El Instituto Tecnológico Textil (Aitex) realiza los ensayos para la evaluación y certificación del comportamiento de los materiales y equipos contra riesgo térmico producido por un arco eléctrico

El arco eléctrico es uno de los principales riesgos a los que se ven expuestos los trabajadores de instalaciones eléctricas. Cuando se produce un arco, se desencadena una fuerte liberación de energía y se producen muchos fenómenos diferentes. Actualmente, el riesgo térmico asociado al arco es el riesgo en el que más se ha avanzado y sobre el que se han planteado más medidas preventivas. En la evaluación frente a los riesgos térmicos asociados al arco, es fundamental establecer dos elementos: la zona de peligro frente al arco, a través del ‘límite de seguridad frente al arco’ (FPB) y una estimación de la energía calorífica incidente sobre los trabajadores dentro de dicha zona.

En el sector de baja tensión se precisa de la existencia de un cortocircuito galvánico para que se produzca un arco eléctrico mientras que en el sector de alta tensión basta la no observación de la distancia aérea mínima a las partes que se encuentran bajo tensión para que esto ocurra. Los estudios técnicos, recomendaciones y guías de seguridad eléctrica actuales establecen la necesidad de evaluar el riesgo asociado al arco eléctrico, en trabajos en o próximos a instalaciones, donde existan tensiones superiores a 250 V (tanto en alterna como en continua), bajo ciertas circunstancias.

Cuando tiene lugar un arco eléctrico se produce un flujo de cargas eléctricas y una gran liberación de energía y sustancias peligrosas. Dependiendo de la intensidad y el tiempo de combustión el arco eléctrico puede provocar efectos físicos muy variados:

• Gran aumento de temperatura y formación de plasma entre los electrodos: Durante un arco se alcanzan temperaturas de hasta 10.000 °C, en los puntos de salida pueden llegar incluso hasta 20.000 °C. El material que se encuentra en los puntos de salida del arco eléctrico se evapora formando así un enlace conductor entre los electrodos. Con el aumento del flujo de corriente sigue aumentando también la temperatura y se produce ruptura de todos sus enlaces químicos, lo que conduce a la formación de un plasma entre los electrodos. Esta nube de plasma posee una gran agresividad química.
• La evaporación de metal y el fuerte calentamiento posterior provocan a causa de la dilatación una expansión de masas que transporta los vapores metálicos y salpicaduras en forma explosiva desde el punto de salida del arco eléctrico.
• Gran aumento de presión: En un espacio de tiempo de 5 a 15 ms se puede alcanzar un primer valor máximo de hasta 0,3 MPa. Esto equivale a una presión de 20 a 30 t/m². Cuando la ola de presión no puede extenderse sin impedimentos produce destrucciones mecánicas sobre las instalaciones y daños físicos sobre los trabajadores.
• Por otra parte, el súbito aumento de la presión en el momento de encendido del arco eléctrico con la consiguiente detonación explosiva provoca además niveles acústicos superiores a 140 dB (no evaluado) que pueden ocasionar daños al oído humano.
• Gases tóxicos y metralla: Los productos tóxicos de desintegración que son liberados al producirse el arco eléctrico constituyen un gran peligro para las personas que se encuentran cerca del lugar pues junto a lesiones externas de la piel también pueden provocar, al inhalarse, graves daños en los pulmones.
• Incendio: la fuerte radiación térmica provoca el encendido y la inflamación de los materiales combustibles que se encuentren en los alrededores. Las salpicaduras metálicas originadas por el arco eléctrico refuerzan aún más el peligro de surgimiento de incendio.
• Radiaciones electromagnéticas, principalmente ultravioleta (UV) e infrarroja (IR).

