ATEX 26-10-06 - Xavier de Gea

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Autor: Xavier de Gea, LPG

Prevención y Protección de explosiones

Prevención

y

Protección

de

Explosiones



Nuestra Misión

“Suministrar equipos y soluciones para

la prevención y la protección contra explosiones

a la industria con riesgo de

Atmósferas Explosivas”



¿Qué es una ATEX?

• Coexistencia de combustible y comburente mezclados de tal forma que la reacción de oxidación es rápida.

• Mezcla de:– GAS,– NIEBLA gotas de líquido en suspensión– POLVO partículas más o menos esféricas

tamaño < 500 µ– FIBRAS partículas sólidas alargadas.



¿Por qué?


Prevención y Protección de explosiones¿Por qué?31 Agosto 2004


Prevención y Protección de explosionesHuesca 14 de Abril de 2005la más reciente en España

DVD

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Huesca 14 de Abril de 2005la más reciente en España



Industrias con materias combustibles

• Alimentación– Harineras, panaderías,– Helados– Lácticas– Deshidratados– Dulces,…

• Madera– Muebles, palets,

aserraderos,..– Tablero conglomerado,…

• Agrícolas– Piensos,– Cereales,– Aceites soja, girasol,..

• Pinturas• Imprentas• Automoción• Químicas• Farmacéuticas• Petroquímica• Generación Eléctrica• Biomasa• Tratamiento de

residuos• Metales• …









Polvo



Polvo

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Recipientes y equipos con riesgo de explosión

• Polvos– Filtro de Mangas– Elevadores– Molinos– Cribas– Silos– Tolvas– Lechos

fluidificados– Atomizadores

• Gases y vapores– Depósitos– Bombas de

impulsión o de vacío

– Cisternas (transporte)

– Reactores– Mezcladoras– Cabinas de

pintado– Envasadoras de

aerosolesAutor: Xavier de Gea, LPG


Filtros de Mangas

• 2 tipos:– DESEMPOLVADO– PROCESO

• POLVO EN SUSPENSIÓN

RIESGO DE EXPLOSIÓN



Elevadores

• Elevan productos a Silos• Giran muy deprisa

– Riesgo de explosión y propagación a silo



Molinos

• Reduce el tamaño de las partículas– Ejemplos:

• Maíz a harina• Azúcar a azúcar glasé

• Giran a muchas rpm: riesgo chispas y explosiones



Cribas y clasificadores

• Separan tamaños– Hay finos

• RIESGO EXPLOSIÓN



Silos y Tolvas

• ALMACENAN PRODUCTOS SÓLIDOS

• RIESGO DE EXPLOSIÓN

• GRANDES VOLÚMENES

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Lecho fluidizado



Atomizadores



Secadores



Mezclador



CONCEPTOS

DEFLAGRACIÓNpropagación subsónica de la combustión,“el frente de llama va por detrás del frente de presión”

DETONACIÓNPropagación supersónica de la combustión“el frente de presión y el de llama viajan juntos”

EXPLOSIÓNRotura de un recipiente por incremento de la presión interior por encima de su presión de resistencia. Esta será peor a mayor volumen y a mayor resistencia.



¿ Cómo explota el polvo ?

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CARACTERIZACIÓN DE UN SÓLIDO

– COMBUSTIBLE• CME concentración mínima explosiva

» 15 a 200 g/m3

– OXIDANTE• CLO concentración límite de Oxigeno

» Desde 1% a 21%

– IGNICIÓN• EMI Energía mínima de Inflamación

» 1 a 1000 mJ• TMI Temperatura mínima de inflamación

» De 200 a 600 ºC– En nube TMI n– En capa TMI c



CARACTERIZACIÓN DE UN GAS

– COMBUSTIBLE• LIE límite inferior de explosividad• LSE Limite superior de explosividad

– OXIDANTE• CLO concentración límite de Oxigeno

– IGNICIÓN• EMI Energía mínima de Inflamación

» 1 µJ• TMI Temperatura mínima de inflamación

– “Flash point”– IMSE

Intersticio máximo de separación experimental mm



CARACTERIZACIÓN DE UN SÓLIDO

Pre

sión

[ bar

]

Pmax

K m

ax

Tiempo t [ s ]

K max = dp/dt x V1/3



Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]

