Límite de inflamabilidad
Ardiendo dentro de límites inferiores y superiores bien definidos

Las mezclas de materiales combustibles dispersos (como combustibles gaseosos o vaporizados y algunos polvos) y oxígeno en el aire arderán únicamente si la concentración de combustible se encuentra dentro de límites inferiores y superiores bien definidos determinados experimentalmente, denominados límites de inflamabilidad o límites explosivos . La combustión puede variar en violencia desde la deflagración hasta la detonación .

Los límites varían con la temperatura y la presión, pero normalmente se expresan en términos de porcentaje de volumen a 25 °C y presión atmosférica. Estos límites son relevantes tanto para producir y optimizar la explosión o combustión, como en un motor, como para prevenirla, como en las explosiones incontroladas de acumulaciones de gas o polvo combustible. Lograr la mejor mezcla combustible o explosiva de un combustible y aire (la proporción estequiométrica ) es importante en los motores de combustión interna, como los motores de gasolina o diésel .

La obra de referencia estándar sigue siendo la elaborada por Michael George Zabetakis , especialista en ingeniería de seguridad contra incendios , utilizando un aparato desarrollado por la Oficina de Minas de los Estados Unidos .

Violencia de combustión

La combustión puede variar en grado de violencia. Una deflagración es la propagación de una zona de combustión a una velocidad menor que la velocidad del sonido en el medio que no ha reaccionado. Una detonación es la propagación de una zona de combustión a una velocidad mayor que la velocidad del sonido en el medio que no ha reaccionado. Una explosión es el estallido o ruptura de un recinto o contenedor debido al desarrollo de presión interna a partir de una deflagración o detonación, según se define en la norma NFPA 69.

Límites

Límite inferior de inflamabilidad

Límite inferior de inflamabilidad (LFL): La concentración más baja (porcentaje) de un gas o vapor en el aire capaz de producir un destello de fuego en presencia de una fuente de ignición (arco, llama, calor). Muchos profesionales de la seguridad consideran que el término es el mismo que el nivel explosivo inferior (LEL). En una concentración en el aire inferior al LFL, las mezclas de gases son "demasiado pobres" para arder. El gas metano tiene un LFL del 4,4 %. [1] Si la atmósfera tiene menos del 4,4 % de metano, no puede ocurrir una explosión incluso si hay una fuente de ignición. Desde la perspectiva de la salud y la seguridad, la concentración LEL se considera inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IDLH) , donde no existe un límite de exposición más estricto para el gas inflamable. [2]

La lectura porcentual de los monitores de aire combustible no debe confundirse con las concentraciones de LFL. Los explosímetros diseñados y calibrados para un gas específico pueden mostrar la concentración relativa de la atmósfera con respecto al LFL, siendo el LFL el 100 %. Una lectura de LFL del 5 % mostrada para metano, por ejemplo, sería equivalente al 5 % multiplicado por el 4,4 %, o aproximadamente el 0,22 % de metano por volumen a 20 grados C. El control del riesgo de explosión generalmente se logra mediante una ventilación natural o mecánica suficiente, para limitar la concentración de gases o vapores inflamables a un nivel máximo del 25 % de su límite inferior de explosividad o inflamabilidad .

Límite superior de inflamabilidad

Límite superior de inflamabilidad (UFL): concentración más alta (porcentaje) de un gas o vapor en el aire capaz de producir un destello de fuego en presencia de una fuente de ignición (arco, llama, calor). Las concentraciones superiores al UFL o UEL son "demasiado ricas" para quemar. Por lo general, se evita operar por encima del UFL por razones de seguridad, ya que la fuga de aire puede hacer que la mezcla alcance el rango de combustibilidad.

Influencia de la temperatura, la presión y la composición

Los límites de inflamabilidad de mezclas de varios gases combustibles se pueden calcular utilizando la regla de mezcla de Le Chatelier para fracciones de volumen combustibles : incógnita i Estilo de visualización x_{i}}

yo F yo mezcla = 1 ∑ i incógnita i yo F yo i {\displaystyle LFL_{\text{mix}}={\frac {1}{\sum _{i}{\frac {x_{i}}{LFL_{i}}}}}}

y similar para UFL.

