Entre 1980 y 2005 ocurrieron al menos 281 incendios y explosiones provocados por polvo combustible en la industria de Estados Unidos. Estos incidentes causaron al menos 119 muertes y 718 personas lesionadas, e incluyen siete explosiones catastróficas registradas durante esa década, con múltiples víctimas fatales, un fuerte impacto económico en las comunidades afectadas y ocurridas en una amplia variedad de industrias que manejaban diferentes tipos de polvo combustible.
De acuerdo con un informe de la US Chemical Safety Board (CSB), uno de los principales factores que contribuyó a la elevada cantidad de incidentes fue la falta generalizada de conocimiento sobre los riesgos asociados con las explosiones de polvo. Cuando el personal de una planta desconoce estos peligros, resulta mucho más difícil implementar las medidas de seguridad adecuadas y capacitar correctamente a los trabajadores para minimizar la posibilidad de que ocurra una explosión. Este artículo fue preparado con el objetivo de crear conciencia sobre los riesgos de las explosiones de polvo y explicar qué medidas pueden adoptarse para prevenirlas.
Una explosión de polvo que se origina en un sistema de control de polvo puede provocar la destrucción de toda una instalación.
La mayoría de los materiales orgánicos sólidos, así como muchos metales y materiales inorgánicos no metálicos, pueden explotar cuando se reducen a partículas muy finas y se dispersan suficientemente en el aire bajo las condiciones adecuadas. Muchos polvos combustibles se producen de manera intencional para diversas aplicaciones industriales, como los recubrimientos metálicos en polvo o ingredientes alimenticios como almidón de maíz, harina y azúcar granulada. Otros se generan durante los procesos de fabricación y transporte de materiales, como ocurre en la industria maderera o en la explotación de canteras. Además, durante operaciones como molienda, pulido o transporte de materiales, pueden producirse grandes cantidades de polvo que posteriormente se acumulan sobre distintas superficies de la planta.
Cualquier industria que produzca materiales combustibles de tamaño de partícula fino, o que simplemente genere grandes cantidades de polvo como parte normal de su operación diaria, está expuesta al riesgo de sufrir una explosión de polvo. Industrias como la metalúrgica, alimentaria, del plástico y de la madera son solo algunos ejemplos donde este tipo de accidentes puede presentarse.
La anatomía de una explosión de polvo
El inicio
Los principios básicos de la combustión se representan mediante el conocido Triángulo del Fuego, el cual muestra los tres elementos indispensables para que exista combustión: Combustible, Calor (fuente de ignición) y Oxígeno. En el caso de las explosiones de polvo, es necesario agregar otros dos elementos para formar lo que se conoce como el Pentágono de la Explosión de Polvo: Dispersión del polvo y Confinamiento. Cuando estos cinco factores están presentes al mismo tiempo y en las proporciones adecuadas, puede producirse una explosión de polvo. Cuantos más de estos elementos puedan controlarse o mantenerse por debajo del umbral de combustión, menor será la probabilidad de que ocurra un incidente.
Cuando un material sólido se convierte en polvo o partículas muy finas, generalmente se vuelve mucho más fácil de incendiar que cuando se encuentra en estado sólido. Esto se debe a que las partículas pequeñas poseen una superficie total mucho mayor expuesta al oxígeno. Por ejemplo, una esfera de 1 kg de un material con una densidad de 1 g/cm³ tendría aproximadamente 27 cm de diámetro y una superficie cercana a 0.3 m². Sin embargo, si esa misma masa se dividiera en partículas esféricas de 50 micrómetros de diámetro (aproximadamente el tamaño de una partícula de harina), su superficie total aumentaría hasta 60 m². Este enorme incremento en el área superficial permite que el material se queme mucho más rápidamente. Además, como cada partícula posee una masa extremadamente pequeña, requiere mucha menos energía para incendiarse que el material sólido original, ya que prácticamente no existe pérdida de calor por conducción hacia el interior del material.
