Alivio de presión
Definición
En la ingeniería de procesos y de mezclado, la «descarga de presión» se refiere a una medida constructiva de protección contra explosiones mediante la cual se controla y se descarga de forma selectiva el exceso de presión que se produce repentinamente en el interior de una instalación, como por ejemplo un mezclador.
El objetivo es preservar la integridad mecánica del recipiente en caso de una explosión de polvo o de un aumento inadmisible de la presión, y proteger a las personas, la instalación y el entorno de las consecuencias destructivas, sin tener que diseñar el recipiente para que sea totalmente resistente a toda la presión de la explosión.
En la práctica, la descarga de presión se lleva a cabo mediante dispositivos especiales de descarga, como discos de ruptura, válvulas de explosión o sistemas de descarga sin llama, que se abren cuando se supera una presión de respuesta definida y descargan la presión y el frente de llama hacia una zona segura.
Características esenciales
Protección constructiva y pasiva contra explosiones
La descarga de presión forma parte de la protección terciaria contra explosiones: No se impide la explosión, pero sus efectos se limitan a una sobrepresión de explosión controlada y reducida. El sistema actúa automáticamente, sin activación electrónica.
Dispositivos de alivio de presión
Los discos de ruptura son membranas estancas al gas de un solo uso que se rompen a una presión de respuesta definida con exactitud y descargan la sobrepresión de forma repentina hacia el exterior. Su diseño es sencillo y requieren muy poco mantenimiento.
Las compuertas antiexplosión o compuertas de alivio de presión son elementos que se pueden volver a cerrar, que se abren en caso de sobrepresión y que, a continuación, suelen poder volver a colocarse en su posición de funcionamiento. Son especialmente adecuadas para instalaciones equipadas de serie, por ejemplo, en la industria de piensos y agrícola.
La descarga de presión sin llama combina una abertura de descarga con un filtro especial, como los tubos Q o las válvulas de descarga sin llama. La presión se descarga, mientras que las llamas y los gases calientes permanecen en el interior. Esto resulta especialmente importante cuando se instalan en naves de producción, en salas blancas o en lugares donde no es posible o no está permitida la descarga al exterior.
Presión de respuesta definida y diseño
Los elementos de alivio se abren a una presión de respuesta predeterminada, normalmente en el rango de entre 0,1 y 0,5 bar de sobrepresión, dependiendo del producto y del diseño de la instalación. La superficie de alivio necesaria se calcula de conformidad con la norma DIN EN 14491 y los requisitos pertinentes de ATEX, basándose en:
- el volumen del depósito
- los parámetros característicos del polvo, como el valor Kst y pmax
- la presión de explosión reducida máxima admisible pred,max
Conformidad con directivas y normas
En Europa, para el procesamiento de polvos inflamables es obligatorio el diseño conforme a las Directivas ATEX 2014/34/UE y 1999/92/CE, así como a las normas pertinentes. La descarga de presión es un elemento fundamental de un concepto de protección contra explosiones conforme a la normativa.
Diseño higiénico y conforme a las BPF
En la industria alimentaria y farmacéutica, los sistemas de alivio de presión se diseñan de tal forma que no se creen espacios muertos en los que puedan acumularse restos de producto, y que las superficies sean fáciles de limpiar y, a menudo, aptas para CIP y SIP. Esto garantiza el cumplimiento de las normas de higiene y favorece el cumplimiento de los requisitos de las BPF.
Bajo mantenimiento y combinabilidad
Los discos de ruptura y las compuertas requieren, por regla general, poco mantenimiento, pero deben revisarse periódicamente para comprobar su integridad y funcionalidad. La descarga de presión puede combinarse de forma eficaz con otras medidas de protección contra explosiones, como la detección y extinción de chispas, el desacoplamiento de explosiones mediante válvulas de cierre rápido o válvulas de retención, así como la inertización.
Importancia para los mezcladores en mezclas de polvos
Los mezcladores suelen procesar polvos finos y secos, como almidón, harina, azúcar, leche en polvo, pigmentos, aditivos para plásticos, polvos metálicos o principios activos farmacéuticos. Muchas de estas sustancias forman, al mezclarse con el aire, mezclas de polvo y aire susceptibles de explotar.
