Risc d'explosió en cabines d'assecat

Figura 1. Efecte de explosió en un secadero.

El principi d'assecat mitjançant pulverización està basat en la transformació de líquid en pols seca durant un únic procés de fabricació. El líquid és desintegrat en petites gotes mitjançant un disc rotatiu o un filtre. Les gotes entren en contacte amb el mitjà d'assecat calent (en el cas de productes alimentaris s'utilitza únicament aire) provocant una ràpida evaporació de l'aigua present en la superfície. Aquest sistema permet utilitzar aire a alta temperatura sense que aquest pugui afectar al producte, fins i tot si es tracta de materials altament sensibles a canvis de temperatura.

L'increment en la temperatura superficial de les partícules es produeix únicament al final del procés d'assecat, quan la superfície no està completament humida i les gotes s'han gairebé transformat en partícules seques. El temps d'assecat mitjançant aquesta tecnologia és inferior al requerit quan s'utilitzen un altre tipus de dispositius, ja que es tracta d'uns pocs segons. En tractar-se d'un període de temps reduït, no és suficient per causar danys en el producte assecat, raó per la qual aquesta solució és tan utilitzada en aplicacions d'assecat en indústria alimentària, farmacèutica o química. Després de l'assecat, les partícules són separades per a un processament posterior.

Com s'ha assenyalat anteriorment, l'operació d'assecat genera materials dels quals s'originen les partícules de pols. A causa del procés, aquestes partícules de pols són molt susceptibles a la formació de combustió espontània, foc i explosió.

Amb la finalitat de prevenir l'aparició d'aquests esdeveniments extraordinaris, és sempre necessari conèixer, no només les condicions de funcionament de cada part de la tecnologia d'assecat en general, sinó també els paràmetres de foc i explosió dels efectes provocats per la pols.

Per a major claredat, s'inclouen en la Taula 1 els paràmetres seleccionats de pols produïda que sorgeix durant el procés d'assecat.

La taula mostra valors que representen els límits de prevenció adequades contra explosions. Es tracta d'aquells valors necessaris per a l'adequada construcció i disseny sistemàtic de la protecció anti-explosió.

En els anys seixanta del passat segle XX, es van produir en les instal·lacions de producció d'assecat de pols, un gran nombre d'accidents, inclosos els incendis i explosions.

Els detonants que van causar l'accident (incendi i explosió) inclouen:

• Acte-encès en una capa. Es considera bastant habitual i la causa més probable d'un inici d'explosió, d'acord amb diferents informes realitzats. Per exemple, el contingut de greix en la llet, juga un paper molt important dins de la temperatura d'acte-ignició. La temperatura ‘crítica’ d'acte-ignició, disminueix en augmentar el contingut de greix. Les condicions d'acte-ignició es determinen per la dependència de la temperatura crítica d'acte-ignició en la cinètica d'alliberament de calor, en les condicions d'intercanvi de calor amb el medi ambient i al moment de l'acció d'aquests factors. Això significa que sota certes condicions, pot ocórrer un escalfament espontani a temperatures més baixes de les inicials i, d'altra banda, en altres condicions, les altes temperatures poden no ser perilloses.

• Contaminació de l'aire d'admissió (entrada) a la sala d'assecat. És necessari ressaltar la importància del grau de puresa de l'aire calent d'entrada a la sala d'assecat. Abans de procedir a la seva introducció, l'aire ha de desfer-se de totes les impureses mecàniques mitjançant una filtració efectiva. Això és necessari, entre altres raons, per obtenir una bona qualitat del producte, ja que les impureses mecàniques poden carbonizar en el sistema, i han demostrat ser les partícules de color negre que apareixen habitualment en la substància seca. Una deficient filtració repercuteix en un producte de qualitat deficient.
• Superfícies de fricció. El contacte entre les parts mòbils dels diferents dispositius d'assecat, han estat, habitualment, altres elements desencadenants d'explosions. Es tracta d'equips tals com pulverizadores centrífugs, ventiladors i torniquets.
• Iniciació per una espurna elèctrica. Ocorre, entre uns altres, sobre ventiladors existents, quan existeix el risc que es dipositi una capa dura que arribi a danyar o bloquejar els àleps. Una segona possibilitat és l'aparició d'espurnes degudes a l'electricitat estàtica, o una deficient posada a terra dels elements conductors.

