nr-280 (1)
Post on 17-Nov-2015
41 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSTGRADO
PROGRAMA DOCTORAL DE CIENCIAS AMBIENTALES
EFECTO DEL PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SOBRE LA COMPOSICIN DE HUMOS PRODUCIDOS
EN LA SOLDADURA DE UN ACERO Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales
AUTOR: Ms. JORGE WILFREDO VERA ALVARADO ASESOR: Dr. JORGE FLORES FRANCO
TRUJILLO PER
2009
-
AGRADECIMIENTO Expreso mi agradecimiento:
Al Dr. Jorge Flores Franco, por su asesora y ayuda en la planificacin y
desarrollo de este trabajo.
A la Universidad Nacional de Trujillo, por la concesin de la beca de estudio y
la Universidad Autnoma de Mxico, por el apoyo para el desarrollo
experimental
-
INDICE
AGRADECIMIENTO.i
INDICE... ii
INDICE DE TABLAS E ILUSTRACIONES. iii
RESUMEN.iv
ABSTRACT ........................................................................................................... v
INTRODUCCIN 7
1.1 Realidad Problemtica ......1
1.2 Antecedentes Bibliogrficos del problema....... 3
MATERIAL Y METODOS ................................................................................ 23
2.1 Material ........................................................................................................... 23
2.1.1 Poblacin ...................................................................................................... 23
2.1.2 Muestra ........................................................................................................ 24
2.1.3 Unidad de anlisis ......................................................................................... 25
2.2 Mtodo: ............................................................................................................ 26
2.2.1 Tipo de estudio .26
2.2.2 Diseo de investigacin26
2.2.3 Variables y operativizacin de variables . 27
2.2.4 Instrumentos de recoleccin de datos.. 27
2.3 Procedimiento y anlisis estadstico ............................................................... 28
RESULTADOS .................................................................................................... 33
3.1 Efecto del tipo de proceso de soldadura en Cromo (VI). ... 33
DISCUSION DE RESULTADOS ...................................................................... 40
4.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin de humos.................. 40
PROPUESTA ....................................................................................................... 46
CONCLUSIONES ............................................................................................... 52
REFERENCIAS BIBLIOGRAFCA 53
-
INDICE DE TABLAS
Tabla I.1 Contaminantes en soldadura .................................................................... 7
Tabla I.2 Valores lmite ambiental de exposicin para compuestos de cromo ....... 8
Tabla I.3 Reacciones qumica de Cr-O .................................................................. 16
Tabla II.1 Caractersticas del material Base .......................................................... 23
Tabla II.2 Propiedades mecnicas del material Base ............................................ 23
Tabla II.3 Especificaciones de los procedimiento de soldadura ............................ 24
Tabla II.4 Especificaciones de los Materiales de aporte ....................................... 24
Tabla II.5 Diseo experimental ....27
Tabla III.1 Cr(VI) soluble en humos de soldadura ...33
Tabla III.1 Cr(VI) Insoluble en humos de soldadura 34
Tabla III.3 Efecto del proceso en la composicin promedio.34
Tabla III.4 Relaciones establecidas entre los Elementos presentes...36
Tabla III.5 Anlisis de varianza para Cr(VI)sol 39
Tabla III.6 Anlisis de varianza para Cr(VI)Inso ... 39
INDICE DE ILUSTRACIONES
Figura 1.1 Esquema del proceso SMAW. ............................................................. 10
Figura 1.2 Esquema del proceso GMAW. ............................................................. 12
Figura 1.3 Esquema del proceso STAW. .............................................................. 13
Figura 1.4 Formacin de Cr hexavalente en GMAW. ........................................... 14
Figura 2.1 (a) Sistema de Filtros, (b) Porta filtros. ................................................ 25
Figura 2.2 Cmara para soldadura 29
Figura 2.3 Determinacin de cromo hexavalente soluble. .............................. ..31
Figura 2.4 Determinacin de cromo hexavalente insoluble. ................................. 32
Figura 3.1 Efecto del proceso de soldadura en Cr(VI)insoluble.35
Figura 3.2 Efecto del proceso de soldadura en Cr(VI)soluble.. 35
Fig. 4.1 Esquema de la formacin del humo durante la soldadura41
-
RESUMEN
El propsito de este estudio es investigar el efecto del proceso de soldadura
GMAW, GTAW y SMAW en la composicin de humos de soldadura en acero
inoxidable AISI 304 L. El diseo experimental permiti obtener simultneamente ocho
muestras por prueba, captadas en filtros de microfibra de vidrio impregnados con
disolucin de hidrxido sdico 1M. El mtodo analtico permite determinar los
compuestos de cromo presentes en humos de soldadura segn el estado de oxidacin y
solubilidad, utilizando como tcnica instrumental la espectrometra de absorcin
atmica. De los resultados observamos que el tipo de proceso de soldadura influye en la
composicin de los humos de soldadura. Cromo hexavalente soluble para proceso
SMAW, es muy superior al hallado en los procesos GMAW y GTAW. Mientras que en
GTAW hay menor generacin de humos durante el desarrollo del proceso. Las
cantidades de cromo hexavalente insoluble son muy inferiores a las encontradas de la
especie soluble encontrndose la mayor cantidad en muestras procedentes de proceso
SMAW.
Palabras clave: Cromo hexavalente, Humos de soldadura, procesos de soldadura
-
ABSTRACT
The intention of this study is to investigate the effect of the process of weld
GMAW, GTAW and SMAW in the composition of smoke of stainless steel weld AISI
304 L. The experimental design allowed to obtain eight samples by test simultaneously,
caught in fiber glass filters impregnated with dissolution of sodium hydroxide 1M. The
analytical method allows determining present chromium compounds in weld smoke
according to the oxidation state and solubility, using like instrumental technique the
atomic absorption spectrometry. Of the results we observed that the type of weld
process influences in the composition of the weld smoke. Soluble hexavalente
chromium for process SMAW, is far beyond the found one in processes GMAW and
GTAW. Whereas in GTAW there is minor generation of smoke during the development
of the process. The amounts of insoluble hexavalente chromium are very inferiors to the
found ones of the soluble species being the greater amount in samples coming from
process SMAW.
Key words: Hexavalente chromium, Smoke of weld, processes of weld
-
INTRODUCCIN
1.1 REALIDAD PROBLEMATICA
Se estima que aproximadamente el 1% del trabajo que se realiza en los
pases industrializados est relacionado con procesos de soldadura de metales
(Diebold F., Hubert G). En 1999 unos 700.000 trabajadores en Estados
Unidos y 400.000 en Japn estaban ocupados en este tipo de operaciones
(Saito H.), actualmente esta cifra se mantiene y son ms de un milln de
trabajadores en el mundo los que realizan operaciones de soldadura (Antonini
J. M., Lewis A. B., Roberts J. R., Whaley D. A)..
La Salud Ocupacional a nivel mundial es considerada como un pilar
fundamental en el desarrollo de un pas, siendo la salud ocupacional una
estrategia de lucha contra la pobreza sus acciones estn dirigidas a la
promocin y proteccin de la salud de los trabajadores y la prevencin de
accidentes de trabajo y enfermedades ocupacionales causadas por las
condiciones de trabajo y riesgos ocupacionales en las diversas actividades
econmicas. La Organizacin Internacional del Trabajo (OIT), informa en el ao
2002, que cada ao en el mundo 270 millones de asalariados son vctimas de
accidentes de trabajo, y 160 millones contraen enfermedades profesionales.
En Amrica Latina, incluyendo Per an no se conoce bien la magnitud
que alcanzan las enfermedades ocupacionales. La OIT estima, que en pases
en vas de desarrollo, el costo anual de los accidentes y enfermedades
ocupacionales est entre el 2% al 11% del Producto Bruto Interno (PBI), en el
Per es de aproximadamente $ 50,000 millones de dlares americanos, es
decir entre $1,000 y $5,500 millones de dlares americano anuales, es posible
disminuir estos costos con acciones preventivas de bajo costo e inversin.
En Per, se desconoce la magnitud de la poblacin trabajadora que se
encuentra expuesta a diferentes riesgos ocupacionales y no se cuenta con
informacin estadstica sobre enfermedades y accidentes de trabajo. En el
-
sector Salud, de conformidad a lo dispuesto en la Ley del Ministerio de Salud,
Ley No 27657 del ao 2002, son dos las instituciones que tienen competencias
en salud ocupacional: el Instituto Nacional de Salud (INS) cuya misin es
desarrollar y difundir la investigacin y la tecnologa en salud ocupacional; y la
Direccin General de Salud Ambiental (DIGESA) que es el rgano tcnico
normativo en los aspectos de salud ocupacional a travs de la Direccin
Ejecutiva de Salud Ocupacional (DESO), para lo cual coordina con los
Institutos Especializados, Organismos Pblicos Descentralizados de Salud,
rganos Desconcentrados y con la Comunidad Cientfica Nacional e
Internacional.
Los procesos de soldadura, especialmente los que no estn
mecanizados, producen una cantidad de humo apreciable que puede contener
elevadas concentraciones de contaminantes altamente peligrosos,
estimndose que ms del 95% de los humos son respirables (Stern. R. M.). La
soldadura de acero inoxidable puede producir humos que contienen hasta el
25% de compuestos de cromo distribuido en todas las formas posibles de
estados de oxidacin y solubilidad, resultando prcticamente imposible predecir
su composicin (Ebbe Thomsem M.Sc). Los resultados obtenidos en
diferentes estudios epidemiolgicos no resultan coincidentes en cuanto al
aumento del riesgo de cncer de pulmn en soldadores de acero inoxidable
(Diebold F., Hubert G) ya que, cuando se observa, dicho aumento puede ser
atribuido a la exposicin no slo a compuestos de cromo presentes sino a otros
contaminantes habituales en los humos producidos en esta operacin (nquel,
cadmio, arsnico, berilio). Estos datos justifican la importancia del estudio y
conocimiento del efecto de los humos de soldadura sobre la salud de los
trabajadores expuestos. La naturaleza y la concentracin de los contaminantes
qumicos generados en cada proceso de soldadura y por lo tanto, su efecto
sobre la salud, depende de las caractersticas de los materiales que intervienen
y de la forma especfica de ejecutar la operacin
1.2 ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS DEL PROBLEMA
Per tiene una tradicin milenaria en la que el trabajo es considerado
como un deber social. Durante la Conquista por los espaoles, el sistema
productivo se modific. Desde la Colonia hasta la etapa Republicana se
cimienta la coexistencia del modo de produccin variado que influye en el paso
-
del Per al proceso productivo industrial. En 1911 se dio la primera Ley sobre
Accidentes de Trabajo, Ley No 1378 (Jos Matas Manzanilla), norma pionera
en la regin y avanzadsima para su poca, introduce la teora de
responsabilidad por riesgo, quien crea un puesto de trabajo est creando un
riesgo, no siendo necesario demostrar la culpa del empresario pues ste
responde al riesgo existente en el trabajo por l creado. Los empresarios para
cubrirse de esta responsabilidad aseguraban a sus trabajadores contratando
plizas con seguros privados; esto dur 60 aos.
