Para los mezcladores que procesan polvos orgánicos u otros polvos combustibles, un diseño conforme a ATEX es siempre el resultado de una evaluación específica de la sustancia, el proceso y la instalación. La denominación del producto por sí sola no es suficiente: lo determinante es la fracción de polvo fino real, la humedad, el tamaño de grano, los posibles vapores de disolvente o de aroma, la temperatura, la presión de proceso y los estados de funcionamiento, desde el arranque hasta la limpieza. Para mezcladores y plantas de mezclado, la norma VDI 2263 hoja 10 es una directriz de diseño fundamental; trata expresamente la protección contra incendios y explosiones para mezcladores con mezclas de polvo, gas, vapor e híbridas.

Concepto de zonas y datos de la sustancia

La clasificación de zonas forma parte del documento de protección contra explosiones del operador. La zona 20 se da cuando en el interior de un mezclador, un filtro, un silo o un conducto de transporte hay una atmósfera de polvo explosiva de forma permanente, durante largos periodos o con frecuencia. La zona 21 afecta a las zonas en las que dicha atmósfera puede aparecer ocasionalmente en el funcionamiento normal, por ejemplo en los puntos de llenado, descarga o toma de muestras. La zona 22 describe las zonas en las que aparece solo rara vez y de forma breve. La delimitación concreta se deriva de la liberación de polvo, la estanqueidad, la aspiración, la limpieza y la situación del entorno.

Para la zona 20 se requiere, por principio, un nivel de protección muy alto; en la categorización ATEX clásica, esto corresponde habitualmente a la categoría 1D. Para la zona 21 son admisibles la categoría 1D o 2D, y para la zona 22, la categoría 1D, 2D o 3D. Esta asignación abarca componentes eléctricos y no eléctricos: los motores, sensores, actuadores, ejes, rodamientos, juntas, herramientas de mezclado, compuertas y equipos de transporte deben considerarse conjuntamente. El procedimiento de evaluación de la conformidad adecuado y la necesidad de un examen UE de tipo se rigen por la categoría de equipo, el grupo de equipo, el tipo de equipo y el procedimiento de evaluación de la conformidad ATEX aplicable; por ello, un examen de tipo no es necesario de forma genérica para todo equipo de la categoría 1D o 2D.

Antes del diseño detallado se requieren datos de seguridad de la sustancia representativos. Entre ellos se cuentan, como mínimo, KSt, la presión máxima de explosión pmax, la energía mínima de ignición, la temperatura mínima de ignición de la nube de polvo, la temperatura mínima de ignición de la capa de polvo, la distribución del tamaño de grano, la humedad y la conductividad eléctrica. En caso de adición de líquidos volátiles o disolventes, las mezclas híbridas de vapor y polvo deben evaluarse por separado, ya que el comportamiento de ignición y explosión puede variar respecto al polvo puro. Los rangos genéricos de energía mínima de ignición para «polvos de detergente» u otros grupos de producto no son suficientemente fiables y no deberían emplearse como base de diseño.

Evitar las fuentes de ignición

La evitación de fuentes de ignición eficaces es un nivel de protección central. La norma EN 1127-1 considera diversos tipos de fuentes de ignición, entre ellas las superficies calientes, las llamas y los gases calientes, las chispas de origen mecánico, los equipos eléctricos, las corrientes vagabundas, la electricidad estática, el rayo, la radiación electromagnética y las reacciones exotérmicas. Las normas EN ISO 80079-36 y -37 son relevantes para la evaluación de los equipos no eléctricos y sus posibles fuentes de ignición.

Las holguras mecánicas, las combinaciones de materiales, los posibles puntos de contacto y los cuerpos extraños deben diseñarse de modo que, en el funcionamiento normal y ante las averías que deban considerarse, no se produzcan chispas peligrosas de fricción, impacto o rozamiento. No existe una velocidad máxima de validez general, como «menos de 1 m/s», para las herramientas de mezclado en zona 20. La velocidad periférica admisible depende de la geometría, los materiales, el tamaño de grano, la posible entrada de cuerpos extraños, la probabilidad de contacto, la temperatura, la tarea de mezclado y otras medidas de protección. Debe justificarse en el marco de la evaluación del riesgo de ignición.

Los rodamientos y las juntas son puntos críticos. Son posibles los rodamientos externos, una separación eficaz entre el espacio de producto y el espacio de accionamiento, sistemas de estanqueidad de eje adecuados, la supervisión de temperatura y la supervisión del estado. Las medidas deben adaptarse al polvo, la velocidad de giro, la presión, la temperatura y el procedimiento de limpieza previsto. Para las capas de polvo, la TRGS 723 indica por principio un margen de seguridad de 75 °C entre la temperatura mínima de ignición de la capa de polvo y la temperatura superficial, salvo que la evaluación de riesgos permita otra determinación.

