Metodología para la realización de evaluaciones específicas por explosión por atmósferas explosivas (atex) de polvo mediante el método del carbón de pisstburg

Telmo, Javier

Escuela Politécnica Superior ( U.D.C.)/606 294 515/javiertelmo@spibermutuamur.es

Muñoz, Eugenio

Escuela Politécnica Superior ( U.D.C.)emucam@udc.es

ABSTRACT

Son muchas las actividades industriales en las que existen atmósferas explosivas por polvo debido a la naturaleza de las sustancias que almacenan o procesan. El valorar el riesgo de explosión presenta grandes dificultades que pueden resumirse en los puntos siguientes:

Variedad de atmósferas explosivas posibles. Dificultad de identificar algunas de estas atmósferas. Gran variedad de posibles focos de ignición, etc.

La combinación de todas estas opciones hace compleja y laboriosa la valoración del riesgo de explosión. Es por ello, que en este trabajo se describe un método empírico de detección y valoración inicial para atmósferas ATEX por polvo de fácil aplicación basado en el cálculo del "Índice de Explosividad" del polvo. Dicho índice se obtiene como producto de otros denominados "Sensibilidad a la Ignición" y "Gravedad Explosiva". Ambos índices factoriales son calculados para un polvo determinado, por cociente entre varias características explosivas de dicho polvo, y del polvo del "Carbón de Pittsburgh" que se utiliza como patrón.

Palabras clave

Evaluación, Atex, explosión, método, pisstburg

INTRODUCCIÓN

Muchas sustancias que aparentemente son inofensivas, dispersadas en forma de nube arden con violencia explosiva. La manipulación de estas sustancias en la industria conlleva la existencia de un riesgo que de materializarse, puede tener consecuencias catastróficas. Un ejemplo son las fabricas de piensos, harina, plantas de procesamiento de polvos metálicos, emplazamientos de pulverización de carbón, plantas de coquización, plantas de fabricación y procesado de fibras, etc.

El fraccionamiento de los combustibles (polvo con tamaño inferior a 500µm) y su mezcla con el comburente, favorece el aumento de la velocidad de reacción. Las materias orgánicas y metales sólidos pulverulentos, dispersados en elaire en forma de nube, si son inflamados pueden generar una explosión con lasinevitables consecuencias térmicas y mecánicas propias de estos fenómenos.

Fotos 1 y 2: Explosión en elevador de granos de la fábrica Debruce Grain. Kansas (EEUU)-1998.

Foto 3. Explosión en una harinera. Foto 4. Explosión en silo de carbón. Foto 5. Explosión en la fábrica Huesca (España)- Abril 2005 Milwaukee (EEUU)-Febrero 2009 Imperial Sugar. (EEUU)-2008

Las deflagraciones típicas de las explosiones (figura 2) debidas a polvos combustibles se caracterizan por la aparición de un frente de llama que propaga la inflamación a través de la nube de polvo, y la generación de una onda de presión.

Figura 2. Esquema de una onda de presión para diferentes tipos de explosión (Po = presión ambiente,

ΔP= pico de sobrepresión, t+ =duración de la fase positiva, i+ = impulso positivo)

Este trabajo tiene como objeto presentar de forma esquemática las bases técnicas para la evaluación del riesgo de explosión debido a la manipulación y proceso de los polvos combustibles.

CLASIFICACIÓN DE ZONAS ATEX POR POLVOS (R.D. 681/2003)

Se consideran áreas de riesgo aquéllas en las que pueden formarse atmósferas explosivas en cantidades tales que resulte necesaria la adopción de precauciones especiales para proteger la seguridad de los trabajadores afectados. Todas las sustancias inflamables o combustibles se consideran capaces de formar atmósferas explosivas a no ser que el análisis de sus propiedades demuestre lo contrario.

Las atmósferas explosivas bien sean por gases, vapores o nieblas y/o por polvos combustibles se clasifican en zonas tal y como se contempla en el R.D. 681/2003 (tabla 1) resultado de la transposición de la Directiva 1999/92/CE.

Tabla 1. Clasificación de la zona ATEX para gases, vapores o nieblas y/o polvos combustibles

La clasificación tiene como objeto la subdivisión del entorno en zonas de diferente probabilidad de riesgo con un criterio gradual: cuanto mayor es el riesgo tanto más fiable deben ser los medios de protección contra el peligro de explosión.

CRITERIOS DE VALORACIÓN DE LAS CONSECUENCIAS SEGÚN EL MÉTODO DE PITTSBURGH

El método de valoración de Pittsburg es un método empírico basado en el cálculo del “Indice de Explosividad” del polvo. Dicho índice se obtiene como producto de la “Sensibilidad de ignición” y la “Gravedad de la explosión”

Para estimar la gravedad de las consecuencias se combina la potencia intrínseca de la propia atmósfera explosiva con las características del entorno en el que se produce la explosión.

