Agentes extintores: Manual de gases limpios

Introducción

A través de estas páginas buscamos
introducirlos en los agentes extintores denominados "limpios": el
entendimiento de los hechos relacionados con su evolución,
las propiedades y sus aplicaciones.

El presente manual es un aporte más que
efectúa Demsa con el fin de trabajar por una sociedad
más segura. Bajo ninguna circunstancia busca sustituir la
capacitación formal, sino más bien ser una
guía informativa para complementar la
misma.

¿A
qué nos referimos con "agentes limpios"?

La mejor calificación de un "agente
limpio" se obtiene a partir de los atributos estándar que
dichos agentes deben cumplir. Es así que la norma NFPA
2001 de los EEUU define:

"Un agente limpio es un agente extintor de
incendio, volátil, gaseoso, no conductivo de la
electricidad y que no deja residuos luego de la
evaporación".

De esta definición se desprende sus
propiedades más importantes:

• No debe dejar residuos

• No hace falta limpiar luego de su
uso

• No debe afectar el funcionamiento
del lugar en el cual se ha utilizado.

Sin tiempos inoperantes (Lucro cesante =
CERO).

Basados en esta definición el agua,
las espumas sintéticas y el polvo químico seco no
pueden considerarse agentes limpios dado que:

• Dejan residuos

• Requieren limpieza

• Provocan tiempos
inoperativos

• En muchos casos su
utilización pueden producir daños en activos
aún mayores que el propio incendio

Para alcanzar estos atributos, los "agentes
limpios" también deben ser rápidos en la
detección y extinción del incendio.

Las espumas no son agentes limpios dado
que pueden ocasionar daños
significativos a equipos

A modo de ejemplo en el diagrama adjunto encontramos una
comparativa entre un sistema de rociadores de agua y uno de
"gases limpios".

Vemos que el sistema de rociadores recién se
activa frente a una liberación de cantidad de calor
importante, cuando esto sucede el mayor daño ya ha
ocurrido. La activación de los rociadores tienden al
"control del incendio" evitando su propagación y su
posterior extinción con su uso sostenido.

El sistema de gases limpios, en cambio, actúa
tempranamente activándose frente a una liberación
de calor moderada y procediendo rápidamente a la
extinción del incendio.

Historia de los
"Agentes Limpios"

Los agentes limpios tienen sus inicios en el año
1900, con la introducción de los primeros extintores con
Cloruro de Carbono (CCl4).

Las distintas carreras armamentistas que se
desarrollaron antes, durante y después de las guerras
mundiales vieron aparecer sustitutos con ciertas mejoras en la
perfomance y en la toxicidad de los agentes
utilizados.

A fines de 1920, se ensaya la sustitución del
cloro por el bromo obteniéndose agentes limpios basados en
el bromuro de metilo (CH3Br). Este producto fue desarrollado
principalmente por el Reino Unido y Alemania para sus
aplicaciones en la fuerza aérea y marina.

Avanzado los años 30, la fuerza
aérea alemana introduce el Bromoclorometano (CH2BrCl),
que fuera utilizado por su par estadounidense diez
años después.

El problema básico de estos agentes
radicaba en su toxicidad, con lo cual a fines de 1940, el
ejército de los EEUU busca un compuesto sustituto
del CH3Br y CH2BrCl. Entre los encargados de desarrollarlo se
encontraron compañías químicas y
universidades tales como la Purdue University, Earl McBee, CEO y
Great Lakes Chemical Corp.

Durante el proceso de investigación se evaluaron
más de 60 agentes, quedando seleccionados para posteriores
estudios sólo 4 de ellos, que fueron denominados
como:

Halon 1301 CF3Br Halon 1211 CF2BrCl Halon
1202 CF2Br2

Halon 2402 BrCF2CF2Br

A partir de estos nace la "era de los halones" que se
desarrolla desde 1960 a 1994 basados principalmente en dos de los
agentes limpios mencionados. El Halon 1301 (CF3Br) destinado a
aplicaciones para inundación total de recintos y el Halon
1211 (CF2BrCl) para aplicaciones locales con extintores
portátiles. Conformando así los primeros "agentes
limpios" por definición ya que no dejaban residuos
corrosivos o abrasivos luego de la aplicación y
extinción.

La coronación de los halones como "ideales" se
basó en las nuevas necesidades industriales de no requerir
limpieza luego de la descarga del agente, no interrumpir el
trabajo y por ende no tener sectores con tiempos inoperativos
derivados de daños producidos durante la extinción
del incendio.

