St1, St2 y St3: clases de explosividad de polvo

Definición

Las denominaciones St1, St2 y St3 corresponden a las clases de explosividad del polvo, con las que se clasifican los polvos inflamables en función de la intensidad de una explosión de polvo. La base es el valor Kst, es decir, el aumento máximo de presión en el tiempo de una mezcla de polvo y aire en un recipiente cerrado en condiciones de ensayo normalizadas, expresado en bar·m/s.

En función del valor Kst, los polvos se clasifican de la siguiente manera:

Los polvos con un valor Kst igual a 0 se consideran no explosivos y se clasifican en la clase St 0. Mientras que el valor Kst es el parámetro medido, las clases St agrupan los valores en rangos de diseño que sirven de referencia para el diseño de la obra y el concepto de protección.

Características del valor Kst• 

• Constante específica del material: El valor Kst es un parámetro que depende del material. Permite extrapolar los resultados obtenidos con equipos de ensayo normalizados a equipos e instalaciones de mayor tamaño mediante la ley cúbica.

• Velocidad de aumento de la presión: a medida que aumenta la clase St —de St1 a St2 y de St2 a St3—, aumenta la velocidad de aumento de la presión. De este modo, se reduce el tiempo de reacción disponible para los sistemas de protección.

   

Ejemplos típicos

St1: intensidad de la explosión de baja a media

La categoría St1 abarca la gran mayoría de los polvos de importancia industrial. Algunos ejemplos típicos son la harina, el azúcar, la leche en polvo, los polvos de cereales, el polvo de madera, muchos polvos y granulados de plástico, muchos principios activos farmacéuticos y el polvo de carbón.

St2 – alta intensidad de la explosión

Los polvos de tipo St2 presentan un riesgo considerablemente mayor debido a que el aumento de la presión es mucho más rápido. Algunos ejemplos típicos son determinados pigmentos orgánicos, polvos de plástico muy finos, algunos productos químicos intermedios y colorantes, así como celulosa reactiva y polvos especiales.

St3 – intensidad de explosión muy alta

La categoría St3 incluye polvos especialmente críticos y altamente reactivos. Algunos ejemplos típicos son los polvos de aluminio, magnesio y titanio, así como otros polvos metálicos finos, como los que se utilizan en la metalurgia de polvos, en los procesos de fabricación aditiva y en la producción de materiales para baterías.

En el caso de los polvos St3, el aumento de presión es tan rápido que los sistemas de protección puramente reactivos suelen llegar al límite de su capacidad. Además, los polvos metálicos plantean un reto especial, ya que, en combinación con el agua o con determinados agentes extintores, pueden provocar reacciones adicionales. Las medidas preventivas —en particular, la inertización y un proceso cerrado diseñado para resistir los golpes de presión— suelen tener prioridad sobre la descarga posterior.

Factores que influyen en la clasificación

La clase St real de un polvo depende de varios parámetros:

• Tamaño y forma de las partículas: cuanto más finas y mayor sea su superficie específica, mayor será su reactividad.
• Contenido de humedad o humedad residual
• composición química
• Contenido de oxígeno y composición de la atmósfera
• Comportamiento de aglomeración y distribución en la mezcla de polvo y aire

Incluso pequeños cambios en estos factores, como un molido más fino, una fuente de materia prima diferente o una humedad menor, pueden alterar la clase St.

Importancia práctica para los mezcladores y los procesos con polvos

Cuando se utilizan mezcladoras para procesar productos en polvo, prácticamente siempre se generan mezclas de polvo y aire en el interior de la máquina, especialmente durante el llenado, la mezcla y el vaciado. Por lo tanto, la clasificación del producto es fundamental para el concepto de protección contra explosiones y el diseño de la instalación.

Diseño y construcción del mezclador

Productos St1: diseño habitual con una resistencia definida a los golpes de ariete, de unos 10 bar. Es posible implementar una protección constructiva contra explosiones mediante la descarga de presión con discos de ruptura o dispositivos de descarga sin llama. El diseño de la resistencia de la carcasa suele ser fácilmente gestionable desde el punto de vista económico.