Kmax

St 3

St 2

St1

St- 1 < 200 bar m/s

St- 2 de 200 a 299

St- 3 más de 300



Kmax 150 Almidón de Maíz



Kmax 600 Aluminio

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TAMAÑO de Partícula

AumentaAumenta lala KmaxKmaxal disminuir el tamaal disminuir el tamañño de parto de partíículacula



Algunos valores de explosividad 7,8116290430-->1006090Trigo

8,259300510-->10012576Te

7,270270500-->10000025052Tabaco

6,97747041011>1006065Harina de trigo

8,6115funde650----6046Harina de sangre

7,810031046011>103070Harina de malta

10,3224310500-->303031Harina de madera

8,1116--460----4882Corcho

7,561280480-->501570Cáscara de cacahuete

7,699270510-->10030<30Café verde

9,090380470----60<10Café

7,2108250560-->100.000

125<10.000Cacao

9,0165>450470--103012Azúcar Glacé

9,0123420360--103032Azúcar cristal

9,21644204009>56011Almidón de Maíz

BargBar m /s

ºCºC%mJg/m3micras

PmaxKmaxTMI cTMI nCLOEMICMETamaño de

partícula

Producto



EX

PREVENCIÓN y PROTECCIÓN

Placa en Renault PalenciaAutor: Xavier de Gea, LPG


LA DIFERENCIA

• ENTRE INCENDIO Y EXPLOSIÓN es:

– La velocidad de la combustión

– La presión que se genera



Prevención y Protecciónde una Explosión

PrevenciPrevencióónn: Actuaciones destinadas a evitar que se inicie : Actuaciones destinadas a evitar que se inicie la explosila explosióónn

ProtecciProteccióónn: Actuaciones destinadas al control de los : Actuaciones destinadas al control de los efectos de la efectos de la explosiexplosióónn



TÉCNICAS Sólidos

PREVENCIÓN– MEDIDAS ORGANIZATIVAS– CRIBADO Y FERRICOS– EXTINCIÓN DE CHISPAS– INERTIZACIÓN– ELECTRICIDAD ESTÁTICA– DETECCIÓN DE CO

PROTECCIÓN– VENTEO DE EXPLOSIONES – SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES – AISLAMIENTO DE EXPLOSIONES

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Medidas Organizativas:

Permisos de trabajoLimpiezaUso Aire comprimidoPermisos de trabajos en caliente

Formación!!!

PREVENCIÓN



PREVENCIÓN



PREVENCIÓN



Permiso de Corte y Soldadura





PREVENCIÓN• Cribado

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PREVENCIÓN• Imanes



PREVENCIÓN• Inertización

–CONSISTE EN TRABAJAR POR DEBAJO DE LA CLO• Inyectando un gas inerte que

disminuye el % de O2

• CO2 , N2 , gases de combustión, vapor de agua.



PREVENCIÓN

• Electricidad Estática



PREVENCIÓN

• Extinción de chispas:

– Principio de funcionamiento.• Velocidad en la

conducción m/s• Distancia necesaria = t x v

Tiempo de respuesta

Control

Zona extinción



Selección de Sensores IR



Extinción de chispas

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PREVENCIÓN

• Detección de CO:

– Se basa en Detección incipiente de generación de CO como indicio de combustión y para la producción.



Detección de CO:(5)



Fases del desarrollo de un Fuego Gases de pirólisisHumo VisibleGases causados por fuego

Time

160

200

120

80

40

0

rel.

Emis

ión

[ppm

]



Tiempo

Pér

dida

Gases de Combustión Humo Llamas Calor

Detector de Gas Detector de Humo

Detector de Llama

Detector de calor



PROTECCIÓN

CONTRA

EXPLOSIONES



PROTECCIÓN

CONTRA

EXPLOSIONES

¿Dónde puede Iniciarse?

¿Dónde será catastrófico?

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VENTEO

¿QUE ES?

1. Consiste en aliviar la presión

Evitando rotura ( EXPLOSION) del recipiente protegido

2. Reconducir las llamas a una zona segura

Evitando daños e incendios



Venteo de una explosión



VENTEO

¿Cómo se calcula?

