¿Qué conceptos de seguridad (p. ej., inertización, alivio de presión) representan el estado de la técnica para la protección contra explosiones de polvo?
El estado de la técnica no es un paquete fijo de las mismas medidas de siempre. Consiste en un concepto global basado en el riesgo que tiene en cuenta los datos reales de las sustancias, los aparatos, las tuberías, las condiciones de instalación y los estados de operación. La estrategia de protección sigue un orden claro: evitar o limitar la atmósfera explosiva, evitar fuentes de ignición eficaces y, si esto no se logra con suficiente seguridad, limitar de forma constructiva las consecuencias de una posible explosión.
Los datos característicos más importantes son, entre otros, el KSt, la presión máxima de explosión pmax, la energía mínima de ignición, las temperaturas mínimas de ignición de la nube de polvo y de la capa de polvo, el tamaño de grano, la humedad, la conductividad eléctrica y, en su caso, los datos de las mezclas híbridas de vapor y polvo. Sin estos datos no es posible una selección sólida de la inertización, el alivio de presión, la supresión o el desacoplamiento.
Medidas preventivas
La inertización es una medida preventiva importante para aparatos cerrados como reactores, mezcladores, secadores, molinos o instalaciones de transporte. El nitrógeno, el dióxido de carbono u otros gases adecuados reducen el contenido de oxígeno por debajo de una concentración límite de oxígeno determinada para el sistema concreto de polvo y gas inerte. Para ello se requieren un aparato suficientemente estanco, un suministro adecuado de gas inerte, una medición de oxígeno representativa, márgenes de seguridad, valores límite de alarma y enclavamientos. El gas debe adecuarse al producto, la temperatura, la química y la protección laboral. En polvos metálicos reactivos o productos oxidantes, la idoneidad debe comprobarse con especial cuidado.
La limitación de la concentración por debajo del límite inferior de explosividad solo es adecuada de forma limitada como medida única en el caso de los polvos. La TRGS 722 señala que una concentración media de polvo en una instalación puede tener escasa validez informativa: debido a la distribución no homogénea del polvo, pueden formarse localmente zonas explosivas a pesar de todo. Por ello, la limitación de la concentración de polvo solo puede emplearse como medida de protección cuando se supervisa de forma fiable y se cumple en todos los estados de operación relevantes.
Para evitar acumulaciones de polvo se requieren transferencias cerradas, aparatos estancos, una aspiración eficaz, tecnología de filtrado, superficies lisas y fáciles de limpiar, así como planes documentados de limpieza y control. Las acumulaciones de polvo pueden favorecer explosiones secundarias al resuspenderse. Sin embargo, un valor límite general para los espesores de capa admisibles no es suficiente; la evaluación debe tener en cuenta las propiedades del polvo, la superficie, la posible resuspensión y las fuentes de ignición.
Controlar las fuentes de ignición
Cuando no puede excluirse con seguridad una atmósfera explosiva, deben evitarse sistemáticamente las posibles fuentes de ignición. Entre ellas se encuentran las superficies calientes, la fricción, las chispas de origen mecánico, los accionamientos bloqueados, los cuerpos extraños, el sobrecalentamiento de cojinetes y juntas, los equipos eléctricos, las descargas electrostáticas y los focos de combustión latente.
Son estado de la técnica los equipos eléctricos y no eléctricos adecuados a la zona, la limitación de las temperaturas superficiales admisibles, el monitoreo de temperatura de los puntos críticos de cojinetes y juntas, combinaciones de materiales adecuadas, separadores de cuerpos extraños, puesta a tierra, compensación de potencial y mantenimiento preventivo. Los sistemas de detección y extinción de chispas pueden ser convenientes o necesarios en tramos de transporte y aspiración cuando se hayan identificado partículas calientes o chispas como fuente de ignición relevante. Sin embargo, no son una obligación general para toda instalación que maneje polvo.
Protección constructiva
Si una explosión no puede evitarse con suficiente seguridad, las medidas constructivas de protección limitan sus consecuencias. La TRGS 724 menciona la construcción resistente a explosión, el alivio de presión de explosión, la supresión de explosiones y el desacoplamiento técnico contra explosiones como medidas centrales.
El alivio de presión emplea, por ejemplo, discos de ruptura o compuertas de explosión. Se abren a una presión de disparo definida y limitan la presión interior a una presión de explosión reducida admisible para el recipiente. El diseño tiene en cuenta el KSt, la pmax, el volumen del recipiente, la geometría, la presión de apertura, la superficie de alivio, los posibles conductos de alivio, así como los efectos de presión y llama fuera del aparato. La norma EN 14491 trata la selección y el diseño de sistemas de alivio de presión de explosión para explosiones de polvo; la EN 14797 trata los requisitos de los propios dispositivos de alivio.
