En el último blog dimos a conocer el riesgo que los polvos representan en la industria, dando a conocer las consecuencias de no proteger procesos industriales para mitigar los riesgos de explosión. También conocimos el resultado catastrófico que sufrió la planta de Imperial Sugar en Georgia por una grave explosión por polvo de azúcar en 2008.
Conocer la existencia del riesgo de explosión es un gran paso, sin embargo, ¿conoces el porqué suceden? A continuación, vamos a indagar en los fundamentos de las explosiones por polvos combustibles.
El área de superficie y velocidad de reacción química
La velocidad de una reacción química, como la combustión, puede ser acelerada al incrementar el área de la superficie del sólido reactivo. Esto se puede ver en procesos en casa como prender el carbón para una carne asada. Fanáticos de estos eventos saben que encender trozos grandes de carbón es más retador que encender los trozos más pequeños.
La razón es simple ya que se indaga mas al respecto. Mientras más pequeño es un sólido, más porcentaje de ese sólido está disponible para reaccionar, acelerando la reacción de combustión. Regresemos al ejemplo del carbón para asar. Puedes tener un trozo de 1kg entero o tener 100 trozos de 10g cada uno. En ambos casos tenemos la misma cantidad de sólido reactivo, pero la cantidad expuesta a una reacción es distinta. El trozo de 1kg tiene la mayoría de su material reactivo en su interior. Lo opuesto sucede con los trozos de 10g.
Mientras más pequeño es un sólido, mayor es su velocidad de reacción, lo cual llega a su máxima expresión cuando estudiamos el particulado sólido. La siguiente gráfica compara la velocidad de reacción entre dos casos, trozos de material contra polvos.
El polvo en incendios y explosiones
Ya conocemos las velocidades altas de reacción de combustión alcanzados por particulado sólido, sin embargo, esto en sí mismo no basta para crear una explosión, de hecho hay otros riesgos que pueden suceder como resultado del mal manejo de polvo combustible.
Incendio:
El triángulo del fuego es bien conocido. Los riesgos de incendio tienen una fuerte presencia en la industria y con justa razón. Es bien sabido que se requiere calor, oxígeno y combustible para generar fuego y como lo dice el nombre, los polvos combustibles asentados son un gran elemento para el fuego.
Deflagración:
Una deflagración queda definido por la NFPA como la propagación de una zona de combustión a una velocidad menor a la del sonido. Esta genera una onda expansiva de calor y presión que puede afectar sus alrededores.
El polvo asentado es una gran fuente de combustible para un incendio, sin embargo, al estar asentado la gran mayoría del particulado sólido no está disponible para reaccionar, haciendo que se comporte como un trozo de material combustible en lugar de polvo. Si el polvo se encuentra suspendido, toda el área de superficie de cada partícula queda disponible para reaccionar con una fuente de ignición, haciéndolo mucho más peligroso.
Basta con echar un vistazo a este caso registrado por el CSB (Chemical Safety and Hazard Investigation Board) de un incendio que alcanzó particulado de metal suspendido.
Explosión:
Asi es como llegamos al riesgo titular de este blog, las explosiones por polvo combustible. Tenemos el polvo combustible, se encuentra suspendido, con presencia de oxígeno y una fuente de ignición. Esto generará una deflagración, sin embargo, ¿qué sucede si contenemos esa deflagración en un contenedor?
Una catástrofe
La NFPA define a una explosión como la ruptura de algún contenedor, producto de la presión interna acumulada gracias a una deflagración. Básicamente es la ruptura de paredes conteniendo una deflagración que, al no aguantar con el calor y presión generado, se rompen violentamente.
En el siguiente video podemos observar los 5 elementos de una explosión en una demostración por partes. Primero la suspensión del polvo, seguido de una deflagración y por último, una explosión.
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Referencias: