Inflamabilidad del grano – ¿qué factores influyen en la inflamabilidad?

La seguridad de los procesos industriales incluye tanto la seguridad profesional de los empleados como la seguridad de los procesos tecnológicos que se llevan a cabo.

Ambos ámbitos forman conjuntamente la seguridad general en la unidad de producción, que debe garantizarse de conformidad con la normativa legal vigente. La seguridad de los procesos, que es una parte integral de la seguridad general, se refiere especialmente a las instalaciones de proceso que contienen y procesan sustancias químicas. Por lo tanto, aborda cuestiones de diseño y explotación de instalaciones donde tienen lugar diversos procesos químicos y físicos relacionados con la transformación de sustancias químicas (operaciones unitarias) en productos finales útiles, centrándose en los aspectos de prevención de liberaciones no deseadas de mezclas y/o energía, así como en la contramedida de los efectos de tales liberaciones. La conciencia del mantenimiento de la seguridad de los procesos acompaña el diseño de cada instalación química o de refinería en todas las etapas de su desarrollo. Esto incluye también las instalaciones que almacenan y procesan sólidos. Es parte de cada proyecto de proceso, que es el producto principal de la ingeniería de procesos.

Zonas con peligro de explosión en la industria alimentaria

La industria alimentaria es un grupo específico de unidades industriales que poseen en su territorio sustancias sólidas en forma de cereales, azúcar, té, café, maíz, etc. Esta especificidad radica en que el análisis del peligro de polvo difiere del de gases y que se tienen en cuenta otros parámetros adicionales en el proceso de evaluación de riesgos. En el caso de los productos de cereales, el factor que crea un alto grado de peligro de incendio y explosión es la presencia de polvo de cereal y de harina. Por cierto, cabe mencionar que Polonia es uno de los mayores productores de cereales de Europa y uno de los más grandes del mundo. Según los datos de GUS para 2018, la producción anual de cereales en nuestro país asciende a unos 27 millones de toneladas, incluyendo aproximadamente 10 millones de toneladas de trigo y 4 millones de triticale. Esto hace que la probabilidad de un fallo durante los procesos a los que se somete sea mayor que en la mayoría de los demás países. Durante el proceso tecnológico de recepción, limpieza, secado y conservación de los cereales, así como la molienda de los cereales en harina, se generan contaminaciones locales por polvo, denominadas polvo tecnológico. Estas se producen como resultado de la fricción de los granos entre sí y contra los elementos de las máquinas dentro del equipo. Por lo tanto, el polvo se levanta dentro del equipo durante el transporte horizontal y vertical, en las máquinas y dispositivos de limpieza, durante el secado y trituración de los granos, así como en el cribado, clasificación y envasado de semiproductos triturados y productos terminados.

Las investigaciones indican que, de todas las explosiones de polvo, casi el 25% son explosiones de polvo en la industria alimentaria, agrícola y de piensos, siendo los más expuestos a las explosiones los silos, los sistemas de desempolvado y ventilación, incluidos los secaderos y almacenes destinados al secado de cereales.

Magnitudes fisicoquímicas

Según la práctica aceptada, cada polvo combustible/explosivo debe ser probado en una unidad que posea un laboratorio adecuado para este fin, o deben utilizarse fichas de datos de seguridad ya preparadas, específicas para la sustancia dada. Entre una serie de magnitudes que describen sus propiedades fisicoquímicas, se distinguen varios parámetros:

Pmax [bar] – es la presión máxima de explosión, medida durante la explosión de la mezcla polvo-aire en un volumen cerrado de la esfera de medición (atmósfera explosiva). El valor de este parámetro depende de la presión inicial.

(dp/dt)max [bar/s] – es el aumento máximo de la presión de explosión de la atmósfera explosiva por unidad de tiempo. Este parámetro define la «dinámica» del proceso de explosión de un determinado polvo, y en base a él se determina el siguiente parámetro Kst.

Kst [m * bar/s] – la constante de polvo, denominada índice de explosividad, es la base de la clasificación internacional de la explosividad de los polvos (ver tabla a continuación).

DGW [g/m3 ] – límite inferior de explosividad (LIE). Con este término se define la concentración más baja de combustible (en este caso, polvo) con aire (en la esfera de medición) a la que se produjo la explosión. Por debajo de este valor, la mezcla combustible es demasiado pobre en el componente combustible y contiene demasiado oxidante para iniciar una explosión.

GST [%] – concentración límite de oxígeno – es la concentración máxima de oxígeno en una mezcla de polvo combustible con aire y gas inerte, para la cual no se produce la explosión.

