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ATEX - Un ejemplo de análisis de riesgo de explosión de polvo ATEX

Ejemplo de análisis de riesgo ATEX de un proceso industrial de manejo de polvos

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Resumen de la sección
1. Análisis de riesgo ATEX
2. Un ejemplo de análisis de riesgo de polvo ATEX
2.1 Identificación de peligros: propiedades del material
2.2 Zonificación
2.3 Fuentes de ignición
2.4 Clasificar los peligros
2.5 Gestión del peligro

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1. Análisis de riesgo ATEX

Un análisis de riesgo ATEX es obligatorio en Europa y en muchas otras áreas del mundo. Esta página tiene como objetivo proporcionar un ejemplo de análisis de riesgo ATEX que puede ser til para los operadores de fábricas que deben realizar su propio análisis. En este ejemplo, una línea de transporte neumático para harinas es estudiada.

Las directivas europeas ATEX 94/9/CE y 1999/92/CE, revisadas en 2014, han introducido el concepto de zonificación para identificar y clasificar áreas dentro de una fábrica que presentan un riesgo de presencia de nube de polvo en condiciones explosivas.

El operador de la fábrica debe realizar un análisis de riesgo de explosión de polvo, a menudo llamado estudio ATEX, para clasificar las áreas según la probabilidad de presencia de una nube de polvo (zonificación) y según la probabilidad de tener una fuente de ignición en esta área. El producto de la probabilidad de tener una nube de polvo y la probabilidad de encenderla da una calificación de riesgo que puede llevar a acciones inmediatas para reducirlo.

2. Un ejemplo de análisis de riesgo de polvo ATEX

En este ejemplo, consideramos una panadería con un proceso industrial pequeño para producir galletas. El primer paso de este proceso es descargar bolsas de harina y transportar la harina de trigo a un silo desde donde se dosificará al resto del proceso. Un análisis completo, más allá del silo, debe ser realizado por el propietario de la planta, pero para este ejemplo nos detendremos en esta primera parte del proceso, que a veces también se puede llamar 'volcar el material, transportarlo y almacenarlo'.

Como recordatorio, un análisis de peligro por polvo se lleva a cabo a través de los siguientes pasos. Estos pasos se seguirán para estudiar el ejemplo dado.

Se proporcionan explicaciones generales sobre las explosiones de polvo y el análisis de riesgos ATEX en la página, además de lo relacionado con el ejemplo. Para una comprensión más fácil, los elementos reales del ejemplo se encuentran en cajas.

El análisis de riesgos del ejemplo se encuentra en cajas como esta.

Advertencia: el análisis a continuación es solo un ejemplo para ilustrar un método, puede que no sea exhaustivo y no se puede utilizar tal cual para cualquier caso. Los lectores deben realizar su propio estudio adaptado a las particularidades de su proceso.

2.1 Identificación de peligros: propiedades del material

¿Cuáles son y dónde se encuentran los materiales combustibles o explosivos?

El primer paso de la evaluación de riesgos es determinar si hay polvos combustibles en el proceso y cuáles son sus propiedades.

En este caso, sí, la harina es combustible, por lo que debemos buscar sus propiedades de explosión de polvo. Dado que la harina de trigo es bastante común, es posible encontrar en la literatura las características de explosión de este material.

Sin embargo, si el material no es bien conocido o tiene características específicas (muy fino...), será necesario realizar pruebas con institutos especializados para determinar los datos de explosión.

