalizador ya se encuentra adicionado a la resina del poliol.
Típicamente en concentraciones menores al 5%34. Por tanto, los riesgos
asociados al catalizador se ven reducidos.
1.6.2 Surfactante.
La estructura y composición de los surfactantes de silicona puede ser variado con
el fin de obtener las propiedades deseadas en la espuma de poliuretano.
Generalmente estos aditivos no son irritantes y poco tóxicos.
Algunos surfactantes pueden llegar a ser irritantes a la piel y/o los ojos. Sin
embargo estos suelen ser un componente entre el 0 al 2 % en peso de la
formulación de la resina de poliol35.
1.6.3 Agentes Soplantes.
Como se estableció anteriormente, los agentes soplantes son las sustancias que
se encuentran en el interior de las celdas de la espuma de poliuretano. Entre las
sustancias que pueden ser empleadas como agentes soplantes encontramos los
34 www.uspto.gov US PATENT No 6420443. 35 Ibid.
IQ-2007-I-17
31
hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), hidrofluorocarbonos (HFCs), hidrocarburos
(pentanos), dióxido de carbono líquido (CO2) y agua (agente soplante interno que
reacciona con el diisocianato formando CO2).
Los HCFCs y HFCs a pesar de no ser tóxicos ni inflamables, a concentraciones
elevadas puede causar ritmos cardiacos irregulares. Se recomienda una
ventilación adecuada (general y/o local) con el fin de evitar la sobre exposición a
estas sustancias y evitar la irritación a la piel y ojos en caso tal de que el agente
soplante sea irritante.
Con respecto a los hidrocarburos, se deben tomar las medidas apropiadas contra
la precaución de incendios por ser sustancias inflamables.
1.6.4 Retardantes de llama.
Los retardantes de llama preferidos son compuestos sólidos o líquidos que
contienen uno o más elementos como cloro, fósforo, bromo y boro. Ejemplos de
retardantes de llama son: tris-(2-cloro isopropil) fosfato, tris-(beta-cloro etil) fosfato
y tris-(2,3-dibromo propil) fosfato. Siendo el Tris-(2-cloro isopropil) fosfato el más
usado 36.
Típicamente las concentraciones de retardantes de llama en la resina de poliol no
exceden el 10% en peso. Sin embargo su porcentaje en peso con respecto a
todos los aditivos de la formulación va del 1 hasta el 25%, preferiblemente entre 2
a 12%37.Existe una variedad de sustancias empleadas como retardantes de llama.
Se recomienda evitar la exposición a estos materiales por tanto de forma general
se recomienda evitar el contacto con la piel y los ojos.
36 Buist, J. M. Developments in Polyurethane-1, Elsevier Applied Science Publishers, 1986, p. 78-118. 37 Ibid.
IQ-2007-I-17
32
1.7 Producción con hidrocarburos.
Según la literatura, el n-pentano, iso-pentano y ciclopentano son los hidrocarburos
comúnmente empleados en las espumas rígidas sopladas con hidrocarburos.En la
actualidad, el manejo de hidrocarburos como agente soplante a pesar de su
inflamabilidad, es considerado una solución a largo plazo como alternativa a los
CFC, y a otros agentes soplantes que se continúan usando como los HCFC y
HFC.
En comparación a los CFC las consideraciones más importantes que deben ser
tenidas en cuenta cuando los hidrocarburos son empleados como agentes
soplantes son:
- Los hidrocarburos son sustancias no polares, por lo tanto se deben llevar a
cabo variaciones en las formulaciones debido su baja solubilidad con las materias
primas de la espuma, lo cual limita las cantidades que se pueden adicionar del
agente soplante38. Esto afecta la viscosidad de la espuma ya que a menores
cantidades de agente soplante la viscosidad aumenta39.
- La presión de vapor baja de los hidrocarburos hace que la densidad de la
espuma se vea más afectada con el pentano que con el CFC y HCFC. Las
formulaciones contienen mayor contenido de agua para contrarrestar este efecto40.
- Por presentar mayores puntos de ebullición, la presión del gas de los
hidrocarburos decrece a medida que se condensan41.La condensación del agente
soplante tiene dos impactos negativos sobre las propiedades de la espuma:
38 Rotermund, U. Reduction of Thermal Conductivity in Hydrocarbon-Blown Rigid Polyurethane Foams.
Polyurethane 1995, September 26-29, pag 464-470. 39 Ibid. 40 Birch, A. Iso-/n-pentane Blown Rigid Polyurethane Foam Appliances : A Realistic and Economically
Attractive Alternative of Cyclopentane. Polyurethane 1995, September 26-29. Page 448-452. 41 Ibid.
IQ-2007-I-17
33
Primero reduce la presión del gas lo cual proporciona una fuerza compresiva a la
espuma. Si la fuerza compresiva de la espuma no es suficiente para soportar esta
fuerza la espuma será dimensionalmente inestable. Segundo, la condensación
reduce el aislamiento de la espuma ya que la concentración de la espuma en la
fase gaseosa se reduce42.
- Por las diferencias en las conductividades térmicas entre el pentano y el
HCFC y CFC-11 de menores conductividades las propiedades aislantes de la
espuma se ven afectadas43.
- El pentano es inflamable. Esto implica inversión en equipos y técnica para
garantizar una producción segura44.
- Las espumas necesitan mayores cantidades de retardantes de llama45 .
Las mayores ventajas de la espuma soplada con hidrocarburo es su precio,
disponibilidad, ODP, GWP y la experiencia Europea para elaborarlas. Sin embargo
presenta desventajas tales como la inflamabilidad, costo de los equipos y las
regulaciones de VOC46.
A continuación se mostraran las distintas formulaciones encontradas con
hidrocarburos como agentes soplantes a partir de los aditivos que constituyen la
espuma:
42 Ibid.
43 Burkhart, Georg. Optimized Silicone Surfactants for HCFC and Pentane Blown Polisocyanurate and
Polyurethane Rigid Foams. Polyurethane 1995, September 26-29. Pp 296-302.
44 Hanne, David. Pentane- Process Technology Key to U.S Cyclopentane –Blown Refrigerator Production.
Polyurethane 1995. September 26-29. 45 Baes, M. Quantification of Parameters Influencing the long-Term Dimensional Stability Performance of
Pentane Blown Laminates. Polyurethane expo 1998,September 17-20.Pages 41-48 y Herrington,M.The rate of
heat, smoke and toxic gases release from polyurethane foams,Journal of Fire and Flammability 10 (1997). 46 Zbigniewk,B. New achievements in fire-safe polyurethane foams. Designs Monomers and Polymers, Vol.5,
No. 2,3, pp183-193, 2002.
IQ-2007-I-17
34
1.7.1 Retardantes de llama.
Las sustancias que reducen la flamabilidad de las espumas de poliuretano
contienen fósforo, halógenos, nitrógeno o anillos aromáticos47. A continuación se
presentaran distintas formulaciones empleadas al utilizar pentano como agente
soplante con distintos retardantes de llama usualmente utilizados para evitar la
ignición de la espuma.
• DBBD (2,3-dibromo-2-buten-1,4-diol).
En la tabla 1-4 se observan distintas formulaciones empleadas al utilizar el DBBD
como retardante de llama en al resina de poliol. En las tablas 1-5 y 1-6 se
vislumbran las propiedades contra el fuego y propiedades principales de la
espuma terminada respectivamente. Tabla1- 4. Composiciones utilizadas en la preparación de espuma de poliuretano48.
47 Ibid. 48 Tomada de : Zbigniewk,B. New achievements in fire-safe polyurethane foams. Designs Monomers and
Polymers, Vol.5, pp183-193, 2002.
IQ-2007-I-17
35
Tabla1- 5. Propiedades contra el fuego49.
Tabla1- 6. Propiedades básicas de la espuma50.
49 Ibid. 50 Ibid.
IQ-2007-I-17
36
Las materias primas empleadas en las formulaciones mostradas anteriormente en
la tabla 1-4 son las siguientes:
DMCHA ( N,N-dimetilciclohexilamina).
L-9600: Silicona surfactante. Proveedor: “Zachem”, Bydgoszcz, Polonia.
Isocianato polimérico (PMDI), grupos NCO 31.4%, funcionalidad 2.55.
Proveedor: “Zachem”, Bydgoszcz, Polonia.
TCCP (tri(2-cloropropilfosfato ), aditivo que contiene cloro (32.5%) y fósforo
(9.5%). Proveedor: Albright&Wilson UK Ltd.
PHT4 diol (2-(2-hidroxietoxi)-etil-2-hidroxipropil-3,4,5,6tetrabromoftalato):
46% compuesto aromático de bromuro . No Hidróxido 218 mg KOH/g.
Proveedor:3 Lakes Co, USA.
DBBD (2,3-dibromo-2-buten-1,4-diol ), No hidróxido 456 mg KOH/g.
Proveedor: Warsaw University of Technology.
2-buten-1,4-diol 40% solución de agua. Proveedor: Z Ch. Tarnów, Poland.
Agua destilada
Rokopol RF551: Polieter poliol, No Hidróxido = 420mg KOH/g. Proveedor:
Polish Chemical Company.
Rokopol LM-3 mezcla de poliolpolieteres basados en una amina aromática
y sucrosa; No hidróxido=475mg KOH/g. Proveedor: Polish Chemical
Company.
Rokopol TT Mezcla de poliolespolieteres. No hidróxido 450 mg KOH/g.
Proveedor: Polish Chemical Company.
A partir de los resultados se concluye que la combustión de la espuma se reduce
utilizando mayores cantidades del retardante DBBD de forma más eficiente que
con el TCCP. Además la densidad de estas espumas aumenta a medida que se
IQ-2007-I-17
37
aumentan las cantidades de retardante de llama adicionadas, sin embargo las
propiedades mecánicas no se ven significativamente afectadas51.
• NaH2PO4/NaHSO452
Distintas formulaciones con 2,2-bis-(4-hidroxifenil) propano etoxilado (BPA) y
toluildiamina (TDA) oxialcalinada, en espumas rígidas de poliuretano sopladas con
pentano han sido evaluadas. De estas se encuentran estudios de los productos
volátiles que se presentan durante la degradación de la espuma. Hay cuatro
rangos de temperatura donde se detectan emisiones de productos volátiles
producto de la degradación de la espuma. En el primer rango el producto que se
volatiliza es el pentano; en el segundo rango se disocian los enlaces uretanos, se
libera dióxido de carbono y se forman enlaces vinilos. Reacciones más complejas
ocurren en el tercer rango de temperaturas, donde se forman aminas secundarias
y CO2. Por ultimo en la cuarta etapa se emiten mayores cantidades de CO2.
Materias Primas.
Difenilmetano 4,4’ diisocianato polimérico. Proveedor: ICI Ltd., Evenberg,
Bélgica.
51 Ibid. 52 Kuleza, K,. Thermal decomposition of bisphenol A-based polyurethanes blown with pentane Part I-
Thermal and pyrolitical studies. J. Anal. Appl. Pyrolysis 76 (2006), 243–248; Kuleza, K. Thermal
descomposition of bisphenol A- based polyurethanes blown with pentane Part II- Influence of the novel
NaH2PO4/NaHSO4. J. Anal. Appl. Pyrolysis 76 (2006),249–253 y K. Pielichowski, K. Kulesza, The 14th
Annual BCC Conference on Flame Retardancy—Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric
Materials, Stamford, CT, June 2–4, 2003.
IQ-2007-I-17
38
2,2 bis (4 (hydroxioligoetoxi)fenil)propano (2,2 bis (4 hidroxifenil) etoxilado
propano (BPA)). Proveedor: ICSO
TDA. Proveedor: Alfa Systems.
N,N-Dimetilciclohexilamina (DMCHA). Proveedor: Texaco Chemical
Deutschland , Alemania.
n-pentano. Proveedor: Lachema,Republica Checa.
Surfactante: aceite de silicona (SR-321). Proveedor: Union Carbide,
Marietta, GA.
La espuma de poliuretano fue obtenida reaccionando 39 partes en peso de PMDI
con 61 partes de mezcla conteniendo 58.97% de BPA etoxilado, 30.28% de TDA
oxialcalinado, 1.86% de silicona surfactante, 0.75% de agua, 0.31% de DMCHA y
7.83% de n-pentano (w/w). La mezcla es agitada y luego es envasada en un
recipiente donde crece libremente.
El retardante de llama NaH2PO4/NaHSO4 fue utilizado luego de que científicos
como Kamil Kulesza, Krzysztof Pielichowski y Krzysztof German estudiaran la
degradación de la espuma de la formulación descrita anteriormente.Al adicionar el
retardante de llama NaH2PO4 y NaHSO4 en proporción 5:3 peso/peso, se
encuentra que el NaH2PO4/NaHSO4 actúa en la etapa de iniciación de
descomposición de la espuma, y además cataliza reacciones de entrecruzamiento
que realzan la formación de carbono durante la degradación. Por tanto para
prevenir la degradación de la espuma, a la formulación descrita anteriormente se
le adiciona 20% de NaH2PO4/NaHSO4 en relación 5:3 ya que con esta relación
molar se producen los efectos sinérgicos más eficientes.
IQ-2007-I-17
39
• TCCP53 (tris(2-cloropropil fosfato))
Nuevas alternativas empezaron a aparecer alrededor de 1998, cuando se
comenzó a experimentar con el ácido fórmico como co-agente soplante. Distintas
formulaciones de este con pentano se encuentran en la literatura y se muestran a
continuación:
Materias primas:
Glendion RM 0601 (Enichem): polieter poliol de funcionalidad 4.3; No
hidroxido = 395 mg KOH/g.
Tedimon 31 (Enichem): isocanato de 4-4' difenil metal diisocianato de
funcionalidad promedio = 2.7, NCO%= 31.
Tegostab B 1048 (Goldschmidt): silicona surfactante.
TCPP
DMCEA; DBTDL : catalizadores.
Agentes soplantes: n-pentano, ácido fórmico.
Las formulaciones empleadas con las materias primas mencionadas se muestran
a continuación en la tabla 1-7:
53 Modesti,M. Formic Acid as a Co-Blowing in rigid polyurethane Foams. Eur. Polym. J. Vol. 34, No. 9, pp.
1233-1241, 1998
IQ-2007-I-17
40
Tabla1- 7. Formulaciones con acido fórmico como co-agente soplante54.
Todas las espumas se produjeron con índices de NCO =110. Después de mezclar
mecánicamente las materias primas, la espuma fue condicionada a 70 ºC durante
24 horas antes de realizar las pruebas mecánicas.
A partir de estos estudios realizados por M. Modesti, N. Baldoin y F. Simioni, se
encontró que las espumas sopladas con acido fórmico presentan cortos tiempos
de gelado comparadas con las espumas sopladas con agua, lo cual puede ser una
ventaja para espumas donde el flujo es un parámetro importante. Por tanto la
cantidad de los catalizadores debe ser variada con el fin de que la cinética de la
reacción no difiera drásticamente.
La influencia de los ácidos orgánicos en la demora de la acción de los
catalizadores amínicos se debe a que los ácidos carboxílicos reaccionan
rápidamente con los isocianatos para formar amidas y CO2. Por tanto la reacción
isocianato/acido se lleva a cabo antes que la reacción principal isocianato/poliol.
54 Modesti,M. Formic Acid as a Co-Blowing in rigid polyurethane Foams. Eur. Polym. J. Vol. 34, No. 9, pp.
1233-1241, 1998
IQ-2007-I-17
41
Estos mayores tiempos de gel pueden mejorar las espumas sopladas con
pentano, las cuales tienen un buen funcionamiento, por ser el n-pentano
insoluble en la matriz polimérica. Por esto mismo la velocidad de difusión de los
gases es menor.
Las espumas sopladas con acido fórmico se expanden eficientemente y presentan
un menor contenido de urea di sustituida y un tamaño de celda menor en
comparación con las espumas sopladas con agua. Esto implica una conductividad
térmica menor inicialmente en la espuma terminada y un envejecimiento muy
parecido al de las espumas sopladas con agua.
1.7.2 Aditivos resina de Poliol55.
Debido a la baja polaridad de los hidrocarburos como el n-pentano,ciclopentano e
isopentano, estos presentan una solubilidad limitada en las formulaciones
comúnmente empleadas con los agentes halogenados. Por tanto el empleo de
aditivos que mejoraran la compatibilidad de estos agentes soplantes en el poliol
son necesarios tales como el ácido ricinoleico.
Nuevas formulaciones han sido creadas por compañias como The Dow Chemical
Company par aumentar la miscibildad de los hidrocarburos en las formulaciones
con agentes halogenados, las cuales han sido divulgadas en patentes como la
No6420443 de Estados Unidos “Additives for enhances hydrocarbon compatibility
in rigids polyurethane foam systems”. En esta patente se divulgan los resultados
satisfactorios obtenidos empleando compatibilizantes que incrementan la
estabilidad de las emulsiones de las formulaciones de la espuma rígida con altos
niveles de contenido de hidrocarburos, sin afectar significativamente las
propiedades físicas de la espuma. El agente compatibilizante es un alcóxido,
compuesto a partir de un triglicérido con valor hidroxilo de 100 o menor, con un
55 www.uspto.gov US PATENTS No 6420443,5451615,5470501 y 5504125.
IQ-2007-I-17
42
contenido de óxido de etileno de por lo menos 40% en peso. Estos alcóxidos
pueden ser empleados junto con otros compatibilizantes mezclados o en estado
puro, y en composiciones entre 0.1 a 5 partes por cada 100 partes del peso del
poliol empleado.
Tabla1- 8. Formulación con agentes compatibilizantes56.
En la tabla 1-8 se presenta la formulación descrita en esta patente donde la
abreviación pphp se refiere a 100 partes de poliol por peso. En este caso el poliol
empleado es Stepanpol .RTM. PS2402 de la compañia Stepan. El hidrocarburo
empelado es Exxsol .RTM. de Exxon Chemical Company; El retardante de llama
empleado es Antiblaze 80 de Albright and Wilson Ameritas; El catalizador
empleado para la trimerización es octoato de potasio y La amina empleada fue
Niax .RTM : Catalizador C-5 de CK Witco Corporation.
Los compatibilizantes empleados en esta formulación están basados en
polioxietilenos del triglicérido del aceite de ricina. La estabilidad de las emulsiones
aumenta considerablemente en la presencia de polioxietileno de aceite de ricina
cuando el porcentaje en peso de oxido de etileno es mayor que 60, lo cual se
puede observar en la tabla 1-9. Los agentes compatibilizantes de este invento son
compuestos de un triglicérido alcoxilado con un valor hidroxilo alrededor o menor a
100. Estos aditivos deben ser empleados puros o mezclados a partir de monoles
de óxidos de polioxialqueno, ácidos grasos y triglicéridos alcoxilados.
56 Tomada de www.uspto.gov US PATENTS No 6420443,5451615.
IQ-2007-I-17
43
Tabla1- 9. Máximo porcentaje en peso de hidrocarburos que producen emulsiones estables. Resultados después de 7 días57.
En la tabla 1-10 se observa la influencia del número de unidades de oxido de
etileno para varios aceites de ricina inicializados con estructuras co-poliméricas
de óxidos alcalinos. Luego de un día las muestras manifiestan emulsiones
estables aquellas con porcentaje de etileno mayores del 52% en peso de oxido de
etileno.
Tabla1- 10. Emulsiones estables para distintos tipos de aditiv os compatibilizantes
Para la tabla 1-10 el tipo de estructura del agente compatibilizante varía respecto a
las ramificaciones que se extienden a partir del aceite de ricina. Los tres tipos
empleados son:
57 Ibid.
IQ-2007-I-17
44
a: Copolímero aleatorio polietilenglicol-co-polipropilenglicol conteniendo 75% en
peso de polietilenglicol.
b: Mezcla de copolímeros de bloque en las ramificaciones con un iniciador
promedio de 6 moles de OE que crece a partir del centro de la ramificación,
seguido del copolimero aleatorio polietilenglicol-co-polipropilenglicol conteniendo
75% en peso de polietilenglicol.
C: Mezcla de copolímeros en bloque con el iniciador promedio de 6 moles de OE
que crece del centro del aceite de ricina por ramificación seguido de propilenglicol
puro para un promedio por ramificación de 800,1000 y 1200 respectivamente.