Productos St2: mayores requisitos de resistencia mecánica; a menudo, diseño resistente a las ondas de choque de explosión. Se necesitan superficies de alivio de mayor tamaño para disipar de forma segura el aumento de presión, que es considerablemente más rápido. A menudo, el alivio de presión se combina con la supresión de explosiones —por ejemplo, mediante depósitos de agente extintor HRD— y con el desacoplamiento de explosiones a través de barreras de válvulas, compuertas rotativas o barreras de agente extintor hacia las partes de la instalación situadas antes y después.

Productos St3: por lo general, aparatos cerrados, diseñados para resistir picos de presión, en combinación con inertización y control de oxígeno. La mera descarga de presión suele ser insuficiente debido al tiempo muy breve de aumento de la presión, o solo es posible con superficies de descarga desproporcionadamente grandes. Se refuerzan las medidas para evitar fuentes de ignición, los dispositivos de desacoplamiento son prácticamente siempre necesarios y la selección de los agentes extintores debe adaptarse a la reactividad del polvo metálico.

Dado que los mezcladores suelen tener grandes volúmenes interiores, la intensidad y la carga total de una explosión varían en función del volumen. Por lo tanto, una clasificación correcta es esencial para un dimensionamiento seguro y económico.

Prevención de fuentes de ignición y conformidad con la normativa ATEX

• Puesta a tierra continua de todos los componentes de la instalación para minimizar las descargas electrostáticas
• Utilización de accionamientos, sensores y equipos eléctricos a prueba de explosiones, de acuerdo con la clasificación de zonas
• Control de la temperatura y del estado de los cojinetes, los pasamuros y los elementos de estanqueidad
• medidas constructivas adecuadas para evitar la generación de chispas mecánicas

Selección y dimensionamiento de medidas de protección

En función del valor Kst, la presión máxima de explosión pmax, la energía mínima de ignición (MZE) y la temperatura mínima de ignición (MZT), se seleccionan y dimensionan medidas de protección específicas; por ejemplo:

• Alivio de la presión de explosión mediante discos de ruptura, tubos Q o alivio sin llama
• Supresión de explosiones mediante sistemas de extinción rápida
• Aislamiento contra explosiones mediante barreras mecánicas o químicas entre el mezclador y los equipos adyacentes

• Inertización con control de oxígeno

   

Requisitos relativos a la documentación y los parámetros característicos

Para poder dimensionar correctamente un mezclador o una instalación de procesamiento de polvo, los fabricantes de instalaciones necesitan los parámetros técnicos de seguridad del producto, que suelen ser:

• Kst – constante específica del polvo
• pmax – sobrepresión máxima de explosión
• MZE – Energía mínima de ignición
• MZT – Temperatura mínima de ignición

Estos parámetros deben registrarse y actualizarse en el documento de protección contra explosiones, de conformidad con la Directiva 1999/92/CE. Si se añaden gases, vapores o disolventes inflamables, deberán determinarse además los parámetros de la mezcla híbrida.

Consejos prácticos

• Pruebas de laboratorio: Los polvos deben analizarse en un laboratorio de ensayo certificado para determinar los valores Kst, pmax, MZE y MZT. Solo así es posible realizar una clasificación fiable en las categorías St0 a St3 y un dimensionamiento preciso y económico del mezclador.
• Actualización periódica: los cambios en la fórmula, los nuevos proveedores de materias primas, las modificaciones en las condiciones de secado o los grados de molienda más finos pueden influir en los parámetros de explosividad. Una revisión periódica garantiza que el plan de protección contra explosiones siga siendo adecuado para el producto real.

• Adaptación y modificación: En caso de que cambien los parámetros característicos, por ejemplo, al pasar de St1 a St2, puede ser necesario adaptar los dispositivos de descarga y los sistemas de supresión, o modificar la división en zonas. Una evaluación temprana evita inversiones erróneas e interrupciones en la producción.

   

Nota sobre posibles confusiones

En otros contextos técnicos o jurídicos, las denominaciones St1 y St2 pueden referirse a clasificaciones totalmente distintas, como, por ejemplo, a grupos de actividades en convenios colectivos o a grados de preparación de superficies. En ingeniería de procesos, en la tecnología de mezcla y en el funcionamiento de mezcladoras, se hace referencia prácticamente siempre a la clase de explosión de polvo aquí descrita.