La creciente preocupación mundial por la ecología, que ha dado lugar a la prohibición mundial de la producción de los principales supresores de incendios halogen
ados, ha estimulado una amplia investigación de nuevas sustancias ambientalmente aceptables. Sin embargo, evidentemente ha sido muy difícil crear un agente químico que reúna todas las propiedades deseables, ya menudo contradictorias.
Naturalmente, un agente ideal debe ser muy eficaz en la ignición y la supresión de llamas, pero también debe ser respetuoso con el medio ambiente, estable y no tóxico para los seres humanos durante y después de la aplicación.
La prevención y el control de incendios se han ocupado durante mucho tiempo del familiar “triángulo” de incendios que consta de calor, combustible y oxígeno, los cuales son necesarios para iniciar y apoyar la combustión.
También está bien establecido que el nitrógeno, que constituye el 79% del aire atmosférico, puede influir significativamente en la combustión. Las moléculas de nitrógeno a temperaturas de llama comunes (inferiores a 1100 C) no devuelven la radiación térmica absorbida. Más bien, se elimina continuamente de la zona de combustión mediante el proceso de convección. Debido a esto, un aumento de la concentración de nitrógeno en el aire provoca un aumento proporcional a la masa en la pérdida total de energía térmica emitida, lo que inhibe la combustión. Además, el aumento del contenido de nitrógeno en la mezcla gaseosa afecta sus propiedades cinéticas moleculares, reduciendo la disponibilidad de moléculas de oxígeno para la combustión.
La invención de FirePASS® se basa en un descubrimiento realizado durante una investigación realizada en el Hypoxico Room System fabricado por Hypoxico Inc. ( www.hypoxico.eu ) en Nueva York. Se descubrió que los procesos de ignición y combustión en un ambiente hipóxico normobárico son muy diferentes del proceso de ignición y combustión que ocurre en un ambiente hipobárico de altitud natural con la misma presión parcial de oxígeno (es decir, en una montaña).
Por ejemplo, el aire con una presión parcial de oxígeno de 4,51″ (114,5 mm de mercurio) a una altitud de 9000′ (2700 m) puede soportar fácilmente la quema de una vela o la ignición de papel. Sin embargo, si se crea un ambiente normobárico correspondiente con la misma presión parcial de oxígeno (4,51” o 114,5 mm de mercurio), una vela no se quemará y el papel no se encenderá. Incluso un fósforo se extinguirá instantáneamente después de que se agoten los productos químicos que transportan oxígeno en su punta. En consecuencia, cualquier fuego que se introduzca en esta atmósfera hipóxica, normobárica y respirable se extinguirá instantáneamente. El combustible de queroseno, el encendedor de gas o el soplete de gas propano tampoco se encenderán en este entorno.
Esta sorprendente observación lleva a una pregunta obvia: «¿Por qué dos ambientes que contienen presiones parciales de oxígeno idénticas (es decir, el mismo número de moléculas de oxígeno por volumen específico) afectan los procesos de ignición y combustión de manera tan diferente?»
La respuesta es simple: “La diferencia en la concentración de oxígeno en estos dos ambientes disminuye la disponibilidad de oxígeno para apoyar la combustión. Esto sucede debido al aumento del número de moléculas de nitrógeno que interfieren con las propiedades cinéticas de las moléculas de oxígeno”. En otras palabras, el aumento de la densidad de las moléculas de nitrógeno en el entorno normobárico crea una «zona de amortiguamiento» que obstruye la disponibilidad de moléculas de oxígeno para la combustión. Cuando se comparan las propiedades cinéticas de ambos gases, se revela que las moléculas de nitrógeno son más lentas y tienen una tasa de penetración más baja (por un factor de 2,5) que las moléculas de oxígeno.
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Los especialistas de FirePASS Corporation descubrieron y estudiaron el fenómeno de la supresión de la ignición y la extinción de la llama en el ambiente normobárico de aire hipóxico respirable (reducido en oxígeno). La aplicación práctica de estos estudios dio como resultado el desarrollo y la patente del Sistema de Prevención y Supresión de Incendios (FirePASS®).
