Influencia de la altitud y temperatura en las evaluaciones higiénicas (II)

Criterio primero   

Igualmente esencial resulta para manejar valores límites que respondan al primer criterio que la concentración del gas o vapor obtenida, expresada en ppm, se puede comparar directamente con el valor límite, en ppm, sean cuales sean las condiciones TP.

Y, como ejemplo, veamos lo que se indica en el epígrafe 5.1 del documento “Límites de exposición profesional para agentes químicos en España” del INSHT, que responden a dicho primer criterio:

“El valor límite para los gases y vapores se establece originalmente en ml/m³ (ppm), valor independiente de las variables de temperatura y presión atmosférica, pudiendo también expresarse en mg/m³ para una temperatura de 20ºC y una presión de 101,3 kPa, valor que depende de las citadas variables”.

A las condiciones atmosféricas de 20ºC y 101,3 kPa, las denominaremos condiciones normales TPN. Es decir, al contrario de lo que sucede con el criterio segundo, se mantiene la variabilidad de la concentración, expresada en mg/m³, con las condiciones atmosféricas y, consecuentemente de la dosis equivalente.

Es decir, los LEP para gases y vapores, siguen un criterio diferente al de los valores límites de ACGIH, OSHA o NIOSH. La consecuencia de esto es que en España, cuando la exposición a gases y vapores se produce en altura o a temperatura elevadas, al ajustar a las condiciones TPN, resultan concentraciones en mg/m³ y dosis mayores que cuando se realizan en lugares profundos y temperaturas bajas. Al contrario que con el enfoque de ACGIH, OSHA o NIOSH que mantienen constantes las dosis límites o aceptables para cualquier condición ambiental de temperatura y presión atmosférica. 

La consecuencia más importante que tiene el enfoque de concentración límite en ppm invariable con las condiciones atmosférícas es que, ante cambios significativos de las condiciones TP, cuando el resultado de la exposición se ha obtenido en mg/m³, es lo habitual ya que los laboratorios expresan los resultados en dicha unidad, es necesario realizar cambio de unidades o ajustes de las concentraciones o del valor límite.

Para la conversión de unidades, el citado documento del INSHT, indica que la conversión de ppm a mg/m³, o la correspondiente expresión para la conversión inversa, debe hacerse de la siguiente manera:

VL [mg/m³] = VL [ppm]  PM / 24,04   (7) ó

VL [ppm] = VL [mg/m³] 24,04 / PM    (8)

Donde 24,04 : volumen molar TPN [L/mol]

TPN : temperatura y presión atmosférica normal (20°C, 101,3 kPa)

PM : peso molecular [g/mol]

Según esto, para comparar la exposición obtenida en el lugar de muestreo, en mg/m³, con el valor límite LEP, en ppm, hay una serie de opciones válidas.

Para comprender mejor las operaciones de conversión utilizaremos el ejemplo de un muestreo de un trabajador expuesto a alcohol isoamílico (PM = 88,15), en una instalación industrial situada en la provincia de Soria (1.050 m de altitud) un día en que las condiciones atmosféricas fueron de 89,3 kPa y de 33ºC. La muestra recogida en el lugar de trabajo fue de 10 m³ (calibración “in situ”) y el análisis de la muestra indicó 3500 μg de alcohol isoamílico.

-          Opción A. Convertir la concentración obtenida en mg/m³ a concentración en ppm, a partir del volumen molar, en las condiciones TP de muestreo (VM_TP), mediante la ecuación de estado:            P_TPVM_TP = RT_TP  

En donde R = 8,314472 [L . kPa / K . mol]

VM_TP = RT_TP / P_TP = 8,314472 x 306 / 89,3 = 28,49 [L / mol]

Y luego ED_TP [ppm] = ED_TP [mg/ m³] VM_TP / PM 

ED_TP [mg/m³] = 3500 / 10 = 350 mg/m³

ED_TP [ppm] = ED_TP [mg/m³] VM_TP / PM = 350 x 28,49 / 88,15 = 113 [ppm]

Este ED_TP [ppm] ya se puede comparar con el valor límite en ppm, teniendo en cuenta que éste no varía con las condiciones atmosféricas. Es decir, con VLA-ED = 100 ppm (Índice de exposición = 1,13).

-          Opción B. Convertir el valor límite en ppm a valor límite en mg/m³ en condiciones TP mediante

VL_TP [mg/m³] = VL [ppm] PM / VM_TP

VL_TP [mg/m³] = VL [ppm] PM / VM_TP = 100 x 88,15 / 28,49 = 309 [mg/m³]

Y luego comparar la concentración obtenida en mg/m³, es decir 350 mg/m³, con este valor límite, VL_TP [mg/m³] (Índice de exposición = 1,13).

