protección contra explosiones de polvo en silos y tolvas
TRANSCRIPT
Xavier de Gea
Protección contra
explosiones de polvo en
Silos y tolvas
Rolf K. Eckoff (Expoquimia 2005)
Xavier de Gea
Xavier de GeaLicenciado en Ciencias Químicas ( Colegiado nº 5000)
MBA por ESADEEspecialista en Atmosferas explosivas por UPM-LOM
DIRECTOR de ATEXPREVEN SLwww.atexpreven.com
Fui Miembro del comité Europeo CEN/CN 305 WG3Miembro del comité Nacional AEN/CTN 163
Email: [email protected]
Xavier de Gea
A PONERSE LAS GAFAS….
Xavier de Gea
• Almacenar temporalmente una sustancia.• Es un volumen muy variable de pocos lítros a
millones de litros.
¿Cuál es la función de silos y tolvas?
Xavier de Gea
• Por gravedad• Elevador• Cinta o banda transportadora• Sinfín• A través de válvula rotativa• Báscula
• Por transporte neumático• Llenado axial• Llenada tangencial
¿Como se llenan? y ¿Como se vacían?
Xavier de Gea
Xavier de Gea
• Un volumen Norma hasta 10.000 m3
• Entrada• Salida • Filtro encastrado• Nivel de llenado• Vibradores• Sondas de temperatura• …
¿Qué hay en SILO o TOLVA?
Xavier de Gea
• Grandes y pequeños• Interiores y exteriores• Metálicos, de hormigón, de tela, de madera,…• De almacenamiento, de proceso
Tipos de silos
Xavier de Gea
Datos necesarios
• Dimensiones para calcular el volumen• L/D (Longitud / Diámetro)• Diámetro boca de llenado• TIPO DE LLENADO
• Neumático• Axial• Tangencial
• Por gravedad• Pred
Xavier de Gea
ZONAS ATEX
SIEMPRE ATEX de GAS 0 de POLVO 20
OCASIONAL NORMAL de GAS 1 de POLVO 21
RARAMENTEde GAS 2 de POLVO 22
Xavier de Gea
Zonas ATEX
Zona
SILO
Interior silo Exterior silo
20desclasificado21
22
Sólo hay nube cuando se llena. ZONA 21
En función del volumen puede saturarse de polvo
En función del tipo de sustancia y la frecuencia del llenado tendremos diferentes zona
Xavier de Gea
SOLO HAY NUBE CUANDO SE LLENA EL SILO
Xavier de Gea
1. Porque tiene ATEX dentro (Nubes de polvo)• Durante el llenado.
2. Cómo aparece una fuente de ignición “efectiva”• Dentro
• Autocombustión• Equipos no marcados ATEX, Niveles ( siempre categoría 1D)
• Desde fuera• Chispa o brasa que entra ( de un molino, en la descarga en la piquera,…)• Deflagración exterior (por ejemplo elevador)• Trabajos de soldadura (durante el llenado, o poco antes del llenado)• Descarga electrostática
¿Por qué explota un silo?
Xavier de Gea
¿Concentración de polvo en un silo?
• Concentración de la nube de polvo:
• A mayor es el silo más difícil es tener concentración explosiva, ya que se necesita una gran energía para dispersar miles de kilos, esta energía podría venir de una deflagración exterior del mecanismo de llenado,…
LIE ( 60 g/m3) Kmax (1000 g/m3)
10 m3 0,6 Kg 10 Kg
100 m3 6 Kg 100 Kg
1.000 m3 60 Kg 1000 Kg
10.000 m3 600 Kg 10.000 Kg
Xavier de Gea
¿Concentración de polvo en un silo?• Concentración de la nube de polvo en el llenado: caudal 1000 Kg/
hora ( densidad polvo 0,5 g/m3), suponiendo que todo el polvo esta disperso durante el llenado
• A menor es el silo antes se satura por eso las tolvas de proceso (pequeñas) cuando se llenan suelen saturarse de polvo,…
Tiempo de llenado. min
Concentración inicio (g/m3)
1 min
Concentración medio llenado
(g/m3)
2 m3 1 500.000 500.000
10 m3 6 1.667 3.333
100 m3 60 166 333
1.000 m3 600 16 33
10.000 m3 6.000 1,6 3,3
Xavier de Gea
Posibles fuentes de ignición “de fuera”Fuente de ignición Causas
Superficiescalientes
Entrada de material incandescente, brasasTrabajos de soldaduraDaño en la carcasa del elevador por golpe externo
Chispas de origen mecánico
Del equipo de llenadoDe una parte del proceso (molienda, triturador, desterronador,..)
