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Cuantificación de partículas suspendidas, sedimentables y totales de arena de moldeo en el área de producción de una empresa metal mecánica

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(1)DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO CUANTIFIGACION DE PARTICULAS SUSPENDIDAS, SEDÍMENTABLES Y TOTALES DE ARENA DE MOLDEO EN El AREA DE PRODUCCION DE UNA EMPRESA METAL MECANICA. EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN INGENIERIA AMBIENTAL. PRESENTADA POR Q.B.P. NERLA ANGELICA SILVA URIBE. SAN NICOLAS DE LOS GARZA, N. L. JUNIO 1995.

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(3) 1020112549.

(4) UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA ClVlL DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO. CUANTIFICACION DE PARTICULAS SUSPENDIDAS, SEDIMENTADLES V TOTALES DE ARENA DE MOLDEO EN EL AREA DE PRODUCCION DE UNA EMPRESA METAL MECANICA. TESIS EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN INGENIERIA AMBIENTAL. PRESENTADA POR Q.B.P.. NERLA. SAN NICOLAS DE LOS GARZA, N.L.. ANGELICA. S I L V A. URIBE. JUNIO 1 9 9 5 ..

(5) T í a.

(6) TITULO:. CU ANTIFIC ACION DE PARTICULAS SUSPENDIDAS, SEDIMENTABLES V TOTALES DE A R E N A DE MOLDEO EN EL A R E A DE PRODUCCION DE UNA EMPRESA METAL MECANICA.. NOMBRE Y FIRMA DEL PARTICIPANTE:. QBP. NERLA ANGELICA SILVA UR1BE. NOMBRE Y FIRMA DEL ASESOR:. DR. JESljS. MAymARAMUNIZ. MAESTRlX^EN SAkOD PUBLICA. NOMBRE Y FIRMA DEL COASESOR:. ING. BENJAMIN. <SJ * A». LIMON. INGENIERO/CIVIL. RODRIGUEZ. -K i ' Ne. - W. ¿ s .i i <.

(7) FONDO TESIS.

(8) DEDICA TORI A. DIOS: Gracias por d a n n e lo mas mara\illoso que e v s t e Li vuUi Gracias por rodearnie de peisona:> conio las que c o n o / c o Gracias por darme una tannila corno la que tengo Gracias por ci amor que me has dado a t i a \ e s de mi Vida.. A MI P A D R E :. l'or que a lo laryo de mi wda ha tenido siempre una r.. .¡hra de aliciente. Poique sin el, hoy no sena |uien mu. ni estana donde e s t o \ . Porque es el se; mas mai. illoso que existe en la tiena,. Por el inmenso amor y ad niracion que siento por el. GRACIAS!. A MI MADRE:. Por la lucha a través de todos estos años enseñándonos a ser mejores, Por el amor sin medida que nos brinda cada día sin importar que pase. Por que para ella ser madie es haberse realizado como persona. Por que me ha demostrado que la vida puede ser maravillosa-,. ' •• •. A ella,. '. ' V '. MIL GRACIAS!.

(9) A MI HERMANO:. Por ser una persona que avan/a hacia adelante sin importar el pasado, Por ser un ejemplo de constancia, rectitud, y seguridad en si mismo, Por enseñat me a meioiai en la vida siendo mi mejor amigo, Por ser el mejor hermano de! mundo, A tí, GRACIAS!. A CESAR FRANCO Por perservar siempre, hasta lograr su objetivo, Por llenar mi vida de amor, ilusión, y felicidad, Por ser una persona maiavillosa. Por ser mi mejor amigo, J E T 'AIMEEI. A E U Z A B E T H ALEMAN HUERTA: Por ser una persona que lucha por sus ideales y nunca abandona sus sueños. Por q u e conoce el significado de la palabra amiga, Por t o d o lo que hemos realizado juntas, GRACIAS POR TU A MISTA Dt.

(10) A GRADECIMIENTO Al Dr. Jesús Malacara Muñiz por brindarme ¡a oportunidad de trabajar, aprendei de ci \ colaborar en el D e p t o de Medico, Seguridad e Higiene y Ecología, adema? de p e m i t i n n e realizar ia tesis con él A! Ing. B e n j a m í n Limón por brindarme la oportunidad de aprender de su experiencia, asi c o m o de su persona, y aceptar haber sido el asesor de mi tesis G R A C I A S A M I S A S E S O R E S POR LA D I S P O N I B I L I D A D Q U E M E B R I N D A R O N . Al Lie Camarillo por las facilidades otoigadas para realizar la tesis en la emptesa metalmecánica. Al Ing. Ramón González Jefe del Depto de Mantenimiento, por su colaboración brindada en la realización de ésta tesis. Al Ing. Oziel Chapa por las facilidades otorgadas para la realización esta tesis. A la QI. Martha Herrejón por su amistad y colaboración en la realización de esta tesis. AI Dr. Oscar T o r r e s Alaniz por sus comentarios positivos acerca de la realización de esta tesis. A t o d o el personal de L A E M P R E S A M E T A L - M E C A N I C A por su colaboración e interés mostrados en la realización de esta tesis. A la Srita. Ana Beilha Puente Martínez por si amistad y colaboración para la realización de esta tesis. Al Ing. Victor H u g o Guerra Cobian por ser un gran amigo desde que lo conosco. A t o d o s mis compañeros. Paty, Gina, Esther, Sonia, la, Ely, Montserrat, Gaby, Angic,. Angélica, Cobian, Pedro, Alejandro, Santillan, Muzquiz, y M a r c o por compartir diversas experiencias..

(11) INDICE. RESUMEN I. J U S T I F I C A C I O N. 1. II A N T E C E D E N T E S. 3. II. 1 Partículas en el aire. 6. 11.2. Naturaleza de los contaminantes del aire en ios lugares de trabajo. 6. II 2.a Partículas. 7. II.2.b. Características del diámetro de una partícula. 10. 11 2.c. Distribución de las partículas. 12. II.2.d. Velocidad terminal o de asentamiento de una de las partículas. 13. 11.3. Origen y clasificación del polvo en la industria. 13. 11.4. Fuentes de contaminación en interiores. 14. II.4.a. Concentración de contaminantes de interiores. 15. 11.4.b. Interacción de los contaminantes con los materiales de interiores. 15. 11.5. Ventilación laboral 11.5.a. El polvo y sus propiedades en relación a la ventilación. 16 18. 11.5.a. 1. Clasificación de las partículas de acuerdo a los riesgos de trabajo 11.6. Instrumentación para determinar la concentración de un contaminante. 19 20. 11.7. Determinación del grado de exposición a las partículas transportadas por e! aire. 21. 11.8. Determinación de la concentración de la masa de !as partículas transportadas por el aire. 21. 11.9. Análisis de partículas ... 22. II. 10. Análisis de aire para contaminantes en el lugar de trabajo. 24. II. 11. Estrategia de muestreo. 24. II. 12. M é t o d o s de muestreo. 25. II. 12.a. M é t o d o s de muestreo para panículas. 25.

(12) II. 12.b. Determinación del tamaño de la partícula. 26. II, 12.c. Velocidad. 30. II. 12.d. Evaluación de muestreo de sustancias de respiración peligrosa. 31. 11.13 Evaluación del Polvo total. 33. II 14 Evaluación del Polvo inhalable. 34. 11.15. Características del aparato utilizado para determinar la concentración del polvo. 35. 11.16 Concentraciones ambientales máximas. 36. 11.17. E q u i p o s de control de partículas. 37. II 18 Origen de la seguridad industria! ... 38. II 18 a La seguridad industrial en México. 39. II 19 Reglamento de Seguridad e Higiene en el trabajo. 40. II 20. Limites de exposición r e c o m e n d a d o s por razones de salud. 41. II 21. Vigilancia de la salud de los trabajadores del medio del trabajo. 42. 11.22. Algunas conclusiones sobre los limites de exposición profesional por razones de salud . 11.23. E n f e r m e d a d e s producidas por largos periodos de exposición. 42 43. III. O B J E T I V O S. 46. IV. H I P O T E S I S. 48. V. M E T O D O L O G I A. 50. VI. R E S U L T A D O S Y D I S C U S I O N E S. 65. VII. C O N C L U S I O N E S. 89. VIII. P R O P U E S T A S. 91. IX. B I B L I O G R A F I A. 96. X. A N E X O S. 101. Plano de la empresa. i. Plano del área d e mecanizado. ii. F o t o g r a f í a s del m u e s t r e o. x. N o r m a Oficial Mexicana 0 1 0 - S T P S - 1 0 9 4 Localización d e ¡os puntos de muestreo dentro de! área de m e c a n i z a d o para. xx.

