Límite de inflamabilidad

Las mezclas de materiales combustibles dispersos (como combustibles gaseosos o vaporizados, y algunos polvos) y oxígeno en el aire se quemarán solo si la concentración de combustible se encuentra dentro de límites superior e inferior bien definidos determinados experimentalmente, denominados límites de inflamabilidad o límites explosivos . La combustión puede variar en violencia desde la deflagración hasta la detonación .

Los límites varían con la temperatura y la presión, pero normalmente se expresan en términos de porcentaje de volumen a 25 ° C y presión atmosférica. Estos límites son relevantes tanto para producir y optimizar la explosión o combustión, como en un motor, como para prevenirla, como en las explosiones incontroladas de acumulaciones de gas o polvo combustible. Lograr la mejor mezcla de combustible o explosivo de combustible y aire (la proporción estequiométrica ) es importante en los motores de combustión interna , como los motores de gasolina o diésel .

El trabajo de referencia estándar sigue siendo el elaborado por Michael George Zabetakis , un especialista en ingeniería de seguridad contra incendios , utilizando un aparato desarrollado por la Oficina de Minas de los Estados Unidos .

La combustión puede variar en grado de violencia. Una deflagración es la propagación de una zona de combustión a una velocidad menor que la velocidad del sonido en el medio sin reaccionar. Una detonación es la propagación de una zona de combustión a una velocidad mayor que la velocidad del sonido en el medio sin reaccionar. Una explosión es el estallido o ruptura de un recinto o contenedor debido al desarrollo de presión interna a partir de una deflagración o detonación como se define en NFPA 69.

Límite inferior de inflamabilidad

Límite inferior de inflamabilidad (LFL): La concentración más baja (porcentaje) de un gas o vapor en el aire capaz de producir un destello de fuego en presencia de una fuente de ignición (arco, llama, calor). Muchos profesionales de la seguridad consideran que el término es el mismo que el de nivel explosivo inferior (LEL). A una concentración en el aire más baja que la LFL, las mezclas de gases son "demasiado magras" para quemarse. El gas metano tiene un LFL de 4.4%. [1] [2] Si la atmósfera tiene menos de 4,4% de metano, no puede ocurrir una explosión incluso si hay una fuente de ignición presente. Desde la perspectiva de la salud y la seguridad, la concentración de LEL se considera Inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IDLH) , donde no existe un límite de exposición más estricto para el gas inflamable. [3]

La lectura porcentual en los monitores de aire combustible no debe confundirse con las concentraciones de LFL. Los explosímetros diseñados y calibrados para un gas específico pueden mostrar la concentración relativa de la atmósfera al LFL, siendo el LFL el 100%. Una lectura de LFL mostrada al 5% para metano, por ejemplo, sería equivalente a 5% multiplicado por 4.4%, o aproximadamente 0.22% de metano por volumen a 20 grados C. El control del peligro de explosión generalmente se logra mediante suficiente ventilación natural o mecánica. limitar la concentración de gases o vapores inflamables a un nivel máximo del 25% de su límite inferior explosivo o inflamable .

Límite superior de inflamabilidad

Límite superior de inflamabilidad (UFL): concentración (porcentaje) más alta de un gas o vapor en el aire capaz de producir un destello de fuego en presencia de una fuente de ignición (arco, llama, calor). Las concentraciones superiores a UFL o UEL son "demasiado ricas" para quemar. Por razones de seguridad, generalmente se evita operar por encima del UFL porque el aire que se filtra puede llevar la mezcla al rango de combustibilidad.

Influencia de la temperatura, la presión y la composición.

Los límites de inflamabilidad de mezclas de varios gases combustibles se pueden calcular utilizando la regla de mezcla de Le Chatelier para fracciones de volumen combustible.:

y similar para UFL.

La temperatura , la presión y la concentración del oxidante también influyen en los límites de inflamabilidad. Una temperatura o presión más alta, así como una concentración más alta del oxidante (principalmente oxígeno en el aire), dan como resultado un LFL más bajo y un UFL más alto, por lo que la mezcla de gases será más fácil de explotar. El efecto de la presión es muy pequeño a presiones inferiores a 10 milibares y difícil de predecir, ya que solo se ha estudiado en motores de combustión interna con turbocompresor .

Por lo general, el aire atmosférico suministra el oxígeno para la combustión y los límites suponen la concentración normal de oxígeno en el aire. Las atmósferas enriquecidas con oxígeno mejoran la combustión, reducen el LFL y aumentan el UFL, y viceversa; una atmósfera desprovista de oxidante no es inflamable ni explosiva para ninguna concentración de combustible (a excepción de los gases que pueden descomponerse energéticamente incluso en ausencia de un oxidante, como el acetileno ). El aumento significativo de la fracción de gases inertes en una mezcla de aire, a expensas del oxígeno, aumenta el LFL y disminuye el UFL.

