Seguridad Corporativa y Protección del Patrimonio
TOXICIDAD DE LA ATMÓSFERA DE UN INCENDIO
Los efectos de toxicidad de los gases producidos por la combustión de los materiales, se manifiestan, en general, muy rápidamente. En la mayoría de los casos, se pierde la consciencia en el inicio del incendio. Los gases tóxicos y, en ocasiones, otras situaciones concurrentes con efectos secundarios, como el abuso de alcohol, impiden reaccionar adecuadamente frente al incendio y encontrar las distintas vías de evacuación existentes en el edificio o instalación.
También es necesario señalar que la toxicidad de los gases puede manifestarse igualmente a largo plazo en función de las características del individuo y del tiempo de exposición a la acción de los mismos. Aquellas personas rescatadas en un incendio pueden sufrir efectos secundarios del humo, como fuertes irritaciones sensoriales de los pulmones y vías respiratorias, quemaduras en las mismas, palpitaciones, pérdidas de memoria, etc… La Toxicidad puede manifestarse de las siguientes fuentes:
- Toxicidad indirecta significa que en la atmósfera creada por la combustión de los materiales no hay elementos esenciales para las funciones vitales humanas, en cantidad suficiente; tal es el caso del oxígeno.
- La toxicidad directa en cambio, se caracteriza por la presencia, en dicha atmósfera, de ciertos elementos que, en cantidad suficiente, impiden igualmente las funciones vitales.
Es general la coincidencia en que los principales productos tóxicos directos son el monóxido de carbono, los cianuros, y en menor grado, el cloruro y floruro de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno. Al monóxido de carbono se le reconoce, habitualmente, como el elemento más tóxico, de tal manera que se estima que alrededor del 50% de las causas de mortalidad son atribuibles a sus efectos. No obstante, no es menos cierto que el ácido cianhídrico y otros haluros, como el HF y HC1 o el NO2, también son extremadamente peligrosos en determinadas proporciones. En la tabla siguiente se indican los efectos fisiológicos de diferentes niveles de ausencia de oxígeno y presencia de gases tóxicos en los seres humanos.
La toxicidad de tales gases de combustión se manifiesta según tres formas principales:
- Impidiendo la llegada de oxígeno a los órganos vitales.
- Irritación de las vías respiratorias.
- Tienen un efecto narcótico.
Sin embargo, no hay que descartar la importancia de otras causas, como el depósito de hollín en los pulmones. Los hidrocarburos alifáticos de bajo peso molecular y halógenos libres, el nitrógeno, el monóxido de carbono y el Ácido cianhídrico, pertenecen al primer grupo. Los productos del segundo grupo dañan las membranas mucosas, lo que puede causar infecciones en las vías respiratorias y en los ojos. El cloro, el fosgeno, los óxidos de nitrógeno, el amoniaco, los ácidos orgánicos, los aldehidos y los ésteres de peso molecular reducido así como los hidrocarburos halogenados, actúan de esta manera. Los productos del tercer grupo son, en general, absorbidos por la sangre sin dañar las vías respiratorias; productos tales como el dióxido de carbono, el éter, las cetonas, los aldehidos y los ésteres de peso molecular elevado, no tienen efectos secundarios graves. Los hidrocarburos aromáticos y sus derivados, los hidrocarburos alifáticos halógenos, las cicloparafinas y elfinas actúan en los músculos. Los alcoholes cíclicos, los fenoles, el ácido sulfídrico, etc.. compuestos aromáticos de azufre intervienen en la circulación sanguínea.
La anterior enumeración indica que es muy difícil evaluar la toxicidad de un material en su comportamiento al fuego en base al conocimiento químico de sus productos de combustión. Hay que tener en cuenta que incluso la materia más simple puede generar literalmente docenas de productos de combustión diferentes. Por otra parte, cuando varios productos tóxicos actúan simultáneamente en un ser vivo y a diferentes niveles (sistema nervioso, respiratorio, cardiovascular, etc..), hay teóricamente tres posibilidades: que el efecto de los productos sea aditivo, antagónico o sinergético, lo que evidentemente complica el establecimiento de los niveles aceptablemente soportados por el organismo humano.
