El electrolito es una mezcla, no un único líquido

En la fabricación de baterías de ion-litio, el electrolito suele estar compuesto por una sal de litio, varios disolventes orgánicos y aditivos. Por tanto, el nombre «vapor de electrolito» por sí solo no permite determinar la volatilidad, la toxicidad, la inflamabilidad ni el método de detección. La composición del vapor y el nivel de riesgo cambian si cambian el proveedor, la química de la celda, la formulación, la temperatura, la presión del proceso y los aditivos. El punto de partida es cotejar el lote realmente recibido con la información más reciente de la ficha de datos de seguridad (SDS): sección 2, identificación de peligros; sección 3, composición/información sobre los componentes; sección 7, manipulación y almacenamiento; sección 8, controles de exposición; sección 9, propiedades físicas; sección 10, reactividad; y sección 14, transporte. Cuando las concentraciones o algunas propiedades físicas no se divulgan por secreto comercial, no se deben interpretar los espacios en blanco como indicio de seguridad; debe solicitarse al proveedor información de seguridad del proceso.

Por ejemplo, la SDS de la mezcla LiPF6/EC·DMC de grado para baterías de MilliporeSigma clasifica el producto como líquido inflamable de categoría 3 e indica un punto de inflamación de 27°C. Explica que el vapor puede ser más pesado que el aire y extenderse por el suelo, y que un calentamiento intenso puede formar una mezcla explosiva con el aire. También señala corrosión cutánea, lesiones oculares graves y daño orgánico por exposición repetida por inhalación. Estos valores corresponden a ese producto, no son valores representativos de todos los electrolitos. Sin embargo, muestran que condiciones pequeñas, como cambios de temperatura cerca de la temperatura ambiente, un recipiente abierto, un paño mojado o un desagüe, pueden cambiar los riesgos de incendio y exposición.

La volatilidad no se determina solo por el punto de ebullición

Los disolventes de electrolito tienen distinta presión de vapor y velocidad de evaporación según el componente. En una mezcla, los componentes más volátiles dominan el vapor inicial, y con el tiempo pueden cambiar las composiciones del líquido restante y del vapor. El calentamiento, la liberación de vacío, la transferencia presurizada con nitrógeno, la agitación, la pulverización y una superficie húmeda amplia aumentan la generación de vapor. La baja humedad de una sala seca tampoco elimina la evaporación. Por el contrario, el sistema de climatización puede transportar la contaminación más allá de la zona de respiración del trabajador o empujarla hacia zonas muertas cerca del suelo o bajo los equipos. Tampoco puede concluirse que la concentración sea baja porque el olor sea débil o porque uno se haya acostumbrado a él.

El inventario de fuentes no debe incluir únicamente tanques de gran volumen. Debe considerar también respiraderos de tanques, apertura y trasvase de bidones, conexión y desconexión de acopladores, boquillas de llenado, extracción de cámaras de llenado al vacío, espera antes del sellado, desmontaje de celdas defectuosas, muestreo, cambio de filtros, sellos de bombas, recipientes de residuos líquidos, contenedores de almacenamiento de paños absorbentes y tareas de limpieza. Las pequeñas emisiones continuas durante el funcionamiento normal y las emisiones breves de alta concentración durante el mantenimiento o una avería requieren estrategias de medición diferentes. Un documento de revisión de permisos de la EPA para una instalación de fabricación de baterías clasifica como procesos emisores de VOC no solo el recubrimiento, la limpieza y el secado de electrodos, sino también el llenado y sellado de electrolito y el desgasificado de celdas. Es un caso real de fabricación que muestra la necesidad de captura y tratamiento por proceso, así como de evaluar condiciones anómalas.

