EXPLOSIONES

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Trabajo premiado en el Congreso de Higiene y Seguridad en el Trabajo en Buenos Aires Abril 2011.

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EXPLOSIONES

  1. 1. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comPREVENCION Y PROTECCION CONTRA LAS EXPLOSIONES GASES – VAPORES Y POLVOS COMBUSTIBLES Profesor: Carlos Alberto Lestón
  2. 2. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE UNA EXPLOSIONDEFINICIÓN BÁSICA: Súbita liberación de Gas a AltaPresión en el Ambiente.(NFPA).Definición independiente del orígen o mecanismo por lo que segeneró la liberación del gas a alta presiónPalabras clave:SUBITA – La liberacion debe ser lo suficientemente rápida de formaque la energía contenida en el gas se disipe mediante una “onda dechoque”ALTA PRESIÓN – En el instante de la liberación la presión del gas essuperior a la atmósfera circundante
  3. 3. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comDEFINICIÓN ESPECÍFICA: Una Explosión es la conversiónrepentina de Energía Potencial (de orígen químico omecánico) en Energía Cinética con la producción de gases apresión o la liberación de un gas que estaba a presión.Estos Gases a presión producidos o liberados realizan un trabajoMecánico como desplazar, cambiar o dispersar materiales cercanos.Aunque una explosión viene casi siempre acompañada de laproducción de un fuerte ruído, el ruído en sí mismo no es un elementoesencial de la explosión.Fundamentalmente para determinar la existencia de una explosión, seestudia la Generación y/o Liberación violenta de los gases.
  4. 4. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comLa ignición de una mezcla inflamable dentro de un recipiente lo haceestallar o como mínimo desplazar su tapa, a ésto se lo considera unaExplosión.La ignición de una mezcla inflamable al aire libre, aunque produzcauna deflagración, puede no ser una explosión, al igual que unaliberación de gases a alta presión, o un aumento localizado de lapresión del aire acompañado de un ruído claro.El fallo y la explosión de un depósito o recipiente por la presiónhidrostática de un fluído no compresible (agua), tampoco es unaexplosión porque esa presión no fue originada por un gas. LAS EXPLOSIONES SON EXCLUSIVAMENTE UN FENÓMENO DE LA DINÁMICA DE LOS GASES (Recordemos que estamos hablando de explosiones industriales)
  5. 5. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comATMÓSFERA EXPLOSIVAUna atmósfera explosiva es la mezcla con el aire, en condicionesatmosféricas, se sustancias inflamables en forma de gases,vapores, nieblas o polvos en la que, tras una ignición, la combustiónse propaga a la totalidad de la mezcla no quemada.ATMÓSFERA POTENCIALMENTE EXPLOSIVAA quella atmósfera que puede convertirse en explosiva debido acircunstancias locales y de funcionamiento.
  6. 6. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comSUSTANCIA COMBUSTIBLESon aquellas sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, susceptibles deser oxidadas de forma rápida al estar en íntimo contacto con elcomburente (generalmente el aire) en proporciones adecuadas. - Gases y vapores.- - Nieblas.- - Sólidos combustibles en estado pulverulento
  7. 7. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comFUENTES DE IGNICIÓNSon las fuentes que aportan una energía de activación suficientepara que la reacción sea iniciada.Entre las principales mencionaremos: - Superficies calientes. - - Descargas d e electricidad estática. - - Fuego, llamas, material incandescente. - - Arcos o chispas d e orígen eléctrico. - - Chispas o fricción d e orígen mecánico. - - Reacciones químicas. -
  8. 8. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES ORIGINADAS POR FUENTES DE COMBUSTIBLES DIFUSASDenominarmos “Fuentes d e Combustibles Difusas” a aquellasoriginadas por: - Combustibles Industriales - Gases Combustibles - Polvos Combustibles - Vapores d e Líquidos Inflamables Todas éstas fuentes originadas en edificios de construcción corriente( E l análisis d e la acción d e explosivos e n fase condensada (líquido o sólido) ysobre todo los detonantes (de alta potencia) requieren d e conocimientosespeciales por lo cual n o lo s veremos e n ésta oportunidad ) .