Los riesgos a los que se encuentran expuestas las personas, al presentarse una falla de arco son:

• Quemaduras electrotérmicas provocadas por la energía de radiación del arco eléctrico, así como por las violentas proyecciones de metales fundidos debido a la alta temperatura.
• Pérdida de la audición provocada básicamente por el ruido y la presión de la onda sonora de choque, que tiene una intensidad de ruido promedio de 165 dB.
• Lesiones debido a la inhalación de humos tóxicos provocados muchas veces por la vaporización del cobre.
• Lesiones oculares por deslumbramiento, debido básicamente a la intensidad luminosa que se produce durante este fenómeno eléctrico flash.

Las principales guías y recomendaciones de seguridad eléctrica, relacionan los valores de energía calorífica incidente sobre los trabajadores con los riesgos térmicos asociados al arco. Las quemaduras fatales ocurren al trabajador si se encuentra cerca del arco ya que se producen temperaturas de hasta 20.000 °C (cuatro veces la temperatura superficial del sol).

La gravedad de una quemadura viene determinada por la extensión de la misma, la profundidad, la edad del afectado, el riesgo de infección, la localización de la lesión, la afectación de la función respiratoria (por llama directa o inhalación de humos o gases tóxicos en incendios) y las enfermedades previas (crónicas como cardiópatas, diabéticos, …, se descompensan con más facilidad y tienen más riesgo de complicaciones).

• Extensión: es el primer factor a considerar en la valoración de la severidad de una quemadura. Cuanto más extensa sea la quemadura mayor será el estado de gravedad, debido a la pérdida de líquidos (plasma sanguíneo) que acompaña a las quemaduras y que dispone al paciente al estado de “shock” y a mayor riesgo de infección (la quemadura supone la pérdida de la barrera protectora natural del organismo que es la piel).
• Localización: la cara, las manos, los pies, los genitales, la piel que rodea los orificios naturales y la piel de la flexura de codos, axilas y rodillas, son zonas corporales que plantean más complicaciones frente a las quemaduras. Estas áreas poseen una piel más fina y delicada, por lo que cicatrizan mal y ocasionan un gran perjuicio estético, si no se tratan adecuadamente.
• Profundidad: directamente relacionada con la temperatura del agente y el tiempo de duración del contacto. Se clasifican generalmente, en primer, segundo o tercer grado, de acuerdo con la profundidad de tejido destruido.

a) Quemaduras de primer grado (superficiales): afectan únicamente la epidermis o capa externa de la piel. Hay enrojecimiento (eritema) y es dolorosa.

b) Quemaduras de segundo grado: destruye la epidermis y un espesor mayor o menor de la dermis. Se subdividen en grado superficial o profundo. Su aspecto es rosado o rojo, con presencia de ampollas (flictena) de contenido plasmático que sale de los capilares afectados. Tienden a una epitelización espontánea. Son dolorosas.

c) Quemaduras de tercer grado (espesor total): destruyen todo el espesor de la piel y puede afectar a tejidos más profundos (músculos, vasos, nervios, hueso). Salvo que sean muy pequeñas, no tienen posibilidad de epitelización espontánea. Provocan una especie de costra o placa de color negruzco-grisáceo llamada escara. No suelen ser dolorosas por la gran destrucción de las terminaciones nerviosas de los tejidos afectados.

La curva de Stoll o curva de quemadura de segundo grado muestra la tolerancia de la piel a la temperatura, según el tiempo de exposición. Se muestran dos curvas de comparación, que se utilizan para pronosticar el comienzo de quemaduras de segundo grado, en ella se puede observar que para un tiempo superior a 0,1 s y una temperatura mayor a 96 °C, se presenta muerte del tejido de la piel, y para este mismo tiempo, con una temperatura por debajo de 80 °C, se produciría una quemadura curable.

Para valorar la extensión de una quemadura de una forma rápida (en adultos), la superficie corporal se expresa en porcentajes que calculamos mediante la regla de los ‘9’ o de Wallace. En quemaduras no tan extensas, la valoración se puede hacer sabiendo que la palma de la mano del herido representa el 1% de su superficie corporal, siendo válida para todas las edades.

