Las fugas de nitrógeno comienzan de forma diferente a los accidentes con gases tóxicos
En las salas limpias de semiconductores, el nitrógeno se utiliza para diversos fines, como la purga de equipos de proceso, el secado de tuberías, la prevención de la oxidación y el apoyo a sistemas de vacío. En condiciones normales, el nitrógeno constituye aproximadamente el 78% del aire y, en condiciones de trabajo habituales, se trata como un gas asfixiante simple que desplaza el oxígeno, más que como una sustancia que intoxica directamente al organismo. Por eso, aunque comience una fuga, no aparecen señales de toxicidad como irritación ocular o dolor de garganta. El nitrógeno es incoloro e inodoro, y las personas no pueden identificarlo por el olfato.
El peligro fundamental es que una concentración elevada de nitrógeno diluye el aire del mismo espacio y reduce la presión parcial de oxígeno. La concentración de oxígeno del aire normal es de aproximadamente el 20.9%. Cuando entra más nitrógeno, la proporción de oxígeno en el espacio disminuye aunque no se haya consumido oxígeno. La OSHA de Estados Unidos define como atmósfera deficiente en oxígeno aquella con una concentración inferior al 19.5%. Este valor debe entenderse como un límite de control que exige medidas de protección adicionales, no como un umbral fisiológico absoluto que separe la seguridad del peligro. Los efectos reales pueden variar según la altitud, la intensidad del trabajo, el estado de salud y la velocidad de la fuga.
Boletín de seguridad de la Junta de Seguridad Química de Estados Unidos (CSB) sobre accidentes de asfixia por nitrógeno advierte que el nitrógeno no puede detectarse mediante los sentidos humanos y que, cuando la concentración de oxígeno cae mucho, el trabajador puede no tener la oportunidad de reconocer por sí mismo que algo va mal ni de escapar. Que no hubiera olor o que el trabajador estuviera hablando hasta justo antes del incidente no demuestra que el lugar fuera seguro.
Por qué alguien puede parecer asintomático y desplomarse de repente
Las primeras señales de hipoxia pueden ser imprecisas: dolor de cabeza, mareo, deterioro del juicio, pérdida de coordinación y fatiga. El problema es que estos cambios debilitan primero las propias funciones cerebrales necesarias para valorar el peligro y evitarlo. El trabajador puede atribuirlos al simple cansancio o, incluso si percibe que algo va mal, tomar la decisión equivocada de cerrar una válvula antes de salir. Si la fuga es grande o la concentración local de oxígeno cae rápidamente, puede perder el conocimiento sin señales previas claras.
También es peligroso confiar únicamente en la sensación de falta de aire. Una señal importante que estimula intensamente la respiración es el aumento del dióxido de carbono en la sangre; sin embargo, al respirar aire diluido con nitrógeno puede no haber irritación tóxica ni un olor característico, y el dióxido de carbono puede no acumularse de inmediato en gran cantidad. Mientras tanto, el suministro de oxígeno puede reducirse bruscamente. Por tanto, decir «sin síntomas» no significa que el cuerpo no experimente ningún cambio, sino que la pérdida de juicio y el desmayo pueden producirse antes de que la persona perciba una advertencia fiable.
Boletín de información técnica de la OSHA explica que, con un 8~10% de oxígeno, una persona puede perder el conocimiento sin previo aviso y quedar incapacitada para protegerse, y que concentraciones aún menores pueden causar consecuencias mortales en cuestión de decenas de segundos o minutos. Estas cifras son intervalos de prevención de accidentes que varían según la persona y las condiciones; no deben emplearse para calcular un tiempo de permanencia permitido en el lugar. Si suena una alarma o se sospecha una deficiencia de oxígeno, hay que salir de inmediato.
