Cuando hablamos de gases inflamables nos referimos a gases de origen natural (como el metano), a sustancias puras inflamables (como el hidrógeno) y a los productos de evaporación de sustancias o líquidos inflamables y volátiles (como la acetona).
Al trabajar con gases inflamables y explosivos es fundamental conocer los límites de operación de cada sustancia. Por eso conviene revisar siempre las fichas de datos de seguridad de los productos con los que vas a trabajar para estar al tanto de los riesgos.
En este artículo repasamos las propiedades de los siguientes gases inflamables: amoníaco, acetileno, butano, monóxido de carbono, hidrógeno, metano, propano, etano, etileno, silano y trifluoruro de cloro.
Definiciones oficiales de gases y vapores
Según el Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS), un gas inflamable es aquel que tiene un intervalo de inflamabilidad en condiciones STP (temperatura y presión estándar), es decir, a 20 ℃ y 101,3 kPa. Estas condiciones se consideran normales.
- Por «gases» se entienden los materiales que se encuentran en estado gaseoso en condiciones atmosféricas normales. Son ejemplos el hidrógeno o el metano.
- Los «vapores» son los gases que se desprenden de un material que en condiciones atmosféricas normales es líquido pero que, en esas mismas condiciones, libera gases dentro del intervalo inflamable.
Gases inertes, oxidantes e inflamables
Los gases se suelen clasificar en tres grupos:
- Oxidantes
- Gases inertes
- Gases inflamables
Una sustancia inerte sencillamente no reacciona con otras: es el caso de los gases nobles como el helio, el argón, el criptón, el neón y el radón. Otro gas inerte conocido es el dióxido de carbono.
El oxígeno no es inflamable, ni tampoco el bromo gaseoso, pero ambos son oxidantes y favorecen la combustión vigorosa. El bromo, el único elemento no metálico líquido a temperatura ambiente, solo se convierte en gas a partir de 58 °C, algo que prácticamente nunca ocurre en la superficie terrestre, donde la temperatura más alta registrada fue de 56,7 °C en Death Valley en 1913.
Con esta base sobre oxidantes y gases inertes, podemos centrarnos en el tema principal: los gases inflamables.
Límites de inflamabilidad: ¿cuándo se enciende un gas inflamable?
¿Qué son el LEL y el UEL?
Cuando un gas inflamable se mezcla con oxígeno en las proporciones adecuadas y entra en contacto con una fuente de ignición, pueden producirse explosiones o incendios.
Muchos productos electrónicos de consumo pueden generar arcos eléctricos, motivo por el cual pueden convertirse en fuentes de ignición. Por eso los operarios que trabajan en zonas peligrosas deben utilizar equipos específicos, como nuestra cámara intrínsecamente segura.
El límite inferior de explosividad (LEL) y el límite superior de explosividad (UEL) son lo que cabe imaginar: por debajo del LEL o por encima del UEL, un gas que en otras condiciones sería combustible no representa un riesgo de explosión. El hidrógeno, por ejemplo, tiene un intervalo muy amplio y crea una atmósfera explosiva cuando su concentración en el aire supera el 4 % pero se mantiene por debajo del 76 %.
Límites de inflamabilidad frente a límites de explosividad
El límite inferior de inflamabilidad de un gas inflamable concreto define la concentración mínima de ese gas mezclado con aire necesaria para formar una mezcla inflamable. Dicho de otro modo, un gas inflamable solo puede encenderse y provocar un incendio cuando se mezcla con oxígeno en la proporción adecuada. Conviene precisar, no obstante, que una mezcla de gas inflamable y aire no siempre desemboca en combustión.
En muchas sustancias los límites de inflamabilidad y los de explosividad coinciden, por lo que ambos términos se usan a menudo de forma intercambiable.
Con esto en mente, suele plantearse cómo es posible que más del 60 por ciento de los pasajeros sobreviviera a la caída del dirigible Hindenburg, cargado de hidrógeno, desde 61 metros de altura, en 1937. Resumiendo: el gas que escapaba se encendía al ascender y encontrarse con el aire por encima de los pasajeros, llevándose con él gran parte del calor.
El material sedoso y caucho del envoltorio también ardió, pero el propio gas estaba demasiado concentrado para explotar y se limitó a quemarse en la interfaz donde se encontraba con el aire. Si hubiera explotado en lugar de simplemente arder, no habría habido supervivientes.
