30 jun. 2013

Prevención de las explosiones generadas por polvo

Prevención de las explosiones generadas por polvo

Revista Gestión Práctica de Riesgos Laborales, Nº 68, Pág. 42, Sección Normativa, 01 de Febrero de 2010
Publicado hace más de 3 años
 
Ricardo Fernández García, Técnico superior en Prevención de Riesgos Laborales y Consejero de Seguridad para el Transporte por Carretera
 
Trabajos con exposición a agentes químicos, Potestad normativa, Higiene industrial, Trabajos expuestos a riesgos de incendio y explosión
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El polvo, partícula insignificante a simple vista, cuando alcanza una concentración y un tamaño determinados, puede llegar a ser explosivo. A pesar de que tiende a sedimentarse, no por ello deja de ser potencialmente peligroso, pues cualquier leve movimiento o cambio en la atmósfera, el ambiente, etc., puede ponerlo de nuevo en suspensión, llegando a producirse detonaciones. Estas, una vez iniciadas, pueden provocar explosiones secundarias en una especie de reacción en cadena que suele tener desastrosas consecuencias. En este artículo, Ricardo Fernández García planea las debidas medidas a fin de evitar estos gravosos accidentes. Para ello, ha de llevarse a cabo previamente una evaluación, revisión y aplicación de la gestión del riesgo en los lugares donde se manejan combustibles sólidos. En primer lugar, ha de prepararse inventario de todos los sólidos y polvos manejados en su centro de trabajo, incluyendo materias primas, productos intermedios y acabados. Conocido este listado, se recopilarán las cualidades específicas de los sólidos con el fin de determinar sus características de explosividad y así poder ofrecer un diseño seguro. En base a este punto ya se podrá saber si ese material es o no inflamable. Con el fin de proceder a un estudio más metódico, se recomienda dividir la instalación en operaciones básicas, compilar la información necesaria para el análisis de riesgo (diagramas de ingeniería e instrumentación, presiones máximas de trabajo de los equipos, dispositivos de seguridad, etc.) y revisar los peligros para proporcionar las medidas preventivas que se requieran. Finalmente, ha de valorarse el riesgo de acuerdo con un método reconocido (teniendo en cuenta las propiedades de los sólidos, cantidades manejadas, actividades realizadas o condiciones de los equipos e instrucciones de trabajo), determinándose si éste es o no aceptable. En caso de que no lo sea, habrán de ponerse en funcionamiento una serie de medidas tendentes a reducir ese riesgo.
El polvo, partícula que puede parecer insignificante a simple vista, cuando alcanza una concentración y un tamaño determinados puede llegar a ser explosivo. A pesar de que tiende a sedimentarse, no por ello deja de ser potencialmente peligroso, pues cualquier leve movimiento o cambio en la atmósfera, el ambiente, etc., puede ponerlo de nuevo en suspensión, llegando a producirse detonaciones de cierta importancia. Éstas, una vez iniciadas, podrían provocar explosiones secundarias en una reacción en cadena que suele tener desastrosas consecuencias. Este artículo plantea las medidas necesarias para evitar estos gravosos accidentes.
Contrariamente a lo que se pueda pensar, el polvo, cuando alcanza un tamaño y concentración determinados, puede ser explosivo. A pesar de que, a diferencia del gas, tiende a sedimentarse, no por ello deja de ser peligroso ya que cualquier causa puede ponerlo de nuevo en suspensión. Estas explosiones, una vez iniciadas, pueden provocar nuevas detonaciones secundarias, transformándose en una reacción en cadena que puede provocar daños y destrozos importantes.
Para que no lleguen a producirse estos gravosos incidentes han de ponerse en funcionamiento una serie de medidas de prevención que se exponen a continuación.
Etapas para la evaluación y aplicación de la gestión del riesgo
Las etapas del proceso para la evaluación, revisión y aplicación de la gestión del riesgo en los lugares donde se manejan combustibles sólidos podrían resumirse de la siguiente forma:
  • > Preparar un inventario de todos los sólidos y polvos manejados en su centro de trabajo. Se deben incluir tanto las materias primas como los productos intermedios y acabados. Conocido este listado, hay que estudiar si los materiales que figuran son verdaderamente combustibles.
  • > Recopilar las cualidades específicas de los sólidos con el fin de determinar sus características de explosividad y así poder ofrecer un diseño seguro.
  • > En base al punto anterior, se podrá determinar si un material es o no inflamable.
  • > Conocer su energía mínima de ignición (MIE).
  • > Con el fin de proceder a un estudio más metódico, se recomienda dividir la instalación en operaciones básicas.
  • > Compilar toda la información necesaria para el análisis de riesgo. Este debe incluir los diagramas de ingeniería e instrumentación (P&I), las presiones máximas de trabajo de los equipos, los dispositivos de seguridad, etc.
  • > Revisar los peligros para identificar y proporcionar las medidas preventivas que se requieran. Esta revisión abarca todas las fuentes potenciales de ignición e incluirá un examen de las medidas de prevención y protección en vigor.
  • > Valorar el riesgo de acuerdo con un método reconocido. Dependerá de las propiedades de los sólidos, las cantidades manejadas, las actividades realizadas o las condiciones de los equipos e instrucciones de trabajo.
  • > Se debe determinar si el riesgo resultante es o no aceptable.
