Por qué explotan las bombonas de gas: causas principales y medidas preventivas

Reconozca que las noticias sobre una explosión de un cilindro de gas en algún lugar, que lamentablemente escuchamos a veces en la televisión o de conocidos, nos hacen reflexionar sobre nuestra propia seguridad. Y la autocomplacencia de que esto no nos sucederá no tiene cabida en esta situación.

Las consecuencias de dicha explosión y el incendio provocado pueden ser muy graves, no solo para la propiedad, sino también para la salud y la vida de las personas cercanas. Le ayudaremos a entender por qué los cilindros de gas pueden explotar y cómo, sin renunciar a la comodidad de su uso, protegerse de grandes problemas.

Para ello, hemos investigado las características de los tipos existentes de recipientes de gas domésticos, analizado las causas de explosiones en varios casos reales y estudiado las opiniones competentes de usuarios experimentados. El artículo propuesto se puede presentar como una compilación de reglas, expuestas de manera comprensible, que permiten utilizar el gas en cilindros de forma correcta y segura en la práctica.

Lo esencial sobre los cilindros de gas

La insustituibilidad de los cilindros de gas en el hogar hasta la actualidad puede ser confirmada con seguridad por una gran parte de la población de Rusia.

Para muchas personas, el uso de cilindros de gas licuado no es solo la posibilidad de tener comodidades adicionales en el campo, sino la única opción disponible para gasificar su casa.

A nivel estatal, Rostekhnadzor ha señalado problemas generales sobre el uso de recipientes de gas que es necesario conocer, ya que están relacionados con su uso seguro:

• parque anticuado: alrededor del 90% de todos los cilindros no están protegidos contra el llenado excesivo durante el repostaje;
• falta de una regulación estatal clara en el ámbito de la circulación de cilindros en el mercado, lo que incluye la existencia de estaciones de servicio ilegales;
• la necesidad de mejorar y ajustar las normas de los parámetros técnicos a los estándares internacionales.

El incumplimiento de estos requisitos y recomendaciones de la Comisión Europea impone dificultades para garantizar la seguridad de los productos de cilindros de gas utilizados en Rusia y los importados.

Además de conocer los problemas generales, para que sea más fácil imaginar las causas que conducen a la explosión y las condiciones que pueden contribuir a ello, será útil saber qué tipos de cilindros existen, comprender su estructura y entender algunos matices de la física de la explosión y la combustión de la mezcla utilizada en ellos.

Tipos de recipientes de gas

En función del ámbito de aplicación, del gas utilizado y de los métodos de conexión, los depósitos de gas pueden diferir tanto estructuralmente como en el material del que está fabricado el cuerpo.

Para uso doméstico, generalmente se utilizan recipientes de gas metálicos (de acero) o botellas de materiales compuestos. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas.

Los cilindros metálicos son los más populares, tanto los nuevos como los del parque antiguo. La principal razón de la alta demanda de este tipo de tanques es su precio relativamente bajo y la gran cantidad de ofertas en el mercado, incluyendo recipientes fabricados en la época soviética.

Pero precisamente los cilindros de acero son los que presentan mayor riesgo de explosión y, siguiendo los principios de seguridad, requieren el cumplimiento de una serie de condiciones para su almacenamiento y uso. Por lo tanto, nos centraremos más en detalle en ellos.

¿Cómo está construido un cilindro?

Por su diseño, el recipiente de gas se asemeja a un encendedor común, cuyo depósito también está lleno de una sustancia en dos estados de agregación. Una parte del tanque está ocupada por gas en fase líquida, y el espacio libre restante está lleno de la misma sustancia, pero en forma gaseosa (de trabajo). A través del dispositivo de cierre, el gas pasa al equipo correspondiente para su ignición y uso previsto.