La temperatura , la presión y la concentración del oxidante también influyen en los límites de inflamabilidad. Una temperatura o presión más elevadas, así como una concentración más alta del oxidante (principalmente oxígeno en el aire), dan como resultado un LFL más bajo y un UFL más alto, por lo que la mezcla de gases será más fácil de explotar.

Por lo general, el aire atmosférico proporciona el oxígeno para la combustión y los límites suponen la concentración normal de oxígeno en el aire. Las atmósferas enriquecidas con oxígeno mejoran la combustión, reduciendo el LFL y aumentando el UFL, y viceversa; una atmósfera desprovista de un oxidante no es inflamable ni explosiva para ninguna concentración de combustible (excepto para los gases que pueden descomponerse enérgicamente incluso en ausencia de un oxidante, como el acetileno ). Aumentar significativamente la fracción de gases inertes en una mezcla de aire, a expensas del oxígeno, aumenta el LFL y disminuye el UFL.

Control de atmósferas explosivas

Gas y vapor

El control de las concentraciones de gas y vapor fuera de los límites de inflamabilidad es una consideración importante en materia de seguridad y salud ocupacional . Los métodos utilizados para controlar la concentración de un gas o vapor potencialmente explosivo incluyen el uso de gas de barrido, un gas no reactivo como el nitrógeno o el argón para diluir el gas explosivo antes de que entre en contacto con el aire. El uso de depuradores o resinas de adsorción para eliminar los gases explosivos antes de su liberación también es común. Los gases también se pueden mantener de forma segura en concentraciones superiores al UEL, aunque una brecha en el contenedor de almacenamiento puede provocar condiciones explosivas o incendios intensos .

Polvos

Los polvos también tienen límites de explosión superiores e inferiores, aunque los límites superiores son difíciles de medir y tienen poca importancia práctica. Los límites inferiores de inflamabilidad para muchos materiales orgánicos están en el rango de 10 a 50 g/m 3 , que es mucho más alto que los límites establecidos por razones de salud, como es el caso del LEL de muchos gases y vapores. Las nubes de polvo de esta concentración son difíciles de ver a través de más de una corta distancia y normalmente solo existen dentro de los equipos de proceso.

Los límites de inflamabilidad también dependen del tamaño de las partículas de polvo involucradas y no son propiedades intrínsecas del material. Además, se puede crear repentinamente una concentración superior al LEL a partir de acumulaciones de polvo sedimentado, por lo que la gestión mediante monitoreo de rutina, como se hace con gases y vapores, no tiene valor. El método preferido para gestionar el polvo combustible es evitar las acumulaciones de polvo sedimentado mediante el encierro del proceso, la ventilación y la limpieza de superficies. Sin embargo, límites de inflamabilidad más bajos pueden ser relevantes para el diseño de la planta.

Líquidos volátiles

Las situaciones provocadas por la evaporación de líquidos inflamables en el volumen vacío lleno de aire de un contenedor pueden limitarse mediante un volumen de contenedor flexible o utilizando un fluido inmiscible para llenar el volumen vacío. Los camiones cisterna hidráulicos utilizan el desplazamiento de agua al llenar un tanque con petróleo. [3]

Ejemplos

A continuación se indican los límites de inflamabilidad y explosión de algunos gases y vapores. Las concentraciones se expresan en porcentajes por volumen de aire.

