31) Límite de inflamabilidad del hidrógeno.
Como podéis observar en la primera figura adjunta, el rango de inflamabilidad del hidrógeno en aire (4-75%) es mucho más amplio que para otros gases. Aunque dicho rango se ve contrarrestado si se tiene en cuenta el bajo poder calorífico del hidrógeno por unidad de volumen, su baja densidad y alta difusividad, que facilita que éste se disperse muy rápidamente en el ambiente. En el cuarto apartado se puede ver la evolución del rango de inflamabilidad del hidrogeno, a medida que aumenta la temperatura el rango se amplia.
Mientras que el límite inferior de inflamabilidad disminuye alrededor de un 2,5% en volumen (del 4% al 1,5% en volumen) con el aumento de la temperatura de 20ºC a 400ºC. El límite superior de inflamabilidad aumenta más significativamente, alrededor de un 12,5% en volumen, para el mismo cambio de temperatura de la mezcla.
En caso de una fuga en un entorno confinado o de escasa ventilación, la concentración de hidrogeno podría alcanzar fácilmente el límite de 4% en el aire. En dicha coyuntura, tendríamos 2 de los 3 picos del triangulo de la combustión (al disponer de hidrógeno y oxigeno en el aire). Si por una casual, superaríamos la energía de activación de 0,02 mJ, la ignición del hidrogeno podría darse. Esa energía mínima de ignición puede provenir por una chispa al encender el interruptor de la luz (0,2 mJ) o incluso de la energía estática que disponemos en nuestro cuerpo.
En función del porcentaje de H₂ en aire, el hidrógeno podrá arder en diferentes modos de combustión:
-Deflagración: 4%-13%vol
-Detonación: 13%-75%vol
La diferencia se encuentra en que, para el caso de una detonación, el frente de llama y de presión van unidos en el espacio. En cambio, en una deflagración la velocidad de propagación es menor que la del sonido.
En espacios cerrados o con nula ventilación, lo que se recomienda es evacuar cada hora 10 veces el volumen de la sala donde se esté trabajando con hidrogeno, mediante una extracción forzada que minimice la presencia de hidrogeno en el ambiente.
Por todo ello, para manejar el hidrógeno de manera segura, lo más indicado es seguir el “Real Decreto 681/2003 sobre protección de la salud y seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de la presencia de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo”, conocido como normativa de atmosferas explosivas (ATEX), donde aparecen los requisitos que tienen que tener los aparatos o equipos eléctricos que puedan estar sometidos a atmosferas explosivas.
No obstante, cabe mencionar que si la fuga se produce al aire libre, no acarrearía mayor problema, porque sus propiedades físico-químicas nos ayudarían a que su concentración se diluya.
31) Limit of flammability of hydrogen.
As you can see in the first attached figure, the flammability range of hydrogen in air (4-75%) is much wider than for other gases. Although this range is counteracted if the low calorific value of hydrogen per unit volume is taken into account, its low density and high diffusivity, which makes it easier for it to disperse very quickly in the environment. In the fourth section you can see the evolution of the range of flammability of hydrogen, as the temperature increases the range widens.
While the lower flammability limit decreases around 2.5% by volume (from 4% to 1.5% by volume) with increasing temperature from 20ºC to 400ºC. The upper flammability limit increases more significantly, by about 12.5% by volume, for the same temperature change of the mixture.
In the event of a leak in a confined or poorly ventilated environment, the hydrogen concentration could easily reach the limit of 4% in air. At this juncture, we would have 2 of the 3 peaks of the combustion triangle (by having hydrogen and oxygen in the air). If by chance we would exceed the activation energy of 0.02 mJ, the ignition of hydrogen could occur. This minimum ignition energy can come from a spark when turning on the light switch (0.2 mJ) or even from the static energy that we have in our body.
Depending on the percentage of H₂ in air, hydrogen can burn in different combustion modes:
-Explosion: 4%-13%vol
-Detonation: 13%-75%vol
The difference is that, in the case of a detonation, the flame and pressure front are united in space. On the other hand, in a deflagration the speed of propagation is less than that of sound.
In closed spaces or with no ventilation, what is recommended is to evacuate 10 times the volume of the room where hydrogen is being worked on every hour, through forced extraction that minimizes the presence of hydrogen in the environment.
For all these reasons, to handle hydrogen safely, it is best to follow "Royal Decree 681/2003 on the protection of the health and safety of workers exposed to the risks derived from the presence of explosive atmospheres in the workplace." ”, known as the explosive atmospheres regulations (ATEX), where the requirements that electrical devices or equipment that may be subjected to explosive atmospheres must have appear.
However, it is worth mentioning that if the leak occurs outdoors, it would not cause a major problem, because its physical-chemical properties would help us to dilute its concentration.