En 1936 se crea el Seguro Social Obrero, en el que se establece
cobertura por enfermedad, maternidad, invalidez, vejez y muerte, no
considerando los accidentes y enfermedades ocupacionales. El 5 de Agosto de
1940 por Decreto Supremo se crea el Departamento de Higiene Industrial
dentro del Ministerio de Salud Pblica y Previsin Social. Por Ley 10833 de
1947 se crean los fondos, para el Departamento de Higiene Industrial, con el
aporte del 1,8 % de la planilla de salarios de los trabajadores mineros,
posteriormente Instituto de Salud Ocupacional.
En 1957 el Departamento de Higiene Industrial se transforma en Instituto
de Salud Ocupacional (ISO), durante este periodo se realizaron diversos
estudios de investigacin: Dimetro transverso del corazn en los mineros de
altura, Diversos Estudios sobre Control de Polvos Contaminantes en Plantas
Mineras , Silicosis , Tuberculosis y Mal de Montaa Crnico, Intoxicacin
por Insecticidas en valles de Caete, Chincha, Pisco e Ica, Visita de
inspeccin y control de las condiciones de trabajo, Investigacin sobre la
correlacin del factor tiempo, concentracin y la Silicosis, Diagnstico de
Silicosis, Lmites Fisiolgicos de Adaptacin a la Altura - Factores Hemticos
y Cardiopulmonares, Metabolismo Basal en el Fro, Aplicacin de la
Cromatografa de Gases a los Estudios de Ventilacin Pulmonar. Fue el
Centro de Capacitacin Profesional Especializado a nivel latinoamericano. El
ISO en 1985 se eleva a la categora de Instituto Nacional de Salud Ocupacional
(INSO).
De 1990 a 1994 el INSO sufri cambios, integrndose a la Direccin
General de Salud Ambiental (DIGESA), en esta dcada el campo de la salud
ocupacional fue minimizado por la corriente ambientalista. En abril de 2001
mediante R.M. No 223-2001-SA/DM, la Direccin Ejecutiva de Salud
-
Ocupacional se incorpora en el Reglamento de Organizacin Y funciones (ROF)
de la DIGESA. En Julio de 2001 el INSO, pasa a ser un rgano desconcentrado
de la estructura orgnica del Ministerio de Salud, denominndose Instituto de
Salud Ocupacional Alberto Hurtado Abada. Mediante la promulgacin de la
Ley del Ministerio de Salud, Ley No 27657 publicada en Enero del 2002, se
crea el Centro Nacional de Salud Ocupacional y Proteccin del Ambiente para
la Salud (CENSOPAS), como integrante del Instituto Nacional de Salud (INS),
rgano descentralizado del MINSA.
En Noviembre de 2002 segn el D.S. N 014-2002-SA Reglamento de
Organizacin y Funciones del MINSA, la Direccin Ejecutiva de Salud
Ocupacional (DESO) se ubica en la estructura orgnica de la DIGESA. Durante
el gobierno de Toledo, Mediante R. M. No 573-2003-SA/DM con fecha 27 de
Mayo de 2003 se asigna funciones con competencias en salud ocupacional a
las Direcciones de Salud y Direcciones de Redes de Salud, como rganos
desconcentrados; una de estas funciones es la de vigilancia y control de
riesgos en el trabajo, en las diversas actividades econmicas; la cual requiere
que sea estandarizada mediante el uso de instrumentos de gestin, as como
del conocimiento de principios bsicos en salud ocupacional, y de criterios
tcnicos normativos en los que se enmarca su competencia; por tal razn se
presenta el Manual de Salud Ocupacional a consideracin de los sectores
acadmicos, tcnicos, administrativos, gubernamentales, empresariales y de la
opinin pblica, a fin de controlar los riesgos ocupacionales en el marco de la
descentralizacin y desarrollo sostenible y funciones, habindose constituido
en el 2004 las Unidades de Salud Ocupacional como componente
organizacional de las Direcciones Ejecutivas de Salud Ambiental (en las 34
DESAs) de las Direcciones Regionales de Salud (DIRESAs) y Direcciones de
Salud (DISAs), las mismas que vienen realizando acciones de vigilancia de
salud ocupacional en las regiones del pas.
Los Indicadores ambientales de la exposicin en el Per, la catalogacin
es hecha por Centro de Documentacin OPS/OMS en el Per Manual de Salud
Ocupacional / Ministerio de Salud. Direccin General de Salud Ambiental.
Direccin Ejecutiva de Salud Ocupacional. Lima: Direccin General de Salud
Ambiental, 2005 98 p. SALUD OCUPACIONAL / LEGISLACION LABORAL /
RIESGOS LABORALES / PERU, sobre la proteccin de la salud y seguridad
-
de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes qumicos
durante el trabajo, define los VLA (Valores Lmite Ambientales) como valores
de referencia para las concentraciones de los agentes qumicos en la zona de
respiracin del trabajador.
Los VLA representan concentraciones por debajo de las cuales se cree
que casi todos los trabajadores pueden estar expuestos repetidamente da tras
da sin sufrir efectos adversos para la salud. Sin embargo, dada la gran
variabilidad en la susceptibilidad individual, es posible que un pequeo
porcentaje de trabajadores experimente malestar ante algunas sustancias a
concentraciones iguales o inferiores al lmite, mientras que un porcentaje
menor puede resultar afectado ms seriamente por el agravamiento de una
condicin que ya exista anteriormente o por la aparicin de una enfermedad
profesional.
Los valores lmite se basan en la informacin disponible obtenida
mediante la experiencia en la industria, la experimentacin humana y animal y,
en ocasiones, por la combinacin de las tres. La base sobre la que se
establecen los valores lmite puede diferir de una sustancia a otra; para unas, la
proteccin contra el deterioro de la salud puede ser un factor que sirva de gua,
mientras que para otras la ausencia de irritacin, narcosis, molestias u otras
formas de malestar puede constituir la base para fijar dicho valor. Los daos
para la salud considerados se refieren a aquellos que disminuyen la esperanza
de vida, comprometen la funcin fisiolgica, disminuyen la capacidad para
defenderse de otras sustancias txicas o procesos de enfermedad, o afectan
de forma adversa a la funcin reproductora o procesos relacionados con el
desarrollo.
Los diferentes tipos de soldadura por arco elctrico tienen en comn el
hecho de utilizar elevadas temperaturas para conseguir la fusin de los metales
que intervienen en el proceso. Esta fusin implica la dispersin en el aire de
partculas muy finas de compuestos metlicos, sales y xidos, y la emisin de
diversos gases formados por las reacciones qumicas que tienen lugar
alrededor del punto de soldadura. Con el nombre dehumos de soldadura se
designa habitualmente a la totalidad de los contaminantes emitidos, tanto
materia particulada como gases (Shane Ashby H.). La formacin de humos
sigue diferentes mecanismos: las partculas ms pequeas se forman por
-
condensacin de los metales vaporizados, mientras que las ms gruesas se
producen por aglomeracin posterior de las partculas finas. De forma
aproximada puede sealarse que el 85% de partculas presenta un tamao
inferior a 1 m (Neulicht R., Holt C F).
Diferentes componentes estn presentes en los humos emitidos por los
diferentes procesos de soldadura, su distribucin, tanto cualitativa, cuantitativa,
estado de oxidacin y solubilidad de los compuestos formados, est
determinada por tantas variables que resulta prcticamente imposible
establecer generalizaciones. A pesar de esto, los datos recogidos en la
bibliografa estn de acuerdo en sealar que, en relacin con los procesos
GMAW, en la soldadura SMAW se encuentra una mayor presencia tanto de
compuestos de cromo hexavalente como de cromo total. Cuando se utilizan
electrodos que contienen cromo, la concentracin del cromo hexavalente
puede alcanzar el 5% del total de los humos en forma de cromatos o
dicromatos de sodio y potasio. Estos elementos metlicos se encuentran como
silicatos en el recubrimiento de los electrodos (Dennis J. H).
La soldadura GMAW produce la mayor cantidad de ozono,
especialmente cuando se suelda aluminio. Estos vapores irritan los ojos, la
nariz, la garganta y los pulmones y pueden daar los pulmones. Los xidos
nitrosos pueden producir lquido en los pulmones y si con el tiempo Ha
respirado gases y vapores en grandes cantidades, su salud va a sufrir algunos
efectos como problemas crnicos con los pulmones: bronquitis, neumona,
asma, cncer al pulmn, cncer a la laringe, cncer a las vas urinarias (De
Bruin A)
Los Vapores de soldadura son vapores de metales txicos que
generalmente tienen diferentes composiciones, dependiendo de los metales
que se usan para soldar. Por este motivo contienen varias sustancias
contaminantes. Los tipos de vapores y gases se producen durante el proceso
de soldadura son: monxido de carbono, fluoruro de hidrgeno, xido de
nitrgeno y ozono y Vapores como molibdeno, nquel, vanadio, xidos de zinc,
fluoruro, xido de hierro, plomo, manganeso, aluminio, Berilio, xidos de
cadmio, cromo, cobre
-
El Standard de la oficina federal de OSHA 29CFR1910.252 cubre
requisitos de seguridad especficos, en la siguiente tabla se exponen los
valores lmites permisibles (There sold)
Tabla 1.1 Contaminantes en soldadura
CONTAMINANTES EN SOLDADURA
Contaminantes TLV ( mg/m3) Contaminantes TLV
xido de Hierro 5 Ozono (0.05-0.1) p.p.m.
xido de Cromo 0.5 NO2 3 p.p.m.
xido de Aluminio 10 CO 25 p.p.m
xido de Nquel 1 CO2 500 p.p.m
xido de Cobre 0.2 Fosgeno (0.02-0.08) p.p.m
xido de Plomo 0.15 Humos (NCOF) 5 mg/m3
xido de Zinc 5
En Espaa hay 3 categoras o clases de valores lmites permisibles:
o Valor lmite permisible ponderado en el tiempo (TLV-TWA) Es la
concentracin promedio para un da normal de trabajo de 8 horas o una
semana de 40 horas y a la cual puede estar expuesto el trabajador sin sufrir
efectos adversos en su salud.
o Valor lmite permisible para breve tiempos de exposicin (TLV-STEL)
Es la concentracin mxima a la cual pueden estar expuestos en forma
continua los trabajadores durante un perodo no mayor de 15 minutos sin
sufrir irritacin, alteraciones crnicas e irreversibles en los tejidos, narcosis
que reduzca la capacidad de trabajo o aumente la posibilidad de accidentes.