(13) partículas totales sedimentables. xxx. Localización de los p u n t o s de muestreo dentro del area de mecanizado para partículas totales suspendidas Organigrama. ix x.

(14) RESUMEN El presente estudio se realizó en una empresa de fundición de hierro gris del r a m o metal- mecánico, se utilizó el Six - Flow que es un muestreador de. alto. volumen. portátil. s e d i m e n t a b l e s y un Midget. para. medir. - ¡mptgtwr. la. concentración. de. partículas. para obtener la concentración. de. partículas totales. La concentración de partículas sedimentables se o b t u v o a través de un muestreador portátil. Se realizó un análisis para obtener la f o r m a y el diámetro de las partículas por medio de un microscopio de barrido, a d e m á s , se o b t u v o el porcentaje de partículas m a y o r e s y m e n o r e s d e 5 mieras. Se realizó un estudio de gabinete, el cual consistió en analizar los p u l m o n e s d e los t r a b a j a d o r e s del área de producción p o r m e d i o de la t o m a de Radiografías.. Se d e m o s t r ó q u e la concentración de partículas suspendidas, s e d i m e n t a b l e s y totales de arena d e m o l d e o en el ambiente laboral del área d e p r o d u c c i ó n se encuentra por encima de lo establecido por la N o r m a Oficial M e x i c a n a 0 1 0 S T P S - 1994.. Se identificaron las áreas de emisión de partículas por lo q u e se propusieron m e d i d a s para disminuir esa concentración y mejorar la calidad del a m b i e n t e laboral..

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(16) JUSTIFICACION:. Estudios realizados por la empresa con anterioridad, el nivel interior de contaminación está por encima de los niveles máximos permisibles por la Norma Oficial Mexicana -010S T P S - 1 9 9 4 ; además se percibió visualmente gran cantidad de polvo en el aire y en el piso. Lo cual puede afectar el estado tísico de los trabajadores, ya que hay enfermedades causadas por la penetración de ciertas cantidades de polvo al sistema respiratorio, además puede alterar el estado de ánimo de los trabajadores ( G E N L , 1993). Por la política desarrollada y estudios realizados por la empresa se pudo constatar la preocupación por la salud y el bienestar de sus trabajadores, además, si no se atiende el problema puede implicar una sanción por parte de las autoridades, por lo cual es muy importante encontrar una solución permanente y segura La solución propuesta disminuye lo:> puntos críticos de emisión de contaminación, asi c o m o la posible interacción del hombie en la pioduceion de la contaminación. (Limón,. 1991.). Lo anterior es un factor importante en la disminución de pérdidas económicas, c o m o en el caso de la materia prima diseminada en el suelo, así como las de "tiempo-obrero", ya q u e el tiempo utilizado en la recolección del material del suelo podría emplearse en aumentar la producción. Además de una mejoría del aspecto del interior de la empresa. El T r a t a d o de Libre Comercio, asi como estándares de calidad, exigen el aumento de la productividad, lo cual hizo factible la realización del presente proyecto, ya que en relación costo-beneficio se da en corto plazo. E n una visita realizada al interior de la empresa, para analizar las necesidades de producción, se observó derramamiento de arena de moldeo en el piso y partículas en el ambiente. Al trabajar en equipo se sugirió una solución a corto, mediano y largo plazo, con resultados positivos para el esquema que se planteó. Además de que se cuenta con el apoyo. de. personal. capacitado. pues en su. organigrama. se. aprecia. el. puesto. de.

(17) superintendente con carrera de ingeniería, gerente d e mantenimiento y del área de producción, para corregir estos puntos.

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(19) //. ANÍU. 'i'.nr.N'IKS. D e s d e q u e el h o m b r e se organizó en tribus, aprendió a utilizar el f u e g o , c o n s t r u y e n d o sus herramientas y armas, ias primeras para construir sus viviendas y utensilios y [as segundas para defenderse de sus agresores y dedicarse a ia caza para la supervivencia, d e s d e esta época el h o m b r e ha estado e x p u e s t o a peligros los cuáles se han a c o m p a ñ a d o d e lesiones y d e muerte. Al correr los años, las actividades del hombre cada dia han sido más complicadas. A m e d i a d o s del siglo XIX, con el advenimiento de la Revolución Industrial se p r o d u j o potencialmente la fuerza de trabajo, hasta ese entonces muscularmente C o m o en otras partes del mundo, la industria del hierro y el acero se desarrolló en M é x i c o a fines del siglo pasado y en Monterre> se inicio en el año de W00 con la construcción d e la F u n d i d o r a Monterrey, S.A ,que o c u p ó durante muchos años el primer lugar en el país, en la producción siderúrgica. El hierro constituye una de las bases de nuestra civilización por el hecho d e que este meta! es u n o d e los más utilizados, gracias a sus valiosas propiedades, pero también ai hecho de q u e los minerales de hierro son abundantes y fácilmente accesibles ( M e n d o z a ). El hierro se encuentra prácticamente en toda la corteza terrestre, d e la q u e constituye a p r o x i m a d a m e n t e el 5 % . Se halla en mayor abundancia en el interior de la tierra. Estudios realizados por algunos investigadores suponen q u e el núcleo terrestre se c o m p o n e de una masa d e hierro y níquel a unos 4000° C y sometida a presiones muy altas. L o s minerales de hierro, normalmente óxidos, (combinaciones de hierro y oxigeno), p r o c e d e n del m a g m a fundido del interior de ¡a tierra. El hierro no. se emplea casi. nunca. sólo,. sino c o m b i n a d o. con o t r o s. elementos. y. especialmente con el carbono, cuya proporción caracteriza los tres tipos f u n d a m e n t a l e s dei hierro; -Fundición - H i e r r o dulce -Acero.

(20) L o s m é t o d o s que se emplean actualmente para la obtencion del hierro no tienen mas de 100 a ñ o s d e antigüedad. En 1885, Besscmcr inventó un procedimiento para obtener acero, inyectando aire a través del arrabio fundido y q u e m a n d o asi el carbono. Esta fué ia primera vez q u e se trabajó con hierro liquido, pues hasta entonces, el hierro y el acero salían en lingotes, para ser t r a b a j a d o s d e s p u é s a mano, en torjas ( M e n d o z a ). La e m p r e s a T A L L E R E S. INDUSTRIALES.. ubicada en la calle Violeta. No. 63 3, Colonia Victoria, se dedica a la fundición de hierro. para la creación de piezas metálicas c o m o. S A de C V. del giro Metal. Mecánico,. Tubería sanitaria, molinos manuales para. nixtamal, accesorios automotrices, paites mecánicas, hidrantes y comales Su actividad laboral c o m e n z ó en a g o s t o de 1^34, y siempre se ha p r e o c u p a d o por la salud y el bienestar de sus t r a b a j a d o r e s y las familias de éstos El p r o c e s o ahi e m p l e a d o incluye. hierro y acero fundido. La materia prima para la. fundición es el coke, el arrabio y la chatarra, lo cual es introducido a un horno. El material f u n d i d o es llevado en ollas especiales transportadas a través de unos monorrieles, hacia el área d e vaciado. Este se realiza. en forma automática y manual, en moldes d e arena. c o m p u e s t a principalmente por arcilla la cual es mezclada y triturada en el molino d e arena, y es t r a n s p o r t a d a. p o r bandas elevadas,. hacia las diferentes máquinas. de. moldeo,. a u t o m á t i c a s y semiautomáticas, en d o n d e se producen dos tipos de moldes: u n o s para piezas c o m p a c t a s y o t r o s para piezas huecas En estos últimos se utilizan c o r a z o n e s de arena sílica, los cuales son diseñados, moldeados y elaborados en una área adjunta, en d o n d e se encuentran las máquinas q u e los producen Una vez vaciado el hierro o el a c e r o en los moldes, se espera un corto lapso de tiempo para su solidificación. P o s t e r i o r m e n t e se liberan las piezas de los moldes, cuya arena es reutilizada y la pieza es transportada a máquinas q u e por medio de postas y aire despegan los restos de arena D e esta forma se obtiene el p r o d u c t o d e s e a d o Posteriomentc pasa por varios procesos hasta su a c a b a d o ( U A Ñ L , 1985)..

