UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS SISTEMAS DE MEDICIÓN Seguridad en el laboratorio M.C. José Luis Zapata De Santiago 21 de enero de 2015 1
1. Objetivo Ilustrar la necesidad y conveniencia de que toda actividad de laboratorio se realice de manera tal que se reduzcan al máximo los posibles riesgos principalmente los relacionados con descargas eléctricas tanto para el operador como para el equipo. 2. Introducción La aplicación correcta de los procedimientos, los manuales de referencia, las técnicas apropiadas de trabajo y reglas de seguridad son esenciales en la generación exitosa de los hábitos de trabajo. Las medidas de seguridad intentan proteger tanto al operador como al equipo y componentes dentro del laboratorio. La mayoría de los procedimientos de seguridad son simples y se pueden resumir en la aplicación del sentido común. 3. Cargas estáticas Cuando dos materiales no conductivos se frotan entre sí, los electrones de un material se transfieren al otro. La acumulación de electricidad en la superficie de un material es llamada carga triboeléctrica. La cantidad de corriente eléctrica está en función de la separación entre materiales como se muestra en la tabla siguiente. De la Tabla 1, se observa que la combinación entre cabello humano y poliéster es peor, (mayor acumulación de carga) que la combinación entre papel y lana. Los materiales conductivos entre ellos el cuerpo humano, pueden drenar la corriente estática cuando estos se conectan a tierra. Los materiales no conductivos retienen la carga. El uso de pulseras estáticas reduce el riesgo de descargas eléctricas desde el cuerpo o herramientas.
Dispositivo MOSFET de potencia JFET CMOS DiodosSchottky, TTL Transistores bipolares ECL SCR Rango de susceptibilidad 100-200 V 140-10 kv 250-2 kv 300-2.5 kv 380-7 kv 500 V 680-1 kv La tabla 2 muestra algunos de los componentes susceptibles descargas eléctricas. De los diferentes factores que generan descargas electrostáticas, la reducción de humedad produce las peores condiciones. Se generan cargas hasta 300 veces mayores con el 20 % de humedad relativa respecto de un 65 % de humedad relativa. La tabla 3 muestra valores típicos de niveles de voltaje electrostático generados con diferentes niveles de humedad relativa. Fuente de carga Caminar sobre una alfombra Levantar una bolsa de polietileno Sentarse en una silla de esponja de polietileno Caminar sobre piso de vinilo Manipular envolturas de vinilo Trabajar en las mesas de laboratorio 4. Efectos fisiológicos de la corriente eléctrica Voltaje Humedad relativa 10-20 % Humedad relativa 65-90 % 35 kv 1.5 kv 20 kv 1.2 kv 18 kv 1.5 kv 12 kv 250 V 7 kv 600 V 6 kv 250 V Para que la electricidad produzca algún efecto en el organismo, éste debe formar parte de un circuito. Para que circule corriente eléctrica tienen que existir al menos dos conexiones entre el cuerpo y una fuente de tensión externa. La magnitud de la corriente depende de la diferencia de potencial entre las conexiones y la resistencia del cuerpo. La mayor parte de los tejidos del cuerpo contienen un elevado porcentaje de agua, por lo que resulta un aceptablemente buen conductor eléctrico. La parte del organismo que se sitúe entre los 2 puntos de contacto eléctrico constituye un conductor volumétrico no homogéneo, en el cual la distribución del flujo de corriente viene determinada por la conductividad local del tejido. La corriente eléctrica puede afectar al tejido fundamentalmente de dos formas distintas: En primer lugar la energía disipada en el tejido, por presentar una cierta resistencia eléctrica, puede provocar un aumento de la temperatura. De alcanzarse una temperatura suficientemente alta se pueden producir lesiones (quemaduras) en el tejido. Con la corriente doméstica las quemaduras eléctricas se limitan por lo general a lesiones localizadas en los puntos de contacto o de sus
inmediaciones, lugares done sedan mayor densidad de corriente. En los accidentes industriales causados por alta tensión, así como accidentes por rayos, la energía eléctrica disipada puede ser suficiente para producir quemaduras que afectan a grandes zonas del cuerpo. En electrocirugía se utiliza la corriente concentrada procedente de un generador de radiofrecuencia con una frecuencia de 2.5 ó 4 MHz para cortar el tejido o coagular pequeños vasos sanguíneos. En segundo lugar, la transmisión de los impulsos a través de los nervios sensitivos y motores implica potenciales de acción electroquímicos. Una corriente eléctrica extraña, de suficiente magnitud puede ocasionar diferencias de tensión locales pudiéndose generar potenciales de acción y estimulación de nervios. Cuando se estimulan