El equipamiento estándar de un cilindro de gas incluye:

1. El propio recipiente para gas o virola, de forma cilíndrica y con un espesor mínimo de pared de 2 mm.
2. Válvula de cilindro con elemento de cierre y volante.
3. Soporte anular (zapata) que garantiza una posición vertical estable del recipiente de gas.
4. Cubierta que protege la válvula de daños y suciedad durante el transporte, almacenamiento y uso.

En una pieza roscada especial — el anillo de la boca del cilindro se fija el capuchón.

Un dispositivo técnicamente útil y en términos de seguridad que puede equipar los cilindros de gas es un regulador de propano junto con un manómetro.

Su uso permite reducir, estabilizar y mantener la presión de la mezcla en los valores establecidos para el consumidor de gas específico. Este adaptador se instala fácilmente en cualquier tipo de cilindro.

Mezcla de gas para cilindros domésticos

El relleno para los cilindros es gas hidrocarburo, una mezcla de propano y butano, que se inyecta en el recipiente a una presión de hasta 15 MPa.

La proporción de estos hidrocarburos determina la estacionalidad del uso de la mezcla o la región específica. Esto se debe a que, con propiedades básicas relativamente similares, el propano y el butano tienen una diferencia significativa en los valores de temperatura de evaporación: butano — 0,5 °C, propano — -43 °C.

Debido a la inconveniencia de producir marcas separadas de gas en cilindros para cada región, el GOST ha previsto una mezcla unificada de propano y butano con una proporción porcentual determinada de estos gases.

El conocimiento del principio de mezcla de los hidrocarburos utilizados en los tanques de gas es importante no solo por la posibilidad de abaratar el combustible (el butano es más barato que el propano), sino también por la reducción, debido a la evaporación menos intensa del butano, del riesgo de formación de presión elevada con un aumento significativo de la temperatura del aire circundante. Un aumento brusco de la presión en el tanque puede causar su despresurización y, en consecuencia, una explosión o incendio.

Condiciones previas para la explosión

A pesar de los crecientes requisitos para el manejo seguro de los cilindros y su calidad, cada año en Rusia más de 200 personas mueren en explosiones de gas en cilindros, y los heridos son un orden de magnitud mayor.

Resumiendo la información de los fabricantes de recipientes de gas, presentamos los rangos de presión en los que es posible la destrucción de los cilindros:

Al disminuir la resistencia de las paredes del cilindro, el valor crítico de presión que provoca su despresurización se reduce a 5,3 MPa.

Explosión o combustión del gas

Hay que entender que la explosión y la ignición de un cilindro no son exactamente lo mismo. Por ejemplo, a la pregunta de si puede explotar un cilindro de gas doméstico que ha recibido un agujero por metralla o bala, no se puede responder inequívocamente 'sí'.

El gas que sale de un recipiente dañado bajo presión simplemente arderá. Para una explosión se necesita un espacio cerrado. Este suele ser el propio cilindro, bajo ciertas condiciones, o una habitación fuertemente gasificada.

Explota la mezcla de propano-butano con oxígeno en el aire fuera del cilindro o aspirada hacia el interior, después de que la presión dentro del cilindro se iguale con la atmosférica.

¿Por qué explotan o arden los cilindros de gas?

Cilindro en zona de incendio

La peligrosidad de explosión de un recipiente que ha caído en la zona de combustión, con la mezcla de gas a presión en su interior, es muy alta. Según GOST, la temperatura máxima segura para un cilindro con hidrocarburo es de 45 °C. Es evidente que en el foco del incendio supera significativamente la permitida.

La física del proceso es la siguiente. Cuando la temperatura de calentamiento es alta, la mezcla en el recipiente hierve y, en consecuencia, aumenta la presión en su interior. Además, el calentamiento desigual de la superficie de la carcasa debilita su resistencia inicial y provoca la destrucción de las paredes.

Generalmente, debido a la alta deformación plástica residual del recipiente con gas y al calentarlo por un lado, se produce un abultamiento local de la pared (abombamiento). La rotura ocurre con mayor frecuencia a lo largo de la soldadura.

