Autor: Peter Haas, Special Application Coordinator, IVS Specialist, Nilfisk GmbH

La fabricación aditiva —en especial la impresión 3D de metales— ha evolucionado en los últimos años desde una tecnología prometedora hasta convertirse en un componente plenamente integrado en la producción industrial. Sin embargo, los polvos finos generados durante estos procesos no solo pueden representar un riesgo significativo para la salud de los trabajadores.

Cuando materiales como aluminio, magnesio o titanio se presentan con un alto grado de pureza, hablamos además de sustancias combustibles y potencialmente explosivas. Por este motivo, su captación, inertización y eliminación están sujetas a normativas especialmente estrictas, que deben cumplirse de forma rigurosa para garantizar la seguridad del entorno productivo.

Por este motivo, esta segunda parte de la serie se centra en cómo las empresas de la industria manufacturera pueden utilizar sistemas profesionales de aspiración industrial para recoger de forma segura estos materiales peligrosos. Además, el foco se sitúa en la Directiva ATEX para instalaciones de producción, así como en las aplicaciones ACD no clasificadas, que requieren igualmente un enfoque riguroso en materia de seguridad y cumplimiento normativo.

Los polvos generados durante el proceso productivo se producen principalmente en segmentos de mercado que utilizan tecnologías modernas de impresión 3D en metal. Este proceso de fabricación basado en láser, conocido también como fabricación aditiva, no solo permite un desarrollo eficiente de modelos y prototipos, sino que se ha consolidado también en la producción de pequeñas series.

Especialmente cuando se trata de fabricar de forma eficiente volúmenes reducidos con geometrías complejas y estructuras internas, la tecnología aditiva ofrece claras ventajas frente a los procesos de fabricación sustractivos —como el mecanizado CNC—, ya que mejora la eficiencia en el uso de recursos y reduce al mínimo el desperdicio de material.

En la práctica, por ejemplo, el sector de la tecnología médica utiliza la impresión 3D en metal para la fabricación de componentes de titanio destinados a prótesis. También la industria de la automoción y los sectores aeroespacial y aeronáutico confían en este proceso tanto en fases de desarrollo y prototipado como en la producción en serie de componentes ligeros de aluminio, titanio o magnesio.

El punto crítico es el siguiente: durante el procesamiento de estos materiales se generan residuos en forma de polvo, que no solo suponen un alto riesgo para la salud, de acuerdo con las clases de polvo L, M y H (véase la Parte 1 de esta). Además, por su naturaleza combustible y explosiva, representan un riesgo real y significativo para las personas, la maquinaria y el propio producto.

Además de la impresión 3D en metal, el procesamiento de materiales compuestos también conlleva un alto riesgo en la gestión de polvos explosivos. Ya sea en la industria de semiconductores, en los sectores de energía eólica y solar o en la fabricación de baterías para automoción, en todos estos entornos se mecanizan componentes formados por combinaciones de metales y plásticos. Como resultado, el uso de sistemas de aspiración certificados conforme a normativa resulta imprescindible para la captación segura de polvos combustibles y peligrosos para la salud.

Y hablando de movilidad eléctrica: esta evolución global plantea nuevos desafíos de seguridad a lo largo de toda la cadena de suministro. La cuestión de por qué las baterías de litio pueden incendiarse de forma aparentemente espontánea suele estar relacionada con contaminaciones mínimas durante el proceso de fabricación. Basta la inclusión de una viruta microscópica en una celda de batería para provocar un defecto grave y potencialmente crítico. 

A la hora de evaluar los riesgos asociados a los polvos, es fundamental analizar la situación desde distintas perspectivas:

En el análisis del riesgo de explosión, el foco no está tanto en la inhalación de las partículas, sino en su concentración en el aire del entorno de trabajo. Un ejemplo especialmente relevante es el aluminio, un material altamente inflamable en forma de polvo. Mientras que en estado sólido o como semiproducto presenta una gran estabilidad, en forma de polvo se inflama con extrema rapidez.

La causa reside en la baja masa de las partículas, que impide una correcta disipación del calor. Como consecuencia, la temperatura de estas partículas aumenta hasta que se produce la ignición o incluso una explosión. Un comportamiento similar muestran los polvos metálicos de magnesio, titanio o circonio.

Cuando estas partículas finas están presentes a una concentración suficiente, basta una fuente mínima de ignición, como una descarga electrostática, para desencadenar una explosión de consecuencias devastadoras. En términos generales, se aplica una regla clara: cuanto más fino es el polvo, mayor es el riesgo de explosión. 