Las espumas realizadas con estas formulaciones son empleadas como paneles
laminados en edificios, los cuales presentan alta resistencia térmica y propiedades
aislantes con incrementos pequeños de la conductividad térmica en el tiempo.
Los polioles empleados en las mezclas de la espuma son compuestos con dos o
más grupos hidroxilos. Con pesos moleculares entre 50 y 12000, preferiblemente
entre 200 y 1000.Tanto polioles polieteres, polioles poliesteres u otros compuestos
con grupos hidroxilos pueden ser empleados. También mezclas entre distintas
estructuras de polioles, pesos moleculares y funcionalidades son usadas. Entre los
polioles que pueden ser empleados para esta formulación encontramos polioles
monoméricos como etilenglicol, 1,2-propilen glicol, 1,3-propilene glicol, 1,2-
butanodiol, 1,4-butanodiol, hexanotriol, glicerol, trimetilolpropano, trietilolpropane,
sorbitol, sucrosa y bisfenol A; polieteres como glicoles de polietilen eter,
polipropilen eter , politetrametilen eter , y óxidos alcalinos obtenidos a partir de
alcoholes polihídricos, incluyendo los polioles monoméricos mencionados
anteriormente donde la parte oxialcalina es derivada a partir de una unidad
monomérica como el oxido de etileno, oxido de butileno u oxido de propileno;
aminas con terminaciones OH y compuestos alcoxilados. Compuestos de óxidos
IQ-2007-I-17
45
alcalinos formados a partir de ácidos fosforitos como los obtenidos a partir de de la
reacción del acido fosfórico con el oxido de etileno, oxido de propileno, oxido de
estireno y oxido de propileno
Típicamente los polioles poli éteres empleados son: glicoles de polioxietileno,
polioxipropileno, politetrametileno, y polímeros de bloques combinando glicoles de
polioxietileno y polioxipropileno, poli-1,2-oxibutileno y glicoles de oxietileno, y poli-
1,4-oxibutileno con glicoles de oxietileno. También copolimeros aleatorios con dos
o más óxidos de alqueno.
Cualquier isocianato orgánico puede ser empleado en esta formulación.
Poliisocianatos aromáticos, alifáticos, y cicloalifáticos y combinaciones entre estos
son utilizados para la preparación de espumas con la formulación mostrada en la
tabla 8. Los isocianatos típicamente empleados son :diisocianatos como toluen-
2,4-diisocianato, toluen-2,6-diisocianato, mezclas entre los dos anteriores y 2,6-
toluen diisocianato, hexametilen-1,6-diisocianato, tetrametilen-1,4-diisocianato,
ciclohexano-1,4-diisocianato, hexahidrotoluen 2,4- y 2,6-diisocianato, naftalen-1,5-
diisocianaoe, difenil metano-4,4'-diisocianato, polimeyilenpolifenil isocianato,
diciclohexilmetano-4,4'-diisocianato, y varios líquidos de difenilmetano-
diisocianatos conteniendo mezclas de los isomeros2,4- y 4,4' . Poliisocianatos
crudos como el toluen diisocianato o el difenilmetano diisocianato también pueden
ser usados.
Otras patentes como la Patente No. 5,451,615 (Dow), de Estados Unidos detalla
ácidos grasos con valores hidroxilo entre 100 y 200 como aditivos que mejoran la
compatibilidad de los hidrocarburos en las resinas de poliol estándares. En este
caso el poliol esta compuesto por un aceite graso. Los aceites grasos contienen
ácidos grasos con un grupo hidroxilo, el cual aumenta la miscibilidad del
hidrocarburo. Típicamente el aceite graso preferido es el aceite de ricino, cuyo
principal constituyente es el acido ricinoleico.
Según esta patente el poliol empleado para la formación de espuma de
poliuretano a partir de hidrocarburos como agente soplante, debe estar compuesto
IQ-2007-I-17
46
de: Un poliéster o polieter con un numero hidroxilo de 100 a 1200 y una
composición en peso entre 5 a 25 partes de de un ácido graso con número
hidroxilo entre 100 y 200 por cada 100 partes de poliol.
Entre los polioles polieter convencionalmente empleados en a preparación de
espuma rígida de poliuretano, con números hidroxilos dentro del rango
mencionado y entre 2 a 8 grupos hidroxilo por molécula comercialmente
disponibles en el mercado, bajo la marca registrada VORANOL incluyen los
polioles: VORANOL 202, VORANOL 360, VORANOL 370, VORANOL 446,
VORANOL 490, VORANOL 575, VORANOL 640, VORANOL 800, VORANOL
CP1000, VORANOL CP260 y VORANOL CP450.
• Polioles de primera y segunda generación.
Cuando los hidrocarburos volátiles como el pentano y ciclopentano son usados
con polioles existentes generalmente una baja estabilidad de fase y una alta
viscosidad resulta de la mezcla.
Van der Wouden, en sus artículos “The Use of Polyester Polyols in CFC-Free
Rigid Foams”, Utech '94, “Performance of Oleochemical Based Polyester Polyols
in Polyurethanes, Utech Asia '95, divulgó que poliésteres poliol basados en ácidos
al ser adicionados a polieteres poliol incompatibles con los hidrocarburos, produce
una mezcla soluble entre el hidrocarburo y el poliol. El invento se basa en
poliesteres poliol aromáticos.La cantidad del poliester poliol aromático o la mezcla
de estos pueden ser preparados a partir de reactantes como ácido ftálico, un
material hidroxilado, y un material hidrofóbico. Algunos ejemplos de estos polioles
utilizan los siguientes nombres comerciales.
- StepanPol.RTM. PS-2352 (Stepan Co.): Poliester poliol producto de la reacción
entre un anhídrido ftálico y dietilenglicol. Típicamente tiene número hidroxilo de
IQ-2007-I-17
47
240 mg KOH/g y un número ácido de 0.8mg KOH/g.
- StepanPol.RTM. PS-2402 (Stepan Co.): Poliester poliol producto de la reacción
entre un anhidrido ftálico y dietilen glycol. Típicamente tiene número hidroxilo de
250 mg KOH/g y un número ácido de 2.5mg KOH/g.
- Thanol R-370 (Eastman Chemical Co.): Polieter poliol con número hidroxilo de
370 mg KOH/g.
Espumas rígidas de poliuretano de menores densidades han sido obtenidas
mediante mezclas de ciclopentano con hidrocarburos de menor punto de
ebullición, tales como isopentano y/o pentano normal58.Los polioles aromáticos
han venido siendo utilizados en las espumas sopladas con hidrocarburos59 con el
fin de disminuir la conductividad térmica y densidad de la espuma, a diferencia de
las espumas de primera generación sopladas con ciclopentano donde solo se
utilizaban polioles alifáticos. Simultáneamente se han incrementando las
cantidades de ciclopentano para que la viscosidad de estos no afecten la espuma
y por ende no se presenten altos valores de sobre empaquetamiento60.
En la tabla 1-11 se observa una formulación típica empleando polioles de primera
generación (alifáticos) y una formulación típica empleando polioles basados en
polioles aromáticos. Es decir polioles de segunda generación. Se observa como la
densidad y conductividad térmica de la espuma terminada es menor en
comparación a la espuma obtenida a partir de polioles de primera generación.
Esto debido a que los polioles polieter, basados en polioles aromáticos y sorbitol
proporcionan menores conductividades térmicas, al igual que los polioles que
58 Rotermand,U. Is a CFC Standard Attainable with C-Pentane Foam?. Polyurethane Expo 1998, September
17-20. Page 307-311. 59 Ibid,pag 307-311. 60 Ibid., pag 307-311.
IQ-2007-I-17
48
contienen oxido de etileno en sus terminaciones61. Los polioles que contienen mas
de 25 % de oxido de etileno dan como resultado resinas emulsificadas y a medida
que la solubilidad del ciclopentano es menor, menor es la conductividad térmica de
la espuma resultante62. En la tabla 1-12 se comprueba esto.
Tabla1- 11. Formulaciones típicas de espumas de primera y segunda generación63.
De la tabla 1-12 también se concluye que el ciclopentano es más soluble en los
polioles basados en aminas. Por otro lado se encuentra que a medida que el
número de grupos funcionales en el poliol aumenta, la solubilidad del ciclopentano
es menor.
61 Matsumoto,S. Development of Cyclopentane Blown Foam System for Appliances Use. Polyurethane 1995,
September 26-29, Pages 292-295. 62 Ibid, pag 292-295. 63 Tomada de: Rotermand,U. Reduction of Thermal Conductivity in Hydrocarbon-Blown Rigid Polyurethane
Foams.Polyurethane 1995, September 26-29, Pages 464-470.
IQ-2007-I-17
49
Tabla 12. Propiedades de distintos polieter poliol64.
A continuación en la tabla 1-13 se presentara una formulación a partir de materias
primas producidas por Dow Chemical Company bajo una marca registrada
conocida como VORATEC.
Tabla 13.Formulación de iso/npentano y ciclopentano con productos VORATEC65.
Los polioles comercializados bajo esta marca se encuentran totalmente
formulados para la producción de espumas sopladas con hidrocarburos. La 64 Tomada de: Matsumoto,S. Development of Cyclopentane Blown Foam System for Appliances Use.
Polyurethane 1995, September 26-29, Pages 292-295. 65 Tomada de Birch, A. Iso-/n-pentane Blown Rigid Polyurethane Foam Appliances : A Realistic and
Economically Attractive Alternative of Cyclopentane. Polyurethane 1995, September 26-29. Page 448-452.
IQ-2007-I-17
50
reacción de esos polioles con isocianatos de esta marca produce espumas con
una distribución pareja de la densidad y buena fluidez al igual que excelentes
propiedades físicas y estabilidad dimensional66.
1.7.3 Agentes Soplantes.
El hidrocarburo que ha sido utilizado efectivamente en Europa como agente
soplante es el ciclopentano el cual no es una sustancia agotadora de la capa de
ozono, y no causa efecto invernadero. Además su precio es menor que el de los
agentes soplantes convencionales halogenados 67.
El ciclopentano es un líquido transparente, con punto de ebullición de 50 ºC y
punto de inflamación de -38ºF. Los limites inferior y superior de explosividad son
1% y 8.7% respectivamente68. La principal ventaja del ciclopentano frente a otros
agentes soplantes como los HFAs Y HCFCs es que no son sustancias agotadoras
de la capa de ozono y presentan muy bajo potencial de GEI (gas efecto
invernadero; menor a 0.001). Sin embargo la desventaja principal es su
inflamabilidad. Por tanto se debe asegurar un ambiente seguro con sistemas de
ventilación, equipos a prueba de explosión, monitores y demás equipos que deben
ser instalados antes de producir espumas con estos agentes soplantes69.En la
tabla 1-14 se muestran las propiedades de los agentes soplantes convencionales
junto con el ciclopentano.
Sin embargo, la conductividad térmica de las espumas de PUR sopladas con
hidrocarburos como agentes soplantes se ven afectadas por los valores de
conductividad térmica más altos y también por los contenidos de agua en las
66 Ibid.,pag 448-452. 67 Pisipati,J. Cyclopentane Blown Foam Systems for Domestic Appliance Application.Pp163-168. 68 Datos obtenidos a partir de MSDS. 69 Yu-Hallada.L Cyclopentane-Blown Rigid Polyurethane Insulation Foam Technology for the future.
IQ-2007-I-17
51
espumas sopladas con pentanos70. Mientras que una relación molar de 10:1 de
HCFC 141b a dióxido de carbono es empleada para una formulación para una
espuma convencional, una relación de 2:1 pentano a dióxido constituyen las
celdas de las espumas sopladas con hidrocarburos y niveles de pentano menores
del 5% son recomendados para que el procesamiento sea más seguro 71.
Tabla 14.Propiedades de agentes soplantes actuales72.
En Europa se decidieron por el uso del ciclopentano por el hecho de que en 1992
la Agencia Alemana Ambiental estableció regulaciones conocidas como “Ángel
Azul”, en las cuales se prohibía el empleo de compuestos orgánicos halogenados
como agentes soplantes de la espuma de poliuretano. Quedando los
hidrocarburos como única alternativa de agente soplante. Siendo el ciclopentano
(CP) el mas utilizado por tener menor conductividad térmica.
Además de su flamabilidad, otra preocupación al utilizar los pentanos como
agente soplante, es su incompatibilidad con las materias primas empleadas para
la formación de la espuma. Por tanto nuevas sustancias deben ser adicionadas a
70 Weber, H y Nicola,W Hydrocarbon Blown Foam for U.S Construction Application, 35th Anneal
Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp412-417 71 Ibid., pag 412-417. 72 Propiedades tomadas de MSDS de estas sustancias.
IQ-2007-I-17
52
la resina del poliol para incrementar la solubilidad o emulsificación del pentano y
sus isómeros73.
En el caso del ciclopentano (CP), este es compatible con la mayoría de los
isocianatos empleados en la espuma: si la resina es muy viscosa la gran
diferencia de viscosidad entre la resina y el isocianato puede resultar en una
mezcla pobre. La compatibilidad el ciclopentano con la resina es importante para
el procesamiento. Si el ciclopentano se separa de la resina, hay una situación
potencial de riesgo y además un factor de consistencia donde las propiedades
finales pueden variar74.
Las propiedades importantes para las aplicaciones de la espuma son el valor
inicial de la conductividad térmica, su estabilidad dimensional, y fluidez. Estas
propiedades varían al cambiar las materias primas y aditivos de la espuma. En
cambio propiedades como la resistencia a la compresión no se ven afectadas
significativamente 75.
En Colombia no se comercializan hidrocarburos empleados como agentes
soplantes para la producción de espumas de poliuretano. Sin embargo compañias
como ExxonMobil Chemical con sede en Houston, EU comercializa agentes
soplantes bajo la marca registrada Exxsol puros como Exxol ciclopentano y Exxsol
isopentano y mezclas de estos tales como Exxsol 1200, Exxsol 2000 y Exxsol
1550 entre otros. En la tabla 1-15 y 1-16 se pueden observar las propiedades de
estos agentes soplantes.
73 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane – Bown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162 y Mariani,V;
Allgaier,P. Use of Pentane –Blown in Rigid Foam and Int egral Skin Production Plants. 35th Annual
Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp24-30. 74 Yu-Hallada.L Cyclopentane-Blown Rigid Polyurethane Insulation Foam Technology for the future. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994 75 Ibid.
IQ-2007-I-17
53
Tabla 15. Alternativas de agentes soplantes comercialmente disponibles76.
Tabla 16. Propiedades de agentes soplantes Exxsol.
1.7.4 Surfactantes.
Los surfactantes son típicamente organosiliconas. Estos surfactantes son
empleados en cantidades suficientes para estabilizar la mezcla de la espuma
contra el colapso y la formación de celdas largas y disparejas. Generalmente
alrededor de 0.1 a 3.0 partes de surfactante por cada 100 partes por peso de poliol
son necesarias para que esto se lleve a cabo. Los surfactantes de silicona para
espuma de poliuretano son materiales con un esqueleto siloxano y grupos polieter
colgando. En patentes tales como U.S. Pat. No. 3,842,112 y U.S. Pat. No.
3,933,695 aparecen ejemplos de surfactatnes como Niax.RTM. L-6900 y
Niax.RTM. L-5420 disponibles en CK Witco Corp.
Nuevas moléculas de silicona fueron necesarias al implementar hidrocarburos
como agentes soplantes debido a la baja solubilidad del pentano en las materias
primas de la espuma, en comparación con los agentes convencionales
76 Propiedades tomadas a partir de hojas de especi ficación de estas sustancias en Exxonmobil Chemical.
IQ-2007-I-17
54
anteriormente utilizados77. En las formulaciones con hidrocarburos, es necesario
que el estabilizante distribuya el pentano en la emulsión, que las emulsiones en el
poliol sean rápidas y se mantengan durante el proceso de formación de la
espuma78.
Según los resultados obtenidos en estudios como los plasmados en “Innovative
Surfactant Technology for HFC-134a and Cyclopentane Blown Rigid Polyurethane
Foams” por científicos como G.Burkhart, por el porcentaje de celdas cerradas,
distribución de la densidad, resistencia a la compresión Tegostab B 8466 fue
encontrado como el estabilizante mas adecuado para la producción de espumas
rígidas de poliuretano basados en la tecnología de la emulsión. En una menor
proporción pero encontrados también como surfactantes estables se encuentran el
Tegostab B 8444 y EP5.
Las mejores propiedades de flujo fueron encontradas al utilizar el Tegostab B 8451
y Tegostab B 8465 siendo este último el que presentaba menores
conductividades térmicas al final en la espuma79.
Otros surfactantes utilizados en agentes espumantes basados en hidrocarburos
son el SILBYK-TP 3806, OSi Y-10745 y OSi L-5440 siponibles en “OSi
Specialties”; Dabco DC-5098 disponibles comercialmente en “Air Products and
Chemicals”; Tegostab B-84PI disponible en “Goldschmidt Chemical Corp” y
Vorasurf 504, y surfactantes no siliconados obtenidos en “Dow Chemical Co”
entre los cuales se encuentran OSi Y-10745, OSi L-5440 y Dabco DC-5098.
Aproximadamente las cantidades adicionadas de surfactantes para estabilizar el
tamaño de celda, son adicionados a la resina de poliol entre 0.5 a 5 partes por
77 Grimminger,J. Silicone Surfactants for Pentane Blown Rigid Foam. Polyurethane world congress 1993,
October 10-13. 78 Ibid. 79 Burkhart, G. Innovative Surfactant Technology for HFC-134a and Cyclopentane Blown Rigid
Polyurethane Foams.Polyurethane world congress 1993, pag 361-367.
IQ-2007-I-17
55
cada 100 partes de poliol. La cantidad en la formulación total de la espuma se
encuentra entre 0.2 a 2.5 % en peso80.
Tabla 17 Formulaciones con ciclopentano como agente soplante81.
1.7.5 Catalizadores82.
Entre los catalizadores empelados para espuma rígida de poliuretano se incluyen
compuestos como aminas terciarias y compuestos organo metálicos. Ejemplos de
aminas terciarias incluyen: trietilendiamina, pentametildietilentriamina, N,N-
dimethilciclohexylamina, N-etilmorfolina, N-methilmorfolina, tetrametiletilendiamina,
dimetilbenzilamina, 1-metil-4-dimetilaminoetilpiperazina, 3-metoxi-N-
dimetilpropilamina, dietiletanolamina, N,N-dimetil-N',N'-
dimetilisopropilpropilendiamina, N,N-dietil-3-dietilaminopropilamina, entre otras.
Como ejemplo de catalizadores órgano metálicos encontramos organomercurio,
organoplomo y organoestaño siendo estos los más empleados. Catalizadores de
estaño empleados incluye cloruro de estaño sales de estaño de ácidos 80 www.uspto.com , USPATENT No 6359022 81 Tabla tomada de: Burkhart, G. Innovative Surfactant Technology for HFC-134a and Cyclopentane Blown
Rigid Polyurethane Foams.Polyurethane world congress 1993, pag 361-367. 82 www.uspto.gov US PATENTS No 6420443 y 5451615.
IQ-2007-I-17
56
carboxílicos como octoato de estaño y acetato de estaño. Otros catalizadores
organometálicos empleados son divulgados en la patente de Estados Unidos No.
2, 846,408.
Catalizadores para la trimerización de polisocianatos para la formación de
poliisocianuratos, encontramos alcóxidos alcalino metálicos, carboxilatos alcalino-
metálicos o compuestos de aminas cuaternarias. Los catalizadores son
encargados de aumentar la velocidad de polimerización de la reacción.
Generalmente las cantidades de catalizador oscilan entre 0.001 a 3 partes por
peso por cada 100 partes de poliol. Esta cantidad varia dependiendo del tipo de
catalizador y su actividad catalítica.
Actualmente, los encargados de suplir las materias primas para la formación de
espumas de PU ( Dow Chemical, Bayer, Dupont, Basf entre otros) han aparecido
con nuevos polioles, surfactantes, catalizadores, retardantes de llama, y otros
aditivos optimizados para trabajar con las nuevas alternativas de agentes
soplantes83.
Otros proveedores como Air Products y Chemical PURRA GMBH & Co de
Alemania también son productores de estas materias primas. En Colombia el gran
proveedor es Dow Chemical, sin embargo empresas mas pequeñas como
Espumlatex comercializa materias primas de grandes proveedores como Dow
Chemical, Bayer Ag, Basf Corporation , Crompton Corporation, y Sumitomo
Corporation84.