(21) La arena utilizada en los moldes del proceso de v a c u d o , de la libeiacion de la pieza enfriada, y en la banda transportadora de material son las causantes del problema. II. 1. P A R T I C U L A S EN E l . A I R E. A pesar de q u e las partículas representan solo el 9 por ciento de la masa total de los c o n t a m i n a n t e s dei aire producidos por el hombre, para 1973, el riesgo potencial de este tipo d e contaminantes es m u c h o mayor. Las partículas presentan un. riesgo. para los. pulmones; incrementan las reacciones químicas en la atmósfera; reducen la visibilidad; aumentan la posibilidad de la precipitación, la niebla y las nubes, reducen la radiación solar, con los cambios en la temperatura ambiental y en las tasas biológicas de crecimiento d e las plantas; y ensucia las materias del suelo. La magnitud del problema en cada una de las áreas descritas es una función del rango dei tamaño de las partículas presentes en la a t m ó s f e r a local, la concentración de las particulas y las composiciones química y física de las particulas ( O M S ) .. II.2. N A T U R A L E Z A D E L O S C O N T A M I N A N T E S D E L A I R E E N L O S. LUGARES. DE TRABAJO.. El tipo d e contaminantes q u e se encuentran en el lugar de trabajo son dependientes de los p r o c e s o s utilizados. Se dividen en g r u p o s de acuerdo a sus características físicas. E s t o s g r u p o s son: G a s e s y V a p o r e s Partículas Olores.

(22) II 2 a P A R T I C U L A S Este grupo esta dividido en partículas liquidas y sólidas En el g r u p o de partículas sólidas existen tres categorías basadas en el tamaño y el método de evolución.. Polvos. son formados por materiales sólidos orgánicos e inorgánicos y reducidos de. tamaño por procesos mecánicos como pulverizado, molido, etc. El rango de tamaño de estas partículas van desde las visibles hasta las submicroscopicas, pero lo principal que concierne al Ingeniero Ambiental son aquellas menores de 10 mieras, ya que estas son rcspirables y se suspenden en el aire por un c o n o periodo de tiempo, con el consiguiente daño pulmonar. Vapores. son formados de materiales solidos por e w p o i ación, condensación, y por. reacciones moleculares de gases Metales como el fierro cuando son fundidos, producen vapores que se condensan en la atmosfera y forman partículas metálicas que oxidan al fierro. El tamaño de estas partículas varian de 1 a 0 0001 mieras Los materiales orgánicos sólidos pueden formar humos de la misma manera. Humos. son productos de una combustión de materiales orgánicos y son caracterizados por. densidad óptica. El t a m a ñ o de estas partículas son usualmente menores de 0.5 micrometros.. Aerosol. son una dispersión de partículas microscópicas, sólidas o liquidas, en medios. gaseosos.. Niebla. es aerosol visible. Ceniza fina. son partículas de ceniza finamente divididas arrastradas por el gas de la. combustión. Las partículas pueden contener combustible no q u e m a d o.

(23) Neblina. es la dispersión de pequeñas gotas de liquido de suficiente tamaño c o m o para caer. desde el aire Hollín es una aglomeracióñ de partículas de carbón. Las p a r t í c u l a s l í q u i d a s son a veces clasificadas como nieblas, pero su distinción es p o c o clara. Las partículas líquidas son producidas por atomización o condensación de! estado gaseoso. Aquí existen varias condiciones atmosféricas. en las que las combinaciones de. partículas líquidas y sólidas están presentes (First). En general, las partículas arrastradas por el aire vanan su tamaño desde 0 001 a 500 mieras, con la mayor parte de la masa de partículas presentes en la atmosfera con una variación de 0.1 mieras, muestran un comportamiento similar al de las moléculas y están caracterizadas por grandes movimientos aleatorios causados por colisiones con. las. moléculas del gas. Las partículas mayores de 1 0 mieras, pero menores de 20 mieras, tienden a seguir el movimineto del gas por el que son llevados Las partículas mayores de 20 mieras poseen velocidades de asentamiento significativas, por tanto, el aire las arrastra durante periodos relativamente cortos (Wiltiamson).. Las velocidades de asentamiento de las partículas con una densidad de l g / c m ^. son. variadas, estos valores indican la razón por la que existe una diferencia significativa en el comportamiento de las partículas.. La concentración de partículas se expresa usuaimente como la masa total de las partículas en un volumen dado de gas. Las unidades básicas para la concentración de partículas son los microgramos por metro cúbico, a pesar de que las unidades de g r a m o s por pie cúbico están bien establecidas en la literatura mas antigua (1.0 g/ pie-* - 2.29 g/m^ = 2.29 x 10& microgramos/m-*) (Wark)..

(24) A d e m á s de la concentración promedio de partículas en masa por volumen unitario, es importante t o m a r nota d e la distribución de tamaños por corneo d e partículas y p o r volumen en la a t m o s f e r a urbana. Las partículas dentro del intervalo d e 0.0 a. 10. micrasconstituyen solo el 3 % por volumen. N o obstante, el n ú m e r o d e partículas dentro de dicho intervalo es a b r u m a d o r c o m p a r a d o con el resto de la muestra. Las partículas d e n t r o d e dicho intervalo son capaces de introducirse a ios pulmones. D e s d e el punto d e vista d e la salud, no se trata tanto de bajar la carga de polvo atmosférico total en una área urbana, sino de disminuir el fuerte c o n t e o de partículas en el intervalo d e los t a m a ñ o s pequeños (Wark). En general, según Wark y colaboradores, las partículas presentes en la a t m ó s f e r a en el intervalos d e t a m a ñ o s por debajo de 1 miera, se producen por condensación, mientras q u e las partículas mayores son el resultado, o bien de la trituración (pulverización, o la combustión). L o s p r o c e s o s de molienda en seco son raía vez eficientes en la producción d e partículas m e n o r e s de p o c o s mieras La combustión puede producir 4 tipos diferentes d e partículas. Se forman p o r ios siguientes modos. El calor p u e d e evaporizar materiales que se condensan posteriormente, p r o d u c i e n d o partículas entre 0.1 y 1.0 miera Las reacciones químicas del proceso de la combustión pueden p r o d u c i r partículas de c ú m u l o s moleculares inestables de corta duración por debajo de a p r o x i m a d a m e n t e 0.1 mieras. L o s p r o c e s o s mecánicos pueden liberar cenizas o partículas de combustible d e 1.0 mieras o mayores. Si intervienen aspersiones de combustibles líquidos, pueden que se escapen directamente una ceniza muy fina. La c o m b u s t i ó n parcial de ¡os combustibles fósiles pueden producir hollín. Las dientes estacionarias de emisiones de partículas se pueden dividir en clases tales c o m o domésticas y comerciales, industriales y de energía ( O M S ) ..

(25) Las principales fuentes industriales de la contaminación por partículas en industrias c o m o industrias de hierro y acero tienen c o m o fuente de emisión altos hornos, h o r n o s para la producción de acero, y máquinas de sintetización y las partículas son de hierro, polvo y humo,. algunos. métodos. de. control. utilizados. son. los ciclones,. casas. de. bolsas,. precipitadores electrostáticos, colectores húmedos En el caso de las fundiciones de hierro gris las fuentes de emisión son hornos de cubilote, sistemas de vibración, fabricación de corazones, las partículas son de oxido de hierro, humo, polvo aceitoso, v a p o r e s metálicos. Algunos m é t o d o s de control son los lavadores, colectores centrífugos secos ( T M S ) .. La prevención de la contaminación del aire proveniente de fuentes industriales se inicia dentro de la fábrica o planta. No es necesario tener que depender de dispositivos de. limpieza de los gases y de chimeneas alias de descarga a fin de reducir las emisiones y dispersar y diluir las sustancias perjudiciales a concentraciones tolerables a nivel del suelo, c u a n d o el control del proceso y del sistema sea efectivo en evitar la formación y descarga de los contaminantes al aire, c o m o Limpieza de los gases Reubicación de la fuente Sustitución de! combustible Cambios del proceso Práctica operatoria adecuada Clausura de la fuente Dispersión ( O M S ). II.2..b, C A R A C T E R I S T I C A S D E L D I A M E T R O DE U N A P A R T I C U L A. Antes de deducir las características de la distnbución del número o masa (peso) de una colección de partículas es importante tratar el tema del propio diámetro de la partícula, puesto que tanto la distribución de la masa como los datos de eficiencia fraccionaria son función del diámetro de la partícula. En teoría, si todas las p a n í c u l a s presentes fueran.

