¿Qué características aumentan la seguridad de operación al manipular polvos pulverulentos y potencialmente explosivos en mezclas de fertilizantes?
Al manipular polvos que generan polvo y potencialmente explosivos –por ejemplo en mezclas NPK, en fertilizantes que contienen nitrato de amonio o en formulaciones con micronutrientes– se requiere un concepto de seguridad integrado y de varios niveles. Combina medidas preventivas, el control de las fuentes de ignición y la protección constructiva contra explosiones, y se basa en un dimensionado de la instalación conforme a ATEX y seguro frente al polvo.
Un dimensionado conforme a ATEX comprende la clasificación en zonas para las atmósferas pulverulentas (zonas 20/21/22) y la selección de equipos adecuados con las categorías de aparato correspondientes. Los componentes eléctricos se ejecutan estancos al polvo, con los grados de protección y las envolventes adecuados, para evitar la entrada de polvo, los cortocircuitos y las igniciones en superficies calientes. Los recipientes, los filtros y los mezcladores se construyen resistentes al choque de presión y se dimensionan para una presión de explosión reducida.
A la protección constructiva contra explosiones pertenecen los alivios de presión como los discos de ruptura o las compuertas de explosión en silos, filtros y mezcladores, para conducir la sobrepresión de forma controlada a zonas seguras. Los sistemas de supresión de explosiones con detección rápida e inyección de agentes extintores pueden suprimir el frente de llama en milisegundos. El desacoplamiento frente a la explosión se realiza mediante válvulas de cierre rápido, válvulas antirretorno, esclusas de rueda celular con protección contra la propagación de llama o barreras de agente extintor, para impedir la propagación de la llama y de la presión a los componentes contiguos de la instalación.
La evitación de las fuentes de ignición es un nivel de protección central. Una conexión equipotencial continua y una puesta a tierra coherente de todas las partes conductoras y disipativas de la instalación –incluidas las estaciones de big-bag– impide las descargas electrostáticas por chispa. Las fuentes de ignición mecánicas y térmicas se limitan mediante materiales sin generación de chispas, una técnica de apoyo adecuada y la vigilancia de la temperatura en los componentes rotativos. Las temperaturas superficiales se mantienen por debajo de la temperatura de incandescencia del polvo correspondiente. La sensórica, como la detección de chispas en los conductos de aspiración, la vigilancia de la temperatura de los cojinetes y de las carcasas así como los sensores de vibración para la detección temprana del calentamiento, complementa la estrategia de protección.
Una configuración del proceso cerrada y con poco polvo reduce la formación de mezclas explosivas de polvo y aire. Los sistemas de transferencia de material por vacío o cerrados, por ejemplo los sistemas de aportación de polvo basados en vacío o los transportes neumáticos cerrados, minimizan la liberación de polvo. Los puntos de carga y de transferencia se aseguran con una aspiración definida, y las instalaciones de filtración con limpieza en línea y vigilancia de la presión diferencial procuran una captación fiable del polvo. Las zonas críticas se pueden inertizar: los mezcladores, los silos o los conductos se cubren con gas inerte y el contenido de oxígeno se reduce por debajo de la concentración límite de oxígeno, de modo que se impiden la formación y la propagación de la llama.
La técnica de medición y de seguridad asegura la demostración continua de la seguridad del proceso. En los sistemas inertizados se vigila de forma continua el contenido de oxígeno, y la sensórica de CO detecta a tiempo los incendios latentes en los silos. El nivel de llenado, la temperatura y otras magnitudes relevantes para la seguridad se registran en circuitos valorados en consecuencia. Los conceptos de parada de emergencia y de desconexión con un control de seguridad adecuado permiten una reacción rápida y definida ante las desviaciones críticas.