FirePASS® cumple con todas las propiedades de importancia crítica, como se requiere para las alternativas de Halon 1301, tales como:
• eficiencia de extinción de incendios;
• prevención de re-ignición;
• potencial de agotamiento del ozono;
• potencial de calentamiento global;
• tiempo de vida atmosférico;
• nivel de residuos del supresor;
• conductividad eléctrica;
• corrosividad de los metales;
• compatibilidad de materiales poliméricos;
• estabilidad en almacenamiento a largo plazo;
• toxicidad del producto químico y sus productos de combustión y descomposición;
• velocidad de dispersión;
• requisitos de seguridad y salud en el trabajo.
Los materiales sólidos y líquidos inflamables comunes no pueden encenderse en entornos con un contenido de oxígeno inferior al 16 % a una presión barométrica normal (a nivel del mar). Sin embargo, los seres humanos pueden tolerar fácilmente una atmósfera reducida en oxígeno con 12 a 16 % de O2 (en lugar del 20,94 % de O2 ambiental) sin riesgo para la salud (haga clic aquí para obtener referencias).
Para ilustrar mejor las diferencias entre las funciones de los dos sistemas dependientes del oxígeno, la llama y el cuerpo humano, podemos mirar el diagrama esquemático, la «curva de saturación de oxígeno – hemoglobina y la curva de extinción de la llama en un ambiente hipóxico normobárico».
La curva roja representa la disminución de la intensidad de la combustión. Esto corresponde a la altura de la llama estable y depende del contenido de oxígeno en el entorno experimental. El 100 % corresponde a la altura máxima de la llama con un contenido de oxígeno atmosférico ambiental del 20,94 %. Por debajo del 18% de O2 vemos la continua disminución lineal de la altura.
La curva azul muestra la dependencia de la saturación de oxihemoglobina de la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado. Debido a que la curva aumenta rápidamente con el aumento del porcentaje de oxígeno, la hemoglobina estará saturada en más del 90 % si se expone a una pO2 alveolar superior a 60 mm.Hg (corresponde a una altitud de 3300 m y un 14 % de O2 en el aire hipóxico normobárico). Cabe señalar que solo la presión parcial del oxígeno determina la saturación de hemoglobina en los capilares de los alvéolos. Todo el transporte y metabolismo de oxígeno posteriores depende exclusivamente del equilibrio entre la demanda y la disponibilidad de oxígeno a través del sistema cardiovascular. La presión parcial de los gases diluyentes neutros no influye en estos procesos fisiológicos en condiciones de nivel del mar. A diferencia de,
La afinidad del O2 por la hemoglobina depende únicamente de su presión parcial, mientras que la cinética de combustión depende de la proporción de oxígeno en la mezcla gaseosa. (Referencias)
La creación de una atmósfera respirable tan baja en oxígeno (hipóxica) dentro de un entorno ocupado por humanos evitará por completo tanto la ignición como la combustión, eliminando así el peligro de que se inicie un incendio. Por otro lado, el aire hipóxico que se libera instantáneamente desde un contenedor presurizado, o se entrega a través de tuberías, a un edificio normalmente ventilado extinguirá el fuego en el confinamiento ocupado en poco tiempo, evacuando simultáneamente los gases de combustión y proporcionando una atmósfera respirable para las personas atrapadas.
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Referencias
1 Gusstaffson C, Gennser M, Oernhagen H, Derefeldt G. Efectos del confinamiento hipóxico normobárico en el rendimiento visual y motor. Aviación Medio Ambiente Espacial Med. 1997 ;68 : 985-92
Métodos: En 3 confinamientos de 11 a 14 días, un total de 22 sujetos fueron expuestos a diferentes niveles de hipoxia normobárica (13, 14 y 15 kPa O2), con períodos intermedios de normoxia. En cada experimento, ocho sujetos se dividieron en dos equipos, trabajando en turnos de 6 horas durante todo el día. Los sujetos realizaron pruebas de orientación espacial, tiempo de reacción visual, procesamiento paralelo y habilidades motoras. Las pruebas de rendimiento y los cuestionarios se administraron una o dos veces en cada período de 24 horas.
Resultados: Todos los sujetos parecieron tolerar bien la reducción aguda de la presión parcial de oxígeno. En muchas de las pruebas, el rendimiento mejoró con el tiempo como resultado del aprendizaje, a pesar de las reducciones en el nivel de oxígeno. No se observó reducción en el rendimiento ni disminución en la tasa de aprendizaje en ninguno de los niveles de oxígeno evaluados.