La fuente de ignición de una explosión de polvo suele ser muy difícil —e incluso imposible— de determinar con absoluta certeza. En un entorno industrial existen numerosas fuentes potenciales de ignición y, después de un incidente, no siempre es posible identificar cuál fue la responsable. Entre las posibles fuentes de ignición se encuentran: llamas abiertas, descargas electrostáticas, fricción, reacciones químicas, arcos eléctricos producidos por maquinaria u otros equipos y superficies calientes.
Explosiones primarias y secundarias
Las explosiones primarias de polvo, en un entorno industrial, normalmente ocurren cuando una nube de polvo (polvo suspendido en el aire) es encendida por una fuente de ignición. Aunque esta primera explosión puede involucrar una cantidad considerable de polvo, con frecuencia no es la más destructiva. Esto se debe a que la onda de presión generada por la explosión inicial puede desprender el polvo acumulado en otras áreas de la instalación (como sobre vigas, columnas, estanterías altas, maquinaria y otros lugares donde suele acumularse polvo y residuos), dispersándolo nuevamente en el aire y provocando una explosión mucho mayor, conocida como explosión secundaria de polvo. La mayoría de las muertes y de los daños materiales ocasionados por este tipo de accidentes son consecuencia de las explosiones secundarias, no de la explosión inicial.
Condiciones que pueden provocar una explosión de polvo
El mismo informe de la Chemical Safety Board (CSB) mencionado anteriormente, después de analizar diversos accidentes industriales relacionados con explosiones de polvo, concluyó que, aunque cada incidente tuvo circunstancias particulares, todos compartían los siguientes factores:
- ⦿ La administración de la planta no cumplía con las normas de la NFPA (National Fire Protection Association) que habrían prevenido o reducido los efectos de las explosiones.
⦿ El personal de la empresa, las autoridades encargadas de hacer cumplir las normas, las compañías aseguradoras y los profesionales de salud y seguridad que inspeccionaban las instalaciones no identificaron los riesgos asociados al polvo combustible ni recomendaron medidas de protección.
⦿ Existían acumulaciones peligrosas de polvo combustible y las labores de limpieza para eliminarlas eran insuficientes.
⦿ Los trabajadores y supervisores, en muchos casos, desconocían los riesgos de las explosiones de polvo.
⦿ Los procedimientos y la capacitación para eliminar o controlar estos riesgos eran inadecuados.
⦿ Incendios previos y otras señales de advertencia fueron considerados "normales", sin investigar ni corregir sus causas.
⦿ Los colectores de polvo estaban mal diseñados o recibían un mantenimiento deficiente para minimizar el riesgo de explosiones.
⦿ Se realizaron modificaciones en los procesos sin evaluar adecuadamente los nuevos riesgos que podían generar.
A continuación se presentan algunos de los casos investigados por la CSB, donde se observa cómo estos factores contribuyeron al desarrollo de los accidente
Incendio y explosión por polvo orgánico: Massachusetts (3 fallecidos, 9 lesionados)
En febrero de 1999 ocurrió un incendio y una explosión en una fundición ubicada en Massachusetts. La OSHA y las autoridades estatales y locales realizaron una investigación conjunta. El informe determinó que el incendio comenzó en una máquina de moldeo de cáscaras (shell molding machine) por una causa desconocida y posteriormente se propagó a través de los ductos del sistema de ventilación, alimentándose de importantes acumulaciones de polvo de resina fenol-formaldehído. Dentro del sistema de ductos se produjo una pequeña deflagración primaria que desprendió el polvo acumulado sobre la parte exterior de los ductos. La nube de polvo resultante alimentó una explosión secundaria lo suficientemente potente como para levantar el techo del edificio y provocar el colapso de varios muros. Entre las causas identificadas por la investigación se encontraban deficiencias en:
- ⦿ Las labores de limpieza para controlar la acumulación de polvo.
⦿ El diseño del sistema de ventilación.
⦿ El mantenimiento de los hornos.
⦿ Los dispositivos de seguridad de los equipos.