[Tabla] LEL y UEL de distintos gases combustibles
Las concentraciones necesarias para alcanzar estos niveles peligrosos varían en función del gas. Las concentraciones por debajo del LEL son demasiado «pobres» para explotar, mientras que las que superan el UEL son demasiado «ricas». Veamos algunos de los gases más habituales:
| Gas (y vapores) | LEL % | UEL % | Comentario |
|---|---|---|---|
| Acetona | 2.2 | 13 | Quitaesmalte común. |
| Acetileno | 2.5 | 100* | *Cataliza con algunos metales y puede descomponerse explosivamente sin oxígeno presente a presiones >15 psi. |
| Amoníaco | 15 | 28 | Afortunadamente, su olor intrínseco evita que se alcancen concentraciones significativas, tóxicas o peligrosas. |
| Butano | 1.8 | 8.4 | El butano se utiliza con frecuencia como combustible portátil para cocinar. |
| Monóxido de carbono | 12.5 | 74 | Subproducto de la combustión. |
| Dimetil éter | 3.4 | 27 | Sustituto sintético del combustible diésel. |
| Éter dietílico | 1.7 | 36 | Demasiado inflamable para la anestesia; desde los años 60 se utilizan sustitutos más seguros. |
| Etano | 3 | 15.4 | Precursor químico del etileno. |
| Etileno | 2.7 | 36 | Se utiliza para la fabricación de plásticos. |
| Gasolina | 1.2 | 7.1 | ¡Un alcance explosivo sorprendentemente pequeño! |
| Hidrógeno | 4 | 75 | El hidrógeno es el átomo más simple. |
| Metano | 5 | 17 | El metano es el componente principal del gas natural. |
| Metil mercaptano | 3.9 | 21.8 | Si los zorrillos produjeran chispas, ¡el olor sería el menor de tus problemas con estos potenciales lanzallamas! |
| Propano | 2.1 | 9.5 | Combustible con baja huella de carbono. |
| Silano | 1 | 100 | El gas pirofórico no necesita oxígeno. |
| Trifluoruro de cloro | N/A | N/A | Al igual que el oxígeno, el ClF3 no es combustible, pero provoca que cualquier sustancia con la que entra en contacto genere subproductos inflamables. |
Datos clave sobre los gases inflamables más destacados
Amoníaco (NH3)
El amoníaco es un gas inflamable que se utiliza principalmente para producir fertilizantes agrícolas. También se emplea como refrigerante comercial por su rentabilidad y eficiencia: es entre un 3 y un 20 % más eficaz que las alternativas, por lo que requiere menos electricidad para producir la misma cantidad de frío. Esto lo hace ideal para instalaciones grandes como pistas de patinaje, plantas de procesado y conservación de alimentos, y grandes sistemas de climatización.
Este gas inflamable es corrosivo y tóxico para las personas si se liberan grandes cantidades. Su olor característico y penetrante hace que las fugas se detecten rápidamente con poca pérdida de refrigerante, lo que reduce los costes de reposición.
Acetileno (C2H2)
Debido a su elevada explosividad, el acetileno no puede comprimirse de forma segura por encima de 15 psi (1 atmósfera). Por eso se almacena y se transporta en botellas a presiones superiores, disuelto en acetona, que actúa como estabilizador.
Para evitar que el acetileno se separe de la acetona y forme gas concentrado, las botellas contienen un material poroso. Es importante mantener la botella en posición vertical para evitar que la acetona pase al regulador y provoque problemas de seguridad y de calidad.
Butano (C4H10): combustible para cocinar
El butano es un gas inflamable barato, incoloro y abundante. Sus llamas azules son ideales para necesidades de calentamiento portátiles, como la cocina. Resulta lo suficientemente seguro para cocinar y aporta calor suficiente, aunque con un rendimiento energético relativamente modesto. Al no evaporarse con facilidad en frío, es uno de los gases inflamables más conocidos.
El isobutano, por su parte, no se utiliza como combustible para cocinar, sino sobre todo como refrigerante. Aun así, es un gas igualmente muy inflamable, al igual que el butano normal. Tanto el butano como el isobutano tienen cuatro átomos de carbono, pero se diferencian en su disposición estructural: el butano tiene una cadena lineal y el isobutano una cadena ramificada.
Monóxido de carbono (CO)
El CO es un subproducto tóxico de la combustión petroquímica incompleta. Es inflamable e incluso puede ser explosivo en concentraciones del 12,5 al 74 % en el aire. Su toxicidad se debe a su capacidad para unirse a la hemoglobina de los glóbulos rojos, impidiendo que estos aporten suficiente oxígeno al organismo y que liberen el CO de manera eficaz.
La exposición a niveles tan bajos como el 0,03 % o 300 ppm puede ser mortal, una concentración muy inferior a la necesaria para una explosión.
Hidrógeno (H2)
Las sustancias más abundantes del universo son el hidrógeno (capaz de impulsar reacciones nucleares) y el helio (a no ser que la materia oscura resulte ser real), que constituyen alrededor del 73 % y el 25 %, respectivamente, de toda la materia bariónica (la compuesta por protones y neutrones). Todo lo demás cabe en el 2 % restante, incluidos los otros 116 elementos químicos de la tabla periódica.
