Colaboradores: Jim Grann, Craig Moller, Nate Sroka, Cavan Cardenas
El hidrógeno, el nitrógeno, el argón, el acetileno y el propano se encuentran entre los gases industriales más utilizados en el tratamiento térmico. Cada uno tiene sus propias propiedades de uso, instrucciones de manipulación y protocolos de seguridad.
En este artículo, vamos a centrarnos en tres de los gases más utilizados por la industria. Hornos de vacío (Hidrógeno, Argón y Nitrógeno), discutir sus propiedades y ofrecer algunas recomendaciones para su uso seguro durante el proceso de tratamiento térmico. Esta no será una lista exhaustiva de sugerencias y recomendaciones, pero ofrecerá algunas directrices para prepararle mientras desarrolla sus protocolos de seguridad internos en torno al funcionamiento de su horno de vacío Ipsen.
Antes de entrar en detalles sobre la seguridad de los gases de procesos industriales, es importante que siga todas las medidas de seguridad recomendadas por su proveedor de gas, que mantenga y revise periódicamente las normas relativas a la entrada en espacios confinados y que revise con su jefe de bomberos local cómo las tuberías y los sistemas de suministro de sus gases de procesos cumplen los códigos locales y estatales.
Los códigos de incendios, las normativas de seguridad y las directrices de los proveedores están diseñados para proteger a los usuarios de los efectos adversos de las fugas en las tuberías de gas, los gases inflamables o explosivos o la falta de oxígeno atmosférico en espacios confinados.
Fuera de EE.UU., si su jurisdicción no dispone de directrices de seguridad adecuadas para las operaciones de hornos industriales, recomendamos consultar las normas y directrices, códigos y estándares de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) que se encuentran en NFPA 86 cuando desarrolle sus normas internas de seguridad.
Gas de proceso: Hidrógeno (y otros gases de proceso más ligeros que el aire)
El hidrógeno se utiliza habitualmente como combustible y como gas de procesos industriales. Reactivo al oxígeno, el hidrógeno puede ser inflamable o explosivo cuando se expone a una fuente de ignición en una atmósfera con oxígeno libre, lo que significa que a menudo viene con su propio conjunto de normas y reglamentos para su uso.
En un horno de vacío, el hidrógeno se utiliza a menudo para producir piezas limpias y brillantes. También se utiliza como parte de un proceso de limpieza durante un quemado, ayuda en un proceso de soldadura fuerte asegurando que la soldadura fuerte se adhiera a una pieza limpia sin óxidos y puede formar parte de varios procesos en los que intervienen imanes de tierras raras. En raras ocasiones, el hidrógeno puede utilizarse como gas de temple.
El hidrógeno se introduce en un horno sólo después de que éste haya alcanzado un vacío profundo. Los hornos Ipsen disponen de una secuencia de seguridad programada que confirma un índice de fuga del horno inferior a 50 micras antes de que el hidrógeno pueda introducirse con seguridad en la cámara. Cuando se introduce el hidrógeno, se controla mediante válvulas que sólo permiten una cantidad suficiente del gas para obtener los resultados necesarios para las piezas que se están procesando según especificaciones exactas. Los niveles de hidrógeno son medidos por los controles del sistema en micras, torr, mbar o pascal, manteniendo el contenido en o por debajo de la mitad del límite inferior de inflamabilidad - menos de 15 torr. Este diseño protege la seguridad del operario durante todo el proceso.
Incluso con estas medidas de seguridad sistémicas, los conductos y válvulas que suministran hidrógeno al horno deben supervisarse y mantenerse con regularidad. Estos conductos se mantienen con frecuencia bajo presión, por lo que las pruebas de fugas y las inspecciones periódicas de las juntas y las válvulas deben formar parte de su programa de mantenimiento.
Las fugas no sólo desperdician gases de proceso, sino que también introducen aire atmosférico en su horno de vacío y pueden provocar la decoloración de las piezas y un entorno inseguro para sus operarios. Incluso la fuga más pequeña de una prueba de presión requiere atención y respuesta. La masilla de fontanero puede ser una solución razonable a corto plazo para una fuga muy pequeña, pero debe seguir vigilándose y comprobándose con mayor frecuencia cuando se descubra, hasta que se hayan evacuado las líneas y pueda aplicarse una solución más permanente.
Al ser el más ligero de los gases (unas 14 veces más que el aire), el hidrógeno se eleva rápidamente cuando se libera a la atmósfera. Se dispersa rápidamente cuando no está contenido en un espacio confinado. Los sistemas de ventilación de los edificios en los que se utilice hidrógeno como gas de proceso deben estar diseñados para dispersar cualquier gas que pueda escaparse o liberarse en la parte superior de cualquier cámara o sala en la que pueda acumularse hidrógeno, lo que también se aconseja para cualquier otro gas de proceso más ligero que el aire, como el acetileno. Los sensores de gas colocados en los picos de cada sala o cerca de ellos indicarán posibles fugas de gas, además de alertar a los usuarios de la necesidad de ventilar cualquier gas acumulado fuera del edificio.
Gas de proceso: Argón (y otros gases de proceso más pesados que el aire)
El argón es un gas inerte que se utiliza con frecuencia para el temple en la industria aeronáutica. La aviación confía en el argón para evitar la más mínima posibilidad de fragilización por nitrógeno durante el temple. El argón también puede utilizarse para otros procesos, como la presión parcial y el calentamiento por convección.
