En los procesos de mezclado con polvos combustibles rigen en la Unión Europea, en particular, la Directiva de explotación ATEX 1999/92/CE para los operadores, así como la Directiva de producto ATEX 2014/34/UE para equipos y sistemas de protección. La implementación práctica comienza con una evaluación de riesgos y un documento de protección contra explosiones. En él se determinan las propiedades del polvo, los posibles puntos de liberación, la clasificación de zonas, las fuentes de ignición y las medidas de protección para toda la instalación, es decir, no solo para el mezclador, sino también para los dosificadores, los silos, los filtros, los transportadores, las tuberías, la descarga y el envasado.

Un diseño conforme a ATEX no puede derivarse únicamente de la denominación de un polvo. Que un polvo sea orgánico o muy fino no significa automáticamente que sea susceptible de explosión de polvo; a la inversa, también las sustancias inorgánicas o las mezclas de sustancias pueden presentar un riesgo correspondiente. La base la constituyen ensayos de seguridad representativos del producto concreto, incluidas las posibles variaciones de tamaño de partícula, humedad, contenido de disolvente y formulación.

Zonas y selección de equipos

En el caso de los polvos combustibles, las zonas se clasifican según la frecuencia y la duración de la presencia de una atmósfera de polvo peligrosa y explosiva. La zona 20 designa las zonas en las que una nube de polvo explosiva está presente de forma permanente, durante largos periodos o con frecuencia. En los procesos de mezclado, esto afecta típicamente al interior de recipientes cerrados, tuberías, filtros o silos. La zona 21 designa las zonas en las que puede aparecer ocasionalmente una atmósfera de polvo peligrosa durante el funcionamiento normal, por ejemplo en el interior de determinados aparatos o en las inmediaciones de los puntos de toma de muestras, llenado y descarga. La zona 22 se da cuando una atmósfera de polvo peligrosa no aparece durante el funcionamiento normal, o solo brevemente, por ejemplo en zonas más alejadas con emisiones de polvo poco frecuentes. El límite exacto de la zona resulta de la liberación real de polvo, la aspiración, la limpieza y la situación del local, no de valores de distancia genéricos.

Para la zona 20 se requiere, por lo general, equipo de la categoría 1D. En la zona 21 pueden emplearse equipos de las categorías 1D o 2D; en la zona 22 son admisibles equipos de las categorías 1D, 2D o 3D. El marcado debe corresponder a la atmósfera de polvo, la clase de temperatura o la temperatura superficial admisible, el grupo de equipo y la zona. En este contexto no solo son relevantes los componentes eléctricos. También deben evaluarse en cuanto a posibles fuentes de ignición mecánicas los dispositivos no eléctricos, como los ejes del mezclador, los rodamientos, las juntas, las trampillas, los transportadores, los acoplamientos, los frenos y las herramientas.

Datos de la sustancia y fuentes de ignición

Los parámetros de seguridad del polvo realmente procesado constituyen la base del diseño. Entre ellos se cuentan especialmente 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, la conductividad eléctrica y, en las formulaciones con contenido de disolvente, las propiedades de posibles mezclas híbridas de vapor y polvo. El límite inferior de explosividad puede ser adicionalmente relevante, pero en los polvos resulta a menudo, en la práctica operativa, más difícil de utilizar como magnitud de control fiable que los demás parámetros.

El nivel de protección más importante es la evitación de atmósferas explosivas peligrosas y de fuentes de ignición eficaces. En el mezclador deben evaluarse especialmente las superficies calientes, la fricción y el sobrecalentamiento de rodamientos o juntas, las chispas mecánicas de impacto provocadas por cuerpos extraños, las herramientas bloqueadas, los equipos eléctricos y las descargas electrostáticas. En la zona 20, ni siquiera ante averías poco frecuentes deben producirse procesos de fricción, impacto o desgaste que puedan dar lugar a una fuente de ignición eficaz. La TRGS 723 indica además, para las capas de polvo, 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 establezca otra cosa.

Las medidas prácticas incluyen rodamientos y juntas con supervisión de temperatura, supervisión de la velocidad de giro y el par, protección contra el bloqueo, una separación adecuada de cuerpos extraños, mantenimiento preventivo, así como una puesta a tierra segura y una compensación de potencial continua. Los componentes de la instalación conductores o disipativos, las conexiones flexibles, los medios filtrantes, los envases y el personal operativo deben incluirse en el concepto de protección electrostática. Sin embargo, un único valor límite de resistencia como 10⁶ Ω no es aplicable sin restricciones a todos los componentes ni a todas las funciones de puesta a tierra; los requisitos se derivan del material, la función del componente y el concepto concreto de protección contra explosiones.