83 Sherman,L. Meeting the Dead Line Urethane Foams Move from HCFCs To Cleaner Blowing Agents.
January,2003.
84 www.espumlatex.com.
IQ-2007-I-17
57
2. MAQUINAS PARA LA FORMACIÓN DE ESPUMA RIGIDA DE POLIURETANO A PARTIR DE HIDROCARBUROS COMO AGENTES
SOPLANTES.
Para el procesamiento de espumas de poliuretano a partir de agentes soplantes
inflamables como los hidrocarburos, se han realizado modificaciones a las
maquinas habitualmente empleadas con agentes soplantes halogenados85. Se
recomienda tener en cuenta las siguientes medidas de seguridad y modificaciones
que se mencionan a continuación86:
- En primer lugar se deben identificar y ubicar los riesgos potenciales, tales
como fuentes de ignición, posibles fugas y generación de cargas estáticas.
- Por otro lado los sellos convencionalmente usados deben ser doblados y
equipados con un nuevo sello de seguridad para los líquidos, con el fin de
prevenir la corrosión de las partes de la maquina.
- Las válvulas deben tener llaves propias para el drenaje y la fuente de
entrada.
- Los controles para el llenado y nivel del pentano deben ser diseñados con
dispositivos específicos para el pentano (Liquido inflamable).
- Para el encuentro del poliol y para el mezclado, una maquina de alta
presión es utilizada. Esta maquina de encuentro debe ser ventilada
permanentemente con el fin de evitar que los vapores inflamables se
concentren. Las bombas, válvulas reguladoras y cabeza de mezclado
deben tener monitores que detecten fugas. 85 Hanne,D; Hudson,E y Pieper, K. Patented, Pentane-Process Technology Key to U.S Cyclopentane –Blown
Refrigerator Production.Polyurethane 1995, September 26-29,1995.Pp 481-483. 86 Weber, U y Nicola,W. Improved Hydrocarbon Blown Foams for North America. Polyurethane 1995,
Septiembre 26-29.
IQ-2007-I-17
58
Debido a que la cantidad liberada al ambiente de pentano oscila entre el 3 al 5%
de la cantidad inicial presente en la mezcla poliol-isocianato87, controles de
extracción de aire son necesarios. Por esta misma razón, la maquina y las
unidades involucradas en el proceso con pentano, se encuentran totalmente
encapsuladas, aireadas con dispositivos de extracción y provistas con sensores de
gas.
Se recomienda que los sensores que monitorean concentraciones peligrosas de
gas pentano se encuentren ubicados en puntos críticos tales como el
almacenamiento y la cámara de mezclado. Estos sensores en caso de alguna
falla, automáticamente deben cambiar la ventilación usualmente utilizada para la
extracción de la cantidad de gas comúnmente liberada a un funcionamiento
máximo.
Por lo general estos sistemas se encuentran controlados electrónicamente para
tomar las medidas de seguridad pertinentes con alarmas visuales para el
monitoreo de fugas, control de la extracción, interrupción del flujo de las materias
primas que entran y salen, cambios en la cámara de mezclado y alarmas sonoras
y visuales en caso de un problema colectivo en el cual sea necesario hacer una
parada de emergencia.
2.1 Manipulación de hidrocarburos como agentes soplantes.
Los hidrocarburos han demostrado un gran potencial en la industria del
poliuretano, en particular el pentano y sus isómeros. Sin embargo este representa
riesgos potenciales al manipularlo por ser un líquido inflamable. Por tanto la
concentración de sus vapores en el aire puede ocasionar un incendio si estos se
87 http://www.omsgroup.it/indexeng.htm
IQ-2007-I-17
59
encuentran en su rango de inflamabilidad y una fuente de calor como llamas
abiertas o chispas. A pesar de esto, por el compromiso de agotar en el mercado el
uso de sustancias que ocasionan algún impacto ambiental, innovaciones en los
equipos que emplean pentano como agente soplante han sido desarrollados para
el manejo seguro en la producción de la espuma.
En Europa se han instalado industrias que emplean hidrocarburos como agente
soplante desde 1993, demostrando que a pesar de que estos son potencialmente
explosivos, estos pueden ser manipulados de manera segura en su estado puro o
mezclados con poliol si el sistema se encuentra debidamente protegido contra
explosiones y se toman las medidas de seguridad pertinentes88.
Es importante definir los puntos potenciales de riegos. Reglas locales existen para
la clasificación de estas áreas, y cambian entre países. Las mayores industrias
como las Europeas y las Estadounidenses manejan la manipulación segura de
estas sustancias, de la siguiente forma:
Europa: Se rigen por las normas CENELEC 79-16; Según estas una ventilación
adecuada, extracción de aire en zonas donde los vapores de pentano tienden a
acumularse y un monitoreo continuo de estas zonas es suficiente para no clasificar
estas áreas89. Por lo general debido a que los vapores de pentano tienen una
gravedad especifica 2.4 veces mayor que la del aire, estos vapores son mas
pesados que el aire tendiendo a concentrarse en lugares bajos y en las
esquinas90, siendo este el mayor riesgo para este tipo de plantas ya que si estos
encuentran una fuente de ignición como una superficie caliente, llamas abiertas o
88 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12, 1994. Pag 158-162. 89 Ibid., pag 158-162. 90 http://www.omsgroup.it/indexeng.htm
IQ-2007-I-17
60
gases calientes, aparatos eléctricos, chispas generadas mecánicamente, fricción,
cigarrillos, fósforos o electricidad estática estos vapores inflamables explotaran.
Por esta razón se recomienda el empleo de sensores de gas en estas zonas y en
los equipos donde el pentano es procesado.
Estados Unidos: A diferencia de las normas Europeas, en Estados Unidos todas
las áreas donde los hidrocarburos son empelados son consideradas riesgosas91.
Según las normas API 500, estas zonas se clasifican en división 1, división 2 o no
riesgosas según el tipo de líquido inflamable utilizado, la presencia de ventilación
dividida en área abierta, ventilación del cuarto, ventilación preventiva y la
posibilidad de la cantidades que se pueden perder de pentano en su uso.
Los hidrocarburos por su volatilidad, deben ser manejados evitando que se
concentren sus vapores en sitios cerrados para evitar cualquier incendio u
explosión. Por tanto la prioridad principal es la identificación de medidas de
seguridad adecuadas y razonables para evitar mezclas inflamables con el aire.
Asimismo los recipientes de almacenamiento deben ser revisados para detectar
daños o rupturas por donde se pueda escapar el producto y si se presenta un
escape las fuentes de calor deben ser apagadas92.
Siguiendo el procesamiento del ciclo pentano paso por paso, se deben considerar
las siguientes áreas como zonas potenciales de riesgo durante la producción:
- Descarga, almacenamiento y transporte del hidrocarburo.
- Mezcla del ciclopentano con el poliol y aditivos.
91 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane – Bown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12, 1994. Pag 158-162.
92 S.Adams,O.Volkert,W.Wiegmann.Cyclopentane Blown PUR Rigid Foam for Appliances.Basf
AG,Germany.
IQ-2007-I-17
61
- Transporte y almacenamiento del ciclopentano ya adicionado a la resina de
poliol.
- Medición de alta presión del ciclopentano con demás componentes.
- Interior del molde y áreas alrededor de las cavidades de ventilación.
- Área de trabajo (espumado) en general.
- Montaje final y almacenamiento de gabinetes.
Los líquidos inflamables son mezclados con la resina de poliol con la ayuda de
bombas especiales y válvulas cheque con el fin de evitar retrocesos del flujo en la
línea. Se recomienda operar esta unidad en compartimientos ventilados y
separados para cada línea93.
Para el transporte de la mezcla poliol-pentano a la cabeza inyectora se emplean
tuberías utilizadas para el transporte de líquidos inflamables. Con respecto a las
válvulas se recomiendan de cierre automático, que respondan a pérdidas de
presión, con el fin de minimizar los riesgos asociados a la ruptura de una tubería
en operación94. Para evitar cualquier pérdida de presión a través de los sellos
convencionales del agitador, se recomienda la instalación de pares de agitadores
magnéticos.
Mientras el ciclopentano este incluido en el sistema de maquinarias aprobadas, el
procesamiento y manipulación son seguros. Situaciones críticas alrededor de la
máquina solo pueden darse en caso tal que se presenten fugas, tuberías rotas o
durante el mantenimiento de los equipos95. Por tanto los operadores y el personal
que trabaja en las estaciones de espumado debe estar entrenados para la
prevención de riesgos causados por líquidos inflamables y sus vapores explosivos. 93 Estas recomendaciones son propuestas por Cannon y OMS Impianti. 94Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie, Explosionsschutz-Richtlinien, Ausgabe 9/90,Druckrei
Winter, Heidelberg. 95 NFPA 70. Código elétrico nacional.Edición 1999.
IQ-2007-I-17
62
Durante el proceso de espumado usualmente pequeñas cantidades de agente
soplante son liberadas a los alrededores. Al llenar los moldes, el ciclopentano
forma una nube en frente de la espuma que crece y sale del gabinete a través de
las cavidades de ventilación96. Es más probable que alrededor de las cavidades
para la ventilación y dentro del molde se alcancen los límites de explosividad o
estos se excedan. Para asegurar un manejo seguro de los agentes soplantes
inflamables en estas áreas, como medida de protección se puede emplear una
atmósfera inerte de nitrógeno, evitando así cualquier riesgo de que se forme una
mezcla explosiva. El mismo nivel de seguridad se puede alcanzar, evitando
cualquier fuente de ignición. En la Ilustración1 se muestra la distribución de los
equipos en el laboratorio de espumas en el edificio de la facultad de ingeniería
“Mario Laserna”. Se observa que la cortadora se encuentra cerca de la maquina
inyectora. Se recomienda una ubicación nueva de este equipo ya que es una
fuente potencial de chispas mecánicas.
96 Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie, Explosionsschutz-Richtlinien, Ausgabe 9/90,Druckrei
Winter, Heidelberg.
IQ-2007-I-17
63
Ilustración 1 Laboratorio de poliuretano del “Mario Laserna”.
A la salida de las cavidades de ventilación de un molde, los vapores del agente
soplantes deben ser diluidos eficientemente por aire97. Para mantener bajos
97 NFPA 70. Código elétrico nacional.Edición 1999.
IQ-2007-I-17
64
niveles en el área de trabajo, una ventilación técnica, debe ser apoyada por
extracciones locales cerca de las aberturas de ventilación98.
La prevención de fuentes de ignición debido a la acumulación de cargas estáticas
se garantiza conectando a una tierra común todas las partes metálicas del equipo
ya que todos los componentes de la planta (accesorios como filtros, cabeza
mezcladora, unidad de medida, premezclador, paneles de control) tienen el
mismo potencial eléctrico99. Además los componentes eléctricos en las áreas más
riesgosas deben ser a prueba de explosión, empleando componentes seguros
como interruptores de proximidad en vez de microinterruptores, controles
neumáticos en vez de selenoides, elementos de bajo voltaje y baja corriente en
vez de elementos de alta corriente y voltaje. Como medida preventiva adicional
los paneles de control deben ser instalados lejos de puntos potenciales de fuga100.
Terminado el proceso de espumado el ciclopentano que puede ser liberado por
difusión en la espuma es bastante bajo. Por tanto la acumulación de una mezcla
vapor-aire es poco probable101. Las emisiones de hidrocarburos generalmente
están cubiertas por regulaciones respecto a la emisión de sustancias orgánicas
volátiles a la atmósfera. Sin embargo las emisiones durante la producción de
espumas rígidas de poliuretano son tan bajas, que el procesamiento de espumas
con hidrocarburos como agentes soplantes es considerada como una fuente
insignificante102.
98 Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie, Explosionsschutz-Richtlinien, Ausgabe 9/90,Druckrei
Winter, Heidelberg. 99 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane – Bown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162. 100 Taverna, Max; Corradi, Piero y Biondich, B. Processing Solutions for Pentane-Blown Polyurethane Foams
in the Refrigeration Sector: A Technical Market Update. Polyurethane 1995, September 26-29. Pp484-489. 101 Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie, Explosionsschutz-Richtlinien, Ausgabe 9/90,Druckrei
Winter, Heidelberg. 102 Ibid.
IQ-2007-I-17
65
2.2 Clasificación de Áreas.
Es primordial prevenir todas las condiciones que permitan la acumulación de
mezclas explosivas con el aire y las fuentes de ignición posibles con el fin de evitar
cualquier riesgo potencial de incendio u explosión. Esto es posible mediante el
empleo de ventilación, detectores de gas, conexión a tierra de todos los
componentes metálicos, intervención sobre todas las partes que son fuentes
potenciales de chispas y llamas y reduciendo el volumen de pentano en los
tanques que lo contienen. Clasificando las áreas de procesamiento de la espuma
potencialmente riesgosas cuando el ciclopentano es empleado como agente
soplante, se tiene:
Tanque de almacenamiento: Usar preferiblemente un tanque externo, equipado
con todas las medidas de seguridad recomendadas para el almacenaje de
petróquimicos. Esta área debe estar separada del área de trabajo.
Para controlar las fugas en el tanque sensores de gas tiene que se
acondicionados. Según las normas API 500 las áreas de almacenamiento se
consideran como Clase 1, División 2 las áreas interiores adecuadamente
ventiladas que contienen bombas, drenajes de producto, medidores, entre otros en
líneas que manejan líquidos inflamables a presión. El área con esta clasificación
se extiende 150 cms en todas las direcciones, 750cms horizontalmente y a una
altura de 100 cms el nivel del piso.
Las áreas División 1 son aquellas que se encuentran ventiladas inadecuadamente
y comparten las mismas características de la división 2, al igual que la extensión
de sus límites. Las áreas consideradas Clase 1, División 2 son las áreas exteriores
con bombas, medidores, drenajes que están en línea bajo presión. Estas áreas se
extienden 100cms en todas las direcciones desee la superficie exterior 300cms
horizontalmente y 45cms sobre el piso.
IQ-2007-I-17
66
Estación de premezclado: En esta área el poliol es cargado junto con el agente
soplante deacuerdo a la densidad requerida. Nuevamente el pentano esta
presente de forma pura. Por tanto es importante minimizar la cantidad total de
mezcla presente en el área. Es recomendable evitar la acumulación de tanques de
resina de poliol, por tanto se prefiere utilizar un solo premezclador para cada
unidad de tanque producida. Por esta razón una unidad de premezcla debe ser
utilizada, capaz de mezclar la máximas concentraciones de agente soplante en los
polioles disponibles en el mercado103. Cannon consta de una unidad llamada Multi
Easy Froth mientras que Impianti OMS esta unidad es conocida como Pentablend,
la cual se encuentra aislada por una caja transparente, ventilada en el fondo,
donde la dosificación y el mezclado ocurren de manera segura en ausencia de
materiales eléctricos.
Tanque de almacenamiento diario: Donde la resina de poliol es almacenada con la
cantidad requerida para todo el día. En el tanque una atmósfera de nitrógeno (gas
inerte), es mantenida por encima de la superficie del líquido ya que el pentano
puede presentarse en esta fase como vapor y son calificadas como áreas
riesgosas Clase I.División 1. Este tanque también puede ser encerrado en el
mismo recinto cerrado de la unidad descrita anteriormente (Multi Easy Froth).
Área de distribución y medida: El riesgo en esta área es limitado. Como el
pentano esta presente en su fase liquida, solubilizado en el poliol, y generalmente
sin ocasión para ser expuesto al aire ya que este fluye en circuitos cerrados, a
través de tuberías, bombas y válvulas. Las unidades de unidades de dosificación
103 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162.
IQ-2007-I-17
67
deben ser incluidas en cajas transparentes con un grado medio de ventilación
sobre la unidad y un área especifica de extracción debajo del tanque de poliol104.
Un sistema de ventilación inteligente es recomendado, capaz de reaccionar
deacuerdo con los niveles de pentano detectados en el aire. Una rata de
ventilación normal seria buena hasta que los detectores mostraran
concentraciones del 10% el valor del límite inferior de explosividad. Por encima de
este la velocidad de succión debe ser doblada. Si el sensor detecta
concentraciones del 40% del valor del límite inferior de explosividad total la
instalación eléctrica debe ser apagada.
Área de mezclado, inyección y curado105: En esta área se presentan pequeñas
emisiones regulares de vapores de pentano potencialmente explosivas que
pueden acumularse. Los proveedores de polioles indican que las emisiones son
del 3% del pentano presente en el poliol. La acumulación de estos gases puede
continuar por semanas, en las esquinas de la planta siendo este el riego más
peligroso. Para evitar esto se recomienda incluir la línea en un caja, instalando un
sistema de extracción continua por debajo y por encima de los accesorios,
capaces de remover entre 6 a 12 volúmenes de aire por hora y capturar las
emisiones directamente de los puntos de emisión de los gabinetes.
La prevención de cargas electrostáticas en todas estas areas debe ser
garantizada conectando a tierra todas las partes, teniendo en cuenta que todo los
componenetes de la planta (accesorios, cabeza mezcladora, unidad de medida,
104 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162 y Taverna, Max;
Corradi, Piero y Biondich, B. Processing Solutions for Pentane-Blown Polyurethane Foams in the
Refrigeration Sector: A Technical Market Update. Polyurethane 1995, September 26-29. Pp484-489. 105 Ibid.
IQ-2007-I-17
68
premezclador, paneles de control) tienen el mismo potencial eléctrico106.
Componentes eléctricos en las áreas mas riesgosas deben ser a prueba de
explosión, empleando componentes seguros cambiando el uso de
microinterruptores por interruptores de proximidad, selenoides por controles
neumáticos, elementos de alta corriente y voltaje por elementos de baja corriente y
voltaje107.Como medida adicional los paneles de control y cabinas de control
deben ser instalados lejos de puntos potenciales de fuga108. En la ilustración 2 se
observa el proceso de producción de la espuma y se pueden identificar las
distintas áreas mencionadas.
106 NFPA 77: Recommended Practice on Static Electricity, 1998 Edition. 107 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162 y Taverna, Max;
Corradi, Piero y Biondich, B. Processing Solutions for Pentane-Blown Polyurethane Foams in the
Refrigeration Sector: A Technical Market Update. Polyurethane 1995, September 26-29. Pp484-489. 108 NFPA 30: Código líquidos combustibles e inflamables. Edición 1987.
IQ-2007-I-17
69
Ilustración 2Proceso de producción de la espuma con hidrocarburos como agente
soplante109.
2.3 Análisis de las partes de la pentanizadora.
Las partes del procesamiento de la espuma de poliuretano con hidrocarburos
como agentes soplantes son: almacenamiento del pentano puro, línea de mezcla
del poliol con el pentano, la maquina de alta presión y las áreas de espumado.
Más específicamente las áreas de procesamiento se pueden dividir en 5 áreas:
almacenamiento de pentano, tuberías de pentano para alimentar el pentano a la
estación de premezclado, la estación de premezclado y el tanque intermedio con
bombas y tuberías de alimentación a, cabezas de inyección montada en los 109 Tomada de : Mariani,V and Allgaier,J. Use of Pentane-Blown in Rigid Foam and Integral Skin Production
Plants. 35th Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162.
IQ-2007-I-17
70
accesorios. Los dispositivos de las últimas 3 áreas deben tener sistemas de
extracción y sensores de gas.
Para el caso tanques de almacenamiento normales (no presurizados) se
recomienda descargar el pentano, mediante bombas de diafragma neumáticas a
un tanque que se pueda presurizar con nitrógeno110. En el caso que los tanques
de almacenamiento estén presurizados, estos deben ser mantenidos en un área
abierta y ventilada. Para usar el pentano es suficiente presurizar los tambores con
nitrógeno y conectarlos con la bomba de medida del pentablend, prevista para la
estación de mezclado.
Para la alimentación del pentano a la estación de mezclado pertinente, Impianti
OMS (empresa proveedora de maquinas pentanizadoras reconocida a nivel
mundial) no emplea bombas dosificadoras111. En cambio emplea bombas de
engranaje de pares magnético conducidas por motores eléctricos a prueba de
explosiones.
