La seguridad en el laboratorio es el conjunto de prácticas que hace posible el trabajo experimental. En un laboratorio de investigación, industrial o docente, cada procedimiento va precedido de una evaluación de lo que podría salir mal y de la elección de equipos y comportamientos que eviten que un incidente previsible se convierta en una lesión. Un laboratorio escolar contiene llamas abiertas, superficies calientes, instrumentos conectados a la red eléctrica, sustancias corrosivas y inflamables y material de vidrio frágil, y cada uno de estos peligros se gestiona mediante una combinación específica de tres cosas: equipo de protección que se lleva puesto en el cuerpo, un procedimiento que se sigue en un orden determinado y un dispositivo de emergencia cuya ubicación se conoce antes de necesitarlo.
Dos de esos peligros se hacen explícitos aquí, y se comportan de manera muy diferente. La llama de un mechero Bunsen libera la energía química de un hidrocarburo a una temperatura cercana a los 1500 °C y se anuncia a sí misma: es luminosa, es ruidosa y es inequívoca. Una placa calefactora a 100 °C es totalmente capaz de causar una quemadura y no anuncia absolutamente nada, porque una superficie no empieza a brillar en el rango visible hasta aproximadamente los 500 °C. La energía sigue saliendo de la placa —como una columna ascendente de aire caliente y como radiación infrarroja cuya longitud de onda máxima se encuentra muy fuera del rango que el ojo puede detectar—, por lo que el peligro debe deducirse de la propia lectura del instrumento y del procedimiento en lugar de verse. Aprender a tratar una superficie sin marcar como peligrosa es el hábito más transferible de esta actividad.
En este laboratorio se pondrá el equipo de protección adecuado para la tarea, se utilizará un puntero láser para localizar y nombrar el equipo de emergencia de la sala, y luego se observarán a su vez las dos fuentes de calor: la llama de un mechero Bunsen y la superficie de una placa calefactora llevada a 100 °C y luego apagada. No se recogen mediciones ni se consume ninguna sustancia. El producto del ejercicio es un conjunto de comportamientos, un vocabulario y un mapa mental de la sala, todo lo cual cualquier laboratorio posterior da por sentado que el estudiante ya posee.
Objetivos Educativos
Al final de este laboratorio, los estudiantes serán capaces de:
Selección y uso de equipos de protección personal
- Localiza y ponte la bata de laboratorio, las gafas de seguridad y los guantes de nitrilio requeridos para una tarea determinada.
- Explique qué protege cada artículo y por qué los guantes de nitrilo deben cambiarse por guantes de protección térmica antes de acercarse a una fuente de calor.
Ubicación y propósito del equipo de emergencia
- Localice el botiquín de primeros auxilios, el extintor de incendios, la ducha de emergencia, la estación de lavaojos, la alarma de incendios y el detector de humo y monóxido de carbono.
- Indique, para cada dispositivo, la situación en la que se requeriría y la situación en la que no.
Manejo seguro de fuentes de calor
- Encender y apagar un mechero Bunsen, y ajustar, leer y bajar la temperatura de una placa calefactora.
- Acérquese a una fuente de calor con las manos protegidas, brevemente y desde un lado en lugar de a través de la columna ascendente de aire caliente.
Reconocimiento de un peligro que no emite señal visual
- Explique por qué una superficie a 100 °C se ve exactamente igual que una superficie a 20 °C, y por qué la placa sigue siendo peligrosa durante más de un minuto después de que se ha bajado el punto de consigna.
- Utilice la lectura de un instrumento, en lugar de la apariencia, como evidencia de que una superficie es segura para tocar.
Normas de laboratorio y conducta personal
- Aplicar las normas generales de la sala: pelo recogido, joyas retiradas, calzado cerrado, bancos y pasillos despejados, manos lavadas al entrar y salir, nada ingerido, bebido, probado u olido.
- Informe cualquier rotura, derramamiento o lesión de inmediato, y deje el equipo y el espacio de trabajo limpios.
Traslado a otros entornos de laboratorio
- Aplica el mismo reflejo de evaluación de riesgos en un laboratorio de una disciplina diferente, donde los peligros específicos difieren pero el método para gestionarlos no.
Protocolo
Utiliza el equipo de protección adecuado a la tarea
- Localiza y ponte la bata de laboratorio.
- Localiza y ponte las gafas de seguridad.
- Localiza y ponte los guantes de nitrilo.
Usando el puntero láser, señale la ubicación del siguiente equipo de seguridad.