Un alivio de presión debe conducir a una zona segura. En instalaciones interiores, los sistemas de alivio sin llama pueden ser una opción, siempre que sean adecuados para el proceso. Retienen las llamas, pero siguen requiriendo una evaluación de la onda de presión, el calor, la generación de ruido, las posibles emisiones de producto y el entorno seguro. Por ello, el alivio sin llama no es una solución estándar adecuada de forma general para toda instalación interior.
La supresión de explosiones es un sistema de protección activo. Detectores rápidos de presión o de llama detectan el inicio de la explosión; se introduce un agente extintor de modo que el aumento de presión se limite a un valor admisible. El tiempo de reacción, la cantidad y el tipo de agente extintor necesarios, así como el diseño del control, deben adaptarse a la sustancia, el recipiente y el proceso. El procedimiento resulta especialmente útil cuando no es posible el alivio hacia el exterior o cuando la liberación de llamas y producto no es aceptable.
Los aparatos resistentes a la presión de explosión y al choque de presión de explosión se diseñan de modo que soporten una explosión interna sin un fallo peligroso. Si es necesario un diseño para la presión máxima de explosión o para una presión de explosión reducida se deriva del concepto de protección. El alivio de presión y la supresión pueden limitar la solicitación, pero no sustituyen la resistencia necesaria del recipiente protegido.
El desacoplamiento técnico contra explosiones evita la propagación de llamas, presión y partículas en combustión a través de tuberías y vías de transporte. Las soluciones adecuadas son, por ejemplo, válvulas antirretorno, compuertas de cierre rápido, barreras de agente extintor, válvulas de protección contra explosiones o válvulas rotativas celulares cualificadas para este fin. El desacoplamiento debe tener en cuenta las interfaces entre mezclador, filtro, silo, secador, transportador y envasado. Su idoneidad depende, entre otros factores, de la geometría de la tubería, la clase de polvo, el caudal, el sentido del flujo, la presión y la situación de montaje.
Organización y justificación
Forman parte del estado de la técnica un documento de protección contra explosiones actualizado, planos de zonas, datos de sustancias, instrucciones de operación, planes de limpieza y mantenimiento, comprobaciones periódicas de los sistemas de protección, formaciones y autorizaciones reguladas para trabajos en caliente. El documento de protección contra explosiones debe representar de forma comprensible la estrategia técnica y organizativa global.
La seguridad frente a explosiones debe comprobarse antes de la primera puesta en marcha y tras modificaciones sujetas a verificación. En este proceso no solo se evalúan componentes individuales, sino también la interacción entre aparatos, sistemas de protección, control, inertización, desacoplamiento y medidas organizativas.
Así apoya amixon® una protección contra explosiones de polvo actual
Ejecución del aparato conforme a la zona 20
En polvos con riesgo de explosión, el interior de mezcladores, secadores, reactores o granuladores suele evaluarse como zona 20. La zona 20 designa un área en la que una atmósfera de polvo explosiva está presente de forma permanente, durante largos periodos o con frecuencia. La clasificación de zonas de toda la instalación la realiza el titular sobre la base de la evaluación de riesgos y abarca también la dosificación, el llenado, la descarga, los filtros, los tramos de transporte, los silos, el envasado y la sala de instalación.
amixon® puede ejecutar mezcladores, granuladores, secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores para aplicaciones con un espacio de producto clasificado como zona 20. Esto afecta —según la serie, el tamaño constructivo y la configuración del proyecto— a mezcladores de un solo eje, mezcladores verticales y cónicos, mezcladores de contenedores, mezcladores continuos, así como secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores de las series VMT y AMT. Para un espacio de producto de zona 20 se requiere, en principio, un nivel de protección muy alto, que en la categorización ATEX clásica suele corresponder a la categoría 1D. La ejecución concreta, incluidas las temperaturas superficiales máximas, los componentes eléctricos y no eléctricos, las juntas, la sensórica y la documentación, se deriva de los datos de las sustancias y las condiciones de proceso.
La Directiva de producto ATEX 2014/34/UE afecta a los equipos y sistemas de protección para atmósferas potencialmente explosivas. La Directiva de operación ATEX 1999/92/CE obliga al titular a realizar la evaluación de riesgos, la clasificación de zonas y el documento de protección contra explosiones. amixon® puede proporcionar la documentación para la ejecución del aparato suministrado; la evaluación de toda la instalación y la selección del concepto de protección global siguen siendo tareas del titular.