2.3.1 Estación de premezclado112.
La estación de premezclado básicamente incluye una bomba dosificadora de
pistón axial para la medida de poliol, línea de medida del pentano que puede ser
del tipo directo con pistón hidráulico o del tipo del nuevo método diferencial.
Controles de la salida de ambos productos por transductores de flujo, sistemas
electrónicos en lazo cerrado para asegurar una rata de mezclado constante entre
el poliol y el pentano y una columna de mezclado estática para mezclar el
ciclopentano con el poliol. Si la estación es montada sobre en una cabina con
extracción y sensores de gas se puede manipular de manera segura. 110 Ibid., pag 158-162. 111 Ibid., pag 158-162. 112 Ibid., pag 158-162.
IQ-2007-I-17
71
Generalmente en la misma cabina se encuentra el tanque intermedio donde se
almacena la mezcla del poliol y pentano.
Por medio de bombas esta mezcla es alimentada a la tubería de alimentación
conectada a los tanques de la maquina dosificadora de alta presión. La estación
de premezclado de las maquinas proveídas por OMS la línea de encuentro del
pentano y la columna estática de mezclado son montadas en una cabina con
doble ventilación y sensores de gas.
2.3.2 Máquina dosificadora de alta presión de pentano113.
Existen distintas opciones como cabezas inyectoras de acuerdo a los
requerimientos del cliente:
Si el cliente tienen una maquina con HCFC como agente soplante, y no quiere
realizar grandes modificaciones al reemplazar el agente soplante por el pentano,
OMS tiene la línea del Pentafoam, la cual es montada en dirección paralela a la
anterior línea de HCFC y pentano. La “Pentafoam” esta compuesta de las
siguientes partes:
- Tanque diario directamente alimentado por el “Pentablend”.
- Unidad de medida de alta presión para el pentano y poliol con tuberías de
alimentación a las distintas cabezas de inyección.
- Toda la línea del Pentafoam se encuentra dentro de una cabina. La parte
terminal de la tubería es una manguera con el sostenedor del inyector. Para pasar
de HCFC a pentano se debe cambiar este sostenedor en la cabeza del inyector.
113 Ibid., pag 158-162.
IQ-2007-I-17
72
Para las maquinas nuevas con altas productividades OMS propone varias
alternativas dentro de las cuales encontramos:
Reemplazar la maquina antigua por el “Pentafoam HP”. La cual incluye la línea del
Pentafoam para el poliol y pentano. Para el isocianato tiene un tanque diario y una
unidad dosificadora de alta presión.
Otra opción es la “Penta HP”, la cual incluye separadamente dentro de la cabina el
tanque de mezcla de poliol con pentano y la bomba de alta presión. Por fuera de la
cabina a una distancia segura se encuentra para el isocianato su tanque diario,
panel eléctrico y unidad de medición. En la ilustración 3 se vislumbra el proceso:
Ilustración 3 Proceso de mezcla Pentano+Poliol114.
114 Tomada de : Weber, U y Nicola,W. Improved Hydrocarbon Blown Foams for North America.
Polyurethane 1995, Septiembre 26-29. Pag 157.
IQ-2007-I-17
73
En esta figura se observa como la línea de poliol requiere de menos dispositivos
para asegurar un procesamiento seguro. Sin embargo para la línea de pentano es
necesario instalar dispositivos para controlar la velocidad del flujo, válvulas
neumáticas y válvulas de alivio en caso tal de que se presente una sobre presión
en la línea. En la Ilustración 3 este proceso de adición de pentano+poliol
corresponde al “Pentablend”.
2.3.3 Cabezas de inyección.
Estas cabezas tienen las mismas dimensiones de los sistemas libres de freón, y
se encuentran conectadas a las maquinas de medición de alta presión de forma
sencilla. Sin embargo estas deben estar conectadas a tierra y previstas con un
sensor de gas por seguridad.
Para una seguridad adicional Impianti OMS, tienen cabezas especiales de
inyección, las cuales automáticamente adiciona el nitrógeno al molde antes de la
inyección. Esto se realiza con el fin de evitar explosiones del gas de reacción
dentro del molde debido a chispas creadas por corrientes electrostáticas. En la
Ilustración 4 se observa el proceso de mezcla para la formación de la espuma.
IQ-2007-I-17
74
Ilustración 4 Máquina de alta presión: Formación de la espuma
2.3.4 Inyección en el molde.
Si el sistema es protegido de situaciones potencialmente riesgosas que puedan
ocasionar una explosión, los pentanos pueden ser manipulados de forma segura.
Por esta razón las prensas de soporte del molde deben estar equipadas con
sistemas de extracción y sensores de gas ya que es importante evadir cualquier
posibilidad remota de explosión eliminando la fuga de vapores potencialmente
explosivos donde sea posible y en los puntos donde no se pueda evitar la
acumulación de estos vapores, estos deben ser removidos115.
115 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162.
IQ-2007-I-17
75
El limite inferior de explosividad del pentano, el cual indica la concentración mas
baja de los vapores en el aire a la cual la mezcla gaseosa puede explotar si es
estimulada es del 1.4%. Lo cual indica que la ventilación normal empleada en el
área de espumado es suficiente para minimizar el riesgo de una explosión debido
a que el toluen diisocianato maneja un limite inferior de 0.9%. Sin embargo debido
a su punto de inflamación por encima a los 37.8ºC es un liquido menos volátil que
el pentano y sus isómeros siendo menos probable que se evapore con facilidad a
menos que sea expuesto a fuentes de calor.
Además los vapores del pentano son más pesados. Por ende es importante evitar
las concentraciones locales de de los vapores en zonas del laboratorio alrededor
del área de espumado donde los vapores pesados de pentano tienden a
acumularse. Lo más importante es evitar todas las condiciones que pueden llegar
a producir una mezcla explosiva del aire con los vapores de pentano. Esto se
asegura con una ventilación eficiente, conectando a tierra todos los componentes,
supervisando las fuentes de chispas y llamas y reduciendo el volumen de los
tanques que contienen pentano. La norma API 500 RP define como ventilación
adecuada para líquidos inflamables con vapores mas pesados que el aire, si el
arreglo ventila todas las áreas en particular las del suelo donde los vapores
inflamables se pueden concentrar. Para áreas encerradas como cuartos, edificios
o espacios, el flujo volumétrico debe ser al menos de 0.028m3/(min*pie2) y por lo
menos 6 veces debe ser reemplazado el aire presente en el volumen encerrado en
una hora. En el nuevo laboratorio se encuentran dos puntos localizados para la
extracción de aire para la maquina pentanizadora para suplir estas necesidades
realizando 25 renovaciones por hora de todo el volumen de aire del laboratorio.
Sin embargo el flujo volumétrico de aire en las trompas de elefantes es de
340m3/h y Cannon recomienda flujos de extracción local de 2000m3/h en la
maquina y 1000m3/h cerca de la cabeza inyectora y/o el molde y en situaciones de
emergencia doblar estas velocidades. Lo cual no es factible con el sistema de
IQ-2007-I-17
76
extracción local del laboratorio de espumas del “Mario Laserna” ya que el sistema
de ventilación trabaja a una velocidad constante por tanto no puede ser doblada.
Se recomienda tener cuidado particularmente en el área de mezclado, inyección y
curado ya que se presentan emisiones regulares de pentano que se pueden
acumular y volverse peligrosas. Los proveedores de materias primas, especifican
que la cantidad máxima emitida es del 3 % en exceso de la cantidad presente en
el poliol116. En el molde se debe tener mayor cuidado por la gravedad específica
del pentano, la cual es 2.4 veces la del aire117, moviéndose los vapores emitidos
hacia el piso mientras se forma la espuma. Debido a la temperatura de reacción
estos vapores permanecen volátiles por un tiempo. Pero al enfriarse la
acumulación de este gas puede continuar por semanas en los rincones de la
planta, siendo el riesgo más peligroso.
2.4 Riesgos y Prevenciones.
2.4.1 Prevención de las cargas electrostáticas118:
Los componentes eléctricos en las áreas más riesgosas deben ser a prueba de
explosión. Esto se logra utilizando compuestos seguros como interruptores en vez
de microconmutadores, controles neumáticos en vez de selenoides y empleando
corrientes y voltajes bajos. Además los paneles y cabinas de control deben ser
ubicados alejados de puntos potenciales donde puede haber fugas, que son
aquellos donde el pentano esta presente.
Los gabinetes a espumar son centros potenciales de peligro, durante la etapa de
llenado cargas electrostáticas pueden ser generadas. Antes de la inyección se 116 Ibid., pag 158-162. 117 Ibid., pag 158-162. 118 NFPA 77: Recommended Practice on Static Electricity, 1998 Edition.
IQ-2007-I-17
77
recomienda que estas se limpien previamente con nitrógeno. Las herramientas
para llevar esto a cabo son: ventilación artificial y control instrumental de la
atmósfera, con el fin de reducir la zona de riesgo y eliminarla finalmente.
2.4.2 Ventilación artificial119:
El flujo continuo de aire debe ser revisado en la entrada con un sistema de
alarmas. En lo que respecta al control instrumental de la atmósfera este se elabora
mediante sensores de gas para la eliminación y control de zonas riesgosas. Por
tanto se recomienda:
Controlar la atmósfera de manera continua y automática. Si el control es
intermitente, controlar con intervalos de tiempo no mayores a los 15 minutos. En
caso tal de que la concentración de los vapores alcance un valor del 10 % del
límite inferior de inflamabilidad cada sensor debe enviar una señal de advertencia
que sea notable (sonora y visible).
En caso tal de alcanzar el 40% del valor del límite inferior de inflamabilidad, cada
sensor debe automáticamente retirar la energía de todos los instrumentos
eléctricos que son convenientes para operar en la zona riesgosa determinada.
Fallas en el sistema de control, incluyendo falta de potencia deben ser indicados
por una alarma óptica en una ubicación donde sea accesible a la vista.
119 Taverna,M y Corradi,R.Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane Blown Foams. 35th
Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162 y Mariani,V and
Allgaier,J. Use of Pentane-Blown in Rigid Foam and Integral Skin Production Plants. 35th Annual
Polyurethane Technical /Marketing Conference October 9-12,1994.Pp158-162.
IQ-2007-I-17
78
2.5 Estado del laboratorio: requisitos de las normas.
Para realizar el análisis de la maquina y evaluar el estado de las instalaciones de
laboratorio, es necesario conocer las normas relacionadas con la manipulación y
manejo de sustancias inflamables como los hidrocarburos empleados como
agente soplante.
Estudiando las normas estándares, las distintas medidas preventivas que se
deben adoptar para la adecuación del laboratorio al manipular líquidos inflamables
e instalar la maquina pentanizadora se conocen. Por tanto Normas como la NFPA
77: Prevención de cargas estáticas, NFPA30: Guía de líquidos combustibles e
inflamables y NFPA 70: Código eléctrico nacional, deben ser revisadas. Para el
análisis What if? también es importante tener conocimiento de varias normas ya
que acciones a seguir en caso de derrame, fuga u otras emergencias son
recomendadas según el tipo de sustancia manipulada en códigos estándares
sobre sustancias peligrosas. Para esta última etapa del trabajo guías como el
Manual de protección contra incendios para materiales peligrosos son de utilidad,
ya que en este se recopilan Normas NFPA como la NFPA 48: Datos de químicos
peligrosos, NFPA 325: Propiedades peligrosas de líquidos inflamables y
NFPA704: Identificación de riesgos para respuestas de emergencia.
2.5.1 Código NFPA 77: Prevención de cargas estáticas120.
Una de las causas de generación de cargas electrostática mas considerable se
originan debido al flujo de sustancias a través de tuberías de conducción debido al
contacto continuo del liquido con las paredes del tubo y durante el llenado de
recipientes. Para evitar la acumulación de cargas electrostáticas se puede reducir
la generación de electricidad estática, evitar su acumulación (disipando las cargas
120 NFPA 77: Recommended Practice on Static Electricity, 1998 Edition.
IQ-2007-I-17
79
con conexiones a tierra), evitar la formación de atmósferas inflamables y en caso
tal de que esto suceda evitar que la concentración de estos vapores en la
atmósfera se encuentre dentro del rango de flamabilidad.
Las cargas estáticas se generan con a salpicadura y la turbulencia, ya que la
caída libre de los líquidos incrementa significativamente la generación de estas, lo
cual se evita introduciendo la fuente de llenado (tubería, manguera) hasta el fondo
del tanque.
Para la disipación de estas cargas los electrones en el material conductivo son
dirigidos o alejados de la región de mayor proximidad a la superficie cargada
dependiendo de la naturaleza de la carga en esa superficie. Si el material
conductor es conectado a tierra o a un tercer objeto, electrones adicionales
pueden pasar a tierra o al objeto.
Si el contacto se rompe y el material conductivo y la superficie cargada son
separados, la carga en los objetos aislados conductivos cambia. Esta carga neta
transferida se conoce como carga inducida. La separación de cargas eléctricas
por si mismas no es un riesgo potencial de incendio o explosión. Debe haber una
descarga o una recombinación de las cargas separadas para que generen un
riesgo de ignición.
A medida que las cargas eléctricas se acumulan por separación, se dará un
incremento en las fuerzas eléctricas tratando de restaurar una condición neutral,
reuniendo esas cargas en la forma de una descarga eléctrica estática. Muchos
tipos de descarga pueden suceder pero para que estas sean una fuente de
ignición las siguientes cuatro condiciones deben presentarse:
(1) Un medio efectivo de separación de cargas debe estar presente.
(2) Un medio de acumulación de las cargas separadas manteniendo una
diferencia de potencial eléctrico debe estar disponible.
(3)Una descarga de electricidad estática con energía suficiente debe ocurrir.
(4) La descarga debe suceder donde este presente una mezcla inflamable.
IQ-2007-I-17
80
Chispas de objetos conductores que no son descargados, incluyendo el cuerpo
humano, son responsables de la mayoría de los incendios y explosiones por
electricidad estática. Para que estas descargas causen la ignición de las mezclas
inflamables es necesario que la energía que liberan sea equivalente al mínimo de
la energía necesaria para inflamar la mezcla.
La mayoría de los gases de hidrocarburos saturados requieren de 0.25 mJ de
energía para que la chispa cause la ignición de la mezcla con aire. Para evaluar el
riesgo de las cargas estáticas es necesario identificar las partes donde estas
pueden acumularse y separarse, y determinar los peligros de ignición en estos
puntos.
En nuestro caso debido a que el proceso involucra flujo de material, agitación,
interacción con personal, filtración, colocaciones y burbujeo, y una mezcla vapor-
aire inflamable esta presente, se enlazan y conectan todos los equipos a tierra.
Además cualquier sólido, líquido o gas combustible son considerados
potencialmente riesgosos en presencia de electricidad estática. Los riesgos de
ignición debido a la electricidad estática pueden ser controlados removiendo la
mezcla inflamable del área donde la electricidad estática puede causar una
descarga capaz de encender la mezcla, reduciendo la generación de carga, la
acumulación de cargas, modificando los productos o neutralizando las cargas. La
conexión a tierra de conductores aislados y la ionización son los métodos
primarios para neutralizar cargas.
Las mezclas inflamables se pueden controlar mediante ventilación, con una
atmósfera inerte o reubicando a un lugar mas seguro el equipo. También de puede
emplear una deficiencia en el ambiente de oxigeno con una atmósfera inerte para
volver la mezcla no inflamable. Cuando las operaciones son realizadas en
atmósferas por encima del límite inferior de explosividad, es práctico adicionar la
atmósfera inerte durante los periodos donde se traspasa el límite inferior de
explosividad. Los conductores a tierra pueden estar aislados. Aunque se
recomienda que no estén aislados ya que es mas fácil detectar defectos en estos.
IQ-2007-I-17
81
• Control de la carga estática en el personal.
El cuerpo humano es conductor eléctrico, y puede acumular cargas estáticas si es
aislado de la tierra. Esta carga puede ser generada por contacto, por inducción, o
al participar en operaciones de manufactura. Por tanto es necesario prevenir la
acumulación de cargas en el cuerpo humano ya que donde existan mezclas
inflamables de vapor con aire el cuerpo humano es una fuente potencial de
ignición. En la maquina pentanizadora debido a que la estación de premezclado se
encuentra encapsulada, en esta área no se corre peligro alguno. Sin embargo en
el área de inyección y curado debido a que se pede tener contacto con los equipos
de inyección y molde se debe tener cuidado.
Para prevenir esto es necesario un piso y zapatos conductores, dispositivos de
conexión a tierra para el personal y emplear ropa antiestática o conductiva. La
separación de cargas ocurre cuando el líquido fluye a través de tuberías,
mangueras o filtros, cuando el líquido salpica durante operaciones de
transferencia o cuando estos son agitados. A mayor área interfacial entre el líquido
y las superficies y mayor velocidad de flujo, la rata de generación de cargas es
mayor.
Las mediciones/calibraciones solo deben ser realizadas con sistemas automáticos.
Estos pueden ser empleados de forma segura en los tanques donde los
dispositivos flotantes se encuentren conectados al tanque eléctricamente, por
medio de plomo conductor en cinta o alambres conductores. Los flotadores no
enlazados son promotores de chispas por tanto es necesario realizar inspecciones
continuamente verificando la conexión adecuada de estos con el tanque.
Excepto para pocas ocasiones los contenedores plásticos no deben ser
empleados con líquidos inflamables. Líquidos conductivos como los alcoholes
pueden cargarse inductivamente por un contenedor plásticos cargados y originar
chispas. Además el recipiente puede contener una atmósfera inflamable.
IQ-2007-I-17
82
Los riesgos de ignición son incrementados cuando hay una atmósfera de ignición
presente fuera del recipiente. Puede generar un gran incendio u explosión. En este
caso un recipiente metálico conectado a tierra o un recipiente de vidrio en una
jaula de muestra pueden ser usadas en estos casos. Los contenedores plásticos
no conductivos deben ser evitados, excepto en áreas bien ventiladas y con
muestras menores a 1 litro.
2.5.2 NFPA 70: Código Eléctrico Nacional121.
El uso indebido de la electricidad o la instalación peligrosa de las fuentes de
energía pueden originar muchas muertes y lesiones al igual que perdidas en
maquinarias e instalaciones.
A continuación se presentaran unas bases para la instalación de equipos
eléctricos en áreas peligrosas. Para esto se emplean códigos reconocidos a nivel
internacional como los NFPA.
En el código nacional eléctrico, NFPA70, definen a los aparatos a prueba de
explosión como un aparato encerrado en una caja que puede resistir la explosión
que pueda presentarse en esta debido a una mezcla inflamable debido a chispas,
llamas, o explosiones dentro de la caja. La caja debe operar a una temperatura
exterior tal que no se propague la ignición a la atmósfera inflamable que la rodee.
Con el fin de asegurar la realización de los aparatos eléctricos acorde a los
sistemas de seguridad, junto con las condiciones de uso y de mantenimiento
adecuado, la instalación y el mantenimiento de estos aparatos se elaboran de
acuerdo a las normas existentes.
Para esto es necesario identificar los posibles gases que pueden presentarse en la
atmósfera con el fin clasificar la mezcla atmosférica en un grupo según sus
características de peligro. Las atmósferas pueden ser clasificadas en Grupo A, B,
121 NFPA 70. Código elétrico nacional.Edición 1999.
IQ-2007-I-17
83
C o D. En nuestro caso la atmósfera de los hidrocarburos como agentes soplantes
se clasifica como atmósfera del Grupo C, por ser una atmósfera que contiene
vapores de ciclopentano.
Existen dos divisiones para las áreas peligrosas según el código NFPA70:
Clase1.División 1 y Clase 1. División 2. Se clasifican como División 1 aquellas
áreas donde bajo condiciones normales de funcionamiento se presenten
concentraciones de los vapores inflamables ya sea de forma continua o
intermitente. Asimismo si las concentraciones peligrosas de los vapores se
presentan frecuentemente debido a reparaciones, mantenimiento, o escapes (8).
También son clasificadas como División 1 aquellas áreas en las cuales las chispas
disruptivas o una falla en el funcionamiento del equipo o proceso ocasionen la
liberación de concentraciones peligrosas de los vapores inflamables y una falla en
un equipo eléctrico.
Generalmente los lugares incluidos en esta clasificación son aquellos donde se
trasladan líquidos inflamables de un recipiente a otro. Los factores que deben ser
tenidos en cuenta al determinar la calificación y extensión de cada área son: La
cantidad que puede escapar en caso de presentarse un accidente y la ventilación
existente.
