Evaluación de la energía de inicio de quemaduras de segundo grado en arco eléctrico

Nuestro interés en determinar con precisión la energía de inicio de una quemadura de segundo grado y su importancia para calcular el límite del arco eléctrico se centra en la prevención de lesiones en la piel de un ser humano que pueda estar expuesto a un arco eléctrico. Durante las últimas dos décadas se han propuesto diferentes fórmulas para calcular la energía incidente a una distancia de trabajo supuesta y el límite del arco eléctrico para determinar el equipo de protección personal clasificado para arco para trabajadores eléctricos calificados. Entre otras, la norma IEEE P1584 Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations [1584 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations. IEEE Industry Applications Society. Septiembre de 2002] y las fórmulas proporcionadas en el Anexo D de NFPA 70E [NFPA 70E Standard for Electrical Safety in the Workplace. 2012.] y CSA Z462 [CSA Z462 Workplace electrical safety Standards. 2012.] Workplace Electrical Safety Standard son las más utilizadas en la industria para realizar análisis de peligros de arco eléctrico. Las fórmulas se basan en pruebas de energía incidente realizadas y cálculos efectuados para un rango seleccionado de posibles corrientes de falla, voltajes del sistema, configuraciones físicas, etc.

Uso de la energía incidente como medida de la gravedad de las quemaduras en los cálculos de límites de arco eléctrico

La norma IEEE P1584 se desarrolló mediante la realización de pruebas de energía incidente basadas en la metodología descrita en la norma ASTM F1959-99. La energía incidente a la que podrían estar expuestos el rostro y el pecho del trabajador a la distancia de trabajo durante un evento de arco eléctrico se seleccionó como una medida para determinar la categoría de riesgo de peligro y calcular el límite del arco eléctrico. La energía incidente de 1,2 cal/cm2 (5,0 J/cm2) para la piel desnuda se seleccionó para resolver la ecuación del límite del arco eléctrico en IEEE P1584 [1584 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations. IEEE Industry Applications Society. Septiembre de 2002. página 41]. Además, NFPA 70E [NFPA 70E Standard for Electrical Safety in the Workplace. [2012. página 10] establece que “una quemadura de segundo grado es posible por una exposición de la piel desprotegida a un arco eléctrico por encima del nivel de energía incidente de 1,2 cal/cm2 (5,0 J/cm2)” y supone 1,2 cal/cm2 como nivel de energía incidente umbral para una quemadura de segundo grado para sistemas de 50 voltios y mayores [NFPA 70E Standard for Electrical Safety in the Workplace. 2012. página 26]. La Guía IEEE 1584 establece que “la energía incidente que causará una quemadura apenas curable o una quemadura de segundo grado es 1,2 cal/cm2 (5,0 J/cm2)” [1584 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations. IEEE Industry Applications Society. Septiembre de 2002. página 96]. Para comprender mejor estas unidades, IEEE P1584 hace referencia a un ejemplo de un encendedor de butano. Cita: “si se sostiene un encendedor de butano a 1 cm del dedo de una persona durante un segundo y el dedo está en la llama azul, un área de un centímetro cuadrado del dedo estará expuesta a aproximadamente 5,0 J/cm2 o 1,2 cal/cm2”. Sin embargo, las ecuaciones IEEE P1584 (5.8) y (5.9) para determinar el límite del arco eléctrico también se pueden resolver con otros niveles de energía incidente, como la clasificación del equipo de protección personal (EPP) propuesto. El punto importante a tener en cuenta aquí es que el nivel de energía incidente umbral para una quemadura de segundo grado o el inicio de la energía de una quemadura de segundo grado en una piel desnuda se considera un valor constante igual a 1,2 cal/cm2 (5,0 J/cm2) en la norma IEEE P1584.

Experimentos y observaciones de quemaduras por fuego repentino

Gran parte de la investigación que condujo a ecuaciones para predecir las quemaduras de la piel comenzó durante o inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial. Para proteger a las personas de los incendios, las explosiones de bombas atómicas y otras amenazas térmicas, primero fue necesario comprender los efectos del traumatismo térmico en la piel. Por nombrar algunos, están los trabajos realizados por Alice M. Stoll, JBPerkins, HEPease, HDKingsley y Wordie H. Parr. Se realizaron pruebas en una gran cantidad de cerdos y ratas anestesiados expuestos directamente al fuego. También se realizaron algunas pruebas en voluntarios humanos en la parte frontal del tórax y los antebrazos. Se han realizado diversos estudios sobre los efectos térmicos y se han identificado umbrales térmicos para quemaduras de diferentes grados. Nos centraremos en las quemaduras de segundo grado, ya que este es el tipo de quemadura que se utiliza para determinar el límite del arco eléctrico en los estudios de análisis de arco eléctrico de ingeniería.

Alice Stoll persiguió el concepto básico de que las lesiones por quemaduras están relacionadas en última instancia con la elevación de la temperatura del tejido cutáneo durante un tiempo suficiente. Stoll y sus asociados realizaron una investigación experimental para determinar el tiempo que tarda en producirse una lesión por quemadura de segundo grado para una determinada exposición al flujo de calor. Stoll demostró que, independientemente del modo de aplicación del calor, el aumento de la temperatura y, por lo tanto, el tiempo de tolerancia están relacionados con el calor absorbido por la piel [Stoll, AM, Chianta MA, Heat Transfer Through Fabrics. Naval Air Development Center. Septiembre de 1970]. Los resultados de este estudio se representan en la Figura 1, línea (A), junto con otros estudios que se analizan a continuación. LEER MÁS