La importancia de este último requerimiento la
podemos evaluar en los anexos 1 y 2, donde se muestran claramente
cuales son las pérdidas monetarias ocasionadas por tiempos
inoperativos de diferentes industrias (Anexo 1 – lucros
cesantes).

TIP Demsa

Halones: El gas limpio
ideal

Los halones ofrecieron una combinación
única de distintas propiedades transformándolos en
el agente limpio IDEAL. Los factores que coronaron su
éxito fueron:

• Limpios, no dejaban residuos luego de la
aplicación

• Eficiente supresión de
incendios

Rápida detección

Rápida extinción

• Químicamente inertes

• Estables al almacenamiento

• No reaccionan químicamente

• No conductores de la electricidad

• Baja toxicidad

• Bajo costo

Así súbitamente los Halones
ganaron un mercado importante al cubrir aplicaciones
específicas que no podían ser encaradas con otros
tipos de agentes. Dentro de los usos podemos destacar:

• Instalaciones electrónicas

• Cuartos de computación

• Almacenes de datos

• Archivos de documentos

• Cuartos de comunicaciones

• Industrias del petróleo y gas

• Estaciones de bombeo

• Plataformas oceánicas

• Cuarto de máquinas de buques

• Museos y bibliotecas

El impacto
ambiental de los Halones

La acelerada retracción de la capa de ozono,
llevo a los científicos a estudiar cuál era el
proceso que estaba ocasionando la reducción del ozono
estratosférico. En el diagrama adjunto explicamos el ciclo
de retracción.

El ciclo se inicia con la liberación a la
atmósfera de clorofluocarbonos (CFC). Los mismos, por su
baja densidad, ascienden hacia la estratósfera donde se
encuentra la denominada "capa de ozono".

Allí, la acción intensa de las radiaciones
ultravioletas (rayos UV) disocia la molécula de cloro
presente en los CFCs dejándola libre. Es así que el
cloro destruye al ozono dejando "agujeros" en dicha capa. La
retracción de la misma permite una mayor entrada de rayos
UV hacia la superficie terrestre. Estos rayos impactan
directamente sobre la población expuesta provocando graves
alteraciones genéticas en la piel que conducen al
cáncer.

Para contrarrestar este problema, rápidas medidas
debieron ser implementadas en torno de la reducción de
emisiones de elementos clorados hacia la
atmósfera.

Los primeros pasos de este accionar fueron la
determinación de aquellos elementos que mayormente
producían la acumulación de cloro
atmosférico, allí se determino que los CFCs
causaban el 70% de las emisiones y los Halones el 30%
restante.

Los halones conformaban en consecuencia gran parte de la
problemática y debían ser reemplazados, comenzando
así el largo camino de la búsqueda del sustituto
ideal del Halón

Buscando al
reemplazo ideal del halón

La investigación se orientó sostenidamente
a encontrar un elemento que fuera capaz de cumplir con las
propiedades funcionales del agente extintor, sumadas a la
satisfacción de los nuevos requerimientos de
protección medioambiental.

El agente seleccionado debería cumplir entonces
con los siguientes requisitos:

• Agente Limpio: No dejar residuos luego de su
aplicación

• Supresor eficiente de
incendios:

Requerimiento de baja masa: El agente debería
contar con una masa baja, de esta forma se puede almacenar
más agente dentro de un recipiente dado a un costo menor
Agente gaseoso y que brinde la capacidad de extinguir
rápidamente fuegos ocultos. Alta capacidad de
absorción del calor y alto calor latente.

Baja densidad de vapor, esto otorga la capacidad de
brindar tiempos de acción del agente
más prolongados

• Químicamente
inertes

Estables al almacenamiento durante
períodos largos de tiempo

Químicamente no reactivos con agua,
combustibles y los propios activos a proteger

• No conductor de la
electricidad

Alta fortaleza
dieléctrica

• Capaz de ser almacenado como un gas
comprimido liquido, de esta forma se asegura una menor superficie
de instalación y el uso de válvulas y
tuberías comunes

• Baja toxicidad para ano comprometer
y asegurar la salud del operador

• Baja toxicidad de uso.

Toxicidad aguda lo más baja
posible

Toxicidad por exposición prolongada
o repetida lo más baja posible

Agente no metabolizable en el cuerpo
humano

• Sin impacto sobre el medio
ambiente

Potencial de retracción de la capa
de ozono (PRO) = CERO. No se admitiría un agente que
dañara la capa de ozono estratosférico.

Potencial de calentamiento global (PCG) =
CERO. No se admitiría un agente que contribuyera a la
formación de gases de efecto invernadero.