Chispas de origen térmico
De una parte del proceso (secador,..)
Rayo Por tormenta Llamas y gases
calientesExplosión o incendio de otro equipoEntrada de brasas
Equipos eléctricos Equipos eléctricos ( niveles) y motores en fondo.Puestas a tierra inadecuadas.
Descargas electrostáticas
Sustancias no conductoras ( por ejemplo azufre)Discontinuidad eléctrica de la estructura
Autocombustión Por acción bacteriana anaeróbicaPor descomposición oxidación
Xavier de Gea
Prevención en silosFuente de ignición Prevención
Formación ATEXAspiración en la entrada y salidaFiltros encastradoHumidificación del producto (cereales)
Superficiescalientes
Mantenimiento permisos de trabajoAislamiento de explosiones desde los elevadores hacia silo
Chispas Detección de chispas si recibe de molino o triturador
Rayo Pararrayos (seguir EN 62305)Llamas y gases
calientesPCIDetector de chispas
Sondas de temperatura Sondas en el interior
Autocombustion Detección de CO
Xavier de Gea
Otras precauciones, propio producto • Autocombustión (bacteriana, por puntos muertos)• Control de la temperatura del material (TAI)• Limpiezas periódicas que eviten acumulaciones• Descargas electrostáticas de materiales no conductores como
el azufre.
Xavier de Gea
Prevención o/y protección
• Cuestión técnica y económica
• SIEMPRE ATEX--------------PROTECCIÓN• ALGUNA VEZ----------------PREVENCIÓN• RARAMENTE----------------ORGANIZACIÓN
Xavier de Gea
REFLEXIÓN IMPORTANTEUn silo tiene ATEX sólo cuando se está llenando.• Única protección posible es el venteo de explosiones.
• Silo Interior:• Pequeños venteo sin llamas• Medianos Conductos de venteo• Grandes Galerías de venteo
• Silo Exterior• Venteo
Normalmente con protocolo de llenado debería ser suficiente, no obstante se protegen porque son exteriores y grandes, las
consecuencias de una explosión son graves y el coste de unos paneles son poca cosa
PROTECCIÓN DE EXPLOSIONES SILOS y TOLVAS
Xavier de Gea
• Técnicas: Pasivas y Activas• Venteo de la explosión
• Venteo conducido• Venteo sin llamas
• Aislamiento de la explosión• A la salida:
• Tapón de producto (nivel mínimo) • Válvulas rotativas a prueba de explosiones
• A la entrada (raramente)• Supresión de explosiones
• No es la técnica, por tener un volumen variable, suelen medir más de 6 m,…
• Un falso disparo puede estropear mucho producto
PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES DE POLVO en SILOS INTERIORES
Xavier de Gea
VENTEO
• Norma de cálculo EN 14491• Dispersión máxima• Llenado por gravedad• Llenado neumático axial• Llenado Neumático tangencial
Xavier de Gea
¿Dónde se instalan los venteos?
• En el lateral de la última virola• Paneles curvados
• En el techo• Control de NO PISAR ( barandillas,
barras anti rotura hacia dentro)
Abren por abajo para que en caso de rotura accidental no quede “tal abierto”
Barras protección venteos galerias de venteo en Harinera Vilafranquina (2009)
Xavier de Gea
• EN 14491:2012Sistemas de protección por venteo de Explosiones de Polvo.
• NFPA 68: 20218Standard on Explosion Protection by deflagration venting
¿Cuántos venteos?