Para la harina de trigo 405 utilizada en el proceso de la empresa, se encontraron los siguientes valores en la literatura [IFA]: Para un diámetro de tamaño de partícula <63 micrones (valor mediano = 30 micrones) EMC => 30 mJ TIE = 400 °C TIC = 450 °C CEM = 60 g/m³ Pmáx = 8 bar Kst = 125 Clase de explosión: St1 Resistividad : ~10.1012 ohm.m [George]

Estos datos son el conjunto básico requerido para realizar una evaluación de riesgos ATEX. En algunos casos, puede ser necesario tener datos adicionales. Tenga en cuenta que existe una base de datos, financiada por la Unión Europea, disponible en línea con más de 7000 sustancias tabuladas en https://www.dguv.de/ifa/gestis/index-2.jsp. Al utilizar la base de datos, uno se dará cuenta de que puede haber muchos datos disponibles para una sola sustancia. Por lo tanto, el usuario debe tener mucho cuidado con las condiciones en las que se obtuvieron los datos para seleccionar los que estén más cerca de su aplicación (el tamaño de partícula es muy importante, junto con la humedad).

Si hubiera otros materiales procesados en la misma línea, se deben encontrar y tabular los mismos datos para el análisis.

Además de las características del material, se debe reunir y actualizar la documentación de ingeniería de la planta. Se requieren diagramas de flujo, planos, características del equipo. En este ejemplo, se considera el diagrama de flujo a continuación.

El primer paso del análisis de riesgos ATEX es mapear el proceso de producción para identificar dónde se encuentran los peligros potenciales relacionados con incendios y/o explosiones de polvo y con qué frecuencia el polvo en suspensión en el aire está presente, lo que dará la calificación de zonificación del área. Por lo tanto, es aconsejable realizar la evaluación de riesgos con un equipo multidisciplinario que conozca bien el entorno de trabajo y pueda proporcionar documentación relevante (P&ID, hojas de datos y dibujos de equipos...) y que incluya a una persona con experiencia en peligros relacionados con polvos combustibles.

El equipo que realiza el análisis de riesgos de explosión de polvo debe comenzar reuniendo datos de explosión (EMC, TIE, Kst, Pmáx...) sobre el polvo manejado en la fábrica, luego debe enumerar el área donde está presente el polvo combustible.

2.2 Zonificación

Dónde está presente el polvo ?

Una vez recopilados los datos combustibles y los datos del proceso, es necesario combinarlos para verificar si existe un riesgo real, lo que implica responder a estas preguntas para cada equipo:

• ¿Hay polvo combustible en el área?
• ¿Puede el polvo estar presente en una nube de polvo dentro del Concentración Mínima de Explosión ¿O puede acumularse en capas?
• ¿Hay un oxidante (por lo general, oxígeno)?
• ¿Con qué frecuencia está presente el polvo en una nube en concentración explosiva?

El área del proceso se clasificará en 3 zonas :

• Zona 20
• Una zona ATEX 20 es una ubicación donde hay una atmósfera explosiva presente de forma permanente o durante largos períodos o con frecuencia
  Orden de magnitud: El polvo en concentración explosiva está presente 1000 h o más / año (= condiciones normales del proceso)
• Zona 21
• Una zona ATEX 21 es una ubicación donde es probable que haya una atmósfera explosiva presente ocasionalmente en condiciones de trabajo normales
  Orden de magnitud: El polvo en concentración explosiva está presente entre 10 h y 1000 h / año (= en ciertas condiciones del proceso)
• Zona 22
• Una zona ATEX 22 es una ubicación donde es poco probable que haya una atmósfera explosiva presente en condiciones de trabajo normales o, si está presente, es solo por un corto tiempo
  Orden de magnitud: El polvo en concentración explosiva está presente entre 1 h y 10 h / año (= condiciones muy raras del proceso o condiciones anormales - fugas)

Para realizar este análisis, se debe avanzar paso a paso en el proceso, considerando cada equipo. En este ejemplo, comenzamos con la estación de volcado y preguntamos si hay presencia de polvo en esa área:

