No se estudia toda la acería, sino las fuentes y las condiciones de acumulación

En una planta siderúrgica conviven equipos a altas temperaturas, gases combustibles, gases reductores, gases de protección para soldadura y distintos tipos de espacios confinados. Por eso no es exacto aplicar una regla general como «si es una siderúrgica, se añade CO₂ como quinto gas». Para decidir dónde añadir la medición de CO₂ hay que examinar, por este orden, si el proceso genera o suministra realmente CO₂, si una fuga podría desplazarse hasta un lugar ocupado por personas y si el gas podría acumularse al detenerse la ventilación.

El CO₂ es incoloro, inodoro y no inflamable. NIOSH establece como límites recomendados de exposición profesional una media ponderada de 8 horas de 5,000 ppm, un límite de corta duración de 30,000 ppm y un valor IDLH —inmediatamente peligroso para la vida o la salud— de 40,000 ppm. Estos son criterios estadounidenses y no sustituyen los límites legales coreanos, pero muestran que el CO₂ no debe tratarse únicamente como un indicador de calidad del aire interior o como indicio indirecto del desplazamiento de oxígeno. Puede causar dolor de cabeza, mareo, dificultad respiratoria e incluso pérdida del conocimiento y convulsiones, por lo que debe medirse directamente en trabajos donde pueda generarse.

En una planta siderúrgica, dos tipos de condiciones elevan especialmente la prioridad de un canal de CO₂. La primera es la existencia de una fuente clara, como los gases secundarios de alto horno o convertidor, los gases de combustión, los gases de protección, los agentes extintores o el hielo seco. La segunda es la entrada o permanencia de personas en espacios donde el gas pueda quedar retenido, como fosos, conductos, tanques, interiores de hornos, sótanos o cerramientos temporales contra el ruido o el polvo. Cuanto más coincidan ambas condiciones, más necesario será considerar conjuntamente la vigilancia fija, la medición remota previa a la entrada y la medición personal durante el trabajo.

1. Altos hornos, convertidores y sistemas de gases secundarios

Los procesos siderúrgicos integrados manejan realmente corrientes de gas con elevadas concentraciones de CO₂. Desde la perspectiva de la captura de carbono, la World Steel Association sitúa el CO₂ de los gases de alto horno aproximadamente en 20~25 mol%, el de los gases de convertidor en 15~20 mol%, el de las estufas de aire caliente de alto horno en 15~30 mol% y el de los conductos de hornos de coque en 10~20 mol%. Esto no significa que el aire del lugar de trabajo presente esas concentraciones, sino que el gas de proceso dentro de tuberías, conductos, gasómetros y sistemas de captación y recuperación puede convertirse en una gran fuente de emisión si se produce una fuga.

Sin embargo, en estas zonas resulta especialmente peligroso vigilar solo el CO₂. Un antiguo estudio de NIOSH sobre altos hornos en una acería indicaba que el gas de alto horno podía contener entre 27~30% de CO; durante la investigación, detectores de lectura directa de CO superaron su intervalo de medición de 100 ppm en varios puntos. Aunque las condiciones del proceso y los equipos varían entre centros, no existe fundamento para añadir únicamente CO₂ y excluir el canal de CO en una evaluación del riesgo agudo de los sistemas de gases de alto horno y convertidor. Si la composición del gas y las condiciones de funcionamiento incluyen componentes inflamables, también se requiere por separado vigilancia del LEL.

Por tanto, los candidatos para añadir CO₂ no son tanto las propias tuberías que normalmente permanecen cerradas como las vías de exposición de los trabajadores. Deben estudiarse de forma prioritaria los gasómetros y las salas de compresores, salas de soplantes, estaciones de válvulas, salas de analizadores, puertos de drenaje, fosos de condensados, registros de conductos, inmediaciones de colectores de polvo, instalaciones de captura y compresión de carbono y zonas alrededor de hornos y recipientes que se abren para mantenimiento. Hay que revisar conjuntamente los registros de fugas repetidas, las vías de purga y despresurización, los modelos de dispersión cuando se detienen los extractores y el flujo de aire real.

2. Zonas de combustión: hornos de calentamiento, hornos de tratamiento térmico y calderas

La combustión completa de un combustible con carbono y suficiente oxígeno produce CO₂; la combustión incompleta puede aumentar el CO. Entre los principales elementos que deben revisarse están los hornos de recalentamiento de planchones, los hornos de tratamiento térmico, los secadores, las calderas, los quemadores, los generadores de emergencia y los equipos con motores de combustión interna. Que durante el funcionamiento normal el CO₂ se evacúe por una chimenea no implica por sí solo la necesidad de vigilar el lugar de trabajo. Debe existir un escenario en el que los gases de combustión puedan entrar en la zona de trabajo, como una fuga o reflujo del conducto, una anomalía del quemador, un fallo de la compuerta, la parada del extractor, la pérdida de depresión o el cierre de accesos durante el invierno.