Incendio y explosión por polvo orgánico: Carolina del Norte (6 fallecidos, 38 lesionados)
En enero de 2003, una serie de incendios y explosiones destruyó una planta farmacéutica en Carolina del Norte dedicada a fabricar componentes de caucho para sistemas de administración de medicamentos. El accidente dejó seis trabajadores fallecidos y 38 personas lesionadas, entre ellas dos bomberos. La Chemical Safety and Hazard Investigation Board (CSB) concluyó que la explosión fue alimentada por una acumulación de polvo combustible de polietileno que se encontraba sobre los plafones suspendidos del edificio. La CSB no pudo determinar con certeza qué originó el incendio inicial ni cómo el polvo se dispersó para formar la nube explosiva dentro del espacio oculto sobre el techo. La explosión causó daños severos en la planta y afectó también a negocios cercanos, una vivienda y una escuela. Las principales deficiencias identificadas fueron:
- ⦿ Evaluación insuficiente de los riesgos.
⦿ Deficiente comunicación de los peligros.
⦿ Deficiencias en la gestión de ingeniería.
Como resultado, la CSB recomendó aplicar las disposiciones de la norma NFPA 654, Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids, además de promover su adopción oficial por parte del estado de Carolina del Norte.
Incendio y explosión por polvo orgánico: Kentucky (7 fallecidos, 37 lesionados)
En febrero de 2003, una planta dedicada a fabricar materiales acústicos para aislamiento en Kentucky fue escenario de otra explosión fatal por polvo combustible. La investigación de la CSB concluyó que el escenario más probable fue el siguiente: un pequeño incendio originado en un horno desatendido encendió una nube de polvo generada durante las labores de limpieza de una línea de producción cercana. A partir de ahí se produjo una cadena de explosiones que se propagó por toda la planta. La CSB identificó deficiencias en:
- ⦿ Evaluación insuficiente de los riesgos.
⦿ Evaluación de riesgos.
⦿ Protocolos de mantenimiento
⦿ Diseño del edificio.
⦿ Investigación de incendios ocurridos anteriormente.
Incendio y explosión por polvo metálico: Indiana (1 fallecido, 1 lesionado)
El polvo metálico finamente disperso también puede ser explosivo cuando se encuentra confinado dentro de un recipiente o edificio. En octubre de 2003, una planta en Indiana donde se mecanizaban ruedas de aluminio para automóviles sufrió un accidente de este tipo, el cual también fue investigado por la CSB. Aunque el informe final aún no había sido publicado, un comunicado de la CSB describió un escenario muy similar a los casos anteriores: una explosión primaria provocada por polvo de aluminio cerca de un horno para fundir virutas metálicas, seguida de una explosión secundaria dentro del sistema de control de polvo.
Prevención y mitigación de explosiones de polvo
Ahora que hemos analizado muchos de los factores que pueden contribuir a una explosión de polvo, destacaremos varias áreas que, si reciben la atención adecuada, ayudarán a crear un entorno de trabajo más seguro y a reducir el riesgo de daños materiales y lesiones personales.
Análisis de riesgos
Ya hemos hablado del enorme peligro que las explosiones de polvo representan para las personas y los bienes materiales. A continuación, presentamos varios aspectos que, si se abordan correctamente, pueden reducir significativamente la probabilidad de que ocurra una explosión de polvo y, en caso de que suceda, disminuir su gravedad, salvando vidas y reduciendo los daños a las instalaciones.
Análisis de Riesgo por Polvo Combustible (DHA)
Reconocer que existe la posibilidad de una explosión de polvo es el primer paso para prevenirla. Como mencionamos anteriormente, la mayoría de los polvos o materiales en forma de polvo pueden arder y, si se dispersan en el aire en las proporciones adecuadas, pueden explotar. El mismo estudio de la CSB citado anteriormente concluyó que, a pesar de la larga historia de explosiones de polvo en la industria, en muchos casos los riesgos asociados con los polvos combustibles fueron ignorados tanto por los operadores de las plantas como por auditores externos de aseguradoras e inspectores gubernamentales. Por ello, reconocer el potencial de este tipo de accidentes desde la etapa de diseño de una instalación y durante la realización periódica de análisis de riesgos es fundamental.