Por qué el fuerte flujo de aire de una sala limpia no garantiza la seguridad
Una sala limpia hace circular grandes volúmenes de aire mediante filtros de techo, unidades de filtro-ventilador y plenums de retorno. Es fácil pensar que, si el trabajador siente la corriente y el recuento de partículas es estable, el gas también se eliminará enseguida. Sin embargo, la limpieza y la seguridad del oxígeno no son el mismo indicador. Estudio sobre salas limpias del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de Estados Unidos (LBNL) explica que el aire se filtra y recircula a gran caudal para mantener bajas concentraciones de partículas. La recirculación es el flujo que filtra las partículas y devuelve el aire; no significa que todo ese caudal se sustituya por aire exterior fresco. El nitrógeno no queda retenido por los filtros HEPA.
Por ello, aunque la recirculación sea intensa, si la entrada de aire exterior y la extracción del aire contaminado son insuficientes, el nitrógeno liberado puede volver a circular por el sistema. A la inversa, el flujo de aire puede dispersarlo ampliamente y transportar una fuga puntual a una zona de trabajo mayor. En lugares con mezcla incompleta —detrás de los equipos, en conexiones con la subfábrica, aberturas del suelo, alrededor de armarios de gases o zonas muertas de los conductos— pueden formarse áreas locales con poco oxígeno. La guía del LBNL para el análisis del peligro de deficiencia de oxígeno también señala que debe comprobarse el movimiento real del aire, por ejemplo mediante pruebas de humo, para verificar si es válida la suposición de que el espacio está completamente mezclado.
La presión positiva de una sala limpia también se presta a malentendidos. Es una relación de presiones destinada a reducir la entrada de partículas del exterior a través de puertas o rendijas; no garantiza que se mantenga la concentración de oxígeno si se rompe una tubería de nitrógeno del proceso. Incluso el número de renovaciones de aire durante la operación normal tiene un valor limitado si no se considera junto con el caudal de fuga de emergencia, la duración de la fuga, el retraso del cierre automático y la proporción de aire de retorno. La seguridad no debe juzgarse por una sola luz indicadora de funcionamiento del ventilador.
Los accidentes se agravan en los límites del sistema, no solo en las tuberías
Los escenarios de accidentes con nitrógeno no se limitan a la rotura de una tubería principal. También pueden deberse a la desconexión de un acoplamiento rápido, daños en reguladores, válvulas o mangueras, un aislamiento incorrecto durante el mantenimiento, la descarga de una purga al interior, la terminación inadecuada de un dispositivo de alivio de presión, o el vuelco o sobrellenado de un recipiente de nitrógeno líquido. Al vaporizarse, el nitrógeno líquido puede aumentar su volumen unas 700 veces, de modo que un derrame líquido relativamente pequeño genera una gran cantidad de gas. El vapor frío de nitrógeno que se forma al principio puede ser más pesado que el aire circundante y desplazarse hacia zonas bajas, pero al calentarse se mezcla bien con el aire. Por eso, la ubicación de los detectores no debe basarse en reglas simplistas como que el nitrógeno siempre sube o siempre se acumula en el suelo.
Como mínimo, la evaluación de riesgos debe calcular y comprobar sobre el terreno los siguientes factores en conjunto:
Inventario máximo, presión de suministro y caudal máximo de fuga realista
Volumen efectivo de la sala y volúmenes conectados, incluidos equipos, plenums y subfábrica
Caudal de aire exterior y de extracción, proporción de recirculación y rendimiento real de la extracción de emergencia
Trayectoria del flujo de aire desde la fuente de la fuga hasta la zona de respiración de los trabajadores y las salidas
Fallos simultáneos, como corte eléctrico, cierre de compuertas, parada de ventiladores o pérdida de alimentación del sistema de control
Condiciones operativas anormales, como trabajo nocturno en solitario, mantenimiento o puertas de acceso cerradas
Informe de experiencia operativa del Departamento de Energía de Estados Unidos sobre incidentes en atmósferas deficientes en oxígeno presenta un caso en el que la compuerta de aire de impulsión estaba cerrada durante una purga de nitrógeno y no había aire de reposición. Esto significa que es más importante vigilar el estado real de las compuertas y los ventiladores en el momento del incidente que limitarse a disponer de un documento que indique que el caudal de ventilación de diseño es suficiente.
