INSTALACIONES ELECTRICAS EN AREAS PELIGROSAS

PABLO A. HUAMBACHANO C.ING.CIP 22627

DPRISA - AIS S.R.L. - DEMEM S.A.

RESUMEN

Existen diferentes maneras de desarrollar el diseño eléctrico de instalaciones en Áreas Peligrosas, en este trabajo vamos a mostrar algunos procedimientos para seleccionar y aplicar adecuadamente los métodos más apropiados. Esto requiere un conocimiento adecuado de las normas y recomendaciones prácticas aplicables, un adecuado criterio y una real inventiva para encontrar diseños económicos sin sacrificar la calidad ni la seguridad de las instalaciones.

Durante los últimos años, ha ocurrido una mezcla de tecnologías derivada como consecuencia de los traslados de los capitales propietarios de las industrias en el mundo. Esta mezcla de tecnologías, es algo que nosotros hemos apreciado en las plantas industriales de nuestro país desde hace

mucho tiempo. Aquellos que estuvieron familiarizados con el sistema de Clasificación por División usado en el Código Nacional de Electricidad, han tenido oportunidad de conocer equipos que a primera vista no podían ser usados en atmósferas peligrosas. Por otro lado aquellos que estuvieron familiarizados por el método europeo de Clasificación por Zonas se han visto en la necesidad de considerar equipos que se veían como fuera de lugar, en las zonas peligrosas de sus industrias.

Durante este trabajo vamos a mostrar:1. Bases para entender la clasificación de un

Área Peligrosa2. Clasificación de las Áreas Peligrosas3. Tipos de equipos que se usan en estos

lugares.

INTRODUCCION

Las instalaciones de una refinería de combustible, una planta petroquímica, y una plataforma de perforación de pozo petrolero, lucen como lugares de trabajo riesgosos, y lo son. Pero incluso lugares que se muestran como lugares seguros para trabajar, pueden tener áreas que son peligrosas debido a la presencia de elementos combustibles en el ambiente. Muchas veces no se entiende bien que cierto tipo de metales pueden quemarse, y que cuando los polvos de estos metales son depositados en una superficie caliente, estos pueden encenderse y explotar violentamente. Similarmente, finos fragmentos (flotantes) de algodón y otras fibras que flotan en el aire pueden encenderse si están presentes en las concentraciones apropiadas.Incluso la más peligrosa de estas instalaciones, puede ser segura para el trabajo de las personas en estas áreas, siempre que se hayan tomado las debidas precauciones para

asegurarse que están bien. Ciertamente, no se permiten fuegos abiertos en estas instalaciones, está prohibido el uso de herramientas que producen chispas, y la generación de electricidad estática debe también ser prevenida. Siguiendo un esfuerzo riguroso de normas de trabajo, todas estas potenciales fuentes de ignición pueden ser fácilmente eliminadas.

Los sistemas eléctricos instalados dentro de estas instalaciones, sin embargo, también tienen la posibilidad de incendiar una atmósfera peligrosa. Por esta razón las normas de electricidad locales, nacionales e internacionales y los laboratorios de certificación calificados y otras partes involucradas se preocupan de que las instalaciones eléctricas en estos lugares de trabajo no sean los responsables de estas situaciones.

1.0 BASES PARA ENTENDER LA CLASIFICACION DE UN AREA PELIGROSA

1.01 CAUSAS DE INCENDIOS Y EXPLOSIONES

Los incendios o explosiones requieren tres ingredientes:

Combustible, Oxígeno y Energía, cada uno en cantidad suficiente.

Si al combustible almacenado en forma de líquido en un depósito bajo alta presión (como el propano) se le deja salir solo de una manera regulada, el combustible se evaporará como gas a la presión atmosférica y sólo se mezclará con el aire alrededor de la fuente de ignición y producirá una llama. Desde que se genera calor con la combustión, el gas escapado continuará quemándose en ese punto cuando la fuente de encendido sea apagada o retirada.

Por otro lado, cuando un gran volumen de combustible gaseoso es mezclado en la proporción correcta, de tal forma que cada molécula de combustible tenga suficiente oxígeno, y la temperatura de unas pocas moléculas de la mezcla alcance o supere su temperatura de ignición, ocurrirá una combustión instantánea (una explosión).