A continuación, se presentan algunos de los aspectos que deben evaluarse al realizar un análisis de riesgos en una instalación con respecto al potencial de explosiones de polvo.
Combustibilidad del polvo
Antes que cualquier otra cosa, es indispensable determinar si los distintos tipos de polvo que se generan en la instalación son realmente combustibles. Como ya se explicó, la mayoría de los materiales en forma de polvo pueden arder cuando se dispersan en el aire en las proporciones adecuadas. Sin embargo, esas proporciones varían según el material. Por ello, es fundamental que los responsables recopilen toda la información posible acerca de los materiales presentes en la instalación. Una posible fuente de información es la Hoja de Datos de Seguridad (MSDS o Material Safety Data Sheet) del material. En algunos casos, los fabricantes también pueden proporcionar información adicional, como resultados de pruebas de combustibilidad. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, muchas veces la MSDS no contiene información suficiente sobre la combustibilidad del material cuando se encuentra en forma de polvo. En esos casos, puede ser necesario realizar pruebas adicionales para obtener esa información.
Consideraciones eléctricas
Durante el análisis de riesgos deben identificarse todas las áreas que requieran una clasificación especial para equipos eléctricos debido a la presencia —o posible presencia— de polvo combustible. Existen diversas normas y guías publicadas sobre la clasificación de equipos eléctricos para este tipo de ambientes, entre ellas: La norma eléctrica de OSHA (29 CFR Parte 1910 Subparte S), NFPA 70, National Electrical Code®, NFPA 499, Recommended Practice for the Classification of Combustible Dusts and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas.
Varias de estas normas clasifican los polvos combustibles en tres grupos principales (metálicos, carbonosos y otros) y establecen diferentes consideraciones de seguridad para cada uno. Por ejemplo, los polvos metálicos se consideran eléctricamente conductores. Por ello, deben tomarse precauciones especiales para evitar que la corriente eléctrica atraviese las capas de polvo, ya que esto podría provocar cortocircuitos o arcos eléctricos capaces de iniciar una ignición. Además, en determinados procesos industriales pueden existir otras fuentes de ignición de alta energía, como los arcos de soldadura, que también deben considerarse durante el análisis.
Potencial de acumulación de polvo
La cantidad exacta de polvo necesaria para provocar una explosión puede variar considerablemente. Como se explicó anteriormente, factores como el tamaño de las partículas, la forma en que el polvo se dispersa, el diseño del sistema de ventilación, las corrientes de aire, la presencia de barreras físicas y el volumen del área donde existe polvo suspendido pueden variar de una aplicación a otra. Con la información específica de cada instalación es posible identificar las áreas de mayor riesgo y adaptar el análisis a las condiciones particulares de cada zona y a todas las variables que influyen en el peligro.
Incluso acumulaciones de polvo aparentemente pequeñas pueden provocar daños catastróficos. La CSB estimó, por ejemplo, que la explosión que destruyó una planta farmacéutica en 2003 y provocó la muerte de seis trabajadores fue causada principalmente por acumulaciones de polvo inferiores a 0.25 pulgadas de espesor. Por su parte, la NFPA advierte que una capa de polvo superior a 1/32 de pulgada que cubra más del 5 % de la superficie de una habitación representa un riesgo importante de explosión.
Existen numerosos lugares dentro de una planta donde puede iniciarse una explosión. Las áreas donde el polvo se concentra son un punto evidente para comenzar la evaluación. En los colectores de polvo, por ejemplo, siempre que el sistema está operando existe una mezcla potencialmente combustible de polvo suspendido y aire. También deben evaluarse los lugares donde el polvo puede depositarse, ya sea en áreas visibles o en espacios ocultos, como vigas del techo, la parte superior de estanterías y otros sitios similares. Al realizar el Análisis de riesgos, debe considerarse cuidadosamente cualquier escenario en el que ese polvo acumulado pueda volver a dispersarse en el aire, ya sea durante la operación normal de la planta o como consecuencia de una falla del proceso.
