¿Qué requisitos ATEX se aplican a los mezcladores de polvo en la producción de detergentes, y cómo implemento procesos inertizados?
Los mezcladores de polvo en la producción de detergentes pueden procesar polvos orgánicos combustibles, componentes oxidantes, vehículos de aroma, tensioactivos, polímeros, granulados enzimáticos y otros componentes funcionales. Que de ello resulte una atmósfera explosiva no puede deducirse del grupo de producto «detergente», sino que debe evaluarse para la formulación concreta, su fracción de polvo fino y las posibles mezclas híbridas de vapor y polvo. La base la constituyen una evaluación de riesgos, los datos de seguridad de la sustancia y un documento de protección contra explosiones.
La Directiva de producto ATEX 2014/34/UE regula los requisitos de los equipos y sistemas de protección que se emplean en zonas con riesgo de explosión. La Directiva de explotación ATEX 1999/92/CE se refiere a las obligaciones del operador, entre ellas la clasificación de zonas, la selección de equipos adecuados, las medidas organizativas y la documentación. En Alemania, estos requisitos se concretan, entre otros instrumentos, mediante el Reglamento de Seguridad en el Trabajo (Betriebssicherheitsverordnung), el Reglamento de Sustancias Peligrosas (Gefahrstoffverordnung) y las Reglas Técnicas para Sustancias Peligrosas (TRGS).
Clasificación de zonas y selección de equipos
El interior de un mezclador, un silo, un filtro o un conducto que transporta polvo suele ser zona 20 cuando allí puede aparecer una atmósfera de polvo explosiva de forma permanente, durante largos periodos o con frecuencia. La zona 21 puede darse en los puntos de llenado, descarga, toma de muestras o filtración cuando en el funcionamiento normal se libera polvo ocasionalmente. La zona 22 designa las zonas en las que una atmósfera de polvo peligrosa aparece solo rara vez y de forma breve. La clasificación concreta se rige por las fuentes de liberación reales, las propiedades del polvo, la estanqueidad, la aspiración, las medidas de limpieza y la geometría de la sala de instalación. No debe deducirse de forma genérica de la función de la instalación.
Para la zona 20 se requiere, por principio, equipo de la categoría 1D. En la zona 21 pueden emplearse equipos de la categoría 1D o 2D; en la zona 22 son admisibles equipos de las categorías 1D, 2D o 3D. La evaluación no abarca solo motores, sensores y armarios eléctricos, sino también los ejes del mezclador, los rodamientos, las juntas, las herramientas de mezclado, las trampillas, las válvulas rotativas, los equipos de transporte y los filtros. Todos los componentes deben evaluarse en cuanto a fuentes de ignición mecánicas, térmicas, eléctricas y electrostáticas.
La caracterización relevante de la sustancia comprende 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 una capa de polvo, la distribución del tamaño de partícula, la humedad y la conductividad eléctrica. En las formulaciones con líquidos volátiles, disolventes o aromas también deben tenerse en cuenta las posibles mezclas híbridas. En caso de inertización se necesita además la concentración límite de oxígeno, denominada internacionalmente en la mayoría de los casos Limiting Oxygen Concentration, para el sistema producto-gas inerte concreto.
Fuentes de ignición y concepto de protección
La evitación de atmósferas explosivas y de fuentes de ignición eficaces tiene prioridad. En el mezclador deben considerarse en particular las temperaturas de rodamientos y juntas, los contactos entre herramienta y pared, los cuerpos extraños, los bloqueos, la fricción, las superficies calientes, las descargas electrostáticas y los equipos eléctricos. Las medidas adecuadas pueden ser la supervisión de temperatura y par, los separadores de cuerpos extraños, las velocidades de herramienta limitadas, conceptos de junta seguros, la puesta a tierra y la compensación de potencial, componentes conductores o disipativos, así como el mantenimiento preventivo. 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 de la superficie, salvo que la evaluación de riesgos justifique otra determinación.
El percarbonato de sodio es una sustancia oxidante y no un polvo combustible en el sentido habitual. Sin embargo, puede intensificar los incendios, es sensible a la humedad y puede liberar oxígeno al descomponerse. Las fichas de datos de seguridad indican que debe mantenerse alejado de fuentes de calor y que puede reaccionar de forma crítica con materiales combustibles. Por ello, en las formulaciones detergentes con percarbonato deben tenerse en cuenta especialmente la conducción de la temperatura, la entrada de humedad, la compatibilidad de materiales, la contaminación con sustancias orgánicas y la posible liberación de oxígeno. Una inertización con nitrógeno no impide ni una descomposición exotérmica ni el efecto comburente de un portador de oxígeno.
