Explosiones de polvo en la industria de procesos

Explosiones de polvo son incidentes de seguridad devastadores que pueden ocurrir en una amplia gama de industrias, como la petroquímica, alimentaria, papelera y farmacéutica. Estos incidentes severos pueden resultar en numerosas víctimas y causar daños irreparables a las instalaciones de la industria de procesos. Según la Junta de Seguridad Química (CSB), una agencia independiente que realiza investigaciones de incidentes químicos graves, hubo 111 casos de explosión de polvo entre 2006 y 2017 en los Estados Unidos, dejando atrás 66 muertes y 337 heridos. Otro estudio de CSB de 2006 mostró que la industria alimentaria tiene la tasa de incidentes más alta, con 24% de todos los casos de explosión de polvo que ocurrieron entre 1980 y 2006. Por lo tanto, las explosiones de polvo han sido reconocidas como un riesgo de seguridad importante que debe abordarse con la máxima precaución y atención. 

Para proteger la vida de los trabajadores de la industria, OSHA ideó y comenzó a implementar un Programa Nacional de Énfasis de Polvo Combustible (NEP) en 2008. Este plan de seguridad integral proporcionó procedimientos para la inspección de riesgos de polvo, acompañado de políticas que las plantas industriales deben aplicar para reducir la explosión de polvo. riesgos y lineamientos para el cumplimiento de los NFPA estándares 

Los expertos en seguridad de la industria pueden confiar en otros recursos útiles al abordar los problemas de explosiones de polvo. Rolf K. Eckhof, profesor emérito de tecnología de seguridad de procesos en el Departamento de Física y Tecnología de la Universidad de Bergen, Noruega, compartió su conocimiento sobre el tema en su libro "Explosiones de polvo en la industria de procesos". La tercera edición de este libro brinda valiosos consejos sobre la identificación, evaluación y control de los riesgos de explosión de polvo. Como dice la descripción del libro, “Es imperativo que el gerente de seguridad responsable imparta conocimientos prácticos y teóricos sobre el origen, desarrollo, prevención y mitigación de las explosiones de polvo”. Este libro también ofrece una evaluación actualizada de las actividades predominantes, los métodos de prueba, las medidas de diseño y las técnicas de operación segura. Los consultores y estudiantes de seguridad de la industria pueden encontrar una revisión detallada de todas las fases importantes relacionadas con el control de peligros y explosiones de polvo. Como se indica en el “Revista de Prevención de Pérdidas en la Industria de Procesos” reseña, "Este libro es una descripción de todos los aspectos de las explosiones de polvo y será una fuente invaluable de información para todos los especialistas en seguridad o prevención de pérdidas involucrados con los riesgos de explosión de polvo". 

¿Qué es una explosión de polvo?

Este incidente potencialmente mortal ocurre cuando las partículas de polvo se acumulan en el aire y se queman rápidamente, creando una onda de presión violenta. Explosiones de polvo presentan serios riesgos de seguridad para las industrias de procesamiento y fabricación, como el procesamiento de alimentos, la minería del carbón, el procesamiento de la madera, la fabricación de componentes farmacéuticos y otros. Se requieren varios factores para que ocurra una explosión de polvo:

• Polvo combustible
• Oxígeno
• Espacio cerrado
• Fuente de ignición
• Además de estos, uno de los factores decisivos para que se produzca o no la explosión de polvo es la concentración de partículas de polvo. Es decir, es muy poco probable que ocurra una explosión de polvo cuando el nivel de concentración de polvo no es lo suficientemente alto como para alimentarlo. Cuando la concentración de polvo combustible es demasiado alta, no hay suficiente oxígeno para inducir una explosión. Los polvos combustibles que contienen partículas más finas son más peligrosos porque se dispersan fácilmente y cubren superficies más grandes, lo que los hace altamente inflamables. De acuerdo con la hoja de datos de OSHA, cuando las concentraciones correctas de polvo combustible se combinan con suficiente oxígeno en un espacio confinado, cerca de una fuente de ignición, el llamado Pentágono de explosión de polvo se forma y ocurre un incidente grave. 

Cualquier cosa, desde un cigarrillo hasta una chispa proveniente de un cojinete de rueda sobrecalentado, puede encender un explosión de polvo. Una vez encendido, el polvo se quema rápidamente, creando una onda de alta presión de aire. Con frecuencia, la primera explosión levanta otra nube de polvo, lo que lleva a la segunda explosión. Los estudios de casos detallados mostraron que estas segundas explosiones son más violentas y destructivas y ocurren poco después de las primeras, causando daños irreversibles a las instalaciones y poniendo en peligro la vida de los trabajadores.