Con un poco de perspectiva resulta más fácil entenderlo: las estrellas son enormes y los planetas pequeños. El Sol está formado principalmente por hidrógeno y helio y tiene 1,4 millones de kilómetros de diámetro. El hidrógeno alimenta las reacciones nucleares que permiten al Sol brillar. La Tierra mide solo 12 000 km de diámetro (menos del 1 % del ancho del Sol) y es el planeta más denso del sistema solar.
Lo extraordinario del hidrógeno es que se consigue con facilidad y arde de forma limpia, dejando únicamente agua y calor como subproductos. Es uno de los pocos gases inflamables sin huella de carbono (más allá de la generada en su producción).
Metano (CH4): gas natural
El gas natural contiene pequeñas cantidades de etano, butano, pentano, propano e incluso helio, pero la mayor parte es metano. Todos los «-anos» son inodoros, así que por motivos de seguridad se les añade un odorante muy perceptible, como etilmercaptano o metilmercaptano, para que las fugas se detecten fácilmente. Es ese aditivo el que da al gas natural su característico olor a «huevos podridos».
Propano (C3H8)
Doce mil personas tuvieron que abandonar sus hogares durante meses, y en algunos casos incluso años, para reconstruirlos tras la explosión de un depósito de propano durante un trasvase ilegal de combustible entre camiones.
El incendio posterior se desencadenó por una explosión BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) cuando fallaron las conexiones y la puesta a tierra. La empresa fue declarada responsable por sus medidas de seguridad insuficientes y todas sus operaciones fueron clausuradas por el gobierno. Sorprendentemente, solo se perdieron dos vidas.
El propano se presta a aplicaciones de combustible portátil, desde coches y autobuses hasta carretillas elevadoras, o como fuente de energía en entornos rurales. Esto se debe a que se licúa con facilidad a presiones y temperaturas habituales y conserva su capacidad de gasificarse incluso a bajas temperaturas ambiente, a diferencia del butano.
Etano (C2H6)
Este gas inflamable se separa del crudo en la mayoría de los yacimientos petrolíferos y se trata después de forma criogénica para que el etano condense en estado líquido, dejando atrás el metano gaseoso, entre otros. Luego se destila de nuevo para eliminar el propano y otros componentes hasta que solo queda etano.
El etano se emplea sobre todo para fabricar etileno destinado a la industria del plástico, mediante craqueo con vapor. Los ensayos para producir policloruro de vinilo (PVC) son prometedores y ofrecen un importante ahorro de costes. El vinagre (ácido acético) también puede fabricarse a bajo coste en Arabia Saudí gracias a la abundancia de etano. Algunas empresas ya construyen motores capaces de alternar entre diésel convencional y combustible de etano.
Este gas inflamable también se utiliza como refrigerante criogénico ultrarrápido para congelar muestras de microscopía electrónica que contienen agua. El agua suele expandirse al congelarse, lo que rompe las paredes celulares y forma cristales en bloque que reflejan los haces de electrones. El etano enfría el agua con la rapidez suficiente para sortear este contratiempo térmico, lo que hace las muestras mucho más útiles.
Etileno (C2H4)
Más del 50 % de la producción de etileno se destina a la fabricación de plásticos como el polietileno. Este gas inflamable también se oxida para obtener tensioactivos químicos que permiten a los detergentes desprender suciedad y aceites de las superficies (manos, ropa). Es además el componente principal con el que fabricamos etanol (alcohol) fuera de la elaboración mediante fermentación y destilación.
El etileno oxidado se puede convertir, mediante hidrólisis, en etilenglicol para el anticongelante de los motores de automoción. La producción tradicional de PVC se realiza mediante oxicloración, igual que la del fluido de tintorería (percloroetileno), entre otros.
Este gas se forma también de manera natural y actúa como una hormona vegetal esencial para la maduración de los frutos, el crecimiento de ramas, brotes y raíces, y para indicar a las hojas cuándo deben caer. Aun así, resulta más sencillo fabricarlo que recogerlo de fuentes naturales como las plantas.
En un descubrimiento de 2021 se identificó una nueva enzima (la metiltioalcano reductasa) que libera etileno captando azufre cuando hay escasez de oxígeno. Esto podría convertir al etileno en una biofuente barata para la industria del plástico, reduciendo la dependencia del petróleo y de los combustibles fósiles.
Silano (SiH4)
Este gas pirofórico (y tóxico) se utiliza para depositar silicio puro en la fabricación de semiconductores electrónicos, ya que se libera con relativa facilidad de sus débiles enlaces con el hidrógeno. Su carácter pirofórico implica, no obstante, que se autoinflama al exponerse al aire. Los riesgos son inherentes al silano, por lo que siempre debe manejarse con sumo cuidado.