-          Opción C. Ajustar el volumen muestreado en condiciones TP (V_TP) a volumen en condiciones normales (V_TPN) mediante la ley de los gases ideales:

V_TPN = V_TP (P_TP.T_TPN / P_TPN.T_TP) 

V_TPN = V_TP (P_TP.T_TPN / P_TPN.T_TP) = 10 (89,3 x 293 / 101,3 x 306) = 8,44 L

Así se puede obtener la concentración en mg/m³ en condiciones TPN, dividiendo el resultado informado por el laboratorio [μg], ya que no varía con las condiciones atmosféricas, por este volumen. Es decir, ED_TPN = 3500 / 8,44 = 415 mg/m³. Este valor se comparará con el valor límite en [mg/m³] en condiciones normales (20ºC y 101,3 kPa), VLA-ED = 366 mg/m³ (Índice de exposición = 1,13).

Cualquiera de las tres opciones obtiene un índice de exposición idéntico y superior a la unidad.

Ahora bien, la opción que no es válida, salvo que el criterio de evaluación aplicado sea un TLV, es aplicar lo que se indica en la guía de aplicación de los TLV, pues se ha indicado que los TLV, en lo que respecta a gases y vapores, no mantienen el mismo enfoque. En el mismo ejemplo anterior se pueden apreciar las erróneas y contradictorias conclusiones a que nos puede llevar la inadecuada aplicación de las indicaciones que figuran en esa guía de TLV a un LEP. Siguiendo los pasos indicados en dicha guía:

1) “determina la concentración de la exposición, expresada en términos de masa por volumen, en el lugar de muestreo, utilizando el volumen de muestreo sin ajustar a las condiciones TPN”.

ED = 3500 / 10 = 350 [mg/m³]

2) “si fuera necesario, convierte el TLV® a mg/m3 (u otra unidad de masa por volumen) utilizando un volumen molar de 24,4 L/mol”. En caso de un LEP, de acuerdo con la expresión (2), el volumen molar es 24,04 [L/mol] .

VL [mg/m³] = VL [ppm]  PM / 24,04 = 100 x 88,15 / 24,04 = 366 [mg/m³]

3) “compara la concentración de la exposición con el TLV®, ambos en unidades de masa por volumen”. Es decir ED = 350 [mg/m³] con VLA-ED = 366 [mg/m³] (Índice de exposición = 0,96).

Se podría haber dado erróneamente por buena (I < 1) una situación que, como hemos visto anteriormente, no lo es (I > 1).

Resultado en ppm   

Una situación totalmente diferente se plantea cuando el resultado se obtiene en ppm, bajo este primer criterio. Se ha dicho que el laboratorio siempre entrega los resultados de los muestreos en μg, pero podrían haberse realizado mediciones de lectura directa de gases o vapores, por ejemplo, con tubitos colorimétricos, el resultado se habría obtenido en ppm. En este caso, en virtud del enfoque LEP, concentración independiente de las condiciones atmosféricas, se puede comparar directamente el resultado obtenido con el valor límite en ppm del gas o vapor medido.

En definitiva, la aparente dificultad que plantea la evaluación de gases y vapores en condiciones atmosféricas extremas o importantes a las “normales”, para las que se han establecido los valores límite, se resume en dos reglas muy sencillas:

“Los TLV de gases y vapores, expresados en mg/m³, no admiten ajustes a condiciones de temperatura y presión diferentes a las condiciones “normales” de 25ºC y 760 mm Hg”.

“Los LEP de gases y vapores, expresados en ppm, no admiten ajustes a condiciones de temperatura y presión diferentes a las condiciones “normales” de 20ºC y 101,3kPa”.  

                                                                                                                                       Continuará .........

Influencia de la altitud y temperatura en las evaluaciones higiénicas (I)

Hoy hablaremos sobre algo que si te lo cuentan no te lo vas a creer y si te lo explican es difícil de entender; acerca de la influencia de las condiciones ambientales, de temperatura y presión atmosférica o altitud, sobre las concentraciones ambientales de los agentes químicos. Más concretamente su influencia sobre las concentraciones ambientales de los agentes químicos en forma molecular, gases o vapores, expresadas en mg/m³.