Por esta razón, este artículo se centrará en describir explosión de polvo Peligros en la industria de procesos. También presentará medidas de prevención y mitigación de explosiones de polvo, junto con prácticas operativas seguras que las empresas deben implementar para garantizar un entorno de trabajo seguro. 

¿Cuáles son los peligros de explosión de polvo? 

Algunos polvos, como el carbón, los granos y los fertilizantes, son fácilmente reconocibles como riesgos de explosión. El problema es que existe una amplia gama de otros polvos y polvos que pueden presentar riesgos graves de incendio o explosión en las plantas industriales. 

Desafortunadamente, las catastróficas explosiones de polvo en Imperial Sugar Company en 2007 fueron incidentes de seguridad sin precedentes para quienes no estaban familiarizados con los riesgos de las explosiones de polvo. La alta concentración de polvo de azúcar combustible incitó una serie de explosiones devastadoras, que causaron 14 muertos y 38 trabajadores heridos, 14 con quemaduras potencialmente mortales. La pregunta que desconcertó a los inspectores y trabajadores de OSHA después de este grave incidente fue: "¿Cómo puede un polvo, un material sólido, típicamente no peligroso como el azúcar o el plástico, convertirse en un incendio o una explosión, es decir, un riesgo de deflagración?"

La comprensión profunda de la naturaleza de los materiales finamente molidos y cómo funcionan los incendios es necesaria para darse cuenta de por qué existen estos peligros de explosión de polvo. En primer lugar, un incendio es una reacción de oxidación, lo que significa que todos los materiales propensos a la oxidación pueden presentar un riesgo significativo de incendio o explosión de polvo. Un excelente ejemplo de tal material es una barra de hierro. Cuando se expone al aire, una barra de hierro se oxida lentamente y este proceso de oxidación puede llevar días, semanas o incluso meses. Mientras que una sola barra de hierro oxidada no presenta un riesgo de explosión, una barra de hierro molido que contenga partículas finas ciertamente lo hace. Esto se debe a que el polvo de hierro tiene un área de superficie significativamente mayor que reaccionará con el oxígeno mucho más rápido.

Cuanto más finas sean las partículas, más rápida y fuerte será la reacción química. Esta ignición de partículas de polvo libera calor, lo que hace que el gas alrededor de las partículas se expanda y cree un frente de llama. Cuando el frente de la llama se mueve a una velocidad inferior a la de la luz, se habla de deflagración. Cuando se produce una deflagración en un espacio cerrado, se produce un aumento de la presión del aire porque las paredes del recinto limitan la expansión interna del gas. Esto conduce a una explosión, con la onda de presión en expansión causando daños irreparables en el área cerrada. Este proceso puede ocurrir con cualquier material que pueda oxidarse, liberando calor. Por lo tanto, la mayoría de los productos químicos orgánicos, alimentos, metales, plásticos, compuestos de carbono y componentes farmacéuticos en forma de polvos finos pueden presentar riesgos peligrosos de explosión de polvo.

¿Cómo reducir los riesgos del polvo?

Comprender que el polvo puede presentar riesgos graves de incendio y explosión permite a los consultores de seguridad y otros expertos en seguridad determinar qué medidas implementar para que las instalaciones de la industria de procesos cumplan con las normas NEP de OSHA. El objetivo crucial es eliminar las principales causas de explosiones potencialmente catastróficas en estas instalaciones, aunque no sea posible eliminar todos los depósitos de polvo. El primer paso hacia este objetivo es reducir la acumulación de polvo combustible en las superficies expuestas y ocultas dentro de las plantas. Como ya se indicó, las explosiones secundarias pueden ser responsables de una devastación masiva y la pérdida de vidas dentro de la instalación. Estas explosiones ocurren cuando la onda de presión de una explosión inicial eleva el polvo acumulado en las superficies horizontales al aire, donde se encienden y forman una nube de polvo explosiva. Como este polvo explosivo se extiende rápidamente desde la fuente de ignición primaria, causa daños catastróficos, lesiones graves y pérdida de vidas. 

Según la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), las concentraciones de polvo de 1/32 de pulgada, similar al grosor de un clip, son suficientes para causar una explosión de polvo cuando se dispersa cerca de una fuente de ignición. Por esta razón, la eliminación del polvo acumulado es la principal preocupación del plan NEP de OSHA. 