Cuando a un combustible líquido o sólido se le aplica calor, el combustible gradualmente se convertirá en gas que, cuando se mezcle con el oxígeno del aire y se encienda, provocará una combustión lenta (un fuego).

El encendido de polvos puede ocurrir bajo diferentes conjuntos de condiciones: Primer conjunto, un polvo combustible está presente, y el polvo está suspendido en el aire en las proporciones requeridas para producir una mezcla que se pueda encender, también debe haber una cantidad suficiente de esta mezcla en la vecindad del equipo eléctrico, y debe haber una liberación de energía del sistema eléctrico, suficiente para encender la mezcla en suspenso; Segundo conjunto, un polvo combustible debe estar presente, y el polvo se debe haber depositado por capas en el equipo eléctrico en espesores suficientes para interferir con la disipación de calor, permitiendo que la capa alcance la temperatura de encendido del polvo, y la temperatura externa del equipo eléctrico debe ser lo suficientemente alta para que provoque que el polvo alcance su temperatura de ignición.

1.02 DEFINICION DE ALGUNOS TERMINOS

Punto Flash de un liquido, es la temperatura mínima a la que el líquido entrega vapor en concentración suficiente para formar una mezcla inflamable con el aire cercano a la superficie del liquido.Los combustibles líquidos tienen un punto flash en o sobre los 37.8 ºC.Los líquidos inflamables son aquellos con un punto flash debajo de los 37.8ºC y tienen una presión de vapor que no excede los 40 psia a 37.8ºC.La presión de vapor es la presión de un vapor confinado en equilibrio con su líquido a una temperatura específica. Generalmente, cuanto mayor sea esta presión, mayor será la presión de explosión máxima resultante.

Temperatura de Ignición de una sustancia, sea esta sólida, líquida o gaseosa, es la temperatura mínima requerida para iniciar o causar una combustión auto sostenida independientemente del elemento calefactor.La temperatura de ignición observada bajo ciertas condiciones puede ser variada substancialmente por un cambio de las condiciones de observación. Por esta razón, las temperaturas de ignición se verán solo como aproximaciones. Algunas de las variables que se sabe que afectan la temperatura de ignición son; la composición porcentual de la mezcla de vapor o gas con el aire, la forma y dimensiones donde ocurre el encendido, el grado y duración del

calentamiento, tipo y temperatura de la fuente de encendido y concentración del oxigeno.La temperatura de ignición de un combustible sólido es influenciada por el flujo de aire, grado de calentamiento, y el tamaño de la muestra.Limites de Inflamación o de Explosividad: En el caso de gases o vapores que forman mezclas inflamables con el aire u oxigeno, existe una concentración mínima de la sustancia en el aire u oxigeno, debajo de la cual la propagación de la llama no ocurre en contacto con una fuente de encendido.Propagación de la llama se entiende a la expansión de la llama desde una fuente de encendido a través de la mezcla inflamable. Los gases y vapores pueden formar mezclas inflamables en atmósferas diferentes que el aire u oxígeno, por ejemplo hidrógeno en cloro. Existe también una proporción máxima de vapor o gas en el aire sobre la cual la propagación de la llama no ocurre.Estas mezclas límites de vapor o gas con aire, que si se encienden propagan la llama, se conoce como los límites de explosividad

superior e inferior, y son usualmente representados en términos de porcentaje por volumen del gas o vapor en el aire.En términos corrientes, una mezcla por debajo del límite inferior de explosividad es muy "pobre" para quemarse o explotar y una mezcla sobre el límite superior de explosividad es demasiado "rico" para quemarse o explotar.Los valores de límites de explosividad dados en las tablas han sido determinados con temperaturas y presiones atmosféricas normales, a menos que se indique lo contrario. Pueden haber considerables variaciones en los limites de explosividad a presiones y temperaturas mayores o menores que las anormales. El efecto general de elevar la temperatura o presión es el de disminuir el limite inferior y elevar el limite superior, es decir aumenta el rango de explosividad. El disminuir la temperatura o presión, por el contrario, aumenta el límite inferior y disminuye el límite superior; es decir disminuye la amplitud del rango de explosividad.