En ese contexto, el CO₂ y el CO responden a preguntas diferentes. Un aumento del CO₂ puede mostrar la entrada de productos de combustión y una ventilación insuficiente, mientras que el CO indica directamente el riesgo tóxico de una combustión incompleta. Un valor bajo de CO₂ no significa que no haya CO, y un valor bajo de CO tampoco significa que la exposición al CO₂ sea pequeña. Las fugas de combustible y el riesgo de explosión corresponden, a su vez, al canal LEL. Aunque se añada CO₂ cerca de la cámara de combustión, nunca debe sustituir la vigilancia de CO y LEL, los enclavamientos del quemador, el control de la combustión ni la ventilación local y general.

Una única lectura de CO₂ en medio de una nave de laminación grande y abierta puede ser poco representativa. En cambio, una pequeña fuga puede producir concentraciones acumuladas en salas subterráneas de servicios, fosos de inspección, la parte inferior de un horno, el aire que entra en una cabina de grúa o cerramientos temporales acústicos y de mantenimiento. Para decidir si se necesita vigilancia fija permanente, deben medirse por separado las condiciones de funcionamiento normal, arranque, parada, parada de emergencia y mantenimiento.

3. Soldadura y corte con gas de protección CO₂

En la fabricación y reparación de acero se puede utilizar CO₂ puro o una mezcla de argón y CO₂ como gas de protección en la soldadura por arco metálico con gas. Las orientaciones de la OSHA sobre soldadura enumeran argón, helio, nitrógeno y CO₂ como gases de protección, y explican que el proceso también puede generar CO y CO₂. En espacios confinados o semicerrados, estos gases pueden desplazar el aire y crear riesgo de asfixia.

La mera realización de una pequeña cantidad de soldadura en una nave abierta no implica que todos los trabajadores necesiten un sensor de CO₂. Sin embargo, la situación cambia dentro de tanques, conductos, tuberías u hornos, en fosos de inspección de vehículos, bloques de buques, vigas cajón de grandes estructuras, zonas de soldadura rodeadas por pantallas cortavientos o celdas robotizadas con poca ventilación. Si coinciden una fuga de un cilindro o una manguera del colector, una válvula que quedó abierta al terminar el trabajo, el uso simultáneo de varias antorchas y la parada de la extracción local, el CO₂ puede acumularse rápidamente.

En estos casos deben emplearse conjuntamente la medición directa de CO₂ y la medición de O₂, y también debe evaluarse el CO que pueda producir la soldadura. Los humos metálicos y otros gases peligrosos derivados de pinturas, recubrimientos, productos de limpieza y la composición del metal base no se resuelven por completo con los cuatro o cinco canales de un instrumento multigás. La extracción local debe situarse cerca de la fuente y deben gestionarse por separado el permiso de trabajo y la evaluación de higiene industrial específica de cada sustancia.

4. Inertización, purga y sistemas de extinción

En una planta siderúrgica pueden utilizarse gases inertes como nitrógeno o argón para evitar incendios y explosiones, limitar la oxidación, conservar equipos o preparar tareas de mantenimiento. Lo primero que debe confirmarse es la sustancia que se introduce realmente. Si el sistema se purga con nitrógeno o argón, añadir un sensor de CO₂ no detectará directamente una fuga de esos gases. En ese caso, el canal esencial es el de O₂, acompañado del corte del suministro, el aislamiento, la ventilación y el control de entrada.

En cambio, si en una zona se utiliza el propio CO₂ para purgar o inertizar, o como agente de un sistema fijo de extinción, un canal de CO₂ adquiere un significado directo. Deben revisarse como posibles vías de fuga la sala de cilindros, el colector, las inmediaciones de las boquillas de descarga, la entrada del área protegida, las zonas bajas adyacentes y los pasos entre sótanos de cables y salas de control. La alarma debe diseñarse en coordinación con el retardo previo a la descarga, la señal de evacuación, la reanudación de la ventilación, el bloqueo del acceso y la indicación del estado del sistema. Un instrumento de medición no impide la descarga ni rescata automáticamente a las personas, por lo que se necesitan procedimientos de emergencia y medios de evacuación independientes.