Medidas preventivas
Una vez que se han evaluado los riesgos y se han identificado las áreas peligrosas, pueden implementarse una o varias de las siguientes medidas de prevención, protección y mitigación.
Control del polvo
Controlar la cantidad de polvo que se genera, el lugar donde se produce y la forma en que se dispersa dentro de la instalación es fundamental para reducir la probabilidad de que ocurra una explosión. En este sentido, se recomienda implementar las siguientes acciones:
- ⦿ Minimizar la cantidad de polvo que escapa de los equipos de proceso y de los sistemas de ventilación.
⦿ Instalar un sistema de control de polvo y supervisarlo continuamente para asegurarse de que esté funcionando correctamente.
⦿ Siempre que sea posible, utilizar materiales o superficies que dificulten la acumulación de polvo y faciliten su limpieza.
⦿ Inspeccionar e identificar todos los espacios ocultos o de difícil acceso donde pueda acumularse polvo.
⦿ Establecer un programa periódico de limpieza para todas las áreas propensas a la acumulación de polvo y cumplirlo rigurosamente.
⦿ Utilizar métodos de limpieza que no generen nubes de polvo cuando existan posibles fuentes de ignición.
⦿ Instalar las válvulas de alivio fuera de las zonas con riesgo por polvo combustible.
⦿ Mantener un programa integral de control de polvo que incluya inspecciones de riesgos, pruebas, limpieza y medidas preventivas.
En varios de los casos mencionados anteriormente, la explosión inicial se propagó a través de los ductos que conectaban distintos equipos dentro de la planta (generalmente el sistema de control de polvo y otras partes del sistema de ventilación). Por ello, es fundamental que estos sistemas de ductos cuenten con válvulas de aislamiento contra explosiones y que se inspeccionen periódicamente para eliminar las acumulaciones excesivas de polvo.
Además, ciertas operaciones que generan grandes cantidades de polvo (como el uso de abrasivos, granallado, esmerilado o pulido) están sujetas a los requisitos de ventilación establecidos por OSHA (o por organismos gubernamentales equivalentes).
Control de fuentes de ignición
Además del control del polvo, controlar todas las posibles fuentes de ignición es una parte fundamental de cualquier programa integral de control de polvo. Además de las consideraciones eléctricas mencionadas anteriormente, existen muchos otros aspectos que deben atenderse para reducir el riesgo de ignición. A continuación, se presentan algunas recomendaciones importantes:
- ⦿ Realizar la correcta instalación, clasificación, operación y mantenimiento de todos los equipos eléctricos y del cableado (empleando métodos de cableado Clase II y equipos certificados como "a prueba de ignición por polvo" y "herméticos al polvo", cuando corresponda).
⦿ Implementar métodos adecuados para controlar la electricidad estática, como sistemas de puesta a tierra y conexiones de aterrizaje.
⦿ Restringir el uso de cigarrillos, llamas abiertas y cualquier fuente de chispas dentro del área de trabajo.
⦿ Reducir o aislar las fuentes de chispas mecánicas y fricción.
⦿ Separar los materiales extraños que puedan provocar la ignición de los materiales combustibles del proceso.
⦿ Evitar el contacto entre superficies calientes y el polvo combustible.
⦿ Instalar detectores y arrestadores de chispas en todos los ductos del sistema de control de polvo. - ⦿ Para obtener más información sobre regulaciones, guías y recomendaciones, se pueden consultar las siguientes fuentes:
- ⦿ NFPA 654, Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids.
⦿ Norma de OSHA para montacargas industriales (Powered Industrial Trucks Standard, 29 CFR 1910.178).
- ⦿ NFPA 654, Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids.
