Tres tipos de tecnologías para protección contra explosiones de polvo en la industria

Las explosiones pueden resultar por la ignición de un gas, vapor o polvo combustible cuando se mezcla con el aire durante las operaciones de proceso, manejo o almacenamiento. Una rápida elevación en la presión ocurre en la estructura que la contiene y, si no cuenta con la resistencia adecuada para soportar la presión, se puede incurrir en daños y lesiones al personal de planta.

La Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (NFPA, por sus siglas en inglés) cuenta entre sus directrices, con la NFPA 652, que presenta fechas lí­mites para el muestreo y el análisis con el fin de identificar áreas potenciales de riesgo de explosiones industriales en plantas de manufactura. El centro de atención ahora son los equipos de mitigación.

Los nuevos estándares NFPA aplican en un gran rango de instalaciones que fabrican, procesan, licúan, transportan, reempacan, generan y manejan elementos que pueden ser categorizados como polvos combustibles o partí­culas sólidas, incluyendo también la primera fecha lí­mite para la realización del análisis de peligro de polvos, lo que se suma como una responsabilidad de los propietarios y operarios de dichas instalaciones.

Las explosiones pueden resultar por la ignición de un gas, vapor o polvo combustible, cuando se mezcla con el aire durante las operaciones de proceso, manejo o almacenamiento. Una rápida elevación en la presión ocurre en la estructura que la contiene y, si no cuenta con la resistencia adecuada para soportar la presión, se puede incurrir en daños y lesiones al personal de planta.

Después de una serie de incidentes a comienzos de siglo, las organizaciones como la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA, por sus siglas en inglés) mejoraron los requerimientos con el programa de í‰nfasis Nacional de Polvo Combustible de 2008, que aún rige por estos dí­as.

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La NFPA, encargada de la creación de los estándares y las lí­neas guí­a durante décadas, se encuentra haciendo lo mismo con la publicación de la NFPA 652, que es el estándar en fundamentos de polvo combustible, en 2016. Este nuevo estándar consolida las mejores prácticas de ingenierí­a y brinda referencia a todos los estándares de polvo combustible existente en un documento maestro único que aplica a todas las instalaciones que puedan manejar polvos potencialmente explosivos.

Aunque el nuevo estándar lleva a cabo una excelente labor de unificación del equipo existente y los códigos especí­ficos de la industria, la NFPA 652 va un paso más allá al especificar, por primera vez, una fecha lí­mite para la realización de un análisis de riesgo para los propietarios y operarios de procesos industriales de polvo en instalaciones en potencial riesgo.

Quizás el aspecto más importante de la introducción de la NFPA 652 es que obliga a que los propietarios y operarios de un proceso industrial de polvos lleven a cabo un análisis de riesgo industrial".

Geof Brazier, presidente de BS&B Pressure Safety Management, un fabricante de una amplia gama de tecnologí­as de prevención y protección de explosión de polvo.

De acuerdo a Brazier, la NFPA 652 especifica que las instalaciones deben completar el análisis dentro de tres años.  Sin embargo, algunas revisiones al NFPA 654 y 61 que también aplican a muchas instalaciones, han extendido esa fecha lí­mite a cinco años.

Aunque es un paso significativo en la dirección correcta, el NFPA 652 básicamente requiere que los propietarios y operarios de las instalaciones en riesgo confronten y manejen un problema que muchos no terminan de entender completamente, en términos tanto del potencial de la ocurrencia de un evento y de los pasos que se deben adoptar para mitigar los riesgos.

Los estándares NFPA, por ejemplo, señalan requerimientos que pueden ir desde mejoras en el mantenimiento, hasta la instalación de equipos recolectores de polvo y brindar equipo de protección para el personal.

Adicionalmente, los dispositivos de protección o de mitigación de riesgo también pueden ser necesarios. Ya que la adquisición de estos dispositivos generalmente representa una inversión de capital y muchos propietarios y operarios están buscando información sobre las tecnologí­as disponibles en el mercado.

Dispositivos de protección contra explosiones

Para proteger el personal y los equipos de proceso se requiere un hí­brido de medidas técnicas. Entre las opciones se encuentran dispositivos pasivos como los respiraderos o los sistemas de contención, junto con dispositivos activos como los sistemas de detección y extinción de chispa y de supresión de explosión.