Gas y vapor

Controlar las concentraciones de gases y vapores fuera de los límites inflamables es una consideración importante en la seguridad y salud ocupacional . Los métodos utilizados para controlar la concentración de un gas o vapor potencialmente explosivo incluyen el uso de gas de barrido, un gas no reactivo como nitrógeno o argón para diluir el gas explosivo antes de entrar en contacto con el aire. También es común el uso de depuradores o resinas de adsorción para eliminar gases explosivos antes de su liberación. Los gases también se pueden mantener de forma segura en concentraciones superiores al UEL, aunque una brecha en el contenedor de almacenamiento puede provocar condiciones explosivas o incendios intensos .

Polvos

Los polvos también tienen límites de explosión superior e inferior, aunque los límites superiores son difíciles de medir y de poca importancia práctica. Los límites inferiores de inflamabilidad para muchos materiales orgánicos están en el rango de 10 a 50 g / m³, que es mucho más alto que los límites establecidos por razones de salud, como es el caso del LIE de muchos gases y vapores. Las nubes de polvo de esta concentración son difíciles de ver a través de una distancia más corta, y normalmente solo existen dentro de los equipos de proceso.

Los límites de inflamabilidad también dependen del tamaño de partícula del polvo involucrado y no son propiedades intrínsecas del material. Además, se puede crear repentinamente una concentración por encima del LEL a partir de acumulaciones de polvo sedimentado, por lo que la gestión mediante el monitoreo de rutina, como se hace con los gases y vapores, no tiene valor. El método preferido para manejar el polvo combustible es prevenir la acumulación de polvo asentado a través del recinto del proceso, la ventilación y la limpieza de la superficie. Sin embargo, los límites de inflamabilidad más bajos pueden ser relevantes para el diseño de la planta.

Líquidos volátiles

Las situaciones causadas por la evaporación de líquidos inflamables en el volumen vacío lleno de aire de un recipiente pueden estar limitadas por el volumen del recipiente flexible o por el uso de un fluido inmiscible para llenar el volumen vacío. Los camiones cisterna hidráulicos utilizan el desplazamiento de agua para llenar un tanque con petróleo. [4]

Los límites de inflamabilidad / explosión de algunos gases y vapores se indican a continuación. Las concentraciones se dan en porcentaje por volumen de aire.