  • > Para las situaciones con un riesgo superior al aceptado es conveniente revisar las medidas preventivas a aplicar para reducir este riesgo.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo que explica este proceso de evaluación.
FIGURA 1
Proceso de evaluación del riesgo
Conceptos básicos de la explosión de polvo y el "pentágono de la explosión del polvo". La mayor parte de los sólidos orgánicos y de los metales pueden formar nubes de polvo explosivo. Para que una explosión de polvo se produzca se deben dar unas circunstancias que se resumen en el "pentágono de la explosión del polvo":
  • > Combustible. Es necesario la presencia de un polvo combustible. Cuanto más finas sean las partículas mayor es el riesgo de explosión.
  • > Agente oxidante. Suele ser el oxígeno del aire, que es suficiente para mantener una explosión.
  • > Suspensión de polvo. El polvo debe estar disperso en el aire, bien dentro de un equipo de proceso o en el exterior, debido a una fuga o derrame, la cual genera una pequeña explosión inicial que produce explosiones secundarias al levantar el polvo acumulado en el exterior de los equipos.
  • > Fuente de ignición. Es necesaria una energía mínima para que se produzca la explosión. Esta puede ser una chispa producida por electricidad estática, por un fallo eléctrico o por una llama.
  • > Un espacio confinado. Las paredes, techos, pisos y tejado de un edificio crean confinamiento al igual que los equipos de proceso, silos de almacenamiento, colectores de polvo o los conductos.
Estos cinco componentes deben estar presentes durante toda explosión de polvo, lo que se expresa gráficamente mediante el pentágono de la explosión de polvo.
En resumen, una explosión de polvo puede llegar a ocurrir cuando estas partículas, finalmente divididas, se dispersan en la atmósfera en la presencia de una fuente de ignición. Cuando se produce la inflamación, la llama se propaga a través de la nube de polvo. Tal propagación de la llama, en cualquier recinto cerrado, genera un aumento de la presión, hecho que puede producir explosiones cuando esta se libera de la presión por la rotura del punto más débil del confinamiento o por los elementos de seguridad de alivio de la presión.
Análisis del riesgo de explosión de polvo. La combustión de las partículas de polvo puede adoptar alguna de las siguientes formas:
  • > Deflagración. Sucede cuando se presenta un frente de llama que está más o menos definido y que avanza a un ritmo que está determinado por la velocidad de avance de la propia llama y por la expansión de los gases producto de la combustión que va dejando a su paso. En función de esta velocidad, en función de la presencia de confinamiento o de las características del polvo pueden producirse, o no, aumentos significativos de presión, resultando en:
    • - Deflagraciones no explosivas: denominadas también llamaradas, cuando no existe ningún aumento significativo de presión, normalmente limitadas a espacios no confinados.
    • - Deflagraciones explosivas: cuando sí existen aumentos significativos de presión se produce una onda de presión que llega a viajar a la velocidad del sonido, normalmente precediendo el avance de la llama.
  • > Detonación. Se produce la combustión cuasi instantánea de la mezcla de aire con el combustible, no contando con un frente de llama sino que se produce una onda de choque en la que la combustión es simultánea a la onda de presión. Lo frecuente en lo que se refiere a polvos combustibles es que, de haber detonación, se llegue a esta como transición desde una deflagración.
Las deflagraciones explosivas y las detonaciones son las denominadas explosiones de polvo, aun que las más comunes son las llamadas deflagraciones explosivas.
Normativa relativa a atmósferas explosivas. Desde el 1 de julio de 2003 están plenamente en vigor dos normas jurídicas que regulan la seguridad en las atmósferas potencialmente explosivas. Se trata del RD 400/1996 (Directiva 94/9/CE) y del RD 681/2003 (Directiva 1999/92/CE).
El RD 400/1996 se aplica a las empresas que suministran aparatos para uso en zonas con atmósferas potencialmente explosivas e incluye en su ámbito de aplicación no sólo material eléctrico, sino cualquier otro para uso en atmósferas potencialmente explosivas, así como sistemas de protección y aparatos a utilizar fuera de la atmósfera explosiva pero que influyan en la seguridad.
El RD 681/2003 se aplica a las empresas que utilizan material inflamable y es un desarrollo de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales. Más adelante se verá su clasificación de zonas.
TABLA 1
Clasificación de zonas de acuerdo con la normativa ATE
Gas Polvo Presencia atmósfera explosiva
0 20 De forma continuada o largos periodos (más de 1000 horas/año)
1 21 De forma ocasional (entre 10 y 1000 horas/año)
2 22 Pocas veces o periodos cortos (menos de 10 horas/año)
Identificación y caracterización de las sustancias
Este punto pretende facilitar el conocimiento de las características explosivas de los polvos combustibles que existen en un centro de trabajo. El primer paso consiste en reunir toda la información existente sobre las materias que se manejan. Esta caracterización debe ser conocida antes de iniciar el diseño o de realizar una evaluación de la situación actual.
La Tabla 2 resume la información mínima necesaria para cada material o grupo de materiales si estos son similares.
TABLA 2
Caracterización de polvo y sólidos inflamables
Información requerida Descripción
Identificación del sólido o polvo Nombre comercial, nombre químico, nº CAS.
Composición química.
Determinación de la sensibilidad a la ignición:
MIE Cantidad mínima de energía capaz de generar una ignición en una nube de polvo.
MIT (capa) Menor temperatura superficial que es capaz de encender una capa de polvo.
