¿Qué funciones de seguridad son obligatorias al manipular polvos con riesgo de explosión?
Al manipular polvos combustibles no es obligatorio un catálogo uniforme de funciones individuales para cada instalación. Lo que es obligatorio es un concepto de protección contra explosiones documentado y basado en el riesgo. Debe tener en cuenta la receta concreta, los datos de las sustancias, la clasificación de zonas, la conducción del proceso, las fuentes de ignición, el lugar de instalación y todo el conjunto de la instalación. Las medidas de protección se derivan de la evaluación de riesgos y del documento de protección contra explosiones.
En Alemania, las TRGS 720 a 724 concretan el procedimiento: evitar o limitar la atmósfera explosiva peligrosa, evitar fuentes de ignición eficaces y, si es necesario, limitar las consecuencias de una explosión mediante medidas constructivas.
Evitar el peligro
Una conducción del proceso cerrada y, en la medida de lo posible, estanca al polvo, una aspiración adecuada, la filtración y una limpieza basada en el riesgo son medidas básicas. Deben impedir que se formen nubes de polvo peligrosas o acumulaciones de polvo de gran superficie. Un valor límite general como «a partir de 1 mm de capa de polvo es crítico» no tiene fundamento técnico. Incluso capas finas pueden acumularse en grandes superficies y, al resuspenderse, posibilitar una explosión secundaria; por ello, las acumulaciones admisibles y los intervalos de limpieza deben derivarse de la evaluación de riesgos concreta.
La inertización es necesaria cuando se ha establecido como medida eficaz en el concepto de protección. Reduce el contenido de oxígeno mediante un gas inerte adecuado por debajo de una concentración límite de oxígeno específica del producto y del proceso. Para ello son necesarias una instalación estanca, una secuencia de inertización definida, la medición de oxígeno requerida, valores de alarma y desconexión, así como enclavamientos de seguridad. No todas las instalaciones con riesgo de explosión de polvo deben inertizarse; si esto es necesario depende de los datos de las sustancias, el proceso y las medidas de protección alternativas.
Mantener la concentración de polvos combustibles de forma permanente por debajo de un límite inferior de explosividad no suele ser, en la práctica de los procesos con polvo, un concepto de protección primario fiable. Las concentraciones de polvo son difíciles de registrar de forma continua y representativa; además, pueden producirse resuspensiones locales y acumulaciones. Por ello, se suele optar por una combinación de conducción de proceso cerrada, minimización del polvo, evitación de fuentes de ignición y, en su caso, protección constructiva.
Evitar fuentes de ignición
Si no puede excluirse con seguridad una atmósfera explosiva, deben evaluarse y controlarse todas las fuentes de ignición potenciales. Esto incluye equipos eléctricos y no eléctricos, superficies calientes, fricción, chispas mecánicas, accionamientos bloqueados, sobrecalentamiento de cojinetes y juntas, cuerpos extraños, descargas electrostáticas, llamas abiertas y trabajos en caliente.
Las funciones estrictamente necesarias se derivan del diseño. Las medidas típicas son cojinetes y juntas con monitoreo de temperatura, monitoreo de velocidad de giro o de par, limitación de las temperaturas superficiales, combinaciones de materiales adecuadas, separadores de cuerpos extraños, mantenimiento controlado, así como equipos ATEX adecuados para la zona establecida. La puesta a tierra y la compensación de potencial de todas las piezas conductoras relevantes son componentes centrales del concepto de protección. Los requisitos se aplican también a tuberías, filtros, mangueras flexibles, bidones, IBC, FIBC, estaciones de llenado y, en su caso, al personal operador.
Una resistencia de fuga general de como máximo 106 Ω no es correcta para todos los componentes ni para todos los casos de aplicación. Los requisitos para materiales con capacidad de fuga se rigen según el componente, el material y el caso de aplicación. Para los FIBC del tipo C, la TRGS 727 indica, por ejemplo, una resistencia de fuga inferior a 107 Ω hasta el punto de puesta a tierra. Los FIBC del tipo D no necesitan puesta a tierra, pero solo pueden emplearse si se cumplen los requisitos para el uso previsto.