Solo se permiten 4 exposiciones diarias a esta concentracin mxima y
adems los intervalos entre las exposiciones no pueden ser inferiores a 60
minutos.
o Valor lmite techo (TLV- Ceiling) Es la concentracin que no debe ser
superada en ningn instante de la jornada diaria de trabajo.
Los valores lmite para compuestos de cromo varan segn el pas de
que se trate. En la tabla 1.2 se muestran los valores lmite ambiental propuesto
por diferentes pases en el ao 2001 (Health Safety and Environment
Guidelines for Chromium).
-
Tabla 1.2 Valores lmite ambiental de exposicin para compuestos de cromo (2001)
PAIS COMPUESTO DE CROMO LIMITE DE EXPOSCIN
(mg/m3)
Finlandia Compuestos de Cr, Cr(II) y Cr(III) Compuesto de Cr (VI)
0.5 0.05
Francia Cr metlico Compuesto de Cr (VI)
0.5
Alemania Compuesto de Cr(VI) Excepto insolubles Compuesto de Cr(VI) en humos soldadura SMAW Otros compuesto de Cr (VI)
0.05 0.05
0.025
Japon Compuestos de Cr(VI) 0.05
Reino Unido
Cromo metlico y compuestos de Cr(III) Compuestos de Cr(VI)
0.5 0.05
En Per se han utilizado estndares ambientales a ser requeridos
durante el desarrollo del Proyecto Pisco. La seleccin del estndar se bas en
un anlisis de la legislacin tanto peruana como internacional como as tambin
guas de diversos organismos, respecto a calidad de aire, calidad de agua,
ruido, vertidos, manejo de residuos slidos , en lo que se refiere al elemento
Cromo+6, se utiliz 0,1 (mg/l) como valor limite y este dato se tom de acuerdo
al Banco Mundial, el cual es un estndar para vertido de efluentes de calidad
de agua de mar , en el diario El Peruano - Edicin del 06/07/2005 - Pagina 32
proporciona los VALORES LIMITE PERMISIBLES PARA AGENTES
QUIMICOS CANCERIGENOS EN EL AMBIENTE DE TRABAJO como el
Cromo (VI) compuesto soluble, esto es Cr. 0.05 mg/m3, sin embargo no hay
normativa vigente sobre contaminantes en soldadura
De las consideraciones realizadas en relacin con los diferentes valores
lmite ambientales propuestos para evaluar la exposicin laboral, se deduce
fcilmente la necesidad de disponer de un mtodo analtico que d respuesta a
la gama ms amplia de requerimientos, permitiendo la determinacin
diferencial de las distintas especies de cromo atendiendo tanto a la valencia del
elemento en el compuesto como a la solubilidad de ste, teniendo en cuenta
que, si bien el primer concepto resulta inequvoco, cuando se hable de
solubilidad es preciso especificar el medio al que est referido
-
1.3 MARCO TEORICO
La soldadura manual con electrodo revestido (SMAW) opera mediante el
calentamiento del metal con un arco elctrico entre un electrodo de metal
recubierto, y los metales a ser unidos. El arco es creado entre el electrodo y la
pieza de trabajo debido al flujo de electricidad. Este arco provee calor, o
energa, para fundir el metal base, metal de aporte y recubrimiento del
electrodo. A medida que el arco de soldadura avanza, deja detrs metal de
soldadura solidificado cubierto por una capa de fundente, conocido como
escoria. Esta escoria tiende a flotar fuera del metal debido a que solidifica
despus que el metal fundido haya solidificado. Otra caracterstica es la
presencia de gas de proteccin, producido cuando el recubrimiento del
electrodo es calentado y descompuesto.
Figura 1.1 Esquema del proceso SMAW (De Roy Neulicht y Charles F Holt Emission
Factors for Electric Arc Welding. MRI Project n 4601-02. 1994)
Una caracterstica importante para el proceso de soldadura por arco con
gas de proteccin (GMAW), es que toda la proteccin para la soldadura es
provista por una atmsfera de gas protector que tambin es suministrado a
travs de la pistola de soldadura desde alguna fuente externa. Los gases
usados incluyen los del tipo inerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones se
usan gases inertes tales como el argn y el helio. Puede usarse uno slo, en
combinacin con el otro, o mezclado con otros gases reactivos como el
oxgeno o el dixido de carbono.
Los electrodos usados en este proceso son alambres slidos que se
proveen en bobinas o rollos de distintos tamaos. Como en el caso de
-
soldadura por arco con electrodo revestido, hay un mtodo de identificacin de
los electrodos de soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa
aprobado por la American Welding Society. Se distinguen por las letras ER
seguidas por dos o tres nmeros, la letra S, un guin, y finalmente otro
nmero, ER designa al alambre que es a la vez electrodo y varilla, esto
significa que puede conducir electricidad (electrodo), o ser simplemente
aplicado como metal de aporte (varilla) cuando es usado con otro proceso.
Se trata de un proceso de soldadura que produce un arco entre el
material a soldar y un hilo consumible utilizado como metal de aporte, este hilo
se va incorporando de forma continua a medida que se va consumiendo. En el
extremo del electrodo se suministra un gas inerte, generalmente argn, para
proteger el arco. Este tipo de soldadura tambin se denomina MIG por hacer
referencia explcita a la naturaleza inerte del gas protector tradicionalmente
utilizado. Dicho procedimiento permite trabajar de forma semiautomtica o
automtica y puede utilizarse para soldar metales de importancia comercial
como acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones de nquel, titanio, aluminio
y cobre.
La principal ventaja de la GMAW es los Kilogramo por hora de metal
depositado que reduce el costo de mano de obra. Otro beneficio de la
soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa es que se trata de un
proceso relativamente limpio, principalmente debido a que no hay fundente
presente en el proceso. En los locales con problemas de ventilacin pueden
verse aliviados cambiando a soldadura por arco con alambre y proteccin
gaseosa donde se usaba soldadura por arco con electrodo revestido o
soldadura por arco con alambre tubular, porque se genera menor cantidad de
humos. Con la existencia de numerosos tipos de electrodos y equipos que se
han transformado ms porttiles, se contina mejorando la versatilidad de la
soldadura por arco con alambre y proteccin gaseosa.
Algunos estudios revelan que variando el caudal del gas de proteccin
(Argn con 5% de CO2) entre 0 y 30 l/min la cantidad de cromo hexavalente
permanece prcticamente constante, mientras que la presencia de otros
contaminantes como el ozono se ve afectada de forma muy significativa.
Asimismo, no se observan cambios en la concentracin de compuestos de
cromo hexavalente cuando vara la distancia entre la varilla con relacin al
-
punto de soldadura desde 15 a 30 mm. Cuando se cambia el voltaje de
soldadura desde 15 a 35 V se aprecia un mximo en la concentracin
ambiental de cromo hexavalente alrededor de 20 V, aunque no hay variaciones
significativas en toda la gama de voltajes aplicados.
Se han realizado estudios con 9 gases de proteccin y se ha podido
comprobar que este factor afecta de forma notable a la presencia de cromo
hexavalente, aunque el efecto no siempre tiene el mismo sentido para todos los
contaminantes. La mxima concentracin de los compuestos de cromo
hexavalente corresponde a la utilizacin de argn puro mientras que los valores
mnimos corresponden a la utilizacin de argn con 300 ppm de NO y a argn
con 300 ppm de CF2Cl2. En este ltimo caso la concentracin de la especie
hexavalente es del 20% con relacin a la obtenida con argn puro (Dennis J. H)
Figura 1.2 Proceso de soldadura GMAW (De Roy Neulicht y Charles F. Holt
Development of Particulate and Hazardous Emission Factors for Arc Welding)
En el proceso de soldadura por arco con gas de proteccin y usando
electrodo de Tungsteno (GTAW), el electrodo usado no se consume durante la
operacin de soldadura. En este caso el Tungsteno es puro o aleado, y tiene la
capacidad de soportar temperaturas muy altas, incluso aquellas del arco de
soldadura. Por esto, cuando pasa la corriente, se crea un arco entre el
electrodo de tungsteno y la pieza. Cuando se requiere metal de aporte, se debe
agregar en forma externa, usualmente manual, o usando algn sistema de
alimentacin mecnica. La totalidad de la proteccin del arco y del metal se
alcanza a travs del uso de gases inertes que fluyen fuera de la buza rodeando
al electrodo de tungsteno.
El cordn de soldadura depositado no tiene escoria que quitar debido a
que no se usa fundente. Como con los otros procesos, hay un sistema donde
-
distintos tipos de electrodos de tungsteno pueden identificarse fcilmente. Las
denominaciones consisten en una serie de letras comenzando con una E que
se pone por electrodo. Luego viene una W" que es la designacin qumica
para el tungsteno. Estas letras estn seguidas por letras y nmeros que
describen el tipo de aleacin. Hay cinco clasificaciones diferentes, se
diferencian comnmente usando un sistema de cdigos de colores.
El desarrollo de la soldadura mediante el proceso GTAW, tambin
denominado TIG, hace que sean soldaduras ms limpias y puras comparadas
con otros mtodos. La soldadura mediante el proceso TIG efecta la unin del
metal por medio del calentamiento que produce el arco elctrico. Una Terminal
es generalmente un electrodo de tungsteno, de elevado punto de fusin
(3301C), y la otra es la pieza que se va a soldar.
La presencia de torio y circonio ayuda en mejorar las caractersticas
elctricas, haciendo al tungsteno ligeramente ms emisor. Esto significa
nicamente que es ms fcil iniciar el arco con estos electrodos con torio y
circonio que en los casos de electrodos de tungsteno puro. El tungsteno puro
es ms frecuentemente usado para soldar aluminio, debido a su habilidad para
formar una terminacin con forma esfrica en el extremo cuando es calentado..
El tipo EWTh- 2 es el ms comnmente usado para la unin de materiales
ferrosos.
Figura 1.3 Proceso de soldadura GTAW (De Roy Neulicht y Charles F. Holt
Development of Particulate and Hazardous Emission Factors for Electric Arc Welding)
El procedimiento GTAW es poco emisivo y por ello, su utilizacin
debera ser recomendada siempre que fuese tcnicamente viable, ya que
permite una considerable disminucin de la exposicin de los trabajadores a
-
humos de soldadura (Diebold F., Hubert G). Aunque es muy difcil hacer
estimaciones precisas, se considera que las concentraciones medias diarias de
humo de soldadura son bajas (1-2mg/m3) en la zona de respiracin del
trabajador durante la operacin de soldadura TIG (Saito H). A veces se ha
llegado a indicar que aunque los compuestos de cromo hexavalente pueden
estar presentes en los humos procedentes del proceso de soldadura GTAW,
sus niveles son demasiado bajos para hacer una estimacin precisa de la
cantidad, especialmente si se tiene en cuenta la presencia relativamente alta
de compuestos de cromo trivalente (Lautner G. M).