Por esta razón la opinión de que la toxicidad debe ser determinada por ensayos biológicos ha ganado terreno, y las investigaciones científicas realizadas en los últimos años se han desarrollado con esta técnica, a fin de establecer los criterios que permitan posteriormente, mediante ensayos más simples de análisis cualitativo y cuantitativo de los productos de descomposición térmica de un material, clasificar al mismo según el potencial de toxicidad de sus gases de combustión. En tales ensayos sobre seres vivos, principalmente ratones y ratas, se ha estudiado la influencia de ciertos gases de combustión sobre las posibilidades de supervivencia, la alteración grave de las funciones vitales o las actitudes de comportamiento lógico.
Es notorio que se pueden evitar, en última instancia, las acciones de los productos de combustión tóxicos disminuyendo el riesgo de incendio, actuando sobre parámetros tales como la inflamabilidad, la velocidad de propagación de la llama, el calor desprendido, etc., mediante la adecuada selección de materiales clasificables como inflamables o difícilmente inflamables, o por el concurso de productosignifugantes. Desde el punto de vista estricto de la toxicidad, se ha comprobado que la adición de productos ignifugantes sobre diferentes materiales, presenta resultados desiguales en cuanto a la toxicidad de los gases desprendidos; en algunos casos se produce una ligera disminución, pero en otros se acrecienta. Por otra parte, y en cierta medida, se puede dirigir la combustión de los materiales hacia productos menos tóxicos, modificando los polímeros existentes de forma que se reduzca al máximo la producción de gases tóxicos en una gama de circunstancias lo más amplia posible (temperatura, concentración de oxígeno, ventilación, etc.).
En primer lugar, se constata que las fases iniciales de un incendio (flujo reducido de calor, buena ventilación) son las más adoptables para estas soluciones basadas en reducir la cantidad total de productos tóxicos o la velocidad de su producción. Así, la producción de monóxido de carbono disminuye cuando la combustión se realiza a temperaturas más bajas o cuando la proporción de oxígeno y carbono aumentan. Los aditivos empleados a tal fin deben disminuir la liberación de monóxido de carbono (CO) actuando según uno de estos dos mecanismos. Ciertos aditivos que contienen metales, ya indicados como inhibidotes de humo, actúan siguiendo este último mecanismo (ferroceno, óxido de molibdeno, tetrafenil-plomo). Estos productos disminuyen igualmente la producción de monóxido de carbono, a temperaturas más elevadas. Se puede aumentar la proporción de O / C añadidnos aditivos que reaccionan con una parte de los productos de degradación iniciales, para formar elementos más termoestables. De esta forma disminuye la alimentación de combustible, carbono, en las llamas. El ácido dicarbónico y el anhídrido piromelítico actúan según este mecanismo.
Con este método, la cantidad total de monóxido de carbono no disminuye, pero sí su velocidad de liberación. Otros productos ignífugos actúan según el primer método de reducción de CO: la temperatura. El trihidrato de aluminio es un ejemplo. Seconcluye que no es suficiente observar únicamente la cantidad total de CO producida, sino que también su velocidad de desprendimiento, para evaluar adecuadamente los efectos del conjunto. Así mismo, la producción de ácido cianhídrico depende de la cantidad de nitrógeno en el polímero. Temperaturas elevadas (hasta un máximo de 900 – 1000 º C) y una oxidación incompleta, favorecen la producción de HCN. Actuar según el segundo mecanismo, la oxidación incompleta, parece poco rentable ya que en una oxidación eficaz la temperatura aumenta y las ventajas son neutralizadas por el efecto de la temperatura.