  9. 9. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com TIPOS DE EXPLOSIONESHay dos tipos principales de Explosiones a las que se aplican losanálisis corrientes: Mecánicas y Químicas.Las Explosiones se distinguen por la fuente o el mecanismo medianteel cual se producen las presiones explosivasDentro de cada grupo hay distintas sub-divisiones para una correctaclasificación a los fines de poder analizarlas con comodidad.A su vez por su confinamiento: N O CONFINADAS – Espacios abiertos SEMI CONFINADAS – Zonas de proceso CONFINADAS – Edificios y recipientes
  10. 10. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  11. 11. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com ESTALLIDO DE RECIPIENTESLas causas por las que se puede producir la rotura de un recipienteson diversas: - Impactos externos - Aumento d e presión por sobrellenado - Reacciones fuera d e control - Explosión interna - Combinación d e lo s anterioresEntonces el estallido puede producirse a la presión normal deoperación o como consecuencia del aumento de ésta.En el momento del estallido la energía del fluído se invertirá en laformación de proyectiles y de una onda de presión.La fuga de éstos productos puede dar lugar a una bola de fuego, unaexplosión de nube de vapor, un incendio flash o a la formación de unanube tóxica.
  12. 12. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comTanto el nivel de la onda de presión como el alcance de los proyectilesformados, dependerá de la Energía Interna del fluído contenido en lrecipiente y de Cómo se tranforma en energía mecánica.La energía interna disponible dependerá de las propiedadesTermodinámicas y de la cantidad de producto involucrado, los valoresde las magnitudes termidinámicas dependen de las condiciones en lasque se encuentre el producto en el momento del estallido, lo que a suvez se relaciona con las circunstancias propias de accidente.El Orígen de la rotura del recipiente, entonces, puede deberse a unfenómeno FISICO o QUIMICO.
  13. 13. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES FISICAS
  14. 14. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES MECÁNICASSon aquellas en las que un Gas a Alta Presión produce una reacciónexclusivamente físicaEsa reacción NO SUPONE cambios en la naturaleza química básica dela sustancia que hay almacenada en el recipiente.Una explosión puramente mecánica es por ejemplo la rotura de unagarrafa de GLP o de un depósito a alta presión (cilindros), queproducen la liberación del gas almacenado, por ejemplo airecomprimido, dióxido de carbono, nitrógeno u oxígeno.
  15. 15. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPANSIÓN DE UN GAS COMPRIMIDOCuando el recipiente que contiene un gas presurizado explota, la únicafuente de energía disponible para la fragmentación y la generación dela onda de presión es, precisamente, la expansión de ese gas.La energía liberada dependerá, por lo tanto, de las condiciones dealmacenamiento, fundamentalmente de la Presión y cantidad desustancia acumulada.
  16. 16. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com BLEVEUna explosión BLEVE por ejemplo, es una explosión mecánica de lasmás comunes de encontrar en los accidentes.Recordemos que son explosiones que afectan recipientes quecontienen líquidos a presión a una temperatura superior a su punto deebullición a la presión atmosférica. El líquido no tiene porque serexclusivamente inflamable.Se puede producir BLEVE en recipientes tan pequeños como losencendedores descartables de gas, aerosoles o recipientes tangrandes como esferas de GLP, cisternas o depósitos industrialesLa BLEVE se produce cuando la temperatura del líquido y el vapor quehay en el depósito o recipiente cerrado, se eleva hasta un punto en elque el contenedor ya no soporta el aumento de la presión y explotaliberando el líquido a alta presión el cual se evapora casiinmediatamente pudiendo o no formar una bola de fuego.También se puede producir por la resistencia del contenedor comoresultados de daños mecánicos o calentamiento localizado sobre elnivel del líquido.