Densidad del Vapor es el peso de un volumen de vapor o gas (sin presencia del aire) comparado con el peso de un volumen igual de aire seco a la misma temperatura y presión. Se le calcula como la relación al peso molecular promedio del aire (29). Un valor de densidad menor que 1 indica que el vapor o gas es menos pesado que el aire y

tendría tendencia a irse hacia arriba en atmósferas relativamente tranquilas. Un valor de densidad mayor que 1 indica que el vapor de gas es más pesado que el aire y tiende a viajar por los niveles inferiores a considerables distancias y llegar a una fuente de encendida e inflamarse.

1.03 MATERIALES PELIGROSOS Y LA CLASIFICACION DE AREAS COMPARACION ENTRE CENELEC-IEC / NEC

CENELEC / IEC NECMATERIAL

INFLAMABLEPROTEC-

CIONZONA GRUP

OSUBDIVI-

SIONCLASE DIVI-

SIONGRUPO

GASES Y VAPORESAcetileno d, e 1, 2 II C I 1, 2 AHidrógeno d, e 1, 2 II C I 1, 2 B

Oxido de Propileno d, e 1, 2 II B I 1, 2 BEthil óxido d, e 1, 2 II B I 1, 2 BButadieno d, e 1, 2 II B I 1, 2 B

Ciclopropano d, e 1, 2 II B I 1, 2 CEthil Eter d, e 1, 2 II B I 1, 2 CEtileno d, e 1, 2 II B I 1, 2 CAcetona d, e 1, 2 II A I 1, 2 DBenzeno d, e 1, 2 II A I 1, 2 DButano d, e 1, 2 II A I 1, 2 DPropano d, e 1, 2 II A I 1, 2 DHexano d, e 1, 2 II A I 1, 2 D

Solventes de Pintura d, e 1, 2 II A I 1, 2 DGas Natural d, e 1, 2 II A I 1, 2 D

POLVOS COMBUSTIBLESMagnesio D/DIP 21, 22 II 1 EAluminio D/DIP 21, 22 II 1 E

Polvos metálicos con R=<10^5 Ohms x cm

D/DIP 21, 22 II 1 E

Carbón D/DIP 21, 22 II 1 FHarina D/DIP 22 II 2 G

Polvos no metálicos con R>10^5 Ohms x cm

D/DIP 22 II 2 G

FIBRAS Y POLVOSRayón III 1, 2 (1)

Algodón III 1, 2 (1)Lino III 1, 2 (1)

Madera III 1, 2 (1)Cáñamo III 1, 2 (1)Estopa III 1, 2 (1)

Fibra de coco III 1, 2 (1)(1) División 1: áreas de fabricación / División 2: áreas de almacenamiento

1.04 NORMAS EN EL MUNDO

Las principales normas que rigen el diseño y las instalaciones eléctricas y la fabricación de materiales y equipos para atmósferas explosivas, son: IEC (Internacional Electrotechnical

Commission) / CENELEC ANSI (American National Standard Inst-

itute) / NEC (National Electrical Code)

La IEC es una organización internacional que existe desde 1904, cuyas oficinas principales quedan en Génova, Suiza. La mayoría de los países europeos son integrantes de la IEC, los principales países del medio y lejano oriente y los E.U. de A. también son miembros de la IEC, desde hace mucho tiempo. En 1947, con la creación de la ISO (International Standards Organization) por las Naciones Unidas, la IEC se hizo responsable de la organización de la división eléctrica, manteniéndose independiente. La IEC, a su vez mantiene activa dos sistemas para aprobar acuerdos: IECEE, trabaja con los fabricantes para

proveer los medios para aprobar los equipos eléctricos a un costo adecuado y lo más pronto posible.

IECO, trabaja con toda la industria de componentes electrónicos, certificando componentes, y suministrando información sobre fabricantes y distribuidores calificados.

La IEC incluye más de 100.000 páginas en más de 3.000 normas.Debido a que la IEC incluye a diferentes países, y muchos de ellos han incorporado sus propias normas, se formó un grupo denominado CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). La designación de las normas de la CENELEC es con “EN” (European Normalisation). Actualmente la CENELEC respalda más de 1.000 documentos, que contienen en total más de 25.000 páginas, más del 90% de las cuales han sido adoptadas directamente de la IEC.Los objetivos de la CENELEC incluyen:

Normalizar la ingeniería, el diseño y la construcción en Europa, en base a normas uniformes.