En la siguiente figura se pretende explicar la formacin de Cr (VI) en un
proceso de soldadura GMAW
Fig. 1.4 Formacin de Cr hexavalente en GMAW Annals of Occupational Hygiene 46:1,
43-48. 2002.
La oxidacin es un factor critico en la evaluacin de las actividades de
los compuestos de Cromo, este elemento existe en variadas formas y estados
de oxidacin de los cuales Cr(VI) y Cr(III) son de mayor inters, Cr (VI) es mas
toxico que Cr(III) (M.D Cohen, B. Kargochin, C.B Klein)
El anlisis termoqumico evala el potencial de oxidacin de la mezcla
de gas, la estabilidad termoqumica del metal condensado y fases oxidadas y la
presin de vapor de las especies en las fases condensadas, estn en funcin
de la temperatura y contenido de oxigeno en la mezcla de gas. La ecuacin
bsica es:
Go = -RTlnKP
-
Para un metal puro, la energa libre de evaporacin es:
GoE = -RTlnPAo
Si es no puro, el cambio de energa libre de evaporacin es:
GE = Goe
Donde: , es la energa libre parcial de mezcla
Para la reaccin:
ASOLUCIN AGAS
Donde A es el metal evaporado de la aleacin
El cambio de energa libre total es:
GoTOTAL = RT ln [ P/ PAO ] = RT ln aA
Las especies voltiles son formadas por evaporacin directa y por la
adicin o remocin de oxigeno de Cr(s,l) y Cr2O3(s,l) respectivamente. La
siguiente tabla muestra las reacciones qumicas para Cr-O as como de
especies voltiles y la fase condensada Cr(s,l) y Cr2O3(s,l)
Tabla 1.3 Reacciones qumica de Cr-O
Cr(s,l) Cr(g)
Cr(s,l) + 0.5O2 CrO(g)
Cr(s,l) + O2 CrO2(g)
Cr(s,l) + 1.5O2 CrO3(s)
Cr(s,l) + 1.5O2 CrO3(g)
2Cr(s,l) + 1.5O2 Cr2O3(s,l)
Equilibrio sobre Cr2O3 (s,l)
2Cr(g) + 1.5O2 Cr2O3(s,l)
2CrO(g) + 0.5O2 Cr2O3(s,l)
2CrO2(g) Cr2O3(s,l) + 0.5O2
2CrO3(g) Cr2O3(s,l) + 1.5O2
-
La reaccin de oxidacin de Cr puede ser escrita como:
X Cr+ + Y O2 CrxOy
Ln [P CrxOy/P o2Y aCr
X ] = - [Go/RT]
Podemos observar que la presin parcial de los xidos de cromo son
funcin de la To y de la presin parcial de oxigeno contenido en el gas protector,
al aumentar la temperatura disminuye la presencia de CrO3 (g) y aumenta la
estabilidad de Cr(g) y CrO (T.W.Eagar, Sc. D, P. Sfee Catan, N.T. Jenkins)
El cromo es un metal blanco grisceo, duro, brillante y frgil que funde a
1890 C tiene estructura Hexagonal a temperatura ambiente, nmero atmico
24, peso atmico 52 gr./mol y densidad 7,2 g/cm3, y tiene un punto de ebullicin
de 2672 C. Sus estados de oxidacin son +2, +3 y +6 aunque el estado
divalente es inestable y se oxida rpidamente a la forma trivalente. Para el
elemento y para sus disoluciones acuosas, el estado de oxidacin ms estable
es el de +3, cuya caracterstica ms sobresaliente es la capacidad de formar un
gran nmero de complejos muy estables desde el punto de vista termodinmico.
En su estado de oxidacin ms alto forma compuestos con un gran poder
oxidante (Langard S., Norseth T). En los ambientes laborales solamente
tienen importancia el cromo metal y los compuestos de cromo trivalente y
hexavalente (Chromium). Sin embargo, en los materiales biolgicos el cromo
se encuentra probablemente siempre en forma trivalente, excepto durante un
corto periodo despus de la exposicin que puede encontrarse en forma
hexavalente (Harzdorf C., Lewalter J.).
Cromo tiene buena resistencia a los agentes corrosivos ordinarios, esto
lo hace interesante para mltiples aplicaciones industriales especialmente en
los aceros inoxidables. El metal se disuelve con relativa facilidad en cidos
minerales no oxidantes como cido clorhdrico o sulfrico, pero no es atacado
por agua regia ni por cido ntrico. Si no se requiere que est puro, se obtiene
por reduccin en un horno con carbn a partir de cromita de hierro, FeCr2O4 ,
que es una espnela (xido doble de metal divalente y trivalente) que contiene
cromo trivalente en los lugares octadricos y hierro divalente en los tetradricos.
-
Tambin puede obtenerse mediante un proceso ms complejo si se requiere
mayor pureza.
En sistemas biolgicos, los dos estados de oxidacin en los que se
encuentra el cromo son +3 y +6, se manifiestan de forma muy diferente en
cuanto a su comportamiento bioqumico y toxicolgico (G. Wuilloud). En
relacin con los procesos metablicos bsicos en los que interviene este
elemento, cabe destacar los siguientes aspectos: como la Absorcin que se
produce por contacto drmico, ingestin e inhalacin, siendo esta ltima la
principal va en la exposicin laboral a dicho elemento. En general, los
compuestos solubles de cromo hexavalente son absorbidos ms rpidamente
por cualquier va (Gil Tocados G.).
En la sangre, el cromo se encuentra, principalmente en estado trivalente,
en el hgado, el bazo, el rin, tejidos blandos y hueso (Gil Tocados G). En
personas expuestas profesionalmente a cromo puede detectarse en los
pulmones una cantidad significativa en forma trivalente e insoluble (Friberg L).
El cromo puede encontrarse en el feto y en neonatos. El hecho de que una
dieta rica en cromo en ratas gestantes implique un aumento del metal en el feto,
indica el paso de dicho elemento a travs de la placenta especialmente en
forma hexavalente (Gil Tocados G).
Cromo trivalente presente en la corriente sangunea, ya sea por
absorcin o por reduccin de cromo hexavalente en plasma, se elimina por la
orina (Harzdorf C., Lewalter J). En menor grado puede eliminarse tambin a
travs de otras vas ms lentas como bilis, descarnacin de la piel (clulas,
pelo, sudor) y heces. En personas no expuestas, la concentracin normal en
suero oscila entre 1-3 nmol/l y en orina entre 2-10 nmol/l (Brune D). Los
riesgos para la salud de las personas expuestas a cromo y sus compuestos
estn determinados bsicamente por el grado de oxidacin del elemento y por
la solubilidad del compuesto. Otros factores a tener en cuenta son la va de
entrada, el tamao de partcula y, evidentemente, el nivel de exposicin. Los
principales rganos diana, donde se ejerce la accin txica, son la piel, el tracto
respiratorio y los riones (Harzdorf C., Lewalter J y Friberg L).
Cromo trivalente es considerado un elemento esencial para el
mantenimiento de la tolerancia normal a la glucosa, al colesterol y para el
metabolismo de los cidos grasos (Gil Tocados G). Su presencia tambin se
-
ha relacionado con determinadas funciones psicolgicas (Harzdorf C.,
Lewalter). Aunque se han descrito efectos debidos a deficiencia de cromo,
como intolerancia a la glucosa y neuropatas (Gil Tocados G y Harzdorf C.,
Lewalter), no se ha logrado definir cuantitativamente el requerimiento diario de
cromo en la alimentacin (Friberg L). Por el contrario, se considera que los
compuestos de cromo hexavalente presentan diferentes efectos nocivos para
los humanos expuestos, algunos de ellos de carcter grave (Hsien-Wen K.,
Mei-Liang W y Huang Y-L., Chen C-Y., Sheu J-Y., Chuan Chuang I).
El contacto directo de los compuestos de cromo hexavalente con la piel
puede dar lugar a dermatitis de tipo irritativo o alrgico. En el primer caso, se
origina una reaccin inflamatoria no alrgica, mientras que en el segundo se
produce una reaccin de hipersensibilidad de tipo retardado. Tambin los
compuestos de cromo trivalente pueden resultar irritantes o producir alergias en
personas susceptibles (Bulikowski W., Tyras H). La diferencia en la capacidad
de sensibilizacin entre los dos estados de oxidacin se debe a la facilidad del
cromo hexavalente para pasar a travs de la piel intacta, siendo posteriormente
reducido a estado trivalente, que es capaz de formar enlaces covalentes con
protenas u otros componentes de la piel para formar alrgenos. Una vez
desarrollada la sensibilizacin, pequeas cantidades de cromo trivalente
pueden dar lugar a reacciones alrgicas en la piel. Si existen pequeas heridas
en la epidermis pueden aparecer lceras de diversa gravedad inducidas por la
accin corrosiva de los compuestos crmicos. A veces estas lceras resultan
indoloras y, aunque su desarrollo es lento, pueden permanecer durante meses
(Friberg L).
Un efecto caracterstico de la exposicin a cromo hexavalente es la
irritacin de la mucosa, puede producir ulceraciones que se desarrollan cuando
el agente se encuentra en el ambiente en forma de nieblas o como materia
finamente particulada en concentraciones de 0,1 mg/m3 aproximadamente.
Cuando las ulceraciones se producen a ambos lados del septo, se produce una
necrosis local del cartlago y la consiguiente perforacin del mismo (Friberg L y
Lee C. R., Yoo C. I., Lee J. H., Kang S. H). Aunque mucho menos frecuentes
que las alergias cutneas, se han descrito crisis de asma bronquial en
trabajadores expuestos a cromo hexavalente. Diferentes autores han aportado
pruebas de que la crisis asmtica puede aparecer entre 4 -8 horas despus de
-
la exposicin (Friberg L). La inhalacin de polvo y humos procedentes de la
fabricacin de dicromato a partir de cromita puede provocar irritacin farngea,
tos, bronquitis crnica, sensacin de dolor retroesternal y broncoespasmo (Gil
Tocados G).