  • Los líquidos de clase IA con un punto de inflamación inferior a 73 °F (23 °C) y un punto de ebullición inferior a 100 °F (38 °C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 4 .
  • Los líquidos de clase IB con un punto de inflamación inferior a 73 °F (23 °C) y un punto de ebullición igual o mayor a 100 °F (38 °C) y los líquidos de clase IC con un punto de inflamación igual o mayor a 73 °F (23 °C), pero menor a 100 °F (38 °C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 3.
  • Los líquidos de clase II con un punto de inflamación igual o mayor a 100 °F (38 °C), pero menor a 140 °F (60 °C) y los líquidos de clase IIIA con un punto de inflamación igual o mayor a 140 °F (60 °C), pero menor a 200 °F (93 °C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 2.
  • Los líquidos de clase IIIB con un punto de inflamación igual o mayor a 200 °F (93 °C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 1
SustanciaLímite de inflamabilidad (%vol.)
Clase NFPA
punto de inflamabilidad		Energía mínima de ignición (mJ)
@ proporción en el aire en la que se logra [a] [4]
Temperatura de autoignición
Más bajoSuperior
Acetaldehído4.057.0Iowa-39 °C0,37175 °C
Ácido acético (glacial)419.9II39–43 °C463 °C
Anhídrido acéticoII54 °C
Acetona2.6–312.8–13IB-17 °C1,15 @ 4,5%465 °C, 485 °C [5]
AcetonitriloIB2 °C524 °C
Cloruro de acetilo7.319IB5 °C390 °C
Acetileno2.5100 [6]IowaGas inflamable0,017 al 8,5 %; 0,0002 al 40 %, en oxígeno puro305 °C
Acroleína2.831IB-26 °C0,13
Acrilonitrilo3.017.0IB0 °C0,16 @ 9,0%
Cloruro de alilo2.911.1IB-32 °C0,77
Amoníaco1528IIIB11 °C680651 °C
Arsina4.5–5.1 [7]78IowaGas inflamable
Benceno1.27.8IB-11 °C0,2 @ 4,7%560 °C
1,3-butadieno2.012Iowa-85 °C0,13 @ 5,2%
Butano , n-butano1.68.4Iowa-60 °C0,25 @ 4,7%420–500 °C
Acetato de n-butilo , acetato de butilo1–1.7 [5]8–15IB24 °C370 °C
2-butanol1.79.829 °C405 °C
Isobutanol1.710.922–27 °C415 °C
n-butanol1.4 [5]11.2CI35 °C340 °C
Cloruro de n-butilo , 1-clorobutano1.810.1IB-6 °C1.24
n-Butilmercaptano1.4 [8]10.2IB2 °C225 °C
Butil metil cetona , 2-hexanona1 [9]8CI25 °C423 °C
Butileno , 1-butileno, 1-buteno1.98 [7]9.65Iowa-80 °C
Disulfuro de carbono1.050.0IB-30 °C0,009 @ 7,8%90 °C
Monóxido de carbono12 [7]75Iowa-191 °C Gas inflamable609 °C
Monóxido de cloroIowaGas inflamable
1-Cloro-1,1-difluoroetano6.217.9Iowa-65 °C Gas inflamable
Cianogeno6.0–6.6 [10]32–42,6IowaGas inflamable
Ciclobutano1.811.1Iowa-63,9 °C [11]426,7 °C
Ciclohexano1.37.8–8IB-18 – -20 °C [12]0,22 @ 3,8%245 °C
Ciclohexanol19IIIA68 °C300 °C
Ciclohexanona1–1.19–9.4II43,9–44 °C420 °C [13]
Ciclopentadieno [14]IB0 °C0,67640 °C
Ciclopentano1,5–29.4IB−37 – −38,9 °C [15] [16]0,54361 °C
Ciclopropano2.410.4Iowa-94,4 °C [17]0,17 @ 6,3%498 °C
Decano0,85.4II46,1 °C210 °C
Diborano0,888Iowa-90 °C Gas inflamable [18]38 °C
o-Diclorobenceno , 1,2-diclorobenceno2 [19]9IIIA65 °C648 °C
1,1-Dicloroetano611IB14 °C
1,2-Dicloroetano616IB13 °C413 °C
1,1-Dicloroeteno6.515.5Iowa-10 °C Gas inflamable
Diclorofluorometano54.7No inflamable, [20] −36,1 °C [21]552 °C
Diclorometano , cloruro de metileno1666No inflamable
Diclorosilano4–4.796Iowa-28 °C0,015
Gasóleo0.67.5IIIA>62 °C210 °C
Dietanolamina213IB169 °C