MIT (nube) Menor temperatura que es capaz de provocar la ignición de una nube de polvo del material.
Determinación de la severidad de la explosión
Kst Es el índice de Es el índice de deflagración de un polvo e indica el índice de peligro.
Pmax Presión máxima generada en la explosión.
Identificación del sólido o polvo. Hay que conocer el nombre de la materia y las características de la sustancia, cuál es su composición química.
  • > Nombre de materia: tanto la denominación comercial como el nombre químico y el número CAS identifican el material.
  • > Composición química: en la ficha de seguridad de toda sustancia han de identificarse sus características teniendo en cuenta sus componentes libres, ya que algunos de ellos, como ocurre con el fenol, pueden llegar a favorecer una explosión. Esta información debe ser solicitada al proveedor.
Sensibilidad frente a la ignición. La sensibilidad que se produce frente a la ignición se llega a obtener mediante diferentes pruebas y diferentes métodos de ensayo. En concreto, las pruebas y métodos más comunes son:
  • > Energía mínima de ignición (Minimum Ignition Energy, MIE). Es la energía mínima que se requiere para iniciar una explosión de polvo en un ambiente cerrado. Nos indica la peligrosidad del polvo frente a posibles descargas electrostáticas o chispas. Cuanto menor es el tamaño de la partícula, menor es el MIE. TABLA 3
    Valores de MIE para algunas sustancias
    MIE (mJ) MIE (mJ)
    Bisfenol A 0,9 – 1,8 Resina fenol novolaca –formaldehido 2-10
    Caseína 60 Resina de poliéster 5-10
    Carbón 40 40 Polietileno 0-70
    Cacao 100 – 180 Polipropileno 25-400
    Café 160 Poliestireno 40-120
    Resina epoxi 4,3 – 150 Arroz 40-120
    Resina melanina formaldehido 50 – 320 Azúcar 30
    Nylon 20 – 30 Harina 20-50
    Polvo de papel 20 – 60 Polvo de urea > 10.000
  • > Temperatura mínima de ignición (Minimum Ignition Temperature MIT). Determina la menor temperatura superficial que es capaz de iniciar una explosión debida a una capa de polvo o por la presencia de polvo en el ambiente en un entorno cerrado. Define, por tanto, la temperatura máxima de operación.
    • - MIT (capa): la acumulación del polvo en capas en el equipo y las superficies horizontales agravan el riesgo de explosión. Aunque por lo general muestran una reacción lenta debido al efecto de una onda expansiva externa producen explosiones secundarias que llegan a multiplicar el efecto de la explosión inicial.
    • - MIT (nube): es la temperatura mínima de ignición de una nube de polvo. El tamaño de la partícula es importante. El MIT (capa) es generalmente más bajo que el del MIT (nubes); por tanto, cabría determinar el MIT (capa) en primer lugar, y, si las superficies calientes están por debajo de 2/3 de este valor, puede que no sea necesario determinar el MIT (nube).
Existe un código de temperatura de equipos que debe ser siempre inferior al MIT. Este código se muestra en la Tabla 4.
TABLA 4
Relación entre el código de temperatura y la temperatura máxima superficial
Código de temperatura Temperatura máxima de la de la superficie (ºC)
T1 450
T2 300
T2A 280
T2B 260
T2C 230
T2D 215
T3 200
T3A 180
T3B 165
T3C 160
T4 135
T4A 120
T5 100
T6 85
Severidad de la explosión. La relación entre la presión frente al tiempo mide la violencia potencial de una explosión de polvo. Para ello se calcula:
  • > Presión máxima de explosión (Pmáx): presión máxima registrada en un ensayo normalizado de explosión en recipiente cerrado con la concentración óptima de polvo en aire. Es un valor característico de polvo combustible y no varía según el volumen del recipiente.
  • > Gradiente máximo de presión (dP/dt)máx: expresa la variación máxima de aumento de la presión en función del tiempo. El gradiente máximo de presión se determina también en el mismo ensayo de la Pmáx.
  • > Estos valores se convierten a un valor de Kst (medido en bar m/s), el cual nos caracteriza el potencial de explosión de una sustancia. El índice de deflagración se define como Kst=(dP/dt)max(*V1/3), donde V es el volumen del depósito en m³.
Aunque ciertamente el valor máximo de la presión y su evolución frente al tiempo varía de forma importante dependiendo de muchos factores, incluyendo el volumen del recipiente, sin embargo el índice de deflagración Kst y el valor de (dP/dt)max se mantiene aproximadamente constante bajo ciertas condiciones.
El índice Kst es el parámetro clave para el diseño de las medidas de protección contra explosiones. Recordemos que los daños generados por la presión dependen tanto de la violencia y la gravedad de la explosión como por la resistencia mecánica de los equipos y su estructura.
Finalmente, señalar que las clases de peligro se dividen en función de su clase de explosión "St". Cuanto más elevado más violenta es la explosión.
Explosiones secundarias. Los pe ores desastres que han ocurrido de las explosiones de polvo siempre se han asociado con explosiones de polvo secundarias. La secuencia de acontecimientos que suele darse es generalmente la siguiente: una explosión primaria en alguna parte de la instalación o en los equipos causa que el polvo acumulado en vigas, paredes y suelos pasen al aire por efecto de la explosión. Se produce una nube de polvo de concentración inflamable que genera una explosión secundaria.
