Apagallamas

Un apagallamas es un dispositivo que permite el paso del gas pero detiene la llama para evitar un incendio o una explosión mayor. Hay una enorme variedad de situaciones en las que se aplican los apagallamas. Cualquiera que participe en la selección de apagallamas debe entender cómo funcionan estos productos y sus limitaciones de rendimiento. Para ello, este artículo ofrece una introducción a la tecnología y la terminología de los apagallamas y los tipos de productos disponibles.

Historia de los apagallamas

El principio de funcionamiento de los apagallamas fue descubierto en 1815 por Sir Humphry Davy, un famoso químico y profesor de la Royal Institution de Inglaterra. Un comité de seguridad de la industria minera inglesa del carbón se dirigió a Davy en busca de ayuda técnica. Necesitaban una forma de evitar que las lámparas de aceite de los mineros provocaran explosiones cuando el gas inflamable llamado grisú se filtrara en los pozos de la mina. Sir Humphry estudió el gas, que consistía principalmente en metano. La investigación se centró en cómo arde el metano en diversas condiciones y con distintas proporciones de aire. La solución de Davy consistió en encerrar la llama de la lámpara de forma segura con un cilindro alto de malla metálica finamente tejida llamada gasa metálica. A la derecha se muestran dos de las primeras lámparas de seguridad de Davy.

La luz de la lámpara pasa lo suficiente a través de la pantalla para ser útil. El aire para la llama de aceite alrededor de la mecha de la lámpara entra por la parte inferior de la pantalla. El gas de escape caliente sale por la parte superior. Cuando una mezcla combustible de metano entra con el aire, una llama de metano arde contra el interior de la pantalla. Sin embargo, ni la llama del metano ni la de la lámpara pasan por las estrechas aberturas de la pantalla. El alambre metálico absorbe el calor de la llama y luego lo irradia a una temperatura mucho menor.

Apagallamas modernos

Desde la época de Sir Humphry, se han aplicado apagallamas de numerosas variedades en muchas industrias. Todos ellos funcionan según el mismo principio: eliminar el calor de la llama cuando ésta intenta atravesar pasajes estrechos con paredes de metal u otro material conductor del calor. Por ejemplo, los apagallamas fabricados por la mayoría de los fabricantes emplean capas de cintas metálicas con ondulaciones onduladas.

Los apagallamas se utilizan en muchas industrias, como la de refinado, la farmacéutica, la química, la petroquímica, la de pulpa y papel, la de exploración y producción de petróleo, la de tratamiento de aguas residuales, la de vertederos, la minera, la de generación de energía y la de transporte de líquidos a granel. En algunos casos, las llamas implican reacciones exotérmicas (que producen calor) distintas de la oxidación. Los procesos que generan los gases combustibles o reactivos incluyen la mezcla, la reacción, la separación, el mezclado, la perforación y la digestión. Estos procesos implican numerosas configuraciones de equipos y mezclas de gases.

Cómo funcionan los apagallamas modernos

Los apagallamas son dispositivos pasivos sin piezas móviles. Impiden la propagación de la llama desde el lado expuesto de la unidad al lado protegido mediante el uso de un elemento de célula de llama de tipo cinta metálica enrollada.
Esta construcción produce una matriz de aberturas uniformes que están cuidadosamente construidas para apagar la llama absorbiendo el calor de la misma. Esto proporciona una barrera de extinción a la mezcla de vapores encendida.

Canal de célula de llama

En condiciones normales de funcionamiento, el apagallamas permite un flujo relativamente libre de gas o vapor a través del sistema de tuberías. Si la mezcla se enciende y la llama empieza a retroceder por la tubería, el apagallamas impedirá que la llama vuelva a la fuente de gas.

Apagallamas de deflagración o detonación en línea

La otra categoría principal consiste en apagallamas en línea, también conocidos como apagallamas de deflagración y detonación. (En términos no técnicos, deflagración significa combustión rápida y detonación significa explosión). Estas unidades se instalan en las tuberías para impedir el paso de las llamas.

La mayoría de las aplicaciones de los apagallamas en línea se encuentran en sistemas que recogen los gases emitidos por líquidos y sólidos. Estos sistemas, comúnmente utilizados en muchas industrias, pueden denominarse sistemas de control de vapor. Los gases que se ventilan a la atmósfera o se controlan mediante sistemas de control de vapores suelen ser inflamables. Si las condiciones son tales que se produce una ignición, podría producirse una llama dentro o fuera del sistema, con el potencial de provocar daños catastróficos.