Conclusiones: Los niveles de oxígeno por debajo de 14 kPa (corresponde al 13,3 % de O2 en aire hipóxico normobárico) parecen no afectar el rendimiento visual y motor durante la prueba.
2. Libro de texto de fisiología médica (sexta ed., Arthur C. Guyton, MD, WB Saunders Company, Filadelfia, 1982).
EFECTOS DE LA HIPOXIA
La tasa de ventilación pulmonar ordinariamente no aumenta significativamente hasta que uno ha ascendido a unos 8000 pies. A esta altura, la saturación de oxígeno arterial ha caído a aproximadamente el 93 por ciento, nivel en el cual los quimiorreceptores responden de manera significativa. Por encima de los 8000 pies, el mecanismo de estimulación de los quimiorreceptores aumenta progresivamente la ventilación hasta que se alcanza aproximadamente entre 16 000 y 20 000 pies, altitud a la cual la ventilación alcanza un máximo de aproximadamente un 65 por ciento por encima de lo normal si la persona está expuesta solo de forma aguda a la gran altitud. (Pero varios días de exposición aumentan la ventilación en un 300 por ciento).
ACLIMATIZACIÓN A PO2 BAJA
Una persona que permanece a gran altura [o con niveles de oxígeno más bajos] durante días, semanas o años se aclimata gradualmente a la PO2 baja para que cause cada vez menos efectos nocivos en el cuerpo y también para que la persona pueda trabajar más duro. o para ascender a altitudes aún más altas…
[1] Aumento de la Ventilación Pulmonar. En la exposición inmediata a una PO2 baja, la estimulación hipóxica de los quimiorreceptores aumenta la ventilación alveolar hasta un máximo de alrededor del 65 por ciento. Esta es una compensación inmediata por la gran altitud, y solo permite que la persona se eleve varios miles de pies más alto de lo que sería posible sin una mayor ventilación. Luego, si la persona permanece a gran altura durante varios días, la ventilación aumenta gradualmente hasta 3 a 7 veces lo normal. La causa básica de este aumento gradual es la siguiente: el aumento inmediato del 65 por ciento en la ventilación pulmonar al ascender a gran altura expulsa grandes cantidades de dióxido de carbono, reduciendo la PO2 y aumentando el pH de los fluidos corporales. Ambos cambios inhiben el centro respiratorio y, por lo tanto, se oponen a la estimulación de la hipoxia. Sin embargo, durante los siguientes dos a cinco días, esta inhibición se desvanece, lo que permite que el centro respiratorio ahora responda con toda su fuerza a los estímulos quimiorreceptores resultantes de la hipoxia, y la ventilación aumenta de 3 a 7 veces lo normal. Se desconoce la causa de esta inhibición que se desvanece, pero hay algunas pruebas de que se debe a la reducción del ion bicarbonato en el LCR y quizás también a la reducción del ion bicarbonato en el tejido cerebral. Estos cambios, a su vez, aumentan el pH en los fluidos que rodean las neuronas quimiosensibles del centro respiratorio, aumentando así la actividad del centro… permitiendo que el centro respiratorio responda ahora con toda su fuerza a los estímulos quimiorreceptores resultantes de la hipoxia, y la ventilación aumente de 3 a 7 veces lo normal. Se desconoce la causa de esta inhibición que se desvanece, pero hay algunas pruebas de que se debe a la reducción del ion bicarbonato en el LCR y quizás también a la reducción del ion bicarbonato en el tejido cerebral. Estos cambios, a su vez, aumentan el pH en los fluidos que rodean las neuronas quimiosensibles del centro respiratorio, aumentando así la actividad del centro… permitiendo que el centro respiratorio responda ahora con toda su fuerza a los estímulos quimiorreceptores resultantes de la hipoxia, y la ventilación aumente de 3 a 7 veces lo normal. Se desconoce la causa de esta inhibición que se desvanece, pero hay algunas pruebas de que se debe a la reducción del ion bicarbonato en el LCR y quizás también a la reducción del ion bicarbonato en el tejido cerebral. Estos cambios, a su vez, aumentan el pH en los fluidos que rodean las neuronas quimiosensibles del centro respiratorio, aumentando así la actividad del centro…