  17. 17. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com TRANSICION RAPIDA DE FASELa transición rápida de fase puede ocurrir cuando dos líquidos contemperatura de ebullición muy diferentes entran en contacto.Si se trata de un líquido caliente y de alto punto de ebullición quecontacta con uno frío de bajo punto de ebullición, se produce unrápido cambio de fase en éste último.S e origina entonces una expansión volumétrica que genera unaonda que impulsa a la mezcla esparciendola fuera delrecipiente. Fluído Frío Fluído Caliente Agua Metales fundidos (Al, Acero,Nq, Mg,Ti,Wf,Cu), sales fundidas, hidrocarburos pesados o aceites calientes Hidrocarburos ligeros Hidrocarburos pesados o aceites calientes Gases licuados Agua y otros líquidos de similar punto de ebullición
  18. 18. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comOP = Onda de presiónP = Formación de proyectiles DIAGRAMA DE EFECTOS PARA UNA EXPLOSIÓNRT = Radiación térmica EXPLOSIONES OTRAS PERDIDAS DE CONTENCION FISICAS CONFINADAS QUE DAN LUGAR A EXPLOSIONES Fase Gas Fase Gas Combustión dentro Combustión Fase Gas Bifásica Fase líquida y líquida de estructuras de descomposición baja resistencia térmica o reacción incontrolada en recipiente de proceso Posible Sin Temp. Temp. evaporación ignición Líquido Líquido Flash Con venteo Sin venteo menor mayor de de que temp. que temp. explosión explosión ebullición ebullición Gas y Sedimentación (BLEVE) aerosol del líquido OP. P OP. P Sin RT ignición Dispersión de la Jet libre y Evaporación nube gaseosa turbulento Sin Se Ruptura ignición consigue catastrófica contener o del Ignición Ignición Sin Ignición OP. P ventear recipiente retrasada inmediata ignición Ignición OP. P Incendio Dardo de OP. P UVCE de dardo fuego RT UVCE Incendio Esfera de con fuego Flash fuego RT OP RT Ignición OP. P OP. P Ignición Ignición Sin OP. RT RT retrasada inmediata ignición Ignición Ignición Sin retrasada inmediata ignición UVCE Incendio Flash Incendio Flash Incendio seguido de Incendio Flash UVCE incendio de líquido UVCE Flash en charco OP. P OP. RT RT OP OP RT RT
  19. 19. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES QUIMICAS
  20. 20. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES QUIMICASLa generación de gases a alta presión es el resultado de las reaccionesquímicas exotérmicas que hacen cambiar la naturaleza delcombustibleLas reacciones que se producen como resultado de explosiones sesuelen propagar en un frente de reacción que se desplaza a partir delpunto de orígen de la explosión.Este tipo de evento puede ser de combustibles sólidos o de mezclasexplosivas de combustibles y oxidantes, pero las más corrientes sonlas reacciones de propagación en loas que han intervenido gases,vapores o polvos mezclados con el aire.Estas combustiones se llaman “Reacciones d e Propagación” porque seproducen progresivamente a través del reactivo (combustible), con unfrente de llamas bien definido que separa la parte del combustible queha reaccionado con la que no lo ha hecho.
  21. 21. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com REACCIONES FUERA DE CONTROLSe producen cuando se forman productos diferentes a los esperadosdebido a contaminación de los reactivos, fallos en el control detemperatura, error de carga de materia primas, etc.Estas explosiones se producen cuando el calor se libera másrápidamente de lo que los sistemas de refrigeración pueden absorbery generalmente producen un crecimiento exponencial de latemperatura que lleva asociada una fuerte elevación de la presión.Para evitarlas se utilizan:- Sistemas d e Amortiguación- Enfriamiento Rápido- Sistemas d e Alivio- Válvulas d e SeguridadCuando éstos fallan, o no alcancen para aliviar las sobrepresiones, seproduce la explosión.
  22. 22. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com DESCOMPOSICIÓN DE UN MATERIAL ENERGÉTICOLa descomposición de una sustancia en el interior de un recipiente,puede dar lugar al estallido del mismo.Se trata de sustancias que se descomponen con formación deproductos gaseosos, como explosivos sólidos y otras sustancias enfase líquida o gaseosa que contienen grupos especialmente inestables,entre los más conocidos, peróxidos, epóxidos, derivados del acetilenoy fulminatos metálicos.Por su comportamiento, estos eventos son más parecidos a ladetonación de un explosivo que a las típicas del estallido delrecipiente.