La limpieza, el mantenimiento y la higiene forman igualmente parte del concepto de seguridad. Una construcción con pocos espacios muertos evita los depósitos de polvo en las zonas de difícil acceso y reduce el riesgo de fuentes de ignición locales o de incendios latentes. Las superficies lisas y fáciles de limpiar en contacto con el producto facilitan la eliminación del polvo, opcionalmente en una ejecución apta para CIP. Las aberturas de inspección de buen acceso con cierres estancos al polvo y al gas apoyan el control y la documentación. Los intervalos de limpieza establecidos y documentados, por ejemplo con especificaciones de los espesores de capa de polvo máximos admisibles, limitan la cantidad de polvo combustible.
A un concepto de seguridad completo pertenecen además la documentación y la caracterización del polvo. Un documento de protección contra explosiones recoge de forma sistemática los peligros, la clasificación en zonas, las medidas de protección y las responsabilidades. Los valores característicos del polvo como el KSt, la Pmax, la energía mínima de ignición y el límite inferior de explosividad se determinan y constituyen la base del dimensionado constructivo y de ingeniería de procesos. Las evaluaciones de riesgo, por ejemplo en forma de análisis HAZOP o PAAG, consideran el proceso completo, identifican los escenarios críticos y definen las medidas preventivas y limitadoras adecuadas.
De la combinación de estos elementos surge un concepto de seguridad escalonado: protección primaria contra explosiones mediante la evitación de las mezclas explosivas, protección secundaria mediante la exclusión de las fuentes de ignición y protección terciaria mediante la limitación de las consecuencias. Así aumenta de forma sostenible la seguridad de funcionamiento al manipular polvos que generan polvo y potencialmente explosivos en las instalaciones de mezclado de fertilizantes.
Así realiza amixon® la protección contra explosiones para polvos explosivos
Evitación del polvo en el proceso de mezclado
Al procesar polvos combustibles puede formarse, en determinadas condiciones, una atmósfera explosiva; el requisito es la presencia simultánea de polvo combustible, oxígeno y una fuente de ignición eficaz. Por eso, la protección preventiva contra explosiones busca excluir de forma fiable, o limitar eficazmente, al menos uno de estos requisitos. En amixon®, la base es la ejecución estanca al polvo de los aparatos: reduce la salida de polvo de producto al entorno y contribuye así a evitar depósitos de polvo peligrosos y atmósferas pulverulentas explosivas fuera del mezclador. Las hélices helicoidales SinConcave®/SinConvex® generan la recirculación forzada necesaria para ello sin generar polvo innecesariamente en el producto.
La zona ATEX 20 como dimensionado coherente
En amixon®, la cámara de mezclado está dimensionada para la zona ATEX 20 en todas las series constructivas. A ellas pertenecen los mezcladores de un solo eje EM, los mezcladores verticales y cónicos VM, HM, AM, KS, SH y GM, los mezcladores de contenedores COM, los mezcladores continuos AMK así como los reactores secadores-mezcladores VMT y AMT. La zona ATEX 20 designa las áreas en las que existe una atmósfera pulverulenta explosiva de forma permanente o durante largos períodos. Este dimensionado constituye la base coherente de los conceptos de zona 20/21 en el tratamiento de polvos. El marco normativo lo forman la directiva ATEX de productos 2014/34/UE y la directiva de servicio 1999/92/CE. La clasificación en zonas de la instalación la realiza el explotador; amixon® suministra para ello aparatos cualificados junto con una documentación completa.
Evitación de las fuentes de ignición mediante una marcha a bajas revoluciones
La evitación de fuentes de ignición eficaces es un elemento central de la protección preventiva contra explosiones. En muchas aplicaciones, los mezcladores de amixon® trabajan con frecuencias de giro comparativamente bajas; la velocidad periférica de las herramientas de mezclado puede limitarse a menos de 1 m/s si el concepto de proceso lo exige. La baja velocidad de las herramientas reduce las solicitaciones mecánicas y puede disminuir el riesgo de sucesos de fricción, impacto o chispa capaces de provocar la ignición. Como la geometría de mezclado genera un movimiento del producto tridimensional e intenso, una velocidad periférica baja no significa un menor rendimiento de mezclado. No obstante, la evaluación concreta de las posibles fuentes de ignición debe realizarse siempre en relación con la aplicación, entre otras cosas a partir de las propiedades de las materias primas, de posibles cuerpos extraños, de las cargas electrostáticas, del dimensionado de rodamientos y juntas, de la vigilancia de la temperatura y del equipamiento eléctrico y mecánico del aparato.