2.5.3 NFPA 30: Código líquidos combustibles e inflamables122.
Los requerimientos para un almacenamiento adecuado de las sustancias
inflamables dependen de sus características contra el fuego que estas tengas.
Principalmente de su punto de inflamación ya que a partir de este se da la
clasificación de los líquidos inflamables.
122 NFPA 30: Código líquidos combustibles e inflamables. Edición 1987.
IQ-2007-I-17
84
Según el punto de inflamación, los líquidos inflamables (Clase I) se pueden
clasificar como Clase IA, Clase IB o Clase IB. Se consideran líquidos inflamables
aquellos que presentan puntos de inflamación menores a 37.8°C y con una
presión de vapor que no exceda los 2068 mmHG a 37.8°C.
Los líquidos Clase I se pueden subdividir en:
- Clase IA: Se incluyen todos los líquidos con punto de inflamación inferior a
22.8°C y punto de ebullición por debajo de 37.8°C. Dentro de esta clasificación se
encuentran el isopentano y el pentano normal.
- Clase IB: en este grupo se incluyen los liquidos inflamables (punto de
inflamación inferior a 37.8°C) con puntos de ebullición de 37.8°C o mayores. En
este grupo se encuentra incluido el ciclopentano.
- Clase IC: incluye líquidos con punto de inflamación entre 22.8°C y 37.8°C.
En el laboratorio de espuma de poliuretano, sustancias como la resina de poliol y
el isocianato son líquidos combustibles. Los líquidos combustibles son aquellos
con punto de inflamación mayor a 37.8ºC. Estos pueden subdividirse en:
- Clase II: Incluye líquidos combustibles con un punto de inflamación entre los
37.8 y 60ºC.
- Clase IIIA: Incluye los líquidos con punto de inflamación entre 60ºC y 93ºC.
- Clase IIIB: Incluye líquidos combustibles con puntos de inflamación por
encima de os 93ºC (Isocianatos).
Según las normas americanas, los líquidos Clase IIIB como el toluen diisocianato,
no deben ser almacenados en áreas donde se puedan generar derrames o fugas
de líquidos inflamables o líquidos combustibles Clase II o Clase I. Además estos
líquidos deben ser almacenados en el interior de edificios con un sistema de
extinción de fuego automático.
IQ-2007-I-17
85
• Presión recipientes. La presión de operación de los recipientes y tuberías/mangueras no deben
exceder la presión de diseño. Por tanto en los tanques donde son almacenados
líquidos inflamables y tuberías por donde fluyen se instalan válvulas de alivio con
el fin de liberar la presión adicional si se presenta una sobre presión en la línea.
En caso tal de que una válvula de alivio se abra para liberar el exceso de presión
esto no es considerado una situación de emergencia ya que es común que estos
casos se presenten (Ver Ilustración 3).
• Ventilación. La ventilación como se especifica en este código, es para la prevención de
incendios e explosiones. Es considerada adecuada si es suficiente para prevenir la
acumulación de cantidades significantes de mezclas vapor-aire en
concentraciones del 25% del límite inferior de flamabilidad.
• Diseño y construcción de tanques. Los tanques deben ser diseñados y construidos de acuerdo a estándares para el
material de construcción, y debe ser de acero u otro material no combustible
aprobado, con las siguientes excepciones y limitaciones:
El material de construcción debe ser compatible con el líquido almacenado. En
caso de duda sobre las propiedades del líquido almacenado, el proveedor debe
ser consultado.
- El tanque puede tener cualquier forma o tipo consistente con el diseño de
ingeniería de sonido.
- Los tanques metálicos deben ser soldados, clavados, empernados,
calafateados o ser construido combinando estos métodos.
IQ-2007-I-17
86
- Recipiente de presión: A pesar de que teóricamente los hidrocarburos
pueden ser almacenados en recipientes atmosféricos, se recomienda que sean
almacenados en recipientes de presión para minimizar las emisiones de
hidrocarburos. En la maquina pentanizadora se utiliza una atmósfera inerte para
mantener el tanque poliol+pentano a presión.
• Instalación sobre tierra. Los tanques de baja presión y los recipientes de presión deben ser ventilados
adecuadamente para prevenir el desarrollo de presión o vacío, como resultado de
un llenado o vaciado y cambios temperaturas en la atmósfera, de exceder la
presión de diseño del tanque o recipiente. También se debe proteger el sistema en
caso tal que de una descarga en una bomba en el tanque o recipiente
descargando presión, excediendo la presión de diseño del tanque o tubo.
Los tanques y tuberías de presión almacenando líquidos clase I deben estar
equipados con accesorios de ventilación que deben estar cerrados excepto
cuando se ventila a condiciones de presión o vacío.
Las salidas de ventilación en tuberías para tanques de almacenamiento de
líquidos Clase I adyacentes a edificios o vías públicas, deben ser localizados de tal
forma que los vapores sean liberados en un punto seguro afuera del edificio
encima de 12 pies (3.6m) del nivel de la tierra adyacente. Para ayudar a la
dispersión, los vapores deben ser descargados hacia arriba u horizontalmente
lejos de paredes adyacentes. Las salidas de los respiraderos deben ser ubicadas
de tal forma que los vapores inflamables, no sean atrapados por aleros u otras
obstrucciones y deben ser de al menos 1.5m.
IQ-2007-I-17
87
• Aberturas de los tanques distintas a las de ventilación. Cada conexión a un tanque sobre la superficie donde el líquido normalmente
puede fluir debe estar proporcionada con una válvula interna o válvula externa
localizada lo más cerca posible a la coraza del tanque.
Para los líquidos Clase I (pentanos) la tubería de llenado debe ser diseñada e
instalada par minimizar la posibilidad de generación de electricidad estática. La
tubería de llenado debe terminar a 15 cm de la parte baja del tanque de
almacenamiento.
• Tanques en el interior de edificios. Los tanques para el almacenamiento del Iquitos inflamables no deben ser
permitidos al interior de los edificios, excepto si el almacenamiento de líquidos no
es práctico debido a regulaciones gubernamentales, condiciones de temperatura,
o consideraciones de producción, los tanques pueden ser permitidos en el interior
de los edificios si se cumple con la normatividad para el almacenamiento y
manipulación de estas sustancias.
Tanques de almacenamiento dentro de los edificios, solo son permitidos si el
cuarto de almacenamiento se encuentra separado de los demás secciones del
edificio por paredes, techos y pisos con una resistencia contra el fuego de por lo
menos dos horas y se consta de una súper ventilación. Aberturas a otros cuartos o
edificios deben ser proporcionadas con rampas de por lo menos 10cm en altura o
el suelo del área de almacenamiento debe estar por lo menos 10cm por debajo del
suelo de los alrededores.
Como mínimo cada abertura debe estar proporcionada con puerta de incendio que
se cierre por si sola como es descrito en la norma NFPA 80 (Guía para puertas de
incendio y ventanas) o una lista de instalaciones que causen la inhibición tal como
es descrito en las normas NFPA 90A o NFPA 91. Además rociadores contra
IQ-2007-I-17
88
incendios automáticos deben ser diseñados de acuerdo a NFPA 13 (Guía para la
instalación de rociadores).
Todas las conexiones para las operaciones con los tanques para todas las
aberturas del tanque deben ser herméticas. Los tanques par el almacenamiento
de líquidos inflamables o líquidos combustibles clase II dentro de edificios deben
estar proporcionados ya sea de una válvula cerrada normalmente activada y una
válvula de cierre automático activada por el calor. Esto con el fin de que el flujo
pueda ser cortado fácilmente si eventualmente se genera fuego en los alrededores
del tanque.
Los tanques almacenados líquidos Clase I dentro de edificios, deben estar
equipados de dispositivos u otro medio para prevenir sobre flujo en el edificio.
Dispositivos convenientes incluyen válvulas de flote, una válvula actuada por el
peso de los contenidos del tanque, una bomba de cabeza baja que no produzca
sobreflujo entre otras alternativas.
• Tanques portátiles.
Cada tanque portátil debe tener uno o mas dispositivos instalados en la tapa con
ventilación de emergencia suficiente, para limitar la presión interna bajo
condiciones de exposición al fuego a 68.9kPa o al 30% de la presión para que el
tanque estalle. Los líquidos Clase I a y Clase IB deben ser almacenados en
contenedores de vidrio de capacidad no mayores a un galón, si la pureza
requerida del liquido es afectada por contendores metálicos, o si el líquido
ocasiona corrosión excesiva en el contenedor de metal. En la tabla 1 se observan
los tamaños manimos de acuerdo a la norma NFPA 30 de los contenedores:
IQ-2007-I-17
89
Tabla 18. Tamaño máximo de los contenedores.
• Extracción de aire.
El aire de extracción debe ser tomado de un punto cercano a una pared en un lado
del cuarto, con una o mas entradas de aire localizadas en el lado opuesto del
cuarto. La ubicación de las aberturas de la extracción y entrada de aire deben ser
ordenadas de tal forma que se puedan generar donde sea posible movimientos
del aire a través de todas las porciones del suelo para prevenir la acumulación de
vapores inflamables.
La extracción del cuarto debe ir directamente al exterior del edificio sin
recirculación alguna. El empleo de recirculaciones solo se puede llevar a cabo en
caso tal de que este sea monitoreado continuamente empleando una alarma
automática, que se activa cuando deteniendo la recirculación la mezcla vapor aire
alcanza una concentración de una cuarta parte el limite inferior de explosividad.
Áreas que manejen líquidos inflamables por encima de su punto de inflamación
deben ser ventiladas a una rata mínima 0.3m3/m2min. Los sistemas de ventilación
no deben estar a más de 1.5m desde el equipo que libera líquidos inflamables al
aire.
IQ-2007-I-17
90
2.6 Normas internacionales.
Deacuerdo a la clasificación del as zonas peligrosas y la ubicación de la fuente de
peligro, se puede emplear el criterio dado por la Industria del Petróleo en las
normas API-RP 500 donde se dan las distancias para obtener una ventilación
adecuada.
Asimismo como existen normas par ala clasificación de áreas riesgosas, también
se encuentran otras normas asociadas a la manipulación de los hidrocarburos
como agentes soplantes. En Europa, se encuentran las normas UNE de las cuales
para líquidos inflamables encontramos las siguientes normas:
UNE109100:1990 IN: Control de la electricidad estática en atmósferas inflamables.
Procedimientos prácticos de operación. Carga y descarga de vehículo-cisterna,
contenedores-cisterna y vagones-cisterna.
UNE 109101-1:1995 IN: Control de la electricidad estática en el llenado y vaciado
de recipientes. Parte 1: recipientes móviles para líquidos inflamables.
UNE 109110:1990: Control de la electricidad estática en atmósferas inflamables.
Definiciones.
UNE 202003-20:2003 IN: Material eléctrico para atmósferas de gas explosivas.
Parte 20: Datos de gases y vapores inflamables en relación con el uso de material
eléctrico.
UNE-EN 12285-1:2: Tanques de acero fabricados en taller. Parte 1: Tanques
horizontales cilíndricos, de pared simple o de pared doble, para el almacenamiento
enterrado de líquidos inflamables y no inflamables contaminantes del agua.
UNE-EN 12285-2:2005 : Tanques de acero fabricados en taller. Parte 2: Tanques
horizontales cilíndricos, de pared simple o de pared doble, para el almacenamiento
por encima del suelo de líquidos inflamables y no inflamables contaminantes del
agua.
UNE-EN 14470-1:2005: Armarios de seguridad contra incendios - Parte 1:
Armarios de seguridad para líquidos inflamables
IQ-2007-I-17
91
UNE-EN 61779-1/A11:2004: Aparatos eléctricos para la detección y medida de
los gases inflamables. Parte 1: Requisitos generales y métodos de ensayo.
UNE-EN 61779-4:2002: Aparatos eléctricos para la detección y medida de gases
inflamables. Parte 4: Requisitos de funcionamiento para los aparatos del Grupo II,
pudiendo indicar una fracción volumétrica de hasta el 100% del límite inferior de
explosividad.
UNE-EN 61779-5:2002: Aparatos eléctricos para la detección y medida de gases
inflamables. Parte 5: Requisitos de funcionamiento para los aparatos del Grupo II,
pudiendo indicar una fracción volumétrica de hasta el 100% de gas.
CEI 61779-1:2000:Aparatos eléctricos para la detección y medición de los gases
inflamables. Parte 1: Requisitos generales y métodos de ensayo.
UNE 92120-1/1M: 2003: Productos de aislamiento térmico para construcción.
Espuma rígida de poliuretano producida in situ por proyección. Parte 1:
Especificaciones para los sistemas de poliuretano antes de la instalación.
UNE 92120-1:1998: Productos de aislamiento térmico para construcción. Espuma
rígida de poliuretano producida in situ por proyección. Parte 1: Especificaciones
para los sistemas de poliuretano antes de la instalación.
UNE 92120-2/2M:2003: Productos de aislamiento térmico para construcción.
Espuma rígida de poliuretano producida in situ. Parte 2: Especificaciones para el
producto instalado.
En Estados Unidos debido a que los hidrocarburos son líquidos inflamables las
normas NFPA aplican para la regulación estándar de estas sustancias. En
especial la norma 30 para líquidos inflamables.
En las instalaciones de la universidad se encuentras diferentes normas de la
NFPA, la cual es una fuente reconocida a nivel internacional:
NFPA921: Guía para investigaciones en explosiones e incendios. Edición 2004
NFPA101: Código de seguridad para la vida (prevención de incendios).
IQ-2007-I-17
92
NFPA 5000: Código de seguridad para la construcción de edificios (para
construcciones a prueba de incendios).Esta norma se encuentra desactualizada.
NFPA 704: Sistema estándar para la identificación de sustancias peligrosas en
emergencias.
NFPA 75: Estándares para la protección de computadores y equipos que procesan
datos (seguridad en computadores). Esta norma se encuentra desactualizada.
Norma 30 NFPA. Código de líquidos inflamables y combustibles.
Enciclopedia NFPA del código eléctrico (maquinaria eléctrica). Segunda edición.
Para los tanques de almacenamiento de crudo existen otras normas que son las
API, donde se encuentran normas técnicas para la construcción de estos tanques.
En las instalaciones de la universidad encontramos dos de estas normas mas sin
embargo ambas se encuentran desactualizadas. Estas normas son:
- Design and construction of large, welded, low-pressure storage tanks, API
standard 620
-Welded steel tanks for oil storage, API standard 650 / American Petroleum
Institute, Strategies for Today's Environmental Partnership
Por la NFPA existen otras normas relacionadas a los riesgos de los líquidos
inflamables tales como:
NFPA45: Estándar para la protección de incendios en laboratorios usando
químicos.
NFPA 68: Guía para el venteo de deflagraciones.
NFPA69: Estándares de sistemas de prevención en explosiones.
NFPA72: Código nacional de alarmas contra incendios.
NFPA 92A: Guía para sistemas de control de humo utilizando barreras y
diferencias de presión.
IQ-2007-I-17
93
NFPA312: Estándar para la protección contra incendios de recipientes durante su
construcción y reparación.
NFPA329: Practicas recomendadas para el manejo de escapes de líquidos y
gases inflamables y combustibles.
NFPA 385: Estándar para vehículos de tanques para líquidos combustibles e
inflamables.
NFPA 471: Prácticas recomendadas para responder a incidentes con materiales
peligrosos.
2.7 Alternativas con los equipos123.
Distintas opciones pueden ser tomadas en cuenta a la hora de querer implementar
una tecnología para la formación de espumas con hidrocarburos como agentes
soplantes. Entre estas encontramos el almacenamiento del pentano, la unidad de
premezcla donde se prepara la mezcla entre el poliol y el hidrocarburo, la cual se
encuentra acompañada de un control eléctrico y caja de ventilación segura.
También existen unidades especiales para el lado del poliol, el cual puede ser
instalado a una maquina de formación de espuma ya existente. Esta unidad
incluye un tanque con un agitador operado con acopladores magnéticos con el fin
de evitar fugas a través del eje del agitador. Además se debe incluir el sistema de
alta presión donde se encuentra el poliol con el hidrocarburo.
Entre las nuevas instalaciones, encontramos maquinas donde la configuración
empleada utiliza la caja de ventilación lo mas grande posible para de esta forma
poder contener todos los componentes potencialmente peligrosos como el tanque
123 Taverna, Max; Corradi, Piero y Biondich, B. Processing Solutions for Pentane-Blown Polyurethane
Foams in the Refrigeration Sector: A Technical Market Update. Polyurethane 1995, September 26-29.
Pp484-489.
IQ-2007-I-17
94
de poliol formulado, y la unidad de encuentro de alta presión. Esta es la
configuración preferida por los clientes, ya que de esta forma el número de
detectores de gas puede ser reducido, la ventilación es optimizada y las
instalaciones eléctricas se ven simplificadas.
Por tanto existen a la larga dos posibilidades: la primera es modificar una planta ya
existente y la otra es tener una maquina totalmente nueva. Sin embargo mayores
limitaciones son encontradas que consiguiendo una maquina nueva. Las
modificaciones realizadas en las instalaciones no deben interferir con la
producción que se esta llevando a cabo. A pesar de que los costos de las
instalaciones sean menores que la compra de una nueva planta, pero los ahorros
pueden ser desperdiciados con aproximaciones erróneas en las estimaciones,
ingeniería, la fabricaron de las partes, instalación y arranque de la maquina.
Una nueva maquina representa mayor flexibilidad y capacidad sin ocupar mayor
espacio y la presencia de elementos eléctricos se limita a los estrictamente
necesarios. Los motores y paneles de control instalados son separados por
paredes a prueba de incendios. Este tipo de implementación, es adecuado ya que
se mejora la seguridad, se permiten operaciones de mantenimiento en la parte
eléctrica sin necesidad de interrumpir el ciclo de mezcla.
A lo que respecta a la purga de los gabinetes con nitrógeno son usadas por
productores de gran escala ya que las cantidades de vapor son mayores y por
tanto potencialmente mas peligrosas, sin embargo a cantidades de producción de
pequeña escala sigue siendo un tema debatible su uso.
En la estación de premezclado las materias primas como el poliol y el isocianato
son mezclados. Esta estación de premezclado es un cubículo encerrado entre
puertas transparentes. Esta estación incluye los siguientes módulos: sistema de
bombas de medición del hidrocarburo empleado, sistemas de bomba de medición
del poliol, mezclador estático y una unidad para prueba del pentano usando una
válvula de tres vías que descarga en un cilindro de gas.
IQ-2007-I-17
95
Cuando el modo de operación no es continuo una maquina contenedora de la
mezcla de poliol y pentano es adicionada. Esta maquina consta de un contenedor
con la mezcla poliol/pentano y un filtro para la mezcla. Las medidas primarias de
seguridad se llevan a cabo con un sistema de extracción, un contenedor de inertes
(nitrógeno), que este sea resistente a altas presiones (por encima de los 10 bar)
siendo este seguro al ser resistente a la presión de posibles explosiones y un
monitor de gas que indica las cantidades del gas pentano.
IQ-2007-I-17
96
3. MANUAL OPERATIVO DE EMERGENCIAS:ANALISIS DE RIESGOS WHAT IF?
Con el fin de garantizar un nivel de seguridad adecuado a los trabajadores en el
laboratorio de espumas de poliuretano, es necesario prevenir accidentes
controlando las fuentes de riesgo. Sin embargo existe la posibilidad de que se
presente un evento inesperado.
Es necesario conocer las acciones y procedimientos a seguir en casos de
emergencia, cumpliendo con la legislación de seguridad vigente, ofreciendo el
manejo seguro del laboratorio y facilitar medidas de seguridad para la
conservación de la integridad física y la infraestructura.
Por esta razón se realizó un análisis de riesgos en la maquina pentanizadora que
va a estar ubicada en el Laboratorio de Espuma de Poliuretano del Edificio Mario
Laserna. El análisis se elaboró teniendo en cuenta las normas API 500, NFPA 69,
NFPA 77, NFPA70, NFPA 30, NFPA 49, NFPA 325, NFPA 704 y NFPA 921.