Fabricantes japoneses de células solares dieron con la forma de reducir el peligro mezclándolo con hidrógeno. Sus células resultaron además aún más estables que antes, una ventaja añadida derivada de un manejo más cuidadoso.
Trifluoruro de cloro (ClF3): ¿el gas más inflamable?
Aunque no es inflamable en sí mismo, está formado por dos elementos muy reactivos, cloro y flúor, poco dispuestos a permanecer unidos. Conviene pensar en él como un «súper-oxígeno» capaz de favorecer la oxidación a una escala temible y de hacer arder casi cualquier cosa que toque. Si se añade al agua, por ejemplo, se forman gas cloro y ácido fluorhídrico, junto con un enorme desprendimiento de calor. Si entra en contacto con materiales biológicos (la piel, por ejemplo) provoca llamas intensas, pero incluso la arena común o el hormigón arden con facilidad.
Es tan corrosivo que solo puede almacenarse en cobre, níquel o aleaciones de cobre y níquel (las llamadas «Monel»). Estos metales son seguros porque reaccionan formando una capa superficial de aleación a base de flúor que protege el metal subyacente de cualquier interacción posterior. En forma gaseosa provoca irritación nasal y de las vías respiratorias, neumonía y edema (líquido en los pulmones), y la exposición constituye una emergencia médica grave.
Ejemplos de atmósferas de gas explosivas
Como ya se ha explicado, se necesitan tres elementos para provocar un incendio o una explosión: combustible, oxígeno y una fuente de ignición. Esta fuente de ignición puede ser un equipo eléctrico que genere chispas o una superficie caliente a temperatura elevada.
Veamos algunos escenarios reales para entender cómo se producen habitualmente los incendios y las explosiones.
Metano: explosiones en el hogar
Las fugas de metano son un peligro constante. El gas es más ligero que el aire, lo que le impide acumularse en zonas bajas. Sin embargo, el metano, subproducto de la actividad bacteriana en las redes de alcantarillado, sí puede acumularse bajo tierra y suponer un riesgo de explosión considerable.
Instalaciones de pintura por pulverización: explosiones industriales
Las industrias que utilizan disolventes deben aplicar protocolos de seguridad estrictos. Las cabinas de pintura por pulverización, por ejemplo, suelen usar cortinas de agua para captar el exceso de pulverización y conducirlo a un área de tratamiento. En algunos procesos, además, las piezas metálicas se cargan negativamente y las pistolas de pintura positivamente, mejorando así la eficiencia de la aplicación del recubrimiento.
Otras posibles fuentes de fuga:
- Durante el llenado de bidones, un punto crítico para la detección y prevención de fugas.
- En las bridas de los sistemas de tuberías, donde la integridad de la junta es esencial para evitar fugas.
- Alrededor de las mirillas de los equipos, ya que estos componentes pueden ser propensos a fugas si no se mantienen o se instalan correctamente.
La industria petrolera, que maneja un amplio abanico de sustancias inflamables y volátiles, exige la máxima precaución. Sus operaciones están en gran medida cerradas, lo que asegura que la mayoría de los subproductos se capturen para su tratamiento posterior, como craqueo y destilación, o se reutilicen para producir energía o como materia prima adicional.
Gases inflamables y fichas de datos de seguridad
Es fundamental leer con atención las fichas de datos de seguridad (SDS) que acompañan a cualquier gas inflamable con el que se trabaje, con el fin de prevenir incendios, explosiones y otros peligros. En la práctica totalidad de los casos, revisar las fichas de datos de seguridad antes de trabajar con un gas inflamable es una obligación legal.
Esto es especialmente importante en el caso de productos nuevos, ya que sus propiedades pueden diferir notablemente de aquellas con las que se está más familiarizado. La ficha de datos de seguridad de un gas concreto suele estar disponible en el sitio web del fabricante o del proveedor, así como en la web de los NIH, que forman parte del Departamento de Salud y Servicios Humanos de Estados Unidos.
Conclusiones
En resumen, comprender los gases inflamables es esencial para prevenir situaciones de peligro. Estos gases, que van desde artículos domésticos habituales como los quitaesmaltes hasta combustibles industriales clave, desempeñan un papel importante en muy distintas aplicaciones.
Cada tipo de gas inflamable, ya sea amoníaco, butano u otro, tiene sus propiedades particulares y sus riesgos asociados. Respetar al pie de la letra las fichas de datos de seguridad es fundamental para mitigar esos riesgos y evitar situaciones peligrosas.
Manteniéndonos informados y actuando con prudencia, podemos aprovechar estos gases de forma eficaz, garantizando la seguridad y el bienestar tanto en el entorno personal como en el profesional.
