Casos prácticos

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Casos prácticos

Nuestra serie de casos prácticos está dirigida a aportar un conocimiento sobre cómo y por qué la electricidad estática representa una fuente de ignición en incendios o explosiones graves durante operaciones cotidianas.

Aunque la electricidad estática puede considerarse un tema difícil de comprender, esperamos que estos casos prácticos le permitan conocer mejor la electricidad estática y qué medidas prácticas, basadas en códigos de práctica reconocidos internacionalmente, pueden llevarse a cabo para eliminar el riesgo de incendio y de explosión que representa para sus operaciones.

Si desea realizar alguna consulta sobre los temas tratados o comentar otros aspectos de los peligros de la electricidad estática o del control de la electricidad estática, contáctenos en el número indicado en la esquina superior de su pantalla, envíenos un correo electrónico o use el formulario de Consulta rápida.

El problema de la electricidad estática en atmósferas peligrosas siempre está presente en numerosos sectores de las industrias de procesamiento. Este caso práctico estudia los factores relacionados con la fuente de ignición de una descarga de electricidad estática durante una operación de procesamiento de polvo.

Actualmente, los sistemas de transporte neumáticos representan la parte central de los sistemas de procesamiento de materiales granulares a granel en muchos sectores. Como método eficiente para el transporte de materiales granulares, estos sistemas permiten el transporte del polvo entre procesos de forma rápida, lo que permite a las empresas mantenerse al día con la creciente demanda de la producción. Sin embargo, estos procesos no están exentos de riesgos. Cuando el producto que se está procesando se considera combustible y tiene una porción apreciable de material fino, aumenta considerablemente el potencial de que haya una explosión. Los polvos finos con baja energía mínima de ignición (EMI) alcanzarán con regularidad la concentración mínima explosiva (CME) en el sistema de transporte y pueden suponer un riesgo de combustión a causa de numerosas fuentes de ignición. Una de esas fuentes de ignición es la descarga electrostática.

Los sistemas de trasporte neumáticos tienen la capacidad de generar grandes cantidades de carga electrostática mediante el movimiento de producto en el equipamiento de la planta. La causa más habitual de carga electrostática en este tipo de operaciones de procesamiento es la triboelectrificación, que consiste básicamente en el contacto y la separación del polvo en las paredes del equipo de procesamiento, las moléculas del propio polvo u otros factores que puedan causar la carga, como contaminantes de la superficie.

Sistemas de transporte neumáticos

En este caso, un operador de la instalación que trabajaba en un sistema de transporte neumático oyó un sonido crepitante cuando el material pulverizado estaba siendo transportado entre la clasificadora y la tolva de carga. Durante la investigación del ruido, el operador entró en contacto con una sección del conducto y recibió una importante descarga de electricidad estática. Aunque el operador resultó ileso, la severidad del incidente justificó la desconexión completa del sistema para averiguar cómo se habían podido acumular cargas estáticas en una sección determinada del conducto.

Durante la inspección, se examinó el conducto y se identificó la sección que no estaba puesta a tierra correctamente. Cuando se realizó la prueba se averiguó que el conducto tenía una trayectoria de resistencia de retorno a tierra superior a 1011Ω, que sobrepasa la resistencia recomendada de menos de 10 Ω para artículos metálicos de la planta con un buen contacto a tierra, conforme a la IEC 60079-32-1:2013 Atmósferas explosivas Parte 32-1: Peligros electrostáticos, guía.

Una inspección más detallada concluyó que la inusual resistencia elevada era el resultado de la instalación incorrecta de una sola pinza de puesta a tierra tras una operación de limpieza a fondo. Como consecuencia, la canalización entre los dos conductos actuó como un conductor aislado, lo que dio como resultado la generación y posterior acumulación de carga. La falta de continuidad de puesta a tierra implicó que la carga no se disipara, lo que permitió desarrollar en el conducto un potencial de voltaje excesivamente alto, que se descargó finalmente en el operador. Dado el alto índice de generación de carga y de descarga de chispa por una pinza de puesta a tierra mal colocada, se realizó la revisión de la puesta a tierra y de la conexión de todas las partes metálicas. La inspección examinó la integridad de la puesta a tierra y conexión de todas las unidades del equipo, todas las secciones de los conductos, bolsas y jaulas en los filtros de las bolsas. Como resultado, se encontraron numerosas deficiencias que fueron rápidamente rectificadas.