La inertización mediante técnica de vacío
Otro enfoque de la protección preventiva contra explosiones es la inertización del espacio de proceso. Los mezcladores de amixon® pueden ejecutarse estancos al vacío. De ese modo, el aire presente en la cámara de mezclado puede evacuarse primero y sustituirse después por un gas inerte; como gases inertes se consideran, según los requisitos del producto, el procedimiento y el concepto de seguridad, por ejemplo nitrógeno, dióxido de carbono o gases nobles. Al reducir el contenido de oxígeno por debajo de la concentración límite de oxígeno determinante para el polvo en cuestión se puede impedir la formación de una atmósfera explosiva en el interior del mezclador. Decisivos son aquí los datos característicos específicos del polvo, la estanqueidad del sistema completo, el modo de funcionamiento previsto y una técnica adecuada de medición, control y vigilancia.
Ejecución resistente a la presión y resistente al golpe de presión
Si no se puede evitar de forma segura una atmósfera explosiva, pueden ser necesarias medidas constructivas de protección. Los mezcladores de amixon® son realizables, a elección, en ejecución resistente a la presión o resistente al golpe de presión. El dimensionado se orienta a las magnitudes características determinadas para el polvo en cuestión, en particular a la sobrepresión máxima de explosión y a la velocidad de aumento de presión. Una construcción resistente a la presión soporta la presión de explosión máxima esperable; una ejecución resistente al golpe de presión tiene en cuenta la presión de explosión reducida que resulta de un concepto de alivio de presión coordinado. El alivio de presión no es una característica aislada de un componente, sino parte de un concepto de protección coordinado: además del dimensionado del dispositivo de alivio hay que considerar la evacuación segura de llamas y presión, las posibles emisiones de polvo, el riesgo para las personas y las interacciones con los componentes conectados.
Concepto individual de protección contra explosiones
Qué concepto de protección es adecuado no puede establecerse de forma general. Son determinantes, entre otros:
- la combustibilidad y las magnitudes características de explosión del polvo,
- la energía mínima de ignición y las temperaturas de ignición,
- la concentración límite de oxígeno,
- el tamaño de partícula, la humedad y la temperatura del producto,
- la presión de servicio y la conducción del proceso,
- la integración de la alimentación, la descarga, la filtración y la periferia,
- la clasificación en zonas ATEX en el lugar de instalación,
- los requisitos de la evaluación de riesgos y del documento de protección contra explosiones.
Por eso, amixon® dimensiona los aparatos de mezclado en relación con la aplicación: desde la conducción del proceso estanca al polvo, pasando por la inertización asistida por vacío, hasta la ejecución resistente a la presión o al golpe de presión con el alivio de presión adecuado.
Respaldo en el centro de ensayos de amixon®
Antes de cada inversión está la demostración en el centro de ensayos. En la sede central de Paderborn se dispone para ello de 35 instalaciones de prueba de distintos tamaños constructivos. A ellas se añaden centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y los Estados Unidos. Los ensayos se realizan con productos originales, con grados de llenado y tamaños de lote reales y en el rango previsto de temperatura y presión. Se evalúan la calidad de mezcla, la protección del producto, la aportación de energía, la limpiabilidad y la reproducibilidad en el posterior funcionamiento en serie. Los resultados se evalúan y se documentan junto con las expertas y los expertos de amixon®. Así se obtiene una base de decisión sólida que reduce de forma notable los riesgos técnicos y económicos antes de la compra.