Blogia
Inspector Albornoz - Bombero - Técnico Prevencionista

FICHAS TECNICAS

Deflagraciones producidas por gases, vapores y polvos combustibles:

Deflagraciones producidas por gases, vapores y polvos combustibles:

IntroducciónSon muy numerosas las instalaciones en la que se tratan o están presentes gases, vapores y polvos combustibles, como por ejemplo procesos químicos, manipulación de carbón, filtración de polvos, recuperación de vapores, manipulación y almacenamiento de grano, molido, etc., con el consiguiente riesgo de que se produzcan explosiones, desgraciadamente frecuentes en la práctica, que son origen de daños a las personas y a las instalaciones.Por otra parte, a la explosión principal u origen es frecuente que la sucedan otras explosiones secundarias, que llegan a destruir todas las instalaciones ocasionando numerosas víctimas y cuantiosos daños materiales,

 

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.
Definición del problemaSi una deflagración ocurre a cielo abierto, se producen llamas y hay una disipación de calor y gases de combustión; ahora bien, si tiene lugar en un recinto cerrado, la presión debida a los gases de combustión se incrementa a gran velocidad alcanzando valores de hasta diez o más veces la presión inicial absoluta del recinto, dependiendo del tipo de producto. Es este el caso de deflagraciones ocurridas en equipos industriales, en los cuales el calor y la presión son retenidos en su interior, sometiéndoles a solicitaciones para las cuales no han sido diseñados. con el resultado final de su destrucción.A la hora de aplicar medidas de protección frente a deflagraciones en equipos e instalaciones, es necesario determinar previamente unos puntos básicos para definir qué sistema es posible aplicar, siendo los datos más corrientemente requeridos los siguientes:
  • 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.
En muchos casos estos parámetros son bien conocidos y están documentados; en otros, sin embargo, no existe información y será necesario proceder a determinarlos experimentalmente, ya que se podría dar el caso de que las medidas de protección tomadas no sirviesen de nada, al producirse detonaciones en lugar de deflagraciones.La determinación experimental es efectuada por equipos especialmente diseñados para ese cometido, Una vez que se tiene bien determinadas las características que se pueden dar en el equipo o instalación especifico, se procederá a aplicarla medida adecuada, que en el caso de protección frente a deflagraciones puede ser:
  • Venteo o alivio de la presión.
  • Supresión de la deflagración.
  • Aislamiento de la deflagración.
Venteo o alivio de presiónUna de las medidas mas conocidas y utilizadas para proteger equipos e instalaciones frente a deflagraciones, es el venteo o alivio de la presión que se genera durante la misma, con lo cual se limita su crecimiento a valores inferiores a la de diseño del equipo, quedando este protegido.

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.

Fabricadas de láminas de acero y teflón como elemento sellante, están ranuradas para disminuir su resistencia y presentar un patrón de ruptura determinado, si bien en su constitución pueden entrar otros materiales, como por ejemplo cerámicos, para protección del teflón en procesos que se realicen a elevadas temperaturas.De forma circular o cuadrada, el área de venteo requerida para proteger de forma efectiva el sistema viene determinada por cálculos contenidos en normas tales como las VDI-3676 y NFPA 68, pudiéndose disponer de dimensiones estándar o fabricarse a medida, así como para sistemas de vacío, presión de trabajo pulsante, y alta temperatura, todo lo cual configura un amplio abanico de posibilidades de utilización.Otras de las ventajas que presentan los paneles o membranas de ruptura viene determinada por la gran variedad de opciones adicionales que presentan, entre las cuales cabe citar:
  • 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.
En cuanto a su ubicación física, hay que tener en cuenta que en su funcionamiento no solo se efectúa el alivio de presión, sino que hay salida de quemados, inquemados y llamas, lo que puede ser origen de explosiones secundarias, razón por la cual la salida debe ser dirigida a una zona segura, lo cual puede condicionar su utilización.Venteo sin llamasDado que en muchas ocasiones no se dispone o no es adecuado dirigir el escape a una zona de seguridad, se hizo necesario disponer de elementos que supriman la salida de llama al producirse la ruptura de la membrana, naciendo el denominado filtro de llama.