Al evaporarse e inflamarse rápidamente, el hidrocarburo expulsado del cilindro en estado líquido y vaporoso ejerce un impacto térmico adicional en la zona del fuego sobre todo el entorno.

Habiendo comprendido por qué los cilindros de gas explotan durante un incendio en las casas, también se debe saber cómo pueden comportarse cuando se calientan.

Hay dos posibles tipos de rotura del recipiente:

1. Según la mecánica «hidráulica».
2. Fuerte torsión y formación de una gran fisura en el fondo y la carcasa.

En el primer caso, la fase líquida, al aumentar la temperatura hasta 60 °C, llenará el volumen del recipiente hasta la norma del 85% a una presión de 1,5 – 2,5 MPa. La destrucción de la carcasa ocurrirá al aumentar aún más la temperatura ambiente hasta 70 – 75 °C.

El segundo caso tiene lugar cuando no hay fase líquida en el recipiente, si, por ejemplo, la evaporación de la mezcla licuada ocurrió debido a una despresurización del dispositivo de cierre, a temperaturas elevadas en condiciones de incendio.

En cualquier escenario, los fragmentos del cilindro reventado pueden salir disparados a gran velocidad en todas direcciones, creando una amenaza de lesiones para las personas y daños a la propiedad.

Llenado excesivo del cilindro de gas

A menudo, al llenar los recipientes con gas licuado, se sobrellenan. Esto ocurre por negligencia o de manera intencionada, con el deseo de ahorrar en el coeficiente de utilización del depósito.

Debe entenderse que el exceso de presión del gas licuado en el recipiente durante el llenado por encima de lo permitido puede causar una violación de su resistencia.

En el recipiente debe quedar una parte de volumen libre, un colchón, para la fase de vapor de los hidrocarburos. El volumen seguro de dicho colchón es de al menos el 15% del volumen total del depósito. En su ausencia, la presión en el recipiente aumenta en 0,7 MPa por cada grado de aumento de temperatura de la mezcla, lo que es inadmisible según las normas de seguridad y puede provocar una sobretensión de la envoltura y su rotura.

La cantidad de gas inyectado en el recipiente está estrictamente regulada por presión y masa, y no debe exceder los 0,425 kg por 1 litro de volumen del recipiente.

Incluso a la temperatura prevista por GOST de +45 °C, un recipiente sobrellenado representa un gran peligro de probabilidad de ruptura longitudinal a lo largo de la soldadura.

Le recomendamos también leer otro artículo nuestro, en el que detallamos las reglas de recarga de cilindros de gas.

Calentamiento o enfriamiento de las paredes del recipiente

La mezcla de propano-butano, al tener un gran coeficiente de expansión, incluso con un leve aumento de su temperatura, se expande considerablemente en volumen.

El aumento de la presión en el cilindro hasta un valor crítico es posible si el recipiente se calienta durante un tiempo prolongado bajo los rayos directos del sol.

El peligro de que la presión de la mezcla aumente sobre las paredes del recipiente también existe en un cilindro instalado cerca de una fuente de calor.

Además del calentamiento, la exposición a temperaturas bajo cero también conlleva una serie de peligros. El primero es el aumento de la fragilidad del metal. Y el segundo: hay que recordar para siempre que nunca se debe llevar un recipiente que haya estado mucho tiempo en el frío a un lugar cálido. Un aumento brusco de la temperatura de la mezcla de hidrocarburos no es seguro.

Golpes y caídas de cilindros

Los impactos mecánicos bruscos sobre las paredes pueden provocar daños e ignición del recipiente de gas, especialmente cuando el tanque se encuentra en condiciones de bajas o, por el contrario, de temperaturas excesivamente altas.

Al utilizar el cilindro en condiciones anormalmente frías, las propiedades mecánicas del metal cambian: la tenacidad al impacto del acero disminuye.