[2] Aumento de la hemoglobina durante la aclimatación. La hipoxia es el principal estímulo para causar un aumento en la producción de glóbulos rojos. Por lo general, en plena aclimatación al oxígeno bajo, el hematocrito aumenta desde un valor normal de 40 a 45 a un promedio de 60 a 65, con un aumento promedio en la concentración de hemoglobina desde un valor normal de 15 g. por ciento a alrededor de 22 gm. por ciento Además, el volumen de sangre también aumenta, a menudo entre un 20 y un 30 por ciento, lo que da como resultado un aumento total de la hemoglobina circulante de entre un 50 y un 90 por ciento. Desafortunadamente, este aumento en la hemoglobina y el volumen sanguíneo es lento, casi no tiene efecto hasta después de dos o tres semanas, alcanza la mitad del desarrollo en aproximadamente un mes y se desarrolla por completo solo después de muchos meses. Disminución de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno en condiciones hipóxicas. Unas pocas horas después de que la sangre se expone por primera vez a la hipoxia a gran altura, se forman mayores cantidades de compuestos de fosfato dentro de los glóbulos rojos, y algunos de estos se combinan con la hemoglobina para disminuir su afinidad por el oxígeno, es decir, para cambiar el curva de saturación de hemoglobina-oxígeno hacia PO2 más altas… Uno de estos, el 2,3-difosfoglicerato, comúnmente llamado 2.3-DPG, es especialmente significativo. Debido a la reducida afinidad por el oxígeno. la hemoglobina entrega el oxígeno a las células de los tejidos a una PO2 más alta. En altitudes de hasta unos 15.000 pies, este efecto aumenta el suministro de oxígeno entre un 10 y un 20 por ciento. Pero a altitudes aún más altas, la disminución de la afinidad por el oxígeno también disminuye la captación de oxígeno por parte de la hemoglobina en los pulmones y, por lo tanto, disminuye la disponibilidad general de oxígeno para los tejidos.
[3] Mayor capacidad de difusión durante la aclimatación. Se recordará que la capacidad de difusión normal de oxígeno a través de la membrana pulmonar es de aproximadamente 21 mi. por milímetro El gradiente de presión de Hg por minuto y esta capacidad de difusión pueden aumentar hasta tres veces durante el ejercicio. Un aumento similar en la capacidad de difusión se produce a gran altura. Parte del aumento probablemente se deba al gran aumento del volumen de sangre capilar pulmonar, que extiende los capilares y aumenta la superficie a través de la cual el oxígeno puede difundirse hacia la sangre. Otra parte resulta de un aumento en el volumen pulmonar, que expande el área superficial de la membrana alveolar. Una parte final resulta de un aumento en la presión arterial pulmonar;
[4] El Sistema Circulatorio en Aclimatación Mayor Vascularidad. El gasto cardíaco aumenta entre un 20 y un 30 por ciento inmediatamente después de que una persona asciende a una gran altura, pero por lo general vuelve a la normalidad en unos pocos días. Mientras tanto, sin embargo, el flujo de sangre a través de ciertos órganos, como la piel y los riñones, disminuye, mientras que aumenta el flujo a través de los músculos, el corazón, el cerebro y otros órganos que normalmente requieren grandes cantidades de oxígeno. Además, los estudios histológicos de animales que han estado expuestos a bajos niveles de oxígeno durante meses o años muestran un gran aumento de la vascularización (aumento del número y tamaño de los capilares) de los tejidos hipóxicos. Esto ayuda a explicar lo que sucede con el aumento del 20 al 30 por ciento en el volumen sanguíneo y significa que la sangre entra en contacto mucho más cercano con las células del tejido de lo normal.
[5] Aclimatación celular. En animales nativos a altitudes de 13,000 a 17,000 pies, las mitocondrias y ciertos sistemas de enzimas oxidativas celulares son más abundantes que en los habitantes del nivel del mar. Por lo tanto, se supone que los seres humanos aclimatados, así como estos animales, pueden utilizar el oxígeno de manera más efectiva que sus contrapartes a nivel del mar.