MEZ [mJ] – energía mínima de ignición (EMI) de la mezcla polvo-aire – es la energía mínima de descarga de chispa (energía con un valor dado) entre dos electrodos, que provocará la ignición de la mezcla polvo-aire.

MTZw [oC] – temperatura mínima de ignición de la capa de polvo – es la temperatura mínima de la placa caliente sobre la que se producirá la ignición de una capa de polvo de 5 mm colocada en el anillo.

MTZo [oC] – temperatura mínima a la que se produce la ignición de la nube de polvo en un horno con una temperatura conocida de las paredes y de la atmósfera

Factores que influyen en los parámetros de explosividad

Una serie de factores pueden influir en los parámetros de explosividad de los polvos:

• la composición química de las partículas de polvo (diferentes elementos y compuestos arden de manera diferente);
• el tamaño de las partículas de polvo (generalmente, los parámetros de explosividad cambian con el tamaño de los granos de polvo – los granos más pequeños arden más rápido. Se observa un aumento de los parámetros de explosividad con la disminución del tamaño de las partículas de polvo;
• la humedad del polvo (un alto contenido de humedad en el polvo dificulta su combustión);
• la concentración de polvo (determina la cantidad de material combustible en la mezcla polvo-aire);
• la concentración de oxígeno (para iniciar el proceso de combustión se requiere una cierta concentración límite de oxígeno – a una concentración de oxígeno demasiado baja, el proceso de combustión no se iniciará);

Las propiedades físicas del grano están estrechamente relacionadas con su estructura química y tienen una influencia significativa en los procesos vitales de la masa de grano almacenada. El proceso vital más importante del grano es la respiración. El grano absorbe oxígeno del aire, quema sustancias químicas y libera dióxido de carbono y agua. Como resultado de estos procesos, se genera calor, lo que provoca una intensificación de la respiración del grano y un aumento de su temperatura, que depende en gran medida del grado de humedad. En caso de aumento de la humedad y la temperatura con acceso al oxígeno, el grano se hincha y adquiere una tendencia al auto-calentamiento, y consecuentemente a la auto-ignición. El grano con procesos vitales aumentados es el más susceptible al auto-calentamiento, es decir, el grano inmaduro, recién cosechado y germinado, así como el fuertemente contaminado con semillas de malas hierbas. La clasificación, que es uno de los procesos característicos de esta sustancia, también contribuye a la auto-ignición del grano. Esto es el efecto de la fluidez y la heterogeneidad del grano que forma parte de la masa de grano almacenada. Ocurre al trasegar y transportar el grano, pero más a menudo al llenar y vaciar las cámaras de grano. El contenido de la cámara se vuelve heterogéneo: en el centro se acumula el grano grueso y mediano con el menor grado de contaminación, y hacia las paredes, el más fino con un mayor grado de contaminación. Con alta humedad, allí también existe la mayor probabilidad de auto-ignición de los granos.

Otras características del grano son la higroscopicidad, la conductividad térmica y la emisión de polvo durante todas las operaciones de procesamiento tecnológico. La higroscopicidad consiste en tomar o ceder humedad, dependiendo de la humedad del ambiente. En tales lugares, se debe esperar una mayor probabilidad de auto-ignición. El grano es un mal conductor de calor, se inflama a una temperatura de aproximadamente 450 °C, el valor del parámetro de calor del grano es de 3,5 - 4,0 Mcal/kg y arde sin llama, latente.

Existen muchos tipos de instalaciones que se ocupan del almacenamiento y procesamiento de granos de cereal, por lo que no se puede establecer un estándar único, sin embargo, basándose en el ejemplo de una unidad de panadería y confitería, para la cual DACPOL preparó un documento de evaluación del riesgo de explosión, se pueden distinguir ciertos fragmentos característicos de la línea tecnológica.

Tipos de instalaciones según la funcionalidad

La instalación de ejemplo puede dividirse, en función de su funcionalidad, en las siguientes partes:

• la utilizada para el transporte neumático de granos de cereal al cargar los silos,
• la destinada al almacenamiento de granos de cereal en silos exteriores,
• la utilizada para el transporte por sinfín de granos de cereal al descargar los silos,
• la utilizada para la preparación de los granos para la molienda mediante limpieza mecánica y humidificación,
• la que incluye el molino para la molienda de granos con sus accesorios,
• el sistema interno integrado de almacenamiento de harina, que incluye cuatro silos con sus accesorios y la instalación utilizada para el transporte neumático de harina y su dosificación en los puestos de preparación de masa.

