Riesgos de explosiones por polvos en la industria

Algunas investigaciones afirman que más del 70% de los polvos que se fabrican, procesan, mezclan, transportan, empaquetan, se generan o manipulan, son combustibles, es decir, que dichos polvos combustibles son mayoría en estas industrias.

En la industria, usualmente la mayor preocupación al manipular estos polvos combustibles, es precisamente, evitar que se desarrollen explosiones o incendios que pongan en riesgo a nuestro negocio; desde pérdida de vidas, lesiones, daños de nuestros procesos y equipos, publicidad negativa, pérdidas de producción, multas e incrementos de primas de seguro, entre otros.

De acuerdo con la NFPA, un polvo combustible es un sólido combustible finamente dividido que presenta un riesgo de incendio o explosión cuando está suspendido en el aire o en un proceso con un medio oxidante y con una concentración específica. Este polvo combustible ante la presencia de una fuente de ignición puede generar las siguientes manifestaciones:

Llamarada. Fuego que se distribuye rápidamente en forma de flama para consumir el combustible, como un polvo, sin el desarrollo de presiones dañinas. Esto comúnmente ocurre cuando el polvo se encuentra suspendido en un área abierta o sin contención.

Deflagración. Propagación de una zona de combustión a una velocidad por debajo de la velocidad del sonido en un medio no reactivo. Ocurren cuando se presentan las cinco variables del pentágono de la explosión.

Explosión. Ruptura de un contenedor debido al desarrollo de presiones internas originadas por una deflagración. Una vez que el contenedor en donde se está desarrollando la deflagración ya no puede contener las fuerzas producidas, se rompe y se liberan las partículas y fuego a una velocidad arriba del sonido.

Cuando se habla de este tipo de riesgos en la industria, ya existen en el mundo estándares, normativas, reglas y recomendaciones para poder identificar, prevenir, controlar y mitigar estos riesgos. Algunos de ellos son los estándares de Polvos Combustibles de la NFPA, El Programa Nacional de Énfasis en Polvos Combustibles de la OSHA, las Directivas Europeas EN 2014/34/EU, EN 99/92/EC, Hojas de Datos para la Prevención de Pérdidas de FM Global, Normativas nacionales de algunos países, y de otras aseguradoras, etcétera. Actualmente incluso hay esfuerzos por incluir este tipo de temas, en Normativas nacionales, de algunos países en donde no se tenían o no se tienen actualmente, como Singapur, China, México, entre otros.

Los polvos combustibles

Desde polvos de productos orgánicos como el azúcar, harinas, leche en polvo, la madera, el papel, coque, carbón, telas, y más; orgánicos sintéticos como los plásticos, pigmentos, pesticidas, farmacéuticos, etcétera; y metales como aluminio, magnesio, zinc, acero, y otros; con el tamaño de partícula, humedad y concentración adecuados, son considerados como polvos combustibles.

Ahora bien, ¿cómo sé si mi polvo es combustible o no? La NFPA recomienda propiamente tres formas de identificar si un producto implica riesgos o no, y serían:

1. Si el polvo ya manifestó en la operación algún fuego o explosión.
2. Si se tiene registro de polvos similares en las bases de datos disponibles, que indiquen que son combustibles.
3. Si se han enviado muestras a un laboratorio para su análisis y el resultado ha sido positivo.

Los polvos, como otras sustancias combustibles, también presentan diferencias que permiten clasificarlos como más o menos peligrosos. La NFPA, usa una clasificación desde ST0 (no combustible) hasta ST3 (muy combustible) para identificar el nivel de peligrosidad, a pesar de ello, en la historia existen casos de pérdidas totales de plantas productoras con polvos ST1.

Para la clasificación de riesgo del polvo, existen los análisis de laboratorio que nos permiten identificar las Características de los polvos combustibles y por mencionar algunas serían:

• Tamaño de partícula: un polvo mientras más fino, tiende a ser más explosivo. Entonces, el tamaño de partícula tiende a ser uno de los primeros criterios que nos permiten identificar el nivel de riesgo.
• Prueba Go/No Go: mediante un análisis estandarizado se determina si la muestra del polvo puede o no explotar.
• Prueba de severidad de explosión: nos indica los valores de Kst (Constante de deflagración) y Pmax (Presión máxima desarrollada del polvo en el momento de la explosión). Estos valores son básicos para dimensionar la peligrosidad y metodologías de protección.
• MIE: Energía Mínima Necesaria. Indica los mJ mínima necesaria para poder generar una ignición.
• MIT: Temperatura Mínima Necesaria, para iniciar ignición, para generar un fuego o explosión.
• MEC: Concentración Mínima Necesaria, que indica el mínimo de gramos por metro cúbico de este polvo que representa un riesgo de explosión.
• LOC: Concentración Límite de Oxígeno, que permitiría el desarrollo de una explosión. Si la presencia de oxígeno en el proceso es menor a este límite, es difícil que se desarrolle un evento. Entre otros.

Orígenes de las explosiones

Los que estamos involucrados con temas relacionados al riesgo o la prevención, necesariamente, hemos escuchado acerca del triángulo del fuego, el cual, nos indica que cuando en un momento dado se presentan las variables de un combustible, oxígeno y una fuente de ignición, va a existir una manifestación de incendio.

En el mundo de las explosiones por polvos, este triángulo se convierte en pentágono y a estas variables de combustible, oxígeno y fuente de ignición, se le agrega la dispersión, que sería este polvo flotando, y el confinamiento, que usualmente es un equipo o contenedor que permite la concentración de este polvo en cierto volumen.