Además, el NMP se analiza principalmente como disolvente utilizado en el recubrimiento y secado de lodo catódico, y no debe tratarse como si fuera lo mismo que los disolventes carbonatados del electrolito. Incluso dentro del mismo edificio, el NMP de los procesos de electrodos, los carbonatos de los procesos de llenado de electrolito y los disolventes de limpieza y ensayo de calidad producen fuentes de exposición y respuestas de detección diferentes. Agrupar toda la fábrica bajo una única categoría de «VOC de baterías» difumina tanto las fuentes como las prioridades de mejora.

En ventilación, la captura en la fuente precede a la dilución

NIOSH presenta los procesos cerrados y la extracción localizada como medios prioritarios para reducir la exposición a disolventes orgánicos. La transferencia de electrolito debe mantenerse cerrada en la medida de lo posible; las conexiones deben emplear acopladores sin goteo y procedimientos de comprobación de fugas; y los puntos de llenado o muestreo que deban permanecer abiertos han de contar con extracción localizada diseñada para captar el vapor antes de que alcance la cara del trabajador. El nombre de una campana o la capacidad de un ventilador por sí solos no demuestran el rendimiento. En condiciones reales de funcionamiento debe comprobarse si la distancia entre la boquilla y la fuente, la posición del cuerpo del trabajador y de la campana, las corrientes cruzadas, la apertura de puertas de equipos, el movimiento de robots, el calor del proceso y el aire de aporte interfieren con la captura.

La ventilación general es un medio auxiliar para reducir la concentración acumulada. La normativa de OSHA sobre líquidos inflamables exige que la ventilación de edificios de proceso cerrados descargue a un lugar exterior seguro, evite que el aire de aporte cortocircuite la extracción e incluya todos los suelos y fosos donde puedan acumularse vapores inflamables. Esta normativa estadounidense no puede aplicarse sin cambios numéricos a instalaciones coreanas, pero son útiles sus principios de ingeniería: revisar conjuntamente los puntos bajos y fosos, los cortocircuitos de aire y las ubicaciones de descarga seguras. Aunque un vapor pueda ser más pesado que el aire, no se deben colocar automáticamente las tomas solo a nivel del suelo; la ubicación debe determinarse mediante simulación de fugas, pruebas de humo, medición de velocidad del aire y presión diferencial, y un mapa de concentración real.

La extracción debe disponer de ventiladores, motores, conductos, equipos eléctricos y medidas contra la electricidad estática adecuados al riesgo de incendio, y las salidas no deben recircular hacia tomas de aire ni lugares ocupados por personas. Si se utilizan adsorbedores de carbón activado, la instalación no pone fin a la tarea. Deben gestionarse el caudal, la concentración de entrada, la temperatura y la humedad, la adsorbilidad de los componentes objetivo, la saturación del lecho y el momento de ruptura, así como los procedimientos de sustitución y eliminación. Según los resultados de la evaluación de riesgos, también se deben considerar interbloqueos y alarmas que lleven los equipos de llenado a una parada segura ante un corte de energía, fallo del ventilador, mal funcionamiento de una compuerta o bypass del adsorbedor.

VOC y LEL responden a preguntas diferentes

Los instrumentos de VOC y los instrumentos de LEL no son intercambiables. Un detector de fotoionización (PID) responde de forma amplia a numerosos compuestos orgánicos ionizados por una lámpara ultravioleta, por lo que resulta útil para localizar rápidamente fugas, cambios de concentración y tendencias antes y después del trabajo. Sin embargo, como explica el manual técnico de OSHA, un PID no puede identificar cada componente de una mezcla. Puede no responder a sustancias cuya energía de ionización sea superior a la energía de la lámpara, y la lectura se ve afectada por el gas de calibración, los factores de respuesta específicos de cada sustancia, la composición de la mezcla, la humedad y la contaminación. Una pantalla que indique «VOC total 20 ppm» no puede demostrar por sí sola el cumplimiento del límite de exposición personal de un disolvente concreto.