5. Trabajos que incorporan limpieza con hielo seco

La proyección de hielo seco puede elegirse para eliminar la contaminación de moldes, rodillos, equipos eléctricos y superficies de producción sin agua ni residuos de abrasivo. No todas las acerías utilizan este método, por lo que primero deben comprobarse los artículos adquiridos y los métodos empleados por los contratistas de mantenimiento. El manual técnico de la OSHA explica la ventaja de que los gránulos de hielo seco subliman tras golpear la superficie y generan pocos residuos del medio de proyección, pero también advierte de la alta probabilidad de crear una atmósfera deficiente en oxígeno dentro de espacios confinados.

Una cantidad de 1 kg de hielo seco no permanece en estado sólido: se convierte por completo en CO₂ gaseoso. Por ello, deben utilizarse la cantidad empleada, la duración del trabajo, el volumen del espacio, el caudal de ventilación mecánica y la ubicación de la descarga para calcular el peor escenario, y este debe verificarse mediante mediciones reales. Dentro de hornos, tanques, fosos subterráneos, pantallas contra el polvo o cabinas cerradas de limpieza, es razonable vigilar continuamente y a la vez el O₂ y el CO₂. Si se dispersan pintura, cascarilla o polvo de la superficie limpiada, también deben evaluarse por separado como exposiciones.

No se deben confundir la concentración de fondo y la alarma de seguridad industrial

El aire exterior limpio contiene aproximadamente un 0.04% de CO₂; en espacios de oficinas ocupados la concentración aumenta por la respiración. El HSE indica que el CO₂ puede utilizarse como indicador general de ventilación en espacios ocupados ordinarios, pero especifica que ese uso puede ser inadecuado o poco representativo en zonas donde el proceso genera CO₂ o en grandes naves de producción donde el aire no se mezcla por completo. Por tanto, valores de gestión de la ventilación usados en oficinas, como 1,000~1,500 ppm, no deben adoptarse sin más como valores de alarma por exposición tóxica en una acería.

La línea de base del lugar se establece registrando conjuntamente el aire exterior limpio y las concentraciones de varios puntos durante el funcionamiento normal. También se observan las variaciones debidas al turno, la estación, la apertura de puertas, el funcionamiento de los ventiladores y la tasa de utilización. Después, los valores de alarma se fijan a partir de la normativa coreana aplicable, los límites de exposición del centro, el objetivo de respuesta ante emergencias, el intervalo de medición y el error del sensor. Que una lectura sea ligeramente superior al fondo puede ser útil para rastrear una fuente, pero no equivale por sí solo a una alarma de riesgo para la salud. A la inversa, una media baja puede ocultar una emisión breve y elevada, como una despresurización o la fuga de un cilindro.

Por qué el O₂ por sí solo no sustituye al CO₂

El CO₂ desplaza el aire, pero una alarma de O₂ no siempre advierte con suficiente antelación de la peligrosidad propia del CO₂. En un cálculo meramente ilustrativo, si se supone que se mezcla un 4% de CO₂ puro con aire limpio y que desplaza el mismo volumen de aire, el oxígeno quedaría aproximadamente en 20.1%. Ese valor puede superar el nivel habitual de alarma por deficiencia de oxígeno, 19.5%, mientras que un 4% de CO₂ equivale al IDLH de NIOSH de 40,000 ppm. Aunque las mezclas reales en el lugar de trabajo sean más complejas debido a la temperatura, la presión, las corrientes y las reacciones, no cambia la conclusión de que ambos sensores miden objetos diferentes.

El CO y el LEL tampoco sustituyen al CO₂. El sensor de CO detecta el riesgo tóxico de la combustión incompleta y de los gases secundarios que contienen CO. El sensor LEL indica si un gas inflamable se aproxima al intervalo en que puede encenderse. El CO₂ no es inflamable y, por tanto, no aparece en el valor LEL. Las funciones de los cuatro parámetros pueden distinguirse así:

  • O₂: comprueba el desplazamiento del aire, el consumo o enriquecimiento de oxígeno y las condiciones de lectura de determinados sensores.

  • CO: comprueba el riesgo de intoxicación por combustión incompleta y por gases secundarios que contienen CO.

  • LEL: comprueba el riesgo de incendio o explosión de los gases combustibles y componentes inflamables.

  • CO₂: comprueba directamente la fuga y acumulación del propio CO₂ y su nivel de exposición.

Por tanto, el CO₂ no es un sensor de sustitución que elimine los canales existentes de O₂, CO y LEL, sino un sensor complementario que cubre un vacío identificado en la evaluación de riesgos. Si se prevén otros peligros, como H₂S, SO₂, NO₂, amoníaco, vapores de disolventes o humos metálicos, también se requieren mediciones específicas.