TABLA 5
Clasificación de las clases de la explosión
Clase de la explosión Kst (bar*m/seg) Violencia de la explosión
St 0 0 Nula
St 1 1 – 200 Débil a moderada
St 2 201 – 300 Fuerte
St 3 > 300 Muy fuerte
Contenedores de envases. Los big-bags (Flexible Intermediate Bulk Containers, FIBC en inglés) son envases especialmente diseñados para contener generalmente entre 500 y 1.000 Kg. de producto. Suelen estar fabricados a partir de material sintético, normalmente de polietileno. En función de su antiestaticidad se pueden dividir en cuatro tipos básicos:
  • > Tipo A: hechos de tela no conductiva, no proporcionan ninguna protección contra la electricidad estática.
  • > Tipo B: son de tela no conductiva. Se diferencian del tipo A en que la conductividad a través del tejido, incluidos los recubrimientos, ha de ser lo suficientemente baja para permitir la propagación de ciertas cargas.
  • > Tipo C: fabricados a partir de tejidos conductivos o de un tejido no conductivo con hilos o filamentos conductores de interconexión, generalmente en forma de cuadrícula. Deben tener siempre una etiqueta o punto de conexión a tierra.
  • > Tipo D: hechos de un tejido que permite que la carga se disipe sin estar conectado a tierra. Algunas de ellas tienen un revestimiento de baja resistencia que reduce el riesgo de descargas electrostáticas.
Señalar que los big-bags pierden sus características de antiestaticidad si están recubiertos por un material conductor (por ejemplo, agua o aceite) o si sobre él se colocan objetos conductores (herramientas o cualquier otro equipo metálico).
Esta información es especialmente interesante para los usuarios por el nivel de riesgo asociado. Por ejemplo, vaciar un big-bag tipo A o tipo B en un recipiente que contiene líquido inflamable sin las necesarias medidas preventivas es una operación de alto riesgo. Señalar que, en este caso, el MIE necesario para iniciar la ignición será el MIE de la mezcla de vapor inflamable, la cual es generalmente inferior a 1,0 mJ.
TABLA 6
Tipo de big-bag
Atmósfera que rodea a los big-bags
Producto dentro del big-bag Atmósfera no inflamable Atmósfera de polvo explosivo Posibilidad de eclosiones por vapores
No inflamable ABCD BCD CD
MIE> 1000 mJ ABCD BCD CD
MIE 3 mJ a 1000 mJ BCD BCD CD
MIE <3 mJ CD CD CD
Conclusiones. Dentro de la actividad considerada y sin variaciones drásticas de tecnología, hay que poner en práctica las siguientes medidas:
  • > Medidas técnicas pensadas específicamente para la prevención de explosiones.
  • > Medidas técnicas para la protección contra explosiones que, aunque no consigan evitarlas, reduzcan sus efectos.
  • > Medidas organizativas.
Cierto es que la mayor parte de las estrategias de protección incluyen más de uno de los métodos de protección arriba descritos. Su objetivo es evitar la explosión y, si se produce, aislarla, contener la explosión en un área limitada y segura y, en ocasiones, proceder a su venteo para reducir el efecto de la presión.
Medidas técnicas para la prevención de explosiones
Los principios básicos de la prevención y protección de explosiones son, por orden de prioridad:
  • > Prevención de la formación de fuentes de ignición efectivas.
  • > Prevenir la formación de atmósferas explosivas, ya sea controlando el oxígeno presente o mediante el control de la concentración de la fuente de combustible.
A menudo no es posible impedir que se formen atmósferas explosivas puesto que es un fenómeno inherente a la actividad. En otras no es viable su inertización. Cuando no se puede impedir la formación de atmósferas explosivas hay que tratar de prevenir la aparición de fuentes de ignición efectivas. Si mediante la prevención no se alcanza un nivel de riesgo residual satisfactorio, hay que tomar medidas para atenuar los efectos de una hipotética explosión.
Prevención de que se origine una fuente de ignición. Las fuentes de ignición, atendiendo a su origen, pueden clasificarse como:
  • > De origen químico: motivadas por algún tipo de reacción química (descomposición, polimerización, autocalentamiento, etc.).
  • > De origen térmico: contacto con elementos o superficies calientes.
  • > De origen mecánico: provocadas por fricción, choque o fractura de materiales duros, con posibilidad de presencia en equipos mecánicos.
  • > De origen eléctrico: provocado por chispas o arcos eléctricos, tanto por conductores activos como por acumulaciones de electricidad estática o por calentamiento puntual que supere la temperatura de ignición del polvo. La prevención supone la disposición de una instalación eléctrica adecuada (Reglamento electrotécnico para baja tensión (1) ).
La cantidad de energía generada por las diversas fuentes de ignición varía de manera significativa, como muestra la Tabla 7. Esta energía generada es especialmente importante cuando se compara con la energía mínima de ignición (MIE) de diversos polvos combustibles.
TABLA 7
Ejemplos de fuentes de ignición electrostáticas
Descarga Origen Energía Acción sobre
Chispas Conductor aislado E=CV² Vapores y polvos
Chispas Humano 25 – 100 mJ Vapores y polvos
Rozamiento Aislamiento de sólidos < 4 mJ Vapores y algunos polvos
Granel Sólidos a granel < 10 mJ Vapores y algunos polvos
Propagación del rozamiento Aislamiento metálico Posible < 1000 mJ Vapores y algunos polvos
TABLA 8
Precauciones a tomar en función del MI
MIE (MJ) Comentario
500 Baja sensibilidad a la explosión. Estructura y suelo deben de estar conectados a tierra.
100 El trabajador debe de estar conectado a tierra. No debe usar zapatos o guantes no conductivos.
25 La mayor parte de los accidentes ocurren cuando la energía de ignición está por debajo de este nivel. En este caso se deben considerar los riesgos debidos a descargas electrostáticas.