nervios sensitivos de esta forma, la corriente eléctrica produce una sensación de hormigueo o escozor, que sí alcanza la intensidad suficiente puede llegar a ser molesta o incluso dolorosa. La estimulación de nervios motores o músculos produce la contracción de fibras musculares o grupos de músculos afectados. Una intensidad del estímulo suficientemente alta puede producir la tetanización del músculo, contrayéndose todas sus fibras y ejerciéndose la máxima fuerza muscular posible. Una corriente que atraviesa el organismo puede ser peligrosa o fatal si crea densidades de corrientes locales en órganos vitales que sean suficientes para interferir con su funcionamiento. El grado en que se queda afectado un órgano determinado depende de la magnitud de la corriente y de la situación dentro del cuerpo de los puntos de contacto eléctrico con respecto al órgano considerado. El órgano más susceptible a la corriente eléctrica es el corazón. Un estímulo que tetanice el corazón provoca la contracción completa del miocardio, que detiene la acción de bombea del corazón e interrumpe la circulación en pocos minutos, en primer lugar, se lesiona el cerebro, luego se produce la muerte debido a la falta de aportación de oxígeno a los tejidos cerebrales. No obstante, si la corriente tetanizante se elimina al cabo de poco tiempo el latido del corazón se reanuda en forma espontánea. Una corriente de intensidad más baja que excite sólo parte de las fibras musculares del corazón puede ser más peligrosa que una corriente para tetanizar el corazón entero. Esta excitación parcial puede cambiar las vías eléctricas de propagación en ele miocardio desincronizando la actividad del corazón y ocasionando una actividad muscular sin orden, ineficaz. Este estado se denomina fibrilación. Cuando la fibrilación ocurre en los ventrículos, el corazón deje de bombear sangre. Normalmente la fibrilación ventricular no es reversible, una vez inducida ya no se restablece el ritmo cardiaco regular cuando desaparece la corriente que la causó. Para reanudar la acción del bombeo del corazón, el miocardio debe ser tetanizado por un impulso de corriente suficientemente enérgico, mediante un desfibrilador externo, la contracción completa de todas las fibras musculares cardiacas resincroniza al miocardio, tras lo cual el corazón reanuda, si hay suerte, sus contracciones normales. La fibrilación ventricular es la causa que produce la muerte con mayor frecuencia en accidentes eléctricos mortales. También se puede producir parálisis respiratoria si los músculos del tórax se tetanizan por efecto de una corriente eléctrica que circule a través del pecho o a través del centro de control de
la respiración en el cerebro. Una corriente de tal tipo es posible que también afecte al corazón debido a su localización. Son muchos los factores que influyen en la magnitud de la corriente eléctrica necesaria para producir el efecto fisiológico concreto en una persona. En la Tabla 4 se dan los valores de corriente aproximados y los efectos atribuibles a ésta para un tiempo de exposición de un segundo y varios niveles de corriente alterna de 60 Hz aplicada al exterior del cuerpo. Para aquellos efectos fisiológicos que afecten al corazón o la respiración se supone que la corriente se introduce en el cuerpo mediante contactos eléctricos con las extremidades de tal modo que el camino seguido por la corriente incluya la región del pecho por ejemplo, de un brazo a otro o de un brazo a una pierna. Los datos sobre estos fenómenos son escasos y se limitan generalmente a accidentes en los cuales se ha podido reconstruir la magnitud de la corriente o a experimentos con animales. A partir de los datos disponibles se deduce que la corriente requerida para producir fibrilación ventricular aumenta con el peso del cuerpo y que necesita una corriente mayor si esta se aplica por lapsos de tiempo muy breve. Mediante experiencias con corrientes del orden de magnitud del umbral de percepción y de la corriente de pérdida de control. En las consideraciones anteriores se ha empleado siempre la magnitud de la corriente eléctrica para describir el efecto de la electricidad. La tensión necesaria para producir la corriente eléctrica depende únicamente de la resistencia eléctrica que el organismo presente a la corriente. Esta resistencia queda afectada por numerosos factores y puede variar desde unos pocos Ohms hasta varios Megaohms. La resistencia de la piel constituye la mayor parte de la resistencia que presenta el organismo. La cantidad inversa de la resistencia se le llama conductancia. Esta es proporcional al área de la piel y depende además de las condiciones de la piel.