La ubicación del sensor no se resuelve con «es pesado, póngase en el suelo»

La densidad relativa del CO₂ gaseoso es superior a la del aire, por lo que es razonable estudiar su acumulación en fosos y zonas bajas. Sin embargo, los gases de escape calientes pueden ascender, y los chorros de fugas a alta presión, la ventilación, la apertura de puertas, la convección térmica y la aspiración de conductos modifican la distribución de concentraciones. Una fila de sensores instalada únicamente a ras de suelo puede no captar la corriente real de una fuga ni la zona respiratoria del trabajador.

La ubicación de los sensores fijos se decide combinando los puntos situados entre la fuente de fuga prevista y las personas, las zonas bajas donde el gas puede acumularse, los puntos sin ventilación, los recorridos de los trabajadores y sus lugares de permanencia. En una sala de compresores de gas deben considerarse los sellos y bridas y las rutas de acceso; en una celda de soldadura, la antorcha, el colector de gas y la posición del trabajador; en una cabina de hielo seco, la zona de alimentación, la descarga y la zona de espera para la recuperación. Un punto justo delante de la impulsión de aire puede mostrar un peligro diluido, mientras que otro junto a una extracción intensa puede desviarse por encima o por debajo de la media del espacio; por ello debe definirse claramente el objetivo de la instalación.

Antes de entrar en un espacio confinado, se dividen y comprueban la parte superior, media e inferior y la ruta de avance mediante medición remota con bomba. El procedimiento de pruebas atmosféricas en espacios confinados de la OSHA también indica que, si se prevé una atmósfera estratificada, deben probarse progresivamente la dirección de avance y las zonas circundantes, respetando en cada punto el tiempo mínimo de respuesta establecido por el fabricante. Si se utiliza una manguera larga, también debe añadirse el tiempo de transporte de la muestra. Cuando el proceso pueda cambiar después de la entrada, debe llevarse un medidor personal en la zona respiratoria del trabajador o mantenerse una vigilancia continua.

El principio de medición y el intervalo son tan importantes como la ubicación. Para el CO₂ se utiliza ampliamente el método de infrarrojo no dispersivo, NDIR, pero eso no significa que un instrumento de calidad del aire interior para bajas concentraciones sea adecuado como alarma de seguridad industrial de alta concentración. Deben comprobarse la peor concentración prevista, la resolución, el límite superior, el tiempo de respuesta, los efectos de temperatura, humedad y presión, la aptitud para atmósferas explosivas y los métodos de calibración y prueba funcional. Un instrumento que haya quedado fuera de intervalo tras exponerse a una concentración alta debe revisarse conforme al procedimiento del fabricante antes de reutilizarse.

Secuencia de inspección para decidir si se añade el canal

Al añadir un canal de CO₂ es más seguro empezar por la documentación del proceso que por el catálogo del equipo. Revisar los siguientes puntos por orden permite reducir a la vez la instalación excesiva y los puntos ciegos:

  1. Elabore una lista de las sustancias y composiciones gaseosas de altos hornos, convertidores, hornos de calentamiento, calderas, soldadura, purga, extinción y limpieza.

  2. Separe las cantidades y vías de emisión durante el funcionamiento normal, arranque y parada, despresurización, limpieza, mantenimiento y fallo de ventilación.

  3. Conecte en planos y mediante pruebas de humo o comprobaciones de la dirección del aire los fosos, conductos, tanques, interiores de hornos, sótanos, cerramientos temporales y zonas respiratorias de los trabajadores.

  4. Marque, entre O₂, CO, LEL y los gases tóxicos específicos, los parámetros que los equipos existentes no pueden detectar.

  5. Distinga las finalidades de la vigilancia fija, la portátil, la medición previa con bomba, la medición personal y el muestreo de higiene industrial.

  6. Pruebe la evacuación, el corte del suministro, la ventilación forzada, la autorización de reentrada y los procedimientos de rescate tras una alarma.

  7. Incorpore al procedimiento operativo la prueba funcional, la calibración, la vida útil del sensor, la revisión de datos y las medidas para corregir alarmas repetidas.

En definitiva, el lugar donde se añade CO₂ en una planta siderúrgica no es simplemente «donde probablemente haya CO₂», sino aquel en el que se ha demostrado una vía por la que el CO₂ puede liberarse y exponer a las personas. Los sistemas de gas de proceso, las zonas confinadas de combustión, la soldadura protegida con CO₂, la purga y extinción con CO₂ y la limpieza con hielo seco son los principales candidatos; en cada punto también deben considerarse O₂, CO, LEL y otros agentes peligrosos. Añadir un sensor es una decisión útil, pero la seguridad real solo se consigue cuando el aislamiento de la fuente, la ventilación, el permiso de trabajo, la ubicación de las mediciones y la respuesta a las alarmas funcionan como un único sistema.

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