Cuando una explosión no puede evitarse con seguridad suficiente, entran en consideración medidas constructivas: ejecución resistente a la presión de explosión o al choque de presión de explosión, alivio de la presión de explosión, alivio de presión sin llama, supresión de explosiones y desacoplamiento técnico frente a explosiones. El diseño debe abarcar toda la línea de proceso. Los filtros, silos, conductos de transporte y puntos de descarga pueden verse afectados por la presión y las llamas en caso de incidente. Las válvulas rotativas, válvulas antirretorno, compuertas de cierre rápido o barreras de agente extintor solo son eficaces cuando son adecuadas para la función de desacoplamiento correspondiente, están correctamente dimensionadas y se comprueban periódicamente.
Procesos inertizados
La inertización reduce la proporción de oxígeno en la cámara de proceso mediante la adición de un gas inerte adecuado, normalmente nitrógeno, hasta un valor en el que ya no puede propagarse una explosión. El dióxido de carbono u otros gases pueden ser adecuados en casos concretos, pero deben coordinarse con la química del producto, la corrosión, el nivel de presión, la temperatura y la seguridad laboral. La concentración límite de oxígeno no es una constante general para el «polvo de detergente». Se determina experimentalmente para un sistema combustible-gas inerte concreto bajo condiciones definidas.
A partir de la concentración límite de oxígeno se deriva un valor de oxígeno máximo admisible para el funcionamiento. Este valor debe tener en cuenta un margen de seguridad, por ejemplo las variaciones del producto, la temperatura, la presión, la humedad, la incertidumbre de medición, las fugas de aire y la liberación de oxígeno. Por ello, la directriz de inertización distingue entre la concentración límite de oxígeno determinada experimentalmente, la concentración de oxígeno máxima admisible y el valor de disparo para una parada de seguridad. Valores de consigna genéricos, como un 8 a 12 por ciento en volumen de oxígeno o un margen genérico de 2 a 5 puntos porcentuales, no son fiables sin una demostración referida a la sustancia concreta.
En los procesos por lotes, la inertización puede realizarse mediante evacuación y llenado repetidos de un mezclador resistente al vacío. Alternativamente, el aire se desplaza antes del inicio del proceso mediante una purga de gas inerte definida. Durante el funcionamiento puede ser necesaria una reposición controlada de gas inerte para compensar las fugas de aire, el desplazamiento de gas por la carga y las posibles entradas de oxígeno. Una ligera sobrepresión puede reducir la entrada de aire, pero solo debe establecerse en el marco del nivel de presión admisible, la estanqueidad, los dispositivos de seguridad y el proceso global.
Una inertización segura requiere una instalación suficientemente estanca a los gases, secuencias de purga definidas, una medición de oxígeno fiable, puntos de medición adecuados, límites de alarma, enclavamientos de seguridad y una estrategia de emergencia. El motor del mezclador, la alimentación de producto, la adición de líquido o la calefacción solo deben habilitarse conforme a la lógica de seguridad establecida. Si se supera el valor de oxígeno seguro, la instalación debe llevarse a un estado seguro evaluado. La seguridad funcional requerida de la cadena de medición y enclavamiento se determina en función del riesgo; no puede deducirse un requisito genérico de SIL 2 para cada instalación.
La inertización no protege contra todos los peligros. No impide la autoignición, la descomposición exotérmica, la descomposición térmica del percarbonato de sodio ni la liberación de oxígeno de componentes oxidantes. El informe CEN/TR 15281 señala expresamente que una inertización suficiente para evitar explosiones no protege automáticamente contra incendios, autoignición, reacciones exotérmicas o deflagraciones en depósitos de polvo.
Funcionamiento y comprobación
Un funcionamiento seguro incluye la comprobación periódica del suministro de gas inerte, la estanqueidad, los analizadores de oxígeno, las funciones de alarma y enclavamiento, así como todas las medidas de desacoplamiento frente a explosiones y de alivio de presión. Los plazos de comprobación resultan de la evaluación de riesgos, las indicaciones del fabricante, los sistemas de protección empleados y la normativa vigente en cada caso. Los cambios en la formulación, la calidad de la materia prima, la humedad, la adición de aromas, el rendimiento o la geometría de la instalación deben evaluarse mediante una gestión de cambios documentada.