(26) esféricas, la definición del diámetro de la partícula quedaría e n t o n c e s bien clara. N o obstante, las partículas sólidas, por lo general, no son esféricas, sea cual fuera su origen en los p r o c e s o s industriales o naturales. Por tanto, la medición de una dimensión lineal q u e representa un diámetro, no resulta obvia (Stockman).. El d i á m e t r o de una partícula, basada en una área superficial,. se define c o m o el. diámetro de una esfera q u e tenga la misma area superficial de la partícula considerada.. El d i á m e t r o volumétrico de una partícula verdadera, d \ \ se define c o m o el diámetro de una esfera que tenga el mismo volumen que la panícula de que se trata. También se puede definir un diámetro en termino de un tipo especifico del c o m p o r t a m i e n t o de la partícula.. El d i á m e t r o de Stokes,. es el diámetro de una esfera con la misma densidad de la. partícula n o esférica q u e cae libiemente en un flujo laminar a la misma velocidad terminal que la partícula no esférica. El d i á m e t r o aerodinámico equivalente, dA se define de manera similar al d i á m e t r o d e Stokes, excepto, q u e se toma una esfera que tenga ta densidad d e 1 g r a m o / cm^. Es. posible definir otros tipos de diámetros De aqui resulta que existe u n cierto n ú m e r o d e b a s e s para los d a t o s de la distribución de la masa y la eficiencia fraccionaria en términos del tipo específico de diámetro seleccionado para el análisis ( S t o c k h a m ) .. Para tratar el n ú m e r o o la distribución de datos de masa con una m a y o r amplitud, es útil establecer primero alguna notación y nomenclatura. C o m o las m u e s t r a s d e partículas contienen. un. número. ( d i á m e t r o s ) tienen una. extraordinario. de. partículas,. distribución continua. se. supondrá. ( en c o m p a r a c i ó n. que con. los la. tamaños. distribución. discreta). E s t o significa q u e la colección de partículas se puede analizar en t é r m i n o s d e un intervalo diferencial de los tamaños de las partículas (EPA)..

(27) Se define como N(dj>) como el número de distribución acumulada, esto es c o m o el número de partículas cuyos diámetros sean iguales o menores que dp, yt N es el número total de partículas de todos los tamaños (Wark).. II 2 c. D I S T R I B U C I O N D E LAS P A R T I C U L A S. Con frecuencia es provechoso caracterizar toda una colección de partículas por medio de un solo diámetro. Los diámetros típicos utilizados con este fin son los modales, medianos y promedios o medios El diámetro modal se define como aquel diámetro en donde ocurre el mayor número de partículas. Se tienen dos valores medianos para los diámetros de las partículas que han demostrado ser útiles en los estudios de la contaminación, se trata del diámetro mediano del número (conteo) y el diámetro mediano de masa. Son especialmente útiles c u a n d o las partículas son esencialmente esfericas el diámetro mediano. del. número,. d f á , es aquel diámetro para el que 5 por ciento de las partículas son mayores ( o menores), por conteo, que íZ/^v/. El diámetro mediano de masa (volumen), ¿/^¿v/ es aquel diámetro para el cual la masa de todas las partículas mayores de í/^v/A/ constituye el 50 por ciento de la masa total (Wark).. El diámetro medio (o aritmético), ^medio-. sc. encuentra, en general, por la suma de todos. los valores de la variable, que luego se divide por la suma de! número total de muestras.. Por tanto, los valores modales, medianos y medios de una distribución de partículas son tres medidas frecuentemente usadas para indicar la situación general de la distribución a io largo de la coordenada del diámetro de un trazado similar. Es importante tener alguna. medida de la amplitud de la distribución Una medida de la amplitud o dispersión, de llama varianza v^ (Stockham)..

(28) II2 d. VELOCIDAD. TERMINAL. O Df. A S E N T A M I E N T O. DE. UNA. DF. 1 AS. PARTICULAS. Un m é t o d o básico para remover las partículas consiste simplemente en e¡ asentamiento por gravedad Esta técnica se utiliza tanto por la naturaleza como por los diseñadores de equipo industrial Hay un parámetro importante que determina su utilidad; se trata de la velocidad terminal o de asentamiento (rapidez) de una partícula V¡. Se define como la. velocidad descendente constante que alcanza ¡a partícula en una dirección paralela al c a m p o gravitaciona! terrestre, según sobrepase las fuerzas debidas a la flotación y la resistencia de fricción (Wark). II.3. O R I G E N Y C L A S I F I C A C I O N DEL P O L V O EN LA I N D U S T R I A. Se p r o d u c e una inmensa cantidad de polvo al triturar (beneficio de minerales), moler, barrenar, cribar, cambiar material de una correa transportadora a otra, transportar y también al maquilar, tanto al rectificar como al terminar o pulir, al cardar lino y algodon, al desmoldear en las fundiciones, etc. (Spedding).. El contenido de polvo del aire se caracteriza por el peso de polvo por unidad de volumen (mg/m3) o por el número de partículas contenidas en I cm3. Para que el polvo quede totalmente definido es preciso conocer ambas cantidades ( Evans).. Según las normas de la U R S S para el diseño de edificios industriales (H 101-54), el contenido de polvo no tóxico en el aire en la zona de trabajo no debe exceder los 2 mg/m3 si el polvo contiene más del 10% de cuarzo o amianto; para los demás polvos no tóxicos el máximo permisible es de 10 mg/m3 ( O M S ). El polvo p u e d e tener consecuencias adversas para la salud de los trabajadores. Esta descrito en la literatura, que la inhalación prolongada de grandes cantidades de polvo que.

(29) contenga sílice ( S i 2 0 ) o amianto puede ocasionar silicosis o la asbestosis respectivamente La arena cuarzosa y de río, que están constituidas por sílice, se usan ampliamente en l£> fundiciones c o m o constituyentes de la arena de moldeo y arena para machos,. para. chorrear las piezas fundidas, etc. Son también la materia prima principal para producir cerámica, vidrio, porcelana, etc (Baturin). L o s p o l v o s industriales expelidos por las aberturas y sistemas de ventilación causan la polución atmosférica en los alrededores de las fábricas y los barrios habitados ( W a d d e n ) .. El polvo industrial acostumbra ser una me/cla de partículas de sustancias diferentes una de las cuales es la predominante. Las diferentes clases de partículas también se distinguen. por sus propiedades físicas.. Fn condiciones industriales, las partículas de una nube de polvo pueden cubrir una amplia gama de t a m a ñ o s q u e va desde fracciones de una miera hasta 100 mieras. La distribución por t a m a ñ o s se determina por su origen, el tipo de maquinado, ei nivel de exposición, etc. (Wadden).. II.4. F U E N T E S D E C O N T A M I N A C I O N EN I N T E R I O R E S. L o s o b r e r o s pasan en promedio 8 horas del dia en el interior de los edificios, por lo q u e en los estudios sobre el efecto de los contaminantes del aire sobre la salud del h o m b r e se han de tener en cuenta las diferentes concentraciones de sustancias de este tipo a las q u e se e x p o n e n las p e r s o n a s durante el dia (Stern).

(30) II 4.a. C O N C E N T R A C I O N D E LOS C O N T A M I N A T E S D E I N T E R I O R E S. Estudios con SÍO2 revelan que la concentración de este gas en recintos c e r r a d o s es solo un 2 0 % d e la presente en espacios abiertos. Una experiencia, q u e consiste en dejar entrar en una habitación, a través de una ventana, una ráfaga de aire c o n t a m i n a d o de SÍO2 c o n t r o l a n d o continuamente. la concentración. del gas.. puso d e manifiesto que. esta. disminuye según un proceso de primer orden, con una vida media de 40 a 6 0 minutos, lo cual revela. el significativo efecto ejercido por la superficie de. las p a r e d e s en. el. c o m p o r t a m i e n t o del SÍO2 en recintos cerrados (Spedding). II 4 b. I N T E R R A C C I O N DE L O S C O N T A M I N A T E S C O N L O S M A T E R I A L E S. DE. INTERIORES. El SÍO2 muestra gran capacidad para ser absorbido En los últimos a ñ o s se ha investigado la capacidad de sorción para el SÍO2 de muchos materiales de interiores. M e d i d a s d e la concentración d e SÍO2 en interiores y exteriores de algunas c a s a s alemanas revelan q u e las superficies internas pierden su capacidad de sorción d e SÍO2 c o n el tiempo, f e n o m e n o q u e es muy importante en superficies pintadas y encaladas. Por consiguiente, en las casas antiguas la concentración de SO2, se aproxima, con e tiempo, a la c o n c e n t r a c i ó n exterior (Evans)..