  • Los líquidos de clase IA con un punto de inflamación inferior a 23 ° C (73 ° F) y un punto de ebullición inferior a 38 ° C (100 ° F) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 4
  • Líquidos de clase IB con un punto de inflamación inferior a 73 ° F (23 ° C) y un punto de ebullición igual o superior a 100 ° F (38 ° C) y líquidos de clase IC con un punto de inflamación igual o superior a 73 ° F (23 ° C), pero menos de 100 ° F (38 ° C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 3
  • Líquidos de clase II con un punto de inflamación igual o superior a 100 ° F (38 ° C), pero inferior a 140 ° F (60 ° C) y líquidos de clase IIIA con un punto de inflamación igual o superior a 140 ° F (60 ° C). ° C), pero menos de 200 ° F (93 ° C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 2
  • Los líquidos de Clase IIIB con un punto de inflamación igual o superior a 200 ° F (93 ° C) tienen una clasificación de inflamabilidad NFPA 704 de 1
Sustancia Límite de inflamabilidad (% vol.)
Clase NFPA
Punto de inflamación 		Energía mínima de ignición (mJ)
@ proporción en el aire a la que se alcanzó [a] [5]		autoignición
temperatura
Más bajo Superior
Acetaldehído 4.0 57,0 I A -39 ° C 0,37 175 ° C
Ácido acético (glacial)4 19,9 II 39–43 ° C 463 ° C
Anhídrido acético II 54 ° C
Acetona 2.6–3 12,8-13 IB −17 ° C 1,15 @ 4,5% 465 ° C, 485 ° C [6]
Acetonitrilo IB 2 ° C 524 ° C
Cloruro de acetilo 7.3 19 IB 5 ° C 390 ° C
Acetileno 2.5 100 [7]I A Gas inflamable 0,017 @ 8,5%; 0,0002 @ 40%, en oxígeno puro305 ° C
Acroleína 2.8 31 IB -26 ° C 0,13
Acrilonitrilo 3,0 17.0 IB 0 ° C 0,16 @ 9,0%
Cloruro de alilo 2.9 11,1 IB -32 ° C 0,77
Amoníaco 15 28 IIIB 11 ° C 680 651 ° C
Arsina 4.5–5.1 [8]78 I A Gas inflamable
Benceno 1.2 7.8 IB −11 ° C 0,2 @ 4,7% 560 ° C
1,3-butadieno 2.0 12 I A −85 ° C 0,13 @ 5,2%
Butano , n-butano 1,6 8.4 I A −60 ° C 0,25 @ 4,7% 420–500 ° C
acetato de n-butilo , acetato de butilo1–1,7 [6]8-15 IB 24 ° C 370 ° C
2-butanol 1,7 9,8 29 ° C 405 ° C
Isobutanol 1,7 10,9 22-27 ° C 415 ° C
n-butanol 1.4 [6]11,2 IC 35 ° C 340 ° C
Cloruro de n-butilo , 1-clorobutano1.8 10.1 IB −6 ° C 1,24
n-butil mercaptano 1.4 [9]10,2 IB 2 ° C 225 ° C
Butilmetilcetona , 2-hexanona 1 [10]8 IC 25 ° C 423 ° C
Butileno , 1-butileno , 1-buteno1,98 [8]9,65 I A −80 ° C
Disulfuro de carbono 1.0 50,0 IB −30 ° C 0,009 @ 7,8% 90 ° C
Monóxido de carbono 12 [8]75 I A −191 ° C Gas inflamable 609 ° C
Monóxido de cloro I A Gas inflamable
1-cloro-1,1-difluoroetano 6.2 17,9 I A −65 ° C Gas inflamable
Cianogeno 6,0–6,6 [11]32–42,6 I A Gas inflamable
Ciclobutano 1.8 11,1 I A −63,9 ° C [12] 426,7 ° C
Ciclohexano 1.3 7.8–8 IB −18 - −20 ° C [13]0.22 @ 3.8% 245 ° C
Ciclohexanol 1 9 IIIA 68 ° C 300 ° C
Ciclohexanona 1–1,1 9–9,4 II 43,9–44 ° C 420 ° C [14]
Ciclopentadieno [15] IB 0 ° C 0,67 640 ° C
Ciclopentano 1,5-2 9.4 IB −37 - −38,9 ° C [16] [17]0,54 361 ° C
Ciclopropano 2.4 10,4 I A −94,4 ° C [18]0,17 @ 6,3% 498 ° C
Decano 0,8 5.4 II 46,1 ° C 210 ° C
Diborano 0,8 88 I A −90 ° C Gas inflamable [19] 38 ° C
o-diclorobenceno , 1,2-diclorobenceno2 [20]9 IIIA 65 ° C 648 ° C
1,1-dicloroetano 6 11 IB 14 ° C
1,2-dicloroetano 6 dieciséis IB 13 ° C 413 ° C
1,1-dicloroeteno 6.5 15,5 I A −10 ° C Gas inflamable
Diclorofluorometano 54,7 No inflamable, [21] −36,1 ° C [22] 552 ° C
Diclorometano , cloruro de metilenodieciséis 66 No es inflamable
Diclorosilano 4–4,7 96 I A −28 ° C 0,015
Combustible diesel 0,6 7.5 IIIA > 62 ° C 210 ° C
Dietanolamina 2 13 IB 169 ° C
Dietilamina 1.8 10.1 IB −23 - −26 ° C 312 ° C