Sin compuestos orgánicos
volátiles (COV). No se admitiría un agente que al
emitir compuestos orgánicos volátiles contribuyera
a la formación de SMOG en las capas bajas de
la atmósfera.

• Costo de producción
razonable

Hacia esta tarea se orientaron
instituciones académicas, gubernamentales, militares e
industriales.

El
triángulo y el tetraedro del fuego – Agentes
químicos y físicos.

Las grandes exigencias determinaron una
vuelta a las bases y a diseñar el nuevo agente limpio
desde sus primeros principios.

El análisis del triángulo del
fuego nos lleva a la necesidad de existencia de tres componentes
básicos para su formación

Combustible: Sustancia que en
contacto con el oxígeno y la energía de
activación (calor) es capaz de quemarse

Oxígeno: Es el gas que
permite a los combustibles quemarse. El oxígeno es el
agente oxidante que se encuentra en el aire con una
proporción del 21%

Energía de activación: Es la
forma de energía que manifestada en calor permite la
ignición del combustible.

El triángulo del fuego determina
mecanismos físicos y la eliminación de uno de ellos
lleva a la extinción inmediata del incendio.

El tetraedro del fuego, en cambio añade un
elemento más derivado de la unión sostenida de los
tres componentes anteriores conformando un mecanismo
químico consistente en la reacción en
cadena.

Los agentes limpios a diseñar deberían
trabajar en la extinción del incendio removiendo a los
mecanismos físicos, químicos o ambos a la vez. Las
investigaciones condujeron finalmente a la adopción de los
siguientes agentes:

Agentes Químicos:

Alquenos con contenido de Bromo. La selección se
basó en la capacidad que tiene el Bromo de reaccionar con
cierto tipo de llamas. Finalmente estos elementos fueron
descartados dada su alta toxicidad.

Agentes Físicos:

Aquí la lista fue más extensa y los
agentes que lograron imponerse fueron:

Perfluorocarbonos

Fueron rápidamente olvidadas por su
alta vida en la atmósfera y su alto potencial de
calentamiento global.

Perfluorocetonas

Comercializadas actualmente. Algunas designaciones
comerciales son:

• FK-5-1-12: NovecTM 1230 CF CF C(O)CF(CF
) 3 2 3 2

Hidroclorofluorocarbonos
(HCFCs)

Comercializadas actualmente pero
prontamente en desuso por su contenido de Cloro. Algunas
designaciones comerciales son:

• HCFC Blend A:
NAF-S-III

•
HCFC-22/HCFC-123/HCFC-124/d-limonene

Hidrofluorocarbonos
(HFCs)

Comercializadas actualmente. Algunas
designaciones comerciales son:

• HFC-227ea: FM-200®
CF3CHFCF3

• HFC-125: FE-25TM CF CF
H 3 2

• HFC-23: FE-13TM CF
H

Gases Inertes

Comercializadas actualmente. Algunas
designaciones comerciales son:

• IG-541: Inergen ®
Ar/N2/CO2

• IG-55: ProinertTM
Ar/N2

De lo aquí expresado, se concluye
que la carrera final de los agentes limpios está
establecida por las Perfluorocetonas, los Hidrofluorocarbonos y
los Gases Inertes.

El fluor, la gran
estrella

El fluor se perfiló como el gran
sucesor de los halones, basado específicamente en sus
propiedades de:

• Volatilidad

• Estabilidad

• Baja Toxicidad

• Poder de supresión de
llama

Una mirada
más profunda a los sucesores del Halon

Actualmente el agente limpio más
utilizado lo componen los HFCs. Su participación se
corresponde con el 70% de las instalaciones efectuadas. Los
siguen los gases inertes con un 20% y el 10%
restante lo conforman otros agentes.

En el Anexo 2, el lector
podrá encontrar un listado de lugares donde los HFCs han
sido elegidos como el agente extintor por excelencia.

Propiedades y
comparativa entre los distintos agentes limpios

A continuación efectuaremos una
comparativa entre las propiedades físicas y
químicas deseadas de un agente limpio a modo de analizar
los pros y los contras de cada uno de ellos

Propiedades Físicas
Deseadas:

• Gas a temperatura
ambiente:

Este requerimiento es importante dado que
los gases permiten cubrir e inundar rápidamente un sector
bajo incendio, incluyendo áreas intrincadas y de
difícil acceso.

Agentes limpios que cumplen esta
característica: HFCs – GASES INERTES

El agente óptimo resulta ser el HFC
dado que por sus características físicas su costo
de instalación es significativamente menor al de los gases
inertes.