En les següents taules s'enumeren dades estadístiques de la companyia d'assegurances (FM Global Insurance Company) sobre accidents en instal·lacions d'assecat.

De les estadístiques presentades per aquesta companyia i els paràmetres d'explosió de substàncies seques que s'enumeren en la Taula 1, es desprèn que el risc d'incendi i explosió no pot ser subestimado, a la llum dels paràmetres actuals. Operadors i/o fabricants han de considerar incloure en les seves instal·lacions, totes les mesures d'índole tècnica i organitzativa per garantir la seguretat, no només de les persones, sinó també de la instal·lació.

Tendència a detonar que exhibeixen tot tipus de material en pols (per exemple, la llet i els productes làctics concentrats) si la concentració de pols en g/m³ supera el límit inferior d'explosividad, i si la concentració està en un mitjà amb un risc suficientment alt d'inici d'explosió a una certa temperatura i energia.

El límit inferior d'explosividad dels productes varia de 10 a 100 g/m³. La explosividad de la pols no només està condicionada a la grandària de les partícules de pols, sinó també per l'agitació en el medi ambient, el contingut d'oxigen i la temperatura. Com més fi i més sec és una pols i major és la temperatura ambienti, més inflamable és la pols i més forta és la seva explosió.

La dimensió dels paràmetres de l'explosió són conseqüència de la concentració i la turbulència de pols. En principi, la pressió d'explosió augmenta en augmentar la concentració fins al seu valor ‘òptim’. Després de superar aquest valor, es redueix de nou la pressió i la dinàmica de l'explosió. La turbulència provoca efectes similars als anteriors. Si la turbulència del núvol de pols augmenta, i en aquest moment es genera la suficient energia d'ignició, els paràmetres de l'explosió augmenten, especialment la dinàmica de l'explosió. Els valors de la pressió màxima d'explosió en pols aconsegueixen, sota les condicions baromètriques inicials d'una barreja explosiva en recipients hermètics, el valor de 8 kp/cm².

Si es formen a l'interior de l'assecador capes de pols dipositada, que poden ser agitades i aixecades de diverses formes, poden provocar un augment de la concentració que s'apropi al valor òptim (concentració a la qual s'aconsegueixen els paràmetres més alts d'explosió). Un perill molt major que en el propi assecador, en termes de la creació de concentració per turbulències, és el que es pot generar en dispositius, tals com a canonades, ciclons separadors i filtres.

El major perill d'una explosió de pols es produeix durant la disminució de la velocitat de flux i l'increment de la temperatura dels voltants. Això sol ser a causa de diferents factors:

• Interrupció del flux de barreja pols / aire
• Fallada d'alimentació
• Interrupció en el subministrament de producte líquid o concentrat
• Neteja incompleta de la sala d'assecat
• Errors en el procés de filtrat
• Creació de la capa de pols en les canonades de transport o en les superfícies del bescanviador de calor, etc.

Figures 2 a 4. Fotos d'explosions en secaderos i efectes d'aquestes explosions.

A continuació es detallen alguns dels principals perills que poden generar-se:

• Perillo de desenvolupament de sediments dels components filtrats
• Perill de sobrecalentamiento
• Perillo d'acte-ignició
• Perillo d'aparició d'espurnes (elèctriques, electroestáticas, per fricció)
• Perill de foc
• Perill d'explosió.

Basant-se en paràmetres d'explosividad i foc, els operadors han de classificar els recintes i dispositius en zones, definint les diferents fonts d'ignició i una proposta de mesures d'índole tècnica i organitzativa. Aquesta informació ha d'estar recollida en la documentació de protecció contra explosions.