  23. 23. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSION INTERNA DE ATMÓSFERAS INFLAMABLESLos típos de atmósferas inflamables que potencialmente pueden darlugar a explosiones son tres:- Mezclas d e aire y gases combustibles- Aire cargado d e polvo d e u n material combustible- Aire que contiene u n aerosol d e u n líquido inflamableLas explosiones de polvo ocurren en la mayoría de los casos enespacios muy confinados, tales como silos o depósitos, siendofrecuente la participación de cereales y derivados de sustanciasinestables.El fenómeno de la onda de presión es un proceso progresivo, quecomienza con la ignición y combustión lenta de la mezcla, a medidaque la velocidad del frente de llamas aumenta, la sobrepresiónproducida va creciendo hasta alcanzar la autoignición de la mezclainmediatamente delante del frente de llamas.En ése momento se produce la transición de la deflagración a ladetonación.
  24. 24. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES POR COMBUSTIÓNLas explosiones químicas más corrientes son las causadas por laignición de hidrocarburos, se caracterizan por la presencia delcombustible y el aire como oxidante o comburente. También puedenser de polvos.Las explosiones por Combustión se clasifican en Deflagraciones yDetonaciones, según la velocidad de propagación del frente dellamas a través del combustible.Se pueden distinguir varios subtipos de explosiones por combustión:- De gases inflamables- De vapores de líquidos inflamables y combustibles- De polvos- De humo y productos inflamables de la combustión incompleta (backdraft)
  25. 25. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com DEFLAGRACIONESTipo de explosión en la que se presenta un frente de llama, más o menosdefinido que avanza a una velocidad que está determinada por la velocidad deavance de la propia llama y la expansión de gases producto de la combustiónque vá dejando a su paso.En función de ésta velocidad, de la presencia de confinamiento, de lascaracterísticas del inflamable (por ejemplo polvos), etc., pueden producirse o nó,aumentos significativos en la presión, resultando en:.Deflagraciones n o explosivas: también denominadas llamaradas, cuando noexisten aumentos significativos de presión,normalmente limitadas a espacios noconfinados.Deflagraciones explosivas: cuando sí existen aumentos significativos depresión, produciendose una onda de presión, que viaja a la velocidad el sonido,normalmente precediendo al avance de la llama.
  26. 26. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  27. 27. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comDeflagración de mezclas No Confinadas de gas o vapor combustible y AireLa combustión de una mezcla libre puede dar lugar a tresfenómenos distintos: - Bola de fuego - Deflagración no explosiva - Explosión de nube de vapor no confinada
  28. 28. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comANATOMÍA DE UNA DESCARGA ACCIDENTAL DE UN PRODUCTO EN RECIPIENTE DE PROCESO INTERCAMBIO DE CALOR AIRE DE LA POR CONVECCION Y RADIACIONVIENTO ATMOSFERA REACCIONES QUIMICAS + PROCESOS AEROSOL DE CONDENSACION Y EVAPORACION LIQUIDO EVAPORACION CALOR DESDE EL TERRENO
  29. 29. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comBola de FuegoLa bola de fuego se produce por la ignición inmediata de un escapeinstantáneo de gas combustible, debido, por ejemplo, a la rotura deun contenedor. Dado que la ignición e s inmediata, la nube d egas combustible n o tiene tiempo para mezclarse con e l aire.Se produce una combustión de aportación, en la que no existe unamezcla preformada de combustible y comburente, sino que ambos sevan incorporando, por difusión, al frente de llama.Aunque la combustión e s muy rápida, n o s e acumulan lo sgases generados y no se producen sobrepresionesapreciables.La energía se disipa en forma térmica, no mecánica. La bola de fuegose trata, pues, de un incendio de gas, que puede ser muy destructivo,pero no constituye una explosión.
  30. 30. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comDeflagración No explosivaSi se produce un escape de gas combustible y no tiene lugar su ignicióninmediata, la nube de gas tiene tiempo para mezclarse con el aire.La ignición diferida de esta nube inicia una combustión de propagación quetiene lugar a velocidad subsónica y se trata, por lo tanto, de unadeflagración.Normalmente la energía de los gases generados por una deflagración al airelibre se disipa en el ambiente sin producir sobrepresiones apreciables.Por tanto, la deflagración n o d a lugar a una explosión. Generalmente, losgases de combustión se expanden hasta alcanzar un volumen deaproximadamente diez veces el volumen inicial de la mezcla combustible-aire.