Las perfluorocetonas son líquidos a
temperatura ambiente

• Eficiente extintor de incendio: Alta
capacidad de absorción del calor. Alto calor
latente

Los HFCs son los óptimos dada su
capacidad de extinción en relación a la cantidad de
masa de agente necesaria. El costo de un agente se expresa por
masa y no por volumen.

• Limpio – Sin formación de
residuos

Este requerimiento es cumplido por cada uno
de los agentes aquí tratados (HFCs – GASES INERTES –
PERFLUOROCETONAS)

• No conductor de la electricidad –
Alta fortaleza dieléctrica

Este requerimiento es cumplido por cada uno
de los agentes aquí tratados (HFCs – GASES INERTES –
PERFLUOROCETONAS)

• Baja densidad de vapor: Menor
tendencia a pérdidas durante la aplicación y mayor
tiempo de acción.

Agentes limpios que cumplen esta
característica: HFCs – GASES INERTES

• Capaz de ser almacenado como un gas
comprimido líquido. Esto brinda la posibilidad de efectuar
una instalación en una menor superficie.

Agentes limpios que cumplen esta
característica: HFCs – PERFLUOROCETONAS.

Los gases inertes deben ser almacenados como gases bajo
altas presiones, lo que conlleva a envasarlos en recipientes
caros (tubos de 300 bares) y con un sistema de
distribución (válvulas y cañerías)
especiales.

Propiedades Químicas
Deseadas:

• Baja reactividad química. Agente con baja
toxicidad y de amplia seguridad durante su aplicación.
Agente no metabolizable y que no reaccione químicamente
con otros elementos como ser el agua, solventes, alcoholes,
etc.

Agentes limpios que cumplen esta característica:
GASES INERTES – HCFs

Las perfluorcetonas en cambio son altamente reactivas.
Reaccionan con el agua, alcohol y aminas, y su aplicación
no es posible en el caso de solventes polares. Se metabolizan en
el cuerpo formando ácido Fpropiónico en las
vías aéreas.

Requerimientos medio
ambientales

• Cero Potencial de Retracción
de la capa de Ozono (PRO)

Agentes limpios que cumplen esta característica:
HFCs – GASES INERTES – PERFLUOROCETONAS

• Cero Potencial de Calentamiento
Global (PGO). Este índice se ve asociado a los gases de
efecto invernadero.

Agentes limpios que cumplen esta
característica: GASES INERTES En menor medida las
perfluorocetonas.

Las HFCs poseen un alto índice PGO
pero, como veremos más adelante, la cantidad liberada de
los mismos no contribuye al efecto invernadero.

• Sin Compuesto Orgánicos
Volátiles (COV)

Agentes limpios que cumplen esta
característica: HFCs – GASES INERTES

Efecto
invernadero. ¿El punto débil de los
HFCs?

Al comparar bajo la lupa medioambiental a
los HFCs con los gases inertes y las perfluorocetonas notamos lo
siguiente:

*PRO: Potencial de retracción de
ozono

**PCG: Potencial de calentamiento
global

***COV: Compuestos orgánicos
volátiles

Vemos así que los únicos que no poseen
ningún efecto ambiental son los gases inertes y que si
bien los HFCs no contienen compuestos orgánicos
volátiles, su índice de potencial de calentamiento
global es de 3.500 unidades.

Pero… ¿Qué expresa
y mide el PGB?

El valor de PCG por sí mismo NO indica el
impacto de un compuesto en el cambio
climático.

Es importante entender que el impacto de un gas sobre el
cambio climático es función de dos
factores:

• El valor de PCG del gas

• La cantidad emitida de dicho
gas

Para ejemplificar tomemos al dióxido de carbono
(CO2). Este gas tiene uno de los valores de PCG más bajos
existentes (PCG=1), pero las emisiones de CO2 suman el 85% del
impacto de los gases con efecto invernadero, dada la cantidad
emitida de dicho gas a la atmósfera.

La incidencia de todas las emisiones de HFCs sobre los
gases de efecto invernadero es sólo del 1.7%,
de los cuales las aplicaciones para incendios constituyen el 0.6%
de dicho porcentual

El impacto (medido en toneladas de CO2) de las emisiones
provenientes de aplicaciones para la extinción de
incendios representan solamente el 0.0098% del total de los gases
de efecto invernadero. (Ver Anexo 3).

En consecuencia, los HFCs utilizados en aplicaciones de
supresión de incendio, esencialmente no afectan al cambio
climático.

