Laboratorio de ensayos de explosiones
En la industria moderna, la seguridad de los procesos reviste una importancia fundamental, especialmente cuando se trabaja con sustancias y mezclas potencialmente peligrosas.
Para minimizar los riesgos y garantizar la máxima seguridad, es fundamental conocer con precisión los parámetros relacionados con la seguridad de estas sustancias.
Reducción de riesgos
Los parámetros que figuran en la bibliografía suelen basarse en condiciones estándar, que pueden diferir considerablemente de las condiciones del proceso y deben analizarse con espíritu crítico desde el punto de vista de la seguridad.
Nuestro laboratorio de ensayos PROTEGO® ofrece la posibilidad de determinar diversos parámetros en condiciones no atmosféricas, lo que permite identificar la influencia de las condiciones específicas de su proceso (presión, temperatura, agentes oxidantes, gases inertes, etc.).
El análisis de la presión de explosión, los límites de inflamabilidad, el aumento máximo de la presión de explosión, la concentración límite de oxígeno o el margen de seguridad experimental máximo en condiciones operativas realistas proporciona datos precisos que contribuyen a minimizar el riesgo y, al mismo tiempo, evitan los costes derivados de un diseño excesivamente seguro.
Intersticio experimental máximo de seguridad (MESG) (grupo de explosión)
La evaluación de la capacidad de penetración de la ignición de una sustancia se determina de conformidad con la norma EN ISO/IEC 80079-20-1 en un equipo de medición MESG, y a continuación la sustancia se clasifica en uno de los grupos de explosión IIA1, IIA, IIB1, IIB2, IIB3, IIB o IIC en función de los resultados experimentales.
Cuantificación de las condiciones que modifican los grupos de explosión
El grupo de explosividad de una sustancia se utiliza para evaluar la idoneidad de los apagallamas o de los equipos con el tipo de protección «envolvente antideflagrante» (Ex d) para dicha sustancia. Además de determinar el MESG de sustancias puras, el laboratorio de ensayos PROTEGO® también ofrece la posibilidad de cuantificar la influencia de la temperatura, la presión, los gases inertes o los agentes oxidantes. Entre los posibles campos de aplicación se podría incluir, por ejemplo, la determinación del contenido de gas inerte necesario para cambiar el grupo de explosión de una mezcla de sustancias específica de IIC a IIA, logrando así un diseño de la planta más rentable.
Límite inferior y superior de inflamabilidad
Se pueden aplicar diversas medidas de protección contra explosiones para evitar la formación de atmósferas explosivas dentro de una planta. Una de las más importantes es garantizar que no se superen ni se queden por debajo de los límites de inflamabilidad de una sustancia o mezcla.
Estos parámetros pueden determinarse a presión atmosférica, de conformidad con la norma EN 1839:2017-04, utilizando el método del tubo o el método de la bomba; sin embargo, para presiones elevadas solo es aplicable el método de la bomba, de conformidad con la norma EN 17624:2022. En este método, la mezcla de combustible y aire se introduce en un autoclave a presión de explosión y se enciende en su interior mediante una descarga de alta tensión, un alambre explosivo o un encendido por chispa deslizante.
Medición de la presión dinámica para la seguridad del encendido
La medición de la presión dinámica en la pared permite detectar si se cumple el criterio de ignición de la mezcla (aumento de la presión del 5 % o del 2 % con respecto a la presión inicial) o si el valor cae por debajo del límite. La mezcla puede generarse mediante un proceso de presión parcial o mediante la evaporación completa de las corrientes líquidas y su posterior homogeneización con la corriente de gas o aire.
Al aplicar los límites de explosividad para garantizar un control seguro del proceso, hay que tener en cuenta que los parámetros determinados en el laboratorio no siempre son directamente extrapolables al proceso. Esto puede deberse a las diferentes condiciones ambientales, especialmente la temperatura y la presión, que pueden influir de manera decisiva en dichos parámetros.
Punto de inflamación
El denominado «punto de inflamación» permite determinar si se produce una atmósfera inflamable sobre un líquido, y en qué condiciones ambientales. Este parámetro de seguridad es uno de los más antiguos, ya que se utiliza como norma para la evaluación del riesgo de explosión desde el siglo XIX.
Para determinar el punto de inflamación, se calienta una muestra líquida de un volumen definido utilizando un gradiente de temperatura constante y se comprueba, a intervalos específicos, la posibilidad de ignición mediante una fuente de ignición adecuada. El tipo de fuente de ignición, el volumen y el gradiente de temperatura vienen definidos por la norma utilizada, lo que significa que los valores determinados pueden variar dentro de un cierto rango.