1. Europa VDI 3673 , America NFPA 68

Software WINVENT 3.1e

2. NUEVA NORMA UNE: EN 14491



EL VENTEO

• Norma de venteo EN 14491.• EN 14797 dispositivos de venteo.• EN 14460 • EN 14497 venteo de gases.• Pr EN 15233 diseño de equipos de protección



VENTEO

• VENTEO

• Paneles de Venteo contra explosiones• Puertas de Venteo contra explosiones

• VENTEO SIN LLAMA

• Mediante Panel de venteo delante de un apagallamas.



VENTEO

Fabricados según EN 14797

• Paneles de Venteo contra explosiones• DE UN SOLO USO

• Puertas de Venteo contra explosiones• REUTILIZABLES y “RECLOSING”

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Paneles de venteo Pstat



Paneles de venteo certificado ATEX

• Todos son de Categoría 1 D o/y G.• El rango de tamaños

– Mayor y menor y si hay más de 5 tamaños 1 intermedio.• Test de explosión:

– Determinar máximas:• Kmax• Pmax• Pred• Eficiencia de venteo (AREA EFECTIVA)

– No fragmentable al menos dos explosiones.



PANELES DE VENTEO CONTRA EXPLOSIONESel certificado ATEX



PANELES DE VENTEO CONTRA

EXPLOSIONES

el certificado de ruptura



Certificado de Ruptura

• Lote 11 paneles• Roturas 3:

– 0,102 ; 0,098 ; 0,101

110 mbarg

90 mbarg

Tolerancia + 10 mbarg

Tolerancia - 10 mbarg

Nominal 100 mbarg

OKAutor: Xavier de Gea, LPG


PANELES DE VENTEO

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KER Instalado en silo



KE instalado en filtro



KE W Instalado en silo



KE W Instalado en silo



Panel rectangular NO CURVADO



ACCESORIOS

• INDICADOR DE RUPTURA o DETECTOR DE APERTURA• CONEXIÓN A TIERRA• CONTRABRIDAS en acero al carbono y en Inoxidable 316L • AISLAMIENTO TÉRMICO• JUNTAS ( Silicona hasta 200ºC, Klinger hasta 400 ºC)• Panel de venteo en inox. 316L normalmente en en 304: • Panel de venteo con presión de apertura distinta a 100

mbarg solo sobre coste de + 10 %• Cubiertas atmosféricas para finales de conductos modelo

RAD

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ACCESORIOS

• INDICADOR DE RUPTURA o DETECTOR DE APERTURA



ACCESORIOS

CONEXIÓN A TIERRA



ACCESORIOS

AISLAMIENTO TÉRMICO



ACCESORIOS

JUNTAS ( Silicona hasta 200ºC, Klinger hasta 400 ºC)



ACCESORIOS

Cubiertas atmosféricas para finales de conductos modelo RAD



PROTECCIÓN PASIVA

• VENTEO• VENTEO SIN LLAMA

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CONSIDERACIONES PROTECCIÓN PASIVA

VENTEOP redZona de seguridad ampliaPosible proyección de objetos

VENTEO SIN LLAMAP redZona seguridad más reducidaVolumen a proteger “pequeño”



VENTEO

ZONA SEGURA



VENTEO incorrecto



VENTEO incorrecto



VENTEO incorrecto



Venteo Horizontal

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¿Venteo SEGURO?



¿Venteo SEGURO?



Venteo Horizontal



Pantalla deflectora

Fuen

te: E

N-1

4491

Dist = 1,5 D

Área = 3 Av

Inclinación = 45-60º



Venteo a ZONA SEGURA



Venteo a ZONA SEGURA

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Fuerza de retrocesoSegún UNE EN 14491

Fuerza de retroceso máxima

FRmáx. = 119 x A X Pred, máx.

Duración del retroceso

Impulso transferido



Distancia de SeguridadLlamas

Según UNE EN 14491

• Si descarga Horizontal

• LF = 10 V1/3

• Si descarga Vertical

• LF = 8 V1/3

A la práctica no excederá de 60 m

• Amplitud de la llama:• WF aprox. 1,3 (10 V)1/3



Distancia de seguridadPresión Máxima en el exterior

Según UNE EN 14491

Presión máxima• Pext = 0,2 x Pred, máx. X A0,1 x V 0.18

Distancia de la presión máxima• RS = 0,25 x LF



Distancia de SeguridadSegún UNE EN 14491

EJEMPLO

Silo venteado por el techo con 1 m2

Volumen V= 16,3 m3Longitud / Diámetro (eff) L/De= 2,61Resistencia (sobrepresión) P = 0,50 barDatos de Explosividad del productoConstante del producto Kmax = 170 Sobrepresión de Explosión Pmax = 8,0 Presión de Apertura Pstat = 0,10