Xavier de Gea
¿Que área de venteo?• Tabla comparativa en función L/D y Tipo de llenado• Pred 0,5 Barg• Azúcar
• Kmax 123 bar m/s• Pmax: 9,bar
• Harina de trigo• Kmax 77 bar m/s• Pmax: 6,9 bar
L/D 2,48 1,00 5,00Azúcar 2,75 m2 1,52 m2 3,70 m2
Harina 1,32 m2 0,73 m2 1,78 m2
Dispersión máxima
Xavier de Gea
Función tipo de llenado• Dispersión máxima• Llenado por gravedad• Llenado Neumático axial• Llenado Neumático tangencial
Llenado Azúcar Harina Almidón MaízKmax/Pmax 123 / 9,0 77 / 6,9 190 / 9,0
Dispersión máxima 1,78 m2 1,78 m2 4,25 m2
Gravedad 0,97 m2 0,61 m2 1,50 m2
Neumático axial 0,97 m2 0,61 m2 1,50 m2
Neumático tangencial 0,46 m2 No aplicableKmax 100 a 200 1,07 m2
L/D = 2,48 y diámetro de llenado 100 mm ( 4”) altura de llenado 8 m (24 pies)
Xavier de Gea
• Variación en función altura y diámetro llenado
Neumático axial y llenado por gravedad
Diámetro de llenado AzúcarDN 80 / 3” 0,78 m2
DN 100 / 4” 0,97 m2
DN 150/ 6” 1,46 m2
DN 200 / 8” 1,94 m2
DN 300 / 12” 2,91 m2
Dispersión máxima 1,78 m2
Altura de llenadoDN100
Azúcar
12 m 1,16 m2
8 m 0,97 m2
6 m 0,97 m2
4 m 0,97 m2
Xavier de Gea
¿Dónde los venteos?• En la parte superior• Si en techo:
• Evitar que se pisen:• Barandilla• Barras anti caída:
• Peso necesario para hundir un panel con Pstat 0,1 bar y 1 m2 es de 1000 Kg.
Xavier de Gea
¿Cuántos venteos?• Parámetros que influyen en el área de venteo en un silo:• Geometría Volumen y su L/D• Explosividad Kmax y Pmax• Resistencia del silo Pred• Tipo de llenado (Diámetro hasta DN 300)
• Dispersión máxima (debe dar el mayor área de venteo)Otros llenados para silos de más de 5 m3
• Llenado por gravedad (la altura de caída)• Llenado Neumático Axial (la altura de caída)• Llenado Neumático tangencial (altura no afecta)
Xavier de Gea
• Parámetros a contemplar:• Volumen del silo o tolva• Volumen de la sala (venteo sin llama)• Distancia a la pared• Si el conducto impedirá el paso del personal• ¿Qué hay al otro lado de la pared?
Silos y tolvas en el interior
Xavier de Gea
VENTEO CONDUCIDO• Conducto debe ser:
• Pred igual o superior al recipiente protegido• Recto sin codos a lo sumo una desviación gradual• Inclinación máxima de 20º
• Longitud• A mayor longitud mayor Pred o mayor área de venteo• Los conductos pesan y quizás es más complicado y costosos que un venteo sin
llamas.• Siempre es mejor un conducto corto que un venteo sin llamas, siempre que se
ventea a lugar seguro
Silos y tolvas en el interior
Xavier de Gea
VENTEO CONDUCIDOVariación en función longitud del venteo: Tolva azúcar de 3,11 m3
Pred 0,5 Bar
Longitud 3 m
Silos y tolvas en el interior
Longitud conducto Área de venteo0 m (exterior) 0,09 m2
1 m 0,16 m2
3 m 0,27 m2
Máximo 3,5 m 0,31 m2
Pred Área de venteo0,5 bar 0,27 m2
1,0 bar 0,12 m2
1,5 bar 0,08 m2
2,0 bar 0,06 m2
Xavier de Gea
VENTEO SIN LLAMAS• Si el volumen de la habitación circundante es inferior a 300 veces el
volumen venteado, el aumento de presión en la habitación a través del proceso de ventilación se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:
Δp incremento de presión [mbar]P0 presión ambiente (1013mbar)Vvented Volumen del recipiente venteado [m³]