ID	Área	Observación	Zona
A1	Dentro de la estación de volcado	Nube de polvo de forma regular en cada volcado	21
A2	Fuera de la estación de volcado (1 m alrededor del punto de volcado)	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas con la aspiración de polvo o derrame	22
A3	En el filtro de la estación, lado del producto	Nube de polvo de forma regular en cada volcado	21
A4	En el lado limpio del filtro	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en el filtro (fuga)	22
A5	En el ventilador de extracción de la estación	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en el filtro (fuga)	22
A6	En la salida del ventilador de extracción de polvo (1 m alrededor de la salida del ventilador)	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en el filtro (fuga)	22
B1	En la válvula rotativa de cierre hermético	Nube de polvo frecuente ya que el polvo cae desde la válvula estrella	20
B2	Fuera de la válvula rotativa de cierre hermético (1 m alrededor del cierre hermético)	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en la junta entre la estación y la válvula (fuga)	22
C1	En la línea de transporte neumático	Nube de polvo frecuente	20
C2	En el acoplamiento de la línea de transporte neumático (1 m alrededor de cada acoplamiento)	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en los acoplamientos (fuga)	22
D1	En el receptor	Nube de polvo frecuente cuando el producto transportado se separa del aire de transporte	20
D2	En el lado limpio del filtro	Nube de polvo de forma excepcional si hay problemas en el filtro (fuga)	22

Una vez determinada la zonificación, la probabilidad de tener una fuente de ignición Esta área debe ser estudiada.

Tenga en cuenta que el área potencialmente riesgosa fuera del equipo puede limitarse al área (típicamente 1-2 m) alrededor de la posible emisión de polvo y hasta el suelo.

2.3 Fuentes de ignición

¿Hay fuentes de ignición?

Ahora que se han identificado las áreas donde puede estar presente el polvo y se ha determinado la zonificación, es necesario verificar si hay una fuente de ignición en el área que pueda desencadenar una explosión. Deben considerarse las siguientes fuentes de ignición:

• Electroestática
• Acumulación de electricidad estática que puede descargarse repentinamente
• Eléctrica
• Chispas provenientes de aparatos eléctricos
• Mecánica
• Por lo general, contactos metal/metal
• Fuente de calor
• De trabajos (actividades de soldadura...)
• De equipos (motor a alta temperatura, cojinete caliente...)

Electroestática

Hay diferentes fuentes de descarga electroestática en un proceso de manipulación de polvos: Chispas: 2 materiales conductores se cargan a 2 potenciales diferentes hasta el punto en que se produce una descarga entre los materiales y crea una chispa. Dependiendo del tamaño de las piezas, la energía involucrada puede ser >50 mJ, lo que puede desencadenar una explosión para la harina de trigo considerada en este análisis de riesgos. Todo el equipo considerado en el análisis puede ser la fuente de dicha descarga Descarga de cepillo: las descargas de cepillo suelen tener una energía baja <5 mJ, por lo que no pueden ser un peligro para la harina de trigo involucrada Descargas de cepillo propagantes: estas descargas ocurren cuando los 2 lados de una capa de material no conductor están cargados con polaridad opuesta. La descarga resultante puede generar energías >500 mJ, lo que las hace muy peligrosas desde el punto de vista de una explosión de polvo. Ocurren cuando un material aislante está en contacto con polvo en circulación rápida, por ejemplo, en una línea de transporte neumático. Descargas de corona: la energía suele ser muy baja <1 mJ y, por lo tanto, no debería ser un problema para la harina de trigo manipulada Descarga de cono: estas descargas ocurren en tolvas/silos donde se almacenan sólidos a granel mientras están cargados, por ejemplo, después de un paso de transporte neumático. La energía acumulada puede descargarse repentinamente. Es posible calcular el diámetro crítico en el que puede haber un riesgo.

Área	Chispas	Descarga de cepillo	Descarga de cepillo propagante	Corona	Descarga de cono
Dentro de la estación de volcado	Sí	No	No	No	No
Fuera de la estación de volcado (1 m alrededor del punto de volcado)	Sí	No	No	No	No
En el filtro de la estación, lado producto	Sí	No	No	No	No
En el lado limpio del filtro	Sí	No	No	No	No
En el ventilador de extracción de la estación	Sí	No	No	No	No
En la salida del ventilador de extracción de polvo (1 m alrededor de la salida del ventilador)	Sí	No	No	No	No
En la válvula rotativa de la compuerta de aire	Sí	No	No	No	No
Fuera de la válvula rotativa de la compuerta de aire (1 m alrededor de la compuerta)	Sí	No	No	No	No
En la línea de transporte neumático	Sí	No	Sí	No	No
En el acoplamiento de la línea de transporte neumático (1 m alrededor de cada acoplamiento)	Sí	No	No	No	No
En el receptor	Sí	No	No	No	Sí
En el lado limpio del filtro	Sí	No	No	No	No