En las alarmas de oxígeno, la lógica de ubicación importa más que la cantidad
En lugar de detectar directamente el nitrógeno en todos los puntos, lo habitual es vigilar continuamente si disminuye el oxígeno que necesitan las personas. Un sensor fijo de oxígeno no es un equipo que deba instalarse simplemente en una pared cómoda para obtener un promedio. Deben seleccionarse los lugares donde aparecerá primero la deficiencia de oxígeno y donde habrá exposición humana, teniendo en cuenta las fuentes de fuga, el flujo de aire, las zonas de permanencia, las rutas de acceso y las diferencias de concentración según la altura. Un único sensor puede no representar un espacio grande o una zona con muchas divisiones y equipos. Los cambios en la disposición de los equipos y en el caudal de aire también requieren reevaluación.
Guía de EIGA sobre atmósferas deficientes en oxígeno exige que la ubicación de los analizadores de oxígeno fijos o personales se determine mediante una evaluación de riesgos. La guía de diseño de detección de gases del LBNL establece que los puntos de muestreo deben situarse junto a los posibles puntos de fuga o en la trayectoria del flujo de un recinto ventilado; que se deben proporcionar alarmas audibles y visuales en los lugares de suministro de gas, las salas de uso y los pasillos; y que el panel indicador de concentración debe instalarse fuera de la sala de uso. La alarma no debe ser audible únicamente después de que el trabajador del interior se haya desplomado: quien se disponga a entrar también debe poder conocer el estado desde fuera de la puerta.
En la práctica, es más seguro diseñar conjuntamente las siguientes capas:
Reducir el inventario y la presión, y aislar físicamente los ramales que no se utilicen.
Canalizar en tuberías cerradas las descargas de purgas, válvulas de seguridad y bombas de vacío hasta un punto exterior seguro.
Asegurar la extracción local y el aporte de aire exterior, y vigilar la disminución del caudal.
Enclavar la alarma de bajo nivel de oxígeno con el cierre automático del gas y la extracción de emergencia, de modo que el sistema pase a un estado seguro en caso de fallo.
Complementar los puntos ciegos de los sensores fijos con alarmas personales de oxígeno.
Documentar los valores de consigna de alarma, los tiempos de retardo, las baterías y la alimentación de emergencia, así como los intervalos de calibración y de prueba funcional con gas.
La instalación de una alarma no es una tarea que termine tras hacerla 1 vez. La sensibilidad de los sensores puede variar con el envejecimiento y la contaminación; también debe comprobarse, conforme a las instrucciones del fabricante, cómo afectan a su rendimiento los productos de limpieza de la sala y el entorno del proceso. Para saber si las capas de protección siguen operativas, deben realizarse calibraciones periódicas, pruebas funcionales, pruebas de transmisión de alarmas y pruebas reales de enclavamiento de las válvulas de cierre y la extracción de emergencia.
Cómo comprobar el sistema de alarmas durante los turnos y el mantenimiento
Los límites de una instalación de semiconductores cambian más durante la puesta a punto, el mantenimiento preventivo, la ampliación de tuberías y el traslado de equipos que durante la producción normal. Pueden conectarse mangueras temporales, ponerse los enclavamientos en modo de prueba o quedar el flujo de aire bloqueado por divisiones y equipos. Por ello, la gestión de cambios debe incluir no solo el consumo de nitrógeno, sino también los nuevos puntos de fuga, las terminaciones de descarga, la visibilidad de los sensores, las rutas de evacuación y la ubicación de los cierres de emergencia. Al concluir los trabajos no basta con revisar los planos: hay que volver a probar el flujo de aire real y la ruta de transmisión de las alarmas.