Por esta razón, un fuerte golpe al cilindro o una caída violenta pueden dañar la estanqueidad del recipiente y provocar una fuga de gas que, al mezclarse con oxígeno y entrar en contacto con una chispa, provocará la detonación de la mezcla de gas y aire.

En el segundo caso, el aumento de la temperatura y el calentamiento del gas contenido en el recipiente, como se ha dicho, incrementa bruscamente su presión, lo que, con impactos adicionales sobre el recipiente, puede provocar su rotura.

Impurezas extrañas en el gas

El peligro de explosión acecha cuando entran agua y sulfuro de hidrógeno en un recipiente con gas licuado. Su alto contenido en el tanque favorece la aparición de delaminaciones y abultamientos en la superficie metálica interna del casco.

Tales defectos en los recipientes surgen cuando el propano contiene un 0,3% o más de sulfuro de hidrógeno, y pueden observarse ya después de dos años de uso del cilindro.

Defecto en la soldadura

Con menos frecuencia, pero se presentan problemas relacionados con la despresurización de recipientes de gas en la zona cercana a la soldadura.

Con un defecto en la soldadura, puede ocurrir un debilitamiento de su sección útil, concentración de tensiones y, como resultado, la apertura de las soldaduras longitudinales o circunferenciales.

La integridad general del casco puede mantenerse al romperse una soldadura defectuosa.

Escenarios de consecuencias de la explosión de un cilindro

Las causas mencionadas anteriormente de explosión o incendio de recipientes de gas pueden, en diversas variantes, provocar los siguientes escenarios peligrosos.

Ruptura del cilindro y emisión de llama

La explosión del cilindro y la ignición del propano-butano son peligrosas por la acción de los siguientes factores:

• columna de llama intensa que aumenta rápidamente el área del incendio;
• alta temperatura del fuego en el foco de la explosión;
• toxicidad de los productos de combustión.

La lesión también puede ocurrir por asfixia, debido a la disminución significativa de oxígeno en una alta concentración de gases nocivos.

Investigaciones realizadas han demostrado que el sellado de un recipiente de gas de 50 litros con gas licuado que se encuentra en el foco de un incendio se rompe en menos de 5 minutos. Como consecuencia, se produce un incendio repentino con la expulsión de una «bola de fuego» que alcanza los 10 metros de diámetro.

Normalmente, la rotura del recipiente ocurre en su parte lateral.

Efectos secundarios dañinos de la explosión

Los efectos secundarios, pero no menos graves, de la explosión de un cilindro son:

• desprendimiento de la válvula;
• impacto de la onda de compresión o de la onda de choque;
• daños por fragmentos de los elementos del casco.

Los fragmentos del cilindro y sus elementos desprendidos pueden volar muy lejos, causando daños en un radio de hasta 250 m, y elevarse hasta una altura de treinta metros.

Peligro de fuga de gas

El peligro de una fuga de propano desde un recipiente dañado radica en que, en el interior, se genera muy rápidamente y en grandes volúmenes una concentración explosiva de la mezcla de hidrocarburo y oxígeno, mucho más rápido que en las fugas de sustancias combustibles líquidas.

Una fuga fuerte de la mezcla desde el cilindro o una válvula de cierre defectuosa se puede detectar por el olor o al oído: el sonido es similar al que se escucha al desinflar rápidamente un globo.

Ante la sospecha de una fuga de gas o para verificar su ausencia, bastará con aplicar con una esponja una solución jabonosa en el cilindro y, según las burbujas que se formen, determinar el punto de despresurización.

Si hay una fuga de gas, es necesario cubrir el punto de despresurización con un paño húmedo, sacar el recipiente al exterior con cuidado y llamar a los técnicos de gas.

Desde 2016, las normas técnicas exigen la instalación obligatoria de detectores de gas en las viviendas nuevas. Para las viviendas construidas anteriormente, esta norma tiene un carácter recomendatorio, pero el beneficio de este dispositivo, especialmente en hogares donde se utiliza gas en cilindros, es indudable.