Un instrumento de LEL expresa la concentración de gases o vapores inflamables como proporción respecto al límite inferior de explosividad del gas de calibración, para vigilar el margen frente a incendio y explosión. Ese valor no indica seguridad frente a exposición tóxica o crónica. Dado que el LEL de muchos vapores inflamables se sitúa en decenas de miles de ppm en aire, la indicación %LEL puede seguir siendo baja incluso después de superar un límite de exposición ocupacional. A la inversa, el rango de concentración al que responde un PID y el rango de alarma LEL son distintos, y que el PID sea normal no significa que no haya riesgo de explosión. El oxígeno, los componentes tóxicos y el riesgo de incendio deben evaluarse cada uno con criterios y métodos adecuados a su finalidad.

Los sensores LEL de combustión catalítica necesitan oxígeno para la reacción de combustión y pueden perder sensibilidad por compuestos de silicio, azufre y similares. Los sensores infrarrojos de gases combustibles pueden evitar la dependencia del oxígeno y el envenenamiento del catalizador, pero no responden de la misma manera a todos los disolventes. Los PID también difieren según el tipo de lámpara, la contaminación de la ventana y la respuesta específica de cada sustancia. Por ello, no puede prescribirse de forma uniforme para todas las zonas de electrolito un principio de sensor concreto, una altura de instalación o un valor de alarma. Los instrumentos y su ubicación deben seleccionarse a partir de la composición real de la SDS, la cantidad y los escenarios de liberación previstos, la ventilación, la temperatura y humedad, el límite de detección requerido, la idoneidad para atmósferas explosivas y los datos de rendimiento del fabricante.

Combinar instrumentos fijos y portátiles, lectura directa y análisis de muestras

Los detectores fijos pueden ser adecuados para tendencias e interbloqueos en llenadoras, salas de tanques, almacenamiento de residuos líquidos, puntos bajos y conductos de extracción donde se esperen fugas repetidas. Los instrumentos portátiles resultan ventajosos para la puesta en marcha, las comprobaciones previas al mantenimiento, la búsqueda de fugas y la inspección de las rutas de desplazamiento de los trabajadores. El muestreo personal y el análisis de laboratorio pueden ser necesarios para cuantificar la exposición durante el turno o un componente específico. Un tipo de equipo no sustituye los tres fines. Las alarmas de concentración alta anómala, la evaluación rutinaria de exposición a baja concentración y la vigilancia de ruptura de equipos de tratamiento de extracción requieren distintos rangos de medición y precisión.

Los puntos de medición no se determinan solo a partir de planos. Deben observarse las rutas reales de fuga en las conexiones, la zona de respiración de los trabajadores, la presión interna de los equipos, los flujos de suministro y extracción, la apertura y cierre de puertas y las posturas de mantenimiento. Junto con la posibilidad de acumulación de vapor en lugares bajos, deben comprobarse las corrientes ascendentes creadas por el retorno de climatización en el techo o por equipos calientes. Si el tubo de muestreo hasta el sensor es largo, puede haber retraso de transporte y adsorción en las paredes; la condensación, los filtros y la reducción del caudal de la bomba retrasan la respuesta. Si una alarma está vinculada a la parada del proceso, debe verificarse el tiempo total de respuesta de seguridad sumando al tiempo de respuesta del sensor el transporte de muestra, el retraso del controlador y el tiempo de cierre de la válvula.

No se deben copiar los valores de alarma predeterminados del equipo; deben documentarse por finalidad. Han de diferenciarse los criterios para la confirmación inicial de fugas, la evacuación de trabajadores, la parada del proceso y la entrada de respuesta de emergencia, considerando a la vez la variación normal del proceso y un margen de seguridad suficiente. Deben reflejarse la legislación aplicable, los límites de exposición por sustancia, los límites internos de seguridad de proceso, los escenarios de incendio y la incertidumbre de medición, y conservarse las aprobaciones y el historial de cambios.

