Seleccionando el equipo adecuado para el control de polvo combustible.
Las explosiones de polvo combustible son un riesgo en prácticamente cualquier instalación de fabricación industrial. Los materiales que son combustibles como un sólido probablemente presentarán un riesgo de deflagración y/o explosión cuando se dividen en una partícula fina a través de varios procesos de fabricación y reducción. Estos procesos incluyen, entre otros, el mecanizado, el aserrado, el esmerilado, el pulido, el rebajado, el cepillado, el taladrado, el corte y la voladura abrasiva. Los materiales que pueden explotar como polvo incluyen la mayoría de los materiales orgánicos y muchos metales, que tienden a tener propiedades extremadamente combustibles y explosivas.
Todo proceso que produzca polvo en el aire también debe ser controlado para reducir al mínimo los riesgos para la salud. La OSHA ha establecido límites mínimos de exposición personal (PEL) para los materiales respirables. Una instalación debe asegurarse de que los niveles de emisión dentro de la planta se mantengan por debajo de estos umbrales de exposición.
Así pues, los ingenieros de planta se enfrentan a un acto de equilibrio para encontrar el mejor depurador industrial para capturar el polvo de los procesos de manera eficaz y al mismo tiempo controlar los peligros asociados con estos polvos, de la manera más segura pero también más rentable posible. En estas situaciones se utilizan dos tipos básicos de sistemas de captación de polvo:
Depuradores secos o Dry Scrubber
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La NFPA define los depuradores secos como ciclones y colectores de medios, incluyendo los depuradores llamados ciclones y colectores de bolsas y cartuchos. Este artículo se centra en los colectores de medios que utilizan cartuchos de filtro de alta eficiencia para capturar polvos industriales. Típicamente, el aire cargado de polvo entra en el colector a través de una entrada desconcertada y se recoge en el medio filtrante. Las ráfagas periódicas de aire comprimido desalojan el polvo de los filtros y lo depositan en una tolva, de la que debe vaciarse el polvo periódicamente.
Los colectores de polvo de cartucho están disponibles con una amplia gama de medios de filtración primaria que pueden alcanzar eficiencias muy altas en partículas finas. Los medios especializados ofrecen propiedades adicionales como resistencia al fuego, conductividad estática y resistencia a los materiales adhesivos. En situaciones en las que los materiales tienen un PEL muy bajo de OSHA, se puede agregar al sistema un filtro secundario de grado HEPA para lograr eficiencias de grado de sala limpia. Esto es importante si el aire de escape se devuelve a la fábrica.
Colectores de polvo de tipo húmedo
Los colectores de polvo de tipo húmedo, también llamados depuradores húmedos, filtran el polvo al impactar con gotas de agua. Cuanto más pequeña es la gota, más eficiente es el depurador. Varios diseños incorporan boquillas de pulverización, nebulizadores, acción ciclónica, dispersión venturi y/o configuraciones de impacto húmedo para capturar el polvo. Una vez capturado, el agua y el polvo caen en un tanque de sedimentación donde son separados por la gravedad o el polvo es desnatado de la superficie.
Un depurador de venturi suele tener una construcción en forma de venturi y una boquilla de rociado en la entrada, lo que acelera el agua para romperla en una fina niebla. Cuanto más alta es la velocidad, más eficiente se vuelve el colector. A medida que esto ocurre, la caída de presión a través del sistema también aumenta bruscamente. El flujo de aire de diseño debe mantenerse constante o la eficiencia de la filtración disminuirá. Los depuradores de tipo ciclónico o centrífugo emplean una variedad de técnicas como las mencionadas anteriormente. Arriba se muestra una vista en corte de un depurador húmedo ciclónico con un ventilador integrado.
La eficiencia de la filtración con depurador húmedo depende de numerosos factores, el más importante de los cuales es el tamaño de las partículas de polvo que se recogen. Si las partículas son menores de 10 micrones, se debe utilizar un depurador venturi. Las mayores velocidades a través del venturi crean una niebla más fina que ayuda a capturar las partículas más pequeñas, pero también aumenta los requisitos de energía debido a las altas velocidades que atraviesan el venturi. Si el tamaño de las partículas es superior a 10 micrones, un colector ciclónico ahorrará mucha energía.
Mantener un suministro de agua limpia o reciclada es importante con los depuradores. La concentración de partículas de polvo en el líquido depurador debe mantenerse a menos del 5% para mantener la eficiencia operativa. En el caso de los metales combustibles, la cantidad que se permite acumular en las cubas de descarga está prescrita en la NFPA 484: Norma para metales combustibles.
Decidir entre sistemas húmedos y secos
Una ventaja importante de los depuradores húmedos es que cuando se capturan partículas de polvo combustible en el líquido depurador, se eliminan del contacto con el oxígeno y se controla el peligro del polvo combustible. Sin embargo, muchos polvos metálicos son reactivos con el agua y otros metales y pueden producir gas de hidrógeno. Esto debe considerarse antes de seleccionar un depurador húmedo. Además, muchos polvos pueden considerarse peligrosos, y la eliminación de materiales húmedos puede ser más costosa que la eliminación de materiales secos debido a los reglamentos.
Los colectores de medios secos tienen inherentemente un mayor riesgo de explosión de polvo combustible. Como resultado, requieren más equipo auxiliar de protección contra explosiones para cumplir con las normas de la NFPA y controlar los peligros. Los colectores secos normalmente pueden escalar hasta flujos de aire muy grandes y cargas de polvo pesadas, mientras que los colectores húmedos requerirían múltiples sistemas para manejar flujos de aire más grandes. La carga pesada de polvo con un colector húmedo también significa un mayor consumo y tratamiento de agua. En el cuadro 1 se ofrece una comparación general de los colectores de polvo húmedos y secos.