10 Alta sensibilidad a la ignición. Hay que tener en cuenta el riesgo de sólidos a granel con la resistividad.
3 Sensibilidad a la ignición extremadamente alta.
Para una descarga que genera una chispa, E = 0,5CV² donde C es la capacitancia (faradios), V es el potencial (voltios) y E es la energía disipada (Julios).
Prevención de atmósferas explosivas. La estrategia preventiva generalmente aplicada es evitar la formación de una atmósfera inflamable. Las estrategias que pueden emplearse son:
  • > Inertización con un gas inerte. Las explosiones de polvo pueden evitarse al eliminar el oxígeno o reducirlo por debajo de su límite de inflamación. Por debajo de este, no es posible la propagación de una llama a través de una nube de polvo. El nitrógeno es el gas inerte más utilizado, si bien también gases como el CO2 pueden ser utilizado.
  • > Manteniendo la concentración de polvo por debajo de su rango de explosividad. El riesgo de ignición y las medidas para reducirlo dependerán de la probabilidad de que una nube de polvo explosivo esté presente. El riesgo de explosión evaluará el riesgo y permitirá definir los criterios de diseño del equipo y las precauciones a seguir.
  • > Inertización mediante la adición de polvo inerte. Se utiliza una sustancia diluyente como el bicarbonato de sodio, que puede evitar la propagación de la llama o actuar como un disipador de calor. Esta técnica no se usa generalmente en las industrias de proceso debido a la gran cantidad de diluyente necesario (> 60%) y a los problemas de contaminación que esto representaría.
La protección contra explosiones
Además de las estrategias de prevención de la explosión se emplean estrategias de protección que buscan controlar las consecuencias con el fin de evitar lesiones a las personas y limitar los daños a la instalación y al medio ambiente.
Obtención de la necesaria información para elaborar la estrategia de prevención. Con el fin de determinar el tipo, tamaño y especificaciones de cualquier sistema de protección contra explosiones, es necesario disponer de la información necesaria para evaluar adecuadamente los riesgos de las atmósferas explosivas. Los datos para la evaluación de los riesgos son, como mínimo, los siguientes:
  • > Información sobre las sustancias a manejar.
  • > Diagramas de flujo del proceso.
  • > Balance de materia y de energía.
  • > Diagramas de tuberías e instrumentos (PI&D).
  • > Información sobre los instrumentos de alivio de presión que se utilizan:
    • - Tipo de dispositivo instalado.
    • - Tamaño (superficie de paso).
    • - Presión de apertura.
  • > Clasificación de las áreas peligrosas: diagramas y justificación.
  • > Presión máxima de trabajo de los equipos.
En la revisión debe utilizarse cualquier información histórica sobre incidentes anteriores o cualquier otra información de utilidad.
Estrategias de protección frente a la explosión. Entre las estrategias de protección, las más efectivas son las siguientes:
  • > Contención de explosiones. Esta puede lograrse mediante de las siguientes formas:
    • - Resistencia a la presión por explosión. En los sistemas o equipos que utilizan la contención como base de la seguridad se construye el sistema para contener la fuerza generada en una explosión.
    • - Resistencia al impacto del golpe de presión. Si bien estos equipos están diseñados para soportar la Pmax, pueden ser susceptibles de deformación permanente.
  • > Venteo de la explosión. El principio básico del venteo de la explosión es que un orificio de ventilación de superficie adecuada se abrirá rápidamente, permitiendo que el polvo inquemado y los productos de la explosión salgan al exterior. Mediante este dispositivo se limita el incremento de la presión en un recipiente a un nivel que no genere daños importantes al aliviar la fuerza explosiva. Incluyen paneles y discos de ruptura o las puertas de los hornos. La salida del venteo debe estar localizada en un lugar seguro, lejos de las llamas y los productos de explosión. Con el fin de determinar el área de venteo se precisa conocer la fuerza de la explosión, y la geometría del recipiente, el valor de Kst de la materia y la presión máxima que se podría generar (Pmax).
  • > Supresión de explosiones. Se utiliza principalmente ante materiales considerados extremadamente tóxicos, sobre todo cuando no es posible proteger por ventilación/contención. Se basan en la detección temprana de la explosión, tras la cual se produce una rápida inyección de un agente adecuado para suprimir la llama. Generalmente estamos ante recipientes que contienen un inhibidor, como el bicarbonato de sodio o fosfato de amonio que se instalan en el equipo o en las tuberías.
  • > Aislamiento de la explosión. No evita la explosión inicial pero sí evita una segunda explosión que suele ser mucho mayor y por tanto peor que la inicial. Esto se traduce en presión de explosión de dos a tres veces mayor que la inicial. Entre los dispositivos de aislamiento se encuentran las válvulas rotativas, los sistemas automáticos de actuación rápida o los de aislamiento químico.
Medidas organizativas
Estas son algunas de las medidas organizativas más frecuentemente utilizadas.