La piel seca presenta una conductividad promedio de 2.5 micro siemens por cm2, que es un valor relativamente pequeño, esta baja conductividad de debe principalmente a la capa cornea más externa de la piel, el epitelio, el cual ofrece una protección natural frente a los peligros eléctricos, sin embargo, cuando dicha capa se permeabiliza mediante un fluido conductor, la conductividad de la piel puede aumentar dos órdenes de magnitud. Si se corta la piel o si se insertan objetos conductores, como a agujas hipodérmicas por ejemplo, la resistencia es prácticamente eliminada. En esta situación, cuando se mide la resisten entre contactos viene exclusivamente determinada por el tejido por el que circula la corriente y puede ser de hasta 500 Ohms. Ya que la corriente depende de la tensión (voltaje) aplicada y de la resistencias se puede establecer la resistencia entre dos puntos. Las precauciones de seguridad caen en 3 categorías: Seguridad personal, seguridad en la masa de trabajo y seguridad en el manejo y mantenimiento de equipo. 5. Seguridad en la mesa de trabajo REFLEXIONAR. Ésta regla se aplica a todo trabajo industrial, no sólo al eléctrico, conviene desarrollar buenos hábitos de trabajo. Aprende a usar las herramientas de trabajo correctamente y con seguridad. Siempre se debe estudiar el trabajo que está por realizarse y pensar cuidadosamente el procedimiento, método y aplicación de herramientas, instrumentos y máquinas. Desconectar la fuente y poner a tierra los puntos de alta tensión antes de tocar los conductores. Trabaje con una mano atrás o dentro de una bolsa de posterior. Una corriente entre las dos manos cruza por el corazón y puede ser más letal que una corriente de mano a pie. Un buen técnico siempre trabaja con una mano. No manejar dispositivos con la piel húmeda o mojada. Asegúrese que las condiciones del equipo y de los peligros presentes leyendo cuidadosamente el instructivo del equipo. De la misma manera que muchos personas mueren por armas que suponían descargadas, muchas otras han muerto a causa de circuitos que suponían muertos, sin energía o de baja tensión. Desconfíe de los dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores y sistemas de protección. Éstos pueden no funcionar o no proteger cuando se necesita. No desconecte la punta de tierra de una clavija de entrada de tres conductores. Esto elimina la característica de conexión a tierra del equipo, convirtiéndole en un peligro potencial de descarga. La mesa no debe ser o estar cubierta de materiales metálicos. Nunca trabaje en una mesa atestada de materiales. Un amontonamiento desordenado de las puntas conectaras, componentes y herramientas sólo conduce a accidentes. Desarrolle hábitos de procedimiento sistemáticos y organizados de trabajo. No trabaje solo, siempre es conveniente que alguien esté cerca para que desconecte la energía, aplique respiración artificial o llame a un médico en caso de accidente. No trabaje en un equipo eléctrico si este desvelado o cansado. Evite apoyarse en superficies metálicas o de concreto húmedo. Mantenga seca las suelas de sus zapatos. No se distraiga mientras trabaja. Concéntrese al máximo en evitar ser la causa de una accidente. Evite movimientos violentos que puedan propiciar accidentes y cortos circuitos.