A la hora de definir las condiciones de uso de los valores límites de los agentes en forma molecular, existen dos criterios diferentes: 1) el que mantiene que la concentración límite, expresada en ppm, no varía con los cambios de las condiciones ambientales, que llamaremos primero, y 2) el que sostiene que la dosis límite, expresada en mg, no varía con los cambios de dichas condiciones, que llamaremos segundo. Este último criterio es algo críptico ya que en las listas de valores límites (TLV, PEL o REL), el límite no se presenta en forma de dosis sino de concentración, es decir, igual que el primer criterio.

Es decir en las listas en lugar de figurar la dosis límite en mg, se supone siempre una ventilación pulmonar teórica de 10 m³, lo que se muestra es el valor límite (VL) equivalente en mg/m³, conforme a la expresión:

Dosis límite [mg] =  VL [mg/m³] x ventilación pulmonar teórica [m³] (1)

Como veremos más adelante los dos criterios son antagónicos. Aceptar que la concentración límite, expresada en ppm, no varía con los cambios de las condiciones ambientales supone rechazar que la dosis límite, expresada en mg, varía con los cambios de dichas condiciones. Recíprocamente aceptar el segundo criterio supone rechazar el primero.

A efectos prácticos, esto tiene dos importantes consecuencias, como casi todas las listas de valores límites (TLV de ACGIH de USA, MAK de AGS de Alemania, VEMP del IRSST de Canadá, OES del NOHSC de Australia o LEP del INSHT de España) dan reglas sobre los ajustes que deben hacerse a los valores límites en caso de que las condiciones de temperatura y presión (TP) sean significativamente diferentes a las condiciones de temperatura y presión “normales” (TPN), no deberían utilizarse las reglas que aplican a una lista para hacer ajustes en un valor límite de otra lista distinta, por ejemplo, no deben utilizarse reglas de ajuste de un LEP para ajustar un TLV a condiciones TP. Nos estamos refiriendo siempre a agentes químicos que se presentan en forma molecular, gas o vapor. Y, en consecuencia, cuando se utilizan valores límites, es importante saber a qué tipo de criterio corresponden dichos valores.

En la tabla 1, a modo de ejemplo, se muestran algunos de los valores límites más representativos. No se traen a colación por nada relacionado con el monóxido de carbono sino para mostrar su denominación y organismos que los publican. 

Otro aspecto importante es comprender el sentido que tiene uno u otro criterio. Mantener la dosis límite y en consecuencia, de acuerdo con la expresión (1), el valor límite, expresado en mg/m³, constante frente a los cambios de temperatura y presión, segundo criterio, significa que, por ejemplo, el valor límite para un gas o vapor determinado sería el mismo, misma dosis límite, para un minero que para un operario industrial de una instalación ubicada en un lugar a más de 1.000 m de altitud, cuando la física nos dice que a igualdad de temperatura, el volumen real de aire inspirado es sensiblemente mayor en el lugar alto y menor en el lugar profundo. Y similares variaciones se producen con los cambios significativos de temperatura. Esto puede ser aceptable desde un punto de vista toxicológico aunque choque con los conceptos físicos.

Para este mismo ejemplo, mantener el valor límite invariable, primer criterio, con los cambios de las condiciones de temperatura y altitud o presión atmosférica significa que aceptaríamos una dosis límite diferente para el minero, más baja, que para el operario industrial, más alta. La idea de mantener constante la concentración expresada en ppm nos convence desde un punto de vista físico porque al tratarse de una relación de dos volúmenes, volumen de gas o vapor entre volumen de aire, como los cambios afectan a los dos términos de la misma manera, la relación se mantiene constante pero no dejará de chocarnos desde un punto de vista toxicológico aceptar diferentes dosis límite según las circunstancias de exposición.

Obviamente, ambos criterios pueden llevar a conclusiones contrarias sobre el cumplimiento de un valor límite para una misma situación de exposición y, a título de ejemplo, el primer criterio, invariabilidad de las concentraciones expresadas en ppm, lo mantienen los LEP del INSHT de España, los VL de Bélgica, los VEMP del IRSST de Canadá o los ES del NOHSC de Australia y el segundo criterio, invariabilidad de la dosis, lo siguen los TLV de ACGIH, los PEL de OSHA EEUU o los REL de NIOSH.  