Clasificación de zonas. Con el fin de asegurar que se gestionan las fuentes de ignición, cada instalación debe clasificar las áreas peligrosas. Esta clasificación es una parte integral de la evaluación del riesgo para identificar las zonas donde los controles sobre las fuentes de ignición son necesarios (zonas peligrosas) y aquellos en los que no lo son (zonas no peligrosas).
Las áreas peligrosas se subdividen para distinguir entre los lugares que tienen una alta probabilidad de que se de una atmósfera explosiva y los lugares donde ésta solo puede producirse ocasionalmente o en circunstancias anormales.
Las definiciones de las divisiones también dependen de la posibilidad de que se genere un incendio o explosión, es decir, de la probabilidad de que se produzca una atmósfera explosiva y de que ésta se active. Un ejemplo lo tenemos en la normativa ATEX (2) , que establece las siguientes zonas:
  • > Zona 20: área en la cual el polvo combustible puede aparecer durante el funcionamiento normal en cantidad suficiente para producir una concentración explosiva de mezcla de polvo combustible con aire, y/o dónde se forman capas de polvo que tienen un grosor excesivo o incontrolable. Entre ellos están los contenedores de polvo, el interior de los equipos, etc.
  • > Zona 21: área en la cual el polvo combustible puede llegar a aparecer durante el funcionamiento normal, en cantidades grandes como para producir una concentración explosiva de mezcla de polvo combustible y aire. Por ejemplo, en zonas vecinas a los puntos de llenado o vaciado de polvos y áreas donde existan capas de polvo.
  • > Zona 22: área en la que las nubes de polvo combustible se dan infrecuentemente y persisten un corto período de tiempo, o en la cual las acumulaciones o capas de polvo combustible podrían estar presentes sólo en condiciones anormales, y dan lugar a mezclas de polvo, combustibles y aire. Por ejemplo, en las zonas de cercanías de equipos que contengan polvo que pueda salirse y formar depósitos (cuartos de molienda).
Condiciones generales de trabajo. Las actividades en áreas clasificadas, como norma general, se realizarán bajo las siguientes condiciones:
  • > Deben ser zonas de acceso limitado, esto es, "sólo personal autorizado".
  • > El personal que acceda debe tener formación específica en los peligros y prevención de las explosiones de polvo así como disponer de la adecuada competencia.
  • > Los equipos de trabajo que se utilicen en dichas zonas serán adecuados para el trabajo en las mismas. En caso contrario será preceptiva la emisión de un permiso de trabajo, en el que figurarán las precauciones necesarias para impedir la ignición del polvo.
  • > Se señalizarán las zonas en que exista peligro de explosión de nubes de polvo y las zonas en que se produzcan los venteos, de manera que se reduzca al mínimo posible la permanencia en dichas áreas o espacios.
  • > Los trabajos que se realicen en el interior de los equipos deberán, además de contar con el necesario permiso de trabajo, realizarse con éstos fuera de servicio (no deben estar operativos) y aislados (en lo que a la posibilidad de transmisión de una explosión se refiere) respecto del resto de equipos que sí estén en funcionamiento.
  • > El personal que trabaje en dichas zonas dispondrá de vestimenta específica, de material ignífugo. Dicha indumentaria será compatible con las necesidades ergonómicas y de higiene para la ejecución de los trabajos.
Orden y limpieza. Para evitar explosiones secundarias, es imprescindible un programa de orden y limpieza y unas adecuadas prácticas seguras de trabajo. El polvo puede provenir de dos fuentes:
  • > Nubes de polvo proveniente de fugas desde el equipo de proceso.
  • > Nubes de polvo procedentes de capas de polvo generado tras un evento previo (una explosión inicial, la activación de un sistema de rociadores, entrada de viento a través de puertas y ventanas).
Es imprescindible disponer de un programa de orden y limpieza (housekeeping) para reducir al mínimo la acumulación de polvo. Una buena norma es mantener un grosor de polvo inferior a 0,66 mm, que es el que tiene un clip.
La experiencia dicta que, para ser eficaz, un programa de limpieza debe estar escrito, asignar responsables y adjudicar tiempos y recursos, revisándose su efectividad. Entre las prácticas de limpieza existentes destacan las siguientes:
  • > Por succión, siempre que sea posible, a través de un sistema de aspiración central. Su selección debe basarse en el riesgo y la clasificación eléctrica correcta para la zona que será utilizada.
  • > Eliminar los puntos de acumulación.
  • > Barrido del polvo. No se deben usar escobas con cepillos sintéticos ya que supondría una fuente de electricidad estática.
  • > El aire comprimido u otra modalidad de dispositivo móvil de presión no debe ser utilizado para la limpieza. La razón es que esto genera polvo en el aire, lo que podría generar problemas de seguridad y de salud industrial. Ventiladores locales de alta velocidad tampoco deben ser utilizados por la misma razón, ya que pueden levantar polvo acumulado. Además, muchos lugares de trabajo no tienen la clasificación eléctrica adecuada para un ambiente de polvo.
  • > Asignar responsabilidades de orden y limpieza para zonas y sistemas específicos. Se recomienda que los encargados de llevar a cabo estas tareas sean operarios de producción, de forma que faciliten la identificación de fuentes de polvo fugitivo.
  • > Rápida limpieza de todos los derrames y emisiones a fin de mantener la acumulación a menos de 0,66 mm de espesor.