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.
La instalación de un filtro de llamas ofrece opciones adicionales entre las que cabe citar:
  • 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.
El sistema descrito, combinación de panel de ruptura y filtro de llamas, permite ventear las instalaciones en áreas cerradas, siempre y cuando se adopten las medidas adecuadas y las sustancias venteadas cumplan determinados requisitos, como por ejemplo no ser tóxicas.Una ventaja adicional que presenta el Filtro de Llamas es su reutilización tras una actuación, limitándose las operaciones a realizar a sustituir el panel y limpiar el filtro.Supresión de deflagracionesUn método de venteo y filtro de llamas permite aliviar las presiones y evitar la propagación de las llamas, ahora bien, no impide el que se lance al exterior productos inquemados y de combustión, los cuales pueden ser dañinos para las personas y/o el medio ambiente, o bien no ser adecuado por otras diversas razones, lo que da lugar a la necesidad de disponer de otros métodos de protección frente a las deflagraciones que eviten la expulsión de gases.Es un hecho físico bien conocido que el inicio de una combustión es relativamente lento, acelerándose con el tiempo (milisegundos), y es este estado inicial el que ha permitido desarrollar un sistema de supresión de deflagraciones que opera satisfactoriamente.Un sistema de supresión de explosiones activo esta diseñado para actuar, tras la detección de una combustión incipiente, descargando instantáneamente agentes extintores que apagan la reacción de combustión, evitando así el incremento de la presión por encima de un valor predeterminado.

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.
Para conseguir una respuesta rápida, los recipientes que contienen el agente extintor están presurizados con nitrógeno y cerrados con un disco de ruptura, el cual rompe bajo la acción de un iniciador pirotécnico que genera un descarga de presión primaria. En la figura 9 se indica un esquema del sistema así como la secuencia de actuación, y en la figura 10 la disposición de uno de estos sistemas.Aislamiento de deflagracionesEl venteo y la supresión de explosiones son sistemas diseñados para proteger los equipos de las sobrepresiones debidas a una deflagración, mientras que un sistema de aislamiento, lo que pretende es evitar la propagación de la deflagración a lo largo del proceso: Gracias al aislamiento que produce, el efecto queda limitado al equipo donde se inicio la deflagración.Numerosas investigaciones y pruebas han demostrado que las explosiones se propagan a través de tuberías, y en todo proceso existen conducciones que intercomunican los equipos, o bien las conducciones pueden terminar en áreas de trabajo de personas.Por otra parte, las explosiones tienden a tener mayor severidad en tuberías que en un recipiente cerrado. 
Tras iniciarse la combustión la llama se propaga por el producto combustible no quemado, incluso a contracorriente del flujo normal del proceso, generándose una onda de presión por delante del producto combustible en llamas, y que se desplaza a una velocidad superior a la de la llama pero inferior a la velocidad del sonido, es decir se produce una deflagración. Ahora bien, factores tales como la turbulencia y el incremento de la superficie de la llama aceleran el frente de llamas, y si se permite continuar y hay suficiente aire y combustible, se superara la velocidad del sonido apareciendo la detonación, que debe ser en todo momento evitada por sus efectos destructores.Los sistemas de aislamiento se basan en evitar el avance de las llamas, existiendo varias técnicas para lograr el objetivo:
  • 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.
Los agentes supresores evitan la propagación del frente de llamas mediante los siguientes mecanismos:
    • 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 Valle
Ingeniero de Minas

¿ COMO FUNCIONA EL TURBO ?

¿ COMO FUNCIONA EL TURBO ? El turbo debe ser una de las cosas que más desea tener en su auto una persona, después del aire acondicionado. Conozca como funciona esta especie de pulmón extra que tienen los autos deportivos y los diesel, tan de moda en los últimos tiempos. Con solo escuchar la palabra turbo se nos vienen varias cosas a la cabeza, entre ellas los autos de alta performance, los de competición como los de CART y por último, los viejos Fórmula 1. Es ineludible que si pensamos en turbocargadores también hagamos referencia a los populares motores diesel, que han visto mejoradas sus prestaciones gracias a la inclusión de este dispositivo.

