Mezclas híbridas

Definición

Una mezcla híbrida es una atmósfera explosiva que contiene simultáneamente polvo inflamable y un gas, vapor o neblina inflamables. El término describe, por tanto, el caso límite entre los dos ámbitos clásicos de la protección contra explosiones —la explosión de gases y la de polvos—, a los que se aplican, respectivamente, zonas, categorías de equipos y valores característicos propios.

Desde el punto de vista de la seguridad, una mezcla híbrida no es la suma de sus componentes, sino que debe evaluarse de forma independiente. Lo decisivo es que una mezcla híbrida puede ser inflamable, aunque ni la proporción de polvo ni la de gas alcancen por sí solas el límite inferior de explosividad correspondiente.

Efecto sobre los parámetros de explosividad

Incluso pequeñas proporciones de un gas o vapor inflamable modifican considerablemente el comportamiento de una mezcla de polvo y aire:

• La energía mínima de ignición (EMI) disminuye notablemente. Las fuentes de ignición que no serían críticas para el polvo puro —como, por ejemplo, descargas electrostáticas débiles— pueden resultar suficientes. Este es el cambio más importante desde el punto de vista práctico.
• La velocidad de aumento de la presión aumenta. El valor Kst de la mezcla es superior al del polvo puro; el tiempo de reacción disponible para los sistemas de protección se reduce.
• La sobrepresión máxima de explosión pmax aumenta. La carga nominal para el diseño del recipiente aumenta.
• Los límites de explosividad se desplazan. El límite inferior de explosividad de la mezcla se sitúa por debajo de los límites individuales del polvo y del gas.
• La temperatura mínima de ignición puede disminuir. Con ello se endurecen las temperaturas superficiales admisibles y las clases de temperatura.

Estos efectos no son lineales y no pueden calcularse a partir de los parámetros individuales. Solo el ensayo de la mezcla real en condiciones prácticas proporciona valores fiables.

Dónde se forman las mezclas híbridas en la tecnología de mezcla

En el procesamiento de polvos, las mezclas híbridas son más frecuentes de lo que parece a primera vista. Ejemplos típicos:

• Adición de líquidos a los polvos: pulverización o dosificación de aceites, aromas, oleorresinas, alcohol o soluciones alcohólicas durante el proceso de mezcla en marcha
• Granulación e instantización: formación de aglomerados con aglutinantes que contienen disolventes
• Recubrimiento y revestimiento: aplicación de soluciones o suspensiones sobre la superficie de las partículas
• Secado por mezcla al vacío y síntesis: evaporación de disolventes orgánicos en un aparato cargado de polvo
• Disolventes residuales en la materia prima: polvos procedentes de procesos previos que aún contienen componentes volátiles y los liberan en la cámara de mezcla
• Productos que desprenden gases: sustancias que, al aumentar la temperatura o someterse a esfuerzo mecánico, liberan productos de descomposición inflamables

Cabe prestar especial atención al último caso: un proceso que, según su diseño, es puramente en forma de polvo, puede convertirse involuntariamente en un proceso híbrido debido a la humedad residual, los disolventes residuales o la descomposición.

Consecuencias para la clasificación de zonas y la selección de equipos

Si se trata de una mezcla híbrida, la clasificación de zonas basada únicamente en el polvo ya no es válida. Deben evaluarse ambas atmósferas:

• La zona afectada debe clasificarse tanto en las zonas de gas 0, 1 y 2 como en las zonas de polvo 20, 21 y 22.
• Los equipos y los sistemas de protección deben cumplir el requisito más estricto de ambas consideraciones, tanto en lo que respecta a la categoría y al nivel de protección del equipo como al tipo de protección contra la ignición y a la clase de temperatura.
• El marcado debe indicar la idoneidad para ambas atmósferas, es decir, tanto para el grupo de equipos G como para el D.

La eficacia de las medidas de protección individuales también varía: las medidas diseñadas para el polvo —como los análisis de la capa límite en relación con los depósitos de polvo— no son aplicables a los gases y, a la inversa, los conceptos de ventilación para gases solo tienen una eficacia limitada en presencia de polvo.

Consecuencias de diseño para los aparatos

• Construcción resistente a los golpes de presión: La presión de diseño debe determinarse en función de los valores característicos de la mezcla híbrida. Un aparato dimensionado para el polvo puro puede resultar insuficiente.
• Alivio de presión: Las superficies de alivio necesarias aumentan, ya que la presión se eleva más rápidamente. En el caso de los vapores de disolventes, a menudo no está permitido el alivio al aire libre; en ese caso, deben evaluarse sistemas sin llama.
• Inertización: En el caso de las mezclas híbridas, la reducción del contenido de oxígeno suele ser la solución más económica y segura, ya que abarca ambas atmósferas al mismo tiempo. Requiere un suministro controlado de gas y una monitorización del oxígeno.
• Desacoplamiento de explosiones: Debido a la mayor velocidad de la llama, el desacoplamiento de las partes de la instalación situadas antes y después resulta especialmente crítico.
• Prevención reforzada de fuentes de ignición: Debido a la baja energía mínima de ignición, cobran aún más importancia la puesta a tierra continua, la conexión equipotencial, la prevención de chispas mecánicas y la limitación de las temperaturas superficiales.

• Estanqueidad y conducción de gas: El aparato debe estar diseñado para ser estanco al gas, de modo que los vapores no se escapen al entorno y generen allí una zona de gas adicional.

   

Directivas y normas

La evaluación de las mezclas híbridas se realiza en el marco de las mismas directivas que el resto de la protección contra explosiones, en particular la Directiva 2014/34/UE relativa a los aparatos y sistemas de protección, y la Directiva 1999/92/CE relativa a las obligaciones de los operadores. Entre otras, la norma EN 1127-1 proporciona los fundamentos metodológicos para la protección contra explosiones, así como la norma VDI 2263 para los incendios y las explosiones de polvo. Las mezclas híbridas deben designarse expresamente como tales y evaluarse en el documento de protección contra explosiones.

Indicaciones prácticas

• Analizar el proceso en su totalidad: deben tenerse en cuenta todas las sustancias que se introducen en la mezcladora o que pueden generarse en su interior, incluidos los productos de limpieza, los disolventes residuales y los productos de descomposición.
• Determinar los parámetros característicos de la mezcla: los valores de la bibliografía correspondientes al polvo puro no son fiables en el caso de las mezclas híbridas. Es necesario analizar la mezcla real en un laboratorio certificado.
• Determinar con antelación: El hecho de que un proceso sea híbrido determina el diseño, la presión de diseño y el concepto de protección. Una adaptación posterior resulta mucho más costosa que tenerlo en cuenta en la fase de planificación.
• Comprobar los cambios en la fórmula: El cambio de un aglutinante o de un portador de aromas puede convertir un proceso que hasta entonces era puramente en forma de polvo en un proceso híbrido.