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La electricidad estática a menudo se percibe como un peligro invisible. Este caso práctico explica por qué la electricidad estática supone una fuente de ignición para incendios y explosiones graves que podrían suceder durante operaciones diarias en las que se manejan y procesan productos inflamables.

Una empresa que suministraba polvo de aluminio recibió una cancelación de pedido cuando el transportista del camión que transportaba el polvo a granel estaba de camino a una estación de carga ferroviaria. Al conductor del camión se le ordenó devolver el aluminio a la planta de producción. Como esta situación no había ocurrido antes, en la práctica no había un procedimiento operativo estándar para descargar del camión el aluminio de nuevo en la planta de producción. Poco después de que los operadores hubiesen resuelto cómo superar algunas dificultades prácticas para volver a llevar el polvo de nuevo a la planta, se produjo una explosión que se propagó por toda la instalación.

Al volver a la planta se observó que no había un punto de carga directa para que el polvo acabado se introdujese de nuevo en el proceso de producción directamente desde el camión. Se tomó la decisión de transportar el polvo al punto de entrada del sistema de transporte neumático de la planta utilizando las mangueras de 3 pulgadas del camión. Desafortunadamente las mangueras no podían alcanzar la entrada del sistema neumático de la planta, así que se añadió una extensión adicional de manguera desde la planta a la línea de mangueras de 3 pulgadas que salían del camión. Ambos tipos de mangueras eran tubos de goma con espirales internas de metal para asegurar que las bridas de las mangueras estuviesen unidas eléctricamente entre sí.

El camión se conectó a tierra para que las mangueras de 3 pulgadas (suponiendo que estuvieran en buen estado) también estuvieran conectadas a tierra, por lo que el riesgo de una acumulación de carga electrostática en el camión y las mangueras era mínimo. Sin embargo, se encontraron con el problema de que la manguera de la planta que se usó para completar la distancia entre las mangueras del camión y la entrada al sistema neumático de la planta tenía mayor diámetro que las mangueras del camión. Esto significaba que no se podía hacer una conexión estanca entre las mangueras. Los operadores solventaron este problema rellenando con trapos el hueco entre las bridas de la manguera. Como resultado, se produjo el aislamiento eléctrico de la manguera de la planta de la manguera del camión, con lo que se impedía potencialmente la transferencia de cargas electrostáticas de la manguera de la planta a tierra a través del camión conectado a tierra. Se suponía que el otro extremo de la manguera permanecía sobre el suelo de hormigón dentro de la planta. El otro problema era que la densidad de la fase de aire-polvo procedente del camión estaba por encima del mínimo de concentración explosiva del polvo de aluminio.

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Aunque la electricidad estática puede parecer un tema difícil de comprender, esperamos que nuestra serie de casos prácticos le aporte una idea de las razones por las que la electricidad estática supone una fuente de ignición en los incendios y explosiones graves que ocurren durante las operaciones diarias que implican manipulación y procesamiento de productos inflamables.


Este caso práctico estudia los factores que tuvieron como resultado un incidente de ignición electrostática con tolueno, un generador de carga prolífico, al llenar un cubo de metal a través de tuberías metálicas de 1,91 cm por gravitación.

En este escenario, un operador abrió una válvula para verter tolueno en un cubo de metal desde un depósito elevado
por flujo gravitatorio de aproximadamente 23 litros por minuto. El operador colgó un cubo de metal con asa de alambre y mango de plástico sobre una válvula globo. El mango de plástico del asa aisló el cubo de metal de la puesta a tierra.

Al abrir la válvula, el operador retiró del cubo permitiendo que el tolueno fluyera como lo había hecho anteriormente varias veces. Al cabo de un momento, el tolueno se había prendido, haciendo que el operador saliese de inmediato de la escena y regresase con un pequeño extintor de incendios, que resultó inadecuado para apagar el fuego. El operador dejó la escena para regresar con un extintor más grande; sin embargo, al regresar el fuego estaba fuera de control y no fue capaz de cerrar la válvula para evitar el flujo de tolueno al cubo, que ya estaba rebosante.

La investigación del incidente destacó que el operador había abierto la válvula y se había alejado del cubo metálico. El operador declaró: «Yo estaba allí de pie mirando, cuando se incendió». Como consecuencia, podía descartarse una descarga procedente del operador como causa del incidente y se consideró la posibilidad de una corriente de flujo.

