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Tecnología de Equipos a prueba de Explosión

Equipo eléctrico para áreas de Zona 0 

Equipo eléctrico para Zona 0 Introducción
Regulaciones
Requerimientos generales
Equipo eléctrico con seguridad intrínseca
Elementos de separación
Cargas electrostáticas
Conclusión





 

 

Equipo eléctrico para áreas de Zona 0

 

Introducción

Por consenso internacional, en los países de la Comunidad Económica Europea las regulaciones básicas con respecto a la protección contra explosiones diferencian las zonas que presentan distintos niveles de riesgo y se clasifican de acuerdo con la probabilidad de que en las mismas se produzca una atmósfera potencialmente explosiva.
En concordancia con la clasificación de estas zonas, los equipos eléctricos que sean instalados en tales áreas requieren de criterios de calidad cada vez más exigentes en cuanto a la protección contra explosiones. Dichas características de protección contra explosiones, especialmente aquella sobre las probabilidades de que un aparato dado provocará ignición en ciertas circunstancias, están concebidas para asegurarse de evitar la posibilidad de que se presenten simultáneamente una atmósfera potencialmente explosiva y una potencial fuente de ignición, manteniendo un adecuado margen de seguridad. En la tabla 1 se enumeran las características típicas de dichas zonas.

Zona

Peligro de explosión

Prevención de fuentes potenciales de ignición

2

Rara vez y por corto tiempo

En operación normal

1

En pocas oportunidades

En operación normal y donde se pueden esperar fallas frecuentes

0

Continuo o por períodos prolongados

Con elevada seguridad incluso donde fallas operativas raramente se pueden presentar

Tabla 1: Relación entre zonas de alto riesgo y de mínimo nivel de protección contra la ignición

 

Regulaciones

El concepto de la separación de áreas de alto riesgo en zonas con diferentes niveles de peligro fue introducido en el sistema alemán de normas con la revisión Elex V del 27/02/1980. Hasta este punto, las normas hacían referencias muy imprecisas acerca de que algún equipo específico no podía ser utilizado en áreas donde estuviera expuesto a la presencia continua de atmósferas de alto riesgo. Estos principios no se consideran ahora del todo adecuados.
Las normas actualmente en vigencia especifican que el equipo eléctrico para uso en áreas de alto riesgo de Zona 0 requieren de una certificación especial en la cual se indica explícitamente la conveniencia del equipo para ser utilizado en la mencionada zona (figura 1). Los estatutos reguladores sobre el almacenamiento, relleno y transporte de fluidos inflamables, exigen además, la presentación de un prototipo aprobado y certificado emitido por un inspector estatal autorizado. Tal circunstancia se debe al hecho de que esta regulación no es únicamente aplicable a todos los equipos y sistemas eléctricos sino también a todos los aspectos técnicos contenidos dentro de su rango de validez y debido a que no existen requerimientos de diseño y de pruebas para equipo eléctrico que se vaya a utilizar en áreas de alto riesgo.

Figura 1  Anexo al Certificado de Conformidad emitido por PTB No. Ex-87.B.2024

En la actualidad, no hay disponibles regulaciones válidas de construcción para equipos eléctricos de uso en áreas de la Zona 0 en ninguna de las regiones geográficas bajo la jurisdicción de la CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica) o de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional). Sólo en la publicación 60079-14 emitida por la IEC "Instalaciones Eléctricas en Atmósferas con Gases Explosivos" se puede encontrar la indicación de que en lugar del certificado prototipo de aprobación según se estipula en DIN VDE 0165, se requieren de equipos y sistemas eléctricos con niveles especialmente altos de seguridad contra explosiones y que deben cumplirse las condiciones especiales para la Zona 0. Entre ellas destacan específicamente condiciones térmicas, mecánicas, eléctricas y químicas e igualmente consideraciones sobre la corrosión y la carga electrostática de superficie.
Las regulaciones actuales, que también se aplican a aparatos no eléctricos para los cuales no se exigen requerimientos de construcción con protección contra explosiones ni certificados prototipos de pruebas, se indican las siguientes especificaciones con respecto a la Zona 0:

  • Aquellas partes con las que las atmósferas explosivas pueden entrar en contacto no deberán alcanzar temperaturas mayores que el 80% de la temperatura de ignición.