Los sistemas de detección y extinción de chispas no son obligatorios de forma general. Pueden ser necesarios en tuberías de transporte neumático, tramos de aspiración, instalaciones de procesamiento de madera u otras aplicaciones cuando se hayan identificado partículas calientes o chispas como peligro relevante. Su necesidad, posición de montaje y función de seguridad deben derivarse de la evaluación de riesgos.
Limitar las consecuencias
Cuando la atmósfera explosiva y las fuentes de ignición no puedan evitarse con suficiente seguridad, deben emplearse medidas constructivas de protección. 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 destinadas a limitar las consecuencias de una explosión a un nivel admisible.
El alivio de presión puede realizarse mediante discos de ruptura adecuados, compuertas de alivio o sistemas sin llama. La supresión de explosiones requiere una detección muy rápida y un agente extintor adecuado. El desacoplamiento técnico contra explosiones evita que la presión y las llamas se propaguen, a través de tuberías, a filtros, silos, transportadores, secadores u otros aparatos. Pueden ser adecuadas las válvulas antirretorno, las compuertas de cierre rápido, las barreras de agente extintor, las válvulas de protección contra explosiones o las válvulas rotativas celulares verificadas para este fin.
La medida correcta depende de datos de sustancias como KSt, pmax, energía mínima de ignición y tamaño de grano, así como del volumen del aparato, la geometría de la tubería, el caudal, la instalación interior o exterior y el posible peligro para las personas. Un sistema de protección constructivo no protege automáticamente a todas las personas en cualquier entorno; especialmente en el alivio de presión deben tenerse en cuenta la dirección de descarga, la salida de llamas, la onda de presión, el producto liberado y las zonas seguras.
Organización y comprobación
Son obligatorios una evaluación de riesgos y un documento de protección contra explosiones siempre que pueda producirse una atmósfera explosiva peligrosa. El documento debe elaborarse antes de iniciar el trabajo, mantenerse actualizado y adaptarse ante modificaciones relevantes. Contiene, entre otros elementos, datos de sustancias, clasificación de zonas, medidas de protección, selección de equipos, comprobaciones, límites de operación y normas organizativas.
El personal necesita instrucciones de operación y formación sobre zonas Ex, liberación de polvo, puesta a tierra, limpieza, resolución de fallos, alarmas y medidas de emergencia. Para trabajos en caliente, esmerilado, soldadura o el uso de equipos no autorizados en zonas Ex deben aplicarse procedimientos de autorización.
La seguridad frente a explosiones debe comprobarse antes de la primera puesta en marcha y tras modificaciones sujetas a verificación. La comprobación abarca el documento de protección contra explosiones, las medidas técnicas de protección y las disposiciones organizativas, así como sus interacciones. Entre ellas se incluyen, entre otras, la ventilación, la detección de gases, la inertización, los equipos, los sistemas de protección y los dispositivos de seguridad, control y regulación.
Las funciones orientadas a la seguridad deben contar con un diseño basado en el riesgo. Si para ello se aplica el SIL según IEC 61511, el nivel de prestaciones (Performance Level) según EN ISO 13849 u otro procedimiento depende del tipo de control, la función de seguridad y el reglamento aplicado. Un determinado SIL o un determinado nivel de prestaciones no es obligatorio de forma general para todas las mediciones de O₂, los sistemas de supresión o los sistemas de extinción de chispas.
Así apoya amixon® la seguridad en polvos con riesgo de explosión
Diseño conforme a ATEX del espacio de producto
En polvos con riesgo de explosión, el interior de un mezclador, granulador, secador o reactor suele clasificarse 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 —incluidas la dosificación, la carga, la descarga, los filtros, los tramos de transporte, los silos y la zona de instalación— forma parte de la evaluación de riesgos y corresponde al titular.
amixon® puede ejecutar mezcladores, granuladores, secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores para aplicaciones con un espacio de producto clasificado como zona 20. Entre ellos se incluyen, según la serie y la configuración del proyecto, mezcladores de un solo eje, mezcladores verticales y cónicos, mezcladores de contenedores, mezcladores continuos, así como los secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores VMT y AMT. Para la zona 20 se requiere, en principio, un nivel de protección muy alto, que suele corresponder a una ejecución de categoría 1D. La configuración concreta del espacio del aparato, el accionamiento, la sensórica, las juntas, los límites de temperatura y la documentación se determinan de forma específica para cada proyecto.