Área de Venteo (equivalente) A= 1,00mMáxima fuerza de retroceso FR = 59,5 kNDuración retroceso td = 554 msImpulso transferido IR = 17 kN·s



Distancia de SeguridadSegún UNE EN 14491

• Si descarga Horizontal

• LF = 10 V1/3 = 10 x (10,6) 1/3 = 25,35 m• Si descarga Vertical

• LF = 8 V1/3 = 8 x (10,6) 1/3 = 20,28 m• Amplitud de la llama:

• WF aprox. 1,3 (10 V)1/3= 3,30 m• Presión máxima

• Pext = 0,2 x Pred, máx. X A0,1 x V 0.18

• Pext = 0,2 x 0,5. X 10,1 x 16,3 0.18 = 0,165 BargDistancia de la presión máxima

• RS = 0,25 x LF = 0,25 x 25,35 = 6,34 mAutor: Xavier de Gea, LPG


Puerta contra explosiones

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Rompedores de Vacío Según UNE EN 14491

• Asuc = [ -0,0029 x ln (pvac) + 0,014 ] x V (-0,0207 x ln(pvac

)+ 08147)



Protección de FiltrosMediante puertas de explosión

Paro automático

Detector apertura



Protección de FiltrosMediante puertas de explosión

La Puerta cierra y minimiza el

incendio

Sistema de extinción actúaSoplante parada





Puertas de venteo

Circulares en techo de silo de Carbón de 3

Bar



SISTEMAS DE AISLAMIENTO

Diversor de llamasVálvula VentexSupresor químicoVálvula kammerer

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P = 0, 1 barg

Aislamiento QUÍMICO

Control

Sensor de Ruptura



Sistemas Aislamiento Mecánico:Valvula KAMMERER

Detector de presión

Panel de control

Válvula tajadera

Detector de presión



SUPRESIÓN de la EXPLOSIÓN

– Principio:• Detección de la explosión en el estado incipiente, para la

inyección rápida de agente supresor (polvo inerte o agua) suprimiendo la explosión y reduciendo la presión final.

– COMPONENTES:• Detector: de presión ( estático/dinámico) o de Llama ( IR )• Sistema de control: monitorización, activación• Bombona supresora

– Ventaja:• La explosión queda contenida ( emisiones tóxicas), • Menor paro productivo.







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Boquillas dispersoras Higiénicas



Pre

sión

[ ba

r ]

Tiempo t [ s ]

Activación de la

Supresión

Pmax

Resipiente cerrado

Pred, max

Explosión SuprimidaPA

Evolució de la presión Supresión de Explosiones

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Componentes de un sistema

– DETECTOR

– CONTROLADOR

– HRD Supresor



Supresión química

• Dispersión de 2 Kg/ m3 de Bicarbonato sódico

• Propelente N2 a 60 Bar

• Actúa por inertización, frenando el avance de la combustión.



AISLAMIENTO DE EXPLOSIONES



P < 0 Barg

AISLAMIENTOS DE EXPLOSIONES

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]



Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]

P




P = 0 barg

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]


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P < 0, 1 barg

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]




P = 0, 1 barg

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]

Pstat ---




P = P red barg

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]

Pred --------AISLAMIENTOS DE EXPLOSIONES



P < P redLímite de propagación

Pre

sión

[ bar

]

Tiempo t [ s ]

Pred ---




AISLAMIENTO DE EXPLOSIONESDIVERTER




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P = 0, 1 barg

Aislamiento QUÍMICO

Control

Sensor de Ruptura



Protección de Filtros en interior



MUCHAS GRACIAS

Xavier de GeaLicenciado en Ciencias Químicas

MBA por ESADEDIRECTOR de LPG Prevención y Protección de Explosiones

Miembro del comité CEN 305Coordinador Jornadas de Seguridad de la Fira de Barcelona

www.lpg-atex.comEmail: [email protected] tel: 93 480 29 25

ATEX 26-10-06 - Xavier de Gea

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