Fuentes de ignición y salidas de polvo
La limitación de las fuentes de ignición es una parte central de la protección contra explosiones. Muchos mezcladores verticales amixon® pueden operarse con velocidades periféricas bajas. Para las series VM y HM, amixon® indica un rango de aproximadamente 0,8 a 3,5 m/s. Las velocidades bajas de la herramienta pueden limitar la energía de fricción, impacto y abrasión, y reducir la solicitación de las partículas. Sin embargo, no constituyen por sí solas una prueba de que no pueda generarse una fuente de ignición eficaz. Además deben evaluarse los cojinetes, las juntas, los ejes, los contactos entre herramienta y pared, los cuerpos extraños, los bloqueos, las temperaturas superficiales, las cargas electrostáticas y los componentes eléctricos.
Las funciones de seguridad adecuadas pueden incluir el monitoreo de temperatura y de par, la velocidad de giro controlada, combinaciones de materiales adecuadas, la separación de cuerpos extraños, la puesta a tierra, la compensación de potencial y el mantenimiento preventivo. Para capas de polvo, la TRGS 723 indica, en principio, una distancia de seguridad de 75 °C entre la temperatura mínima de ignición de la capa de polvo y la temperatura superficial, siempre que la evaluación de riesgos no permita otra determinación.
Las zonas de producto con pocas juntas y superficies rectificadas, así como las juntas adecuadas, pueden reducir las salidas de polvo. Según indica amixon®, las puertas de inspección Clever-Cut® con junta OmgaSeal® están diseñadas para un sellado del espacio de producto con pocos espacios muertos. Sin embargo, la estanqueidad real depende del material de la junta, las diferencias de presión, el desgaste, el montaje, el mantenimiento y la conducción del proceso. Una ejecución estanca del aparato puede limitar las acumulaciones de polvo, pero no sustituye ni una aspiración eficaz ni un concepto de limpieza y mantenimiento basado en el riesgo.
Inertización y protección constructiva
La inertización puede emplearse como medida preventiva de protección contra explosiones. Los secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores de las series VMT y AMT pueden ejecutarse estancos al gas, al vacío y a la presión. Con un diseño adecuado, el espacio del proceso puede evacuarse y a continuación inundarse con un gas inerte adecuado. Mediante cambios de presión repetidos puede reducirse aún más el contenido de oxígeno.
Una inertización segura requiere una instalación suficientemente estanca, un suministro adecuado de gas inerte, una secuencia de purga adaptada al producto, una medición de oxígeno representativa, valores de alarma y desconexión, así como enclavamientos de seguridad. El valor de oxígeno admisible debe situarse, con margen de seguridad, por debajo de la concentración límite de oxígeno determinada para el sistema concreto de polvo y gas inerte. Los valores de consigna generales de oxígeno no son fiables. Además, la inertización no protege automáticamente frente a la autoignición, la descomposición térmica, las reacciones exotérmicas o los incendios en acumulaciones de polvo.
La resistencia a la presión y al vacío por sí sola no equivale a un diseño resistente a la presión de explosión o al choque de presión de explosión. Si un aparato debe soportar una determinada solicitación de presión en caso de explosión, esto debe especificarse expresamente y diseñarse sobre la base del KSt, la pmax, la energía mínima de ignición, las temperaturas de ignición, la humedad, el tamaño de grano y las posibles mezclas híbridas.
Si una explosión no puede evitarse con suficiente seguridad, se emplean medidas constructivas como el alivio de presión, el alivio sin llama, la supresión de explosiones, la construcción resistente a la presión de explosión o al choque de presión de explosión, y el desacoplamiento técnico contra explosiones. El desacoplamiento es necesario en particular en las interfaces con filtros, silos, transportadores y otros aparatos, cuando las llamas o la presión pudieran propagarse a través de tuberías. La medida adecuada debe diseñarse para el conjunto de instalación concreto, los datos característicos del polvo, la geometría de la tubería, el caudal y el lugar de instalación.
Diseño mediante ensayos
El diseño comienza con los datos de seguridad de las sustancias y la especificación de requisitos de usuario del titular. Los ensayos con producto original pueden estudiar además las propiedades desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, por ejemplo la calidad de mezcla, el calentamiento del producto, la abrasión de partículas, la distribución de líquido, las adherencias, el vaciado y la limpiabilidad. Estos ensayos apoyan la elección de la ejecución del aparato y los parámetros de operación, pero no sustituyen un ensayo de polvo conforme a normas ni una evaluación de la protección contra explosiones de toda la instalación.
amixon® indica que opera en su sede de Paderborn más de 30 instalaciones de ensayo y mantiene además centros de ensayo en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y Estados Unidos. Los resultados pueden emplearse para el diseño del tipo de mezclador, las herramientas, las juntas, el concepto de dosificación, la transmisión de calor y la conducción del proceso.