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, la elaboración y el mantenimiento del documento de protección contra explosiones, así como la comprobación de la instalación. amixon® puede proporcionar la documentación del aparato suministrado; la evaluación y la autorización de toda la instalación siguen siendo tareas del titular.
Limitar las fuentes de ignición y las salidas de polvo
Las velocidades periféricas bajas pueden limitar la energía de fricción, impacto y abrasión en el producto mezclado. Para los mezcladores verticales VM y HM, amixon® indica un rango ajustable de velocidad periférica de aproximadamente 0,8 a 3,5 m/s. Esto puede reducir al mismo tiempo la solicitación de las partículas en materiales a granel sensibles. Sin embargo, una velocidad de giro baja no es, por sí sola, una prueba de que no se genere una fuente de ignición eficaz. Además deben evaluarse los cojinetes, las juntas, los ejes, los posibles contactos entre herramienta y pared, los cuerpos extraños, los bloqueos, las superficies calientes, la carga electrostática y los equipos eléctricos.
Las funciones de seguridad adecuadas pueden incluir el monitoreo de temperatura en cojinetes y juntas, el monitoreo de velocidad de giro y de par, la gestión de cuerpos extraños, el mantenimiento controlado, la puesta a tierra y la compensación de potencial. Qué funciones son realmente necesarias y cómo deben diseñarse se derivan de la evaluación de riesgos. 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, salvo que se justifique otra determinación.
Las zonas de producto con pocas juntas y superficies rectificadas, así como sistemas de juntas adecuados, pueden limitar 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 y el mantenimiento. Por ello, una ejecución estanca del aparato no sustituye ni la aspiración, la limpieza y el mantenimiento, ni la evaluación de posibles acumulaciones de polvo y explosiones secundarias.
Inertización y procesos a presión
Los secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores VMT y AMT pueden ejecutarse estancos al gas, al vacío y a la presión. Con ello son adecuados para procesos en los que el mezclado, la reacción, el acondicionamiento o el secado deben realizarse bajo vacío, sobrepresión o atmósfera de gas inerte. Sin embargo, la resistencia a la presión y al vacío no equivale a un diseño resistente a la presión de explosión o al choque de presión de explosión. Este debe acordarse expresamente de forma específica para el proyecto y diseñarse a partir de los datos de seguridad de las sustancias.
La inertización puede ser una medida preventiva de protección contra explosiones. En aparatos de vacío, la cámara de mezclado se evacúa, por ejemplo, y a continuación se inunda con un gas inerte adecuado. Mediante cambios de presión repetidos puede reducirse aún más la concentración de oxígeno. La inertización requiere una instalación estanca, un suministro adecuado de gas inerte, secuencias de purga definidas, 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 respectivo de producto y gas inerte.
La inertización no evita automáticamente la autoignición, la descomposición térmica, el incendio o las reacciones exotérmicas. Por ello es solo un componente de un concepto completo de protección contra explosiones. La estrategia de protección adecuada puede requerir además aparatos resistentes a la presión de explosión o al choque de presión de explosión, alivio de presión, supresión de explosiones y el desacoplamiento de las partes de instalación conectadas.
Centro de ensayos y diseño
El diseño específico del proyecto comienza con los datos de seguridad de las sustancias, por ejemplo KSt, pmax, energía mínima de ignición, temperaturas mínimas de ignición, humedad, tamaño de grano, conductividad eléctrica y posibles mezclas híbridas. Estos datos determinan el concepto de zonas, las temperaturas superficiales admisibles, la categoría de equipo, los requisitos de estanqueidad, la puesta a tierra, la inertización y las posibles medidas constructivas de protección.
Según indica amixon®, la empresa ofrece ensayos de proceso con producto original en su centro de ensayos. En ellos pueden estudiarse la calidad de mezcla, la aportación de temperatura, la distribución de líquido, las adherencias, el vaciado, la limpiabilidad y el comportamiento bajo vacío o gas inerte. Estos ensayos pueden apoyar el diseño desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, pero no sustituyen el ensayo de seguridad de las sustancias ni la evaluación de riesgos de toda la instalación.