  • Incluso bajo condiciones de fallas de operación muy poco frecuentes, ninguna condición deberá provocar la formación de chispas originadas por la fricción, impacto o trituración.

Tampoco deberán producirse descargas electrostáticas que puedan provocar chispas bajo las condiciones de fallas de operación muy poco frecuentes.

  • La radiación de longitudes de ondas ópticas tampoco deberá provocar ignición. Esta condición se logra con densidades de radiación < 1 mW/mm2.

Con el apoyo de la PTB en Braunschweig y los Laboratorios de Minería en Dortmund-Derne (BVS), un grupo de trabajo de la comisión DKE K241, elaboró hace algunos años los requerimientos de construcción para equipo eléctrico de uso en la Zona 0, que están disponibles desde 1982. A pesar de la necesidad urgente de dichos requerimientos de construcción por parte de los fabricantes y pese al consenso general de las opiniones de especialistas, estos requerimientos no pudieron entrar en vigor debido a que una de las condiciones como miembro de CENELEC establece que ningún estado individual emitirá regulaciones nacionales con respecto a un tema que ya fue analizado en CENELEC. A pesar de que las normas específicas de equipo eléctrico para la Zona 0 no han sido controladas directamente por CENELEC, las normas generales para equipo eléctrico con protección contra explosiones ya se encontraban disponibles o bajo discusión. Por ello, los miembros de la comisión de normas alemanas estaban limitados para poder tomar acciones. Lamentablemente, no puede preverse en un futuro cercano la disponibilidad de normas europeas válidas para equipo eléctrico de uso en la Zona 0.

Requerimientos generales

El punto de partida debe ser la consideración de los aspectos de seguridad requeridos para el equipo previsto a usarse en ambientes de Zona 0. En este punto, por definición, se debe anticipar de manera constante o por períodos prolongados, la presencia de una atmósfera potencialmente explosiva y el equipo que se utilizará en estas áreas debe estar construido con tales niveles de seguridad que incluso en las condiciones de falla más remotamente posible el mismo no podrá producir chispas. Para este propósito, las medidas convencionales de protección contra ignición parecen ser inadecuadas; de hecho, deben estar estructuradas de forma tan redundante que en el caso de incumplimiento de alguna de las medidas de prevención, un segundo método efectivo de prevención de ignición debe resultar efectivo. La combinación de dos tipos de prevención de ignición, que sean independientes aunque apropiados, fue descrita en el segundo anteproyecto de DIN VDE 0170/0171 parte 12 con ejemplos. En ese momento se consideró que los riesgos en la clasificación de Zona 0 ocurrían de modo relativamente frecuente y que se requerirían todos los tipos de equipo eléctrico para dichas zonas. Entretanto, la experiencia operativa ha mostrado afortunadamente que tal presunción fue exagerada. Las áreas de clasificación Zona 0 son relativamente muy poco frecuentes y el equipo requerido para tales áreas está limitado a aparatos de control y medición, en algunas oportunidades dispositivos de iluminación, pero muy raras veces otros tipos de equipo.

 

Equipo eléctrico con seguridad intrínseca

En la Zona 0 es preferible utilizar equipo con seguridad intrínseca y se deben cumplir criterios especiales de seguridad. Es conveniente destacar en este punto que las pruebas de equipo con seguridad intrínseca, se basan en una probabilidad de ignición de 10 -3 lo cual indica que si una atmósfera potencialmente explosiva se encuentra presente de modo permanente, los criterios convencionales para equipo con seguridad intrínseca no son apropiados para utilizarse en esta zona de alto riesgo, incluso cuando se cumplen los criterios establecidos para la categoría. A pesar de que se reconoce que el equipo con seguridad aumentada para la Zona 0 debe cumplir los requerimientos para la categoría ia; las consideraciones de seguridad exigen que no debe tener ningún interruptor de contacto abierto y que el aparato usado para la prueba de chispas debe emplear un doble número de arrollados en su componente de alambre de tungsteno, de modo que sea examinado con una correspondiente mayor probabilidad de ignición. Por motivo de consideraciones de seguridad, se usan entonces las curvas límites de ignición — en especial aquellas para circuitos capacitivos — basadas en mediciones efectuadas por la PTB, que encontró que las curvas reconocidas con anterioridad aparentemente tenían imprecisiones.