Además, los dispositivos de aislamiento quí­mico o mecánicos se necesitan para proteger los equipos conectados y que se evite la propagación a un evento secundario que podrí­a ser más peligroso y destructivo que el evento inicial.

Respiraderos de explosión

Durante las primeras etapas de las explosiones de gas o polvo, los respiraderos de explosión se abren de manera rápida a una presión de ráfaga predeterminada, permitiendo que el proceso de combustión escape a la atmósfera y restrinja la presión generada dentro de los equipos de proceso a lí­mites de seguridad calculados.

Los respiraderos son el mecanismo de protección más popular y de mayor adopción, en parte porque son económicos y no necesitan tanta atención o mantenimiento luego de ser instalados.

“En los EE.UU. se instalan más de 20.000 respiraderos al año en equipos,” dice Brazier, añadiendo que una pieza simple de equipo podrí­a requerir múltiples respiraderos de acuerdo a los cálculos de diseño de NFPA 68, que evalúa tanto la reactividad del polvo y el volumen, así­ como la forma del equipo a ser protegido.

Durante décadas los respiraderos de explosión se han diseñado de manera tradicional empleando una solución compuesta que mezcla pelí­culas plásticas entre hojas más resistentes de acero inoxidable con orificios, o espacios, que se cortan en ella. Estos respiraderos se diseñan para que se abran generalmente entre 1 y 1.5 PSI de presión estándar, un resultado del patrón de orificios creado en la hoja metálica.

Sin embargo, con el paso del tiempo este tipo de respiradero está sujeto a pérdidas y caí­das en la pelí­cula plástica, que es el sello entre las condiciones del proceso y la atmósfera.

Con este tipo de tecnologí­a, los orificios y espacios en las hojas de acero inoxidable pueden recibir material particulado y suciedad a lo largo del tiempo. Aparte de ser antihigiénica, particularmente en las procesadoras de alimentos, esta acumulación podrí­a afectar la funcionalidad del respiradero.

Un respiradero que se vuelve más pesado a causa de la acumulación se abrirá más despacio y de manera menos eficiente, haciendo que la presión en el equipo sea mayor que la esperada, lo que se convierte en una cuestión de seguridad".

Geof Brazier, presidente de BS&B Pressure Safety Management, un fabricante de una amplia gama de tecnologí­as de prevención y protección de explosión de polvo.

En 1990, BS&B Systems patentó el primer respiradero de explosión de sección única, compuesto de una única hoja de acero inoxidable en configuración de domo. Las perforaciones alrededor del perí­metro, que ayudan a la apertura justo en la presión inferior configurada, se protegen con materiales de empaques.

El diseño de sección única en domo produce un respiradero que es más robusto, liviano y que elimina ampliamente el potencial de acumulación o de contaminación.

En 2010, la compañí­a mejoró el diseño al alterar la forma del domo a una geometrí­a compuesta que presenta aun mayor rigidez para aplicaciones de alto vací­o o de vibración.

A pesar de su popularidad, los respiraderos de explosión no trabajarán de la misma manera para cada aplicación. Con respiraderos el proceso de combustión generará una bola gigante de fuego hacia la atmósfera por milisegundos que puede ser de diez veces el tamaño del equipo que se está protegiendo.

Si bien esto puede ser una consecuencia aceptable en equipos en exteriores en una ubicación remota, en aplicaciones dentro de una planta o dentro de un edificio puede poner en peligro al personal, al equipo y llevar a una explosión secundaria externa al equipo protegido.

En los casos en que se debe evitar una bola de fuego se pueden emplear los descargadores de llama. Estos dispositivos están diseñados para absorber la onda de presión, la llama y por lo menos algo del polvo que normalmente serí­a expulsado por una explosión de un respiradero.

Los descargadores de llama tridimensionales, que se instalan aguas abajo de los respiraderos de explosión, son pesados y, cuando se instalan directamente en la parte superior de los mismos, se pueden generar averí­as.

Para solucionar este inconveniente, compañí­as como BS&B Pressure Safety Management brindan un sistema sin llamas, diseñado con el respiradero instalado dentro del descargador de llama. Al hacer esto, el descargador más pesado se monta directamente al equipo, reduciendo la carga de peso transmitida a través del respiradero más sensible, eliminando así­ el riesgo de daño del mismo.