Por lo tanto, se deben implementar tres medidas cruciales para reducir el peligro del polvo mediante la reducción de la concentración de polvo:

• Identificación de áreas problemáticas
• Identificación de polvos combustibles
• Eliminación de riesgos de polvo 

Puede existir un peligro de explosión de polvo en las instalaciones de la industria de procesos donde los materiales en polvo escapan del equipo de procesamiento y transporte, depositándose en varias superficies horizontales cerca de la fuente de polvo. Las partículas de polvo generalmente se encuentran en la parte superior de los equipos, escaleras, barandas, lámparas, etc. Si bien las superficies visibles se limpian regularmente, el polvo explosivo puede acumularse en exceso en las ocultas que a menudo se pasan por alto. Estas superficies problemáticas incluyen componentes de soporte del techo, piezas de equipos por encima del nivel de los ojos, conductos elevados, tuberías y bandejas de cables, y los expertos en seguridad deben concentrarse en su limpieza. Por lo tanto, el mantenimiento y la limpieza regulares de las superficies expuestas y ocultas dentro de la instalación son factores cruciales para reducir los peligros del polvo.

Identificar si el polvo es peligroso o no es el segundo aspecto más importante para frenar el riesgo de una explosión de polvo. Como ya concluimos, no todos los polvos presentan riesgo de incendio o explosión. Si bien todos los polvos deben limpiarse por razones de seguridad, la atención se centra en los polvos combustibles que pueden causar explosiones graves. 

Por lo tanto, los profesionales de la seguridad deben hacer un inventario de todos los materiales en polvo y revisar las hojas de datos de seguridad de los materiales para identificar los polvos potencialmente peligrosos. Si estas hojas de datos están incompletas, los profesionales de seguridad pueden realizar una prueba de peligro. Varias publicaciones de la NFPA pueden brindar información valiosa sobre los polvos combustibles. Además de la limpieza regular, debe inspeccionar las fuentes de polvo y las fuentes de ignición primarias para eliminar los riesgos de explosión. 

Por lo tanto, debe revisar las etapas del proceso y el equipo, cerrar las aberturas por las que pueda escapar el polvo peligroso y reducir las diversas fuentes de ignición, como chispas o calor. La NFPA ha proporcionado una colección de códigos, estándares y pautas para aliviar este importante proceso y ayudar a los consultores de seguridad de la industria de procesos a abordar los riesgos de explosión de polvo. 

Prevención y Mitigación de Explosiones de Polvo 

Se han realizado serios esfuerzos recientemente para idear y mejorar medidas para la prevención y mitigación de explosiones de polvo en la industria de proceso. Estos esfuerzos dieron como resultado el desarrollo de varios métodos para abordar los problemas relacionados con las explosiones de polvo, como la predicción del desarrollo de explosiones en tiempo real o la prevención de fuentes de ignición. La adopción de un diseño de proceso más seguro basado en conocimientos profundos, tecnología y capacitación continua del personal son claves para la prevención y mitigación exitosas de explosiones de polvo. 

El conocimiento profundo de la ciencia del polvo es una ayuda invaluable para evaluar y controlar los riesgos de explosión del polvo. En los últimos 20 años, métodos más sofisticados y flexibles han reemplazado a los esquemáticos simples. Durante este tiempo, la investigación sistemática, acompañada de implementaciones prácticas, ha dado como resultado medidas de mitigación diseñadas adecuadamente. Por ejemplo, los sistemas para venteo, supresión y aislamiento de explosiones de polvo surgieron de la comprensión de los procesos de propagación de llamas. 

• Prevención y mitigación del desarrollo de explosiones de polvo

Uno de los problemas importantes relacionados con las explosiones de polvo es la rápida propagación de las llamas en las nubes de polvo. Esto sucede porque las fuerzas de inercia en las nubes de polvo pueden producir gradientes de concentración de combustible. Además, las llamas pueden transferir una cantidad considerable de calor a la nube de polvo debido a la radiación térmica. Sin embargo, es necesario seguir estudiando el papel de la radiación térmica en el desarrollo de explosiones de polvo. 

Numerosos científicos han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a diseñar modelos matemáticos integrales para medir la propagación de llamas en nubes de polvo. Estos modelos ayudarán a los gerentes de seguridad a comprender mejor cómo se intensifican las explosiones de polvo. Los científicos han aplicado una técnica de propagación de llama plana para medir con precisión la velocidad de combustión. Según los resultados, numerosos factores, como el tamaño de las partículas, las concentraciones de polvo, el enriquecimiento de oxígeno y la pérdida de calor por radiación, pueden afectar la propagación de las llamas en las nubes de polvo. Este experimento llamó la atención sobre la similitud entre la propagación de la llama a través de las nubes de polvo y las neblinas de combustible, y la importancia de la pérdida de calor por radiación. Los resultados mostraron que si una nube de polvo constaba de 10 mEn partículas de grafito o aluminio, la pérdida de radiación de las partículas podría reducir la velocidad de propagación de la llama hasta 40%.