(31) II.5 V E N T I L A C I O N L A B O R A L. Esencialmente, la ventilación es la ciencia que estudia c o m o regular la r e n o v a c i ó n de aire en los edificios. Para la solución de los problemas de ventilación genera! se precisa saber la cantidad de i m p u r e / a s q u e se incorporan a aire por unidad de tiempo, siendo también esencial el c o n o c i m i e n t o de los mecanismos de propagación. y como. pueden. ser. modificados. mediante ventilación ( Baturin).. La cantidad d e aire requerido para la ventilación se puede reducir considerablemente extrayendo aire en las z o n a s donde la concentración de las impurezas sea más elevada. Las c o n c e n t r a c i o n e s de los contaminantes según las normas difieren sus niveles de a c u e r d o a si es en el exterior, (en la chimenea) o en el lugar de trabajo , siendo esta última una concentración m á s baja. Esta estratificación de concentraciones se obtiene sumunistrando el aire p u r o a un nivel cercano al suelo y extrayendo el aire viciado p o r la parte más alta del edificio. Si el aire p u r o entrase por el techo, al descender modificaría la c o n c e n t r a c i ó n de los estratos, al mezclarse con aire viciado, d a n d o por resultado q u e si n o se a u m e n t a s e el suministro d e aire puro la concentración de C O en la zona d e t r a b a j o subiría hasta 0.01 g / m 3 más. Para mantener la concentración deseada seria necesario incrementar la cantidad de aire suministrado en una proporción de 1.5 aproximadamente. P o r consiguiente, la cantidad d e aire que es preciso renovar depende directamente de la disposición de los elementos de ventilación (Wadden).. Para los oasis d e aire es necesario conocer las condiciones q u e harán posible q u e un espacio r o d e a d o de paredes laterales de unos 2 metros de altura abierto por la parte superior se mantenga lleno de aire puro y fresco a pesar de estar r o d e a d o d e aire caliente o contaminado (Baturin)..

(32) Para obtener una buena ventilación y sobre todo para decidir los sitios d o n d e conviene colocar aspiradores es necesario tener una idea general de la naturaleza de las corrientes d e aire que se originan en los focos de polución. Los dibujos e s q u e m á t i c o s siguientes están destinados a proporcionar cierta idea de dichas corrientes. El dibujo a muestra una corriente ascendente de aire originada por un c u e r p o caliente cualquiera (un molde lleno de metal fundido, un baño industrial de agua o solución acuosa caliente, etc.). Este tipo de corrientes además de calor, pueden arrastrar gases, v a p o r e s o polvos nocivos. En el e s q u e m a / s e muestra la corriente de aire polvoriento que se origina c u a n d o se vierte material en polvo. C u a n d o se vierte el material se libera el aire q u e éste lleva atrapado, pero arrastra consigo gran cantidad de partículas diminutas. Además, el aire así liberado a u m e n t a la presión. Este fenómeno ocurre cuando se transfiere material d e una banda t r a n s p o r t a d o r a a otra, cuando se carga una tolva, etc (Baturin). D e b e n tenerse en cuenta los siguientes factores: 1. La forma geométrica del edificio 2. L a situación e importancia de los focos que cambien el estado y c o m p o s i c i ó n del aire, en particular los q u e constituyen fuentes de calor ( o frío) y de gases. 3. Las corrientes originadas por las fuentes que a c a b a m o s d e mencionar. 4. Situación de las entradas y salidas de aire en el edificio, así c o m o su tipo y dimensiones..

(33) Las condiciones en q u e debe mantenerse al aire en la zona d e trabajo (llámese z o n a de trabajo al espacio c o m p r e n d i d o entre e nivel del suelo y el nivel de respiración, e cual oscila entre 1.5 y 2.0 metros). Se determina por consideraciones de higiene. Una vez. establecidas estas condiciones se calculan los parámetros del aire entrante y saliente.. L o s principales problemas del aetodinamica de la ventilación, la cual se basa en la aerodinámica general son que cantidad de aire debe introducirse, c o m o introducirlo y por donde, c o m o extraer el aire viciado y en general c o m o diseñar un sistema de ventilación que resulte sencillo, eficaz, y económico La aerodinámica estudia el flujo interno y externo y asi mismo la teoría del chorro libre (Baturin). Las impurezas que alteran el estado y composición del aire se p r o p a g a n en forma de c h o r r o s en la mayoría de los casos circulación. en. el. edificio. La acción reciproca entre los c h o r r o s de aire y su. determinan. la. distribución. de. las. temperaturas,. las. c o n c e n t r a c i o n e s de gases y sus velocidades ( O M S ). E s i m p o r t a n t e para la ventilación la rama de la aerodinámica q u e estudia los p r o c e s o s d e aspiración, ya que es necesario conocer la Ley de la variación de la velocidad en función del área de la boca de aspiración, la distancia a la boca la velocidad inicial y los movimientos del aire en el interior del edificio (Evans). II.5.a. E L P O L V O Y S U S P R O P I E D A D E S EN R E L A C I O N A LA V E N T I L A C I O N. Las p r o p i e d a d e s físicas de una sustancia finamente suspendida en el aire y las q u e posee la misma sustancia c u a n d o forman masa compactas son muy distintas La diferencia se debe a q u e las partículas presentan una superficie de contacto con el aire m u c h o mayor, lo cual aumenta e n o r m e m e n t e el número de moléculas activas tanto físicas c o m o químicamente (Wadden).. ir.

(34) Las sustancias que se queman en presencia de aire con toda normalidad c o m o el azúcar, el carbón, y el almidón, si se muelen hasta convertirlas en polvo fino, explotan con gran fuerza al iniciarse la ignición (Waddcn). La mayor superficie de contacto que presentan las sustancia molidas acelera el intercambio de moléculas entre la fase dispersa y el medio (Wadden). 11.5.a 1 C L A S I F I C A C I O N D E LAS P A R T I C U L A S D E A C U E R D O A L O S R I E S G O S DE TRABAJO. La clase I incluye los polvos muy inflamables Cualquier fuente de calor, por ejemplo la q u e se g e n e r a al encender una cerilla es sufucuente para inflamarlos En esta clase están incluidos los polvos de azúcar, dextrina, corcho, almidón, cacao, y harina de arroz.. La clase II incluye los polvos q u e solo se inflaman en presencia de una f u e n t e de calor p o d e r o s a ( a r c o eléctrico, mechero de bunsen) c o m o el polvo de cuero, serrín,. tortón de. semillas oleaginosas, salvado, seda, etc.. La clase III incluye los polvos no inflamables en condiciones de la industria debido a q u e presentan un mayor t a m a ñ o d e partículas y a que contienen un elevado p o r c e n t a j e de materias no explosivas. Esta clase incluye el tabaco, carbón metalúrgico, c a r b ó n vegetal, hollín de fundición, coque, grafito, etc. (EPA)..

(35) 116. I N S T R U M E N T A C I O N P A R A D E T E R M I N A R LA C O N C E N T R A C I O N D E UN CONTAMINANTE. La determinación d e la cantidad de un contaminante, presente en una corriente de gases de escape,. o en. el ambiente. atmosférico,. requieie. mucho. cuidado. y el uso. de. una. instrumentación sensible puesto que, en cualesquiera de los casos, la concentración del contaminante q u e interesa, es pequeña Debido a la similitud de los requisitos básicos para obtener un m u e s t r e o preciso de los gases y de ios tipos e m p l e a d o s de instrumentación, ambas áreas se tratarían juntas (Wark). 117. D E T E R M I N A C I O N. DEL GRADO. DE E X P O S I C I O N. A LAS. PARTICULAS. T R A N S P O R T A D A S POR EL A I R E. La exposición d e partículas transportadas por el aire ocasiona retención de una c i e ñ a cantidad de polvo en los pulmones, que no puede medirse directamente en el hombre.. El g r a d o de exposición se determina indirectamente según la concentración de partículas t r a n s p o r t a d a s p o r el aire, la duración del trabajo y la tasa de ventilación pulmonar.. En la determinación de la concentración de partículas en el aire p u e d e n emplearse d o s métodos: La determinación del numero de partículas en un volumen determinado ( r e c u e n t o de partículas) o su masa ( m é t o d o gravimetrico). El m é t o d o d e r e c u e n t o de partículas se empleaba. en. forma exclusiva. hasta los años sesenta,. pero. desde. entonces. se. ha. r e e m p l a z a d o on la mayoría de los paises por le m é t o d o grasimétrico. Sin embargo, el recuento. de partículas. sigue siendo el m é t o d o. acumulación de polvos fibrosos. >n. más importante. para determinar. la.