Los accidentes por arcos eléctricos provocan sobre todo quemaduras en las manos y en la cabeza. incluyendo el cuello, en más de las dos terceras partes de los accidentes ocurren quemaduras de la mano derecha y en casi la mitad quemaduras en la región facial y del cuello. Pero también los antebrazos son dañados frecuentemente: el derecho en un 41% y el izquierdo en un 34% de los casos. Las quemaduras de las otras partes del cuerpo ocupan sólo un porcentaje menor del 10%.

El ensayo descrito en la norma IEC 61482-1-1 se basa en la realización de un ‘arco abierto’, generado entre electrodos con una separación de 300 mm, lo que obliga a utilizar tensiones de prueba de varios kV (2000V aprox.). Esta norma está propone un procedimiento de ensayo prácticamente idéntico al de la norma ASTM F1959/F1959M. Permite determinar para un determinado material el parámetro conocido como ATPV (Arc Thermal Performance Value o Valor de Protección Térmica al Arco), definido como la energía térmica incidente a la que debe ser expuesta la indumentaria, para que exista un 50% de probabilidad de que el usuario de la misma sufra quemaduras de segundo grado, sin rotura de la prenda.

En cuanto al ensayo contemplado en la norma IEC 61482-1-2, sigue la metodología propuesta por la norma europea que la antecedió -UNE-ENV 50354/2001-, generando un ‘arco confinado’ en una caja de yeso (‘Box Test’), con dos electrodos separados entre sí 30 mm, sometidos a una tensión de 400 V. Por otra parte, clasifica también a los materiales y prendas en dos clases, de acuerdo con el valor de la corriente de arco prevista. En la norma IEC 61482-1-2, se establece una diferenciación más marcada entre la prueba a que deben ser sometidos los materiales con que se confecciona la indumentaria, y la que debe aplicarse en el caso de que se ensayen prendas ya confeccionadas. Cuando se prueban materiales, se efectúa una evaluación cuantitativa de sus propiedades térmicas de protección contra el arco eléctrico, midiendo la energía transmitida a través de la muestra. El ensayo de exposición al arco eléctrico de las prendas ya confeccionadas, se utiliza en cambio para valorar el comportamiento de todos sus componentes (hilos de las costuras, cierres, botones, etc.), sin efectuar mediciones del calor transferido.

La norma IEC 61482-1-1 prevé dos métodos de ensayo denominados A y B. El primero se emplea para cuantificar características de los materiales, como son el Valor de Protección Térmica al Arco (ATPV), o la energía de rotura (Break Open Energy). El método B, en cambio, se utiliza para determinar el comportamiento de las prendas ya confeccionadas (con materiales probados según el método A), incluyendo todos sus componentes (hilos de las costuras, bolsillos, cierres, botones, etc.), pero no prevé la determinación del ATPV por ejemplo. El ensayo de muestras de material previsto en la norma IEC 61482-1-1 (método A), se basa en la generación de un arco eléctrico en una configuración de tipo coaxial simétrica, colocando tres muestras del material a ensayar, en forma también simétrica. Para el caso del ensayo de indumentaria ya confeccionada (Método B), se propone un montaje similar, pero colocando en lugar de paneles de soporte, maniquíes de material no inflamable ni metálico, que incluyan el torso y eventualmente los brazos, con un contorno del pecho de (1.067 ± 25) mm. La vestimenta se evaluará en los rasgos de Energía para los cuales se ha obtenido el rating del tejido (ATPV o EBT50).

La metodología de ensayo prevista en la norma IEC 61482-1-2 prevé también dos métodos de prueba, uno para materiales y otro para prendas ya confeccionadas, proponiendo a su vez, para cada uno de ellos, dos clases: 4 kA (Clase 1) y 7 kA (Clase 2). Las dimensiones de la caja de yeso de ensayo y el esquema de la instalación de prueba coinciden.