• Prevención de la generación de polvo explosivo 

Todo comenzó con el Dr. Weber, uno de los primeros expertos que abordó la explosión de polvo en la industria de procesos hace 130 años. Señaló que la dispersabilidad y concentración de las partículas afecta considerablemente la generación de nubes de polvo. Usando el ejemplo de la harina y las devastadoras explosiones de polvo en Polonia y Alemania debido a la alta dispersabilidad de este material, demostró que la dispersabilidad de las partículas de harina de trigo aumentaba a medida que disminuía su nivel de humedad. 

Las nubes de polvo explosivas primarias generalmente se crean dentro del equipo de procesamiento cuando se levanta una concentración suficiente de polvo. La manipulación y el transporte de diversos materiales en molinos, secadores, mezcladores, transportadores de cangilones y otros equipos de procesamiento generalmente conducen a la dispersión de polvo, que forma nubes de polvo peligrosas. Estas explosiones primarias de polvo generalmente causan una segunda ola de explosión más devastadora, junto con consecuencias catastróficas.

Por lo tanto, es importante tener alguna información sobre la estructura de la nube de polvo para predecir la sensibilidad de ignición de la nube y el curso de esta explosión primaria. Sin embargo, los científicos solo han comenzado a desarrollar modelos numéricos para abordar este problema, y los ejemplos de uso práctico son escasos. 

Las personas generalmente abordan el problema de la explosión de polvo agregando medidas preventivas al proceso existente. Sin embargo, la aplicación de un enfoque de proceso inherentemente más seguro puede ser una mejor solución. Este enfoque implica diseñar un proceso de producción en el que no exista ninguno de los peligros de explosión de polvo. Esto debería incluir optar por soluciones de producción, tratamiento, almacenamiento y transporte donde la generación de nubes de polvo se mantenga al mínimo.

Otra solución práctica es agregar gas inerte como nitrógeno o dióxido de carbono al aire. De esta manera, una nube de polvo se vuelve menos susceptible de prenderse fuego. Sin embargo, esta medida debe implementarse con precaución porque agregar nitrógeno al aire puede presentar un riesgo de asfixia. 

• Prevención de fuentes de ignición

La temperatura mínima de la superficie caliente suficiente para la ignición de la nube de polvo se consideró una constante universal para cualquier nube de polvo en cuestión. Sin embargo, estas temperaturas mínimas de ignición pueden variar considerablemente, según la escala y la geometría de la superficie caliente relacionada con la nube de polvo. Por lo tanto, podemos identificar varias fuentes de ignición: descargas electrostáticas entre dos electrodos, descargas electrostáticas de un electrodo, partículas incandescentes o ardientes, o un aparato eléctrico. Aunque ya se han hecho esfuerzos significativos para idear medidas eficientes para prevenir las fuentes de ignición, estas medidas y estándares deben desarrollarse aún más. 

Medidas de Protección y Mitigación 

Los pasos cruciales para prevenir las explosiones de polvo, que protegen las vidas humanas y los equipos, son:

• Mantener las superficies limpias
• Prevención de la acumulación de polvo
• Reducción de las fuentes de ignición

Por esta razón, los consultores de seguridad pueden considerar invertir en transportadores de cable de arrastre tubular que cumplen todos estos requisitos y pueden ser una solución perfecta para la prevención de explosiones de polvo en la industria de procesos. 

Primero, estos transportadores están diseñados para transportar varias materias primas a través de diferentes etapas del proceso y han reducido la posibilidad de acumular residuos de alimentos o polvo en el cable. Es decir, la superficie del cable tubular expuesta directamente a los materiales es 80% menor que la superficie de la cadena portacables. Además, este transportador de cable tubular uniforme y suave está sellado con nailon, lo que evita la acumulación de polvo dentro de los hilos del cable.

En segundo lugar, los transportadores de cable de arrastre tubulares ofrecen varias opciones de limpieza, como cajas de cepillos, paños de uretano, esponjas en línea y cepillos de cerdas, y limpieza húmeda CIP automatizada, para garantizar la eliminación completa del polvo. 

Por último, estos sistemas de transporte por cable de arrastre tubular utilizan motores de bajo consumo que funcionan con poca potencia. De esta forma, se minimiza el riesgo de generar chispas como fuente potencial de explosión de polvo. 

En pocas palabras, al implementar el Transportadores de cable sistema en su proceso de producción, minimizará los riesgos peligrosos de explosión de polvo al transportar varios materiales de una manera higiénica, segura y energéticamente eficiente.