La potencia de la ATEX se determina, para el caso del polvo por el método empírico desarrollado por el U.S. Bureau of Mines, que utiliza como patrón para comparación los resultados de las pruebas realizadas con carbón de Pittsburgh. Este método define cuatro tipos de explosión, identificados como “Débil”, “Moderado”, “Fuerte” y “Muy Fuerte”, en función de distintas magnitudes directamente relacionadas con el producto que genera la ATEX.

Gravedad de la explosión

Vmax Vmaxp

Pmax = Presión máxima de la explosión del polvo considerado en lib/pulg2 (1 libra/pulg2=0.068 Kg/cm2)

Pmaxp = Presión máxima de la presión del polvo patrón (carbón de Pittsbrugh) en lib/pulg2 (1 libra/pulg2=0.068 Kg/cm2)

Vmax = Velocidad máxima del incremento de presión del polvo considerado en lib/pulg2 x seg (1 libra/pul2 x seg. = 0,068 Kg/cm2 x seg)

Vmaxp = Velocidad máxima del incremento de presión del polvo patrón (carbón de Pittsbrugh) en lib/pulg2 x seg (1 libra/pul2 x seg. = 0,068 Kg/cm2 x seg)

Sensibilidad de ignición

Si

Tip

Ti

Emp

Em

Cmp

Cm

Tip = Temperatura de ignición del polvo patrón (carbón de Pittsbrugh) en ºC Ti = Temperatura de ignición del polvo considerado en ºC

Emp = Energía mínima necesaria para la ignición del polvo patrón (carbón de Pittsbrugh) en mJ

Em = Energía mínima necesaria para la ignición del polvo considerado en mJ Cmp = Concentración mínima del polvo patrón (carbón de Pittsbrugh) en gr depolvo por litro de mezcla

Cm = Concentración mínima del polvo considerado (L.I.E.) en gr de polvo por litro de mezcla

Índice de explosividad

IE    Ge Si

En función de los tres valores anteriores se propone la tabla de peligrosidad de las explosiones, de acuerdo con la siguiente escala:

Tabla 2. Peligrosidad de las explosiones en función de la sensibilidad de ignición (Si), la gravedad de explosión (Ge) y el índice de explosividad (Ie)

MATRIZ PARA LA VALORACIÓN GLOBAL DEL RIESGO DE EXPLOSIÓN

La matriz para determinar la probabilidad de que se produzca la explosión combina el tipo de zona, respecto a la posibilidad de aparición de la atmósfera explosiva (según anexo 1 del R.D. 681/2003), con la probabilidad de aparición de una fuente de ignición (según Norma UNE EN 1127-1). La matriz de combinación de ambas variables es la siguiente:

Además de considerar la potencia de la explosión o de la intrínseca de la ATEX, deben tenerse en cuenta las características del entorno y el nivel de control existente, en función de los equipos y de las instalaciones.

Para combinar las dos variables indicadas se utiliza la matriz siguiente:

Una vez establecida la probabilidad de que se produzca la explosión y estimada la gravedad de sus consecuencias, se procederá a valorar el conjunto de la situación. Para ello haremos uso de la matriz siguiente.

VALORES DE LOS DIFERENTES PRODUCTOS PULVERULENTOS

En la tabla 3 a modo de ejemplo se presenta valores correspondientes a diferentes productos cereales. Estos valores cumplen las siguientes condiciones:

• Las características de los polvos son función de la concentración y granulometría a que se verifican los ensayos. Las características de los polvos que se adjuntan corresponden a una concentración de 0,5 gramos litro y una granulometría tal que el diámetro máximo de las partículas es igual o inferior a 74 micras.
• En las publicaciones originales se pueden encontrar otros valores para diferentes concentraciones y granulometría, así como las características explosivas de otros polvos.
• En la columna “Not” pueden aparecer las siguientes claves:

(a) Combustión posible en presencia de CO2(b) Polvo no explosivo pero sí combustible

• Unidades de las diferentes magnitudes: Corresponden a las expresadas en las fórmulas anteriores.
• Cmo = Concentración mínima de oxígeno, en % en volumen, para que sea posible la explosión. Los supraíndices 1 y 2 indican que el gas inerte utilizado para disminuir la proporción de aire es CO2 ó N2 respectivamente.
• aire es CO2 ó N2 respectivamente.
• Pmax, es la presión máxima de explosión en lib/pulg2.
• Vmax, es la velocidad máxima de aumento de la presión en libra/pul2 x seg.
• Ti, es la temperatura de ignición en ºC.
• Em, energía mínima necesaria para la ignición del polvo considerado en mJ.

- Cm = Concentración mínima del polvo considerado (L.I.E.) en gr de polvo por litro de mezcla.