A partir de este primer análisis, el riesgo de chispas entre dos materiales conductores aislados está presente en todo el equipo. Por lo tanto, todas las partes metálicas en contacto con una nube de polvo, o que puedan estar (en el área identificada fuera del equipo, por ejemplo) deben estar conectadas a tierra.En el ejemplo, llevamos a cabo la evaluación de riesgos de una instalación existente, los ingenieros deben inspeccionar el proceso, registrar cualquier parte que no esté conectada a tierra y establecer un punto de acción para corregirlas. Si el proceso estuviera en la etapa de diseño, los ingenieros responsables del diseño deberían prever puntos de conexión a tierra para todo el equipo.

Cabe señalar que algunos equipos requieren una atención particular, como es el caso de los filtros en la estación de volcado y en el tolva/silo. Las jaulas de los filtros deben estar conectadas eléctricamente al soporte del filtro y el soporte del filtro debe estar conectado a tierra. Muchos accidentes han ocurrido porque los elementos de un filtro no estaban correctamente conectados a tierra.

El equipo que realiza la evaluación de riesgos de explosión de polvo del sistema de transporte neumático realiza una visita a la línea y observa que faltan varios puntos de conexión a tierra en la estación de volcado y que parece que se ha derramado polvo alrededor de la estación de volcado, en el suelo y en la válvula rotativa ubicada debajo.

El siguiente peligro electrostático destacado por el análisis es el riesgo de propagación de descarga de cepillo en la tubería de transporte neumático. En nuestro ejemplo, la tubería está hecha solo de acero, no hay partes hechas de material aislante como una manguera que pueda causar este tipo de descarga. Sin embargo, para otros sistemas, si se requieren mangueras, deben estar diseñadas para evitar la acumulación de cargas, especialmente si la manguera tiene una bobina conductora, ¡DEBE estar conectada a tierra!

El último riesgo potencial es la descarga cónica en la tolva receptora. En nuestro ejemplo, el diámetro del receptor es solo de 1 m, lo que es muy bajo, por lo que es poco probable que se produzca una descarga cónica, especialmente porque el MIE de la harina de trigo considerada es bastante alto. Sin embargo, para otras aplicaciones con productos o tamaños de partículas diferentes, hay una fórmula disponible para calcular la energía de descarga cónica esperada en función del diámetro de la tolva.

Eléctrico

Los componentes eléctricos que puedan estar en contacto con una nube de polvo dentro o fuera del equipo - en el área donde pueda estar presente la nube de polvo - deben estar diseñados para funcionar en este entorno. Las normas determinan actualmente la clase del equipo eléctrico.

En el ejemplo de una instalación existente, el operador de la fábrica debe verificar la marca real de los componentes eléctricos en la zona donde pueda estar presente el polvo. Si no es conforme, se deben tomar medidas. En el caso de un proyecto de diseño, se debe suministrar el equipo de la clase correcta.

El equipo que realiza la evaluación de riesgos de explosión de polvo del sistema de transporte neumático realiza una visita a la línea y comprueba el equipo eléctrico en el área donde está presente el polvo, observan que la válvula rotativa de cierre hermético es un modelo antiguo con un motor que no presenta marca de clasificación de seguridad contra explosiones de polvo. Solo muestra IP54.

Mecánico

Algunos problemas mecánicos pueden crear chispas o calor suficiente para desencadenar una explosión. Es necesario enumerar y verificar especialmente las partes rotativas que puedan entrar en contacto con una nube de polvo. En este ejemplo, hay dos equipos rotativos: la válvula rotativa de cierre hermético ubicada debajo de la estación de volcado y que descarga la harina en la línea de transporte neumático, y el soplador Roots que suministra el aire para el transporte.