Las primeras cinco se relacionan con las medidas preventivas y riegos asociados
a los líquidos inflamables y combustibles dado que el agente soplante es un
hidrocarburo, el cual forma mezclas inflamables con el aire a condiciones
ambientales por su bajo punto de inflamación. Las últimas cuatro recomiendan
procedimientos de seguridad para sustancias inflamables, toxicas, inestables en
situaciones de emergencia como derrames e incendios.
Además de los riesgos asociados a los hidrocarburos, también es importante
manipular adecuadamente las materias primas fundamentales para la formación
de la espuma: la resina de poliol y el isocianato. Estos líquidos usualmente
requieren de un precalentamiento antes de liberar la suficiente cantidad de vapor
para formar una mezcla ignifuga con el aire en condiciones ambientales. Además
el isocianato se caracteriza por ser una sustancia inestable que reacciona con el
agua y se polimeriza a altas temperaturas.
IQ-2007-I-17
97
3.1 What if?
Según el código de seguridad de instalaciones de cuidado de salud, NFPA99, los
procedimientos de emergencias en el laboratorio deben incluir activación de
alarmas, evacuación y parada de emergencia de los equipos.
3.1.1 Tuberías.
¿Qué pasa si hay una ruptura antes de las bombas en las
tuberías/mangueras de pentano ola mezcla pentano/poliol?
Si se llega a detectar una fuga en las tuberías/mangueras de pentano antes de las
bombas se debe:
Desenergizar los equipos de bombas en el tablero de control o accionar parada de
emergencia.
Cerrar la válvula manual ubicada antes de la bomba de la línea del pentano.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar el sitio con cinta de seguridad para prevenir al personal.
Mientras se controla la emergencia se debe prohibir fumar o encender fósforos en
el área de riesgo.
El sistema eléctrico ubicado en la zona de las bombas debe ser desconectado.
IQ-2007-I-17
98
Después de la emergencia se debe realizar la limpieza del área afectada por la
emergencia.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la estación.
¿Qué pasa si hay una ruptura luego de las bombas en las tuberías de
pentano o la mezcla pentano/poliol?
El operador de turno debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual de suministro de pentano, la ubicada
antes de la alimentación del mezclador estático.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Clasificar la fuga.
Los operadores deben prohibir fumar o encender fósforos y demás tipo de llama
abierta.
Después de la emergencia:
Realizar la limpieza del área que estuvo en riesgo por la emergencia.
IQ-2007-I-17
99
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
¿Qué pasa si hay un escape en una tubería/manguera por donde fluye el
pentano o la mezcla pentano/poliol y esta encendida?
Si el incendio esta en estado incipiente este puede controlarse con equipos
portátiles como extintores. En estos casos se debe:
Desenergizar los equipos empleando las paradas de emergencia o activar los
interruptores del tablero de control.
Cerrar las válvulas de alimentación a la zona afectada.
Utilizar los extintores portátiles contra incendios.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Restringir el acceso de personas.
¿Qué pasa si hay un escape en una tubería/manguera por donde fluye el
pentano esta encendida y no puede ser controlada?
Desenergizar los equipos empleando las paradas de emergencia o con los
interruptores del tablero de control.
Cerrar las válvulas a la zona afectada.
IQ-2007-I-17
100
Utilizar los extintores portátiles contra incendios.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Restringir el acceso de personas.
¿Qué pasa si se bloquea un trayecto de tubería/manguera de pentano?
Si se bloquea una tubería/manguera se presenta una sobrepresión en la línea. En
estos casos el operador de turno debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual de suministro de pentano.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Clasificar la fuga.
Después de la emergencia:
Realizar la limpieza del área que estuvo en riesgo por la emergencia.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
IQ-2007-I-17
101
¿Qué pasa si hay retroceso del flujo?
Si se presenta un retroceso este se da para toda la línea. Para prevenir este tipo
de incidentes tanto en la línea de poliol como en la línea de pentano se utilizan
válvulas cheques. En caso tal de que se presente una sobre presión en la línea de
pentano antes de entrar al mezclador estático, al desenergizar los equipos y cerrar
las válvulas manuales de la línea se controla la emergencia. Igual sucede para la
línea de isocianato y poliol ya que se emplean válvulas cheques las cuales no
permiten retrocesos de flujo en la línea.
Emergencias de retroceso inesperadas pueden ocurrir si los cheques fallan y se
encuentre una sobre presión en el sistema. Emergencias graves se presentarían si
alguna de las válvulas cheque en las líneas de entrada del poliol o pentano al
mezclador estático falla. Si la línea de pentano que entra al mezclador se
encuentra a una sobre presión y la válvula cheque que de la línea del pentano falla
se mezclaría el poliol en la línea de pentano. Si este caso se presenta el operador
de turno debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual para la líneas de pentano y poliol
ubicadas antes de las alimentaciones del mezclador estático.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
IQ-2007-I-17
102
Los operadores deben prohibir fumar o encender fósforos y demás tipo de llama
abierta.
Después de la emergencia:
Reunir personal calificado con experiencia en contaminación de líquidos
inflamables con líquidos combustibles.
Realizar la limpieza del área que estuvo en riesgo por la emergencia.
Reparar el daño.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
En caso tal de que la válvula cheque que falla sea la de la línea del pentano y la
entrada de poliol al mezclador se encuentre en sobre presión se sigue el mismo
procedimiento.
¿Qué pasa si la tubería es sometida a incrementos de presión o flujo?
No se presentan riesgos peligrosos siempre y cuando no se sobrepase la presión
de diseño e la tubería y el incremento de velocidad no aumente
considerablemente la generación de cargas estáticas.
¿Qué pasa si la tubería es impactada por el líquido?
Las tuberías por lo general están diseñadas para no verse afectadas por impactos
por parte del líquido ya que en el arranque de una maquina esto suele suceder.
IQ-2007-I-17
103
Sin embargo las salpicaduras generadas por los impactos incrementan la
generación de cargas estáticas aumentando el riesgo potencial que se presente
una fuente de ignición.
¿Qué pasa si los sellos las uniones o los bordes gotean (en las líneas de poliol o poliol+pentano)?
Se debe desenergizar los equipos de en el tablero de control o accionar parada de
emergencia.
Cerrar la válvula manual de alimentación ubicada en la línea del sistema afectada.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar el sitio con cinta de seguridad para prevenir al personal.
Mientras se controla la emergencia se debe prohibir fumar o encender fósforos en
el área de riesgo.
El sistema eléctrico ubicado en la zona de riesgo debe ser desconectado.
Reparar el daño.
Después de la emergencia y reparar el daño se debe realizar la limpieza del área
afectada por la emergencia.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la estación.
IQ-2007-I-17
104
¿Qué pasa si se presenta un incendio incipiente controlable con equipos portátiles como extintores?
Si una fuga de gases inflamables esta encendida el operador debe:
Desenergizar los equipos.
Cerrar la válvula de alimentación de pentano.
Utilizar los extintores y/o mangueras contra incendios.
Llamar al jefe de emergencias
Aislar el sitio con un aviso visible y otro material como cinta de seguridad con el fin
de prevenir al personal presente cerca del área riesgosa. Restringir el acceso de
personal a la zona.
¿Qué pasa si se presenta un incendio de una fuga de gases inflamables que no pueda ser controlada con equipos portátiles de extinción?
El operador debe desenergizar los equipos eléctricos y electrónicos que se
encuentren en la zona riesgosa con el tablero de control o accionando parada de
emergencia.
La válvula que alimenta el pentano al área de premezclado debe ser cerrada.
Utilizar extintores y /o mangueras contra incendios.
Llamar a los bomberos.
IQ-2007-I-17
105
Llamar al Jefe de Emergencias y actualizarlo sobre la emergencia.
Aislar el sitio con un aviso visible y otro material como cinta de seguridad con el fin
de prevenir al personal presente cerca del área riesgosa. Restringir el acceso de
personal a la zona.
¿Qué pasa si se bloquea un trayecto de tubería por ambos lados?
Las válvulas de alivio se deben abrir. Todo trayecto de tubería que pueda
bloquearse debe tener válvulas de alivio. Estas válvulas deben instalarse de tal
forma que si los vapores que salen de estas se incendian las llamas no alcancen
los tanque ni recipientes.
3.1.2 Válvulas de seguridad.
¿Qué pasa si se presenta sobre presión en el sistema?
Las válvulas de alivio protege al sistema de sobre presiones accidentales que
puedan ocurrir. En caso tal, que se presente esta emergencia el operador debe:
Desenergizar los equipos hidráulicos y de bombeo activando la parada de
emergencia o con el tablero de control.
Cerrar la válvula manual de alimentación al punto donde se presente la sobre
presión.
Identificar e informar las condiciones encontradas al Jefe de emergencias.
IQ-2007-I-17
106
Llamar al cuerpo de bomberos.
Aislar la zona afectada con cinta de seguridad y restringir el acceso de personas al
sitio.
¿Qué pasa si las válvulas fallan mecánicamente?
Si las válvulas fallan se puede presentar fugas, se puede filtrar el fluido y/o se
puede perder presión en el sistema.
Si llega a fallar alguna de las válvulas neumáticas de control automático se debe
controlar el sistema a través de las válvulas manuales, mientras estas se habilitan
nuevamente. En caso tal de que se este filtrando el fluido a través de las válvulas
neumáticas estas válvulas deben ser reemplazadas y se debe tratar la emergencia
según el procedimiento relacionado con roturas de tuberías.
¿Qué pasa si el actuador de las válvulas falla?
El operador debe cerrar la válvula manualmente y arreglar el daño. Se recomienda
tener un tanque de reserva de emergencia con capacidad para operar las válvulas
con actuadores que emplean gas, aire o presión.
¿Qué pasa si la válvula de salida de pentano no opera de manera adecuada?
Para el pentano se tiene un by-pass que permite una vía alterna a la de la bomba
hidráulica en caso tal de que la línea de pentano este presurizada o la bomba falle.
En caso tal que después de la reducción variable previa a la válvula de tres vías
se encuentre un incremento en la presión, se redirecciona el flujo a través de una
línea de alivio que termina a un tanque de exceso.
IQ-2007-I-17
107
Para el poliol se tiene una válvula de tres vías antes de entrar al mezclador
estático, siendo posible manipular la fracción de liquido que se recircula.
¿Qué pasa si la válvula de cheque que va al tanque de exceso falla?
Se puede entrar aire al sistema si el cheque falla, o causar una sobre presión en el
sistema si no se abre. En el primer caso la válvula debe ser cerrada manualmente
y arreglar el daño. En caso contrario se debe seguir el procedimiento de sobre
presión en tuberías y cerrar las válvulas manuales de la línea del pentano hasta
arreglar el daño.
¿Qué pasa si falla la válvula cheque de alimentación del pentano o poliol al
mezclador estático?
Se corre el riesgo de que la línea que tenga más presión genere un contraflujo en
la línea de menos presión.
¿Qué pasa si falla alguna de las válvulas cheque de la línea del pentano,
poliol, poliol/pentano o isocianato falla?
Se puede presentar retroceso de flujo si el cheque falla. Las válvulas de
alimentación de la línea respectiva deben ser cerradas y el operador debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual para la línea respectiva.
IQ-2007-I-17
108
Llamar al jefe de emergencias.
Después de la emergencia:
Reparar el daño.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
¿Qué pasa si los controles neumáticos o eléctricos de la válvula fallan?
Cuando los controles neumáticos o eléctricos fallan se debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Llamar al jefe de emergencias.
Reparar el daño.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
¿Qué pasa si la válvula es sometida a incrementos de presión o flujo?
Debido a que la válvula consta de un rango de operación específico es posible que
comience a gotear en las uniones donde se encuentran los sellos líquidos.
Además en caso tal de que no se halla hecho un mantenimiento regular o
adecuado a las válvulas estas pueden gotear a través del actuador. En tal caso se
debe seguir el procedimiento para fugas.
IQ-2007-I-17
109
¿Qué pasa si la válvula es golpeada por el líquido?
Por lo general estas válvulas están diseñadas para no verse afectadas
significativamente por impactos del líquido.
¿Qué pasa si la válvula es impactada externamente?
Las chispas de fricción se dan como resultado del impacto entre dos superficies
duras y al menos una de estas es metálica. Por tanto debido al impacto la
partícula es calentada por le calor generado por la fricción. El peligro efectivo de
las chispas mecánicas es limitante ya que por lo general son pequeñas y su
contenido calorífico es bajo. Sin embargo se recomienda emplear maquinas de
afilar u otras fuentes de chispas mecánicas donde se puede acumular vapores
inflamables.
También se puede desajustar la válvula y causar filtraciones si no se la hecho el
mantenimiento adecuado. Con respecto a la fricción, según investigaciones
realizadas por API las chispas generadas debido a la fricción entre dos objetos
metálicos tienen una energía de ignición tan pequeña que no presenta riesgos de
incendio.
¿Qué pasa si la válvula es impactada internamente por contaminantes?
Puede rayar la estructura interior y ese contaminante puede alojarse entre las
cavidades móviles de la válvula.
¿Qué pasa si no son resistentes al fuego?
IQ-2007-I-17
110
Si los acoples u uniones no tienen características retardantes, estas ceden o fallan
rápidamente y expone el interior de las tuberías al fuego, sin dar oportunidad a
una parada de emergencia.
3.1.3 Isocianato.
¿Qué pasa si una nube de vapor combustible se enciende?
El incendio procede de forma rápida y se produce un incremento en la presión
considerable. Los contenedores pueden estallar violentamente cuando son
calentados.
En estos casos el operador debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual de suministro de isocianato
Arrastar los equipos que puedan verse afectados..
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Los operadores deben prohibir fumar o encender fósforos y demás tipo de llama
abierta.
Después de la emergencia:
IQ-2007-I-17
111
Realizar la limpieza del área que estuvo en riesgo por la emergencia.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la maquina.
¿Qué pasa si hay un derrame de isocianato?
Se debe evitar cualquier contacto con el isocianato derramado. Todo el personal
de emergencia en el área debe vestir la ropa apropiada de protección. Los paso a
seguir en este caso son:
Detener la fuente de fuga el derrame si no hay un riesgo significativo. Aislar el
área afectada hasta que el derrame se encuentre totalmente controlado.
Absorber el material derramado con material absorbente inerte no combustible. El
absorbente contaminado debe ser puesto en el contenedor de desechos
respectivo.
Mantener todas las fuentes de ignición lejos del derrame.
No se debe emplear agua para dispersar los vapores ya que el isocianato
reacciona violentamente con esta.
No se debe permitir que entre agua a los contenedores del material.
Se deben eliminar fuentes de ignición
Detener la fuente de fuga el derrame si no hay riesgo.
IQ-2007-I-17
112
Proteger personal
¿Qué pasa si se debe combatir un incendio?
Los contenedores deben ser enfriados con agua en caso de que estén expuestos
a un incendio con mangueras. Se debe tomar acción lo más rápido posible y
empezar en las porciones que no se encuentran mojadas.
El agua no debe ser empleada para combatir fuegos de este producto químico ya
que este reacciona violentamente con el agua y se puede generar una explosión
liberando gases tóxicos de forma rápida.
Si es posible detener la fuga cerrando las válvulas de flujo manualmente se debe
hacer. Es peligroso combatir un incendio si se sigue escapando el material ya que
se puede formar mezclas explosivas con el aire, las cuales si son encendidas
causan mayores pérdidas.
¿Qué pasa si el personal debe responder a la emergencia?
El personal debe usar aparatos respiratorios personales de presión positiva y ropa
especial de protección para evitar el contacto con los vapores y el líquido. Estos
incendios se deben combatir desde una distancia segura.
3.1.4 Factores externos/Mantenimiento.
¿Qué pasa si la fuente de aire es cortada?
Se debe hacer una parada de emergencia y cerrar todas las válvulas manuales.
IQ-2007-I-17
113
Notificar al jefe de emergencias sobre el daño.
Reparar el daño.
Reestablecer el funcionamiento de la maquina si el jefe de emergencias lo
autoriza.
¿Qué pasa si se presenta una falla en la potencia-energía eléctrica?
No es posible llevar a cabo el proceso porque todas las bombas y demás equipos
funcionan con energía. Se queda sin control el sistema y toca hacer una parada de
emergencia.
¿Qué pasa si no se hace mantenimiento a los dispositivos de detección e
instrumentos de proceso que actúan automáticamente en el sistema de parada de emergencia?
Los equipos e instrumentos del sistema de parada de emergencia deben ser
sencillos y seguros. Es necesario tener un programa de mantenimiento de estos
equipos muy eficiente .Todo el sistema debe inspeccionarse regularmente
probando su funcionamiento.
3.1.5 Bombas/Motores.
Si existen fallas en las bombas y/o motores se debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
IQ-2007-I-17
114
Llamar al jefe de emergencias.
Reparar el daño.
En caso de fuga se sigue el procedimiento seguido para derrames de tuberías.
¿Qué pasa si la bomba falla cuando se demanda que comience o pare?
Si la bomba no para toca desenergizar el equipo directamente. En caso de que no
arranque no se puede llevar a cabo el proceso ya que el flujo no se mueve porque
no se crea diferencial de presión.
¿Qué pasa si la bomba comienza a operar con la válvula de descarga
cerrada?
Sobre presión en la bomba, lo cual daña los empaques y fatiga el material.
¿Qué pasa si la tubería de entrada esta bloqueada?
Se genera un vacío
¿Qué pasa si la válvula de alivio de la bomba falla abierta o cerrada?
Si esta cerrada no se alivia el fluido; si esta abierta se pierde presión.
¿Qué pasa si la bomba pierde succión o tiene muy bajo NPSH?
No se esta presurizando lo que demanda el proceso.
IQ-2007-I-17
115
¿Qué pasa si la bomba cavita o se bloquea por el vapor?
Se recomienda apagar la bomba y solucionar la fuente de vapor debido a las
implosiones internas que se originan debido al vapor presente en la bomba.
¿Qué pasa si la bomba rompe un eje?
Si el eje de la bomba se rompe es porque este se encuentra desalineado o ya
culmino su vida útil. Toca reemplazarlo.
¿Qué pasa si la bomba pierde lubricación?
Si no se hace le mantenimiento adecuado de la bomba y pierde lubricación se
genera fricción, se incrementa la temperatura y se desgasta el material.
¿Qué pasa si se rompen los sellos o empaquetaduras de las bombas?
Si se rompen los sellos de la bomba, se generan escapes de gases que pueden
ocasionar incendios y explosiones. Por tanto se recomienda que tengan doble
sello de tipo metálico.
¿Qué pasa si el motor se sobrecalienta?
El motor no esta disipando suficiente energía y corre el riesgo de fundirse.
¿Qué pasa si un rodamiento de la bomba falla?
El eje del rodamiento comienza a oscilar. Si no se atiende de forma rápida la
emergencia el eje falla con el tiempo.
IQ-2007-I-17
116
¿Qué pasa si el motor da vuelta en la dirección contraria?
El sistema cambia la dirección del flujo.
3.1.6 Procesamiento.
¿Qué pasa si hay presencia de sobre presión en el sistema?
Las válvulas de alivio protegen al sistema de las sobre presiones que puedan
ocurrir. Si se llega a presentar esta emergencia el operador debe:
Los equipos eléctricos y electrónicos que se encuentren en la zona riesgosa se
deben desenergizar en el tablero de control o accionando parada de emergencia.
La válvula que alimenta el pentano al área de premezclado debe ser cerrada.
Notificar al Jefe de Emergencias las condiciones encontradas.
Llamar a los bomberos.
Aislar el sitio con un aviso visible y otro material como cinta de seguridad con el fin
de prevenir al personal presente cerca del área riesgosa. Restringir el acceso de
personal a la zona.
¿Qué pasa si hay emergencias ocasionadas por fugas?
Las fugas deben ser tratadas según el procedimiento relacionado con roturas de
tuberías y sobre presión del sistema.
IQ-2007-I-17
117
Después de la emergencia el jefe de emergencias del laboratorio de espumas
debe informar sobre el estado de los equipos y es quien autoriza el
reestablecimiento del funcionamiento de los equipos.
Dada la orden de reestablecimiento el operador debe limpiar la zona afectada y
dar inicio a la operación.
3.1.7 Electricidad estática:
Este fenómeno describe el origen de chispas a partir de una corriente eléctrica.