(I) Is = 2.5×10-5 ∙ v2 ∙ d2

(II) Is = 2.5×10-5 ∙ 1.10692 ∙ 0.019052

(III) Is = 0.01μA

En donde:

Is = Corriente de flujo (A)
v = Velocidad (m/s)
d = Diámetro del tubo (m)

Se comprobó que la corriente de flujo era del orden de 0,01 μA si no fuera por la presencia del filtro en línea. El tiempo de residencia del tolueno entre el filtro en línea y la salida del tubo fue inferior a un segundo, mucho más corto que los 30 segundos recomendados; por lo tanto, puede calcularse una estimación razonable de la corriente de flujo a la salida del tubo alrededor de los 0,1 μA. En cualquier caso, se puede estimar una corriente de flujo entre 0,1 μA y 0.1 µA.

Asumiendo que el flujo de tolueno continuó durante 30 segundos, habría habido una carga de 3 μC en el cubo, siempre que el cubo estuviese completamente aislado de tierra.

La energía potencial en el cubo se puede hallar usando la ecuación:

Energía potencial (W) =

 

 

 

En donde:

(I) Q = Carga en el cubo
(II) C = Capacitancia del cubo

Por lo tanto, la energía potencial en el cubo:

 

 

Y el voltaje en el cubo se puede hallar usando la ecuación:

 

 

Con la fuerza de ruptura del aire a 3 x 106 V/m una chispa del cubo podría saltar fácilmente a través de un espacio de 50 mm (1.96″), lo que significa que era probable que pudiese ocurrir una descarga del alambre del asa al cuerpo de la válvula globo.

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Las últimas series de artículos de Newson Gale que contienen casos prácticos sobre incendios y explosiones provocados por electricidad estática centran la atención en la amplia gama de procesos que son susceptibles de generación y acumulación de carga electrostática en equipos de planta portátiles y fijos.


Este caso práctico estudia los factores detrás de la ignición de una nube de polvo combustible durante una operación manual de procesamiento de polvo. En este ejemplo, se encargó a un operador de proceso del vertido manual de aproximadamente 180 kg (40 lb) de polvo de un bidón de plástico, construido con polietileno, a un contenedor metálico de proceso. El bidón de plástico contenía un polvo combustible que tenía una energía de ignición mínima de 12 milijulios. Se colocó un borde metálico alrededor de la circunferencia de la parte superior del bidón de plástico para proporcionar una protección contra impactos producidos por el uso diario en la planta.

El operador vertió el polvo en el contenedor de proceso, apoyando el bidón en el borde del contenedor. Al quitar el bidón del contenedor, cuando el polvo ya estaba totalmente depositado, se produjo una ignición de la nube de polvo que se había formado en la parte superior del contenedor.

Se postuló que la acumulación de la carga electrostática en el borde había ocasionado una descarga de chispas estáticas al entrar en proximidad con el contenedor cuando se retiró el bidón. El contenedor estaba derivado a tierra mediante su propia conexión fija a la planta.

Para verificar esta teoría, se realizó un experimento para determinar cuánta carga electrostática se podría haber generado por el movimiento del polvo.  Se vertieron 18 kg (40 lb) del mismo tipo de polvo de un bidón similar en una jaula de Faraday de la que se tomaron mediciones de carga electrostática.

Se midió una carga de 3,6 microculombios en la jaula de Faraday que recibió el polvo. En este caso, el polvo estaba cargado debido a la fricción causada entre el polvo y el bidón de plástico mientras el polvo se deslizaba en la superficie interior del bidón. Se registró una lectura del medidor de campo de 500 KV/m (el voltaje máximo que el medidor podía medir) en una zona aislada del bidón de plástico que habría tenido el efecto de cargar el borde metálico por inducción.

Dada la alta tasa de generación de carga causada por carga por fricción, la cantidad de carga electrostática que se podría haber inducido en el borde habría estado limitada por el área superficial del borde. En este caso, el área superficial del borde era aproximadamente de 0,0641 m2 (99 pulgadas cuadradas).

Si la cantidad total de la carga electrostática (3,6 microculombios) creada por el movimiento del polvo fuera inducida por el borde, esto habría excedido la densidad de carga máxima que cualquier superficie puede mantener en aire. La densidad de carga máxima de una superficie en aire es equivalente a 27 microculombios por metro cuadrado. La densidad de carga máxima del borde en este caso, teóricamente, habría sido de 56 microculombios por metro cuadrado.