Tabla 3. Características de diferentes productos pulverulentos

CHECK LIST PARA PRODUCTOS PULVERULENTOS

En la tabla 4 se presenta un check list como guía para la ayuda a la hora de evaluar las atmósferas explosivas por polvos. La tabla se encuentra dividida en cuatro partes, correspondiendo la primera a la identificación de la sustancia. La segunda atañe a las características del producto y su presentación, la parte 3 hace referencia a las posibles fuentes de ignición que nos podemos encontrar y la última parte comprende las medidas preventivas para limitar los efectos de la explosión.

Tabla 4. Check list para productos pulverulentos

SEGUIMIENTO DE ACCIONES PREVENTIVAS

Una vez hayamos realizado nuestra evaluación con los pasos presentados va a ser necesario planificar las acciones preventivas tal y como se recoge en el anexo II del R.D. 681/2003. A modo de ejemplo se presenta en la tabla siguiente las diferentes medidas preventivas para su seguimiento en el control y eliminación de atmósferas explosivas por polvos. En esta tabla las medidas preventivas se encuentran dividas en dos grandes grupos atendiendo a su importancia: por un lado las medidas organizativas (muchos incidentes pueden y podrían evitarse con la implantación de estas medidas) y otro lado el paquete de medidas de tipo técnico.

Tabla 5. Seguimiento para acciones preventivas

CONCLUSIONES

La evaluación ATEX, constituye el paso previo a la obligada realización del Documento de Protección contra Explosiones (DPCE), que debe configurar un informe completo del proceso de evaluación del riesgo y reflejar aquellas medidas técnicas y organizativas que se aplican para la prevención y protección contra explosiones.

La metodología desarrollada en este trabajo es una metodología de fácil utilización que pretende sistematizar la evaluación del riesgo y la elaboración del DPCE, así como permitir su aplicación al mayor número de casos posibles, intentando salvar las características diferenciales de las muy variadas ramas de actividad en las que pueden aparecer atmósferas explosivas.

El riesgo se evalúa mediante el estudio de probabilidades de formación de atmósferas explosivas (clasificación de zonas) y presencia de fuentes de ignición efectivas.

Posteriormente se evalúa el riesgo global de la unidad, introduciendo factores para considerar el riesgo asociado a la antigüedad de la planta, la presencia de personas o las zonas clasificadas con elevada probabilidad de presencia de atmósferas explosivas. En función del nivel de riesgo obtenido se define un nivel y prioridad de intervención, que deberá permitir la aplicación de medidas para la prevención y protección de explosiones; al final debe garantizarse un nivel de seguridad suficiente para el lugar de trabajo.

La obtención de una valoración global facilita la interpretación del nivel de riesgo y una primera orientación de las prioridades de intervención. La inspección específica de los equipos para determinar su idoneidad y el estudio sistemático de fuentes de ignición permiten detectar los puntos críticos de la instalación.

Identificado y valorado el riesgo de ATEX, se deben tomar las medidas de prevención de la ignición de la atmósfera explosiva. Las más comunes son la eliminación de las fuentes de ignición mediante la modificación de la instalación con equipos adecuados a la zona ATEX y el establecimiento de procedimientos de trabajo seguros.

REFERENCIAS

• 1. Comisión Europea (2003): Guía de buenas prácticas para aplicación de la Directiva 1999/92/CE.
• 2. De  Gea,  X.  (2009).  Equipos  para  su  uso  en  ATEX:  Selección,  Marcado  y

Documentación. MC SALUD LABORAL 3, 20-22.

• 3. Directiva 1994/9/CE del Parlamento y del Consejo relativa a los aparatos y sistemas de protección para su uso en atmósferas potencialmente explosivas (ATEX 100).
• 4. Directiva 1999/92/CE del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a las disposiciones mínimas para la mejora de la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a riesgos derivados de atmósferas explosivas (ATEX 137).

• 5. García Torrent, J. y Escuder Ibars, F. Manual práctico de “Clasificación de zonas en atmósferas explosivas”. COITI de Barcelona.
• 6. García Torrent, J. Seguridad Industrial en Atmósferas Explosivas. Madrid: Laboratorio Oficial José María Madariaga, D.L. 2003.
• 7. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2008). Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo.
• 8. Método del carbón de Pittsburgh, de U.S Bureau of Mines.

• 9. R.D. 681/2003, de 12 de junio, sobre protección de la seguridad y la salud de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo.
• 10. R.D. 400/1996 por el que se dicta las disposiciones de aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo 94/9/CE, relativa a los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.
• 11. UNEEN 600790:2005 Material eléctrico para atmósferas de gas explosivas.

Parte 0: Requisitos generales.

12. UNE-EN 1127-1: 1997, Atmósferas explosivas. Prevención y protección contra explosión. Parte 1: Conceptos básicos y metodología.