El personal operativo necesita formación sobre las zonas ATEX, la evitación de fuentes de ignición, la limpieza segura, el comportamiento ante alarmas y los riesgos particulares de una inertización. El nitrógeno y el dióxido de carbono pueden provocar deficiencia de oxígeno en las zonas circundantes. Por ello, el concepto de detección de gases, una ventilación de sala suficiente, la señalización, las restricciones de acceso y las medidas de rescate forman parte del concepto de seguridad laboral.
Así apoya amixon® la protección contra explosiones con polvos de detergente
Diseño del espacio de producto conforme a ATEX
En la producción de detergentes, los sólidos finos, los componentes orgánicos, los vehículos de aroma y los polvos finos de la formulación pueden formar una atmósfera de polvo explosiva. Por ello, el interior de un mezclador suele clasificarse como zona 20. La zona 20 designa una zona en la que una atmósfera de polvo explosiva está presente de forma permanente, durante largos periodos o con frecuencia. Sin embargo, la clasificación de zonas definitiva de toda la instalación forma parte de la evaluación de riesgos y es responsabilidad del operador. Abarca no solo el mezclador, sino también la dosificación, la carga y descarga, los filtros, los silos, los conductos de transporte, el envasado y la zona de instalación correspondiente.
amixon® puede ejecutar diversos mezcladores, granuladores, secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores para un espacio de producto clasificado como zona 20. Esto incluye, 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 VMT y AMT. La categoría concreta de equipo, la temperatura superficial máxima admisible, el equipamiento eléctrico y no eléctrico, así como la documentación ATEX, deben determinarse para cada instalación en función de la formulación real y las condiciones de proceso.
La Directiva de producto ATEX 2014/34/UE regula los requisitos de los equipos y sistemas de protección para zonas con riesgo de explosión. La Directiva de explotación ATEX 1999/92/CE obliga al operador a realizar la evaluación de riesgos, la clasificación de zonas, la elaboración y actualización del documento de protección contra explosiones, así como la selección y comprobación de equipos adecuados. Para el espacio de mezclado en zona 20 se requiere, por principio, un nivel de protección muy alto, que habitualmente corresponde a una ejecución de la categoría 1D.
Controlar las fuentes de ignición
La intensidad de mezclado y la velocidad periférica influyen en la solicitación mecánica del producto y, por ello, también son relevantes para la evaluación de las fuentes de ignición. Muchos mezcladores verticales amixon® pueden operarse con velocidades periféricas bajas. Para las series VM y HM, amixon® indica un rango ajustable de aproximadamente 0,8 a 3,5 m/s. Una velocidad de herramienta baja puede limitar la energía de fricción, impacto y desgaste, y proteger la estructura de partícula. Sin embargo, no constituye por sí sola una prueba de que no pueda producirse una fuente de ignición eficaz.
La evaluación de las fuentes de ignición debe incluir los rodamientos, las juntas, los ejes, las herramientas, los posibles contactos entre herramienta y pared, los cuerpos extraños, los bloqueos, las temperaturas superficiales, la carga electrostática y los componentes eléctricos. Las medidas adecuadas pueden ser la supervisión de temperatura y par, la limitación de la velocidad de giro de la herramienta, la separación de cuerpos extraños, conceptos de junta adecuados, la puesta a tierra, la compensación de potencial y el mantenimiento preventivo. En la zona 20, el concepto global también debe tener en cuenta las averías poco frecuentes.
Estanqueidad y conducción del proceso
Las cámaras de mezclado con pocas rendijas, los cordones de soldadura pulidos y los sistemas de junta adecuados favorecen una conducción del proceso estanca al polvo. Según indica amixon®, las puertas de inspección Clever-Cut® con junta OmgaSeal® están diseñadas para un sellado con pocos espacios muertos del espacio de producto. Sin embargo, la estanqueidad real depende además de las diferencias de presión, el material de la junta, el desgaste, el mantenimiento y las condiciones de servicio reales.