  31. 31. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Explosión de Nube de Vapor No Confinada (UVCE)Si se produce una nube de gas combustible de muy grandes dimensiones y sudensidad es superior a la del aire, la propia masa d e gas puede ejercersobre sí misma u n efecto d e confinamiento similar a l d e u n recipiente.La ignición diferida de esta nube da lugar a una deflagración. E lconfinamiento provoca la acumulación d e gases a alta presión, que d alugar a una explosión denominada explosión de nube de vapor no confinada(UVCE: Unconfined Vapor Cloud Explosión).
  32. 32. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com PELIGROS ASOCIADOS A LA DESCARGA ACCIDENTAL DE UN PRODUCTO EN RECIPIENTE DE PROCESO INCENDIO FLASH BOLA DE FUEGO UVCE NUBE TOXICA VAPOR O GASCada una de éstas consecuencias dependerá de las características inflamablesy tóxicas de los productos y de las circunstancias del accidente
  33. 33. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comPELIGROS ASOCIADOS A LA DESCARGA ACCIDENTAL DE UN PRODUCTO EN RECIPIENTE DE PROCESO VAPOR O GAS BOLA DE FUEGO
  34. 34. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Deflagración de Gases por Reacciones de DesdosificaciónDeterminados gases, como el acetileno, el etileno, el óxido de etileno, elbutadieno y óxido nitroso pueden experimentar reacciones dedesdosificación, es decir, reacciones d e descomposición con propagaciónde llama.Normalmente estos gases n o están presentes e n estado puro, sinomezclados con otros gases en concentraciones bajas.Para que tenga lugar la propagación de la llama es necesaria unaconcentración mínima, equivalente al límite inferior de inflamabilidad delas mezclas de gas combustible-aire.La desdosificación puede producirse desde el límite inferior,correspondiente a la mezcla pobre, hasta el 100% de concentración
  35. 35. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Deflagración de Líquidos Nebulizados Los líquidos combustibles nebulizados (partículas líquidas en suspensión en el aire) arden y deflagran de manera similar a las nubes de polvo, con las siguientes diferenciasLa combustión puede iniciarse a cualquier temperatura, aunque sea inferior alpunto de inflamación del líquido combustible. Como caso extremo, una nube degotas congeladas puede deflagrar de la misma forma que una nube de polvo.E l límite inferior d e inflamabilidad s e expresa e n masa d e líquido porunidad d e volumen (mg/l) y disminuye a medida que aumenta e l diámetrod e la s gotas. Por ejemplo, en el caso de los hidrocarburos líquidos nebulizados, ellímite inferior de inflamabilidad disminuye desde 50 mg/l hasta 10 mg/l, a medidaque el diámetro medio de las gotas aumenta desde 10 hasta 100 micrones (50 mg/les una concentración muy similar al límite inferior de inflamabilidad de las mezclasde hidrocarburos gaseosos y aire, a la temperatura ambiente).La energía mínima de ignición varía de forma directamente proporcional al cubo deldiámetro de las gotas.
  36. 36. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com DETONACIONESTipo de explosión en la que se produce una combustión cuasi instantánea de lamezcla del aire con el combustible, no contando con un frente de llama sino quese produce una ola de choque en la que la combustión es simultánea a la ondade presión.Tomando el caso de los polvos combustibles, el mecanismo normal en caso deexistir detonación, es que se llegue a ésta como transición desde unadeflagración.