Elementos que pueden constituir un peligro de explosión

Sobre la base de los métodos analíticos adoptados, se llevan a cabo operaciones apropiadas para determinar qué elemento puede constituir un peligro de explosión, su escala y las posibles consecuencias. Teniendo en cuenta la estructura de ejemplo de la unidad mencionada anteriormente, se pueden identificar al menos varias docenas de áreas y elementos potencialmente peligrosos. Aquí se deben distinguir los siguientes tipos de equipos y factores que pueden causar un fallo y, consecuentemente, un incendio o una explosión:

1. Transportadores de tornillo, transportadores de cadena "redler":

• curvatura del eje del tornillo sinfín, fricción de la pala contra la carcasa, rotura de la cadena, fricción del eslabón, penetración de un objeto metálico en el interior,
• calentamiento e ignición del polvo.

2. Elevadores de cangilones:

El atasco de la cinta base, la ignición de la cinta y del polvo son posibles por las siguientes razones:

• formación de un atasco,
• enganche del cangilón en la carcasa,
• bloqueo del elevador debido a la penetración de objetos extraños en el pie,
• aflojamiento excesivo de la cinta base,
• agarrotamiento de los cojinetes en caso de lubricación insuficiente.

3. Máquinas peladoras, máquinas clasificadoras para el procesamiento de la paja de cereal.

Existe peligro de ignición o explosión de polvo en caso de:

• penetración de un objeto metálico en el tambor,
• chispas debido al aflojamiento de la fijación del batidor o del cepillo, causado por la fricción,
• carcasa abrasiva o metálica del tambor,
• chispas debido al desprendimiento de un trozo de masa abrasiva,
• calentamiento de los cojinetes.

4. Equipos de trituración, molinos de rodillos, separadores de salvado:

La ignición o explosión de polvo puede ocurrir en caso de penetración de un objeto metálico en el interior y el chispazo o calentamiento de este objeto debido a la fricción.

5. Transporte neumático:

En los equipos y conductos de transporte neumático y en los dispositivos de llenado (ciclones) aparecen concentraciones explosivas de polvos que, al colisionar, provocan la formación de cargas de electricidad estática. La aparición de una explosión o un incendio puede ocurrir debido a:

• descarga de electricidad estática,
• chispas causadas por la fricción de las palas del ventilador contra la carcasa,
• calentamiento de los cojinetes del ventilador.

6. Equipos de aspiración:

Existe peligro de ignición de polvo de cereal o harina en caso de:

• aparición de una fuente de incendio en uno de los equipos mencionados anteriormente,
• chispas causadas por la fricción de las palas del ventilador,
• agarrotamiento de los cojinetes del ventilador.

7. Al llenar las cámaras de grano y harina:

El peligro existe debido a la penetración de llamas abiertas o la ignición de polvo por equipos eléctricos defectuosos.

Fases del análisis de evaluación del riesgo de explosión

Los análisis que constituyen la base para la elaboración de la evaluación del riesgo de explosión se llevan a cabo por etapas. En la primera etapa, se realiza la identificación y verificación de los datos relativos a la realización de los trabajos/actividades y el proceso en las áreas objeto de estudio. El trabajo se realiza sobre la base de la documentación proporcionada por el Cliente, que contiene las características tecnológicas de las instalaciones y objetos, así como las especificaciones fisicoquímicas que contienen los parámetros de inflamabilidad y explosividad de las sustancias combustibles utilizadas. La información obtenida durante la inspección visual in situ complementa y verifica los datos de la documentación.

Sobre la base de la información recopilada y los datos del proceso, se realiza un análisis de identificación del riesgo de explosión, que incluye:

• la identificación de sustancias combustibles,
• la identificación de los lugares de aparición de posibles atmósferas explosivas,
• la identificación y clasificación de las fuentes de emisión de sustancias combustibles, así como
• la determinación de la probabilidad de aparición de atmósferas explosivas.

Los resultados de los análisis de identificación del riesgo de explosión realizados se utilizarán para la determinación clasificatoria de las zonas con peligro de explosión. La documentación completa de clasificación se complementa con documentación gráfica de clasificación que contiene planos de situación que ilustran el tipo y la extensión de las zonas peligrosas de explosión, así como la ubicación y la identificación de las fuentes de emisión, de acuerdo con los principios establecidos en las Normas Polacas. En todas las áreas donde se han clasificado zonas peligrosas de explosión, se determina la categoría de equipo (marcado según la directiva, no la norma) cuyo uso está permitido, lo que permite la selección de componentes y máquinas apropiados que posean el certificado ATEX.