Esta es la razón por la que los metales de transición, que mejoran la eficacia de la oxidación, tienen una influencia reducida en la producción de HCN. Sin embargo, se ha obtenido un resultado positivo con el empleo de productos ignífugos endotérmicos. Para captar el ácido clorhídrico eventualmente liberado, es adecuado un producto de carga básico, como el carbonato cálcico. La eficacia de tales productos de carga depende de las dimensiones de sus partículas y de su superficie específica. En cualquier caso, la eventual influencia de estos compuestos como reductores de la toxicidad de las atmósferas creadas en un incendio, sólo puede ser valorada por métodos de ensayo aplicados a cada material tratado con los mismos. La toxicidad de los productos volátiles de pirólisis o de combustión puede ser examinada a dos niveles:
- Toxicidad inmediata: si se produjeran víctimas durante el incendio.
- Toxicidad a largo plazo: si se produjeran daños permanentes en los supervivientes o si ciertos síntomas sólo se manifestaran más tarde.
El examen de la toxicidad a largo plazo sólo tiene sentido, evidentemente, cuando haya posibilidades de supervivencia. Las estadísticas demuestran que la mayoría de las víctimas de la toxicidad se producen a causa de una pérdida rápida de la consciencia, lo que hace suponer que los gases tóxicos se producen de hecho en la fase inicial de un incendio, cuando no se han alcanzado todavía temperaturas altas. Esto supone que:
-
- La combustión se realiza aún en una atmósfera rica en aire.
- Los gases se encuentran a temperaturas relativamente bajas.
- Los gases se han producido en la fase de propagación de la llama. Cabe entonces pensar que los factores a tener en cuenta para definir una atmósfera de incendio, desde el punto de vista de la toxicidad son:
- El contenido en óxidos de carbono (el ratio CO2 /CO) y la disminución de la concentración de oxígeno, como medida de las condiciones de base de un incendio.
La concentración de gases tóxicos específicos adicionales (en relación al CO) que pueden ser importantes para ciertas materias (ácido cianhídrico, ácido clorhídrico, etc.. ). - El tipo y concentración de productos orgánicos no inflamables, que implica la concentración total en relación al CO y la distribución porcentual de los grupos importantes: hidrocarburos alifáticos y aromáticos, productos de oxidación, aminas, etc.
- La velocidad de producción y la cantidad total de productos formados, para los principales productos tóxicos. Los productos de combustión pueden variar considerablemente según la evolución del incendio y las temperaturas de descomposición de los materiales implicados. Por tanto, el riesgo que supone la toxicidad de un material en un incendio está influenciado por diversos factores:
- Curva temperatura / duración (t) del incendio.
- Producción de óxidos de carbono y disminución del contenido de oxígeno.
- Composición química del material e inflamabilidad del mismo.
- Opacidad de los humos.
- Cantidad de calor desprendido. Tal complejidad de factores, en el momento actual, no puede ser reflejada globalmente con un algoritmo que expresa la influencia parcial de cada uno y sus interacciones, recurriéndose a la valoración de un índica de toxicidad potencial máxima de los materiales para compararlos sobre esta base establecida. Desde esta perspectiva, cabe utilizar dos tipos de procedimientos:
- Análisis químico de los gases de combustión.
- Ensayos biológicos sobre animales. Los métodos que utilizan el análisis químico de los gases se basan en provocar la degradación térmica de una cantidad del material a ensayar, con o sin llamas, recogiendo los gases formados para el análisis cuantitativo de un determinado número de compuestos tóxicos eventualmente presentes; para cada uno de los gases detectados se compara la concentración del mismo con las concentraciones límite que, en la literatura existente sobre el tema, se consideran mortales. En la siguiente tabla se indican los valores límite de diversos gases tóxico propuestos en diferentes fuentes.
En los ensayos biológicos los gases desprendidos en la degradación térmica de la probeta de material son transferidos a una cámara con animales en los que se valora, con diversos criterios, el efecto de los gases; la finalidad de los mismos puede ser la de obtener tal información directa o servir para la obtención de informaciones complementarias que permitan acercar los resultados de los análisis químicos a la realidad. Es notorio que los resultados de los ensayos realizados sobre animales presentan sólo un cierta correlación con la respuesta de los órganos vitales humanos y que, en cualquier caso, debe tenerse en cuenta que no es prudente aceptar que los productos de combustión obtenidos en ensayos de laboratorio sean representativos de aquellos formados en un incendio real, más que a nivel cualitativo.