  37. 37. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES DE GASES Y VAPORES COMBUSTIBLESLa reacción química más conocida que produce gases a alta presión por mediode otros gases o vapores, es la combustión de gases en el aire.En el caso general de combustión de un gas combustible y otro oxidante (comoel aire), las mezclas son sólo inflamables dentro de un rango determinado decomposición.Se requiere un mínimo y un máximo de gas mezclado con el comburente paratener la mezcla en condiciones de inflamabilidad.Veamos el siguiente ejemplo:
  38. 38. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com COMBUSTION DEL GAS METANO GEA (Gas en Aire) LEL HEL Límite inferior Límite superior de explosividad de explosividad MEZCLA POBRE MEZCLA EXPLOSIVA MEZCLA RICA0% 5% 15% 100%
  39. 39. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Mezclas HíbridasEs una mezcla explosiva en la que existen dos o más sustanciasinflamables -mezcla híbrida.Las características de inflamabilidad no coinciden con las de lassustancias implicadas ni se puede asimilar la de mayor riesgo ya quelos efectos de la mezcla podrían ser sinérgicos o antagónicos.Para mezclas de vapores o gases podrá utilizarse el principio de LeChatelier para obtener el rango modificado siendo necesario conocerlos límites de los componentes.
  40. 40. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comAplicación del principio de Le Chatelier 100% v/v LIE = (% vol) c1 + c2 + c3 + ...+ ci LIE1 LIE2 LIE3 LIEi 100% v/v LSE = (% vol) c1 + c2 + c3 +...+ ci LSE1 LSE2 LSE3 LSEi
  41. 41. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com MECANISMO DE LA AUTOIGNICIÓNEn determinadas condiciones de temperatura y presión, la mayoría de lasmezclas de gases reactivos se inflaman.A cualquier temperatura hay moléculas con energía suficiente para reaccionarcuando colisionan; generalmente no se detectan ni las reacciones ni el calordisipado por ellas.Pero a determinadas temperaturas, las reacciones moleculares son losuficientemente numerosas para que la mezcla de gases inicie elAUTOCALENTAMIENTO alcanzando posteriormente la temperatura deinflamación.Se inicia entonces la propagación de la combustión si la mezcla resultainflamable a la temperatura y presión alcanzada.La AUTOIGNICIÓN depende de las mezclas específicas, el volúmen y geometríadel contenedor, los materiales de construcción y la temperatura y presión inicialde la mezcla y ambiente circundante.
  42. 42. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comLa presión generada por la combustión de mezclas gaseosas se debefundamentalmente al calor liberado y la consiguiente elevada temperatura de losgases.En la mayor parte de las combustiones de gases, el calor se disipa al ambientemediante radiación de la llama, corrientes de convección, etc.E n la mayoría d e la s combustions subsónicas confinadas, la presión picogenerada e s aproximadamente DIEZ VECES la inicial, y a que latemperatura d e la llama está limitada por reacciones d e disociación.Por e l contrario, s i la mezcla no está confinada o s i e l contenedor serompe, e l gas e n combustión s e expande como una bola d e fuego apresión ambinte, y e l volúmen máximo d e la bola d e fuego e s DIEZVECES e l volúmen inicial d e la mezcla.
  43. 43. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comDETONACIÓN CON GASES O VAPORES COMBUSTIBLESEn determinadas condiciones de presión y temperatura, ciertas mezclas y gasesexperimentan reacciones supersónicas activadas por ondas de presión(detonación).En mezclas de gas inflamable y oxidante, el campo de detonación dependeesencialmente del foco de ignición, pero siempre engloba la relaciónestequiométrica en el caso de combustión subsónica.Normalmente los gases capaces de sostener una detonación no alcanzancondiciones reales supersónicas, a menos que s e inicie mediante una ondad e presión d e gran aplitud.En determinadas formas de confinamiento, por ejemplo en tuberías, donde lalongitud es diez veces o más superior al diámetro, una reacción convencionalpuede autoacelerarse hasta que se produce la transición de deflragación adetonación, siempre que la composición de la mezcla esté dentro del campo dela detonación.
  44. 44. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  45. 45. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com POLVOS COMBUSTIBLES
  46. 46. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Deflagración de Polvos en suspensiónLas nubes de polvo combustibles (partículas sólidas en suspensión en el aire) secomportan de manera similar a las mezclas de gas o vapor combustible y aire.Si la mezcla está confinada y el grado de confinamiento es suficiente, seacumulan los productos gaseosos de la deflagración y se eleva la presión.Si se alcanza una presión suficiente para romper súbitamente el confinamiento(por rotura del recipiente o por rotura de las paredes del recinto), se libera elgas a alta presión y se produce, por tanto, una explosión.