Se han estudiado diferentes efectos de la exposicin de trabajadores a
compuestos de cromo hexavalente sobre la reproduccin. Se puede producir
retraso en la concepcin (Rachootin P., Olsen J.), aumento del riesgo de
reducir la calidad del esperma en soldadores de acero inoxidable debido a una
disminucin significativa en el recuento y en la movilidad de los
espermatozoides, as como una disminucin significativa de la actividad de
algunos enzimas presentes en el semen en relacin con el grupo control (Li H
y Zheng Y., Bonde J. P., Ernst E., Mortensen J. T., Egense).
Estudios epidemiolgicos realizados en un elevado nmero de
trabajadores de una planta de cromatos han concluido que hay suficiente
evidencia de que todas las formas de cromo son cancergenas. Por tanto, de
ser ciertas estas conclusiones, el riesgo de sufrir esta enfermedad no estara
limitado a la forma hexavalente, que es identificada con el cromo soluble por
algunos autores, y se mantendra la hiptesis de que la presencia de cromo
trivalente o insoluble produce un incremento del riesgo de cncer (Mancuso T.
F.). Algunos autores, no obstante, sealan diferentes errores en el anlisis de
los datos anteriores. La hiptesis comentada implica la identificacin del cromo
trivalente con el cromo insoluble y del cromo hexavalente con el cromo soluble
en agua, sin embargo, dichos autores sealan que tanto la especie hexavalente
como trivalente pueden formar compuestos que cubren una gama de
solubilidad muy amplia que abarca desde compuestos altamente solubles en
agua hasta muy insolubles (Proctor D. M).
Los VLB (Valores Lmite Biolgicos) son ndices de referencia para
evaluar los resultados del control biolgico y representan los niveles de los
determinantes que se observan en las muestras tomadas en los trabajadores
sanos que han estado expuestos por inhalacin a los compuestos qumicos en
el mismo grado que el VLA. Las excepciones con respecto a lo anterior son los
VLB para los compuestos qumicos cuyos VLA estn basados en la proteccin
frente a los efectos no sistmicos ( irritacin o deterioro respiratorio) en donde
es conveniente realizar el control biolgico debido a la absorcin potencial
-
significativa a travs de una va adicional de entrada (generalmente la va
drmica). El VLB generalmente representa la concentracin por debajo de la
cual la mayor parte de los trabajadores no deberan experimentar efectos
adversos para la salud. El determinante propuesto como VLB puede ser el
mismo compuesto qumico, uno o ms metabolitos o un cambio bioqumico
reversible caracterstico inducido por el propio compuesto. El control biolgico
permite detectar y determinar la absorcin por va drmica o por el sistema
gastrointestinal, valorar el contenido corporal, reconstruir la exposicin pasada
en ausencia de otras medidas de exposicin y detectar la exposicin no laboral
entre los trabajadores (A.C.G.I.H).
Por lo anterior expuesto pretendemos estudiar Cul es el efecto del
proceso de soldadura por arco elctrico SMAW, y GMAW y GTAW en la
cantidad de Cr (VI) soluble, Cr (VI) insoluble, presentes en los humos de
soldadura producidos al soldar un acero inoxidable AISI 304L
Pensamos que al realizar la unin modificando los procesos de
soldadura por arco, se obtiene en los humos de soldadura lo siguiente
o Hay diferencias significativas en los contenidos de Cr (VI) soluble, Cr
(VI) insoluble, al variar el proceso de soldadura por arco
o Mayor nivel de Cr(VI) soluble e insoluble, en los humos de soldadura
generados mediante el proceso SMAW
o Menor nivel de Cr(VI) soluble e insoluble, en los humos de soldadura
generados mediante el proceso GTAW
En aspectos de globalizacin, los cambios en el mundo del trabajo han
sido tan vertiginosos y rpidos como en el campo de la informtica y de las
comunicaciones, afectando a la salud de los trabajadores. Es por ello que
creemos conveniente estudiar la composicin de agentes contaminantes
producidos en los humos de soldadura por arco. Este estudio se centra en la
determinacin de compuestos de cromo presentes en los humos de soldadura.
Planteamos el estudio de los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW,
por ser los ms frecuentemente utilizados en la industria. Para ello, se ha
diseado un sistema experimental que permite generar humos de soldadura de
caractersticas muy similares a las que se dan en procesos industriales reales,
bajo condiciones controladas. Para conseguir resultados reproducibles se han
controlado las posibles variables que pueden influir en el proceso como el
-
voltaje, intensidad, caractersticas del metal base, composicin del electrodo,
etc.
MATERIAL Y METODOS
2.1 Material
2.1.1 Poblacin
En el presente trabajo la poblacin muestral fueron los componentes
presentes en los humos que se producen en la soldadura por arco elctrico
para la unin del acero inoxidable AISI 304. Cuya composicin depende del
proceso de soldadura y de las especificaciones del procedimiento de
soldadura.
Como material de estudio se ha seleccionado el acero AISI 304L, el cual
es un acero Inoxidable austenitico, el cual tienen las siguientes caractersticas:
Tabla 2.1 Caractersticas del material Base
Material Base COMPOSICIN QUIMICA ESPESOR
(mm)
ESTADO DE
SUMINISTRO % C % Cr %Ni
AISI 304 L 0.03 18-20 8-12 6.35 Recocido
Las propiedades mecnicas del acero inoxidable AISI 304 se muestran a
continuacin:
Tabla 2.2 Propiedades mecnicas del material Base
RESISTENCIA A
TRACCIN (Mpa)
TENSIN DE
FLUENCIA (Mpa)
ELONGACIN
2 (%)
DUREZA
(RB)
558.62 268.96 55 79
Para la unin por soldadura se han realizado los procedimientos de
soldadura SMAW, GMAW (Semiautomtica) y GTAW (Semiautomtica) cuyas
especificaciones de los procedimientos de soldadura se muestran a
continuacin:
-
Tabla 2.3 Especificaciones de los procedimiento de soldadura
SMAW GMAW GTAW
Metal de Aporte E308-16 (AWS A5.4) ER308L (AWS A5.9) ER308L (AWSA5.9)
Clase de electrodo - - EW Th-1 AWS A5.12
Dimetro 3.97 mm 1.58 mm 1.58 mm
Gas de Proteccin - Ar (100%) Ar (100%)
Flujo de gas - 3 lt/min 3 lt/min
Transferencia - Spray -
Tipo de Corriente DC(+) DC(+) DC(-)
Amperaje 125 225 120
Voltaje 28 v
Ratio Alimentacin - 50 mm/ses -
Posicin Plana Plana Plana
Los humos que se generan en la soldadura por arco elctrico de aceros
inoxidables pueden contener en su composicin varios compuestos, muchas
veces formando compuestos y complejos de diversa naturaleza, esta
composicin en humos depende no solo de la composicin qumica de los
elementos presentes en el material base, sino tambin en los materiales de
aporte, estos datos fueron proporcionados por el fabricante los cuales se
adecuan a las normas AWS para materiales de aporte.
Tabla 2.4 Especificaciones de los Materiales de aporte
% C % Mn % Cr % Ni % P % S
E308-16 (AWS A5.4) 0.03 0.9 19 9.9 0.02 0.02
ER308L (AWS A5.9) 0.025 1.8 20.5 10.0 0.02 0.02
ER308L (AWSA5.9) 0.025 1.8 20.5 10.0 0.02 0.02
2.1.2 Muestra
Las muestras se han obtenido mediante la captacin de humos de
soldadura con filtros, sobre el que queda retenida el material particulado, el
nmero de filtros ha sido de 8 por prueba de soldadura realizamos 2 pruebas
por cada proceso de soldadura haciendo un total de 48 filtros para los 3
-
procesos (GMAW, GTAW y SMAW). El tiempo de muestreo fue, en todos los
casos, de 10 minutos y el caudal de aspiracin de la bomba de 2 l/min. ,
despus de obtenidos los filtros se analizaron los elementos Cr (VI) soluble y
Cr (VI) insoluble. Estos se visualizan en las figuras 2.1
Fig.2.1 (a) Sistema de Filtros, (b) Porta filtros
2.1.3 Unidad de anlisis
En cuanto a la tcnica experimental para la deteccin, hacemos una
separacin de las distintas especies de acuerdo con los valores lmite que sea
preceptivo utilizar. Esta separacin puede llevase a efecto mediante
operaciones previas, como sucede cuando la tcnica que se va a utilizar para
la deteccin final es la espectrometra de absorcin atmica con llama
(Palelogos E.K y Lpez-Garca I., Merino Meroo B., Campillo N.,
Hernndez-Crdoba M ) o con atomizador electrotrmico (cancar J., Milacic
R. A)
En este trabajo el proceso analtico consta de tres etapas bsicas:
1. Lixiviacin y pretratamiento. En esta etapa el filtro de captacin se trata, con
una disolucin reguladora ligeramente alcalina durante un tiempo variable,
aunque siempre menor de 60 minutos, y a una temperatura que oscila entre
la ambiental y los 80C. El pretratamiento, posterior a la lixiviacin, se
reduce a una dilucin con una disolucin igual o similar a la utilizada en la
extraccin primitiva y a una filtracin del material extrado.
2. Separacin. puede realizarse en una operacin previa mediante
cromatografa en columna o con resina lquida, o mediante un proceso en
lnea en el mismo instrumento analtico.
-
3. Deteccin. Dentro de esta fase se considera de forma independiente la
determinacin de las dos especies separadas en las anteriores etapas:
cromo hexavalente y cromo total soluble. Para la determinacin de la
primera especie se utilizan la espectroscopia ultravioleta-visible para la
determinacin del complejo CrO42- - DPC, la espectrometra de absorcin
atmica con atomizador electrotrmico y con llama, la cromatografa lquida
de alta resolucin con detector UV, la espectrometra de masas con dilucin
isotpica y la espectrometra de emisin atmica mediante plasma acoplado
inductivamente.
2.2 Mtodo:
2.2.1 Tipo de estudio
Es un trabajo Experimental, de acuerdo a su origen la investigacin es
aplicada, y de acuerdo a la tcnica de contratacin es explicativa
2.2.2 Diseo de investigacin
El diseo y metodologa experimental se ha llevado a cabo teniendo en
cuenta los aspectos siguientes:
1. mbito de aplicacin. Como se ha indicado con anterioridad han sido
estudiados los procesos de soldadura SMAW, GMAW y GTAW, por ser los
ms frecuentemente utilizados en la industria. Para ello, se ha diseado un
sistema experimental que permite generar humos de soldadura de
caractersticas muy similares a las que se dan en procesos industriales
reales, bajo condiciones controladas. Para conseguir resultados
reproducibles se han controlado las posibles variables que pueden influir en
el proceso como el voltaje, intensidad, caractersticas del metal base,
composicin del electrodo.