Dietilamina1.810.1IB−23 – −26 °C312 °C
Disulfuro de dietilo1.2II38,9 °C [22]
Éter dietílico1.9–236–48Iowa-45 °C0,19 @ 5,1%160–170 °C
Sulfuro de dietiloIB-10 °C [23]
1,1-Difluoroetano3.718Iowa-81,1 °C [24]
1,1-Difluoroetileno5.521.3-126,1 °C [25]
Difluorometano14.4 [26]
Cetona de diisobutilo1649 °C
Éter diisopropílico121IB-28 °C
Dimetilamina2.814.4IowaGas inflamable
1,1-DimetilhidrazinaIB
Sulfuro de dimetiloIowa-49 °C
dimetilsulfóxido2.6–342IIIB88–95 °C215 °C
1,4-dioxano222IB12 °C
Epiclorhidrina42131 °C
Etano3 [7]12–12.4IowaGas inflamable, -135 °C515 °C
Etanol , alcohol etílico3–3.319IB12,8 °C365 °C
2-Etoxietanol31843 °C
Acetato de 2-etoxietilo2856 °C
Acetato de etilo212Iowa-4 °C460 °C
Etilamina3.514Iowa-17 °C
Etilbencina1.07.115–20 °C
Etileno2.736Iowa0,07490 °C
Glicol etileno322111 °C
Óxido de etileno3100Iowa-20 °C
Cloruro de etilo3.8 [7]15.4Iowa-50 °C
EtilmercaptanoIowa
Fuelóleo nº 10,7 [7]5
Furano214Iowa-36 °C
Gasolina (100 octanos )1.47.6IB< −40 °C246–280 °C
Glicerol319199 °C
Heptano , n-heptano1.056.7-4 °C0,24 @ 3,4%204–215 °C
Hexano , n-hexano1.27.5-22 °C0,24 @ 3,8%225 °C, 233 °C [5]
Hidrógeno4/18.3 [27]75/59IowaGas inflamable0,016 al 28 %; 0,0012, en oxígeno puro500–571 °C
Sulfuro de hidrógeno4.346IowaGas inflamable0,068
Isobutano1.8 [7]9.6IowaGas inflamable462 °C
Alcohol isobutílico21128 °C
Isoforona1484 °C
Alcohol isopropílico , isopropanol2 [7]12IB12 °C398–399 °C; 425 °C [5]
Cloruro de isopropiloIowa
Chorro de queroseno A-10,6–0,74.9–5II>38 °C, como combustible para aviones210 °C
Hidruro de litioIowa
2-MercaptoetanolIIIA
Metano (gas natural)ISO101565.014.3IowaGas inflamable0,21 @ 8,5%580 °C
IEC60079-20-14.417
Acetato de metilo316-10 °C
Alcohol metílico , metanol6–6.7 [7]36IB11 °C385 °C; 455 °C [5]
MetilaminaIowa8 °C
Cloruro de metilo10.7 [7]17.4Iowa-46 °C
Éter metílicoIowa-41 °C
Metil etil éterIowa
Metiletilcetona1.8 [7]10IB-6 °C505–515 °C [5]
Formiato de metiloIowa
Metilmercaptano3.921.8Iowa-53 °C
Alcoholes minerales0,7 [5]6.538–43 °C258 °C
Morfolina1.810.8CI31–37,7 °C310 °C
Naftalina0,9 [7]5.9IIIA79–87 °C540 °C
Neohexano1.19 [7]7.58-29 °C425 °C
Tetracarbonilo de níquel2344 °C60 °C
Nitrobenceno29IIIA88 °C
Nitrometano7.322.235 °C379 °C
Octano1713 °C
iso-octano0,795,94
Pentano1.57.8Iowa−40 – −49 °C0,18 al 4,4 %, como 2-pentano260 °C
n-Pentano1.47.8Iowa0,28 @ 3,3%
iso-pentano1.32 [7]9.16Iowa420 °C
FosfinaIowa
Propano2.19.5–10.1IowaGas inflamable0,25 al 5,2 %; 0,0021, en oxígeno puro480 °C
Acetato de propilo2813 °C
Propileno2.011.1Iowa-108 °C0,28458 °C
Óxido de propileno2.936Iowa
Piridina21220 °C
Silano1.5 [7]98Iowa<21 °C
Estireno1.16.1IB31–32,2 °C490 °C
TetrafluoroetilenoIowa
Tetrahidrofurano212IB-14 °C321 °C
Tolueno1.2–1.276,75–7,1IB4,4 °C0,24 @ 4,1%480 °C; 535 °C [5]
Trietilborano-20 °C-20 °C
TrimetilaminaIowaGas inflamable
TrinitrobencenoIowa
Trementina0,8 [28]CI35 °C
Aceite vegetalIIIB327 °C
Acetato de vinilo2.613.4-8 °C
Cloruro de vinilo3.633
Xilenos0,9–1,06,7–7,0CI27–32 °C0,2
m-xileno1.1 [5]7CI25 °C525 °C
o-xilenoCI17 °C
p-xileno1.06.0CI27,2 °C530 °C
  1. ^ Tenga en cuenta que para muchos productos químicos la menor cantidad de energía de ignición se necesita a mitad de camino entre el LEL y el UEL.