Retirar barreras para la fabricación internacional.

Asegurar una alta calidad de los bienes y la seguridad para los consumidores.

Establecer una referencia única cuya conformidad significará que los bienes fabricados pueden ser comercializados libremente a través de los 18 países europeos.

A partir de 1996, el NEC usa los nombres de los grupos de gases, clases de temperaturas de equipos y la definición de áreas del IEC.La ANSI, la NFPA (National Fire Protection Association), la UL (Underwriting Laboratories), la API (American Petroleum Institute), la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), y la NEMA (National Electrical Manufacture Association) emiten y revisan permanentemente, normas que son mencionadas por el NEC en la clasificación de distintas ubicaciones y otros asuntos que deben ser conocidos por aquellos que trabajan en proyectos relacionados con áreas peligrosas y los equipos que van instalados en ellos.Un electricista acostumbrado a leer y usar los símbolos ANSI/NEMA/IEEE en los planos de trabajo, tiene dificultad cuando observa por primera vez símbolos y documentos de IEC/CENELEC, lo mismo en el sentido contrario. Asimismo existen diferencias entre las frecuencias y niveles de tensión usadas en una y otra norma. Pero la mayor diferencia entre las metodologías de la IEC/CENELEC y las metodologías de ANSI/NEC/NEMA/IEEE/ NFPA/API se encuentran dentro de los conceptos de Áreas Peligrosas. Estas metodologías son tan diferentes y tan desarrolladas, que el esfuerzo para que estén disponibles universalmente lo mejor de las dos metodologías, llego a la conclusión final que era necesario respetar cada una de ellas siendo explicada y mantenida separado una de otra.

2.00 CLASIFICACION DE LAS AREAS PELIGROSAS

Es difícil eliminar por entero el equipo eléctrico de las áreas peligrosas. Entonces, el equipo eléctrico instalado en estas ubicaciones puede ser la fuente que cause el encendido de materiales inflamables. Lo real sería, entonces, usar equipos y materiales específicamente probados y aprobados para ser usados dentro de atmósferas peligrosas específicas.Un factor principal en la selección del equipo es la clasificación del área por la naturaleza del material peligroso presente: gas, vapor, polvo, fibras ó material flotante. Por esta razón es necesario entender claramente su identificación.Las normas europeas e internacionales definen las áreas peligrosas de manera diferente que el NEC. Esto puede verse

comparando el procedimiento de clasificación de áreas que sigue cada norma.

La presencia en un área peligrosa de cajas o envolturas de plástico con recorridos desprotegidos de cables que ingresan directamente a las cajas con conectores de cable, es algo que no se entiende fácilmente cuando uno ha estado acostumbrado a efectuar instalaciones eléctricas en áreas peligrosas bajo las reglas del NEC, en donde en instalaciones similares los alambrados tienen que estar protegidos por conductos aprobados, con accesorios de sellado a menos de 500 mm de la caja ó envoltura, que es generalmente de metal fundido. Obviamente, el método de clasificación del área peligrosa varía de una a otra.

2.01 CLASIFICACION DE LA PELIGROSIDAD POR LAS REGLAS DEL IEC/CENELEC

Las cajas o envolturas apropiadas para áreas peligrosas son llamadas “a prueba de fuego”. Las normas disponen la mínima presión de exceso para las que estas cajas o envolturas deben ser diseñadas cuando son usadas en los diferentes grupos de materiales. Las normas también dan las guías para las longitudes y espesores necesarias de las ranuras requeridas para prevenir el encendido de la mezcla explosiva fuera de la caja. Adicionalmente, el reglamento especifica los valores máximos de la temperatura de la superficie de las envolturas de los equipos en servicio continuo.

Una razón de la aparentemente liviana construcción de las envolturas aprobadas por CENELEC es que se dedica un considerable esfuerzo en reducir la peligrosidad debido al sistema eléctrico en las áreas peligrosas. Por ejemplo, los pulsadores, luces piloto, interruptores de carrera, y dispositivos similares, tienen los contactos que generan arcos eléctricos, dentro de compartimentos herméticamente sellados. Un mayor énfasis se toma en el uso de alambrados y

dispositivos intrínsecamente seguros y el uso de compartimentos presurizados.