- Localiza el botiquín de primeros auxilios.
- Localiza el extintor.
- Localice la ducha de emergencia y la estación de lavado de ojos.
- Localice la alarma de incendios.
- Localice el detector de humo y monóxido de carbono.
Efecto de una fuente de calor: mechero Bunsen
- Quítese los guantes de nitrilo.
- Localiza y ponte los guantes de protección térmica.
- Encienda el mechero Bunsen usando el botón rojo en la base del tubo.
- Pase rápidamente una mano sobre la llama (¡asegúrese de usar los guantes térmicos!).
- Apaga el fogón.
Efecto de una fuente de calor: Placa calefactora
- Ajusta la temperatura de la placa calefactora a 100°C. Espera hasta que se alcance la temperatura.
- ¡Pasa rápidamente una mano sobre la placa caliente (¡asegúrate de usar los guantes térmicos!).
- Baja la temperatura de la placa calefactora a 15 °C.
Información adicional
- También es importante atarse el cabello, quitarse las joyas (anillos, pulseras, etc.) y usar zapatos cerrados.
- Despeje los bancos de laboratorio y los pasillos de cualquier obstáculo (una mochila, por ejemplo).
- Lávate las manos al entrar y salir del laboratorio.
- Lee y sigue el etiquetado de los productos utilizados.
- Pida aclaración si no está seguro de un procedimiento a realizar o un producto a usar.
- No coma, beba ni mastique chicle en el laboratorio.
- Compórtate con calma, maneja el equipo con cuidado y presta atención a tu trabajo.
- Evite manipular un producto inflamable junto a un punto caliente.
- Realice solamente los procedimientos prescritos por el profesor, el maestro, el técnico o el técnico de laboratorio.
- No pruebe ni huela ninguna sustancia.
- No vierta productos químicos o biológicos tóxicos en los desagües.
- Nunca retires equipo o sustancias del laboratorio.
- Inmediatamente informe cualquier rotura, derrame o lesión a la persona responsable del laboratorio.
- Limpia el equipo y el área de trabajo después de los experimentos.
Resultados esperados
Este laboratorio no produce ninguna medida que deba ser calificada. Lo que produce es un conjunto de acciones correctas, y el resultado esperado es que cada una de ellas se realice sin necesidad de recordatorios: los tres elementos de equipo de protección se colocan antes de tocar cualquier otra cosa, los seis dispositivos de emergencia se localizan y nombran, los guantes de nitrilo se cambian por guantes térmicos antes de acercarse a cualquier fuente de calor, y el mechero se apaga y la placa se baja antes de que termine la sesión. Un estudiante que llega al final del protocolo habiendo omitido el cambio de guantes no ha completado el laboratorio, aunque la simulación le permita continuar.
Equipos de protección y por qué se especifica cada elemento. La bata de laboratorio cubre los antebrazos y la ropa que está debajo, y es la prenda que se quita y se deja al salir de la habitación, de modo que cualquier sustancia derramada sobre ella no se transporte hacia el exterior. Las gafas de seguridad se sellan contra el rostro y protegen contra una salpicadura proveniente del lateral o de arriba; las gafas comunes no lo hacen, razón por la cual el protocolo especifica gafas protectoras herméticas. Los guantes de nitrilo actúan como una barrera contra salpicaduras químicas de aproximadamente 0,1 mm de espesor y no ofrecen prácticamente ninguna protección térmica, que es precisamente la razón por la cual el protocolo indica al estudiante que se los quite antes de usar las fuentes de calor. Tratando la capa del guante como una conducción estacionaria unidimensional, el flujo de calor que llega a la piel a través de un guante en contacto con una superficie es q = k ΔT / d. Para el nitrilo (k ≈ 0,2 W/m·K, d = 0,1 mm) contra una placa a 100 °C con la piel a 33 °C, q = 0,2 × 67 / 1,0 × 10−4 ≈ 1,3 × 105 W/m2; para un guante térmico (k ≈ 0,04 W/m·K, d = 3 mm), q = 0,04 × 67 / 3,0 × 10−3 ≈ 9 × 102 W/m2. El guante térmico reduce el flujo en un factor de aproximadamente 150, y lo hace combinando una menor conductividad con un grosor treinta veces mayor.