En el método de ensayo de materiales se requiere medir el calor generado por el arco y la energía transmitida a través de la muestra, utilizando calorímetros de cobre, cuyo incremento de temperatura es directamente proporcional a la energía térmica recibida. Para el caso del ensayo de las prendas completas en cambio, no se requiere ningún tipo de medición del calor generado, ya que lo que se pretende es evaluar el comportamiento de la indumentaria ya confeccionada, incluyendo todos los elementos que la componen (hilos de las costuras, bolsillos, cierres, botones, etc.). Para el montaje de las muestras de ensayo se utiliza una placa plana cuadrada de 400 mm de lado y, al menos, 10 mm de espesor, con dos sensores calorimétricos, cuando se prueban materiales, y un maniquí de material no inflamable ni metálico, que comprenda solamente la parte del torso, con un contorno del pecho de (1.020 ± 50) mm, para el caso de las prendas.

ATPV: Se basa en la generación de un arco eléctrico multidireccional: los electrodos permanecen en el centro de la instalación posicionando las muestras de ensayo alrededor de estos con una separación de 120º entre ellos.

De las diferentes medidas preventivas existentes que pueden reducir el riesgo en este tipo de actividades se destacamos las siguientes:

• Aumentar la distancia entre el elemento a accionar y los trabajadores, accionamiento mediante robots, o mediante accionadores fijos teledirigidos (medida preventiva recogida en el R.D. 614/2001).
• La sustitución de dispositivos de protección de alto rango por varios de rango inferior.
• Seguridad intrínseca de las instalaciones mediante la instalación de dispositivos especiales para la actuación en caso de arco eléctrico.
• Sustitución de envolventes convencionales por otros diseñados para soportar arcos eléctricos. Compartimentación de los armarios para evitar arcos eléctricos en cadena.
• Reformas de las instalaciones: si tras la puesta en servicio inicial de una instalación se han realizado modificaciones en la misma, debe asegurarse que las características frente a corrientes de cortocircuito de los elementos existentes sigue siendo adecuada al punto en el que están instalados.
• Uso de pantallas inactínicas de protección, ya que las gafas no proporcionan una protección suficiente para limitar para evitar el impacto de los materiales proyectados y para limitar las radiaciones ultravioletas e infrarrojas recibidas.
• Además al usar este te tipo de equipos deberá suplementarse si fuera necesario el nivel de iluminación existente en la zona de trabajo en línea (según se recoge en anexo IV del R.D. 486/1997, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud en los lugares de trabajo).
• Uso de permisos de trabajo para trabajos en tensión (artículos 4.3 y 4.4 del R.D. 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico).
• Uso de casco aislante, protecciones auditivas, herramientas con nivel de aislamiento suficiente.

De la Guía técnica para la evaluación y prevención del riesgo eléctrico editada por Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT) y actualizada a 31 de enero de 2014 ofrecemos el siguiente cuadro en el que se recogen los equipos de protección individual frente al arco eléctrico.

Fuente: Tabla 6. Equipos de protección individual frente al choque eléctrico. Guía técnica para la evaluación y prevención del riesgo eléctrico. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT). 2014. Tabla 6

Fuentes:

• Asociación Internacional para la Seguridad Social (ISSA), Comité Electricidad, Gas y Agua, ‘Guía para la selección de equipamiento de protección personal contra los efectos térmicos de un arco eléctrico’, Edición 2011.
• Guía técnica para la evaluación y prevención del riesgo eléctrico.Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT). 2014.
• Norma UNE-ENV 50354/2001, ‘Métodos de ensayo de arco eléctrico para los materiales y prendas de vestir utilizados por los trabajadores con riesgo de exposición a un arco eléctrico’, Asociación Española de Normalización y Certificación, AENOR.
• British Standard DD ENV 50354/2001, ‘Electrical arc test methods for material and garments, for use by workers at risk from exposure to an electrical arc’, British Standards Institution, BSI.
• ISO Standard 3175-2, ‘Textiles. Professional care, dry cleaning and wet cleaning of fabrics and garments. Part 2: Procedure for testing performance when cleaning and finishing using tetrachloroethene’, Second edition, 2010.
• IEC Standard 61482-1-1, ‘Live working. Protective clothing against the thermal hazards of an electric arc. Part 1-1: Test methods. Method 1: De termination of the arc rating (ATPV or EBT50) of flame resistant materials for clothing’. Edition 1.0, 2009-05.
• IEC Standard 61482-1-2, ‘Live working. Protective clothing against the thermal hazards of an electric arc. Part 1-2: Test methods. Method 2: Determination of arc protection class of material and clothing by using a constrained and directed arc (box test)’. First edition, 2007-01.
• ASTM F1959/F1959M-06ae1, ‘Standard Test Method for Determining the Arc Rating of Materials for Clothing’, American Society for Testing and Materials.
• NFPA 70E, ‘Standard for Electrical Safety in the Workplace’, National Fire Protection Association, 2012 Edition.
• Aidan M. Graham, Michael Hodder, Gary Gates, ‘Current Methods for Conducting an Arc Flash Hazard Analysis’, Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 3-7 Oct. 2004.