Dado que el argón es un gas noble, el hecho de que no sea reactivo ayuda a mantener la integridad química de las piezas procesadas en la cámara, evitando la oxidación y la contaminación. Sin embargo, el argón es un gas caro, por lo que se utiliza con menos frecuencia en otros sectores que el nitrógeno, a menos que se especifique explícitamente.
El argón es más pesado que el aire, lo que es una suerte cuando se utiliza para el tratamiento térmico a presión parcial en particular: hay menos sublimación en una atmósfera hecha de estos átomos más pesados. El argón puede proporcionar una manta protectora alrededor de las piezas en la cámara mientras se templan, evitando la distorsión y proporcionando piezas limpias libres de efectos de nitruración no deseados.
Dado que el argón es más pesado que el aire, cuando se libera de un horno sin ser bombeado, se hunde en las zonas más bajas que puede encontrar. Las fábricas que operan con hornos que utilizan argón deberán controlar la presencia de argón en cualquier espacio confinado cercano de baja altitud, como fosos para máquinas o salas subterráneas como sótanos.
Aunque el argón en sí no es tóxico, cuando se deja que se acumule en el interior de un foso o una zona baja, desplaza la típica atmósfera oxigenada que había allí, lo que hace que esos espacios sean potencialmente peligrosos para los equipos de mantenimiento que tengan que descender.
Se recomienda encarecidamente que cualquier persona que entre en estas áreas siga los protocolos de áreas confinadas, incluido el uso de sensores de gas personales en la solapa, lo más cerca posible de la cara. Además, siempre debe haber un observador cerca que pueda confirmar la seguridad de la persona que entra en el espacio confinado.
Si sospecha que en una zona baja se ha acumulado argón, evacúe esa zona y evalúe las condiciones de peligro. Si también sospecha que pueden haberse acumulado allí otros gases más pesados que el aire (como el propano), elimine cualquier posible fuente de ignición y utilice detectores multigás para descubrir qué más puede haber en la atmósfera dentro de ese espacio.
La eliminación del argón requiere ventilación de aire forzado, con los extractores y conductos colocados lo más bajo posible dentro del área afectada, manteniendo cualquier motor de soplado a una distancia segura de la abertura para eliminar la posibilidad de combustión accidental de cualquier otro gas acumulado. Los técnicos de mantenimiento deben llevar siempre los tipos adecuados de EPI cuando trabajen en estas condiciones.
Gas de proceso: Nitrógeno (y otros gases de proceso de flotación neutra)
El nitrógeno, un elemento que constituye más de tres cuartas partes de nuestra atmósfera, se encuentra más comúnmente como gas en su versión molecular, el N2. El nitrógeno es un gas de proceso industrial muy utilizado porque es inerte, no es tóxico, es barato y está ampliamente disponible.
En el tratamiento térmico al vacío, el nitrógeno se utiliza con mayor frecuencia para el enfriamiento y el relleno en un horno para mantener un entorno seco y controlado. También puede utilizarse en presión parcial como medio para evitar la oxidación y proporcionar uniformidad en el proceso de calentamiento cuando se utiliza en un horno de convección. Hay ciertas aplicaciones en las que los metalúrgicos evitan el uso de nitrógeno para evitar la nitruración de la superficie de las piezas, pero fuera de esas situaciones específicas, el nitrógeno puede ser el gas más utilizado por volumen en el tratamiento térmico al vacío.
El nitrógeno puro, que pesa un poco menos que la atmósfera de nitrógeno del aire, tiende a permanecer en su lugar hasta que se hace un esfuerzo para dispersarlo. Dentro de una cámara que se abre después de un proceso, si el nitrógeno no se ha bombeado fuera del recipiente, permanecerá. Un simple ventilador de taller puede no ser capaz de soplar suficiente aire oxigenado en un horno vertical u horizontal que contenga N2.
Incluso después de que se haya bombeado un recipiente con nitrógeno y se haya rellenado con aire atmosférico (o aire seco), sigue siendo importante seguir todos los protocolos de espacios confinados con un observador en un lugar seguro que vigile al operario cuando entre en el recipiente por primera vez. Una vez más, los monitores de oxígeno portátiles deben llevarse en la solapa, y las alertas deben responderse con una retirada inmediata y cuidadosa.
Otro gas de proceso de flotación neutra es el oxígeno. Aunque la interacción con un entorno de alto contenido en oxígeno no impide la respiración en espacios confinados, siempre es importante seguir todos los procedimientos de seguridad contra incendios pertinentes al manipular oxígeno puro.
Conclusión
Si se mantienen correctamente y se utilizan los gases de proceso adecuados, los hornos de vacío proporcionan piezas limpias y brillantes que se procesan con precisión en todo momento.
Debido a que estos gases son una parte integral del funcionamiento de un horno de vacío, es necesario observar los protocolos de seguridad adecuados durante cada operación de mantenimiento y siempre que se interactúe con lugares confinados donde puedan acumularse estos gases de proceso.
Ipsen siempre recomienda que los equipos de mantenimiento y operaciones de hornos de vacío se coordinen con los equipos de mantenimiento de edificios e instalaciones para establecer protocolos de seguridad para todas las actividades que impliquen espacios confinados, para inspeccionar las líneas de gas de proceso en busca de fugas y para responder a cualquier fuga observada de forma rápida y adecuada.
Revise todos los procedimientos de seguridad con las leyes locales, estatales y federales, y aproveche cualquier recurso en línea, así como los bomberos locales u otros recursos de seguridad industrial para asegurarse de que su equipo trabaja de forma segura todos los días.
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