Les anàlisis de risc realitzats solen implicar, habitualment, no només l'aplicació d'una sèrie de mesures específiques, sinó també mesures tècniques de protecció anti-explosions de caràcter passiu i/o constructiu.

La prevenció de tipus passiu inclou els següents mètodes:

• Protecció constructiva
• Alliberament de l'explosió combinat amb una separació de l'explosió
• Supressió de l'explosió en combinació amb una separació de l'explosió

Figures 5. Tipus de prevenció anti-explosió.

La verificació de la resistència a la pressió ha de realitzar-se abans de l'aplicació dels elements d'anti-explosió en els sistemes d'assecat. En primer lloc, els valors de resistència a la pressió s'han de verifiquen, segons EN 14460, en la documentació del fabricador (proveïdor). En cas que es desconegui aquests valors, s'ha de realitzar una verificació pràctica, mitjançant càlculs MKP de les parts de la instal·lació seleccionada.

En la Figura 6, es presenta un exemple gràfic dels càlculs, abans esmentats, de la resistència a la pressió de la càmera de l'assecador, així com de les canonades d'interconnexió entre els elements individuals.

Figura 6: Exemple de control i optimització dels càlculs MKP de les parts seleccionades de l'assecador.

Després de verificar la resistència a la pressió, es procedeix amb la pròpia instal·lació dels components que formen el sistema anti-explosió.

A continuació, s'inclouen diferents imatges dels principals elements individuals i equips de protecció anti-explosió.

Figura 7. Aplicació de sistema d'alleujament d'explosió d'acord a EN 14 491 i EN 14 797 en el mantell de l'assecador per pulverización amb el deflector per a la conducció de la flama i la pressió a l'exterior de l'edifici.

Figura 8. Aplicació del sistema de berrera HRD barrier. Equipat per a la separació de l'explosió, d'acord a EN 15 089 entre la càmera d'assecat i el cicló de separació.

Figura 9. Instal·lació d'equips per a la supressió d'explosió d'acord amb EN 14373 en el cicló de separació.

Figura 10. Instal·lació d'alimentador rotatiu sota el cicló de separació segons EN 15089.

Figura 11. Aplicació de barrera HRD d'acord amb EN 15089 entre el cicló i el filtre.

Figures 12 i 13. Aplicació de sistema d'alleujament d'acord amb EN 14491 i EN 14797 en el mantell de l'assecador per pulverización amb el deflector per a la conducció de la flama i la pressió a l'exterior de l'edifici.

Figura 14. Instal·lació de vàlvula de tancament sota les unitats de filtració. Sistema de protecció anti-explosions segons EN 15089.

El sistema de protecció contra explosions està connectat a una unitat central que gestiona no només els dispositius de seguretat, sinó també els elements mecànics, tals com a vàlvules, alimentadors, etc. Aquesta unitat gestiona la comunicació amb un sistema de control superior que s'encarrega dels comandos de marxa i atur dels diferents elements de la instal·lació.

Els temes de seguretat davant possibles explosions generades en dispositius d'assecat mitjançant l'aplicació de dispositius passius, s'està convertint en un pas decisiu dins del conjunt d'elements de seguretat per a les persones i les instal·lacions. Els operadors han de consultar aquesta àrea de seguretat a experts o companyies que disposin de suficient experiència en aquest camp i puguin proporcionar respostes, i especialment consells. Aquests tecnòlegs tenen com a missió dirigir els requisits de l'operador cap a un sistema de protecció que, a més de ser segur per als treballadors, el sigui també per a la pròpia instal·lació.

De la mateixa manera, no es pot deixar de costat el desenvolupament actual dels propis dispositius d'assecat. Els fabricants tenen a la seva disposició una sèrie d'instruments legislatius per reduir el risc o eliminar-ho.