  47. 47. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com EXPLOSIONES DE POLVOS Y NEBULIZACIONESLas partículas de polvo, en ciertas condiciones de granulometría, humedad,temperatura, concentración, etc. En aire ambiente y en presencia de una fuentede ignición suficiente, son susceptibles de provocar y mantener una combustiónque pueden adoptar las formas vistas anteriormente (deflagraciones ydetonaciones).Las caracterizadas cono deflagraciones explosivas y detonaciones, son las que seoriginan en presencia de polvos combustibles, si bien en el caso de las primerasse concentran los eventos más comunes.Las detonaciones son difíciles de producirse cuando estamos en presencia de losllamados “polvos comunes o St-1” los cuales son los más frecuentes deencontrar en la industria en general.Para que exista una explosión de polvos se deberán producir las siguientescondiciones:
  48. 48. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com TRIANGULO DEL FUEGO OXIGENO EN AIRECOMBUSTIBLE ENERGIA DE IGNICION(Gas / Vapor) (Llamas / Chispas / Spark)
  49. 49. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com TETRAEDRO DEL FUEGO REACCION QUIMICA EN CADENA
  50. 50. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com PENTAGONO DE EXPLOSIONES POLVOS EXPLOSIVOS Y NEBULIZACIONES OXIGENO EN AIREDISPERSION DE CONFINAMIENTO DE PARTICULAS LA NUBE EXPLOSIVA EN AIRE POLVO FUENTE DE IGNICIÓN COMBUSTIBLE SUFICIENTE
  51. 51. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com POLIGONO DEL RIESGO POLVO INFLAMABLE POLVO EN SUSPENSIONGRANULOMETRIA CONCENTRACION OXIGENO EN AIRE FUENTE DE IGNICION
  52. 52. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com POLVOS COMBUSTIBLESLos parámetros caracterizadores de una sustancia pulvurulenta en cuanto a sucomportamiento en lo que se refiere al riesgo de explosión, pueden dividirse endos grupos:Sensibilidad a la explosión: son los relacionados con la susceptibilidad delmaterial considerado al inicio de la explosiónSeveridad e la explosión: son los relacionados con la magnitud de los efectosde una eventual explosión.De acuerdo con los valores que se obtengan, los polvos se clasificarían , segúnlas normativas técnicas, en orden creciente a su peligrosidad en: St-1 St-2 St-3
  53. 53. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comTanto los parámetros referidos a la sensibilidad de la explosión como a los deseveridad, son dependientes de las características del polvo, tales como: Composición química Granulometría Contenido de humedad OtrosEn la siguiente tabla se muestra la clasificación de polvos combustibles comunesen la industria agrupados por actividades:
  54. 54. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com MATERIAL GRANULOMETRÍA (dm)(Mic) Clase StProductos agrícolasAlmidón de arroz 18 St-1Almidón de maíz 7 St-2Azúcar 30 St-1Lche en polvo 83 St-1Productos carbonáceosCarbón activado 28 St-1Carbón vegetal 14 St-1Lignito 32 St-1Carbón bituminoso 24 St-1Productos químicosAcetato de calcio 92 St-1Acido ascórbico 39 St-1Azúfre 20 St-1Lactosa 23 St-1MetalesAluminio 29 St-3Bronce 18 St-1;agnesio 28 St-3Zinc 10 St-1PlímerosPolicloruro de vinilio 107 St-1Polimetil acrilato 21 St-2Resina epóxi 26 St-1
  55. 55. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com TRATAMIENTO PREVENTIVO DEL RIESGO DE EXPLOSIÓN DE POLVOSControl del materialComo medidas de control sobre el material, lógicamente dependiente delproceso de que se trate, no siendo en la mayoría de los casos viable, sin uncambio importante en la tecnología de los procesos la aplicación de ésta medidaContenciónEn muchos casos es factible diseñar el sistema para que soporte la máximapresión que podrá generarse por la reacción explosiva prevista.Si no se produce la súbita liberación de presión, no habrá explosión.