2. Especies contaminantes a evaluar. Dentro de las especies metlicas
presentes en humos de soldadura se han seleccionado como ms
representativas las de cromo en sus distintas formas. Algunos compuestos
de cromo hexavalente como los cromatos de cinc y potasio. Otros
compuestos de cromo hexavalente como los cromatos de estroncio y
potasio son sustancias carcinognicas de segunda categora.
En el presente trabajo de Investigacin se ha realizado un estudio
comparativo, para determinar el efecto del proceso de soldadura en la
produccin de Cr (VI) en los gases producidos al soldar la variable
-
independiente es el tipo de proceso de soldadura y la dependiente la
concentracin de Cr (VI), con 8 repeticiones
Tabla 2.5 Diseo experimental
GMAW
SMAW GTAW
PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2
Filtro 1 Filtro 9 Filtro 17 Filtro 25 Filtro 33 Filtro 41
Filtro 2 Filtro 10 Filtro 18 Filtro 26 Filtro 34 Filtro 42
Filtro 3 Filtro 11 Filtro 19 Filtro 27 Filtro 35 Filtro 43
Filtro 4 Filtro 12 Filtro 20 Filtro 28 Filtro 36 Filtro 44
Filtro 5 Filtro 13 Filtro 21 Filtro 29 Filtro 37 Filtro 45
Filtro 6 Filtro 14 Filtro 22 Filtro 30 Filtro 38 Filtro 46
Filtro 7 Filtro 15 Filtro 23 Filtro 31 Filtro 39 Filtro 47
Filtro 8 Filtro 16 Filtro 24 Filtro 32 Filtro 40 Filtro 48
2.2.3 Variables y operativizacin de variables
Variables Independientes:
o Proceso GMAW
o Proceso SMAW
o Proceso GTAW
Variables dependientes:
o Cr(VI) soluble en Humos de soldadura ( g / Filtro)
o Cr(VI) Insoluble en Humos de Soldadura ( g / Filtro)
2.2.4 Instrumentos de recoleccin de datos
Reactivos
o Metilisobutlcetona de Merck.
o cido ntrico concentrado (65% m/m) de Merck.
o cido clorhdrico (32% m/m) de Merck.
o Hidrxido sdico (contenido mnimo 99%) de Merck.
o Carbonato sdico (contenido mnimo 99,5%) de Merck.
o Sulfato amnico de Aldrich.
o Hidrxido amnico de Dupont.
o Amberlita LA-2 de BDH.
-
o Disoluciones estndar de cromo, hierro, manganeso y nquel (1000 g/
ml) de Titrisol.
o Filtros de microfibra de vidrio borosilicatado sin resina ligante, de 25 mm
de dimetro y una eficacia de retencin no inferior al 99,5 % para
partculas de dimetro aerodinmico medio de 0,3 m de Millipore.
o Prefiltros de microfibra de vidrio borosilicatado sin ligante de Millipore.
o Cronmetro.
o Velmetro ALNOR CGA-65P.
o Electrodos para soldadura SMAW :
o Hilo continuo para soldadura GMAW
o Hilo continuo para soldadura GMAW
o Material base: Acero inoxidable AISI 304 L
o Gas inerte: Argn
Equipos
o Espectrmetro de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica
PerkinElmer- AAnalyst 600
o Espectrmetro de absorcin atmica con llama PerkinElmer-1100B
o Maquina de soldar Proceso GMAW
o Maquina de soldar Proceso SMAW
o Maquina de soldar Proceso GTAW
o Equipo para la generacin de humos de soldadura
o Mesa de soldadura
o Campana para la toma de muestras
o Cabina de soldadura
2.3 Procedimiento y anlisis estadstico
En las operaciones de soldadura:
1. Ubicamos la probeta de acero Inoxidable sobre la mesa y dentro de la
cabina de soldadura. Figura 2.2
2. preparamos el sistema para tomar muestras, situando los filtros en la
campana, (se han tomado 8 muestras en cada prueba).
3. Se conecta el ventilador de aspiracin
4. Comenzada la soldadura, se conecta el sistema de toma de muestras.
Transcurrido el tiempo de muestreo prefijado se desconectan todos los
sistemas.
-
Figura 2.2 Cmara para soldadura
El procedimiento analtico empleado para analizar las muestras de
humos de soldadura se ha diseado en base a los siguientes criterios: La
separacin de las especies de cromo hexavalente por su solubilidad se realiza
siguiendo el criterio propuesto por el proyecto de norma ISO 16740:
Determination of Hexavalent Chromium in Airborne Particulate Matter. Una
vez separadas, las especies de cromo hexavalente se extraen utilizando una
resina lquida de intercambio inico (Amberlita LA-2) y se analizan mediante
espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica. Las
resinas de intercambio inico se caracterizan por su capacidad de intercambio,
directamente relacionada con la naturaleza y el nmero de grupos ionizables
en su estructura. La capacidad se expresa en miliequivalentes de un in por
gramo de resina (o por mililitros si es lquida). Partiendo de la muestra
ambiental captada sobre un filtro, el mtodo analtico optimizado consta, en
esencia, de las siguientes etapas fundamentales:
o Separacin y determinacin de cromo hexavalente soluble.
o Separacin y determinacin de cromo hexavalente insoluble.
1. Separacin y determinacin de cromo hexavalente soluble
El filtro donde se realiz la captacin de la muestra se deposita en un
vaso de precipitados y se trata durante 60 minutos con 5 ml de agua
-
desionizada a temperatura ambiente. Es importante que el filtro permanezca
completamente inmerso en el agua. Posteriormente, la disolucin procedente
del tratamiento de la muestra se pasa a travs de un filtro de membrana de
PVC utilizando un aparato de filtracin por succin. Cada filtro se lava con 3
alcuotas de 1 ml de agua desionizada, se recoge la solucin filtrada en un tubo
de vidrio y se lleva a un volumen final de 10,0 ml. Se ajusta el pH a 8 0,5 con
una mnima cantidad (200 l) de una disolucin reguladora que contiene 2 mol/l
de (NH4)2SO4 y 1 mol/l de NH4OH. Se reservan los filtros para un tratamiento
posterior con objeto de determinar las especies de cromo hexavalente que no
se han disuelto.
Se transfiere la disolucin a un tubo de centrfuga graduado y se aaden
5 ml de disolucin reguladora alcalina (2% NaOH 3% Na2CO3). El contenido
del tubo se trata con 5 ml de una disolucin de Amberlita LA-2, cido clorhdrico
y MIBC en la proporcin LA-2: HCl: MIBC 2:1:2.
La muestra se agita mecnicamente y se centrfuga durante 10 minutos
a 2500 rpm. Se determina cromo hexavalente soluble en la fase orgnica
mediante espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica.
La calibracin se lleva a cabo a partir de disoluciones de concentracin
conocida de cromo que, junto a un ensayo en blanco
2. Separacin y determinacin de cromo hexavalente insoluble
Para analizar las especies de cromo hexavalente insoluble se toman los
filtros donde se capt la muestra de los que previamente se han extrado las
especies de cromo hexavalente soluble. Se tratan en un tubo de centrfuga con
5 ml de disolucin 0,05 mol/l (NH4)2SO4 0,05 mol/l NH4OH (pH 8) y se cierran
hermticamente. Posteriormente, se calientan a 135C durante 60 minutos en
un bloque calefactor, una vez transcurrido el tiempo se dejan enfriar a
temperatura ambiente y se ajusta el pH a 8 0,5 con disolucin reguladora 2
mol/l (NH4)2SO4 1 mol/l NH4OH. Posteriormente, se enrasa a 10 ml con una
disolucin que contiene 0,05 mol/l de (NH4)2SO4 y 0,05 mol/l de NH4OH.
Se aade tampn alcalino y la disolucin de Amberlita LA-2, cido
clorhdrico y MIBC en las proporciones indicadas anteriormente. La muestra se
agita mecnicamente y se centrfuga durante 10 minutos a 2500 rpm.
Finalmente, se determina cromo hexavalente en la fase orgnica mediante
-
espectrometra de absorcin atmica con atomizacin electrotrmica. La
calibracin se lleva a cabo a partir de disoluciones de concentracin conocida
de cromo que, junto a un ensayo en blanco. En las figuras 2.3 y 2.4 se
esquematizan los procedimientos descritos anteriormente.
Figura 2.3 Determinacin de cromo hexavalente soluble.
(*)Procedente de la extraccin de cromo hexavalente soluble.
Figura 2.4 Determinacin de cromo hexavalente insoluble.
Finalmente los resultados se analizaron utilizando el software Origin
Lab 8.0 y SPSS Versin 15 para anlisis estadstico descriptivo, prueba de
promedios mediante la prueba t student y anlisis de varianza, que permitieron
validar nuestros resultados
Filtro con humos de soldadura
Tratamiento con agua
desionizada
Filtracin por succin y lavado con 3 alcuotas
de 1 mm de agua desionizada
Enrase a 10 ml con agua desionizada Ajuste a pH a 8
Adicin de solucin
reguladora
Adicin de disolucin de Amberlita LA-2
HCl y MIBC Proporcin 2:1:2
Agitacin mecnica y centrifugacin a 2500 rpm por 10
minutos
Anlisis de Cr(VI) en la fase
orgnica por Etapas
Filtro con humos de soldadura
(*)
Tratamiento con (NH4)2SO4
(NH4)OH (pH = 8)
Calentamiento a 135oC durante 60
minutos
Ajuste de pH con 2 mol/l (NH4)2SO4 y 1 mol/l (NH4)OH
enrase a 10 ml con 0.05 mol/l de
(NH4)2SO4 y 0.05 mol/l de (NH4)OH
Anlisis de Cr(VI) en la fase
orgnica por ETAAS
Adicin de disolucin
reguladora. Adicin de solucin de
Amberlita LA-2, HCl y MIBC
(proporcin 2:1:2)
-
RESULTADOS
3.1 Efecto del tipo de proceso de soldadura en Cromo (VI)
Las pruebas se han realizado bajo las mismas condiciones
experimentales, el mismo tiempo de toma de muestra e iguales condiciones
de soldadura. El diseo experimental de soldadura permite la obtencin
simultnea de ocho muestras equivalentes en condiciones controladas. Los
procesos se han llevado a cabo de forma automtica para soldadura GMAG
y de forma manual para soldadura SMAW y GTAW. obtenidas las muestras
de soldadura, captadas en filtros de microfibra de vidrio, el mtodo analtico
permite diferenciar las especies de cromo segn la valencia de dicho
elemento en los compuestos y distinguir dichos compuestos en funcin de
la solubilidad.