A veces la elección entre un sistema de medios húmedos o medio seco no será clara. Las pruebas de polvo son el primer paso en el proceso de toma de decisiones. Se recomiendan dos tipos de pruebas: (1) pruebas de laboratorio, que señalan las propiedades físicas del polvo que afectan a la eficiencia y el rendimiento del filtro; y (2) pruebas de explosividad, que determinan las propiedades combustibles y explosivas. Las pruebas de explosividad son esenciales para analizar el mejor tipo de sistema colector (húmedo o seco) para una aplicación, así como el equipo de protección o prevención de explosiones que se utilizará en el colector de polvo y los componentes relacionados.
NFPA 484
Cuando se selecciona un equipo para aplicaciones de polvo de metal combustible, la NFPA 484 -la norma que mejor aborda la recolección húmeda- es el documento guía. Cubre todos los metales y aleaciones en una forma capaz de combustión o explosión y describe los procedimientos para determinar si un metal está en una forma combustible o no combustible. También se aplica a las operaciones de procesamiento o acabado que producen polvos o polvos metálicos combustibles.
Aunque el NFPA 484 es específico de los metales, parte de su contenido puede y debe aplicarse a los polvos combustibles no metálicos (es decir, orgánicos). Aquí hay algunos puntos clave a considerar.
Análisis de riesgos
El análisis de riesgos de los procesos (PHA) y la evaluación de riesgos son herramientas utilizadas para mejorar la seguridad mediante la identificación de peligros como la deflagración de polvos combustibles, el fuego y los riesgos de explosión. El análisis debe comenzar en la fase de diseño de un proyecto y seguir el proceso hasta el final de su vida útil con revisiones y actualizaciones periódicas.
NFPA 652: Estándar sobre los Fundamentos del Polvo Combustible es un nuevo estándar publicado en octubre de 2015. Es ahora el punto de partida para definir un polvo combustible y sus peligros. Su propósito es aclarar la relación entre los estándares compartidos y los estándares específicos de la industria, como la NFPA 484 para metales, la NFPA 664 para madera, la NFPA 655 para azufre y la NFPA 61 para el procesamiento de alimentos. La NFPA 652 introduce un nuevo término, «análisis de peligro de polvo» o DHA, para diferenciar este análisis de los PHAs mucho más complejos requeridos por OSHA para la industria de procesos químicos.
El comité de la NFPA reconoció la falta de comprensión generalizada de los peligros de los polvos combustibles en la industria y determinó que se necesitaba una norma sobre polvos combustibles para promover la conciencia del problema. La mayor parte de la información/requisitos de la norma NFPA 652 procede de las otras normas, por lo que los usuarios no deben sorprenderse por su contenido. Sin embargo, hay un nuevo requisito que afectará a todas las industrias con un peligro de polvo combustible. Para los procesos existentes que manejan polvos combustibles, el «propietario/operador deberá programar y completar las DHAs de los procesos y compartimentos de instalaciones existentes dentro de un período de tres años a partir de la fecha de entrada en vigor de la norma.» Esta fecha de entrada en vigor es octubre de 2015. Actualmente, la OSHA cita las instalaciones que no tienen un análisis de peligros, y esta nueva norma aumentará los esfuerzos de aplicación.
El tipo de colector de polvo, la protección contra explosiones y el aislamiento de los conductos necesarios para cada aplicación variarán, y se deberá realizar un DHA para determinar los requisitos del sistema. Dada la importancia y la complejidad de los problemas del polvo combustible, un ingeniero profesional independiente y/o un ingeniero interno conocedor del proceso debería realizar la evaluación con el apoyo de los proveedores de colectores de polvo y de control de protección.
NFPA 484 Capítulo 9: Además de implementar un análisis de peligros, la NFPA 484 incluye varias disposiciones generales en el Capítulo 9 que se aplican tanto si se utiliza un sistema de recolección húmedo como seco. En el cuadro 2 se resumen estas disposiciones. Estos requisitos tienen sentido para su uso en cualquier aplicación de polvos combustibles.
Fregadoras húmedas: La NFPA 484 especifica los requisitos para los depuradores húmedos que manejan polvos metálicos combustibles, resumidos en la Tabla 3. La principal diferencia entre los metales y los polvos combustibles orgánicos es la reactividad con el agua. La ventilación del sistema de sumideros es fundamental para controlar la acumulación de gases combustibles al recoger metales combustibles.
Colectores de polvo de medios secos: La NFPA 484 tiene tres secciones sobre los colectores secos, resumidas en los cuadros 4 a 6. En cada cuadro se enumeran los requisitos para los polvos metálicos y se identifican los que se aplican y son recomendados por los autores para los no metálicos. En el cuadro 4 se resumen los requisitos comunes para todos los colectores de medios secos por la NFPA 484, incluidos los ciclones y los colectores de medios. En el cuadro 5 se resumen los requisitos adicionales para los colectores de medios secos únicamente. La tabla 6 resume los requisitos para ubicar los colectores de polvo de tipo seco dentro de la fábrica.
John Dauber es el gerente de producto de Handte, América; John Davidson es el gerente regional de Mid-South, y Mike Walters es el ingeniero principal de Camfil Air Pollution Control. Walters también es director del comité de la NFPA de Manejo y Transporte de Polvos, Vapores y Gases.