Las transferencias de producto cerradas pueden reducir las liberaciones de polvo y, con ello, los depósitos en la sala de instalación. Esto reduce el riesgo de resuspensión de polvo y de explosiones secundarias, pero no sustituye un concepto de limpieza y mantenimiento. Los puntos de dosificación, los filtros, las tomas de muestras, la descarga, las aberturas de limpieza y los trabajos de mantenimiento deben incluirse en el concepto de zonas.
En los procesos de detergentes, los líquidos como tensioactivos, aceites o formulaciones de aroma pueden incorporarse al polvo en movimiento mediante lanzas y boquillas adecuadas. El tamaño de gota, el patrón de pulverización, la posición de incorporación, la cantidad de líquido, la temperatura y la viscosidad deben coordinarse de modo que se limiten el humedecimiento local excesivo, las incrustaciones y la formación de grumos. No puede garantizarse de forma general un procesamiento completamente libre de adherencias. En el caso de componentes sensibles como los granulados enzimáticos o el percarbonato de sodio, la humedad, la temperatura, la carga mecánica y los tiempos de contacto deben controlarse con especial cuidado.
Para caudales elevados puede emplearse el mezclador continuo AMK. El AMK trabaja con un grado de llenado controlado y un tiempo de residencia que, según amixon®, puede influirse mediante el grado de llenado y el caudal. La adición de líquido, el concepto de dosificación y la intensidad de mezclado deben coordinarse con la formulación. En el caso de aromas volátiles, tensioactivos muy viscosos, enzimas o portadores de oxígeno, son necesarios ensayos con producto original para demostrar la estabilidad del producto, la homogeneidad, la humedad, la descarga y la limpiabilidad.
Inertización y procesos a presión
Los secadores-mezcladores de vacío y reactores mezcladores de las series VMT y AMT pueden ejecutarse estancos a los gases, al vacío y a la presión. Por ello son adecuados para procesos en los que el mezclado, la reacción, el secado o el acondicionamiento deban realizarse bajo vacío, sobrepresión o atmósfera de gas inerte. El nivel de vacío alcanzable, la presión de servicio admisible y los requisitos de estanqueidad deben determinarse para cada proyecto. Una resistencia a la presión o al vacío no equivale automáticamente a un diseño resistente a la presión de explosión conforme a la norma DIN EN 14460.
En los procesos por lotes, la cámara de proceso puede inertizarse mediante evacuación repetida y posterior llenado con un gas inerte adecuado. De este modo, el contenido de oxígeno se reduce de forma gradual. La concentración de oxígeno admisible debe situarse con un margen de seguridad suficiente por debajo de la concentración límite de oxígeno determinada para el sistema producto-gas inerte concreto. Se requieren una instalación suficientemente estanca, una medición de oxígeno fiable, valores de alarma y desconexión definidos, enclavamientos orientados a la seguridad, así como un suministro de gas inerte adecuado.
Sin embargo, la inertización no impide ni la descomposición térmica ni la liberación de oxígeno de los componentes oxidantes del detergente. El percarbonato de sodio, por ejemplo, es una sustancia oxidante; puede liberar oxígeno al descomponerse e intensificar los incendios. En este tipo de formulaciones, la temperatura, la humedad, las contaminaciones y la compatibilidad de materiales deben controlarse de forma adicional.
Fabricación y ensayo
El diseño técnico se basa en la User Requirement Specification del operador, así como en los datos de seguridad de la sustancia. Son relevantes, en particular, KSt, pmax, la energía mínima de ignición, las temperaturas mínimas de ignición de la nube y de la capa de polvo, la conductividad eléctrica, la humedad, la distribución del tamaño de partícula y las posibles mezclas híbridas. De ello se derivan el concepto de zonas, la categoría de equipo, los límites de temperatura, los requisitos de estanqueidad, la puesta a tierra, la inertización y, en su caso, el alivio de presión, la supresión o el desacoplamiento.
amixon® puede examinar la idoneidad del proceso con producto original en su centro de ensayos. En ellos pueden evaluarse, por ejemplo, la calidad de mezclado, la evolución de la temperatura, la distribución del líquido, las posibles incrustaciones, la integridad de partícula, el vaciado y la limpiabilidad. Estos ensayos apoyan la selección del sistema de mezclado y de los parámetros de proceso, pero no sustituyen la evaluación de seguridad necesaria de toda la instalación por parte de especialistas cualificados en protección contra explosiones.