En materiales que son conductores como los metales, los electrones se pueden
mover libremente. Debido a que todos los materiales en cualquier estado (sólido,
líquido o gaseoso) están compuestos por un arreglo de átomos, los cuales se
pueden cargar si hay un exceso o deficiencia de electrones.
En materiales aislantes los electrones se encuentran atados fuertemente al núcleo
y no se mueven libremente. La movilidad de los electrones en materiales
semiconductores es más alta que los materiales aislantes y menor a la de los
materiales conductores.
Los sitios donde frecuentemente se genera electricidad estática durante el manejo
de productos son las bombas, flujo, filtros (la aumentan significativamente),
reducciones en el área de las tuberías, accesorios y válvulas, salpicaduras y
chapoteo.
¿Qué pasa si no se puede evitar la acumulación de gases que formen una
mezcla inflamable con el aire?
Evitar que dentro de las áreas consideradas peligrosas, existan llamas o equipo
eléctrico de uso habitual que forme chispas. Además en estas áreas se debe
reducir la generación de electricidad estática y evitar su acumulación disipando a
IQ-2007-I-17
118
tierra las cargas electrostáticas. Para esto generalmente existe un sistema de
tierra al que se conectan los equipos y recipientes que puedan acumular cargas
electrostáticas.
¿Qué pasa si se inducen sobrevoltajes en las cubiertas de los equipos eléctricos?
Verificar la conexión al sistema de tierra.
¿Qué pasa si se acumulan cargas estáticas en áreas potenciales de
ignición?
Si existe la posibilidad de una acumulación de cargas o chispas estáticas con la
suficiente energía para ocasionar un incendio, se debe ventilar el ambiente para
asegurar que los limites de explosividad de la mezcla vapor aire no sean
alcanzados. En las operaciones donde es posible traspasar el límite inferior de
explosividad, es práctico adicionar una atmósfera inerte durante los periodos
donde se traspasa el límite inferior de explosividad.
¿Qué pasa si se generan cargas estáticas?
Si se generan cargas estáticas, estas se pueden controlar reduciendo las
velocidades y ratas de flujo del proceso reduce la generación de cargas estáticas.
Si el material fluye a una rata no muy alta el exceso de cargas típicamente no se
va a acumular.
¿Qué pasa si se acumulan cargas estáticas?
La disipación de las cargas es posible enlazando y conectando a tierra los
distintos equipos metálicos.
IQ-2007-I-17
119
¿Qué pasa si el espacio para los vapores en el tanque de almacenamiento contiene una mezcla inflamable?
Si el tanque se esta alimentando, se debe evadir que en el tanque este salpicando
el líquido. La tubería de llenado debe descargar cerca de los fondos del tanque
con mínima agitación.
¿Qué pasa si se el liquido en el tanque esta turbulento y agitado?
La velocidad de entrada debe limitarse durante el estado inicial del llenado del
tanque para reducir la agitación y turbulencia. La velocidad de entrada del líquido
debe ser incrementada hasta que la tubería de llenado se encuentre sumergida.
¿Qué pasa si se forman fases dispersas?
Si el líquido es no conductor y se forman fases dispersas la velocidad de entrada
debe reducirse durante la operación de llenado.
¿Qué pasa si hay objetos flotando en el líquido?
Los tanques deben ser inspeccionados para verificar que no se encuentren
objetos conductivos no conectados a tierra flotando en la superficie ya que estos
pueden ocasionar chispas.
¿Qué pasa si la línea es soplada con aire u otro gas si el líquido manipulado es inflamable o si se esta operando a temperaturas mayores al punto de
inflamación?
IQ-2007-I-17
120
Al introducir cantidades significativas de aire u otro gas en el tanque a través del
líquido, esto puede generar un peligro debido a la generación de cargas,
formación de una atmósfera inflamable y falta de visibilidad del líquido.
¿Qué pasa si se separa algún dispositivo por debajo de una atmósfera inflamable?
Un sensor de nivel alto, medidor u otro dispositivo conductor es un punto de
descarga de electricidad estática. Estos deben ser enlazados directamente al
fondo del tanque por medio de un cable conductor y ser inspeccionados
continuamente.
¿Qué pasa si la velocidad de mezclado del agitador se incrementa?
Se produce turbulencia y salpicaduras en el líquido generando cargas estáticas. Si
hay una mezcla inflamable por encima de la superficie del líquido, es posible la
ignición. El chapoteo en el líquido se debe minimizar empleando una atmósfera
inerte con el fin de eliminar el riesgo de ignición.
Se debe reducir la velocidad de flujo con el fin de que las cargas estáticas no se
acumulen más rápido que la rata a la que se disipan.
¿Qué pasa si un líquido conductivo y uno no conductivo se mezcla?
El líquido conductivo debe ser adicionado primero si es posible, para que así la
conductividad de la mezcla sea alta durante el proceso de mezclado. Al introducir
dos o más líquidos no conductivos a un tanque de mezclado, el líquido menos
denso debe ser descargado primero para evitar una capa en la superficie con el
IQ-2007-I-17
121
líquido menos pesado y más cargado.
¿Qué pasa si los agitadores no son cubiertos con una profundidad suficiente
en el líquido?
Los agitadores deben estar sumergidos lo suficiente antes de ser operados en el
liquido para minimizar salpicaduras, o deben ser operados a velocidades mas
reducidas hasta que se alcance una profundidad suficiente. En caso tal de que la
acumulación de cargas no pueda ser evitada usando estas medidas se puede
emplear una atmósfera inerte en el tanque.
¿Qué pasa si hay polvo combustible y una atmósfera inflamable al mismo
tiempo?
Si una mezcla hibrida (mezcla entre un polvo combustible suspendido y un vapor
inflamable), en la cual ni el polvo o el vapor pueden producir por si mismos no
están presentes en cantidades suficientes para provocar combustión, pero la
mezcla de ambos si.
¿Qué pasa si se opera el proceso por encima del límite superior de
inflamabilidad?
Si un líquido genera vapores rápidamente en un tanque, tanto como para operar
por encima del límite superior de inflamabilidad, mezclas inflamables pueden estar
presentes en aberturas del tanque y el rango de inflamabilidad puede atravesarse
en el tanque durante el arranque u otra condición de operación. Por tanto operar
por debajo del límite inferior de explosividad es mas seguro.
IQ-2007-I-17
122
Los líquidos combustibles son líquidos de presión de vapor baja. Solo generan
atmósferas inflamables a elevadas temperaturas o si están suspendidos como
niebla. Sin embargo electricidad estática generada durante su manipulación puede
inflamar vapores de operaciones anteriores.
¿Qué pasa si el líquido es corrosiva y la tubería hay perdidas graduales de
metal?
Esto puede llevar a contaminación del producto y eventualmente fugas del líquido.
Para el flujo de líquidos en tuberías, trazas de contaminantes aumenta la
conductividad de los líquidos. Los líquidos conductivos se ven poco afectados por
estas trazas.
¿Qué pasa si se presenta una falla con la energía eléctrica?
Una unidad de potencia/control con una batería de soporte de mínimo 24horas, es
recomendada y debe suplir energía necesaria para los dispositivos de detección
electrónicos, energizar los sistemas de extinción actuados electrónicamente,
energizar alarmas visuales y sonoras , control del dispositivo de seguridad que
inhabilita el sistema y los circuitos de proceso de la parada
¿Qué pasa si falla la unidad de control?
No se puede controlar la fuente de potencia AC, voltaje de la batería, actuadotes
de extinción eléctricos, detectores, alarmas visibles y sonoras, y fallas en el
circuito de conexión a tierra. La unidad de control debe tener contactos separados
capaces de iniciar un apagado del proceso protegido si una señal de alerta.
IQ-2007-I-17
123
¿Qué pasa si se debe controlar una mezcla de vapor –aire?
Se debe reducir la concentración de oxidante (aire en nuestro caso) o adicionar un
material inerte a la mezcla.
3.1.8 Equipo de dosificación.
Esta unidad es encargada de garantizar una dosificación precisa y exacta y se
encuentra equipada con:
Dos motores eléctricos AC con 4 polos, Dos bombas de pistón de alta presión (de
salida ajustable manualmente). Una para el lado del poliol y otra para el lado del
isocianato. Cada bomba tiene acopladores magnéticos, dos válvulas de seguridad
de alta presión. Además la unidad esta provista con dos indicadores digitales de
alta y baja presión y dos corrientes by-pass las cuales distribuyen la recirculación
de baja presión.
¿Qué pasa si se presentan perdidas eventuales de resina o isocianato en las
bombas?
Se deben colocar dos vasijas montadas por debajo de las bombas para perdidas
eventuales.
¿Qué pasa si se necesita ajustar el flujo de salida?
La razón de salida puede ser ajustada continuamente a través de dos manijas.
IQ-2007-I-17
124
¿Qué pasa si se activa la alarma?
Una válvula de fuego operada automáticamente, instalada antes de la tubería
flexible, es empleada para cortar el paso de la mezcla pentano/poliol, desde el
tanque a la bomba de alta presión.
3.1.9 Cabeza mezcladora.
El grupo de vertimiento consiste en una cabeza mezcladora FPL 14 HP y la unidad
hidráulica para la operación de la cabeza al igual que sus accesorios.
La cabeza mezcladora esta constituida de un pistón operado hidráulicamente, dos
inyectores, dos válvulas selenoides hidráulicas para la operación de la cabeza,
calibración en la cabeza mezcladora y ajustamiento de los impactos del pistón.
¿Qué pasa si se bloquea la cabeza mezcladora?
Se produce una sobre presión en el sistema ocasionando un retroceso de flujo. En
este caso el poliol e isocianato reaccionarían en las mangueras y tanques de
almacenamiento. En este caso el operador debe:
Desenergizar los equipos de bombas en el tablero de control o accionar parada de
emergencia.
Cerrar las válvulas manuales ubicadas en la alimentación de la inyectora.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar el sitio con cinta de seguridad para prevenir al personal.
Mientras se controla la emergencia se debe prohibir fumar o encender fósforos en
el área de riesgo.
IQ-2007-I-17
125
El sistema eléctrico ubicado en la zona de las bombas debe ser desconectado.
Después de la emergencia se debe realizar la limpieza del área afectada por la
emergencia.
Reestablecer el funcionamiento y operación de la estación.
¿Qué pasa si no se hace mantenimiento al sistema hidráulico de la cabeza
mezcladora?
La cabeza mezcladora funciona con un sistema hidráulico. Por tanto es necesario
inspeccionar y verificar los flujos de salida de la bomba hidráulica, el nivel del
tanque de aceite. Si este sistema falla es necesario presionar el botón de
emergencia y reparar el daño. Se debe informar al jefe de emergencias sobre
estos incidentes.
¿Qué pasa si hay una sobre presión en el sistema hidráulico?
Estos sistemas están provistos con una válvula de alivio diferencial para cuando
se presenten estas situaciones.
3.1.10 Ventilación.
¿Qué pasa si se sobrepasa el 10% y el 30% del límite inferior de inflamabilidad?
Todos los sensores deben estar conectados a una sola unidad de alarma donde
se fijan el valor del 10% y 30 %del límite inferior de explosividad. De tal forma que
IQ-2007-I-17
126
cuando el primer limite sea alcanzado una alarma sonora y luz de alerta se deben
activar, y todos los ventiladores auxiliares deben estar funcionando. En caso tal de
que se alcance el segundo límite, se debe cortar la energía eléctrica
automáticamente, se debe cerrar la válvula que alimenta el pentano a la unidad de
mezcla y la alarma debe sonar más fuertemente.
El operador de turno debe:
Accionar la parada de emergencia o desenergizar los equipos en el tablero de
control.
Cerrar las válvulas de de control manual de suministro de pentano, la ubicada
antes de la alimentación del mezclador estático.
Llamar al jefe de emergencias.
Aislar la zona con cinta de seguridad.
Clasificar la fuga.
Los operadores deben prohibir fumar o encender fósforos y demás tipo de llama
abierta.
IQ-2007-I-17
127
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Se debe emplear una atmósfera de nitrógeno en el tanque intermedio de
poliol/pentano y en el tanque de almacenamiento del hidrocarburo empleado como
agente soplante.
En áreas de peligro se deben emplear partes eléctricas según los estándares de
seguridad. En Colombia la NTC2050 es empleada.
Se recomienda emplea doble extracción para las cabinas como respaldo en caso
tal de que la primera falle.
Cada ventilador debe tener una capacidad suficiente para mantener los niveles de
pentano dentro de la cabina por debajo del 10% del límite inferior de explosividad.
Se deben instalar sensores de gas a diferentes niveles del suelo conectados a un
sistema de alarma.
Conexión de todos los sensores a una sola unidad de alarma donde se fijan el
valor del 10% y 30 %del límite inferior de explosividad.
Instalar válvula de seguridad operada automáticamente antes de las tubería
flexible para cortar el suministro de poliol/ciclopentano desde el tanque a bomba
de alta presión si alguna falla ocurre en la maquina de alta presión.
La prevención de cargas electrostáticas se garantiza conectando a tierra todas las
partes del equipo, teniendo en cuenta que todo los componentes de la planta
(accesorios, cabeza mezcladora, unidad de medida, premezclador, paneles de
control) tienen el mismo potencial eléctrico.
IQ-2007-I-17
128
La velocidad de extracción de las trompas de elefante no cumple con las
velocidades de extracción local que requiere la maquina para evitar atmósferas
explosivas.
El personal que maneja la maquina pentanizadora debe conocer las acciones que
se deben realizar en caso tal de presentarse una situación de emergencia.
IQ-2007-I-17
129
BIBLIOGRAFÍA.
[1] ADOLF,H y JUNG,L. Metering Attachments for Blowing Agent for Foam
Applications like Pentane and Carbon Dioxide CO2. Polyurethane world Congress
97.1997.Pp185-191.
[2] API RP 500 Práctica Recomendada para Clasificación de Áreas para
Ubicaciones Eléctricas en Instalaciones Petroleras.Segunda edicion, 1997.
[3] Baes, M. Quantification of Parameters Influencing the long-Term Dimensional
Stability Performance of Pentane Blown Laminates. Polyurethane expo 1998.Pp
41-48.
[4] Birch, A. Iso-/n-pentane Blown Rigid Polyurethane Foam Appliances : A
Realistic and Economically Attractive Alternative of Cyclopentane. Polyurethane
1995. Pp 448-452.
[5] Burkhart, G. Optimizad Silicone Surfactants for HCFC and Pentane Blown
Polisocyanurate and Polyurethane Rigid Foams. Polyurethane 1995. Pp 296-302
[6] Burkhart, G. Innovative Surfactant Technology for HFC-134a and
Cyclopentane Blown Rigid Polyurethane Foams.Polyurethane world congress
1993. Pp 361-367.
[7] Guia, G; Shaner,L. Process Solutions for Alternative Blowing Agents. 2000
Polyurethane Conference Proceedings. Pp453-458
[8] Grimminger,J. Silicone Surfactants for Pentane Blown Rigid Foam.
Polyurethane world congress 1993, October 10-13.
IQ-2007-I-17
130
[9] Hanne,D; Hudson,E y Pieper, K. Patented. Pentane-Process Technology Key to
U.S Cyclopentane –Blown Refrigerator Production. Polyurethane 1995,1995.Pp
481-483.
[10] Herrington, M. The rate of heat, smoke and toxic gases release from
polyurethane foams,Journal of Fire and Flammability 10 (1997).
[11] Kuhn, E. and Schindler,P. Advances in the understanding of the effects of
various blowing agents on rigid polyurethane appliance foam properties. Journal of
cellular plastics,1994, vol. 30, no6, pp. 554-569.
[12] Kuleza, K. Thermal degradation studies on rigid polyurethane foams blown
with pentane. Journal of applied polymer science. Vol88 No9, 2003.
[13] Kuleza, K,. Thermal decomposition of bisphenol A-based polyurethanes blown
with pentane Part I- Thermal and pyrolitical studies. J. Anal. Appl. Pyrolysis 76
(2006) 243–248.
[14] Kuleza, K. Thermal descomposition of bisphenol A- based polyurethanes
blown with pentane Part II- Influence of tehe novel NaH2PO4/NaHSO4. J. Anal.
Appl. Pyrolysis 76 (2006) 249–253.
[15] K. Pielichowski, K. Kuleza, The 14th Annual BCC Conference on Flame
Retardancy—Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials,
Stamford, CT, June 2–4, 2003.
[16] Manual de protección contra incendios- Nacional Fire Protection Asociation,
tercera Edición. Madrid: Mapfre. 1987.
IQ-2007-I-17
131
[17] Mariani,V, Allgaier,P. Use of Pentane Blown in Rigid Foam and Integral Skin
Production Plants. 35th Annual Polyurethane Technical /Marketing
Conference,1994.Pp24-30.
[18] Matsumoto:S, Development of Cyclopentane Blown Foam System for
Appliances Use. Polyurethane 1995, Pp 292-295.
[19] Modesti,M. Formic Acid as a Co-Blowing in rigid polyurethane Foams. Eur.
Polym. J. Vol. 34, No. 9, pp. 1233-1241, 1998
[20] NFPA 77: Recommended Practice on Static Electricity, 1998 Edition.
[21] NFPA 70. Código elétrico nacional.Edición 1999.
[23] NFPA 30: Código líquidos combustibles e inflamables. Edición 1987.
[24] Oertel, G., Polyurethane Handbook-Raw Materials-Applications-
Properties.1985:Hanser Publisher.
Pisipati, ,J. Cyclopentane Blown Foam Systems for Domestic Appliance
Application.Pp163-168.
[25] Rotermund, U. Reduction of Thermal Conductivity in Hydrocarbon-Blown Rigid
Polyurethane Foams. Polyurethane 1995. Pág 464-470.
[26] Rotermand, U. Is a CFC Standard Attainable with c-Pentane Foam?.
Polyurethane Expo 1998. Page 307-311.
IQ-2007-I-17
132
[27] Sherman,L. Meeting the Dead Line Urethane Foams Move from HCFCs To
Cleaner Blowing Agents. January,2003.
[28] Sherman,L. Polyurethanes, Foams Go ‘Green’ at Ever Lower Cost. Plastics
Technology, Vol50 Issue12, p58-62 (2003).
[29] Taverna,M y Corradi,R. Manufacturing Solutions for Appliances Using Pentane
Blown Foams. 35th Annual Polyurethane Technical /Marketing Conference ,1994
[30] Taverna, Max; Corradi, Piero y Biondich, B. Processing Solutions for Pentane-
Blown Polyurethane Foams in the Refrigeration Sector: A Technical Market
Update. Polyurethane 1995. Pp484-489.
[31] Waldo, A. Chemical hazard communication guidebook; OSHA, EPA, and DOT
requirements, Second Edition, New York,1991.
[32] Weber, H y Nicola,W. Hydrocarbon Blown Foam for U.S Construction
Application,W.35th Anneal Polyurethane Technical /Marketing Conference October
9-12,1994.Pp412-417
[33] Weber, U y Nicola,W. Improved Hydrocarbon Blown Foams for North
America. Polyurethane 1995.
[34] Zbigniewk,B. New achievements in fire-safe polyurethane foams. Designs
Monomers and Polymers, Vol.5, 2002.
IQ-2007-I-17
133
ANEXO 1. ANUALES DE SEGURIDAD DE LAS MATERIAS PRIMAS DE LAS ESPUMAS RÍGIDAS DE POLIURETANO124.
Para evitar los riegos de irritación, sensibilización y cualquier otro riesgo asociado
a las aminas catalíticas, organizaciones como la Conferencia Americana de
Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) establece unos límites de
exposición recomendables. A pocos catalizadores se les ha establecido este
limite, conocidos como Valores Umbral limites (TLVs). Estos valores representan
concentraciones en el aire a la cual la mayoría de los trabajadores pueden
exponerse en su rutina diaria de trabajo con poliuretanos sin tener efectos
asociados a las sustancias trabajadas.
Con el fin de mantenernos informados sobre los nuevos desarrollos en el campo
de las espumas de poliuretano la literatura científica asociada a las espumas
sopladas con hidrocarburos como agente soplantes fue consultada. Al igual que
las hojas de datos de seguridad de materiales de los proveedores y fabricantes.
Proporcionando así información sobre las medidas de seguridad y salud aplicables
a estas sustancias.