No es obvio ni sencillo averiguar a qué criterio pertenece una determinada lista de valores límite, toda vez que normalmente las listas no ofrecen unas indicaciones de uso suficientes sobre esta cuestión. Para fijar el segundo criterio nos ha sido de mucha utilidad el trabajo de Stephenson y Lillquist, “The effects of temperature and pressure on airborne exposureconcentrations when performing using ACGIH compliance evaluations using ACGIH TLVs and OSHA PELs”. Applied occupational and Environmental Hygiene. Volume 16(4) 482-486, 2001. Asimismo, para fijar el primer criterio, hemos encontrado muy esclarecedor el anexo A del trabajo de Yves Cloutier y Louis Lazure, “Mémentosur l’utilisation des pompes et des débitmètres”. Rapport 352. IRSST, 2003.

Criterio segundo   

Lo esencial para manejar valores límites que responden al segundo criterio es tener claro que la concentración del gas o vapor obtenida, expresada en mg/m³, siempre que la bomba de muestreo se haya calibrado “in situ”, se puede comparar directamente con el valor límite, en mg/m³, sean cuales sean las condiciones TP.

Como demostración de que esto es así, puesto que los TLVs siguen el segundo criterio, en el sitio de ACGIH bajo “TLV®/BEI® GUIDELINES -> TLV® Chemical Substances Introduction -> Application of TLVs® to Unusual Ambient Conditions” se indica:

 “Para gases y vapores, hay un número de opciones para comparar los resultados del muestreo con el TLV, y estos son discutidos con detalle por Stephenson y Lillquist (2001). Un método que es sencillo en su enfoque conceptual es 1) determina la concentración de la exposición, expresada en términos de masa por volumen, en el lugar de muestreo, utilizando el volumen de muestreo sin ajustar a las condiciones TPN, 2) si fuera necesario, convierte el TLV® a mg/m3 (u otra unidad de masa por volumen) utilizando un volumen molar de 24,4 L/mol, y 3) compara la concentración de la exposición con el TLV®, ambos en unidades de masa por volumen.”

Cuando se indica que el volumen de muestreo no debe ajustarse a las condiciones TPN, debe entenderse que la concentración se obtiene a partir del volumen real muestreado en el puesto evaluado y, por consiguiente, o bien la bomba de muestreo se ha calibrado “in situ” o, si se ha hecho en otro lugar en que las condiciones TP sean diferentes a las del lugar de muestreo, se ha de corregir el caudal a dichas condiciones TP del lugar de muestreo.

Para la conversión de unidades, la documentación de los TLV, indica que la conversión de ppm a mg/m³, o de mg/m³ a ppm, en condiciones TPN (25ºC y 760 mm Hg) debe hacerse de la siguiente manera:

TLV [mg/m³] = TLV [ppm]  PM / 24,45   (2) ó

TLV [ppm] = TLV [mg/m³] 24,45 / PM    (3)

En donde 24,45 es el volumen molar en condiciones TPN (en USA  25ºC y 760 mm Hg).

Resultado en ppm   

Sin embargo, bajo este segundo criterio, si la concentración o exposición diaria se ha obtenido en ppm, en condiciones TP significativamente diferentes a las condiciones normales, por ejemplo se ha medido con un instrumento de lectura directa o con tubitos colorimétricos, se debe hacer la siguiente conversión a mg/m³:

            ED_TP [mg/m³] = ED_TP [ppm] PM / VM_TP (4)

En donde        PM : peso molecular [g/mol]

VM _TP : volumen molar TP [L/mol]

Para obtener VM _TP, mediante la ecuación de estado:        P_TPVM_TP = RT_TP  (5)

En donde R = 62,36367 [L . mmHg / K . mol]

VM_TP = RT_TP / P_TP [L / mol]

En donde        P_TP : presión atmosférica en el lugar de muestreo (mm de Hg)

T_TP : temperatura en el lugar de muestreo (K)

Una vez que la concentración se encuentra en mg/m³, en virtud de la invariabilidad del valor límite (dosis límite) con las condiciones ambientales, ya se puede comparar el valor obtenido en (4) con el valor límite en mg/m³. Esto parece lo más sencillo, una alternativa sería ajustar el TLV de la lista en ppm, lo denominaremos aquí  TLV_TPN, a las condiciones TP  mediante la ley de los gases ideales:

TLV_TP [ppm] = TLV_TPN (P_TPN.T_TP / P_TP.T_TPN) [ppm]  (6)

Y ahora ya se puede comparar la concentración obtenida en ppm, ED_TP, con el TLV_TP en ppm. Es decir, en (4) simplemente se ha hecho una conversión de unidades en condiciones TP y en (6) un ajuste de TLV a condiciones TP, esta última alternativa evidencia la variabilidad de las concentraciones o TLV de gases y vapores, expresados en ppm, con los cambios de las condiciones atmosféricas. 

                                                                                                                                    Continuará ............