Disulfuro de dietilo 1.2 II 38,9 ° C [23]
Éter dietílico 1,9-2 36–48 I A −45 ° C 0,19 @ 5,1% 160-170 ° C
Sulfuro de dietilo IB −10 ° C [24]
1,1-difluoroetano 3,7 18 I A −81,1 ° C [25]
1,1-difluoroetileno 5.5 21,3 −126,1 ° C [26]
Difluorometano 14,4 [27]
Diisobutil cetona 1 6 49 ° C
Éter diisopropílico 1 21 IB −28 ° C
Dimetilamina 2.8 14,4 I A Gas inflamable
1,1-dimetilhidrazina IB
Sulfuro de dimetilo I A -49 ° C
Dimetilsulfóxido 2.6–3 42 IIIB 88–95 ° C 215 ° C
1,4-dioxano 2 22 IB 12 ° C
Epiclorhidrina 4 21 31 ° C
Etano 3 [8]12-12,4 I A Gas inflamable, −135 ° C 515 ° C
Etanol , alcohol etílico3–3,3 19 IB 12,8 ° C 365 ° C
2-etoxietanol 3 18 43 ° C
Acetato de 2-etoxietilo 2 8 56 ° C
Acetato de etilo 2 12 I A −4 ° C 460 ° C
Etilamina 3,5 14 I A −17 ° C
Etilbencina 1.0 7.1 15-20 ° C
Etileno 2,7 36 I A 0,07 490 ° C
Etilenglicol 3 22 111 ° C
Óxido de etileno 3 100 I A −20 ° C
Cloruro de etilo 3.8 [8]15,4 I A −50 ° C
Mercaptano de etilo I A
Aceite combustible no 1 0,7 [8]5
Furano 2 14 I A −36 ° C
Gasolina (100 octanos )1.4 7,6 IB <-40 ° C 246–280 ° C
Glicerol 3 19 199 ° C
Heptano , n-heptano1.05 6,7 −4 ° C 0,24 @ 3,4% 204–215 ° C
Hexano , n-hexano1.1 7.5 −22 ° C 0.24 @ 3.8% 225 ° C, 233 ° C [6]
Hidrógeno 4 / 18,3 [28]75/59 I A Gas inflamable 0,016 al 28%; 0,0012, en oxígeno puro500–571 ° C
Sulfuro de hidrógeno 4.3 46 I A Gas inflamable 0,068
Isobutano 1.8 [8]9,6 I A Gas inflamable 462 ° C
Alcohol isobutílico 2 11 28 ° C
Isoforona 1 4 84 ° C
Alcohol isopropílico , isopropanol2 [8]12 IB 12 ° C 398–399 ° C; 425 ° C [6]
Cloruro de isopropilo I A
Chorro de queroseno A-1 0,6-0,7 4,9–5 II > 38 ° C, como combustible para aviones 210 ° C
Hidruro de litio I A
2-mercaptoetanol IIIA
Metano (gas natural)ISO10156 5,0 14.3 I A Gas inflamable 0.21 @ 8.5% 580 ° C
IEC60079-20-1 4.4 17
Acetato de metilo 3 dieciséis −10 ° C
Alcohol metílico , metanol6–6,7 [8]36 IB 11 ° C 385 ° C; 455 ° C [6]
Metilamina I A 8 ° C
Cloruro de metilo 10,7 [8]17,4 I A −46 ° C
Éter metílico I A −41 ° C
Metil etil éter I A
Metiletilcetona 1.8 [8]10 IB −6 ° C 505–515 ° C [6]
Formiato de metilo I A
Mercaptano de metilo 3.9 21,8 I A -53 ° C
Espíritus minerales 0,7 [6]6.5 38–43 ° C 258 ° C
Morfolina 1.8 10,8 IC 31–37,7 ° C 310 ° C
Naftalina 0,9 [8]5.9 IIIA 79–87 ° C 540 ° C
Neohexano 1,19 [8]7.58 −29 ° C 425 ° C
Tetracarbonilo de níquel 2 34 4 ° C 60 ° C
Nitrobenceno 2 9 IIIA 88 ° C
Nitrometano 7.3 22,2 35 ° C 379 ° C
Octano 1 7 13 ° C
iso-octano 0,79 5,94
Pentano 1,5 7.8 I A −40 - −49 ° C 0,18 a 4,4%, como 2-pentano 260 ° C
n-pentano 1.4 7.8 I A 0.28 @ 3.3%
iso-pentano 1,32 [8]9.16 I A 420 ° C
Fosfina I A
Propano 2.1 9.5-10.1 I A Gas inflamable 0,25 a 5,2%; 0,0021, en oxígeno puro480 ° C
Acetato de propilo 2 8 13 ° C
Propileno 2.0 11,1 I A −108 ° C 0,28 458 ° C
Óxido de propileno 2.9 36 I A
Piridina 2 12 20 ° C
Silano 1,5 [8]98 I A <21 ° C
Estireno 1.1 6.1 IB 31–32,2 ° C 490 ° C
Tetrafluoroetileno I A
Tetrahidrofurano 2 12 IB −14 ° C 321 ° C
Tolueno 1.2–1.27 6,75–7,1 IB 4.4 ° C 0.24 @ 4.1% 480 ° C; 535 ° C [6]
Trietilborano −20 ° C −20 ° C
Trimetilamina I A Gas inflamable
Trinitrobenceno I A
Trementina 0,8 [29] IC 35 ° C
Aceite vegetal IIIB 327 ° C
Acetato de vinilo 2.6 13,4 −8 ° C
Cloruro de vinilo 3.6 33
Xilenos 0,9-1,0 6,7–7,0 IC 27–32 ° C 0,2
m-xileno 1.1 [6]7 IC 25 ° C 525 ° C
o-xileno IC 17 ° C
p-xileno 1.0 6.0 IC 27,2 ° C 530 ° C
  1. ^ Tenga en cuenta que para muchos productos químicos se necesita la menor cantidad de energía de ignición a medio camino entre el LEL y el UEL.