  • > Independientemente de los métodos de limpieza utilizados, se debe prestar especial atención a la eliminación de las acumulaciones sobre el nivel del suelo, tapas de los equipos o elementos estructurales. El polvo acumulado en los lugares más altos es mucho más peligroso que el polvo a nivel del suelo, porque puede generar una explosión secundaria.
Control de las emisiones generadas por fugas del sistema. La contención del polvo combustible en el interior del equipo debe ser un objetivo primordial. Esto reducirá al mínimo la cantidad de polvo inflamable que se libera al exterior.
Las fuentes de polvo fugitivo se deben identificar y reparar con el fin de reducir la tasa de acumulación de polvo en capas y la frecuencia de limpieza. Algunas posibles fuentes de polvo fugitivo a buscar incluyen:
  • > Mal funcionamiento del equipo.
  • > Equipo con cubiertas rotas o sin tapas.
  • > Depósitos inaccesibles.
  • > Fugas de tuberías y conductos.
  • > Ventilación ineficaz.
  • > Respiraderos abiertos.
  • > Prácticas de trabajo pobres.
Cuando las cantidades de polvo procedente de fugas son suficientes para generar un riesgo de explosión, los equipos de proceso deben ser revisados para identificar y controlar las fuentes de emisión de polvo e incluidos en la rutina de orden y limpieza. Si los problemas se encuentran en el mantenimiento, este debe ser notificado y posteriormente modificado, reparado o sustituido.
Protección personal. A fin de garantizar que nuestro personal esté protegido contra los incidentes relacionados con sólidos y polvos inflamables y sólidos, se deben de incorporar ciertas consideraciones en el diseño:
  • > Atención a la ubicación y protección de los espacios ocupados. Proteger a la gente de las molestias de polvo, olores y efectos de una explosión.
  • > Minimizar las ventanas existentes en las salas de control y oficinas ante una posible fuente del fuego o explosión.
  • > Disponer de paredes resistentes a la explosión.
  • > Proporcionar una salida de emergencia lejos del peligro.
Entrenamiento. La formación para los lugares de trabajo con combustibles sólidos debe de incluir
  • > Conocimiento del peligro. Los trabajadores deben conocer los peligros asociados al trabajo con sólidos y ser conocedores de sus riesgos laborales.
  • > Orden y limpieza. Transmitir al personal la importancia de un adecuado orden y limpieza como principal elemento preventivo para reducir o eliminar los riesgos de los combustibles sólidos
Gestión y respuesta a emergencias. Hay que considerar la posibilidad de una explosión de polvo así como sus medidas preventivas y su respuesta.
CUADRO 1
Criterios de selección y uso de herramientas de mano
  • > No se deben de usar herramientas fabricadas de metales ligeros como aluminio.
  • > Las herramientas de acero (destornilladores, llaves…) sólo se permiten en zonas ATEX 21 & 22.
  • > Las herramientas que generen o puedan generar chispas sólo se podrán usar si el área de trabajo está aislado de otras zonas 21 o 22 y se han tomado medidas adicionales de prevención del riesgo.
  • > Se deben de quitar las acumulaciones de polvo o añadir agua de forma que el lugar de trabajo esté tan húmedo que el polvo no pueda dispersarse en el aire ni se puedan desarrollar procesos de combustión lenta.
Cuando deja de existir riesgo de explosión por polvo
Se considera que existe un riesgo de explosión cuando, en un edificio de 3 metros de alto, más de un 5% de la superficie está cubierta con una capa de 0,8 mm de polvo suspendido. Se considera así al polvo que está sobre el nivel del suelo. El efecto de estas partículas es fácilmente desprendible si están adheridas a lámparas o paredes. Sin embargo, las que se encuentran en el suelo no lo son. Sólo se considerarán si hay un riesgo de explosión primaria en otro lugar de la instalación.
Entre los fenómenos que causan polvo en suspensión se encuentran las ráfagas de viento a través de las ventanas abiertas, golpes de puertas que dispersan la acumulación y ventiladores. Así pues, deben verificarse periódicamente los dispositivos de venteo, controlándose la corrosión, la pintura inadecuada para las piezas móviles o la rotura de membranas, la formación de hielo, obstrucción por nieve acumulada en un panel y obstrucción de tuberías, cables u otros servicios.
En resumen, se debe considerar que una nave o edificio ha eliminado el riesgo de explosión por polvo si se dan las condiciones siguientes:
  • > Las tasas de acumulación de polvo y sus fugas son muy bajas; por ejemplo, si esta tasa durante tres meses es inferior a 1,6 mm.
  • > La frecuencia de limpieza es fundamental. Permite que no se genere una acumulación de polvo suficiente que entrañe riesgo de explosión.
  • > Se conocen y controlan las fuentes de ignición.
Consideraciones relativas a las naves, almacenes y edificios
En el diseño de un edificio, nave o estructura, si se manejan sólidos o polvos inflamables, se deben de prever las salvaguardias necesarias.
Diseño del edificio. Organizar los equipos de forma que se reduzca la probabilidad y la cantidad de acumulación de polvo. Las paredes interiores deben ser lisas, sin cornisas. En la medida de lo posible, proporcionar las superficies horizontales; vigas, repisas y tapas de equipos con cubierta inclinada y acabado liso para facilitar su limpieza.
Las cubiertas inclinadas deben formar un ángulo de 60 grados desde la horizontal, salvo que se conozca una menor inclinación suficiente cuando se basa en medir el ángulo de reposo de los polvos. Reducir al mínimo la superficie disponible para la acumulación de polvo en las bandejas eléctricas y utilizar sellos en las puertas, juntas de ventanas o sala de presurización positiva para evitar la entrada de polvo y su acumulación.