Debido a esto ni en el protocolo de Kyoto ni en las
regulaciones de F-gas de se impuso limites o prohibiciones para
el uso de HFCs en sistemas de supresión de
incendios.

Extinción
de un incendio con gases limpios vs sistema de
rociadores

Ensayos de laboratorio efectuados al extinguir un
incendio con HFCs han demostrado que las condiciones ambientales
existentes en la atmósfera, medidas con un
espectrógrafo de masas, luego de la combustión
resultan habitables y sin perjuicios para la salud. El
análisis arrojó:

• Monóxido de carbono (CO): 14 ppm (no
peligroso)

• Dióxido de carbono (CO2) sin cambios en el
ambiente

• Otros compuestos por debajo de su nivel de
detección

El empleo de rociadores de agua, en cambio, no
sólo dejan una atmósfera viciada de gases altamente
peligrosos (CO: 1344 ppm), sino que además exponen
materiales sólidos conteniendo partículas negras y
blancas.

La partículas negras, suelen indicar
transformaciones de carbón amorfo. Las blancas en
cambio indican compuestos aromáticos, aromáticos
policíclicos, hidrocarbonos y poliestirenos.

Los hidrocarbonos se forman cuando los combustibles
orgánicos son quemados y son altamente
cancerígenos.

Todos estos residuos terminan depositados en el ambiente
o siendo arrastrados por el drenaje del agua utilizada para
apagar el incendio, la cual se transforma en corrosiva por su
alto nivel de acidez (PH=4) al diluir los diversos compuestos
derivados de la combustión.

Contraindicaciones en el uso de los agentes
limpios

La norma de la NFPA 2001, Sección 1.4.2.2
restringe el uso de los agentes limpios con los siguientes
materiales:

• Nitratos de celulosa

• Pólvora

• Metales reactivos (Li,
Na)

• Hidrudros
metálicos

Conclusiones

Pese a los significativos esfuerzos que se han llevado
en los últimos 20 años para desarrollar un
sustituto del Halon, podemos permitirnos afirmar que no hay un
reemplazo que satisfaga TODAS las propiedades que lo
convertían en un agente limpio ideal.

Tres clases de agentes limpios están
disponibles

• HFCs – Gases Inertes –
Perfluorocetonas

La mejor combinación de todas las propiedades
deseadas del halon son provistas por los agentes HFCs, seguidos
por los gases inertes.

Los HFCs son los agentes limpios más adecuados en
costo y los más probados. El mercado de los agentes
limpios está liderado por los HFCs, seguido por los gases
inertes.

En cuanto al impacto medioambiental que los HFCs
generan, podemos afirmar que no hay prohibiciones o propuestas de
prohibición para el uso de los mismos como agente de
extinción de incendios, motivo por el cual le ha valido la
aprobación de cuerpos regulatorios internacionales como un
"agente limpio esencialmente no emisivo".

A la hora de seleccionar un agente limpio, son varias
las consideraciones a tener en cuenta de acuerdo a criterios
tales como eficiencia, lugar disponible para la
instalación, costo de la instalación, toxicidad e
impacto sobre el medio ambiente.

Considerar un sólo aspecto al seleccionar un
agente limpio puede llevar a consecuencias equivocadas e
indeseables en lo referente a costo, seguridad de uso o impacto
medioambiental.

A la fecha los HFCs, ofrecen la mejor
combinación de propiedades deseables para reemplazar a los
Halones.

Anexos

Anexo 1

Lucros cesantes derivados de un
incendio

Fuente: Ponemon Institute
2010

Anexo 2

Aplicaciones instaladas de
HFCs:

3.1. Centros culturales

• American Museum of Natural
History

• Smithsonian Institute

• Biblioteca del congreso de los
EEUU

• Torre Eiffel

• Biblioteca de Alejandría,
Egipto

• Museo de la prehistoria,
Taiwan

• Field Museum, Chicago

• Universidad de Aristóteles
– Colección de libros únicos –
Grecia

• Royal Thai Family Silk Museum,
Thailandia

3.2. Aeropuertos e instalaciones
satelitales

• Instalación de línea
de radares DEW de los EEUU

• Aeropuerto internacional de
Dusseldorf

• Aeropuerto internacional
Madrid

• Aeropuerto internacional Charles
DeGaulle

• Aeropuerto internacional
Newark

• Aeropuerto internacional San
Francisco

• Aeropuerto internacional New
Bangkok

• Aeropuerto internacional
Dubai

Anexo 3

Contribución al calentamiento
global de los gases con efecto invernadero

Porcentaje de origen del 1.7% de los
HFCs

Autor:

Alejandro Creus