Una válvula rotativa de cierre hermético puede fallar, lo que puede provocar un contacto metal-metal entre el rotor y el estator. Una regla general para el acero es que se producirán chispas si el contacto metal-metal ocurre a una velocidad > 1 m/s. En el ejemplo, el operador de la fábrica debe calcular la velocidad máxima de la punta del rotor de la válvula rotativa de cierre hermético, si es menor a 1 m/s, el riesgo es bajo.

La válvula en particular del ejemplo estudiado tiene un diámetro de 200 mm y gira a 40 rpm, lo que da una velocidad de punta de 0,42 m/s, la operación es correcta.

En la etapa de diseño, el diámetro de la válvula rotativa de cierre hermético debe seleccionarse de manera que la capacidad se alcance mientras la velocidad de la punta de la válvula sea <1 m/s.

Los rotores del soplador Roots giran muy rápido, típicamente a 3000 rpm, por lo que cualquier desalineación podría crear contacto metal-metal y luego chispas que podrían enviarse a la línea de transporte. La experiencia muestra que esas chispas a menudo se extinguen en la tubería entre el soplador y la entrada del producto, pero para eliminar este riesgo, se puede agregar un apagafuegos (una especie de malla) en la salida del soplador.

En nuestro ejemplo, el soplador está equipado con tal dispositivo.

Fuente de calor

Los operadores de la fábrica deben evaluar si hay alguna fuente de calor en el área donde pueden estar presentes las nubes de polvo. Puede ser, por ejemplo, algún taller con actividades de corte o soldadura cerca de una estación de descarga. O puede ser trabajos de mantenimiento que se realizan en el proceso. Estos trabajos pueden ser particularmente peligrosos, por lo que el propietario de la instalación DEBE implementar un buen mantenimiento (asegurarse de que no haya depósitos de polvo en ninguna parte de la instalación) y un permiso de trabajo con un permiso de incendio para asegurarse de que nadie pueda venir y comenzar a soldar/cortar alrededor o en el equipo que está procesando polvos combustibles.

En el ejemplo, el operador de la fábrica no realiza ningún trabajo de incendio en las cercanías del equipo considerado y ha puesto en marcha un sistema eficiente de procedimientos y permisos de trabajo para garantizar la seguridad de cualquier intervención en el sitio. La fábrica también está equipada con aspiradoras que permiten mantener el área limpia.

Otras posibles fuentes de calor incluyen motores sobrecalentados o partes mecánicas sobrecalentadas, como rodamientos.

En el ejemplo, el motor de la válvula rotativa de cierre hermético debe estar clasificado para tener una temperatura máxima < 2/3*MIT=2/3*400=266 °C o SIT-75 °C=450-75-375 °C, lo que significa que los motores no deben alcanzar una temperatura >266 °C.

También debería ser el caso de los rodamientos de las válvulas rotativas, que también deben estar purgados para asegurarse de que el producto no pueda ingresar al rodamiento, dañarlo y potencialmente incendiarse si el rodamiento comienza a sobrecalentarse.

En nuestro ejemplo, el motor es de una clase suficiente ya que no puede exceder los 185 °C.

2.4 Clasificar los peligros

Los diferentes peligros presentados por la instalación han sido revisados, ahora es necesario clasificarlos para ver si se requieren medidas específicas para reducir el riesgo. Tenga en cuenta que existen diferentes matrices para clasificar los riesgos, la que se muestra a continuación es solo un ejemplo.