Las cantidades de cromo hexavalente insoluble son muy inferiores a la
especie soluble para los tres procesos de soldadura. Siendo el cromo
hexavalente tanto soluble como insoluble producido en los humos por proceso
SMAW muy superior a la hallada en los humos procedentes de soldaduras
GMAW y GTAW. Esto se aprecia en la tabla 3.1, 3.2 y 3.3. Y figuras 3.1 y 3.2
Tabla 3.1 Cr(VI) soluble en humos de soldadura
Cr(VI)soluble (g/Filtro)
GMAW SMAW GTAW
PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2
11.21 10.16 26.85 25.52 1.96 2.12
11.25 11.18 26.64 25.98 1.86 2.11
11.52 12.16 26.28 27.1 2.01 1.97
11.56 11.18 27.88 26.78 1.83 2.05
12.24 10.26 28.87 25.65 1.93 2.11
12.89 11.17 26.63 26.14 2.12 2.14
11.58 11.18 27.19 27.67 2.05 2.13
11.45 11.98 28.65 27.36 2.13 1.98
-
Tabla 3.2 Cr(VI) insoluble en humos de soldadura
Cr(VI)insoluble (g/Filtro)
GMAW SMAW GTAW
PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2 PRUEBA 1 PRUEBA2
0.18 0.15 0.37 0.37 0.13 0.15
0.16 0.17 0.41 0.41 0.11 0.11
0.15 0.18 0.43 0.43 0.12 0.17
0.21 0.15 0.39 0.41 0.14 0.12
0.23 0.17 0.45 0.46 0.12 0.11
0.19 0.19 0.41 0.43 0.11 0.13
0.21 0.14 0.39 0.38 0.10 0.12
0.16 0.16 0.38 0.42 0.11 0.16
Tabla 3.3 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cromo (VI)
Tipo de Proceso NUMERO DE PRUEBA
Cromo (VI)
soluble
Cromo (VI)
insoluble
SMAW PRUEBA1 Media 27.3738 .4038
Desv. tp. .97978 .02669
PRUEBA2 Media 26.5250 .4138
Desv. tp. .81283 .02875
Total Media 26.9494 .4088
Desv. tp. .97386 .02729
GMAW PRUEBA1 Media 11.7125 .1863
Desv. tp. .57046 .02875
PRUEBA2 Media 11.1588 .1638
Desv. tp. .70546 .01685
Total Media 11.4356 .1750
Desv. tp. .68255 .02556
GTAW PRUEBA1 Media 1.9863 .1175
Desv. tp. .11173 .01282
PRUEBA2 Media 2.0763 .1338
Desv. tp. .06802 .02326
Total Media 2.0313 .1256
Desv. tp. .10072 .01999
-
Tipo de Proceso
GTAWGMAWSMAW
Med
ia C
rom
o (
VI)
in
so
lub
le
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
PRUEBA2
PRUEBA1
NUMERO DE PRUEBA
Fig. 3.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cr(VI)insoluble
Tipo de Proceso
GTAWGMAWSMAW
Med
ia C
rom
o (
VI)
so
lub
le
30,00
20,00
10,00
0,00
PRUEBA2
PRUEBA1
NUMERO DE PRUEBA
Fig. 3.2 Efecto del proceso de soldadura en la composicin promedio de Cr(VI)soluble
Las relaciones entre Cr(VI)S / Cr(VI)Ins en las dos pruebas en proceso los
procesos GMAW, SMAW y GTAW son indicadores del correcto funcionamiento
del sistema de captacin de muestras y que las especificaciones del
procedimiento de soldadura se han mantenido en ambas pruebas
Tabla 3.4 Relaciones establecidas entre los Elementos metlicos presentes en los
Humos de soldadura
RELACIN PRUEBA 1 PRUEBA 2
Cr(VI)S /Cr (VI)I (GMAW) 62.85 68.12
Cr(VI)S /Cr (VI)I (SMAW) 67.79 64.09
Cr(VI)S /Cr (VI)I (GTAW) 16.90 15.51
-
Por los resultados podemos observar que los componentes generados
durante la operacin de soldadura y sus cantidades en Cr (VI) soluble e
insoluble dependen directamente del proceso de soldadura, siendo el proceso
SMAW en donde se produce mayor cantidad de de Cr(VI) y al realizar la
soldadura mediante GTAW la contaminacin en Cr(VI) en humos de soldadura
resulta ser la menor.
Los clculos estadsticos nos permiten afirmar de acuerdo a la prueba t
de student que para muestras relacionada se obtienen los mismos resultados
de Cr (VI) soluble en las dos pruebas realizadas por cada proceso de soldadura,
esto es el valor de la significancia en proceso SMAW es (p=0.095>0.05), en
proceso GMAW es (p=0.149>0.05) y en proceso GTAW es (p=0.109>0.05) y
para Cr(VI) insoluble tenemos significancia en proceso SMAW es
(p=0.095>0.05) , en proceso GMAW es (p=0.149>0.05) y en proceso GTAW es
(p=0.109>0.05) por lo que resulta que la prueba es No significativa, es decir
aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las dos pruebas realizadas (8
muestras por prueba) por cada proceso de soldadura han producido las
mismas mediciones de Cromo hexavalente soluble e insoluble, validando de
esta manera la respetabilidad de nuestro procedimiento experimental. Ver
apndice 1 tabla 1.1 y 1.2
Para realizar la prueba de hiptesis en muestras independientes, es
decir, para comparando los proceso de soldadura, y verificar si hay diferencias
significativas en las medias de los resultados obtenidos en los tres proceso de
soldadura, con sus respectivos Cromos producidos se muestran a continuacin:
Comparando los procesos SMAW y GMAW obtenemos que los
resultados obtenidos en esta prueba de hiptesis es la prueba de Levene y al
evaluar el valor la significancia (p=0.151>0.05), resulta que la prueba es no
significativa, por lo tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las
varianzas son iguales en ambos procesos. Luego en la segunda parte
correspondiente a la prueba t para muestras obtenidas de procesos
independientes verificamos que p=0.000
-
Situacin similar ocurre al evaluar los resultados obtenidos de Cr (VI
insoluble al comparar los procesos SMAW y GMAW, al evaluar el valor la
significancia (p=0.861>0.05), resulta que la prueba es no significativa, por lo
tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las varianzas son iguales
en ambos grupos. Luego en la segunda parte correspondiente a la prueba t
para muestras obtenidas de procesos de soldadura independientes verificamos
que p=0.000
-
alterna, es decir la concentracin promedio de Cr(VI) soluble en los procesos
GMAW y GTAW son diferentes. Ver apndice 1, tabla 1.7 y 1.8
Situacin similar ocurre al evaluar al evaluar los resultados obtenidos de
Cr (VI insoluble al comparar los procesos GMAW y GTAW y al evaluar el valor
la significancia (p=0.297>0.05), resulta que la prueba es no significativa, por lo
tanto aceptamos la hiptesis nula y concluimos que las varianzas son iguales
en ambos grupos. Luego en la segunda parte correspondiente a la prueba t
para muestras independientes verificamos que p=0.000
-
DISCUSION DE RESULTADOS
4.1 Efecto del proceso de soldadura en la composicin de humos de
soldadura
En este trabajo se dedica especial atencin a los posibles daos
provocados al organismo humano por causa de la inhalacin de los humos de
soldadura. Humos generados durante el proceso de soldadura. Despus de
terminar un cordn y levantar la careta, el soldador se expone a la mxima
concentracin del humo de soldadura. (Omni Comercial, SA). Este humo est
compuesto por partculas muy pequeas y gases, ambos originados por la
presin del arco, superior a 1,013 x 105 Pa, y las altas temperaturas que all se
generan, que son del orden de 7000 a 10 000 K.
La concentracin del humo desprendido durante la soldadura viene dada
fundamentalmente por: el mtodo de soldadura que se utilice, por los
resultados, la soldadura manual por arco (SMAW) es el proceso que genera
una mayor cantidad de humo; esto tiene relacin con la intensidad de la
corriente, debido a que cuanto ms material sea preciso fundir, ms alta ser la
temperatura y en consecuencia mayor la cantidad de humo generado, adems
de la necesaria ventilacin y extraccin de humo en el lugar de trabajo y su
entorno.
La composicin del humo vara en funcin del proceso de soldadura, los
consumibles y los materiales base; aunque en general puede decirse que
principalmente contiene partculas finas de los metales que se sueldan y sus
xidos, tambin de compuestos u xidos de los componentes del revestimiento
o fundente y adems de gases que se generan durante el proceso, dentro de
los que estn: el xido de nitrgeno (NO), el ozono (O3), el monxido de
carbono (CO), as como las mezclas de los gases de proteccin en los
procesos de soldadura con proteccin gaseosa, entre otros.( Wemmen, Brje)
-
Figura IV.1 Esquema de la formacin del humo durante el proceso de soldadura con
proteccin gaseosa (GMAW y GTAW).(Wemmen, Brje )(1) Pequeas gotas en la
punta del electrodo durante la transferencia; (2) Bao de soldadura; (3)Columna de
arco; (4)Explosin del alambre;(5)Partculas grandes de salpicaduras; (6)Partculas
finas de metal, lanzadas por la explosin del alambre
Partculas en el arco de soldadura, en la zona de mancha catdica,
donde el metal est en forma de vapor, la temperatura es muy alta (7 000-10
000 K) y las gotas de metal estn sobrecalentadas muy por encima de la
temperatura de ebullicin del acero ( 3 000 K).( Hernndez Riesco, G,
Welding Journal, Wemmen, Brje). Al condensarse este vapor en la vecindad
del arco se crean partculas muy pequeas (0,001 a 0,1m), las cuales se
difunden como molculas de un gas (movimiento browniano) y una cantidad de
ellas se aglomera para formar agregados con un tamao de 0,5 a 2 m.( Amo
Ortega, J. M, De Connect, J, Wemmen, Brje)
Estas partculas microscpicas son visibles en forma de humo con una
determinada concentracin, pero no lo son luego de difundirse en el aire.
Cuando presentan dimensiones por debajo de 1 m quedan flotando por
perodos prolongados y se asientan (descienden o precipitan) muy lentamente.
La composicin de las partculas del humo se corresponde en gran medida (en
dependencia de la volatilidad de las sustancias) con la composicin del
consumible que se utilice. Estas estn constituidas principalmente por xidos
formados por partculas provenientes del arco, que fuera de la atmsfera de
soldadura creada por el revestimiento, el fundente o el gas de proteccin,
reaccionan con el oxgeno del aire circundante. El metal base contribuye muy
-
poco a la formacin del humo, excepto cuando tiene algn tipo de
recubrimiento o pintura.