De tal manera que, haciendo un análisis rápido de nuestros procesos, podemos identificar aquellos equipos en los procesos donde tenemos polvo combustible, dispersión de este, presencia de oxígeno y lo único que nos falta es la presencia de una chispa o ignición para dar lugar a una explosión.

La NFPA recomienda hacer un Análisis de Polvos Combustibles (DHA, Dust Hazard Análisis) que nos va a permitir identificar los riesgos, clasificarlos y establecer estrategias para prevenir, mitigar o controlar. Los pasos básicos serían:

1. Identificar en mi proceso dónde se producen, transportan, almacenan, etcétera, los polvos.
2. Identificar si estos polvos son combustibles o no.
3. Identificar si los equipos de estos procesos cumplen con la contención y volúmenes mínimos de riesgo.
4. Establecer si los equipos clasificados cumplen con un riesgo bajo, medio o alto.
5. Establecer si las afectaciones serían de bajo, medio o alto impacto; con base a las consideraciones de la compañía.
6. Establecer si los orígenes de la ignición en los equipos y proceso son de origen eléctrico, mecánico, o del proceso en sí.
7. Establecer metodologías de prevención, mitigación y control.

Eventos en la industria

En la historia, han ocurrido lamentables explosiones en industrias que manejan polvos combustibles, con pérdidas materiales y humanas, por mencionar algunos:

• Imperial Sugar (2008), refinación de azúcar. Georgia, EU. Pérdida total de la planta y 14 empleados fallecieron. El origen de la explosión fue una banda transportadora.
• Didion Milling (2017), harinera. Wisconsin, EU. Destrucción de equipos, 5 fallecidos, varios lesionados. Multa de más de un millón de dólares a la compañía. 6 empleados enfrentan cargos criminales.
• West Pharma (2003), farmacéuticos. Carolina del Norte, EU. 6 fallecidos, 38 lesionados, pérdidas millonarias.
• Cooperativa Palotina (2023), harina de maíz. Parana, BR. 4 fallecidos, 27 lesionados. Pérdidas millonarias.

Como estos ejemplos, ocurren casos similares alrededor del mundo cada mes. Lamentablemente, la falta de conocimiento y capacidad que muestran las autoridades para identificar el origen de las catástrofes y poderlas clasificar correctamente, aunado a que muchas empresas no comparten este tipo de experiencias, impide tener un registro más real de los casos.

Cabe mencionar que el efecto más catastrófico en los eventos de explosiones, se da en las explosiones secundarias. Este efecto es la transmisión del efecto de la ignición entre las diferentes nubes de polvos combustibles presentes en un proceso, e incluso, con el polvo en las áreas de trabajo que no tienen buena limpieza. Este efecto de reacción en cadena permite que la explosión “viaje” a través del proceso hacia equipos anteriores y posteriores al origen del evento.

Metodologías de prevención, mitigación y control

Una vez que se identifican los riesgos, se pueden realizar diversas medidas para prevenir, mitigar y tratar de controlar los efectos de las explosiones. Las medidas incluyen cambios operativos, modificación a procesos y prácticas, limpieza, capacitación de personal tanto interno como de contratistas, creación de políticas de seguridad enfocadas en polvos combustibles y finalmente, tecnologías y dispositivos.

Algunas de las tecnologías más usadas para proteger los equipos contra los efectos de las deflagraciones y explosiones son:

• Paneles de venteo de explosiones: estos son unos diafragmas metálicos que están diseñados con el objetivo de controlar el desfogue de una explosión. Esto quiere decir, que no se inhiben las explosiones, solamente se protegen los equipos donde se montan, evitando que se destruyan al darle salida controlada a la bola de fuego. Se recomiendan que estos dispositivos se instalen al exterior o si se instalan al interior del área de producción, se le dé salida a la bola de fuego mediante un ducto de venteo. Estos paneles deben tener garantizada una zona libre de desfogue sin obstrucciones o paso de personal.
• Venteo sin flama o flamefree venting: es similar al panel de venteo, al contar con un diafragma metálico que se romperá para darle desfogue a la explosión, pero este cuenta con un módulo arrestaflama que “atrapará” la bola de fuego, partículas quemadas y parte de la presión. Son recomendables para uso al interior.
• Supresión química de explosiones: este es un sistema automatizado que permite identificar el nacimiento de la deflagración en sus etapas tempranas, para posteriormente activar unos cañones que contienen un agente extintor (usualmente bicarbonato de sodio, grado alimenticio) que inundará el volumen interno del equipo a proteger y con esto evitará el desarrollo de la explosión y el daño al equipo.
• Sistema de detección y supresión de chispa: sistema automatizado que permite detectar las chispas o partículas calientes de un proceso y apagarlas mediante un medio extintor que usualmente es agua. Este sistema ayuda a prevenir el origen de un incendio o explosión por partículas que lleguen a un equipo que tenga un ambiente explosivo.
• Válvulas de aislamiento de explosiones: uno de los efectos más riesgosos de las explosiones es la reacción en cadena. Estas válvulas mecánicas pasivas o electromecánicas permiten “cortar el paso” de una deflagración de un equipo origen al siguiente a través de los ductos del proceso.
• Aislamiento químico de explosiones: Al igual que las válvulas, este sistema electrónico, similar al de supresión química, detecta el nacimiento de la deflagración y se activa al momento para obstruir el paso de la deflagración por los ductos. Los cañones de aislamiento se instalan justamente a la salida del equipo que presenta el riesgo.

Es importante recordar que las recomendaciones acerca de realizar un análisis de riesgos por polvos combustibles incluyen a los procesos existentes y nuevos, además, son retroactivos y se recomienda actualizarlos al menos cada cinco años o cuando exista un cambio en el proceso.