(36) A fin de poder comparar las antiguas medidas basadas en el recuento de partículas con los valores. gravimétricos,. se. ha. tratado. de. convertir. el. recuento. de. panículas. en. concentración de masa. Eso sólo es posible cuando se conoce la distribución del tamaño de las panículas y la densidad especifica relativa al polvo. En el caso del polvo no se. puede dar un factor general de conversión. Ayer y colaboradores,. valiéndose de técnicas de muestreo simultáneo con golpeador. (recuento de panículas) y de instmmentos gravimétricos determinaron depósitos de granito de Vermont. que. 10 millones de panículas por pie cúbico. en. los. (mpppc). equivalen a una concentración de polvo de cuarzo inhalable de 100 microgramos/m3 (polvo total que contiene de 2 5 % a 35% de sílice libre). Theriaulí. y col. encontraron una relación un poco diferente en la que 10 mpppc (353. panículas/ml) corresponden a 80 microgramos de cuarzo/m3 (tamaño inhalable).. II.8.. DETERMINACION. DE. LA C O N C E N T R A C I O N. DE. LA. MASA. DE. LAS. P A R T I C U L A S T R A N S P O R T A D A S POR EL AIRE. L o s m é t o d o s de muestreo y análisis de polvo empleados en la práctica pueden dividirse en tres clases principales, a saber:. a) Recolección. sin segregación. por tamaño (muestra de polvo total):. Las muestras de polvo recogidas de esta forma pueden analizarse más detalladamente empleando técnicas como el recuento de partículas (microscópica óptica), el análisis gravimetrico (verificación del peso de la muestra) y el análisis clinico. Esas muestras pueden analizarse también para determinar la distribución de las partículas según el t a m a ñ o empleando técnicas como microscopia, elutriación y sedimentación..

(37) b) Recolección. con segregación. por. ¡amaño:. Este tipo de muestreo implica alguna forma de separación de las partes de la muestra de polvo recogida, según el tamaño de la partícula en el m o m e n t o del muestreo. Eso puede ser, por ejemplo, la separación en dos partes (inhalables y no inhalables) o en muchas otras, cada una de las cuales corresponde a un tamaño determinado.. Esas. muestras pueden examinarse mas detalladamente mediante análisis gravimétrico, recuento de partículas o análsis químico.. c) Determinación. del tamaño un. recolección.. Se pueden determinar las características del tamaño de las partículas de una nube de polvo, por ejemplo, mediante analisis eléctrico u óptico del tamaño, sin recoger ninguna muestra.. La mejor forma de determinar la exposición a las partículas transportadas por el aire que causan la clase de neumoconiosis es mediante evaluación de la fracción inhaiable de polvo.. II.9. A N A L I S I S DE P A R T I C U L A S. La mayor parte de los dispositivos empleados en el muestreo de los contaminantes de partículas en el aire, son meramente colectores. El análisis de partículas y la determinación de su cantidad se deberán efectuar por separado. C o m o las partículas se pueden encontrar en las fases tanto sólidas como líquidas, puede que se requieran diversos tipos de colectores. En m u c h o s casos, los diferentes colectores podrán ser utilizados en serie. Se deberá tener cuidado e impedir acumulación de partículas sobre las paredes de la sonda de muestreo y el tubo de conexión. Se deberá también hacer notar que si los colectores de. partículas preceden a los muestreadores de gas, puede ocurrir que los gases que se desee aislar puedan ser adsorbidos o experimentar una reacción química sobre las superficies de las partículas acumuladas. Se debe evitar esta situación indeseable (Wadden).

(38) Los mecanismos básicos e m p l e a d o s en la operación de estos colectores son del mismo tipo q u e los u s a d o s en grandes dispositivos d e control d e las partículas, p o r esta razón, estos colectores se pueden considerar colectores en miniatura. Quiza el filtro constituye el colector de uso más generalizado. Se dispone de gran variedad de e l e m e n t o s. filtrantes. básicos: discos de papel, papel plegado, algodón, bolsas de lana o asbesto, fibras d e vidrio o. de lana,. rejillas de alambre,. etc. Pequeñas. torres e m p a c a d a s. húmedas,. simples. dispositivos d e burbujeo, y lavadores venturi, se utilizan c o m o colectores de d e p u r a c i ó n o lavado.. También. se. dispone. de. precipitadores. eléctricos. y. pequeños. separadores. ciclónicos, se usan m u c h o los impactadores. en estos dispositivos, el g a s c o n t a m i n a d o fluye a través d e un p e q u e ñ o orificio y choca contra la platina d e un m i c r o s c o p i o o sobre la superficie d e un líquido. Cierta cantidad de partículas se acumula en la superficie. En la mayoría de los c a s o s se distribuye una serie de orificios y superficies colectoras, d e m o d o tal q u e el t a m a ñ o del orifio se reduce progresivamente Así se recogen partículas cada v e z menores, y en cada platina de microscoipio se acumula un intervalo limitado d e t a m a ñ o d e partículas. Se reporta que c u a n d o se utilizan velocidades sónicas, se acumulan partículas de tamaños tan p e q u e ñ o s c o m o de 0 1 micrómetros, por medio d e i m p a c t a d o r e s h ú m e d o s (Wadden).. Se pueden utilizar c o n j u n t o s g r a d u a d o s de rejillas de tela metálica o un microscopio para medir el tamaño de las partículas recogidas. Se puede utilizar la química h ú m e d a para. determinar la composición química de las partículas. Se trabaja en la actualidad en el desarrollo d e dispositivos y procedimientos que utilicen rayos láser a fin de p o d e r medir las partículas arrastradas por el aire. La intensidad del, rayo es atenuada en p r o p o r c i ó n a la concentración y t a m a ñ o d e la partícula presente en el rayo. Se pronostica q u e en el f u t u r o los lásers tendrán una amplia aplicación (Wark).

(39) II 10 A N A L I S I S D E A I R E P A R A C O N T A M I N A N 1 ES EN L L L U G A R DE T R A B A J O. El equipo de muestreo para la evaluación de exposiciones o s x p a d o n a l e s m a r c o una evolución a través de v a n a s en dilección a la disminución del mismo Por ejemplo, durante 1920 se uso el impinger Greenberg-Smith muestreador de aire para g a s y partículas. Este equipo fué desplazado en 1930 por el midget impinger, el cual es de m e n o r t a m a ñ o y requiere de una b o m b a más pequeña Ultimamente los impinger han sido desplazados por los m u c s t r e a d o r e s manuales consistentes en filtros de membranas y p e q u e ñ a s baterías para materiales particulados (First). El 11 de enero de 1982 se realizaron evaluaciones de agentes físicos contaminantes a petición del sindicato de ia empresa metal mecanica Talleres Industriales S A d e C.V.. II. 11. E S T R A T E G I A D E M U E S T R E O. La situación sencilla e ideal de tener a un solo trabajador dedicado a una o p e r a c i ó n ordinaria sin estar sujeto a variaciones ambientales apreciables raramente o c u r r e de la práctica P o r tanto, es necesario tomar una muestra representativa de varios t r a b a j a d o r e s a fin d e determinar. el g r a d o. de. exposición. y las variaciones. correspondientes.. La. concentración d e diversas clases de polvo en el aire q u e respiran dorante su turno de ti abajo p u e d e fluctuar hasta 100 veces, ta naturaleza física y química del polvo también puede variar. E s posible que los trabajadores iealicen diferentes oficios en un sitio o q u e desplacen de un p u n t o a otro; algunos trabajos pueden implicar continuo movimiento. Los. oficios p u e d e n variar durante el día o la semana laboral, ya sea al azar o siguiendo una pauta regular, y lo mismo las condiciones de! medio entre las estaciones de verano e invierno. Es preciso tener encuerna los siguientes factores para calcular la manera válida el g r a d o d e exposición en un tiempo determinado, localización (lugar d o n d e se debe t o m a r la muestra), duración (clase de muestreo),. tiempo ( m o m e n t o. muestra), y n ú m e r o de muestras que se deben recoger.. oportuno. para t o m a r. la.

(40) La localización del muestreo debe seleccionarse de acuerdo con la finalidad de! mismo, cuando se trata de determinar el grado de exposición de los trabajadores, la localización más representativa es la zona de respiración, que se puede definir como una esfera de 60 cm de diámetro que rodea la cabeza del trabajador.. Se recomienda el empleo de muestreadores personales para poder tener en cuenta la movilidad de los trabajadores y dar una mejor indicación de ¡a exposición. C o m o no es posible que cada trabajador lleve un mucstreador, se pueden agrupar en "zonas de exposición" o en "grupos laborales", según factores tales como la similitud del trabajo, la movilidad y la similitud respecto a los peligros y a la clase de medio trabajo.. La duración del muestreo depende de factores tales como el volumen minimo de la muestra necesaria (que está directamente relacionado con los requisitos y la sensibilidad del método analítico q u e se pretende emplear para realizar este muestreo) y la clase de efectos que para la salud tiene el agente en cuestión. Cuando el agente p r o d u c e efectos. crónicos, c o m o los polvos que causan la neumoconiosis, la exposición media es el factor de mayor importancia y, por tanto, el muestreo debe cubrir todo el día o turno d e trabajo. Una muestra tomada en un solo lugar no es representativa de la exposición media, que puede cambiar substancialmente durante el día.. Walton y sus colaboradores. y. tíurley. y sus colaboradores. han empleado un m é t o d o. basado en el muestreo ambiental retrospectivo en determinadas minas del Reino Unido en busca de una aproximación determinada más directa de la exposición acumulativa.. 11.12. M E T O D O S D E M U E S T R E O. El volumen de una muestra que va a ser colectada es dependiente de una estimación de la cantidad de material que se va a encontrar en la atmósfera, la sensibilidad del m é t o d o analítico y la norma. estandard. Muestra. suficiente debe ser recolectada. para. una.