Continuamos con nuestro ejemplo de línea de transporte neumático para pisos. Después de analizar los posibles riesgos de explosión anteriores, los siguientes permanecen como riesgos significativos que deben clasificarse: Chispas electroestáticas debidas a una puesta a tierra incorrecta en la estación de descarga/válvula rotativa de cierre hermético (el equipo encontró varios puntos de puesta a tierra faltantes y fugas de polvo). Como faltan puntos de puesta a tierra, el equipo considera que el riesgo de tener chispas es probable. El motor de la válvula rotativa de cierre hermético no está clasificado para operar en un entorno de polvo (B), sin embargo, la construcción y el mantenimiento se consideran por el equipo como un nivel mínimo de protección. El equipo evalúa el riesgo de chispa eléctrica aquí como raro. Las áreas ID definidas durante la zonificación se posicionan en la matriz de evaluación de riesgos para identificar fácilmente cuáles son los riesgos a abordar.

	No probable	Muy raro	Raro	Probable	Muy probable
Zona 20				B1
Zona 21				A1 A3
Zona 22			B2	A2 A4 A5 A6 B2

La calificación del equipo muestra que el riesgo relacionado con las chispas electroestáticas en la estación de descarga y la válvula de cierre hermético es alto o muy alto. La actividad considerada implica, de hecho, una cantidad considerable de movimiento de polvo en la descarga y en la línea de transporte neumático. Este movimiento de polvo está cargando los materiales en contacto, si algunos de estos materiales están aislados, puede haber una descarga de chispas que conduzca a una explosión con la harina. En la estación de descarga o en la línea de transporte neumático, las consecuencias de la explosión pueden ser peligrosas. Para el motor de la válvula rotativa de cierre hermético, el riesgo evaluado es menor, de hecho, el motor aún está clasificado como IP54, lo que proporciona un nivel básico de protección, la posible explosión estaría fuera del equipo del proceso. Después de clasificar los riesgoses necesario, sin embargo, reducirlos, de hecho, ambos riesgos no se consideran "aceptables" en la matriz de evaluación de riesgos utilizada.

2.5 Gestión del peligro

¿Cuáles son las salvaguardas a implementar?

El riesgo de chispa electrostática se puede gestionar simplemente poniendo a tierra todo el equipo y asegurándose de que la puesta a tierra se mantenga en su lugar.

La fábrica de nuestro ejemplo envía inmediatamente al equipo de mantenimiento para volver a colocar la puesta a tierra que faltaba y registrar como acción la creación de una lista de control de puesta a tierra que se utilizará regularmente para asegurarse de que todos los cables de puesta a tierra se mantengan en su lugar con el tiempo. Esto reduce el riesgo al disminuir la probabilidad de una explosión a muy rara. Para el motor de la válvula rotativa de la tolva de aire, ya que el motor es antiguo de todos modos y requiere más mantenimiento, la fábrica decide reemplazarlo. Las acciones para gestionar los riesgos son pendientes de sustitución para asegurarse de que la zona permanezca limpia, no haya derrame de polvo durante el volcado y la caja de conexiones del motor esté bien apretada. En un plazo de 2-3 meses la fábrica reemplazará el motor.

En ambos casos, la estrategia empleada es evitar la fuente de ignición. La matriz de riesgos se puede actualizar con las nuevas calificaciones una vez que se hayan realizado las acciones.

	No probable	Muy raro	Raro	Probable	Muy probable
Zona 20		B1
Zona 21		A1A3
Zona 22			B2	A2 A4 A5 A6 B2

Las acciones tomadas permiten tener una instalación segura, sin embargo, incluso si el riesgo se reduce, sigue existiendo y se requiere un mantenimiento perfecto de la instalación a largo plazo.

Tenga en cuenta que en algunos casos, se pueden requerir medidas de mitigación como por ejemplo, un panel de explosión en el silo, una válvula de accionamiento rápido en la línea de transporte neumático pueden ser necesarios.

Las conclusiones DEBEN documentarse en la evaluación de riesgos ATEX y la fábrica DEBE aplicar las conclusiones. Es fundamental para la seguridad que el riesgo se aborde adecuadamente, que se defina un plan de acción y que se ejecute de manera oportuna.

Recuerde siempre que los análisis de explosión de polvo son obligatorios, y conclusiones del análisis de riesgos deben ser implementadas por la fábrica.