El control de fuentes de ignición se diseña al mismo tiempo que la ventilación

OSHA enumera como fuentes de ignición donde puede haber vapor inflamable no solo las llamas y el tabaco, sino también la soldadura y el corte, las superficies calientes, el calor por fricción, la electricidad estática, las chispas eléctricas y mecánicas y las reacciones químicas. En las zonas de electrolito también deben revisarse teléfonos móviles, aspiradoras, instrumentos de medición, calefactores, relés, motores, cargadores y cableado temporal cuyos grados de protección contra explosiones no estén confirmados. Aunque se refuerce la ventilación, inmediatamente después de una fuga local puede formarse una concentración inflamable; la ventilación no sustituye al control de fuentes de ignición.

Al trasvasar recipientes, deben comprobarse conjuntamente la puesta a tierra y la conexión equipotencial de los recipientes de suministro y recepción, la continuidad de las mangueras conductoras y conexiones, y el sistema de ropa de trabajo, suelos y calzado antiestáticos. Añadir por comodidad un embudo de plástico o una bomba no aprobada puede interrumpir la ruta de carga diseñada. Los trabajos de mantenimiento deben seguir la secuencia de aislamiento de tuberías y retirada de líquido residual, medición de gas, ventilación, permiso de trabajo en caliente y nueva medición. Una marca de certificación de protección contra explosiones no significa que el equipo sea automáticamente adecuado para todas las sustancias químicas y todas las clasificaciones de zona; deben cotejarse el grupo de gas, la clase de temperatura, el método de instalación y las normas jurisdiccionales aplicables.

La respuesta ante derrames considera conjuntamente vapor, reactividad y residuos

Cuando se produce un derrame, primero debe alejarse a las personas y controlarse las fuentes de ignición conforme a las alarmas y los procedimientos de emergencia, y la fuente solo debe cerrarse si el personal formado puede hacerlo de forma segura. La ventilación debe mantenerse en una dirección segura o cambiarse al modo de emergencia, pero la posibilidad de que accionar un interruptor se convierta en una fuente de ignición también debe eliminarse en la fase de diseño. No debe dejarse que el material llegue a desagües; debe impedirse su propagación y utilizar absorbentes no reactivos y recipientes de recuperación permitidos por la SDS en uso. Los absorbentes, guantes, paños y celdas dañadas contaminados pueden seguir liberando vapor, por lo que deben gestionarse mediante sellado, etiquetado, almacenamiento temporal y eliminación.

Los electrolitos basados en LiPF6 son sensibles a la humedad y en un incendio pueden generar productos de descomposición peligrosos, incluido fluoruro de hidrógeno. La SDS de ejemplo también indica sensibilidad a la humedad y al aire, impedir la entrada en desagües, ventilación suficiente, retirada de fuentes de ignición y recuperación de absorbentes. Eso no justifica crear una regla universal que prohíba el agua para todo derrame de electrolito ni usar el mismo neutralizante. El lavado de personas, la extinción de incendios, la limpieza de superficies y la estabilización de residuos tienen fines distintos y deben seguir la SDS del producto, el plan de respuesta de emergencia y los procedimientos de las autoridades de bomberos y de los equipos de respuesta especializados. Deben establecerse criterios de retirada según la magnitud para que los trabajadores ordinarios no intenten limpiar cuando haya un derrame grande, una mezcla desconocida, incendio o generación de calor, o humos irritantes.

Después, no debe emplearse como criterio de recuperación que el olor haya desaparecido tras limpiar con absorbente. Una persona autorizada aprueba el reinicio después de confirmar la detención de la fuente; realizar mediciones basadas en el riesgo, como VOC y LEL, en el espacio y las zonas muertas; normalizar la extracción; recuperar los contaminantes; y confirmar la seguridad eléctrica de los equipos y la calidad del producto. Registrar la cantidad derramada, la causa, los valores máximos de detectores, el estado de ventilación, las personas potencialmente expuestas, los residuos y los resultados de la comprobación de calibración permite vincular los derrames repetidos a mejoras de los equipos.