También se cumple el propósito dual de permitir la fácil inspección del respiradero y del descargador mientras se instala. Los estándares NFPA requieren inspección periódica del equipo de seguridad de explosión.

Equipo de supresión

Los sistemas de supresión son la mejor alternativa para los procesos en los que una explosión se deberí­a prevenir completamente.

El equipo de supresión de explosiones detecta una explosión de polvo en los primeros milisegundos del evento y señaliza a sus módulos de extinción para que liberen el medio extintor de llamas en el equipo del proceso. Esto detiene de manera efectiva la explosión en sus etapas tempranas y solo se crea presión baja, que es segura para el equipo protegido.

“La supresión es preferible para los equipos en interiores ya que la explosión no se propaga: empieza pero nunca evoluciona en un evento de explosión completa”, dice Brazier.

Para un proceso 24/7, un sistema de supresión puede ser muy deseable, gracias a que la velocidad de limpieza y reparación permite un retorno rápido a producción.

“Si se usan respiradores con o sin llama, se permite que la explosión se desarrolle completamente en el equipo del proceso, y como consecuencia, se tiene limpieza por hacer, daños relacionados con el fuego y otras consecuencias que impiden que el proceso vuelva a operación rápidamente,” añade Brazier.

Un sistema de supresión tí­pico está compuesto de sensores y varios “cañones” de supresión de explosión que expelen un agente extintor, como bicarbonato de sodio, en el equipo de proceso. El nitrógeno se emplea regularmente para suministrar el poder de movilidad.

Algunos sistemas disponibles combinan el nitrógeno y el agente extintor en un contenedor único, lo que significa que el cañón debe estar ubicado verticalmente y hacia abajo para hacer una descarga apropiada. Si esto no se cumple, el polvo extintor puede quedarse en el cañón.

En el sistema de supresión, de BS&B, el nitrógeno y el compuesto quí­mico de extinción se mantienen separados hasta el momento de la activación. Por esta razón, los cañones de descarga se pueden instalar hacia abajo, hacia un lado y en algunas oportunidades hacia arriba.

Para efectos de instalación, esto significa una tremenda flexibilidad para la ubicación de los cañones en la posición ideal.

El separar el agente extintor y ubicarlo en un contenedor de fácil reemplazo también significa que el personal en sitio puede reparar el sistema en caso de un evento. Esto es una ventaja significativa ya que algunos sistemas requieren el desplazamiento de personal de servicio técnico hasta las instalaciones para su reposicionamiento.

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Sistemas de contención

Para contener una explosión, la fabricación de los equipos del proceso debe ser lo suficientemente resistente para resistir las presiones generadas por la combustión que ocurre dentro de un contenedor sellado.

Con este tipo de sistemas, existe un alto costo de construcción, ya que la presión de diseño tiene que estar normalmente sobre los 100 psig y, algunas veces, sobre 150 psig, lo que está muy por encima de las condiciones de presión normal de operación del equipo.

Como consecuencia de esto, la contención sólo es económicamente viable para procesos de volúmenes reducidos y/o de alto valor agregado, como ciertos procesos de manufactura farmacéutica y de industrias de manejos de materiales tóxicos que no se pueden liberar al ambiente.

En este tipo de sistemas los dispositivos de aislamiento juegan un rol crí­tico en la prevención del daño a los equipos conectados y a la tuberí­a. Para esto, se pueden emplear compuertas de cuchilla de activación rápida o dispositivos de válvulas de pinza, así­ como para sistemas de aislamiento quí­mico.

A pesar de contar con sistemas de contención, los equipos de aislamiento también deben ser capaces de resistir presiones mayores, de hasta 150 psig, a diferencia de otro tipo de equipos con respiraderos o dispositivos de supresión que deben resistir sólo entre 3-10 psig.

Sin importar el tipo y la combinación del equipo instalado, la solución apropiada para cada aplicación es un esfuerzo colaborativo y práctico. “Siempre existe más de una manera para brindar seguridad contra la combustión de polvo”, dice Brazier, quien concluye:

“La experiencia se encuentra en revisar cada opción para un proceso en particular y alcanzar una combinación de tecnologí­as que sea técnicamente efectiva, así­ como rentable para permitir el cumplimiento de las responsabilidades de propietarios y operarios bajo los estándares NFPA”.