Norma ASTM E681

Imagen de una llama de R-32 ( difluorometano ) cerca de su LFL en un aparato ASTM E-681 de 12 L. [26]

En los EE. UU., el método más común para medir los LFL y los UFL es la norma ASTM E681. [26] Esta prueba estándar es obligatoria para los gases HAZMAT de clase 2 y para determinar las clasificaciones de inflamabilidad de los refrigerantes . Esta norma utiliza observaciones visuales de la propagación de la llama en recipientes esféricos de vidrio de 5 o 12 L para medir los límites de inflamabilidad. Las condiciones inflamables se definen como aquellas en las que una llama se propaga fuera de un ángulo de cono de 90°.

Véase también

Referencias

  1. ^ "Gases - Límites de concentración de explosión e inflamabilidad".
  2. ^ "Boletín de inteligencia actual n.º 66: Derivación de valores de peligro inmediato para la vida o la salud (IDLH)" (PDF) . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) . Noviembre de 2013 . Consultado el 11 de febrero de 2018 .
  3. ^ Morrell, Robert W. (1931). Petroleros (segunda edición). Nueva York: Simmons-Boardman Publishing Company. págs. 305 y 306.
  4. ^ Britton, L. G. "Uso de datos de materiales en la evaluación de riesgos estáticos", como se encuentra en el Apéndice B de NFPA 77 - 2007
  5. ^ abcdefghij Trabajar con hidrocarburos modernos y disolventes oxigenados: una guía sobre inflamabilidad Archivado el 1 de junio de 2009 en Wayback Machine American Chemistry Council Solvents Industry Group, pág. 7, enero de 2008
  6. ^ Productos de gas de Matheson. Libro de datos de gas de Matheson (PDF) . pág. 443. Archivado desde el original (PDF) el 30 de septiembre de 2019. Consultado el 30 de octubre de 2013 .
  7. ^ abcdefghijklmno «Gases: límites de concentración de explosividad e inflamabilidad» . Consultado el 9 de septiembre de 2013 .
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  10. ^ "Sitio web de IPCS INTOX cerrado". www.intox.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  11. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson publicado por McGraw-Hill Professional, 2001, pág. 211
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  13. ^ "ICSC 0425 - CICLOHEXANONA". www.inchem.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  14. ^ "MSDS de ciclopentadieno". ox.ac.uk . Archivado desde el original el 7 de diciembre de 2010 . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
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  19. ^ Walsh (1989) Hojas de datos de seguridad química, Roy. Soc. Chem., Cambridge.
  20. ^ "Encyclopedia.airliquide.com" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 26 de mayo de 2020. Consultado el 25 de junio de 2023 .
  21. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson publicado por McGraw-Hill Professional, 2001, pág. 266
  22. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson publicado por McGraw-Hill Professional, 2001, pág. 281
  23. ^ Yaws, Carl L.; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson publicado por McGraw-Hill Professional, 2001, pág. 286
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  28. ^ "Combustibles" (PDF) . afcintl.com . Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 18 de marzo de 2018 .

Lectura adicional

  • David R. Lide, editor jefe; CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72.ª edición ; CRC Press; Boca Raton , Florida; 1991; ISBN 0-8493-0565-9 
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