6. En caso de descarga eléctrica Si se produce una descarga eléctrica, cortar la corriente o retirar a la persona lo antes posible sin exponerse a su vez la descarga. Si el interruptor es inaccesible, recurrir a una varilla de madera seca, soga, trapos, cinturón u otro material aislante para separar a la víctima del contacto eléctrico, la resistencia de contacto con la víctima disminuye con el tiempo, de modo que si se retrasa la actuación se puede alcanzar la corriente fatal de 100 a 200 ma de intensidad. Si la víctima está inconsciente y hay detención de la respiración, comenzar la respiración artificial inmediatamente. No interrumpir la respiración artificial hasta que una autoridad médica declare insalvable a la víctima, puede llevar hasta 8 horas conseguir la recuperación del paciente. La falta de pulso o una condición similar al rigor mortis pueden ser sintamos del efecto de la descarga y no de que la víctima ha fallecido. 7. Accidentes por quemadura La energía eléctrica disipada en las resistencias produce calor. Aunque generalmente este tipo de accidentes no son fatales pueden ser graves y dolorosos. Los tubos de vacío se calientan mucho, después de unos minutos de operación debe esperar a que se enfríen antes de intentar retirarlos del chasis. Las resistencias se calientan mucho especialmente aquellas que conducen altas corrientes, llamadas de alta potencia (5 a 10 Watts), éstas pueden quemar la piel de los dedos. Retírelas hasta que se hayan enfriado. Tener cuidado en el manejo de capacitores ya que después de desconectados pueden retener carga que puede producir quemaduras por una descarga eléctrica. Vigile el cautín de soldadura. No la coloque sobre el banco en donde puede tocarlo accidentalmente con el brazo. No lo guarde si aún esta caliente, algún estudiante o profesor desaprensivo e inconsciente puede tomarlo. La soldadura caliente puede producir una sensación particularmente molesta al entrar en contacto con la piel o los ojos. No sacuda la soldadura caliente. 8. Lesiones mecánicas No se deben utilizar las herramientas de potencia como taladros portátiles o fijos, tornos o fresas, etc., sin consultar las instrucciones de empleo en cuanto a condiciones de seguridad. Algunas reglas generales son evitar vestir prendas sueltas (corbatas, pañuelos, etc.), que puedan enredarse con facilidad, sujetar piezas o herramienta, especialmente taladros, y llevar siempre algún tipo de gafas de protección. Hay que evitar acercar objetos metálicos, especialmente los anillos, a campos de alternos intensos. Las esquinas y los filos metálicos de los chasises y tableros pueden cortar y arañar. Límelos y quíteles el filo. La selección inadecuada de la herramienta de trabajo puede producir daños al equipo y lesiones personales. Use la protección adecuada en los ojos cuando esmerile, cincele o trabaje con metales calientes que puedan salpicar.
9. Riesgos químicos Con frecuencia se requiere el uso de disolventes, como el tricloroestireno, alcohol industrial, para la limpieza de circuitos. En algunos laboratorios suele haber ácidos, líquidos y polvos tóxicos peligrosos. Hay que asegurar la ventilación adecuada para los gases, por ejemplo, usando una campana de extracción, y llevar el delantal, guantes y protección adecuada para la cara y los ojos. Se puede poner en peligro a terceros si se eliminan los residuos químicos en forma inadecuada. Los ácidos y otros líquidos deben ser arrojados por desagües con tuberías aptas para materiales corrosivos, acompañándolos además de abundante agua para su mayor dilución. Los compuestos sólidos y recipientes que los contuvieron deben ser colocados en recipiente especialmente diseñados para ese fin y no ser abandonados como desperdicios habituales sin indicación alguna. 10. Actividad Con un óhmetro digital determina el valor de resistencia de diferentes elementos: El carbón de un lápiz Un alambre de cobre La resistencia entre tus manos con la piel seca La resistencia entre tus manos con la piel húmeda Suponiendo que la batería del voltímetro que estas utilizando sea de 1.5 V, Cuánta corriente circula por tus manos con la piel seca y cuanta con la piel húmeda? De acuerdo con la Tabla 4, Qué sucedería cuando la fuente de voltaje fuera de 120 V? Dibuja el camino que seguirá la corriente cuando se utiliza el óhmetro para medir resistencia entre ambas manos. 11. Cuestionario 1. Menciona 5 razones para aprender las reglas de seguridad. 2. Menciona 5 causas comunes de accidentes en el laboratorio. 3. Por qué es necesario conocer las posibles fuentes de descarga eléctrica? 4. En qué caso se genera mayor carga estática, cepillando el pelaje de un gato o cuando rozas tu cabello con un peine hecho de teflón? Por qué? 5. Cómo se puede disminuir la carga estática?