"> Reproducir medios
Imagen de una llama de R-32 cerca de su LFL en un aparato de 12 L ASTM E-681. [27]

En los EE . UU ., El método más común para medir LFL y UFL es ASTM E681 . [27] Esta prueba estándar es necesaria para gases HAZMAT Clase 2 y para determinar las clasificaciones de inflamabilidad de refrigerantes . Esta norma utiliza observaciones visuales de la propagación de la llama en recipientes de vidrio esféricos de 5 o 12 L para medir los límites de inflamabilidad. Las condiciones inflamables se definen como aquellas en las que una llama se propaga fuera de un ángulo cónico de 90 °.

  • Inflamabilidad
  • Limitar la concentración de oxígeno
  • Energía mínima de ignición

  1. ^ https://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html
  2. ^ https://www.honeywellanalytics.com/~/media/honeywell-analytics/documents/english/11296_gas-book_v5_0413_lr_en.pdf?la=en
  3. ^ "Boletín de inteligencia actual # 66: derivación de valores inmediatamente peligrosos para la vida o la salud (IDLH)" (PDF) . El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) . Noviembre de 2013 . Consultado el 11 de febrero de 2018 .
  4. ^ Morrell, Robert W. (1931). Petroleros (Segunda ed.). Nueva York: Simmons-Boardman Publishing Company. págs. 305 y 306.
  5. ^ Britton, L. G "Uso de datos de materiales en la evaluación de peligros estáticos". como se encuentra en NFPA 77-2007 Apéndice B
  6. ^ Un b c d e f g h i j Trabajo con hidrocarburo moderno y disolventes oxigenados: una guía a la inflamabilidad archivados 1 de junio de 2009 en la Wayback Machine American Chemistry Council Disolventes Grupo Industria, pg. 7 de enero de 2008
  7. ^ Productos de gas Matheson. Libro de datos de gas de Matheson (PDF) . pag. 443 . Consultado el 30 de octubre de 2013 .
  8. ^ a b c d e f g h i j k l m n o "Gases - Límites de concentración de explosivos e inflamabilidad" . Consultado el 9 de septiembre de 2013 .
  9. ^ "ICSC 0018 - n-BUTYL MERCAPTAN" . www.inchem.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  10. ^ "2-HEXANONA ICSC: 0489" . oit.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  11. ^ "Sitio IPCS INTOX cerrado" . www.intox.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  12. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 211
  13. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 216
  14. ^ "ICSC 0425 - CICLOHEXANONA" . www.inchem.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  15. ^ "MSDS ciclopentadieno" . ox.ac.uk . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  16. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 221
  17. ^ "ICSC 0353 - CICLOPENTANO" . www.inchem.org . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  18. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 226
  19. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 244
  20. ^ Hojas de datos de seguridad química de Walsh (1989), Roy. Soc. Chem., Cambridge.
  21. ^ Encyclopedia.airliquide.com [ enlace muerto permanente ]
  22. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 266
  23. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 281
  24. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 286
  25. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 296
  26. ^ Pian, Carl L .; Braker, William; Libro de datos de gas de Matheson Publicado por McGraw-Hill Professional, 2001 pág. 301
  27. ^ a b c Kim, Dennis K .; Klieger, Alexandra E .; Lomax, Peter Q .; Mccoy, Conor G .; Reymann, Jonathan Y .; Sunderland, Peter B. (14 de septiembre de 2018). "Un método de prueba mejorado para los límites de inflamabilidad del refrigerante en un recipiente de 12 L" . Ciencia y tecnología para el entorno construido . 24 (8): 861–866. doi : 10.1080 / 23744731.2018.1434381 . ISSN  2374-4731 .
  28. ^ "Tabla periódica de elementos: hidrógeno - H (EnvironmentalChemistry.com)" . Environmentalchemistry.com . Consultado el 18 de marzo de 2018 .
  29. ^ "Combustibles" (PDF) . afcintl.com . Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 18 de marzo de 2018 .

  • David R. Lide, editor en jefe; Manual CRC de Química y Física, 72ª edición ; Prensa CRC; Boca Raton , Florida; 1991; ISBN  0-8493-0565-9