(I): Densidad de carga (σ) = Carga total (Q) / área superficial (A)
Densidad de carga (σ) = 3.6 x 10-6 / 0.0641
Densidad de carga (σ) = 56 x 10-6 C/m2

Se puede suponer que la densidad de carga máxima, es decir, la cantidad total posible de carga que podría sostener el borde, se logró mediante el acto simple y rápido de verter el polvo del bidón en el contenedor. En este estudio se estimó que la capacitancia del borde era de 71 picofaradios. Conociendo estos valores es posible estimar cuál era la energía potencial de la descarga de chispa.

Si se toma la fórmula anterior (i), Q = σA, se puede calcular la carga máxima en el borde:

 => 27 x 10-6 x 0.0641 = 1.7 x 10-6 C

Por lo tanto, la carga total del borde habría estado cerca de los 1,7 microculombios. Así, el voltaje del borde en la zona habría sido de 24.000 voltios.

(II): voltaje = cantidad total de carga / capacitancia de objeto cargado
V = 1.7 x 10-6 / 71 x 10-12
V= 24 KV

El voltaje de ruptura medio del aire es de 3.000 voltios por milímetro, por lo que el voltaje del borde habría podido descargar una chispa electrostática desde una distancia de al menos 8 mm (0,3”) al contenedor de proceso con puesta a tierra.

La energía potencial del borde se puede calcular a partir de:

Energía potencial (W), = Q2/2C

En donde:
• Q = carga en el borde
• C = capacitancia del borde

Así, la energía potencial del borde:
= (1.7 x 10-6)2 / (71 x 10-12).(2)
= (2.89 x 10-12) / (142 x 10-12)
= 20 milijulios.

Esto excede la ignición mínima del polvo, que era de 12 milijulios.

Dado que la energía de ignición mínima del polvo dispersado en aire era de 12 milijulios y que las circunstancias del proceso demostraron que habría habido una carga electrostática significativa del equipo, y que se eliminaron otras fuentes de ignición, una chispa estática provocó la ignición de la nube de polvo formada alrededor del contenedor de proceso con puesta a tierra.

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Nuestra serie de casos prácticos están dirigidos a aportar una visión sobre cómo y por qué la electricidad estática representa una fuente de ignición en incendios o explosiones graves que suceden durante operaciones cotidianas, relacionadas con la manipulación y procesado de productos combustibles. Aunque la electricidad estática puede considerarse un tema difícil de comprender, esperamos que estos casos prácticos le permitan conocer mejor las razones por las que la electricidad estática es una fuente de ignición plausible y qué medidas prácticas, basadas en códigos de práctica reconocidos internacionalmente, pueden llevarse a cabo para eliminar el riesgo de incendio y de explosión que representa para sus operaciones. Los casos prácticos abarcan una gama de operaciones  que incluyen líquidos y gases inflamables y polvos combustibles cuando se usan en zonas EX/HAZLOC.


Operación: vaciado de tolueno, no conforme a las especificaciones técnicas, de un sumidero.

Este caso práctico investiga las causas de un incendio ocurrido durante una operación de un camión de vacío. El camión de vacío fue enviado a un sumidero subterráneo que contenía principalmente tolueno no conforme a las especificaciones técnicas. Cuando la operación del camión de vacío estaba a punto de finalizar la extracción del tolueno del sumidero, se produjo una ignición de los vapores que acabó ocasionando un incendio. En la investigación posterior del incidente se determinó que el camión de vacío no había sido puesto a tierra por el operador. Aunque se habrían considerado otras fuentes de ignición, el hecho de que el camión no estuviera conectado a tierra y que el material transferido fuera tolueno, hacían que fuese muy probable que una chispa estática fuera la causa del incendio.

Para que se descargue una chispa estática de la superficie de un objeto metálico, debe haber un voltaje en el objeto cargado que supere el «voltaje de ruptura» de la atmósfera circundante. Este voltaje es resultado de la presencia de demasiadas cargas positivas o negativas sobre el objeto y simplemente significa que el voltaje del objeto cargado es lo suficientemente fuerte para crear un canal conductor a través del aire, hacia un objeto secundario. El canal conductor proporciona una trayectoria para que las cargas estáticas fluyan mediante él. En la fracción de segundo en la que se forma el canal, las cargas de exceso pasan rápidamente a través del espacio, liberando energía en el proceso. La energía liberada ocasiona una chispa estática y, si hay una atmósfera inflamable en el «espacio de chispa», hay una gran probabilidad de que la energía de la chispa exceda la energía mínima de ignición (EMI) del vapor, gas o polvo presente en el espacio de chispa.