En el relevo de turno deben indicarse los sensores desactivados, los enclavamientos puenteados, las purgas en curso, las anomalías de ventilación y el estado de préstamo de las alarmas portátiles. Reducir los valores de consigna o aumentar el tiempo de retardo porque una alarma se repite con frecuencia puede ocultar la causa del peligro. Incluso cuando un suceso parece una falsa alarma, hay que revisar conjuntamente los registros de ventilación y suministro de gas para determinar si se trató de una avería del sensor o si realmente se produjo una deficiencia local y momentánea de oxígeno. La vigilancia no debe desactivarse hasta haber confirmado la causa.
La formación no termina al reproducir el sonido de una alarma. Los trabajadores deben saber qué color y qué sonido indican un nivel bajo de oxígeno, dónde está la salida más cercana y quién acciona el cierre de emergencia desde el exterior. La sala de control debe poder identificar el lugar de la alarma y el ramal de suministro relacionado, además de impedir el acceso al área. En los simulacros periódicos se debe cronometrar desde el reconocimiento de la alarma hasta la evacuación completa, el recuento de personas, la llamada al equipo de rescate, la confirmación de seguridad y la autorización para reiniciar; también deben registrarse las omisiones.
Por qué un rescatista puede convertirse en la segunda víctima cuando suena una alarma
Una persona desplomada en un espacio con poco oxígeno puede no mostrar, a simple vista, lesiones ni indicios de exposición tóxica. Surge el impulso de entrar unos pasos y sacarla, pero el rescatista que respire la misma atmósfera puede desplomarse todavía más deprisa. En accidentes reales de asfixia por nitrógeno se han repetido los casos en que también murió quien entró sin equipo de protección para salvar a un compañero.
Ante una alarma, la actuación básica no es entrar para buscar una válvula, sino abandonar inmediatamente la zona peligrosa, controlar el acceso y avisar a un equipo de respuesta de emergencia capacitado. Si existe un dispositivo de cierre de emergencia accionable desde el exterior, debe utilizarse conforme al procedimiento establecido. No se debe volver a entrar antes de que se confirme la seguridad, aunque la ventilación ya se haya puesto en marcha. También es peligroso medir un único punto delante de la puerta con un instrumento portátil y concluir que la situación es normal. Dado que puede haber gradientes de concentración según el flujo de aire y la altura, una persona cualificada debe comprobar varios lugares mediante muestreo remoto o con un procedimiento adecuado.
Para entrar en una atmósfera deficiente en oxígeno no sirven una máscara con filtro purificador de aire ni una mascarilla contra partículas. Estos equipos se limitan a filtrar contaminantes del aire; no generan el oxígeno que falta. Guía de NIOSH sobre respiradores con suministro de aire indica que la entrada y el rescate en una atmósfera inmediatamente peligrosa para la vida requieren un equipo autónomo de respiración de presión positiva adecuado, o un equipo con suministro de aire que cumpla la normativa y proporcione aire respirable independiente, además de un equipo de rescate capacitado, un vigilante, comunicaciones y un plan de recuperación. Los equipos destinados a la evacuación de emergencia no deben reutilizarse para efectuar una entrada de rescate.
Ante un peligro sin señales de alerta, la respuesta debe ser la instrumentación y la automatización
El punto de partida de la seguridad frente al nitrógeno en una sala limpia es comprender que el nitrógeno no es un gas con un olor penetrante. Aunque el trabajador no perciba ningún olor, los ventiladores de climatización estén funcionando y el recuento de partículas sea normal, puede faltar oxígeno. Por tanto, la seguridad debe verificarse mediante la concentración de oxígeno, el estado real de entrada y extracción de aire y el estado del cierre de gas, no mediante los sentidos ni un indicador de limpieza.
La pregunta final de comprobación en el lugar es sencilla. En la peor fuga realista, ¿qué punto cae primero por debajo del 19.5%? ¿El sensor vigila ese punto? ¿La persona que está fuera de la puerta comprende la alarma? ¿Se detiene el gas automáticamente y funciona la extracción de emergencia? ¿Están preparados la formación y los equipos para impedir que alguien entre sin protección a rescatar a una persona desplomada? Solo si estas preguntas pueden responderse con mediciones y registros de pruebas, una sala limpia será también un espacio de trabajo realmente seguro.