| Dispositivo de emergencia | Para qué sirve | Para qué no sirve |
|---|---|---|
| Botiquín de primeros auxilios | Cortes menores y quemaduras pequeñas, después de haber eliminado el peligro | Cualquier lesión que haya sido reportada pero que aún no haya sido vista por la persona responsable |
| Extintor | Un fuego pequeño y contenido en un banco, utilizado por una persona capacitada desde el lado de la puerta | Un incendio en una persona, o un incendio que ya se está propagando: haga sonar la alarma y evacúe. |
| Ducha de emergencia | Sustancia química derramada sobre el cuerpo o la ropa, y ropa en llamas | Salpicaduras en los ojos únicamente |
| Estación de lavaojos | Cualquier sustancia en el ojo, enjuagada durante un período prolongado con los párpados mantenidos abiertos | Un enjuague breve, que es el error más común |
| Alarma de incendio | Dar la alarma en el edificio y activar la evacuación | Un derrame o una lesión sin incendio |
| Detector de humo y monóxido de carbono | Detección de productos de combustión, incluido un gas que no tiene color, olor ni sabor | La detección de un vapor químico o de una fuga de gas sin quemar |
Por qué la llama es obvia y el plato no. Un cuerpo caliente irradia sobre un espectro continuo cuya longitud de onda máxima está fijada únicamente por su temperatura, mediante la ley de desplazamiento de Wien, λmáximo = 2898 µm·K / T. A los 373 K de una placa mantenida a 100 °C, esto da λmáximo = 2898 / 373 = 7,8 µm, aproximadamente catorce veces la longitud de onda más larga a la que responde el ojo; ninguna parte de la emisión cae en la banda visible en cantidad detectable. La incandescencia visible no comienza hasta unos 800 K (525 °C, el punto de Draper), y una llama de Bunsen a 1773 K está muy por encima de este. La emisión total crece como la cuarta potencia de la temperatura, por lo que el flujo neto que sale de una superficie a temperatura T hacia una habitación a T0 = 298 K es q = σ(T4 − T04) con σ = 5.67 × 10−8 W/m2·K4. Para la placa a 100 °C, q = 5,67 × 10−8 × (1.94 × 1010 − 7.89 × 109) = 6.5 × 102 W/m2 — aproximadamente dos tercios del flujo solar que llega al suelo al mediodía, desde una superficie que parece igual que cualquier otra. Esta es la respuesta cuantitativa a la pregunta en torno a la cual gira el laboratorio: la placa no es menos peligrosa que la llama, solo es menos visible.
| Fuente | Temperatura | λmáximo (Viena) | Flujo radiante neto en una habitación a 25 °C | ¿Se ve? |
|---|---|---|---|---|
| Placa calefactora, punto de consigna reducido | 60 °C (333 K) | 8,7 µm | 2.5 × 102 W/m2 | No |
| Placa calefactora, valor de consigna del protocolo | 100 °C (373 K) | 7,8 µm | 6.5 × 102 W/m2 | No |
| Inicio de la incandescencia (punto de Draper) | 525 °C (798 K) | 3,6 µm | 2.3 × 104 W/m2 | Rojo pálido |
| Llama del mechero de Bunsen | ≈ 1500 °C (1773 K) | 1,6 µm | 5.6 × 105 W/m2 | Sí |
¿A partir de qué temperatura se considera peligrosa?. El daño cutáneo depende tanto de la temperatura como de la duración, y no solo de la temperatura, y esta relación es muy pronunciada: cada aumento de unos pocos grados reduce la exposición tolerable aproximadamente en un factor de tres. Los datos clásicos sobre quemaduras por escaldadura (Moritz y Henriques) indican los tiempos que se indican a continuación para una quemadura de espesor total por contacto con agua caliente. Estos datos explican por qué se considera que 60 °C es una temperatura superficial peligrosa en las directrices de laboratorio, y por qué la placa debe considerarse peligrosa mucho tiempo después de que haya dejado de estar a su temperatura de consigna.
| Temperatura de contacto | Exposición aproximada en caso de quemadura de todo el espesor |
|---|---|
| 48 °C | 5 minutos |
| 51 °C | 2 minutos |
| 55 °C | 17 segundos |
| 60 °C | 5 segundos |
| 65 °C | 2 segundos |
| 70 °C | en menos de 1 segundo |
Lo que hace la lectura de la placa calefactora y lo que le indica al estudiante. La placa lleva dos pantallas, Placa T° (la temperatura superficial actual) y T° objetivo (el valor de consigna marcado). La placa sube de 56 °C a 95 °C en unos veinte segundos y luego asciende los últimos grados mucho más lentamente, lo cual es el distintivo de una aproximación exponencial al valor de consigna en lugar de una rampa lineal: la diferencia de temperatura restante disminuye con una constante de tiempo de unos quince segundos, por lo que los primeros treinta grados toman menos tiempo que los últimos seis. Una vez que se volvió a bajar el selector, la lectura cayó de 95 °C a 79 °C en menos de diez segundos. La lección se encuentra en la última fila de la tabla: en el momento en que finaliza el protocolo, la placa todavía está a 79 °C, lo cual la tabla anterior sitúa en bastante menos de un segundo de contacto tolerable.