Para crear un voltaje debe producirse un suministro constante de cargas eléctricas al objeto que está siendo electrificado, que en este caso es el camión de vacío. Una puesta a tierra efectiva del camión habría proporcionado un medio para enviar el exceso de cargas eléctricas a la masa general de la Tierra (puesta a tierra), eliminando el riesgo de que el camión se electrificara. En términos eléctricos esto significa que había una resistencia muy alta desde el chasis/depósito del camión a tierra. Un flujo constante de carga eléctrica es una corriente, por lo que, cuanta más corriente fluya hacia el camión, mayor es su voltaje. Pero ¿de dónde viene esta corriente eléctrica? Del lugar en que la operación de vacío, combinada con la succión de un material como el tolueno, habría creado una «corriente de flujo». El tolueno tiene una resistividad muy alta, con el efecto de que cuando entra en contacto rápido y repetido con otros objetos, especialmente objetos conductores como metales, arranca electrones del otro material. Esto significa que el tolueno tiene más carga negativa que positiva. Cuando el tolueno cargado hace contacto con el camión, hace que la superficie exterior del camión tenga la misma cantidad de carga negativa.

En el caso de este incidente, se utilizó una manguera de neopreno con espiral incrustada de alambre metálico. Como la espiral metálica se había conectado al camión a través de los enganches metálicos de la manguera, toda la longitud de la manguera había estado a la misma tensión que el camión. Si queremos tener algunos cálculos concretos en el caso, para que sea la electricidad estática la fuente de la ignición necesitamos considerar algunas de las características físicas de esta operación.

Se puede estimar una corriente de flujo para un líquido resistivo que fluye a través de un tubo (incluyendo mangueras) a partir de la ecuación:

Corriente de flujo, IS = (2.5×10-5)(v2)(d2)
En donde:
v = velocidad del líquido (metros por segundo)
d = diámetro interno de la manguera (metros)

Se sabe que el flujo de succión era de 2273 litros por minuto, lo que equivale a 3,9 metros por segundo. El diámetro interno de la manguera era de 4 pulgadas, lo que equivale a 0,102 metros. Por consiguiente, la corriente de flujo habría estado en algún punto en la zona de 3 microamperios (3×10-6 A). Se estimó que la resistencia entre el camión y la tierra era al menos de 1×1010 ohmios. La mayor parte de la resistencia habría partido de las ruedas del camión y del asfalto sobre el que se encontraba el camión.

Podría considerarse que el voltaje del camión alcanzó un nivel de al menos:

V = R x I
En donde V = voltaje del sistema de la manguera del camión
I = corriente de flujo suministrada por el tolueno cargado
R = resistencia a la tierra del sistema de la manguera del camión
V = (1×1010).(3×10-6)
Voltaje mínimo del camión = 30.000 voltios

Como la ignición de los vapores sucedió en el sumidero, la descarga debe haber sido de la manguera al ribete metálico del sumidero. Sin embargo, para probar esta teoría, debemos examinar la manguera. Como se indicó anteriormente, la manguera era de neopreno con una espiral incrustada de alambre metálico. Esto significa que la espiral metálica no estaba en contacto físico directo con ningún objeto externo. Además, el neopreno es un material de alta resistividad con una fuerza dieléctrica que es varias veces mayor que el aire, con un valor típico de 10.000 voltios necesarios por milímetro de espacio de chispa. La capa de neopreno tenía un grosor de 2 mm (0,08 pulgadas). Esto implicaría que por cada milímetro de distancia entre la espiral metálica y el sumidero de metal, debería haber habido un voltaje suficientemente alto como para descargar una chispa con suficiente energía para superar el EMI del tolueno. Para superar el neopreno, debería de haber habido al menos 20.000 voltios. Dado que se estima que el voltaje mínimo en el sistema de la manguera del camión era al menos de 30.000 voltios, esto significa que habría habido 10.000 voltios extra para descargarse del neopreno al sumidero. Por lo tanto, en algún punto de la operación, se creó un espacio entre la superficie de la manguera y el sumidero, ocasionando que una chispa completa descargase a través de un espacio con vapores de tolueno.

La parte final del rompecabezas es la energía potencial de la propia chispa. Podemos estimar la cantidad de energía disponible para una descarga mediante la chispa a través de la ecuación:

Energía potencial de chispa (julios) = ½ x capacitancia de objeto cargado x cuadrado del voltaje del objeto.
E = ½ CV2

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