(41) cuantificación de cantidades reales y que no son mayores de la mitad d e la norma y un décimo de la norma estandard (First).. 11.12 a M E T O D O S D E M U E S T R K ) PARA P A R T I C U L A S. Las muestras de partículas se obtienen por un muestreo instantáneo o integrado. Las. muestras instantaneas son usualmeme tomadas por un konimetro o algo similar el cual toma en un p e q u e ñ o volumen de aire altas velocidades a través de un plato de vidrio en el que. las partículas. son. depositadas. Despues. de. la deposición,. las. partículas. son. examinadas y cuantificadas por microscopía de campo brillante u o p a c o Una muestra muy pequeña es necesaria c o m o el número de panículas del aire exterior en miles de cientos de partículas p o r pie cúbico y en interiores contaminados la cantidad de partículas es aun mayor ( W a d d e n ) .. Para m u e s t r a s integrales o continuas de partículas, varias f u e r z a s físicas (gravedad, impacto, electroforesis, termoforesis y difusión) son empleados para colectar muestras. Ei t a m a ñ o d e las partículas determina el muestreador q u e se debe utilizar y el volumen de la muestra d e p e n d e de la concentración (Peterson).. II.12.b. D E T E R M I N A C I O N D E L T A M A Ñ O D E LA P A R T I C U L A. El término partícula es definido c o m o una masa discreta de material sólido ó liquido. Si se desea determinar el tamaño de las partículas a la cual un individuo es e x p u e s t o , p o r lo que la muestra debe ser individuo (Stockham),. transportable para q u e refleje ei patrón laboral lo más posible del.

(42) El tipo y la naturaleza de las panículas suspendidas presentes deben ser bien definidas en cuestión de forma y transformación para un mejor desempeño del programa de muestreo. Por ejemplo si la panícula en suspensión presenta grandes agregados se escoje una impactacíón incrcial para la colección de partículas individuales, por lo que los agregados pueden. ser. fácilmente destruidos. a. panículas. de. menor. tamaño.. Los. resultados. subsecuentes durante la medición pueden, por lo tanto, tener o no relación con el tamaño y la forma de las panículas presentes en el medio. Esta situación debe ser prevenida estudiando inicialmente las panículas suspendidas presentes de acuerdo a su composición (liquida o sólida), forma, características y tamaño (MSAC).. Las partículas generalmente se clasifican de acuerdo a la forma. en las siguientes. categorías: 1) esférica 2) cúbica - irregular 3) hojuelas 4) fibrosa 5) flóculos condensados (agregados). Las partículas esféricas se originan o existen como humos, polen, o c o m o producidos. de la evaporación.. diminutas de minerales y ci/kkrs. Lint. Ejemplos de panículas cúbica-irregular. son. residuos formas. Los minerales casi siempre asumen la forma de hojuelas.. . fibras naturales y asbestos son ejemplos de partículas. fibrosas.. Los h u m o s de. carbón, gases y otras partículas finamente divididas presentes en altas concentraciones se combinan para formar un aerosol compuesto de partículas largas en forma de agregados. L o s agregados de este tipo son llamados flóculos. (Stockham).. El rango de los tamaños de las partículas los cuales deben ser definidos para cualquier sistema es por lo general muy difícil. Aunque pensemos que este es el caso, el rango del tamaño de la partícula de interés y aquellas partículas que van a ser muestreadas no deben cubrir t o d o el espectrum de tamaño de las partículas contenidas en el ambiente a.

(43) mucstrcar. Por lo tanto, el rango de tamaño de ínteres debe ser definido s e p a r a d a m e n t e y establecer necesariamente con esta información la selección del m é t o d o d e m u e s í r e o y la técnica de medición (Peterson).. El t a m a ñ o de la partícula se mide invariablemente y r e p o l l a d a con su diámetro o radio actual o equivalente. El diámetro equivalente es determinado con una medición lineal. directa de la partícula, asi c o m o en la partícula de forma cubo-irregular , o midiendo un parámetro. de. la. partícula. con. la. cual. se. relaciona. su. respectivo. tamaño.. C o n s e c u e n t e m e n t e , el tamaño de la panícula tiene muchos significados y el investigador debe definir y emplear ese significado a los que más describa las p a n í c u l a s m u e s t r e a d a s (Peterson).. C u a n d o la muestra es transformada para una medición microscópica, la muestra. de. partículas es colectada en un filtro, plato p r e á p i t a d o r o un colector liquido En cualquier caso, las p a n í c u l a s colectadas son comunmente medidas de a c u e r d o a los m é t o d o s p r o p u e s t o s p o r M a n i n G , Feret., o por el uso de un globo y graticulados circulares, (los retículos de P o r t o n son un ejemplo) El diámetro d e Martin es la longitud d e una linea horizontal q u e divide por la mitad el área de la panícula. El d i á m e t r o de Feret es la longitud de la dimensión horizontal más larga a través de la partícula q u e se ve a) microscopio. C u a n d o se usa el globo y el graticule circular, el d i á m e t r o d e la partícula es definido c o m o el diámetro d e un circulo cuya área es igual al área p r o y e c t a d a de la partícula observada.(Peterson).. DIAMETRO DE FERET. DIAMI.TRO DF. MARTIN. GRATICULE CIRCULAR.

(44) El tamaño de la partícula determinado midiendo varios parámetros de la p a n í c u l a otros que una directamente de una dimensión de tamaño lineal es transformada por lo cual significa c o m o una sedimentación, permeabilidad, adsorción, difusión., y c o n d e n s a c i ó n de la formación del núcleo. Cada M é t o d o directo de medición resulta un d a t o único del tamaño de la panícula Los factores de conversión de un dato a o t r o son aplicables solo a la partícula para la cual un factor específico es d e t e n n i n a d o. Por lo tanto, un m é t o d o. universal para usarse en la selección de una muestra apropiada y el m é t o d o de medición es seleccionado de a c u e r d o a los datos del tamaño de las p a n í c u l a s y la forma más estrechamente. relacionada con el uso que se les daran. a los resultados. obtenidos. (Williamson).. Las partículas deben ser de un tamaño heterogéneo, y c u a n d o son m e d i d o s los resultados son p r e s e n t a d o s y estudiados por m é t o d o s estadísticos (Peterson). Las partículas cuyo tamaño es inferior a 0.1 mieras presentan, un movimiento d e s o r d e n a d o llamado movimiento Browniano. Estas partículas o se asientan muy lentamente siguiendo una trayerctoria zigzagueante (partículas de 0.1 - 0 05 m i c r ó m e t r o s de radio) o no se asientan en absoluto, t o m a n d o parte en los movimientos moleculares del aire-radio de las partículas de 0.001 micrómetros o menor (en cuyo caso se difunde en t o d a s direcciones). La distribución de t a m a ñ o s de panículas en una nube de polvo no p e r m a n e c e constante. Son varios los factores que pueden ocasionar la coagulación de las panículas, y por lo tanto p r o v o c a r su asentamiento.. «. C a d a motita d e polvo esta rodeada por una capa de aire adsorbido, cuya presión parcial es máxima en la superficie de la partícula y disminuye rápidamente con la distancia hasta ser igual a la presión atmosférica. Esta es la r a / o n por la que los polvos finos no se aglutinan después de largos periodos de almacenaje, sino que Huyen c o m o si fueran líquidos.. De a c u e r d o a la tabla de distribución por tamaño de partícula presentada por ( W a d d e n ) el porcentaje del n ú m e r o d e partículas en aire de las fundiciones varia d e la siguiente manera..

(45) T a m a ñ o medio de la partícula I 2 micrómetros T a m a ñ o de la p a r t í c u l a. Porcentaje. 0.0 - 0.49 0.5 - 0.99. 26 0. 1.0 - 1 49. 48.0. 1.5 - 1.99. 170. 2.0 - 2.49. 8.0. 2 5 - 2.99. 1 0. La mayoría de las partículas minerales , vegetales y animales contenidas en el polvo tienen un tamaño comprendido entre 6 0 y 25 0 mieras y la mayoria de los polvos metálicos tienen un t a m a ñ o interior a 2,0 mieras. II 12 c V E L O C I D A D. El polvo fino se asienta muy lentamente. En la siguiente tabla dada al pie se encuentra el tiempo estimado en minutos, necesarios para la caída del polvo de sílice desde una altura de un píe, en aire quieto.. Tabla: 1 .Tiempo estimado en minutos necesarios para ¡a caída de polvo de sílice. Tamaño. Tiempo de caida. (en micrones). (en minutos para l pie). 1/4. 590.0. 1/2. 187.0. 1. 54.0. 2. 14.4. 5. 2.5.