Es de especial inters la soldadura en aceros inoxidables debido a que
se generan partculas de xido de cromo hexavalente y nquel (este ltimo en
forma de partculas muy finas o en estado trivalente), las cuales tienen efecto
cancergeno. En el proceso de soldadura manual por arco (SMAW) de estos
aceros se produce una generacin de xidos de cromo, principalmente
hexavalentes, que supera los 26 g/filtro. En el caso del proceso con proteccin
gaseosa y electrodo metlico (GMAW) solo de 11.43 g/filtro, y en el proceso
por arco con electrodo de Tungsteno es de 2.03 g/filtro lo que significa que
este proceso es menos daino, desde este punto de vista, para la soldadura de
los aceros inoxidables
Estudios realizados han demostrado que aproximadamente 0,5 a 1 % de
los consumibles de soldadura por arco se convierten en humo contaminante.
En el presente trabajo se ha comprobado que los niveles de partculas en Cr(VI)
pueden llegar a 0.884 mg/m3 (17 veces el valor limite permisible), dentro de la
careta del soldador. Este humo es daino al organismo humano. El riesgo a la
salud depende principalmente de la concentracin del humo, la composicin de
este y el perodo de exposicin a que se someta el soldador.
El anlisis termoqumico evala el potencial de oxidacin de la mezcla
de gas, la estabilidad termoqumica del metal condensado y fases oxidadas y la
presin de vapor de las especies en las fases condensadas, estn en funcin
de la temperatura y contenido de oxigeno en la mezcla de gas. Las especies
voltiles son formadas por evaporacin directa y por la adicin o remocin de
oxigeno de Cr(s,l) y Cr2O3(s,l) respectivamente
La reaccin de oxidacin de Cr puede ser escrita como:
X Cr+ + Y O2 CrxOy
Ln [P CrxOy/P o2Y aCr
X ] = - [Go/RT]
Podemos observar que la presin parcial de los xidos de cromo son
funcin de la To y de la presin parcial de oxigeno contenido en el gas protector,
al aumentar la temperatura disminuye la presencia de CrO3 (g) y aumenta la
estabilidad de Cr(g) y CrO (T.W.Eagar, Sc. D, P. Sfee Catan, N.T. Jenkins)
-
La inhalacin de partculas de xido de cromo hexavalente y nquel
trivalente, generados durante la soldadura de aceros inoxidables, puede
provocar efectos tan crticos como el cncer de pulmn. Es vital prevenir la
respiracin de personas en ese aire contaminado, y siempre que sea posible
debe usarse un sistema de proteccin respiratoria. Se puede afirmar que el
asma y el cncer de pulmn son los efectos ms crticos sobre la salud que se
producen debido a la inhalacin de las partculas contenidas en el humo de
soldadura, unido esto a exposiciones trmicas prolongadas.
Distintos factores como los mencionados anteriormente ocasionan
determinadas enfermedades profesionales en los soldadores, lo que hace que
estos se incluyan dentro de un grupo llamado de sobre-riesgo, con una elevada
tasa de jubilacin temprana, a causa de los padecimientos adquiridos en la
ejecucin de su labor. Tambin esto trae consigo la escasez de soldadores
calificados, que se mantengan de forma estable en su trabajo, lo que afecta
seriamente el proceso de produccin. No cabe dudas de que la proteccin del
soldador de una inhalacin excesiva de humos sea muy necesaria y existen
lmites de exposicin a partculas y gases, vigentes a nivel internacional, los
cuales aparecen en la tabla 1.1 y 1.2.
La industria peruana no est exenta de este problema y en muchos
casos la cultura existente en este aspecto no es la adecuada, a pesar del
elevado volumen de soldadura que en ella se lleva a cabo. Es objetivo de este
trabajo alertar sobre la necesidad de la proteccin de los operarios a los humos
perjudiciales de la soldadura, especialmente en la industria Metalrgica, donde
se realiza un importante volumen de operaciones de soldadura, en las que
actualmente no se tienen en cuenta la necesidad de la proteccin contra el
humo.
En la Legislacin Laboral Peruana, no hay norma sobre todo lo
referente a la seguridad e higiene del trabajo en talleres para la explotacin de
equipos de soldadura elctrica. Solo se puede encontrar gran cantidad de
orientaciones imprescindibles en centros de instruccin universitaria e institutos
tecnolgicos, para evitar los daos que pueden producirse a la salud y
seguridad del soldador y que deben ser, adems, de obligatorio cumplimiento.
Al Existir lmites de exposicin para los diferentes componentes del
humo de soldadura, el valor lmite ambiental ms restrictivo para compuestos
-
de cromo hexavalente, es 0,05 mg/m3. Este valor representa la concentracin
media del agente qumico en la zona de respiracin del trabajador referida a
una jornada de 8 horas diarias. El tiempo de muestreo adecuado y
representativo para operaciones de soldadura reales es de 15 minutos y el
caudal de la bomba de aspiracin de 2 l/min. En tales circunstancias el
volumen de aire que pasa a travs del filtro es de 30 litros (0,03 m3) y la masa
de cromo hexavalente que, para los proceso SMAW, GMAW y GTAW,
quedara retenido en el filtro son en promedio 26.525, 11.15 y 1.9863 g
respectivamente, considerando 0.03 m3 de aire, obtendramos en promedio
para los procesos SMAW, GMAW y GTAW 0.884, 0.371 y 0.066 mg/m3 , en los
tres casos se supera el valor limite ambiental de 0.05 mg/m3, debido a la
elevada toxicidad de las sustancias que constituyen el humo (Cr (VI)), es
necesario el uso de la proteccin respiratoria directa
De los resultados obtenidos, es de suponer que al aumentar la
temperatura de arco como es el caso del proceso GTAW, los xidos de Cromo
hexavalente se hacen menos estables disminuyendo su presencia en los
humos, pensamos que el proceso de menor temperatura de arco es GMAW,
esto producira mayor presencia de oxido de Cromo hexavalente en los humos,
sin embargo el contenido de Cr(VI) es menor respecto al proceso SMAW
probablemente a la mayor produccin de humos de soldadura inherentes al
proceso y al revestimiento en el electrodo
Es fundamental que el tema acerca de las afectaciones a la salud que
provoca la inhalacin de humos de soldadura y las legislaciones relacionadas
con esto sean de conocimiento de todo el personal vinculado a la soldadura, ya
sea de forma directa o no y dentro del establecimiento de una tecnologa de
soldadura es necesario que se indiquen las medidas que debe tomar el
soldador y dems personal implicado, a la hora de llevarla a cabo. El tema de
la salud y seguridad de los soldadores debe estar presente entre los principales
a debatir en los eventos que sobre la temtica de soldadura se efecten.
Si se tiene en cuenta todo lo analizado anteriormente, no caben dudas
de que hay ocasiones en que es muy necesaria la proteccin respiratoria del
soldador, aunque esto implique un aumento del costo de la operacin de
soldadura. Entre los equipos de proteccin respiratoria estn los de extraccin
local, como son la campana flexible, las pistolas de extraccin de humo;
-
tambin se encuentra el equipamiento para filtrar el aire que va al casco y la
tcnica de suministro de aire comprimido en este, entre otros. (Welding Journal)
A continuacin se relacionan algunas medidas a tomar para disminuir los
daos a la salud provocados por la inhalacin de humo: a) No utilizar
consumibles en mal estado o sin calificacin tcnica. b) Utilizar, siempre que
sea posible, el mtodo de soldadura y los parmetros del rgimen que menor
cantidad de humo generen. c) El soldador no debe ubicar la cabeza en la zona
del flujo de humo, ni respirar en esta zona. d) Utilizar siempre que sea
necesario el equipamiento de proteccin respiratoria que evite la inhalacin del
humo por el soldador. e) Limpiar la pieza de trabajo. No soldar sobre pinturas u
otros recubrimientos, como por ejemplo, de zinc, cadmio o plomo. f) No utilizar
disolventes clorados como el cloroformo, y estar seguro de que no existan
vapores de estos presentes en el aire.
-
PROPUESTA
Utilizando datos epidemiolgicos que constatan un aumento en la
incidencia de cncer de pulmn entre los trabajadores dedicados a la
produccin de cromatos, el cromo hexavalente est clasificado como
cancergeno humano por la IARC (International Agency for Research on
Cancer) y la EPA (Environmental Protection Agency). Aunque se han
publicado numerosos trabajos donde se pone de manifiesto un aumento del
riesgo en industrias de produccin de pigmentos que contienen cromatos, los
datos relativos al riesgo de cncer pulmonar asociado a otros procesos
industriales donde se trabaja con cromo (produccin de acero inoxidable,
aleaciones de ferrocromo y curtidos) no resultan tan concluyentes (Fryzet J. P
y Langard S., Norseth T). Sobre los mecanismos etiolgicos en la formacin
de tumores por compuestos de cromo hexavalente quedan an muchos
interrogantes. Para el NIOSH (National Institute for Occupational Safety and
Health), y en base siempre a estudios epidemiolgicos, la solubilidad de los
compuestos de cromo hexavalente es un factor importante a considerar en su
potencial oncognico, presentando una peligrosidad especial los de solubilidad
intermedia. Actualmente persiste un cierto grado de incertidumbre
concerniente a las propiedades cancergenas del cromo hexavalente debido a
la gran dificultad de aislar la presencia de un nico tipo de compuesto en la
mayora de las situaciones laborales. La ausencia de un buen criterio para
definir o identificar exposiciones especficas en matrices complejas da lugar a
una considerable incertidumbre, aumentando esta situacin la dificultad para
interpretar los datos epidemiolgicos (Ebbe Thomsem M.Sc). Estudios
epidemiolgicos realizados en un elevado nmero de trabajadores de una
planta de cromatos han concluido que hay suficiente evidencia de que todas las
formas de cromo son cancergenas. Por tanto, de ser ciertas estas
conclusiones, el riesgo de sufrir esta enfermedad no estara limitado a la forma
hexavalente, que es identificada con el cromo soluble por algunos autores, y se
-
mantendra la hiptesis de que la presencia de cromo trivalente o insoluble
produce un incremento del riesgo de cncer (Mancuso T. F). Algunos autores,
no obstante, sealan diferentes errores en el anlisis de los datos anteriores.
La hiptesis Comentada implica la identificacin del cromo trivalente con el
cromo insoluble y del cromo hexavalente con el cromo soluble en agua, sin
embargo, dichos autores sealan que tanto la especie hexavalente como
trivalente pueden formar compuestos que cubren una gama de solubilidad muy
amplia que abarca desde compuestos altamente solubles en agua hasta muy
insolubles (Proctor D. M).
Se ha diseado un sistema experimental que permite la obtencin
simultnea de ocho muestras equivalentes en condiciones controladas. En el
interior del sistema de soldadura deben efectuarse operaciones de soldadura
convenci
top related