Vbuilding Volumen del edificio [m³]
Silos y tolvas en el interior
Por ejemplo tolva de 2 m3 en sala de 12x12x 5 m = 720 m3
Δp = 4,89 mbar
Xavier de Gea
Volumen mínimo del edificio: resistencia de 10 mbar
Fuente: EN 16009: 2011
Dónde ᾳ es entre 1,74La relación debe ser de 300 veces el volumen protegido sino lapresión puede superar los 10 mbar y empezar a dañar partes deledifico como falsos techos ventanales, etc…
Xavier de Gea
Marcado ATEX Silos o Tolvas
NOSE PUEDE MARCAR ATEX UN
SILO NI UNA TOLVAsalvo excepciones raras
Xavier de Gea
Galerías de venteo• Venteo sobre una galería que a
su vez se ventea
• Pred de la galería igual al silo• Volumen 10 veces el mayor silo• Pstat Paneles silo 100 mbar• Pstat cubiertas galería 50 mbar
Xavier de Gea
Galerías de venteo
Xavier de Gea
Galerías de venteo
Xavier de Gea
Galerías de venteo
Xavier de Gea
Riesgo de explosión secundaria
Xavier de Gea
AISLAMIENTO ¿ES NECESARIO?Se va a propagar la explosión del silo si está venteado:Llenado neumático:• Tubería DN100 con presión de 1 bar • concentración de polvo >> 5000 g/m3
• Pred del silo 0,5 bar• Área de venteo el ejemplo del azúcar sería 0,97 m2
sección de DN 100 (0,0008 m2)1bar
Pstat 0,1 bar << 1 barPred 0,5 bar << 1 bar 0,97m2 >>>>> 0,0008 m2
La explosión no puede propagarse por la línea de llenado de transporte neumático por:
0,97 m2
Pstat 0,1
Además la concentración de polvo es muy alta
Xavier de Gea
AISLAMIENTO ¿ES NECESARIO?Vaciado por gravedad:• El propio producto puede aislar• Si sólo se vacía mientras se llena puede haber riesgo,
no se suele llenar un silo mientras se llena.
! SOLO TENEMOS ATEX DURANTE EL LLENADO!
Si se suministra del silo o tolva sin que se esté llenando no debería haber ATEX.
No suele aislarse la salida de tolvas y silos
Xavier de Gea
• En las normas iniciales de aislamiento las previas a la EN 15089: (ahora ya desapareció)
h = 2 D
AISLAMIENTO PRODUCTO
D
hNivel mínimo
Cuidado con productos pulverulento que pueden adherirse a la pared
Xavier de Gea
Protección pasiva con paro automático
• Si se instala una rotativa a prueba de explosiones • SE DEBE Enclavamiento automáticamente
Xavier de Gea
• Fatiga mecánica: % ratio operativo tipo de panel• Valores Típicos:
• Pstat 100 mbar• Ratio 60% (límite 60 mbar)• Punto cierre válvula 40-50 mbar
PRECAUCIONES CON LOS VENTEOS y
Llenado neumático
PstatPresión máxima
de trabajo60 mbar
100 mbar
50 mbar
atmosférica
Xavier de Gea
• Momento angular• se evita dando simetría así compensamos las
fuerzas de reacción.
PRECAUCIONES CON LOS VENTEOS y
Ubicación venteos
Xavier de Gea
• Encaramiento!!!
• Si explota un silo el venteo está encarado a otro puede hacer que el otro explote y además le está cerrando el venteo con lo que pierde su protección
PRECAUCIONES CON LOS VENTEOS y
Ubicación venteos
Xavier de Gea
• Preguntas por el Chat !!!!
Xavier de Gea
Xavier de Gea
Xavier de GeaLicenciado en Ciencias Químicas
MBA por ESADEMaster de especialización en ATEX por UPM-LOM
DIRECTOR de ATEXPREVEN SLwww.atexpreven.com
Miembro del comité Europeo CEN/CN 305 WG3Miembro del comité Nacional AEN/CTN 163
Email: [email protected]