La carga electrostática puede constituir una fuente de ignición, en particular en polvos secos, finos y poco conductores. Son necesarios un concepto continuo de puesta a tierra y compensación de potencial, la evaluación de los componentes conductores y aislantes, mangueras adecuadas, medios filtrantes, conexiones flexibles, envases y equipos de protección personal. La TRGS 727 describe los requisitos para evitar los riesgos de ignición electrostática. Una resistencia de puesta a tierra genérica de 10⁶ Ω no es aplicable a todos los componentes de la instalación y casos de aplicación. Para los FIBC del tipo C, la TRGS 727 indica, por ejemplo, una resistencia de fuga inferior a 10⁷ Ω hacia el punto de puesta a tierra; los FIBC del tipo D no requieren puesta a tierra, pero solo pueden emplearse si se demuestra que no se producen cargas peligrosas.

Los equipos eléctricos deben ser adecuados para la zona asignada, la atmósfera de polvo y la temperatura superficial admisible. En los equipos eléctricos protegidos contra el polvo, un grado de protección estanco al polvo como IP6X suele ser relevante; sin embargo, el grado de protección y el marcado necesarios se derivan del principio de protección elegido y de la homologación concreta del equipo. La seguridad intrínseca puede ser adecuada para determinados circuitos de medición y control, pero no es un requisito universal para todos los sensores del mezclador.

Concepto de protección e inertización

Un concepto de protección sigue un orden de prioridad. En primer lugar se examina si puede evitarse o limitarse una atmósfera explosiva peligrosa, por ejemplo mediante una conducción de proceso cerrada, la limitación de las liberaciones de polvo o la inertización. A continuación se evitan las fuentes de ignición eficaces. Si ambos objetivos no pueden alcanzarse de forma fiable, se añaden medidas constructivas para limitar las consecuencias de una explosión.

En la inertización, el oxígeno se reduce mediante un gas adecuado, a menudo nitrógeno, hasta un punto en que el contenido de oxígeno se sitúa por debajo de la concentración límite de oxígeno determinada de forma específica para la sustancia y el proceso. No es admisible un valor objetivo genérico de menos del 8 % en volumen de oxígeno; la concentración de servicio admisible debe derivarse de la concentración límite de oxígeno, la incertidumbre de medición, las hipótesis de fuga, las variaciones de proceso y un margen de seguridad definido. La inertización requiere una instalación suficientemente estanca a los gases, un suministro de gas inerte adecuado, medición de oxígeno, valores de alarma y desconexión definidos, así como enclavamientos orientados a la seguridad.

En las formulaciones con agentes oxidantes, como el percarbonato de sodio, la inertización debe evaluarse con especial cuidado. El percarbonato de sodio puede liberar oxígeno al descomponerse e intensificar los incendios. Por ello, una reducción de oxígeno mediante nitrógeno no sustituye ni el control de temperatura ni la evaluación de la descomposición térmica, las posibles contaminaciones o las reacciones exotérmicas.

Las medidas de protección constructivas pueden incluir aparatos resistentes a la presión de explosión o al choque de presión de explosión, alivio de presión, alivio de presión sin llama, supresión de explosiones y el desacoplamiento de las partes de la instalación conectadas. La norma EN 14460 trata los equipos resistentes a explosiones; la EN 14491 trata el alivio de la presión de explosión, y la EN 14373 trata el diseño, la aplicación, la comprobación de eficacia, el funcionamiento y el mantenimiento de los sistemas de supresión de explosiones. Estos sistemas están destinados a envolventes cerradas o esencialmente cerradas y no se aplican a sustancias inestables, explosivas, pirotécnicas o pirofóricas.

El desacoplamiento es especialmente importante para que las explosiones no se transmitan, a través de las tuberías, a filtros, silos, instalaciones de dosificación y de envasado. Las soluciones adecuadas pueden ser válvulas antirretorno comprobadas desde el punto de vista de la protección contra explosiones, compuertas de cierre rápido, barreras de agente extintor, válvulas de protección contra explosiones o válvulas rotativas adecuadas para esta función. Cada dispositivo de desacoplamiento debe ser adecuado para la clase de explosión de polvo, la tubería, la dirección del proceso, las relaciones de presión y la situación de montaje.

Documentación y comprobación

El diseño debe documentarse de forma trazable en una evaluación de riesgos del fabricante, así como en el documento de protección contra explosiones del operador. Comprende los datos de la sustancia, las zonas, la evaluación del riesgo de ignición, las categorías de equipo, el concepto de protección, las interfaces, los límites de servicio, el mantenimiento, la limpieza, las comprobaciones y el tratamiento del arranque, la parada, los cambios de formulación y las averías.

Antes de la puesta en servicio y de forma periódica son necesarias comprobaciones conforme a la normativa vigente en el lugar de instalación. En Alemania deben respetarse, en particular, las disposiciones del Reglamento de Sustancias Peligrosas y del Reglamento de Seguridad en el Trabajo. Un estudio HAZOP estructurado u otro estudio de seguridad comparable puede ser muy útil en instalaciones de mezclado complejas, pero no constituye una obligación legal genérica para toda instalación.