  56. 56. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comControl de nubes de polvoControl de las concentraciones en transporte neumático, con una correctaevaluación de los caudales de polvo y aire trasegados, manteniendoconcentraciones con cierto coeficiente de seguridad por debajo de la mínimanecesaria para la ingniciónDiseño de los conductos y equipos, de manera que se eviten los depósitos depolvo en el interior de los mismosControl de la velocidad del aire, en transporte neumático, no debiendo enningún caso ser inferior a 23 mts/seg en el transporte de partículas y de 20mts/seg en el transporte de polvosEstanqueidad de equipos, e instalaciones que manejen polvos, evitando fugasque originen nubes o en todo caso que se deposite en el suelo.Sistemas de captación, en aquellos puntos donde puedan ser liberados a laatmósfera.Estanqueidad de los equipos, que trabajan a presiones por debajo de laatmosférica (filtros de manga) evitando infiltraciones de aireLimpieza contínua, de las áreas en las que se produzcan acumulaciones depolvosUtilización de aspiradores, o recogida directa evitando el uso de airecomprimido o cualquier método que pueda originar nubes.
  57. 57. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comControl de Fuentes de IgniciónInstalación eléctrica, con un correcto diseño, aplicación y mantenimiento delas instalaciones, y el uso de elementos eléctricos APE en las zonas clasificadascomo ATEXEquipos mecánicos, al no estar tan reglamentados como las anteriores, soncausales de la mayoría de las igniciones de nubes de polvo por generación dechispas o rozamientos exesivos, lo que requiere una minusciosa vigilancia ymantenimiento preventivo.Otras medidas de control, trabajos en caliente, protección contra rayos,control de la electricidad estática, arrestallamas en vehículos, hábito de fumar,son algunos de los ejemplos que un buen plan de prevención deberá mantenerbajo estricta vigilancia.
  58. 58. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comDetección y extinción de chispasLa gestión de las fuentes de ignición provocadas por equipos que encondiciones normales de funcionamiento generan chispas (secaderosde contacto, molinos de material seco, máquinas de corte, etc.),implica que se dispongan sistemas de detección y extinción de lasmismas, en continuo sin interrupción del proceso productivo,lógicamente tan inmediatas al punto de generación como sea posible yen cualquier caso previo a la entrada en recipientes (ciclones, filtrosde mangas, etc.).Sistemas de este tipo pueden ubicarse para la protección de equiposque en condición de avería generen chispas (p.e. ventiladores)sirviendo, además de medio de prevención de explosiones, comoindicador de mal funcionamiento del equipo considerado.
  59. 59. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comEsquema de funcionamiento de sistema de detección-extinción de chispas
  60. 60. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comFUNDAMENTOS DE PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES DE POLVOEn el caso de que las medidas de prevención fallaran y se produjera laignición de una nube de polvo en el interior de un recinto caben lassiguientes posibilidades:Suprimir la explosión, mediante la descarga en el recinto iniciador deagente extintor que apague la explosión incipiente.Provocar una "explosión segura" mediante alguno, o combinación, deestos medios: Alivio de la explosión, mediante aberturas que limiten la presión alcanzada en el recipiente y descargando la misma a zonas "seguras". Contención de la explosión en el recinto en que se ha originado Aislamiento de la explosión, impidiendo la propagación de la explosión a otros equipos a través, p.e., de conductos.
  61. 61. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  62. 62. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comSistema de protección en equipo de proceso mediante supresión
  63. 63. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  64. 64. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com Transportes y silos protegidos con alivios
  65. 65. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com
  66. 66. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.comREFERENCIASLey 19.587 – Ley sobre Higiene y Seguridad en el TrabajoManual NFPA de Protección Contra Incendios – Editorial MAPFRE NFPA - Cuarta Edición en castellano – 1993.Decreto nacional 351/79.Resolución ENRE 207/95.Reglamento para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles (edición Agosto 2002, ejemplarN°4.529, de la Asociación Electrotécnica Argentina.Las normas IRAM específicas a que hace referencia el reglamento anteriormente mencionado, a saber: o IRAM IAP IEC 79. o IRAM 2100.
  67. 67. Created by Simpo PDF Creator Pro (unregistered version) http://www.simpopdf.com

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