Las fuentes de ignición típicas son las descargas electrostáticas, la fricción mecánica, las superficies calientes o los cuerpos extraños metálicos. Si se produce la ignición, la presión en la cuba de mezcla aumenta enormemente en cuestión de milisegundos.
Aspectos especiales de las mezcladoras:
- un gran volumen de gas libre sobre el material mezclado, en el que pueden formarse nubes de polvo, lo que aumenta el riesgo de explosión por polvo
- componentes internos complejos, como hélices mezcladoras, sellados de ejes y trituradores, que pueden sufrir daños graves o quedar destruidos en caso de sobrepresión incontrolada
- instalación frecuente en espacios interiores con tráfico de personal e instalaciones adyacentes, por lo que es imprescindible evitar las llamas abiertas en caso de descarga clásica
Una descarga de presión diseñada de forma adecuada garantiza que:
- el recipiente de mezcla permanezca estructuralmente intacto y no se rompa
- la energía de la explosión se desvíe de forma selectiva hacia una zona segura, al exterior o a un sistema de descarga sin llama
- los costosos componentes internos y las partes de la instalación situadas aguas abajo queden protegidos frente a daños graves
- la sobrepresión de explosión reducida (pred) se mantenga dentro de los límites de carga admisibles del depósito y la estructura de acero
Si se añaden al polvo líquidos inflamables, disolventes o vapores, se produce una mezcla híbrida. En ese caso, las superficies de descarga necesarias son mayores que para el polvo puro, y la descarga al exterior suele estar prohibida; en este caso, deben considerarse sistemas sin llama o la inertización.
Aplicaciones típicas y ejemplos sectoriales
Industria alimentaria
En la mezcla de harina, azúcar, cacao, almidón o leche en polvo, la descarga de presión es prácticamente la norma, ya que estos polvos suelen presentar valores Kst relevantes y, por lo tanto, un potencial de explosión significativo.
Industria química
En la homogeneización de gránulos de plástico, pigmentos, aditivos o productos intermedios, la descarga de presión protege tanto al personal de servicio como a las instalaciones de mezcla y transporte situadas en las inmediaciones.
Producción farmacéutica
En las mezcladoras que cumplen con las buenas prácticas de fabricación (GMP), la descarga de presión se combina a menudo con sistemas de descarga sin llama para impedir la entrada de llamas en las salas blancas y la salida del producto al exterior, así como para mantener la clasificación de la sala blanca.
Procesamiento de polvos metálicos
En el caso de polvos especialmente reactivos, como el polvo de aluminio, magnesio o titanio, la descarga de presión suele combinarse con inertización y sistemas de supervisión adicionales para controlar el elevado riesgo de explosión.
Industria de piensos y agrícola
Las mezcladoras para premezclas y componentes de piensos suelen estar equipadas de serie con compuertas antiexplosión para cumplir los requisitos del Reglamento de Seguridad Industrial y las normas de las mutuas de accidentes laborales.
Ventajas para el cliente
- Protección personal: minimización del riesgo de lesiones para los operarios y el entorno gracias a la limitación de los efectos de la presión y las llamas.
- Protección de la instalación y continuidad operativa: en caso de incidente, los daños se concentran esencialmente en el elemento de alivio de presión, en lugar de destruir toda la mezcladora o el edificio. Esto reduce considerablemente los tiempos de inactividad y facilita una rápida puesta en marcha de nuevo.
- Seguridad jurídica y ventajas en materia de seguros: El cumplimiento de los requisitos pertinentes de ATEX y de las normas respalda el diseño de la instalación conforme a la legislación y es considerado por las aseguradoras como una medida reconocida de protección contra explosiones.
- Seguridad de la inversión: Las soluciones de alivio de presión conformes a las normas, que cumplen los requisitos de higiene y han demostrado su eficacia a largo plazo, aumentan la vida útil de la instalación y protegen la inversión.
El diseño concreto del tipo, número y tamaño de los elementos de alivio de presión depende siempre de cada proyecto. Se basa en las características del producto, los parámetros del proceso, las condiciones de instalación y las cargas admisibles del depósito y de la estructura del edificio, y debe ser realizado por ingenieros expertos en protección contra explosiones o en procesos.