Es importante preguntarse si la norma utilizada es aplicable a la sustancia o mezcla de sustancias que se está sometiendo a ensayo, con el fin de adoptar un enfoque conservador en materia de seguridad. El ejemplo de las mezclas de acetona y etilenglicol que se muestra en la figura indica que la norma ISO 13736 se desvía significativamente hacia el lado inseguro en comparación con la norma ISO 1523 para mezclas con bajas proporciones de componentes de bajo punto de ebullición o impurezas.
Concentración límite de oxígeno
Además de los límites de explosividad ya mencionados, otro parámetro importante para la protección contra explosiones es la denominada concentración límite de oxígeno. Se trata de la concentración máxima de oxígeno en una mezcla de combustible, gas inerte y aire a partir de la cual no puede producirse ninguna explosión.
El límite inferior de explosividad (LOC) puede determinarse de conformidad con la norma EN 1839:2017-04 utilizando el método del tubo o de la bomba, si bien esta norma se limita a temperaturas de hasta 200 °C y a una presión inicial atmosférica. Si se desea determinar el LOC a presiones iniciales elevadas, esto solo puede hacerse utilizando el método de la bomba según la norma EN 17624:2022, que define la determinación de los límites de explosión a presiones de hasta 100 bar.
A diferencia de la determinación de los límites de explosión, el LOC no solo varía la proporción de combustible, sino que también añade un gas inerte. Al medir diferentes composiciones en la mezcla ternaria, se obtienen diagramas triangulares con el rango de explosión correspondiente, como se muestra en la figura.
Temperatura de ignición
Para determinar si el calentamiento de la superficie de una máquina eléctrica, como una bomba o un ventilador, supone un riesgo de ignición para el medio circundante en una atmósfera explosiva, es necesario conocer tanto la temperatura máxima de la superficie del equipo como la temperatura de ignición del medio.
La temperatura de ignición de una sustancia es la temperatura a la que se inflama espontáneamente sobre una superficie caliente en una atmósfera de aire sin fuentes de ignición adicionales, como chispas eléctricas.
Para esta determinación se pueden utilizar diversas normas, por ejemplo, la ISO-IEC 80079-20-1. Según esta norma, la determinación se lleva a cabo en un matraz Erlenmeyer de vidrio borosilicato (V = 200 ml), que se calienta en un horno.
El matraz Erlenmeyer se calienta a partir de una temperatura de 80 °C utilizando un gradiente de temperatura constante, y la muestra se añade en volúmenes definidos y a intervalos definidos. A una determinada temperatura superficial del matraz Erlenmeyer, la muestra se inflama. A partir de esta temperatura, se realizan ensayos a temperaturas sucesivamente más bajas para determinar si la ignición sigue produciéndose hasta alcanzar la temperatura a la que se puede descartar de forma fiable la ignición. En función de esta temperatura, la muestra se clasifica en una de las clases de temperatura de T1 a T6.
Presión máxima de explosión y aumento de presión de gases y vapores
Si las medidas de protección contra explosiones primarias y secundarias destinadas a prevenir la formación de atmósferas explosivas y fuentes de ignición efectivas no proporcionan un nivel de protección suficiente para una aplicación concreta, pueden emplearse medidas de protección contra explosiones terciarias. Estas medidas limitan los efectos de una explosión a un nivel seguro mediante soluciones de diseño. Esto puede lograrse principalmente mediante construcciones resistentes a la presión de la explosión (onda de choque), equipos de alivio de presión y sistemas de desacoplamiento.
La presión máxima de explosión (pmax) y la velocidad de aumento de la presión (dp/dtmax o valor KG) se encuentran entre los factores relevantes para el diseño correcto de estas medidas. Estos valores, así como los límites de explosión y la concentración límite de oxígeno, pueden determinarse en un autoclave esférico de presión de explosión, en el que la sustancia se introduce en forma gaseosa o vaporosa y se lleva a la explosión.
El gráfico muestra ejemplos de las curvas de presión de explosión y sus derivadas primeras para el hidrógeno, el etileno y el metano en aire. En lo que respecta a la presión de explosión, es evidente que las tres sustancias presentan valores relativamente similares, pero las tasas de aumento de presión correspondientes son muy diferentes. Se observa que el hidrógeno tiene, con diferencia, el valor KG más alto, que es más de doce veces superior al del metano.
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