Deflagraciones producidas por gases, vapores y polvos combustibles:
Las posibilidades de que se produzcan tales pérdidas, humanas y materiales, son razones suficientes para desarrollar medidas preventivas que reduzcan o eliminen el riesgo de explosión y medidas de protección que salven vidas y bienes en el caso de que la explosión se produzca.ObjetoUna explosión puede tener origen químico, combustión rápida, produciendo ruido, calor y una expansión rápida de gases que origina una presión, siendo la velocidad de reacción una característica importante que determina el que la explosión se clasifique en deflagración o detonación.En las deflagraciones, la velocidad en que el frente de llamas avanza es inferior a la velocidad del sonido; el tiempo que transcurre entre el inicio y la finalización de la misma, aunque parezca virtualmente instantánea, es finito y típicamente comprendido entre 100 y 200 milisegundos. Contrariamente, en el caso de la detonación dicha velocidad es mucho más elevada, superando la velocidad del sonido.Estas características diferenciadoras entre deflagración y detonación hacen que en el caso de la segunda, salvo para gases y líquidos en tuberías, no se pueda disponer de elementos que limiten sus consecuencias en el caso de producirse, ya que no se dispone del tiempo de respuesta adecuado, necesario en todo elemento de protección, además de que las presiones que genera son mucho más elevadas.Consecuentemente con lo indicado, el objetivo que se plantea en la presente Nota Técnica de Prevención es exponer los elementos de protección frente a deflagraciones que pueden ser empleados en aquellos sistemas, instalaciones o equipos en los que se produzcan o estén presentes gases, vapores y polvos combustibles, sin que por ello se deban obviar las medidas preventivas previas, entre las cuales hay que destacar:
- Limpieza, evitando las deposiciones de polvo.
- Sellado de equipos, evitando con ello la salida de polvo.
- Conexión de equipos a tierra.
- Evitar puntos de ignición, como superficies y tuberías calientes, así como emplear sistemas que eviten el sobrecalentamiento.
- Reducción de la relación combustible/oxígeno mediante inertización.
- Adición de sólidos neutros, en proporción mayor del 50%.
- Trabajo en vacío.
- Formación e información del personal.
- Severidad de la explosión, es decir la velocidad máxima con que se incrementa la presión y la presión máxima alcanzable.
- Concentración mínima que se requiere para que se produzca la explosión.
- Concentración mínima de oxígeno requerida.
- Mínima energía requerida para que se produzca la ignición.
- Venteo o alivio de la presión.
- Supresión de la deflagración.
- Aislamiento de la deflagración.
Prácticamente, el venteo o alivio de presión se realiza disponiendo en los equipos membranas ligeras (paneles de ruptura), con una presión de ruptura predeterminada, figura 3 y figura 4, las cuales son capaces de actuar casi instantáneamente, de forma predecible y sin resistencia frente a la presión.
- Indicadores de ruptura del panel y posibilidad de conexión a otros sistemas de seguridad del proceso.
- Conexión a tierra, en prevención de la electricidad estática.
- Aislamiento, para aquellas instalaciones que estén aisladas térmicamente, y con ello evitar la perdida de calor y la condensación.
- Aplicaciones higiénicas en alimentación y farmacia.
Su fundamento se basa en el hecho conocido de que la propagación de una llama puede eliminarse si se disipa su energía, físicamente realizable haciéndola pasar por un intercambiador especialmente diseñado en el que la temperatura se reduce por debajo de la temperatura de ignición de la materia de que se trate. Este tipo de intercambiadores, presentan una gran superficie de intercambio y su utilización junto a una membrana de ruptura ha dado lugar al sistema conocido como venteo de deflagraciones sin llama. Materialmente se efectúa disponiendo en serie con una membrana de ruptura, un filtro .
La inclusión del filtro de llamas reduce la capacidad de venteo del panel de ruptura, tal como se puede observar en el gráfico 2, en el que se aprecia la variación en el tiempo de la presión resultante de la deflagración, con y sin filtro de llama.Para paliar este inconveniente se pueden utilizar dos alternativas:- Diseño del equipo para una presión mayor.
- Aumento de la superficie de venteo.
- Indicador de ruptura del panel y su posible asociación con otros elementos de seguridad, como la parada del sistema, visto anteriormente.
- Conexión a tierra para eliminar la posible electricidad estática.
Básicamente su funcionamiento se desarrolla en tres etapas,
Detección; que se consigue mediante componentes activados por la presión o luz, siendo las condiciones del proceso el que determinan el sistema mas apropiado.- Iniciación; como resultado de la detección se envía una señal al sistema de control electrónico indicando que se ha detectado un proceso de combustión. Dicho sistema procesa la señal recibida e inicia la secuencia de apertura del recipiente que contiene el agente extintor.
- Supresión, mediante descarga del agente extintor.
- Sistemas mecánicos activos; comúnmente denominados válvulas de aislamiento, están diseñados para actuar tras la detección de una combustión en estado inicial por aislamiento mecánico de la misma, evitando así su propagación. Físicamente se puede realizar utilizando válvulas de compuerta con cierre instantáneo.
- Estos sistemas actúan en tres etapas:
- Detección; que se consigue mediante componentes activados por la presión o la luz (UV/IR).
- Iniciación; como resultado de la detección se envía una señal al sistema de control electrónico indicando que se ha detectado un proceso de combustión y dicho sistema inicia la secuencia de cierre de la válvula de compuerta.
- Cierre de la válvula de compuerta, aportándose así una barrera física que evita la propagación de las llamas.
El cierre instantáneo de la válvula de compuerta se efectúa por descarga de nitrógeno presurizado sobre el pistón actuador de la válvula, disponiendo el sistema un iniciador pirotécnico.
- Sistemas de aislamiento químico; se diferencian de los sistemas mecánicos activos en que el progreso de las llamas es detenido mediante la descarga de un agente extintor, en lugar del cierre de una válvula, figura 16.
- Absorbiendo la energía calorífica producida por la llama, bajando la temperatura de la llama por debajo del punto de autoignición.
- Inhibiendo la reacción de combustión al neutralizar el producto no quemado.
- Llevando la concentración a un valor en el que no pueda existir la combustión.
Para conseguir un aislamiento efectivo de la deflagración, la descarga de la cantidad suficiente de agente extintor debe iniciarse milisegundos después de la detección y en un tiempo conocido. En todo caso, se deberá cuidar con mucha atención la elección del agente extintor y la localización en el sistema, así como conocer la velocidad de la llama, entre otros factores.
Nuestro agradecimiento a:
Redactor:
Francisco Alonso ValleIngeniero de Minas