La IEC define tres zonas para la clasificación de áreas peligrosas, por la presencia de gases ó vapores combustibles (IEC 79.10 de 1995):

ZONA 0 La mezcla explosiva de gas, vapor o polvo está permanentemente presente, por ejemplo la fase gaseosa en el interior de un tanque de almacenamiento ó una cámara abierta.

ZONA 1 La atmósfera explosiva está casi siempre presente, debido a la presencia de gases, vapores ó polvos, durante la operación normal del proceso.

ZONA 2 La atmósfera explosiva no está presente durante la operación normal, sólo está presente durante cortos periodos y de manera accidental.

Asimismo las zonas con polvos inflamables ó combustibles se clasifican de la siguiente manera (IEC 94/9 EC):

ZONA 20 Esta es una zona en donde existe una atmósfera explosiva, en forma

de una nube de polvo combustible mezclado con aire, todo el tiempo o durante largos periodos o frecuentemente.

ZONA 21 Esta zona es aquella en la que la atmósfera explosiva en forma de nube de polvo combustible, mezclado

con aire ocurre ocasionalmente durante la operación normal.

ZONA 22 En esta zona la atmósfera explosiva en forma de una nube de polvo mezclado con aire no está presente durante la operación normal del equipo. Sin embargo puede estar presente durante periodos breves.

2.02 CLASIFICACION DE LA PELIGROSIDAD POR LAS REGLAS DEL NEC

Las denominadas Áreas Peligrosas son aquellos lugares donde una sustancia inflamable está o puede estar presente en un estado fácilmente inflamable. Estos lugares pueden ser aquellas instalaciones donde se manipulen, almacenen o procesen líquidos, gases, vapores, polvos o fibras inflamables.

Estas áreas se clasifican por el tipo de material que se maneje, procese o almacene. El Artículo 500 del NEC define las clases como sigue:

Clase I.- Son aquellos locales en los que en su atmósfera están o pueden estar presentes gases o vapores inflamables en cantidad suficiente como para producir una mezcla inflamable o explosiva. Los varios gases y vapores están organizados en cuatro grupos: Grupo A, Grupo B, Grupo C y Grupo D.

Clase II.- Son aquellos lugares que son peligrosos debido a la presencia de polvos combustibles. Para los polvos las categorías están agrupadas en: Grupo E, Grupo F, y grupo G.

Clase III.- Son aquellas áreas donde existen condiciones de peligrosidad debido a la presencia de fibras o materiales que produzcan pelusas inflamables. Esta clase de áreas no tienen grupos específicos que las identifiquen.

Dentro de las Clases mencionadas el NEC considera:

División 1.- Son locales en donde existen concentraciones peligrosas de líquidos, gases,

vapores, polvos o fibras inflamables en forma continua o periódica, bajo condiciones normales de operación; o lugares en donde pueden existir frecuentemente concentraciones peligrosas de tales substancias debido a operaciones de mantenimiento o reparación, o debido a fugas; o áreas donde la interrupción de servicio u operaciones defectuosas de los equipos o procesos que pueden liberar concentraciones peligrosas de las substancias inflamables, pueden también causar fallas simultáneas del equipo eléctrico.

División 2.- Son locales en las que líquidos, vapores, gases, polvos o fibras inflamables son manejados, procesados o usados, pero estas substancias inflamables pueden normalmente ser confinados dentro de depósitos o sistemas cerrados desde donde ellos pueden escapar solo en caso de ruptura accidental o falla de tales depósitos o sistemas, o en caso de operación anormal de los equipos; o lugares en donde las concentraciones peligrosas de gases o vapores son normalmente prevenidas por ventilación artificial pero que pueden llegar a ser peligrosas debido a fallas u operación anormal del equipo de ventilación; o áreas adyacentes a áreas de la División 1, desde donde pueden ocasionalmente ser comunicadas concentraciones peligrosas de gases o vapores, a menos que tal comunicación sea prevenida, primero por adecuada ventilación de presión positiva desde una fuente de aire limpio, y segundo por precauciones efectivas contra fallas de ventilación.