| Punto en el procedimiento | Placa T° | T° objetivo | Fase |
|---|---|---|---|
| Poco después de introducir el punto de consigna | 56 °C | 101 °C | Calefacción |
| Unos 14 segundos después | 82 °C | 101 °C | Calefacción |
| Unos 20 s después del valor de consigna | 94 °C | 101 °C | Calentamiento, ralentización |
| La mano pasó por encima del plato | 95 °C | 101 °C | Cerca del valor de consigna |
| Se está bajando el volumen | 93 °C | 62 °C | Descenso del valor de consigna |
| Unos segundos después de | 89 °C | Bajado | Refrigeración |
| Fin del protocolo | 79 °C | Bajado | Enfriándose, sigue siendo peligroso |
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 9–10
Concentración. Reconocimiento de peligros y creación de la rutina. Los estudiantes aprenden los nombres del equipo de protección y de los dispositivos de emergencia, así como el orden en que se hacen las cosas.
- Ponte la bata de laboratorio, las gafas protectoras y los guantes de nitrilo; a continuación, enumera contra qué protege cada uno de ellos.
- Señala los seis dispositivos de emergencia y explica, con una frase para cada uno, en qué situaciones se utilizarían.
- Observa ambas fuentes de calor e indica cuál de ellas emite una señal de aviso y cuál no.
- Reescribe las normas generales del laboratorio en forma de una breve lista de comprobación con tus propias palabras e identifica qué norma habría evitado cada uno de los tres accidentes descritos.
Undécimo grado
Concentración. Un análisis cuantitativo del riesgo y una justificación de cada medida de precaución, en lugar de una mera enumeración de las mismas.
- Grabar Placa T° Toma las lecturas durante los procesos de calentamiento y enfriamiento, represéntalas gráficamente en función del tiempo y describe la forma de cada curva.
- Utiliza la tabla de umbrales de quemadura para indicar cuánto tiempo después del último paso del protocolo la placa sigue siendo capaz de provocar una lesión, teniendo en cuenta el comportamiento de enfriamiento que se ha registrado.
- Calcular λmáximo a partir de la ley de Wien para la placa y para la llama, y explica, basándote en el resultado, por qué solo una de ellas es visible.
- Explica por qué se quitan los guantes de nitrilo en lugar de dejárselos puestos, utilizando la ecuación de conducción q = k ΔT / d.
12.º curso / Nivel universitario
Concentración. La seguridad como gestión de riesgos: derivación y análisis cuantitativo.
- Calcular el flujo radiante neto σ(T4 − T04) para ambas fuentes de calor, compáralo con una estimación del flujo convectivo por encima de la placa e indica qué mecanismo predomina cuando se sostiene la mano a 5 cm por encima de ella.
- Ajusta los datos de enfriamiento registrados a la ley de enfriamiento de Newton, extrae una constante de tiempo y compárala con la constante de tiempo de calentamiento; explica la diferencia en términos físicos.
- Lleve a cabo una evaluación de riesgos por escrito del procedimiento: identifique cada peligro, el control aplicado y el riesgo residual que permanece después del control.
- Identifique al menos dos puntos en los que la simulación abrevie la realidad de una manera que pueda producir una falsa sensación de seguridad, y proponga cómo debe compensarlo un profesor.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Bata de laboratorio
- Gafas de seguridad
- Guantes de nitrilo
- Guantes de protección térmica
- Puntero láser
- Mechero Bunsen (encendido con el botón rojo en la base del tubo)
- Placa calefactora con selector de temperatura y un Placa T° / T° objetivo lectura
- Equipamiento de emergencia de la sala, ubicado pero no manipulado: botiquín de primeros auxilios, extintor, ducha de emergencia, estación lavaojos, alarma de incendios, detector de humo y monóxido de carbono
Productos
- Ninguno. En este laboratorio no se utiliza ni consume ningún producto químico ni biológico; el único consumible es el gas quemado por el mechero Bunsen.