Elementos de separación

Una de las medidas de protección que se utiliza con frecuencia en la práctica es instalar sólo los elementos totalmente esenciales de un sistema o la parte de un equipo eléctrico dentro del área de Zona 0. Una de las maneras de efectuar dicha clase de instalación es introducir elementos de separación o divisiones de modo que pueda considerarse que la mencionada parte del equipo se encuentra dentro de una zona de menor riesgo. Dichos elementos de separación - generalmente paredes divisorias de diferente grosor - requieren de consideración especial debido a que la limitación de la Zona 0 depende de los mismos.
El requerimiento para una apropiada sección divisoria — es decir, un grosor suficiente del elemento de separación — es una contradicción del requerimiento expuesto según el cual tales divisiones deben tener el menor grosor posible. La selección de materiales y diseños adecuados con elevada resistencia mecánica adquiere por ello importancia.
Se puede asumir que las divisiones elaboradas de acero o materiales similares de 3 mm o más de grosor proporcionan la separación apropiada del riesgo en la Zona 0. El equipo eléctrico ubicado fuera de esas divisiones no necesita tener un diseño de protección contra explosiones.
Si se han de considerar todos los grosores entre 1 y 3 mm como parte de las medidas de protección contra igniciones, entonces el equipo eléctrico que ha sido instalado en la sección con mayor seguridad de tales divisiones debe presentar el diseño convencional de protección contra explosiones. Adicionalmente, el equipo que en su operación normal provoca arcos o chispas debe tener un diseño antideflagrante en su concepción o estar provisto en la suficiente de ventilación para que en el caso de algún defecto en el elemento de separación, no se presente la posibilidad de acumulación de una atmósfera potencialmente explosiva en ese elemento del equipo o dentro del mismo. Un ejemplo de un dispositivo provisto de un elemento de separación con un grosor entre 1 y 3 mm es el interruptor de nivel ilustrado en la figura 2. En el mismo, el impulso de interrupción es provocado por el flotador en el área de Zona 0 a través del acoplamiento magnético mediante una división. Se aplicarán requerimientos especialmente severos en relación con las medidas adicionales de protección contra igniciones cuando el grosor de la pared sea menor que 1 mm. Tales condiciones se presentan en general en aparatos de medición en donde las paredes deben ser especialmente delgadas, por motivos funcionales. En estos casos, el material seleccionado debe haber sido aprobado por el Departamento Estatal de Prueba de Materiales, el cual debe verificar específicamente que la resistencia del material ante la corrosión de la atmósfera de alto riesgo. En la tabla 2 se muestran los requerimientos básicos para los elementos de separación, que son utilizados por la PTB cuando examina equipos eléctricos. Tales requerimientos y la tabla proceden de la notificación No. 93 de la PTB.
Cualquier componente del equipo que sea instalado en áreas de Zona 0 debe, adicionalmente, estar protegido contra igniciones que se produzcan por roce, impacto o cargas electrostáticas.

    Figura 2: Interruptor de nivel para zona 0

Cargas electrostáticas

Se debe dedicar especial atención y aplicar requerimientos más exigentes a los equipos diseñados para otras áreas de alto riesgo a fin de evitar el peligro de igniciones debido a las cargas electrostáticas. Siempre que se produzcan movimientos relativos de algún material, los componentes con baja conductividad eléctrica pueden cargarse electrostáticamente y así convertirse en una posible fuente de ignición. A las Cajas o componentes de las mismas, que sean de plástico, se les permite por ello una resistencia máxima de superficie de 109 Ohmios. Si es imposible impedir que dicha resistencia alcance valores más altos, se deben evitar las peligrosas descargas electrostáticas mediante una configuración adecuada de los componentes susceptibles de cargarse o el uso de redes conductivas conectadas a tierra que sean aplicadas cerca de la superficie de los componentes de plástico para prevenir de manera segura la acumulación de cargas estáticas. La limitación del grosor de una capa de plástico aplicada a la superficie conductora constituye igualmente una medida aceptable de protección.