La cuestión es que la densidad de la mezcla de hidrocarburos es mayor que la del aire. Cuando se rompe el sellado del cilindro, del equipo de cierre o de la manguera de conexión, el gas comienza a acumularse en la parte baja y su olor puede no detectarse de inmediato. Por eso, la mezcla con propano que se ha escapado al aire desde un cilindro de gas dañado a menudo explota en las casas con cualquier chispa sin haber sido detectada.

Fundamentos para la manipulación segura de cilindros

Antes de instalar el cilindro y conectarlo a los aparatos de gas, lo primero que debe hacer es asegurarse de que no haya daños, óxido en el cuerpo y que la válvula funcione correctamente.

Solo se pueden utilizar los cilindros certificados, suministrados por organizaciones especializadas, que cuenten con un pasaporte en papel durante todo el ciclo de operación y el marcado correspondiente, aplicado mediante un método de estampación por impacto.

Los principales requisitos técnicos que se deben cumplir durante la operación de los cilindros incluyen:

1. Todos los cilindros, excepto uno (el de cinco litros para conectar a la estufa de gas), deben instalarse en anexos fuera de los edificios y a una distancia no menor de 5 m de la entrada.
2. Debe evitarse almacenar cilindros en habitaciones, sótanos o áticos.
3. No se deben colocar cilindros a menos de 1 m de los aparatos de calefacción ni a menos de 5 m de una llama abierta.

Las siguientes medidas de seguridad, evidentes pero frecuentemente olvidadas al utilizar recipientes de gas, deben ser adoptadas y cumplidas rigurosamente:

1. No aproxime una cerilla encendida ni un encendedor al cilindro para comprobar una fuga de gas.
2. Queda terminantemente prohibido usar fuego abierto para calentar el regulador o la válvula. Para estos fines solo se permite usar agua caliente.
3. Si se detecta gas en una habitación, no encienda ningún aparato eléctrico, incluyendo la luz, ni los apague. La temperatura de la chispa en un enchufe o interruptor puede alcanzar los mil grados.
4. No intente reparar por cuenta propia la válvula de cierre ni otros elementos estructurales del cilindro.

Además, se deben cumplir estrictamente los plazos de uso establecidos por el fabricante. Los recipientes fabricados antes de diciembre de 2014 pueden utilizarse durante 40 años.

En ausencia de información sobre la vida útil permitida de los cilindros de gas fabricados después de esa fecha y que no tengan documentación adjunta, Rostekhnadzor recomienda considerar como vida útil del cilindro 20 años.

Está terminantemente prohibido transportar cilindros de gas utilizando la válvula como elemento de sujeción. Esto puede provocar la despresurización o la rotura del dispositivo de cierre.

Una alternativa segura a los cilindros de gas de acero son los recipientes de polímero compuesto más modernos: los eurocilindros. Sus botellas están protegidas por una carcasa de plástico y no acumulan electricidad estática. La seguridad contra explosiones de los cilindros compuestos se garantiza mediante la incorporación de dispositivos de seguridad de nueva generación: un inserto fusible y una válvula de alivio de sobrepresión.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Causas de explosiones de cilindros de gas basadas en ejemplos de hechos reales, y qué se puede y qué no se debe hacer categóricamente al usarlos:

Cómo usar correctamente los cilindros de gas en el hogar y qué requisitos deben cumplir:

A pesar de todos los factores de riesgo que acompañan al uso de equipos de cilindros de gas, no hay razón para ceder al miedo y renunciar a la comodidad de usarlos en el hogar.

Se espera que el conocimiento teórico de las causas y condiciones que contribuyen a la explosión de cilindros de gas domésticos ayude a superar ese temor. El cumplimiento del conjunto de normas para su uso seguro servirá como una garantía confiable contra las graves consecuencias de una explosión de gas y un incendio.

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