3.00 SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS

3.01 EQUIPOS PARA LUGARES PELIGROSOS DE ACUERDO AL IEC/CENELEC

La selección de los equipos a ser instalados en áreas peligrosas están controlados por regulaciones específicas dadas por la IEC/CENELEC. Un factor principal en la selección del equipo es la naturaleza del material inflamable y la probabilidad de que estos materiales estén presentes en concentraciones suficientes para hacerlos peligrosos.Se debe realizar una distinción entre dos grupos de equipos eléctricos: Grupo I.- Equipo eléctrico para trabajos

subterráneos, en minas con atmósferas explosivas.

Grupo II.- Equipo eléctrico diseñado para trabajo en la superficie.

La selección de equipos se realiza de acuerdo a los siguientes criterios:

A. Clasificación del gas o vapor B. Índice de protección IPC. Modo de protecciónD. Medio Ambiente:

Ambiente Tropical: implica la más fuerte protección contra la corrosión del acabado metálico.

Ambiente Industrial: relacionado con fábricas, la principal protección es contra el contenido de substancias sulfúricas en la atmósfera.

Acabado Marino: relacionado principalmente contra la continua presencia de una alta humedad relativa y un cierto contenido de sal marina en el aire. Excluyendo ataques permanentes del agua de mar.

3.01.01 SELECCIÓN DEL EQUIPO CORRECTOEQUIPO IEC CENELEC NEC (UL)

Luminarias Fijas para Uso General

IEC 79.0 IEC 79.1

y/o 79.7 IEC 598.1

EN 50 014 EN 50 018 y/o

50 019 EN 60 598.1

UL 844

Equipo Portátil UL 844 UL 781

Reflectores y Lámparas

UL 844 UL 783

Luminarias con lámparas fluorescentes

UL 844 UL 1570

Luminarias con lámparas incandescentes

UL 844 UL 1571

Salidas de Fuerza

IEC 79.0 IEC 79.1

y/o 79.7 IEC 309.1

(IEC 309.2)

EN 50 014 EN 50 018 y/o

EN 50 019 EN 60 309.1

(EN 60 309.2)

UL 1010 UL 1682

3.01.02 INDICES DE PROTECCION DE LAS ENVOLTURAS

PROTECCION CONTRA CUERPOS SÓLIDOS / Primera cifra

IP DESCRIPCION0 Sin protección1 Protegido contra cuerpos sólidos

mayores de 50mm (Contacto accidental con la mano)

2 Protegidos contra cuerpos mayores de 12.5mm (Contacto accidental de los dedos de la mano)

3 Protegido contra cuerpos sólidos mayores de 2.5mm (Herramientas, alambres)

4 Protegido contra cuerpos sólidos mayores de 1mm (herramientas finas, pequeños alambres)

5 Protección contra el polvo, no resistente a depósito de capas

6 Protección completa contra el polvo

PROTECCION CONTRA LIQUIDOSSegunda cifra

IP DESCRIPCION0 Sin protección1 Protección contra goteo vertical

de agua, condensación2 Protección contra goteos que

vienen con una inclinación de hasta 15° de la vertical

3 Protección contra goteos de lluvia con inclinación de hasta 60° de la vertical

4 Protección contra la salpicadura de agua en todas las direcciones

5 Protección contra chorros de agua en todas las direcciones

6 Protección completa contra chorros de agua con fuerza similar a mares fuertes

7 Protección contra los efectos de la inmersión

8 Protección contra el efecto de inmersión prolongada, bajo condiciones especificadas

3.01.03 MODOS DE PROTECCION

MODOS DE PROTECCIÓN RECONOCIDOS POR LA IECMETODO DE PROTECCION LETRAS DE IDENTIFICACION

A prueba de fuego DIntrínsecamente seguro

(zona 0)Ia

Intrínsecamente seguro (zona 1)

ib (1)

Sobre presión interna PSeguridad incrementada e (1)

Inmerso en aceite o (1)Rellenado con polvo q (1)

Encapsulado m (1)Zona 2 n

Protección especial s (2)(1) Aún no reconocida en Norte América(2) Reconocida como equivalente de seguridad a otros métodos, pero

que no tiene norma establecida.

