Explosión de polvo

Unaexplosión de polvoes lacombustiónrápida de partículas finas suspendidas en aire, generalmente en un espacio cerrado. Las explosiones de polvo pueden ocurrir donde se haya pulverizado material combustible o no en concentraciones suficientemente altas en la atmósfera o dentro de otro medio gaseoso oxidante como el oxígeno.
Las explosiones de polvo son peligros comunes enminas de carbónsubterráneas, en ascensores de granos, sitios de almacenaje  y en otros entornos y procesos industriales. Sin embargo, son utilizadas frecuentemente porartistas de efectos especiales, cineastas y pirotécnicos, dado que tienen un aspecto espectacular y fácilmente contenidas de forma segura bajo ciertas condiciones cuidadosamente controladas.
Si la combustión rápida ocurre en unespacio limitado, se pueden generar sobrepresiones, causando daño estructural importante a edificios y lastimando personas.La liberación repentina de la energía de una "detonación" puede producir una onda de choque, ya sea al aire libre o en un espacio limitado. Si el esparcimiento de llama se da a una velocidadsubsónica, el fenómeno es a veces llamadodeflagración, aunque en la vida cotidiana se les llama a ambas "explosiones".
Las explosiones de polvo pueden ser clasificadas según su naturaleza en "primarias" o "secundarias". Las explosiones primarias pueden ocurrir al interior de equipos o de espacios cerrados, y son generalmente controladas por unaVálvula de alivio de presióna través de ductos específicamente diseñados para liberar la presión hacia el exterior. Las explosiones de polvo secundarias son el resultado de acumulación de polvo dentro de un edificio que es perturbado e incendiado por una explosión primaria, resultando en una explosión incontrolada mucho más peligrosa dentro del lugar de trabajo. Históricamente, las desgracias derivadas de explosiones de polvo han sido el resultado en gran parte de explosiones de polvo de tipo secundario.
Hay cuatro elementos necesarios para que se lleve a cabo una explosión de polvo:
En algunos análisis tradicionales de explosiones de polvo, el confinamiento está considerado como el quinto requisito; esto no es una condición esencial, pero puede agravar considerablemente el daño físico resultante.
Muchos materiales comunes que arden tales como elcarbóny elserrín, pueden también generar explosiones de polvo. Además, muchos materiales orgánicos comunes también pueden ser dispersados en una nube de polvo peligrosa, como granos,harina,almidón,azúcar,leche en polvo,cacao, diversas especias,café, ypolen. LaPulvimetalurgiapuede formar suspensiones explosivas en el aire de algunos metales si los divide finamente (por ejemplo, dealuminio,magnesioytitanio).
El polvo explosivo puede surgir de actividades como el transporte de granos (lossilosa menudo han sido derribado violentamente). La minería del carbón genera polvo de carbón, ymolinos de harinatambién generan cantidades grandes de polvo de harina. Una explosión gigantesca de polvo de harina destruyó un molino en Minnesota el 2 de mayo de 1878, matando a 14 trabajadores en el Washburn A Mill, y otros cuatro en edificios adyacentes. Un problema similar ocurre en lasserreríasy otros sitios dedicados al trabajo en madera.
A pesar de que ser estrictamente polvo, las partículas de papel emitidas durante su procesamiento - especialmente enrollado, desenrollado, calandrado y corte - generan también riesgos de explosión. Las fábricas de papel cerradas sujetas a tales peligros usualmente mantienen niveles de humedad en el aire bastante altos con el fin de reducir la posibilidad de explosiones de polvo por papel aerotransportado.
Enefectos especialesdePirotecnia, el polvo de lycopodium[la cita necesitada] y la crema no láctea​ son dos sustancias comunes con las cuales se puede producir fuego de forma segura. LaBomba terremoto, dependiendo de su combustible, es también una fuente potencial e intencionada de polvo.
Para mantener una combustión rápida, el polvo tiene que constar de partículas muy pequeñas con unaRelación superficie-volumenalta, haciendo así la superficie colectiva o combinada de todas las partículas muy grande en comparación con un polvo de partículas grandes. El polvo está definido como un conjunto de partículas de menos de 500 micrómetros de diámetro, pero el polvo más fino presentará un riesgo mucho mayor que el de partículas gruesas debido a una mayor superficie total de todas las partículas.
Por debajo de cierto valor, es decir dellímite explosivo más bajo(LEL, por sus siglas en inglés), hay sencillamente polvo insuficiente para mantener la combustión a la tasa requerida para que se genera una explosión.​ Una concentración de combustible menor a 25% del LEL está considerada segura.​ De modo parecido, si la tasa combustible/aire se incrementa por encima del límite explosivo superiorlímite explosivo superior(UEL, por sus siglas en inglés), hay insuficiente oxidante para mantener la combustión a la tasa necesaria.