(46) II. 12 d. EVALUACION. DE. MUSl'RAS. DE. SUSTANCIAS. i>L. RESPIRACION. PELIGROSA. En Sos últimos años ha crecido el reconocimiento de ¡a importancia del m u e s t r e o selectivo de polvo respirable, décadas airas en las que las características de selección de t a m a ñ o del tracto respiratorio h u m a n o fueron ignoradas El único m é t o d o estandard q u e realizaba una discriminación de !as partículas no respirables era el muestreador impinger de c a m p o de luz con ia técnica de contco para pneumoconiosis que producen los polvos. Algunos. aparatos atrapaban partículas alrededor de 3/4 de mieras en un medio líquido.. Las. muestras eran analizadas por un contco de partículas que se ubican al principio de una célula de c o n t e o m o j a d o y son visibles cuando se observa a través de una lente objetiva de lOx Las partículas mayores de 10 mieras observadas durante el c o n t e o son t o m a d a s c o m o partículas no respirables por algunos higienistas ambientales En las alternativas m o s t r a d a s por ios análisis gravimétricos de tocias las partículas totales presentes en la muestra, no existe m a n e r a de diferenciar aquellas partículas de mayor tamaño (Lippmann).. La peligrosidad de las partículas varia de acuerdo a sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Estas propiedades determinaran la toxicidad de la partícula y sus interacciones con el lugar en d o n d e se deposite. Una consideración básica es q u e esta toxicidad d e cada una de ellas varia grandemente con el sitio de deposición en el tracto. respiratorio. (Lippmann).. Existe. un. número. mayor. de. subdivisiones. en. el. tracto. respiratorio. que. difiere. m a r c a d a m e n t e en estructura, t a m a ñ o y función, y en la cual tiene diferentes m e c a n i s m o s para la eliminación de la partícula. Por lo que, una determinación completa de dosis tóxica de inhalación d e p e n d e de la deposición regional y el tiempo de retención del sitio d e deposición y a través de las rutas de eliminación, en conjunto c o m o las p r o p i e d a d e s de las partículas (Lippmann)..

(47) Se considera que el tamaño de ¡as partículas de polvo que pueden entrar en los pulmones es inferior a 5 mieras en la mayor parte de los casos, siendo el t a m a ñ o m á x i m o d e 10 mieras, las partículas mayores se asientan sobre las membranas m u c o s a s d e los c o n d u c t o s respiratorios superiores (nariz y garganta). Las partículas de t a m a ñ o inferior a 5 mieras son las más peligrosas por sus efectos en los tejidos pulmonares (C1S).. El p u n t o de vista de que las partículas de 0 5 - 0.25 mieras o m e n o r e s son relativamente inofensivos, no es c o m p a r t i d o por las autoridades modernas en materia de higiene. Hay f u n d a m e n t o s para creer que cuando estas partículas no se detienen en la nariz, pueden penetrar muy p r o f u n d a m e n t e en los alveolos pulmonares. Las investigaciones muestran que en aire de los locales industriales predominan. las. partículas inferiores a 10 mieras, siendo inferiores a 2 mieras entre un 4 0 - 9 0 p o r ciento. El p o r c e n t a j e de partículas inferiores a 2 micrómetros es mayor en los. minerales. inorgánicos y polvos metálicos q u e los polvo orgánicos. En. 1964,. Buck. y. Brown. realizaron. una. investigación. sobre. los. efectos. de. la. contaminación del aire, en humanos, animales y plantas. Aquí se señalan los e f e c t o s producidos. por. diferentes. contaminantes. de. acuerdo. al. tiempo. de. exposición,. c o n c e n t r a c i o n e s máximas y mínimas y los efectos que pueden causar a la salud, las partículas orgánicas ( de agentes asmagénicos) y los efectos c o n s e c u e n t e s en la. fruición. pulmonar, mucosa, estress severo y en el tejido orgánico. La concentración mínima de partículas orgánicas es de 0.02- 0.05 ppm y la máxima es de 0.60 - 0 . 8 0 ppm. El tiempo de exposición varia desde instantáneamente hasta 120 minutos, esto es de a c u e r d o al órgano afectado.. En el c a s o de partículas suspendidas y materia depositada existen desde los e f e c t o s d e significancia epidemiológica con una concentración máxima de 500 m i c r o g r a m o s. por. metro cúbico en 24 horas, hasta efectos de incomodidad con c o n c e n t r a c i o n e s máximas de.

(48) 150 mierogramos por metro cúbico a 1 5 microgramos por centímetro cuadrado de 24 horas a 30 dias ( Duck, 1964 ). Crockcr. v Lolahoradorcs,. en 1987, utilizaron una encuesta longitudinal de la Universidad. de Michigan, con el fin de estimar los efectos de la contaminación del aire en ia morbilidad. La investigación consiste en 2 etapas. En la primera, los autores buscan. determinar la asociación entre mediciones de efectos agudos y crónicos de la salud y promedios anuales del CO2. anhídrido sulfuroso y el total de partículas en suspensión, en los c o n d a d o s en que se hace el nuiestreo { Myrick, 1987 ). En 1()8.1 se realizó un estudio psicosocial de los trabajadores de la empresa. Al mismo. tiempo se realizó un estudio general de las condiciones y medio ambiente en la etapa No. 4, analizando los accidentes registrados en los años de 1981, 1983, 1983 (Noviembre), en estos tres a ñ o s se registraron un total de 3^0 accidentes de trabajo, de los cuales el 9 0 % c o r r e s p o n d i o ai área de producción. En. 1988. se. realizó. un estudio. específico de seguridad. e. higiene en. el. trabajo,. sobresaliendo el área de producción con el 86 3% de los 88 casos registrados en la empresa, en el periodo de estudió de 1983. En 1990 se realizó un estudio general de las condiciones y medio ambiente de la empresa (etapa N o . 4 ) en conjunto con un Programa de Seguridad Anual (Etapa N o 6). ( ÍMSS, 1990 ). 11.13. E V A L U A C I O N DEL POI VO T O T A L. La meta del mu es t reo del polvo total consiste en obtener una muestra representativa de las partículas transportadas por el aire Es posible usar diversas clases de instrumentos para el m u e s t r e o según la clase y el grado de exposición. por ejemplo muestreadores.

(49) personales con filtros de membrana y de alto volumen con filtro y. precipitadores. electrostáticos. L o s elementos básicos de t o d o sistema de muestreo del polvo total son un movilizador de aire un contador y un cabezal de muestreo La mejor f o r m a d e obtener datos sobre las concentraciones del polvo en la zona de respiraciones es mediante muestreo personal. El muestreador consta de un movilizador portátil d e aire con un contador incorporado ( que se sujeta de ordinario al cinturon del trabajador) y un portafiltros con filtro de membrana (se coloca de ordinario en la solapa o casco del trabajador para. que este en la zona de respiración).. gravimétricos de las muestras de polvo. Este. método. exige. análisis. Los filtros se pesan c u i d a d o s a m e n t e antes y. despues de! m u e s t r e o y ¡a diferencia de peso se emplea junto con el volumen total de la muestra d e aire para calcular la concentración media de polvo t r a n s p o r t a d o por el aire durante el tiempo d e muestreo.. 11.14. E V A L U A C I O N DE P O L V O I N H A L A D L E. La finalidad del muestreo del polvo inhalable es estraer en forma selectiva una fracción de las partículas transportadas por el aire según se define en las curvas que simulan la acumulación de partículas en el comportamiento pulmonar de las vias respiratorias del ser humano.. L o s instrumentos. seleccionados. deben. simular lo que o c u r r e en las vías. respiratorias h u m a n a s después de la inhalación. En la práctica la recolección se realiza en dos etapas: 1) C o n un precolector (preselector, preseparador), que retira de la muestra de polvo las partículas que tiene pocas posibilidades de llegar hasta los alveolos. 2) Con otra clase de colector, por ejemplo un filtro que recojera las partículas q u e pueden llegar hasta los a l v e o l o s , es decir la porción inhalable de polvo.. Los elementos básicos de todo sistema de muestreo de polvo inhalable son iguales a los de! m u e s t r e o de polvo total, con excepción de que el cabezal de m u e s t r e o p u d e ser un precolector o un colector. También, en este caso se emplean m u e s t r a d o r e s personales que.

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