Aitex centro de referencia en investigación textil

La Asociación de investigación de la Industria Textil (Aitex) es un centro tecnológico dedicado a la investigación en los ámbitos del conocimiento de la ciencia y la tecnología que tengan aplicación en la industria textil. Nace en 1985 por iniciativa de los empresarios textiles y de la Generalitat Valenciana a través del Impiva (actualmente Ivace, Instituto Valenciano de la Competitividad Empresarial), como asociación privada sin ánimo de lucro, integrada por empresas textiles y afines. Su director Vicente Blanes nos resume objetivos, ámbito de actuación y a la oferta de servicios tecnológicos que ofrece:

“El objetivo fundamental de Aitex es generar conocimiento tecnológico y transferirlo a las empresas textiles, para que sean más competitivas, creen más valor, y tengan acceso a nuevas oportunidades de negocio. El Instituto es, actualmente, centro de referencia de investigación, innovación y servicios técnicos avanzados para las empresas de los sectores textiles, confección y textiles técnicos. Dispone de una red de nueve Oficinas Internacionales al servicio de las empresas asociadas y clientes en 50 países. Además, el impulso de la internacionalización ha posicionado a Aitex como referente en Europa. En lo que se refiere a las actividades de investigación, Aitex ha firmado múltiples acuerdos bilaterales con centros de todo el mundo, para el intercambio de experiencias, participando en proyectos internacionales de I+D+I, generando conocimiento para aportar valor a empresas del sector.

En materia de laboratorios, Aitex ofrece a las empresas las más modernas y únicas infraestructuras y equipos de laboratorio para la caracterización de sus productos, control de calidad y certificación, según las normas y estándares internacionales. En la actualidad, Aitex es uno de los Centros de Europa con un mayor Alcance Técnico de Acreditación de la calidad de ensayos de laboratorio por ENAC – ILAC (entidad nacional de acreditación y su paraguas de marca europeo). Además, Aitex lleva a cabo una importante tarea de formación de técnicos especializados para las empresas del sector, ofrece un amplio catálogo de cursos técnicos, formación ‘in company’. Además de estudios de postgrados con la Universidad Politécnica de Valencia, el Máster Universitario en Ingeniería Textil y Diploma de extensión universitaria en aplicaciones textiles”.

Ensayos, normativas e infraestructuras que posee Aitex para los EPI

Aitex realiza los ensayos según el producto o material a ensayar, por las normas correspondientes, tanto europeas o internacionales (EN, IEC), americanas (ASTM), como mediante normas más determinadas de otros países (GS-ET, BR, GOST…) o incluso realizando métodos propios basados en normas estandarizadas. Otras de las instalaciones punteras que posee Aitex es el maniquí instrumentado (“burning manikin”), conocido por Thermo Tex. El instituto dispone de un maniquí a tamaño real equipado con sensores de flujo térmico, expuesto a una llamarada instantánea con una temperatura que simulan las reales en caso extremo.