En el caso de sustancias especialmente sensibles, o cuando las fuentes de ignición no puedan evitarse con seguridad suficiente, la inertización de la cámara de mezclado puede ser una medida adecuada. En ella, la proporción de oxígeno se mantiene, mediante nitrógeno u otro gas inerte adecuado, por debajo de una concentración límite de oxígeno determinada de forma específica para la sustancia y el proceso. Una energía mínima de ignición inferior a 10 mJ no es un valor umbral de validez general a partir del cual la inertización sea obligatoria. Que sea necesaria se deriva de la evaluación de riesgos, los datos de la sustancia y la viabilidad técnica.

Protección constructiva

Cuando una explosión no puede impedirse con suficiente seguridad, deben limitarse sus efectos. Las posibles medidas son los aparatos resistentes a explosiones o al choque de presión de explosión, el alivio de la presión de explosión, el alivio de presión sin llama, la supresión de explosiones y el desacoplamiento técnico frente a explosiones. El método de protección debe adecuarse a la intensidad de la explosión, el volumen del recipiente, la instalación interior o exterior, la ubicación y la técnica de instalación conectada.

Los discos de ruptura o las trampillas de explosión pueden derivar una presión hacia una zona segura. Requieren una superficie de alivio correctamente dimensionada y una zona de descarga segura. Para las instalaciones ubicadas en el interior puede ser necesario un alivio de presión directo al exterior o, si esto no es posible, un sistema de alivio sin llama adecuado. Los sistemas de alivio deben diseñarse conforme a reglas reconocidas; la norma EN 14491 contiene requisitos básicos para la selección y el diseño de sistemas de protección para el alivio de la presión de explosión en explosiones de polvo.

El desacoplamiento es necesario cuando una explosión pudiera propagarse a través de tuberías hacia filtros, silos, tramos de transporte u otros aparatos. Pueden considerarse, por ejemplo, válvulas rotativas adecuadas y homologadas en materia de protección contra explosiones, válvulas antirretorno, válvulas de protección contra explosiones, compuertas de cierre rápido o barreras de agente extintor. Una válvula rotativa solo impide la transmisión de llamas o de presión cuando está expresamente diseñada para esta función, correctamente dimensionada, instalada, supervisada y operada. El mero uso de una válvula rotativa cualquiera no constituye una medida de desacoplamiento suficiente.

Funcionamiento y documentación

El documento de protección contra explosiones debe elaborarse antes del inicio del trabajo y actualizarse en caso de modificaciones. En él se documentan, entre otras cosas, la evaluación de riesgos, la clasificación de zonas, los datos de la sustancia, los equipos y sistemas de protección seleccionados, la evaluación de las fuentes de ignición, las medidas organizativas, las comprobaciones y los requisitos de mantenimiento. Los cambios de formulación, las nuevas fuentes de materia prima, los tamaños de partícula divergentes, la humedad modificada, los nuevos disolventes o las modificaciones constructivas pueden alterar las propiedades de explosión y, con ello, la estrategia de protección.

Un concepto viable en la práctica incluye transferencias cerradas y estancas al polvo, una aspiración eficaz, filtros diseñados conforme a ATEX, la eliminación regular de los depósitos de polvo y las inspecciones documentadas. Las capas de polvo no deben evaluarse mediante un valor límite genérico como «1 mm»; incluso depósitos reducidos pueden favorecer una explosión secundaria en función de la superficie, las propiedades del polvo y una posible resuspensión. Por ello, los intervalos de limpieza y las cantidades de depósito admisibles deben establecerse en función del riesgo.

Además son necesarios formación del personal, procedimientos de autorización para trabajos en caliente, normas para equipos móviles, comprobación de las conexiones a tierra y una gestión de cambios controlada. Los dispositivos de alivio de presión, los sistemas de supresión y de desacoplamiento, así como las supervisiones de temperatura, presión y velocidad de giro, deben inspeccionarse según los plazos de comprobación previstos por personas cualificadas u organismos especializados, y mantenerse en condiciones de funcionamiento.