Chispas por fricción y por impacto

Las chispas que pueden causar ignición se producen no sólo por la acción de los interruptores eléctricos sino también, por ejemplo, debido a la fricción o el impacto. Esta posibilidad se presenta especialmente cuando componentes de aleación de aluminio y de acero hacen roce entre sí o se producen impacto de una con la otra. Incluso una energía de impacto de 1 Joule resulta suficiente para generar una chispa capaz de provocar ignición. El mencionado proceso se denomina reacción aluminio-térmica. Dicho riesgo potencial ha llevado a la exclusión de utilizar aleaciones de aluminio en la Zona 0, tanto para partes móviles como componentes en sitios donde pueden producirse fricciones o impactos. Se permite el uso de combinaciones pares de materiales que requieren de una energía de impacto significativamente mayor — por ejemplo, la combinación de acero/acero necesita una energía de 200 Joules. Para componentes móviles, se prefieren las combinaciones de acero y cobre, latón o bronce, o pares conformados por acero inoxidable.

Conclusión

Las atmósferas potencialmente explosivas de la Zona 0 imponen requerimientos bastante severos sobre el equipo eléctrico que pueda utilizarse debido a la presencia permanente de peligro. En estos sitios con frecuencia es posible evitar el potencial riesgo de Zona 0 mediante la precaución de establecer una ventilación adecuada. Sin embargo, el número de dispositivos de control e instrumentación para la Zona 0 aumenta de forma constante, mientras que otros equipos eléctricos se mantienen en cantidad bastante limitada. Por ello, se debe prestar la mayor atención al diseño de equipos eléctricos con seguridad intrínseca para la Zona 0 y el concepto de barreras de separación entre la Zona 0 y cubiertas protectoras que revistan menor peligrosidad, como componente integral del aparato.

 

Notas adicionales

Para el uso del presente aparato en áreas incluidas en el campo de aplicaciones de la regulación "Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen" (ElexV) se aplican las siguientes observaciones adicionales:
En concordancia con el presente estado de conocimiento no existen reservas desde el punto de vista de la seguridad sobre el uso de sensor de presión piezo-resistiva tipo DB 40 .A...C/D, tipo DM 41 .A... C/D y tipo DM 42 .A...C/D en contenedores para líquidos inflamables con la excepción del disulfuro de carbono (clasificación de Zona 0) cuando el mismo se conecta al dispositivo de medición de nivel tipos FMC 470 Z, FMC 480 Z o FMB 373 Z (fuente de alimentación auxiliar de 24 V d.c.) y tipo DM 40 .A...C/D y tipo DM 41 .A...C/D en contenedores para fluidos inflamables (clasificación de Zona 0) cuando se conecta al dispositivo de indicación de nivel tipo FMB 373 Z (fuente de alimentación auxiliar a.c.)

Condiciones:

Adicionalmente a la prueba de rutina estipulada por VDE 0171, cada sensor de presión será examinado con 1,5 veces la presión operativa máxima posible
El sensor de presión será tomado en cuenta en cualesquiera pruebas de mantenimiento del contenedor.
El sensor de presión tipo DB 41 .A ... C/D, si tiene una longitud mayor a 3 metros, deberá estar asegurado para evitar su doblamiento, mediante el uso de un soporte apropiado.
El sensor de presión tipo DB 42 .A ... C/D, si tiene una longitud mayor a 3 metros, deberá estar equipado con un dispositivo de tensionamiento para evitar oscilaciones.
Cuando el sensor de presión tipo DB 42 .A ... C/D, está ajustado a contenedores sobre el nivel del suelo, se debe utilizar un dispositivo de protección de iluminación tipo HAW 262 Z (para detalles sobre el montaje ver dibujo No. 960 073-0115 B o No. 960 129-0004 B).

 

Tabla 2 Requerimientos especiales para aparatos con elementos de separación


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