Típicamente, el oxígeno atmosférico normal puede ser suficiente para mantener una explosión de polvo si las otras condiciones necesarias también están presentes. Los ambientes con niveles altos de oxígeno o con oxígeno puro están considerados especialmente peligrosos, dado que son altamente oxidantes (comocloroyflúor). También, suspensiones con partículas de compuestos con alto potencial oxidante, tales comoperóxidos,Cloratos,nitratos,percloratos, y dicromatos, pueden aumentar el riesgo de una explosión si también se encuentran presentes materiales combustibles.
Las llamas no son las únicas fuentes de ignición; pueden existir muchos otros tipos de fuentes. Más de la mitad de las explosiones de polvo en Alemania en 2005 fueron producidas por fuentes que no eran llamas.​ Otras fuentes comunes de ignición son:
Aun así, a menudo es difícil de determinar la fuente exacta de ignición cuándo se realizan las investigaciones después de una explosión. Cuando una fuente no puede ser encontrada, la ignición a menudo será atribuida a laelectricidad estática. Las cargas estáticas pueden ser generadas por fuentes externas, o puede ser generadas internamente por fricción con la superficie de las mismas partículas al chocar unas con otras.
Los polvos tienen una superficie muy grande en comparación con su masa. Dado que la combustión sólo puede ocurrir en la superficie de un sólido o líquido, donde puede reaccionar con el oxígeno, los polvos son mucho más inflamables que los materiales voluminosos. Por ejemplo, una esfera de 1kg(2.2lb) de un material combustible con una densidad de 1 g/cmtendrá aproximadamente 12.4cm(4.9in) de diámetro, y una superficie de 0.048m(0.52 ft). Aun así, si se transformara en partículas de polvo esférico de 50µmen diámetro (similar a la medida de las partículas deharina) se tendría una área de 120 metros cuadrados (1,300sqft). La altamente incrementada superficie permite que el material se queme de forma mucho más rápida; por otro lado, al tener una masa mucho más pequeña, cada partícula puede prenderse fuego con menos energía que si fuera un material voluminoso dado que no habría pérdida de calor que se pudiera transmitir en el material.
Cuando esta mezcla de combustible y aire se incendia, especialmente en un espacio limitado como un almacén o silo, se incrementa significativamente la presión, a menudo por encima del nivel necesario para demoler la estructura. Incluso los materiales que son especialmente seleccionados por su incapacidad para prender en fuego (como el aluminio), o de combustión lenta (como la madera), pueden producir una explosión potente cuando son divididos finamente, y pueden ser incendiados incluso por una pequeña chispa.
Una explosión de polvo puede causar daño importante a estructuras, equipamiento y personal debido a la gran presión generada o por los efectos de las ondas de choque. Los objetos voladores y los escombros pueden causar daño más lejano. El intensoCalor radiantede una bola de fuego puede incendiar el entorno, o causarquemaduras de pielseveras en personas desprotegidas. En espacios muy cerrados, el repentino agotamiento del oxígeno puede causarasfixia.
Muchas investigaciones se han llevado a cabo en Europa y en otros lugares para entender cómo controlar estos peligros, sin embargo las explosiones de polvo siguen ocurriendo. Las alternativas para hacer procesos y plantas más seguras dependen de la industria.
En la industria minera del carbón, unaexplosión de metanopuede iniciar una explosión de polvo de carbón, el cual pueden entonces abarcar la mina entera. Como precaución se debe esparcir polvo de piedra incombustible a lo largo de los caminos de la mina, o almacenarlo las bandejas que cuelguen del techo con el fin de diluir el polvo de carbón removido por una onda de choque al punto en el que no se pueda quemar. Las minas también pueden ser rociadas con agua para evitar las explosiones.
Algunas industrias excluyen el oxígeno de procesos que levantan polvo, una precaución conocida como "inerting". Típicamente esto utilizanitrógeno,dióxido de carbono, oargón, los cuales, al ser gases incombustible, pueden desplazar el oxígeno. El mismo método es también utilizado en tanques de gran almacenamiento en los cuales los vapores inflamables se pueden acumular. Aun así, el uso de gases libres de oxígeno conllevan riesgo deasfixiapara los trabajadores. Los trabajadores que necesitan iluminación en espacios cerrados donde las explosiones de polvo tienen alta probabilidad de ocurrir a menudo usan lámparas diseñadas parabuzos submarinosdado que, al estar selladas, no tienen riesgo de producir chispas en el exterior.
Las buenas prácticas de limpieza del hogar, como la eliminación de depósitos de polvo combustible que pueda ser perturbado y provocar una explosión secundaria, también ayudan a mitigar el problema.
Las mejores medidas de control en ingeniería pueden ser encontradas en los Estándares de Combustión de Polvo de laAsociación Nacional de Protección contra el Fuego(NFPA), las cuales incluyen:
Las nubes de polvo son fuentes comunes de explosiones, las cuales se estima que causan 2,000 explosiones anualmente en Europa.​ La tabla indica incidentes notables en todo el mundo.