La calibración gestiona la fiabilidad de los números

La prueba funcional (bump test) es una comprobación funcional que aplica gas para verificar si responden el sensor y la bomba, así como las alarmas sonora, luminosa y por vibración. La comprobación de calibración verifica el error de indicación respecto a un gas patrón de concentración conocida, y la calibración completa ajusta el punto de referencia del equipo. El boletín de información de seguridad y salud de OSHA de 2024 da prioridad a las instrucciones del fabricante e introduce la recomendación del sector de realizar una prueba funcional o comprobación de calibración antes del uso o en cada día de uso. Los equipos que queden fuera del rango admisible deben calibrarse por completo y, si vuelven a fallar, retirarse del uso para que personal cualificado los repare.

Como el PID suele calibrarse con isobutileno, deben aplicarse el factor de respuesta al vapor real de electrolito y la energía de la lámpara. El instrumento LEL debe utilizar, cuando sea posible, un gas de calibración cercano al vapor objetivo real o corregirse con la curva de calibración del fabricante. Deben registrarse la concentración del gas de calibración, el certificado y su fecha de validez, el regulador, el caudal, el material del tubo, la temperatura y humedad y la limpieza del aire cero. Tras el envenenamiento de un sensor catalítico, la contaminación de la lámpara PID, la exposición de un sensor electroquímico a disolventes, una sobreescala de alta concentración, un golpe, una inmersión o una temperatura extrema, debe realizarse una nueva comprobación sin esperar a la fecha prevista.

Como los sensores fijos no son equipos que el trabajador lleve y vea cada día, es fácil detectar tarde una avería. Mediante una prueba de extremo a extremo, en la que el gas de prueba llega realmente al cabezal remoto, deben comprobarse el sensor, la línea de muestra, el controlador, las alarmas luminosas y sonoras y los interbloqueos de ventilación o parada de proceso. El registro de calibración debe incluir el número de identificación del equipo y del sensor, la ubicación, el lote de gas patrón, los valores antes y después, la persona que la realizó, los fallos y las acciones. Si aumenta el historial de alarmas pero la calibración sigue superándose, no debe atribuirse solo a un problema del sensor: deben investigarse las fugas del proceso, la ruptura del adsorbedor o la reducción de la ventilación.

Orden para elaborar un plan de gestión por emplazamiento

Conviene elaborar el plan de gestión de vapor de electrolito no como una lista de compra de sensores, sino siguiendo el flujo siguiente.

  1. Obtener las SDS más recientes del electrolito y los limpiadores recibidos, las cantidades de uso, la temperatura, la presión y el historial de cambios de proceso.

  2. Cartografiar las fuentes de generación de vapor y las ubicaciones de los trabajadores para los escenarios de funcionamiento normal, arranque, parada, mantenimiento, derrame e incendio.

  3. Aplicar prioritariamente el cierre y la extracción localizada, y verificar el rendimiento de la ventilación general, los equipos de tratamiento y los interbloqueos por avería.

  4. Distinguir el objetivo de medición entre exposición ocupacional, búsqueda de fugas, prevención de incendios y respuesta de emergencia para seleccionar PID, LEL, sensores específicos, muestreo personal y métodos analíticos.

  5. Conectar los valores de alarma, las medidas de evacuación y parada, el control de fuentes de ignición, la respuesta según la magnitud del derrame y los criterios de aprobación del reinicio.

  6. Asignar responsables de la prueba funcional, la comprobación de calibración, la calibración completa, el mantenimiento preventivo, la revisión de datos y la gestión de cambios.

La pregunta final no es «qué sensor es bueno para el electrolito». Debe responderse en qué punto de este proceso se libera qué componente y a qué velocidad, qué debe prevenirse —la salud de las personas o la posibilidad de ignición— y en qué escala temporal, y qué se detiene automática o manualmente cuando suena una alarma. Solo con esa respuesta la ventilación, la instrumentación y los procedimientos de trabajo forman un único sistema de defensa.

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