124 Las guías de seguridad se realizaron a partir de las hojas de seguridad de estas sustancias.
IQ-2007-I-17
134
ANEXO1-1 2 GUÍAS DE SEGURIDAD PARA LA MANIPULACIÓN DE HIDROCARBUROS: PENTANOS.
El ciclopentano, pentano e isopentano se caracterizan por ser líquidos altamente
inflamables. Por tanto presentan peligros potenciales de incendio. Como medias
preventivas se debe evitar el contacto con las llamas y la formación de chispas.
Por ser compuestos orgánicos, el ciclopentano, n-pentao e isopentano son
susceptibles a la combustión cuando sus vapores se mezclan con el aire. Por
tanto no se deben manejar cerca de elementos de calefacción, llamas,
operaciones de soldadura u otras fuentes de ignición como cigarrillos. El pentano
normal e isopentano no deben ser ponerse en contacto con agentes oxidantes
fuertes ya que pueden reaccionar con estos.
Como medida de primeros auxilios en caso de un incendio grande se debe aplicar
espuma alcohólica o espuma para uso general; si se presenta un incendio
pequeño se recomienda el empleo de dióxido de carbono o polvos químicos.
Para enfriar contenedores expuestos al fuego pueden usarse rociadores de agua,
aunque esta tiene muy poco efecto para extinguir el incendio.
Las explosiones de las mezclas vapor-aire pueden ser prevenidas con un sistema
cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Por
otro lado la generación de cargas electrostáticas se evita conectando a tierra todos
los equipos y accesorios metálicos.
No se debe utilizar aire comprimido en el llenado, vaciado o manipulación de esta
sustancia.
• Primeros Auxilios.
La exposición a los pentanos típicamente se da por inhalación, contacto con la
piel, contacto con los ojos y/o ingestión. En caso de inhalar los vapores de esta
IQ-2007-I-17
135
sustancia síntomas como vértigo, dolor de cabeza, náuseas, debilidad y pérdida
del conocimiento pueden presentarse.
Inhalación:
Como prevención a la inhalación de estos vapores se recomienda ventilación,
extracción localizada o protección respiratoria. Como medida de primeros auxilios
se debe llevar a la persona expuesta a un área donde halla aire limpio, hacer que
la persona tome reposo y proporcionar asistencia médica inmediata.
Piel:
En caso de exposiciones donde se tenga contacto con la piel, como síntoma del
peligro se da el enrojecimiento de la piel. Por tanto se recomienda el uso de
guantes protectores, y en caso tal de haber estado expuesto a grandes cantidades
de pentano las ropas contaminadas deben ser retiradas y la piel se debe lavar con
agua y jabón al menos durante 15 minutos de manera continua.
Ojos:
Al igual que con la piel, si el pentano tiene contacto con los ojos estos se irritan
poniéndose rojos. Por esta razón el uso de gafas ajustadas seguras o caretas
faciales deben ser utilizadas al manipular esta sustancia. Como medida de
primeros auxilios se deben lavar los ojos con agua a presión durante varios
minutos (entre 15 a 30 minutos). En caso tal de usar lentes de contacto estos
deben ser retirados inmediatamente y buscar atención medica.
IQ-2007-I-17
136
Ingestión:
En caso tal de ingerir esta sustancia, síntomas como dolor abdominal, diarrea,
vértigo, náuseas y dolor de garganta. Medidas preventivas como prohibir ingerir
alimentos o bebidas en las áreas donde esta sustancias se manipulan. Tampoco
se debe fumar durante el trabajo para evitar fuentes de ignición.
La persona expuesta al pentano por medio de ingestión, se debe enjuagar la boca,
dar a beber una papilla de carbón activo y agua, no se debe provocar el vómito y
proporcionar asistencia médica.
• Derrames y fugas.
En caso de presentarse un derrame o fuga se debe evacuar la zona de peligro y
consultar a un experto. La zona en peligro debe ventilarse y si es posible se debe
recoger en la medida de lo posible el líquido que se derrama y el ya derramado. El
liquido residual se puede absorber en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un
lugar seguro. No se debe verter el líquido al alcantarillado. (Protección personal
adicional: equipo autónomo de respiración).
• Almacenamiento.
A prueba de incendio.
• Envasado y etiquetado.
Ciclopentano:
A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes. Mantener en lugar fresco y
bien cerrado.
Símbolo F
IQ-2007-I-17
137
R: 11-52/53
S: (2-)9-16-29-33-61
Clasificación de Peligros NU: 3
Grupo de Envasado NU: II
ICSC: 0353 Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la
Comisión de las Comunidades Europeas CCE, IPCS, 1994
n-pentano:
A prueba de incendio. Separado de oxidantes fuertes. Mantener en lugar fresco y
bien cerrado.
Envase irrompible; colocar el envase frágil dentro de un recipiente irrompible
cerrado.
Símbolo F+
Símbolo Xn
Símbolo N
R: 12-51/53-65-66-67
S: (2-)9-16-29-33-61-62
Clasificación de Peligros NU: 3.1
Grupo de Envasado NU: I
• Datos importantes.
Ciclopentano:
Estado físico; aspecto.
Líquido incoloro.
Pentano:
IQ-2007-I-17
138
Estado físico; aspecto.
Liquido incoloro de olor característico.
• Peligros físicos:
El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible
ignición en punto distante. Como resultado del flujo, agitación, entre otras se
pueden generar cargas electrostáticas.
• Peligros Químicos: Ciclopentano:
Limites de exposición:
TLV (como TWA): 600 ppm; 1720 mg/m3 (ACGIH 1993-1994).
n-pentano:
Reacciona con oxidantes fuertes (e.j., peróxidos, nitratos y percloratos), originando
peligro de incendio y explosión. Ataca a algunas formas de plásticos, caucho y
recubrimientos
Limites de exposición:
TLV (como TWA): 600 ppm; 1770 mg/m3 (ACGIH 1995-1996).
TLV (como STEL): 750 ppm; 2210 mg/m3 (ACGIH 1995-1996).
MAK: 1000 ppm; 2950 mg/m3 (1996).
• Riesgo de exposición:
Ciclopentano:
Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar rápidamente una
concentración nociva en el aire.
IQ-2007-I-17
139
Efectos de exposición de corta duración:
Los efectos que se presentan cuando se esta expuesto a estas sustancia en
tiempos no muy prolongados al vapor estas a altas concentraciones, los ojos se
irritan al igual que el tracto respiratorio. La ingestión del líquido puede dar lugar a
la aspiración del mismo por los pulmones y el consiguiente riesgo de neumonitis
química. La exposición por encima del OEL puede producir pérdida del
conocimiento.
Efectos de exposición prolongada:
El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis.
n-pentano:
Riesgo de inhalación:
Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar rápidamente una
concentración nociva en el aire.
Efectos de exposición de corta duración:
La ingestión del líquido puede dar lugar a la aspiración del mismo por los
pulmones y la consiguiente neumonitis química. La sustancia puede causar
efectos en el sistema nervioso central.
• Propiedades físicas:
Ciclopentano:
Punto de ebullición: 49°C
Punto de fusión: -94°C
Densidad relativa (agua = 1): 0.8
Solubilidad en agua: Ninguna
IQ-2007-I-17
140
Presión de vapor, kPa a 20°C: 45
Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.4
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.6
Punto de inflamación: -37°C (c.c.)
Temperatura de autoignición: 361°C
Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.1-8.7
n-pentano:
Punto de ebullición: 36°C
Punto de fusión: -129°C
Densidad relativa (agua = 1): 0.63
Solubilidad en agua: Ninguna
Presión de vapor, kPa a 20°C: 56.8
Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.5
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.8
Punto de inflamación: -49°C (c.c.)
Temperatura de autoignición: 309°C
Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.5-7.8
IQ-2007-I-17
141
ANEXO1-2 3. MANIPULACIÓN DE LOS ISOCIANATOS PARA ESPUMAS DE POLIURETANO. GUÍA PARA SU MANIPULACIÓN Y MANEJO.
Existen manuales para el manejo de MDI, MDI modificado y PMDI, y hojas de
seguridad proporcionadas por los proveedores de estas sustancias.
• Identificación de riesgos.
El vapor del difenil metil diisocianato puede causar irritaciones respiratorias, falta
de aire, molestias en el pecho y reducir la función pulmonar. Sobre exposiciones
pueden terminar en bronquitis, edemas pulmonares y espasmos pulmonares.
Los isocianatos también han sido reportados como causante de daños en los
pulmones, en algunos individuos puede ocasionar sensibilidad, que resultan en
alergias respiratorias y dificultades para respirar.
• Riesgos potenciales en la salud.
La inhalación de vapores de MDI causan irritación en las membranas mucosas de
la nariz y en la traquea. Igualmente genera molestias en el pecho, dificultad al
respirar y reduce la capacidad pulmonar.
Sobre exposiciones al límite máximo permitido puede resultar en irritación de los
ojos, dolor de cabeza, bronquitis y asma. También se ha encontrado que causa
hipersensibilidad a las neumonías, nausea, vomito y dolor abdominal.
Ojos: el contacto con los isocianatos resultan en conjuntivitis y daños en la cornea.
Piel: El contacto con la piel puede generar dermatitis alérgica o irritante.
IQ-2007-I-17
142
• MDI
Estudios en ratas indican que el MDI en aerosol era carcinogénico a 6 mg/m3.
Concentración que se encuentra por encima de la recomendada de 0.05mg/m3.
Irritaciones son manifestadas a concentraciones entre los 0.2-1 mg/m3. Efectos
teratogenicos en estos estudios donde las ratas fueron expuestas a
concentraciones entre 1-12mg/m3.
• PMDI
Embriotoxicidad y fetotoxicidad fueron reportadas para 6h/día en los días 6-15 de
la gestación.
• Isocianatos.
Una sensibilización al isocianato puede ser desarrollada a niveles inferiores a los
recomendados. Los síntomas consisten en falta del aire, tos, ataque asmático e
incluso estos síntomas se pueden presentar al exponerse a la suciedad, aire frío u
otros irritantes. Esta sensibilidad puede durar semanas o años. Incluso puede ser
permanente.
El contacto prolongado puede causar el enrojecimiento, hinchazón, erupciones o
ampollas en la piel. En los que han desarrollado una sensibilización de la piel,
estos síntomas pueden convertirse como resultado de contacto con cantidades
muy pequeñas de material líquido, o aún como resultado de la exposición al vapor
(Los limites recomendados se encuentran en el manual de MDI poliuretano de
Basf para el MDI, MDI modificado y PMDI y en las hojas de datos de seguridad
para cada isocianato específico).
IQ-2007-I-17
143
• Primeros auxilios.
Remover ropa contaminada.
Tomar aire fresco.
Si hay contacto con la piel, lavar el área afectada con agua y jabón. Si la irritación
continua buscar atención médica.
Si hay contacto con los ojos, lavar por lo menos por 15 minutos con abundante
agua y buscar atención médica.
Ingestión: Lavar la boca y tomar mucho agua. No se debe inducir el vomito .Nunca
inducir el vomito si la persona se encuentra inconciente o convulsionando, esperar
la atención medica requerida.
• Riesgos durante incendio.
Vapores de isocianato, gases nitrosos, humo. Mascaras extractoras de gases
deben ser usadas como equipo de protección.
• Medidas de seguridad.
Despejar el área: Asegurar una ventilación adecuada, usar la ropa adecuada y el
equipo de protección necesario.
IQ-2007-I-17
144
No se debe descargar en drenajes, aguas subterraneas o aguas que se
encuentren en la superficie.
• Almacenamiento.
No hacer la presión del envase muy elevada. Estos envases se deben encontrar
en áreas bien ventiladas.
Donde ocurre el derramamiento, puede ser descontaminado con la siguiente
solución recomendada: 90% agua, 8% amoniaco concentrado, 2% detergente.
Adicionar a una razón de 10 a 1 y esperar al menos por 48 horas hasta que el
dióxido de carbono generado escape.
Formación de CO2 y generación de presión es posible. Mantener recipientes bien
cerrados en un lugar bien ventilado.
Proteger contra la humedad.
Temperatura de almacenamiento:60-80 ºF.
• Estabilidad y reactividad.
Se debe evitar la humedad y el contacto con sustancias tales como alcoholes,
bases fuertes y agua.
El producto es químicamente estable.
Reacciona con agua formando dióxido de carbono, riesgos de incendio, reacciona
con alcoholes, ácidos, aminas.
IQ-2007-I-17
145
Riesgo de reacciones exotérmicas y violentas; riesgos de polimerización.
• Productos de descomposición:
Monóxido de carbono, cianuro de hidrógeno, oxidos de nitrógeno, isocianatos
aromáticos, vapores-gases.
Clasificacion NFPA:
Salud: 2, Flamabilidad: 1, Riesgo fisico: 1
IQ-2007-I-17
146
ANEXO1-3 4. GUÍAS DE SEGURIDAD Y MANEJO RESINAS DE POLIOL. Existen aspectos importantes que deben ser tenidos en cuenta a la hora de
trabajar con resinas de poliol. Los riesgos asociados a estas resinas, varían con
respecto a los riesgos relacionados con el manejo de isocianatos. Por tanto las
precauciones que deben tenerse en cuenta son distintas.
En esta guía se mostraran los riesgos potenciales al manipular estas sustancias y
las precauciones que deben ser tenidas en cuenta para el manejo seguro de estas
sustancias.
Generalmente para la elaboración de la espuma es necesario mezclar el
diisocianato con un poliol formulado. Sin embargo es necesario el uso de otros
aditivos para la obtención de la espuma con las propiedades deseadas. Estos son
aditivos son mezclados con el poliol de esta forma se obtiene la resina de poliol.
Entre estos aditivos encontramos agentes soplantes, retardantes de llamas y
catalizadores.
• Riesgos a la salud y Precauciones para su manejo.
A continuación se muestran los riesgos relacionados con los aditivos de la resina
de poliol, y las precauciones que deben tenerse en cuenta la manejar estas
sustancias.
Recomendaciones generales:
Los derrames deben ser limpiados inmediatamente ya que estas resinas son
resbalosas.
Se debe evitar el contacto con los ojos y la piel.
Al manipular estas sustancias no se debe comer ni fumar, para evitar cualquier
posibilidad de ingestión de estos materiales.
IQ-2007-I-17
147
Se debe revisar las hojas de datos de seguridad para cada formulación de resina
específica que debe ser entregada pro el fabricante. Todas las recomendaciones
del fabricante deben ser tenidas en cuenta.
La sustancia principal en las resinas de poliol es un poliol o una mezcla de
polioles. En general, a pesar de las variaciones en sus pesos moleculares y en su
estructura química, los polioles son moléculas largas con grupos OH.
La mayoría de los polioles no causan irritaciones a los ojos y a la piel. Sin
embargo, la resinas de poliol, por contener aditivos que pueden ser más
peligrosos que los polioles, se recomienda evitar el contacto con la piel y los ojos
al manipular estas mezclas. El mayor riesgo de seguridad asociado a los polioles
son los derrames por ser un material bastante resbaloso. Su baja toxicidad lo hace
un material relativamente no-toxico, el cual causa ligeras irritaciones en algunos
casos.
• Aditivos.
Catalizadores.
Los catalizadores de amina pueden ser fuertemente básicos. Por tanto pueden
irritar los ojos y la piel y/o el sistema respiratorio Alguno catalizadores pueden
sensibilizar la piel ocasionando dermatitis y problemas en la piel.
Generalmente los fabricantes de espumas de poliuretano no manejan el paquete
del catalizador de manera separada, sino que generalmente este ya se encuentra
adicionado a la resina del poliol. Usualmente en concentraciones menores al 5%.
Por tanto, los riesgos asociados al catalizador se ven reducidos por su
concentración en la resina.
IQ-2007-I-17
148
Surfactante.
La estructura y composición de los surfactantes de silicona puede ser variado con
el fin de obtener las propiedades deseadas en la espuma de poliuretano.
Generalmente estos aditivos son muy poco irritantes o no son irritantes y de
toxicidad baja.
Algunos surfactantes pueden llegar a ser irritantes a la piel y/o los ojos. Sin
embargo estos suelen ser un componente entre el 0 al 2 % en peso de la
formulacion de la resina de poliol. En caso tal de que estos surfactantes sean
inflamables (algunos lo son) se deben tomar las medidas contra incendios
pertinentes.
Agentes Soplantes.
Los agentes soplantes son las sustancias que se encuentran en el interior de las
celdas de la espuma de poliuretano. Entre las sustancias que pueden ser
empleadas como agentes soplantes encontramos los
hidroclorofluorocarbonos(HCFCs), hidrofluorocarbonos (HFCs), hidrocarburos
(pentanos), dioxido de carbono líquido (CO2) y agua (agente soplante interno que
reacciona con el diisocianato formando CO2).
Agentes soplantes como los hidrocarburos y el CO2 son mas pesados que el aire.
Por tanto a altas concentraciones estos pueden desplazar el oxigeno disponible en
el ambiente, dificultando la respiración.
Los HCFCs y HFCs a pesar de no ser tóxicos ni inflamables, a concentraciones
elevadas puede causar latidos irregulares del corazón. Se recomienda una
ventilación adecuada (general y/o local) con el fin de evitar la sobre exposición a
estas sustancias y evitar la irritación a la piel y los ojos en caso tal de que el
agente soplante sea irritante.
IQ-2007-I-17
149
Con respecto a los hidrocarburos, se deben tomar las medidas apropiadas contra
la precaución de incendios por ser sustancias inflamables.
Retardantes de llama.
Típicamente las concentraciones de retardantes de llama en la resina de poliol no
exceden el 10% en peso. Existen una variedad de sustancias empleadas como
retardantes de llama, por tanto de forma general se reocomienda evitar el contacto
con la piel y los ojos, evitando así la exposición a estos materiales.
• Manipulación resina de poliol / Equipo de Protección personal.
Lentes de seguridad con pantallas laterales y careta facial para operaciones
requeridas.
En caso tal de manejar contenedores muy pesados, se recomienda el empleo de
zapatos con puntas de acero.
El uso de guantes resistentes a productos químicos es indispensable. Esto debido
a que generalmente las personas que manipulan las resinas de poliol, también
manipulan diisocianatos, por tanto se recomienda el uso de los guantes aprobados
para trabajar con diisocianatos.
En caso tal de ser necesario el empleo de respiradores si vapores irritantes son
detectados, como protección a los vapores orgánicos, un respirador para vapores
orgánicos con un prefiltro para partículas puede ser empleado.
IQ-2007-I-17
150
Los respiradores deben cumplir con el Estándar de Protección Respiratoria de la
OSHA. Los respiradores se utilizaran según las condiciones y circunstancias
específicas de las áreas de trabajo.
Los vapores no deben ser respirados. Para evitar su inhalación se requiere de un
sistema de ventilación. En espacios confinados y cerrados la extracción mecánica
puede ser requerida.
• Riesgos de incendio y explosión.
Por lo general el punto de inflamación de las resinas de poliol esta por encima de
los 93°C. En caso tal de presentarse la combustión monóxido de carbono y
dióxido de carbono son producidos. En caso tal de presentarse un incendio, el
área debe ser evacuada inmediatamente y este debe ser extinguido únicamente
por personal capacitado.
• Emergencias: Derrames.
Si es posible se debe detener el derrame.
La resina de poliol no debe ser vaciada en los drenajes.
Se recomienda el empleo de un material absorbente alrededor del área donde se
presenta el derrame. Materiales como aserrín pueden ser empleados para
absorber el material derramado.
• Primeros Auxilios.
Enjuagar los ojos al menos durante 15 minutos con agua continuamente.
IQ-2007-I-17
151
Lavar la piel con agua y jabón.
La ropa y los zapatos deben ser lavados si se vuelven a usar. Si algún accesorio o
vestimenta expuesta a grandes cantidades de resina de poliol debe ser
desechada.
En caso tal de ingestión buscar atención medica; no se debe inducir el vomito.
• Almacenamiento.
Los contenedores deben ser distribuidos convenientemente en tarimas que no se
encuentren a más de tres filas de altura. Se debe mantener limpio y ordenado el
área de trabajo y el arrea debe permanecer cerrada y con ventilación apropiada.
Se debe almacenar a temperaturas no mayores a las recomendadas por el
proveedor. Se debe revisar si existe alguna fuga. En caso tal de presentarse esta
situación los contendores deben ser manejados por personal capacitado en el
manejo de desechos.