Más allá del tipo de motor al que hagamos referencia, el turbo se asocia indefectiblemente con el aumento de potencia. Esto no sucede de manera antojadiza, sino porque la función del turbo es elevar la potencia del motor sin que por ello aumente su peso o se altere demasiado su arquitectura. El principio básico que rige el funcionamiento de este aparato es el siguiente: el turbo se encarga de comprimir aire antes de que este ingrese en los cilindros, donde se produce la detonación de la mezcla (combustible y aire). Al comprimir aire, se puede introducir una mayor cantidad de este y combustible. Esto hace que mejore la mezcla, que sea más rica, por lo que la detonación tiene mayor fuerza, y consiguientemente se incrementa la potencia del motor. Sencillamente, el turbo permite que se queme más combustible en el motor. El aumento de la presión en los cilindros que genera la aplicación del turbo va de 6 a 8 psi (libras por pulgada cuadrada). Para ilustrarlo de forma simple, la presión ambiente es de 14.7psi, por lo que este fenomenal aparato consigue ingresar hasta un 50 por ciento más de aire dentro del motor. Aquí debemos aclarar que esto último no significa que la potencia aumentará en un 50 por ciento, ya que entra en juego el rendimiento, la eficiencia, del turbo. El incremento de potencia posible oscila entre un 30 y un 40 por ciento. El turbo consta de una turbina y un compresor, ambos montados sobre un mismo eje. La razón de esto es la siguiente: los gases que son producto de la combustión, al salir del cilindro, pasan por la turbina, haciéndola girar. Al estar sobre el mismo eje, el movimiento de la turbina hará mover al compresor, que permitirá introducir más aire al cilindro (de ahí su nombre). Esta turbina gira a velocidades de hasta 15.000 rpm.

Los autos más viejos equipados con carburador aumentan automáticamente el paso de combustible para adecuarlo a la creciente cantidad de aire que entra los cilindros. Los equipados con inyección de combustible también harán esto debido al trabajo de un sensor de oxígeno que determina si la relación de transformación aire-combustible es correcta. Pero si se agrega un turbo con demasiada presión de soplado a un coche con inyección, dicho sistema no podrá proporcionar suficiente combustible, por lo que habrá que modificar el software del sistema para conseguir la máxima ventaja del uso de un turbocargador. Otra de las ventajas del turbo se palpa en las zonas de elevada altitud, donde el aire está menos denso. Los motores atmosféricos verán reducida su potencia al subir la altitud porque para cada movimiento del pistón, ingresará una masa de aire más pequeña al motor, en cambio, con un motor turbo este efecto se atenúa porque el aire más fino es más fácil de bombear por el turbo. Y no podemos dejar de hablar del intercooler: este no es otra cosa que un radiador, por lo tanto es un componente adicional del turbo. El aire comprimido se calienta, por lo que el intercooler aumenta la potencia del motor enfriando el aire presurizado que sale del compresor antes de entrar el motor. Esto significa que si el turbocargador está funcionando, el intercooler introducirá mucho más aire fresco, que es más denso y contiene más moléculas de aire que si estuviera caliente. Se debe tener en cuenta que el efecto del turbo en la potencia no es instantáneo ni bien se pisa el acelerador, sino que tarda unos segundos en entrar en funcionamiento. Generalmente, la acción del turbo comienza cuando el motor superar una cifra cercana a las 2.000 rpm.

Otra de las recomendaciones a tener en cuenta a la hora de pensar en colocarle un turbo a un motor que no lo trae de fábrica es la idoneidad del mismo para la aceptación de dicho sistema. Lo más probable es que haya que realizar unas cuantas modificaciones para que su vida útil no se vea disminuida sustancialmente. Recuerde que para extender la vida útil del turbo se debe prestar especial atención al lubricante que debe reponerse periódicamente o cada cierta cantidad de kilómetros, de acuerdo a los requerimientos especificados por el fabricante. Este dispositivo trabaja a altísimas temperaturas, por lo que debe ser protegido de estas y los daños por fricción. Como usted ha visto, para disfrutar del turbo y sobre todo de su auto hay que tomar ciertos recaudos en pos de una mayor durabilidad. Entender como funciona este mecanismo es una buena manera de comenzar a cuidarlo.
Fuente: Arrancar.com