1. Lado expuesto 2. Lado protegido 3. Estabilización de la llama en el elemento apagallamas
4. El elemento apagallamas absorbe y apaga el frente de la llama 5. Tuberías

Una variedad de sistemas de control de vapores se denomina sistemas de destrucción de vapores. Se incluyen los sistemas de antorcha elevada, los sistemas de antorcha cerrada, los sistemas de incineración catalítica y de quemadores, y las calderas de gases residuales.

Otro tipo de sistema de control de vapor que utiliza supresores de llama en línea son los sistemas de recuperación de vapor. Aquí se incluyen los sistemas de equilibrio de vapor, refrigeración, adsorción, absorción y compresión.

Sin embargo, los apagallamas en línea se utilizan a veces en aplicaciones de final de línea. Por ejemplo, una unidad en línea puede montarse debajo de una válvula de ventilación de un tanque de almacenamiento de líquidos. La válvula reduce las emisiones y la pérdida de producto, mientras que el apagallamas protege el tanque de las llamas en la atmósfera durante el venteo de gases inflamables.

Selección de apagallamas en línea
Los diversos estados dinámicos explicados anteriormente para las llamas confinadas pueden ser muy peligrosos para un sistema de proceso debido a las tremendas energías asociadas con la presión de detonación y la velocidad de la llama. Las cosas suceden rápidamente y pueden volverse catastróficas. Estos múltiples estados dinámicos aumentan el reto de proporcionar un producto o productos apagallamas que detengan la llama y soporten las enormes presiones causadas por las explosiones dentro de las tuberías confinadas.

La amplísima gama de comportamientos posibles para una llama confinada provoca dos problemas particulares para los productos apagallamas. En primer lugar, los estados de deflagración a alta presión y detonación estable tienen una cinética de combustión muy estable, y la llama se mueve muy rápido. Por lo tanto, el apagallamas debe ser capaz de absorber el calor de la llama mucho más rápido de lo que requieren las condiciones estándar de deflagración de baja a media presión. En segundo lugar, las presiones de impulso instantáneas causadas por las ondas de choque de la detonación sobrealimentada someten al pararrayos a fuerzas de hasta 20995 kPa(g) (3000 psig). Por lo tanto, el apagallamas debe ser estructuralmente superior a los apagallamas estándar de baja presión.

Apagallamas de fin de línea o de venteo a la atmósfera

Los apagallamas de fin de línea o de venteo a la atmósfera permiten el venteo libre en combinación con la protección contra las llamas para aplicaciones de venteo vertical. Impiden la propagación de la llama absorbiendo y disipando el calor mediante celdas de llama de acero inoxidable enrolladas en espiral.
Los apagallamas de final de línea se utilizan en aplicaciones como los respiraderos de los tanques de almacenamiento de petróleo.

La aplicación clásica es evitar que el fuego de la atmósfera entre en un recinto. Alrededor de 1920, por ejemplo, se empezaron a instalar apagallamas en los respiraderos de los tanques de almacenamiento de petróleo. Evitan que los tanques exploten cuando el gas que sale de los respiraderos es alcanzado por un rayo.

A la inversa, algunos apagallamas de final de línea evitan que el fuego en un recinto encienda una atmósfera explosiva, como en una refinería. Por ejemplo, los apagallamas pueden instalarse en las entradas de aire de los hornos y en las chimeneas de escape.

Imagen de Enardo

Selección de apagallamas de fin de línea
Los apagallamas de deflagración de fin de línea están diseñados para la propagación de llamas no confinadas, también conocida como explosión atmosférica o deflagración no confinada. Simplemente se atornillan al proceso o a la conexión del tanque. Estos diseños incorporan una tecnología bien establecida pero sencilla. La mayoría utiliza un único elemento de cinta metálica enrollada que proporciona la transferencia de calor necesaria para apagar la llama antes de que atraviese el elemento del supresor.

Los principales puntos de interés al seleccionar un descargador para aplicaciones de final de línea son los siguientes:

• Denominación de grupo peligroso o valor MESG del gas
• Características de rendimiento de estabilización de la llama del descargador en comparación con el potencial del sistema para la estabilización de la llama durante períodos de tiempo sostenidos
• Temperatura del gas de proceso
• Caída de presión a través del descargador durante las condiciones de flujo de venteo, en relación con la presión y el vacío máximos admisibles del sistema
• Materiales de construcción que cumplan las condiciones ambientales y de proceso – por ejemplo, clima extremadamente frío, niebla salina, gas químicamente agresivo, etc.
• Tipo y tamaño de las conexiones
• Requisitos de instrumentación

API 2000 4.5.2 Opciones de diseño para la prevención de explosiones dice: