Diseño resistente a los golpes de ariete
Definición
El diseño resistente a las ondas de choque es una forma de protección constructiva contra explosiones para aparatos y recipientes, en particular para mezcladoras en las que se procesan polvos o mezclas híbridas. Un recipiente se considera resistente a las ondas de choque si está diseñado de tal manera que resiste la onda de choque generada por una explosión interna hasta una sobrepresión máxima de explosión establecida, sin romperse. Se admiten deformaciones permanentes, siempre y cuando se mantengan la estanqueidad y la integridad mecánica de la carcasa y no se produzcan fugas incontroladas de llamas o gases explosivos hacia el exterior.
Por lo general, el aparato se diseña para soportar una sobrepresión de explosión reducida (pred) de entre 0,5 y 10 bar, aproximadamente, dependiendo del producto, de los parámetros de explosión y del concepto de protección global, por ejemplo, en combinación con la descarga de presión o la supresión de explosiones.
Diferencias con respecto a diseños similares
Diseño Descripción Estado tras la explosión
Resistente a la presión: soporta la presión de la explosión sin deformación permanente; totalmente operativo, sin deformaciones
Resistente a los golpes de presión: soporta el golpe de presión definido; se permite una deformación permanente mínima, pero no se permite la rotura; operativo, con deformaciones visibles en su caso
Con alivio de presión: la presión se descarga de forma controlada a través de puntos de rotura predeterminados, como discos de ruptura o compuertas; la estructura portante se mantiene intacta, el dispositivo de alivio debe sustituirse
El diseño resistente a los golpes de presión se combina a menudo con medidas de alivio de presión o de supresión de explosiones para reducir la presión de explosión (pred) y limitar la carga sobre la estructura.
Características esenciales en la tecnología de mezcla
Presión de diseño
Diseño del recipiente de mezcla para la sobrepresión de explosión reducida definida, típicamente de 0,5 a 10 bar, de acuerdo con los datos de la sustancia determinados y el concepto de protección contra explosiones elegido.
Geometría reforzada del depósito
Mayor espesor de las paredes, así como formas de fondo y tapa adecuadas para los golpes de ariete, como los fondos cónicos o de Klöpper, para absorber de forma segura los picos de tensión locales.
Selección de materiales
Utilización de aceros tenaces y de alta calidad —normalmente aceros inoxidables como el 1.4301, el 1.4404 o el 1.4571— con propiedades definidas de resistencia y tenacidad, de modo que la energía de la explosión se absorba principalmente mediante deformación plástica y no mediante rotura frágil.
Sistemas de sellado especializados
Juntas de eje y carcasa resistentes a los golpes de ariete, como juntas tóricas o juntas inflables, que evitan fugas incluso en caso de explosión y garantizan la estanqueidad de la carcasa.
Mecanismos de cierre y conexión robustos
Aberturas de inspección y mantenimiento con cierres reforzados. Todas las conexiones de tuberías, entradas y salidas, así como las introducciones de ejes, están diseñadas para resistir golpes de ariete, con el fin de evitar que se abran o se rompan en caso de incidente.
Diseño y fabricación conformes a la normativa
Diseño conforme a las directivas y normas europeas y nacionales pertinentes, en particular:
- DIN EN 14460 sobre la resistencia a explosiones de los aparatos
- la Directiva 2014/34/UE para fabricantes de equipos y las obligaciones de los operadores según la Directiva 1999/92/CE
- Ejecución cualificada de las soldaduras según la norma EN ISO 3834, así como los correspondientes certificados de resistencia y de materiales
Equipamiento y documentación certificados
A menudo, el diseño resistente a los golpes de ariete se combina con dispositivos de desacoplamiento contra explosiones en las entradas y salidas, como válvulas antirretorno o barreras de agente extintor. El suministro suele incluir:
- Certificados de resistencia y estabilidad
- Certificados de materiales, por ejemplo, 3.1 según la norma EN 10204
Declaración de conformidad y documentación relevante para ATEX
Protección contra explosiones en el mezclador
Los mezcladores suelen procesar polvos inflamables, lo que puede dar lugar a una atmósfera explosiva en la cámara de mezcla —normalmente zona 20—. Los ámbitos de aplicación típicos son:
- industria alimentaria: leche en polvo, almidón, azúcar, harinas de cereales, cacao
- industria química: granulados de plástico, pigmentos, productos químicos orgánicos finos
- industria farmacéutica: principios activos, lactosa, derivados de la celulosa
- Industria de baterías y polvos metálicos: polvos de aluminio, magnesio, grafito y otros metales
- Industria de la construcción y de los materiales minerales: morteros secos con áridos inflamables
El diseño resistente a los golpes de presión resulta especialmente adecuado cuando, por motivos estructurales, no es posible o solo lo es de forma limitada aplicar un sistema clásico de descarga de presión al exterior, por ejemplo, en edificios de varias plantas, en instalaciones en interiores o en salas blancas.
Además, es la opción más adecuada cuando se introducen en el proceso líquidos inflamables, disolventes o vapores. En este tipo de mezclas híbridas, la energía mínima de ignición disminuye considerablemente, mientras que la velocidad de aumento de la presión y la presión máxima de explosión aumentan. En estos casos, la presión de diseño debe determinarse en función de los valores característicos de la mezcla híbrida, y no únicamente en función de los valores característicos del polvo.
Ventajas específicas de los mezcladores
Por su diseño —a menudo cónico o cilíndrico con accionamiento superior—, los mezcladores cuentan con una zona de accionamiento y cojinetes separada de la cámara de producto. En la versión resistente a los golpes de presión, esto ofrece las siguientes ventajas:
Protección de las personas y del entorno
En caso de explosión, la instalación permanece cerrada. Se evita la proyección de escombros y la salida de llamas hacia la sala de producción; las partículas en llamas permanecen en la cámara de mezcla.
Protección de materias primas y procesos críticos
Adecuado para el procesamiento seguro de polvos explosivos y mezclas híbridas, sin que la calidad del producto se vea afectada por medidas de seguridad adicionales en el proceso.
Alta disponibilidad de la instalación
A diferencia de los aparatos no resistentes a los golpes de presión, que a menudo quedan destruidos en caso de explosión, una mezcladora resistente a los golpes de presión puede volver a ponerse en funcionamiento tras el incidente —dependiendo del alcance de la deformación— normalmente tras una inspección visual, la eventual sustitución de juntas y dispositivos de alivio de presión, así como una revisión técnica.
Integración en conceptos de protección contra explosiones
Dado que el riesgo de explosión permanece encapsulado en la cuba de mezcla, a menudo es posible una instalación más compacta. Las distancias de seguridad se reducen, la disposición resulta más sencilla y no son necesarias largas tuberías de descarga de presión al exterior.
Seguridad jurídica y asegurabilidad
El diseño conforme a las directivas ATEX y a las normas pertinentes facilita el cumplimiento de las obligaciones legales del operador y puede influir positivamente en la evaluación de riesgos, así como en la clasificación en el seguro de bienes.
Resumen práctico
El diseño resistente a los golpes de presión es, en el caso de los mezcladores y otros equipos para polvos, una solución técnicamente sofisticada, pero especialmente fiable, para controlar las explosiones internas de polvo. Combina:
- protección constructiva contra explosiones mediante depósitos y componentes diseñados para resistir los golpes de presión
- alta seguridad operativa para el personal y los edificios
- ventajas económicas gracias a la reducción de daños y a una rápida puesta en marcha
- flexibilidad en la planificación de la instalación, especialmente en espacios interiores