En este contexto, la Directiva ATEX aporta claridad y seguridad jurídica en el Espacio Económico Europeo, ya que establece de forma armonizada cómo deben llevarse a cabo la captación, eliminación y aislamiento de sustancias con riesgo de explosión. Numerosos tipos de polvos potencialmente explosivos se clasifican como aplicaciones en atmósferas potencialmente explosivas (ATEX), lo que implica que los equipos de aspiración utilizados deben certificarse conforme a requisitos adicionales y altamente específicos. A continuación, se muestra un extracto:

• Los equipos eléctricos deben cumplir los requisitos establecidos en la norma VDE 0165, relativa a la planificación, selección e instalación de instalaciones eléctricas. Esto se aplica, por ejemplo, a los sistemas electrónicos de control, que deben estar libres de posibles fuentes de ignición.
• El equipo debe contar al menos con el grado de protección IP54.
• Los equipos deben estar identificados con la temperatura superficial que alcanzan durante el funcionamiento continuo, siempre que esta supere los 80 °C. En cualquier caso, la temperatura superficial no debe exceder los 135 °C.
• Los motores eléctricos deben disponer de protección frente a cortocircuitos, sobrecalentamiento por sobrecarga y fallos de fase.
• El flujo de aire expulsado por el aspirador debe dirigirse de tal forma que no provoque la resuspensión del polvo depositado. A este respecto, la velocidad de aspiración no debe superar 1 m/s a una altura de 50 mm sobre el nivel del suelo.
• Las partes conductoras de la máquina —incluidos los accesorios como el tubo de aspiración y la boquilla manual— deben estar conectadas a tierra para evitar cargas electrostáticas.
• Debe emplearse un sistema de conexión a tierra específico, que garantice dicha puesta a tierra y haga imposible su confusión con accesorios no conductores.
• La resistencia de puesta a tierra no debe superar 1 Ω.
• La carcasa del depósito debe estar fabricada con material de muy baja inflamabilidad.
• Los aspiradores deben estar claramente identificados con la siguiente indicación: “Apto para la zona 22 en áreas con riesgo de explosión por polvo”.
• Asimismo, el equipo deberá llevar el marcado correspondiente a la clase de polvo L, M o H, de acuerdo con los requisitos aplicables.

En la eliminación de polvos explosivos, cobra una importancia especial la certificación de los sistemas de aspiración conforme a la Zona 22. Esta zona delimita un área física en la que, en condiciones normales de funcionamiento, la presencia de una atmósfera potencialmente explosiva en forma de nube de polvo en suspensión no se produce habitualmente o solo aparece durante intervalos breves.

 
Cuando se generan polvos que son tanto explosivos como peligrosos para la salud, el aspirador industrial utilizado debe cumplir simultáneamente los requisitos de la norma IEC/EN 60335-2-69 y de la Directiva ATEX 2014/34/UE. Pero eso no es todo.

La norma DIN 1403 define, además, tres clases de explosión de polvo —St 1, St 2 y St 3— que permiten clasificar con mayor precisión el nivel de riesgo de los polvos en entornos de producción industrial. Mientras que los materiales clasificados como St 1 conllevan un riesgo relativamente bajo, la clase St 2 describe un riesgo medio y la St 3 un riesgo de explosión elevado.

En función de esta clasificación, los aspiradores industriales empleados deben cumplir requisitos adicionales específicos tanto en la captación como en la eliminación segura de los materiales.

Un ejemplo práctico: en un proceso de impresión 3D en metal se utiliza polvo de aluminio como material base. Este material se clasifica, por un lado, como polvo de clase M y, por otro, como una sustancia fácilmente inflamable y explosiva. En este contexto, el proceso de fabricación aditiva se lleva a cabo dentro de una “zona ATEX 22”, definida previamente por el responsable de seguridad.

La tecnología de aspiración utilizada debe cumplir simultáneamente los requisitos de la clase de polvo M y disponer de una certificación ATEX específica para la Zona 22. Además, existe la obligación de cumplir las directrices de eliminación correspondientes a la clase de explosión St 3.

Esto implica, en la práctica, el uso de aspiradores especiales con baño de aceite o de agua, diseñados para la neutralización segura de los polvos de aluminio aspirados. Para el proceso de inertización, estos equipos incorporan depósitos de separación por inmersión, en los que el polvo peligroso se recoge y se sumerge en aceite mineral o agua, reduciendo así de forma eficaz el riesgo de ignición o explosión.

¿Qué hacer con los polvos combustibles fuera de las zonas ATEX protegidas?

Dado que las zonas ATEX conllevan requisitos especialmente estrictos, surge una cuestión clave: ¿quién es el responsable de definirlas?

Esta tarea se lleva a cabo mediante inspecciones exhaustivas de las áreas relevantes —principalmente zonas de producción—, realizadas por el responsable de seguridad de la empresa, en algunos casos junto con un representante de la mutua de accidentes del sector metalúrgico. De forma conjunta, se determina en qué áreas deben definirse zonas ATEX, que pasan a considerarse zonas “clasificadas”.

Con el objetivo de proteger a las trabajadoras y trabajadores, las áreas con riesgo de explosión dentro de las empresas están siendo delimitadas con criterios cada vez más estrictos por parte de las entidades de prevención.

No obstante, es importante destacar lo siguiente: existen también áreas no sujetas a esta clasificación, en las que, aun así, se trabaja con polvos combustibles. En estas zonas “no clasificadas”, resulta suficiente el uso de sistemas de aspiración conformes con ACD, equipados con accesorios antiestáticos
(ACD: Appliance for Combustible Dust).

Las líneas de producción automatizadas exigen sistemas de aspiración altamente inteligentes, capaces de interactuar en tiempo real con los procesos y, al mismo tiempo, de cumplir con todas las exigencias normativas aplicables. No resulta sorprendente, por tanto, que las entidades de certificación externas estén cobrando cada vez mayor relevancia y actúen como un criterio claro de diferenciación entre proveedores.

Más detalles sobre este aspecto en la próxima parte de la serie de expertos de Nilfisk.