Por último, mantener las puertas normalmente cerradas y asegurarse de que están diseñadas para resistir la explosión. Evite el uso de materiales no conductores de la construcción.
Pisos. Se utilizarán materiales conductores en los suelos donde pueda haber polvo altamente inflamables. Entre estos materiales se encuentran:
  • > Pisos de epoxi con tratamiento antiestático y con aditivos de aluminio.
  • > Suelos de cemento limpios.
  • > Plantas de chapa o de rejilla metálica.
En cuanto a los suelos no conductores, estamos ante pisos pintados o recubiertos de plástico, suelos de hormigón sucios, asfalto seco, pisos de baldosas de plástico y de resina sintética y madera.
Sistemas de protección para naves o edificios industriales. Por recinto se entiende un equipo en el que puede encontrarse polvo en suspensión. Para ellos se contempla, en el siguiente orden de preferencia, la aplicación de:
  • > Alivio mediante paneles de ruptura.
  • > Alivio conducido si la descarga pudiera afectar desfavorablemente a otros equipos o zonas.
  • > Supresión, si el alivio no fuera posible, por ubicación o por disposición constructiva, así como en los casos en que la explosión pueda ser de difícil tratamiento.
  • > Sistema de protección en equipo de proceso mediante supresión.
Una forma habitual de proteger las naves e instalaciones industriales es dejar voluntariamente "puntos débiles" empleados para el venteo de equipos de proceso y de locales de trabajo.
Un tipo sencillo de cubierta de venteo es un panel ligero pero rígido, como una lámina de aluminio mantenida en su posición con un perfil de sujeción de goma. Es importante sujetar el panel al recinto con un cable o cadena para evitar que se convierta en un proyectil peligroso. También hay que asegurar que la formación de óxido no incremente la presión de apertura con el tiempo.
Un segundo tipo son los paneles de ruptura, conocidos como discos de ruptura cuando son de forma circular. Están fabricados en una gama amplia de materiales, tamaños y formas y se pueden suministrar con recubrimientos resistentes contra ambientes agresivos químicamente.
Un modelo de amplio uso es una lámina de aluminio de 0,04 mm, la cual abre a una presión estática Pstat de 0,1 bar manométrico. Esta lámina puede ir complementada por otras dos metálicas de 0,5 mm de espesor, una interior y otra exterior, formando malla para que cumpla la función de apagallamas. También se le puede añadir una lámina de detección de la explosión, de forma que por giro pivotante sobre un eje accione un interruptor para poner en marcha las acciones que se quieran tomar (parada de la planta, cierre de válvulas, accionamiento de una supresión automática, etc.).
Un tercer modelo lo constituyen las puertas de explosión con bisagras y con mecanismos de cierre calibrados a una predeterminada presión estática Pstat. Es el tipo preferible si las explosiones pueden ocurrir con cierta frecuencia.
Un último tipo son los venteos reversibles, que cierran en cuanto la presión se ha aliviado. Su finalidad es evitar que entre aire en el recinto tras la primera explosión y se puedan producir explosiones secundarias e incendio. Un problema al emplear estos venteos es la implosión debida a la disminución de presión al enfriarse los gases dentro del recipiente. Para ello se recomienda disponer de un pequeño orificio que permita equilibrar la presión interna con la externa.
Estas protecciones deben reunir una serie de características. Son las siguientes:
  • > Resistir la fuerza del viento. En otras palabras, la presión de alivio (P de inicio) debe de resistir el viento.
  • > No se deben instalar estos "puntos débiles" en zonas potencialmente ocupadas, como áreas de trabajo, pasarelas o plataformas.
  • > Importante no utilizar paneles de explosión en los techos si se producen más de una o dos nevadas al año. En este caso, si bien no son tan efectivas, una alternativa son las rejillas de ventilación o paneles en las paredes.
  • > No hay que colocar el sistema de tuberías de seguridad (por ejemplo, contraincendios o sprinklers) o sus instrumentos críticos en una pared o techo que pueda ser fácilmente derruida por la presión de la explosión.
Conducciones. Son unas conducciones al exterior para evitar los efectos sobre las personas de los chorros de llama y la onda de choque que salen por el orificio de venteo. La sección transversal del conducto debe ser como mínimo la del área de venteo y se instalan entre este y un lugar exento de peligros. Entre ellas tenemos:
  • > Aislamiento mediante elementos que aseguren un cierre o "sello" de material (válvulas rotativas y tornillos, sinfín de carcasas cilíndricas con accionamiento a control de nivel, etc.).
  • > Alivio por disposición de paneles de ruptura o dispositivos análogos, de manera similar a lo contemplado en recintos. La función principal de estos alivios sería el control de las presiones desarrolladas en la transmisión de una deflagración.
  • > En los casos en los que la transmisión de la deflagración sea, o pueda ser, a equipos ubicados en el interior, optar por el aislamiento y protección de conducciones mediante alivio.
BIBLIOGRAFÍA
  • > Fernández García, R.: Manual de prevención de riesgos laborales para no iniciados. 2ª Edición revisada y ampliada. Editorial Club Universitario, 2008.
  • > Fernández García, R.: Obligaciones de la empresa con la sociedad. Editorial Club Universitario, 2008.

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