Mitigación de daños
Aun cuando se implementen todas las medidas preventivas posibles, siempre existe la posibilidad de que ocurra un incidente. Por ello, la mejor estrategia es prepararse para el peor escenario y adoptar medidas que reduzcan la gravedad de un accidente si llegara a presentarse. A continuación, se presentan algunas recomendaciones para minimizar el impacto de una explosión de polvo:
- ⦿ Separar y aislar el riesgo en la mayor medida posible. Mantener distancia entre el área de riesgo y las zonas de trabajo, y utilizar barreras de protección cuando sea factible.
⦿ Instalar sistemas de venteo para deflagraciones.
⦿ Instalar válvulas de alivio de presión en los equipos que lo requieran.
⦿Implementar sistemas de detección de chispas o brasas, junto con equipos automáticos de extinción.
Supresor de chispas
⦿ Siempre que sea posible, instalar un sistema de protección contra explosiones, incluyendo sistemas de rociadores automáticos y otras tecnologías especializadas de supresión.
Capacitación adecuada para empleados y personal directivo
Aun cuando se implementen todas las medidas preventivas mencionadas anteriormente, seguirá existiendo una alta probabilidad de que ocurra una explosión de polvo si tanto los trabajadores como el personal directivo no reciben la capacitación adecuada sobre los peligros asociados con el polvo combustible, los procedimientos de seguridad para reducir la probabilidad de que ocurra un incidente y las acciones necesarias para controlar y minimizar los daños en caso de que suceda.
Empleados
Los trabajadores capacitados en técnicas de prevención y respuesta ante incidentes son fundamentales para la operación segura de cualquier instalación. Son las personas que se encuentran más cerca del riesgo y, si saben reconocer y prevenir este tipo de situaciones, pueden contribuir enormemente a evitar que ocurran. Asimismo, debe fomentarse que los empleados se sientan con la confianza de reportar condiciones de trabajo inseguras o señalar áreas donde puedan mejorarse los estándares de seguridad. Por ello, todos los empleados, independientemente de si trabajan directamente en áreas de riesgo o no, deben recibir capacitación sobre las prácticas de trabajo seguras relacionadas con sus funciones, así como sobre los programas generales de la planta para el control de polvo y el control de fuentes de ignición. También es recomendable impartir cursos periódicos de actualización para mantener estos temas presentes y asegurar que el personal esté al tanto de cualquier cambio en las condiciones de riesgo de la instalación.
Personal directivo
Un equipo calificado de gerentes debe ser responsable de realizar un análisis de riesgos de la instalación (o de contratar a especialistas calificados para llevarlo a cabo) antes de introducir un nuevo peligro o modificar un proceso. Además, debe desarrollar un programa de prevención y protección adaptado específicamente a la operación de la planta. Los supervisores y gerentes deben conocer, respaldar y promover los programas de control de polvo y de control de fuentes de ignición de la planta. Su capacitación también debe incluir la forma de fomentar el reporte de prácticas inseguras y facilitar la implementación de acciones correctivas.
Conclusión
Los riesgos asociados con las explosiones de polvo son muy reales. A lo largo de los años han provocado enormes pérdidas materiales y han costado la vida a muchas personas. Por ello, nunca debe subestimarse la importancia de implementar un programa integral de control de polvo que incluya un análisis de riesgos, la aplicación de técnicas comprobadas de control de polvo y de fuentes de ignición, medidas para mitigar los daños y la capacitación tanto del personal operativo como del personal directivo.
Consulta este video elaborado por la CSB:
Director of Operations | Dust Collection Specialist | Industrial Filtration Consultant
Dominick DalSanto is an author and environmental technologies expert specializing in dust collection systems. He has nearly a decade of hands-on working experience in the industry. Dominick is the sales director and sales technical advisor for an industrial dust collection equipment manufacturer. Personally took the lead on key projects each year from sales engineer to field advisor to project manager to business relations. Born in San Bernardino County, California, and raised in Chicago, he currently resides in Buenos Aires, Argentina.