También se llevan a cabo y se realiza la evaluación de la conformidad de vestuario y guantes frente a riesgos químicos, frío y mal tiempo, mecánicos, incluido motoristas, frente baja visibilidad, protección electrostática y aislamiento eléctrico. Se realizan pruebas para certificar equipos de protección contra caídas de acuerdo con los estándares internacionales, y evaluación y certificación “UE de tipo” de equipos de protección ocular y facial, frente a radiación UV, IR, solar y visible, mecánicos, térmicos, etc. Protección de cabeza frente a riesgos mecánicos y eléctricos, salpicaduras de metal fundido. Además, de equipos de protección respiratoria frente a vapores, gases y partículas.

Aitex dispone de un polígono de pruebas balísticas y de arma blanca con equipos versátiles para ensayar, además de chalecos antibalas: cascos, visores, blindajes para vehículos, y cristales antibalas, entre otros. El Polígono de Pruebas está totalmente automatizado, permitiendo una respuesta más eficaz en la realización de las pruebas.

Aitex: líder en conocimiento e instalaciones de los ensayos Bos-Test y Open-Arc.

El Instituto Tecnológico Textil (Aitex) realiza los ensayos para la evaluación y certificación del comportamiento de los materiales y equipos contra riesgo térmico producido por un arco eléctrico. Raquel Muñoz, jefa de laboratorio e innovación del área de equipos de protección individual de Aitex nos lo detalla: “Aitex es el organismo notificado Nº 0161 para la aplicación del Reglamento (UE) 2016/425 relativo a los equipos de protección individual (EPI).

Inicialmente esta notificación estuvo relacionada únicamente con vestuario y guantes de protección, pero debido a la demanda de otros sectores, AITEX ha ampliado su notificación a los ámbitos de protección de cabeza, ocular, respiratoria, auditiva y caída de altura. En AITEX se realizan los distintos ensayos para la evaluación frente al calor y la llama de los EPI, como son inflamabilidad, calor convectivo, calor radiante, salpicadura de metales fundidos, entre otros.

Además de todos estos, también se realizan los ensayos de riesgo térmico producidos por un arco eléctrico, siendo el único laboratorio a nivel mundial que puede llevar a cabo los 2 distintos métodos existentes con dos infraestructuras punteras en este ámbito que son el Open Arc (arco abierto), más conocido ATPV (Arc Thermal Performance Value) y el Box Test (ensayo de caja). Estos ensayos se realizan para medir y describir las propiedades de materiales, productos, conjuntos o prendas en respuesta a la energía de convección y radiante generada por un arco eléctrico, ya sea multidireccional o unidireccional en condiciones controladas de laboratorio

Las instalaciones del Laboratorio de Investigación de Open Arc, han sido desarrolladas por Aitex e ITE. Con este ensayo se evalúa el arc rating, que es el menor de dos valores, el ATPV, es la energía térmica incidente que debe ser expuesto un material o un sistema de materiales, para que exista un 50% de probabilidad de que se produzca una transferencia de calor suficiente a través de la muestra y que pueda causar quemaduras de segundo grado basada en la curva de Stoll, sin producir rotura. O el EBT50, siendo éste la energía incidente en un material o un sistema de materiales, cuyo resultado sea un 50% de probabilidad para que se produzca una transferencia de calor suficiente a través de la muestra para que cause rotura. Ambos valores se expresan en kW s/m² o cal/cm².

En las instalaciones del ensayo de Box test, se llevan a cabo ensayos para vestuario, guantes, protectores oculares y faciales, evaluando la capacidad de ellos para proteger al usuario de quemaduras de 2º grado. Estos ensayos se realizan para medir y describir las propiedades de materiales, productos, conjuntos o prendas en respuesta a la energía de convección y radiante generada por un arco eléctrico, ya sea multidireccional o unidireccional en condiciones controladas de laboratorio. Con estas instalaciones se afrontan nuevos retos en la investigación de nuevos materiales convirtiéndose en un referente a nivel mundial en este campo”.

Más información en http://www.aitex.es