3.01.04 EJEMPLO: EEx de IIB T6

EJEMPLOEEx de IIB T6 IP 66/67

EEx (CENELEC)Ex (IEC)

Equipo designado para operar en atmósfera explosiva

d Carcasa a prueba de fuegoe Seguridad incrementadaII Trabajo en superficieB Subdivisión de los gases que se toman en cuenta para

dimensionar el sellado a prueba de fuegoT6 Clase de Temperatura del equipo, indica la temperatura

máxima de la superficie del equipo, durante la operación66 Completa protección contra:

el polvo, y chorros de agua con fuerza similar al mar

67 Completa protección contra: el polvo, y efectos de la inmersión

3.02 EQUIPOS PARA LUGARES PELIGROSOS DE ACUERDO AL NEC

Para una apropiada selección e instalación de los componentes de sistemas eléctricos en lugares peligrosos, es necesario conocer los fundamentos de diseño de los equipos. El equipo o instalación eléctrica que se escoja o diseñe, para ser ubicado dentro de una atmósfera inflamable, debe estar provisto de un tipo de protección que evite que la atmósfera que rodea al equipo o instalación eléctrica, sea encendida.El equipo debe ser aprobado, no sólo para la Clase de la ubicación, sino también para las características de combustión, inflamabilidad o explosividad del gas, vapor, polvo, fibra o elementos flotantes que estará presente en el ambiente.El equipo aprobado debe tener una placa de identificación que muestre la Clase, Grupo y la temperatura de operación o el rango de temperatura, referido a un ambiente de 40°C. Los equipos apropiados para temperaturas ambientes superiores a 40°C, debe ser marcado con la máxima temperatura ambiente y con la temperatura de operación ó rango de temperatura a esa temperatura ambiente.

A continuación describiremos algunos de los tipos de protección con que se proveen a los equipos que van a ser usados en lugares peligrosos.

Equipos Intrínsecamente Seguros: Son equipos y cableados que son incapaces de liberar suficiente energía eléctrica para causar la inflamación de una mezcla atmosférica determinada, en su condición más fácil de ser inflamada, bajo condiciones normales o anormales de operación. El equipo y su cableado asociado deben ser instalados de tal forma que, ellos deben estar positivamente separados de los circuitos que no son intrínsecamente seguros. El uso de estos equipos, está limitado a instrumentos de control de proceso, ya que estos sistemas eléctricos, por las características propias de su función, se prestan a sí mismo a los bajos requerimientos de energía.

Equipos Sumergidos en Aceite: Estos equipos tienen todas sus partes productoras de arcos, inmersas debajo de 6" de aceite, para lugares Clase I, División 1, y por debajo de 2" de aceite, en ubicaciones División 2. Son equipos que ocupan gran volumen, de mantenimiento y construcción compleja; se les utiliza principalmente en aplicaciones de contactores, interruptores o en resistencias, reactores, etc.

Equipos de Cubiertas Presurizadas: En algunos equipos o accesorios eléctricos, el diseño o fabricación de cubiertas a prueba de explosión resulta complicado o antieconómico. Esto ocurre especialmente con grandes motores o tableros que tengan que ser usados en lugares Clase I, División 1. La solución es usar cubiertas cerradas, presurizadas con aire limpio o gas inerte, que albergan los motores y sus controles o los interruptores de un tablero.El aire limpio es enviado a la cubierta a través de un ducto, la cantidad y presión de aire necesarias se calculan mediante tablas ya elaboradas, por los fabricantes de estos equipos. Para este sistema es necesario utilizar ventiladores externos, ya que si se usa un ventilador acoplado al eje del motor, por ejemplo, no se puede asegurar que el motor se encuentra purgado cuando empiece a funcionar. Incluso pueden resultar presiones negativas dentro de la cubierta, si el ventilador se encuentra dentro de la cubierta, y permitir que algún gas o vapor inflamable ingrese a la cubierta.

Equipos con Cubierta a Prueba de Explosión: Existe un muy común error de creer que las cubiertas a prueba de explosión son a prueba de gas. Seria poco práctico hacer una instalación eléctrica totalmente hermética. Siempre que una cubierta se abriera para servicio de los aparatos, por ejemplo, la mezcla explosiva podría entrar y ser atrapada por la cubierta. La atmósfera encerrada podría explotar en el instante en que el aparato fuera nuevamente operado. La explosión puede desarrollar presiones que serían suficientes para romper una cubierta hermética, permitiendo que las llamas escapen e incendien la atmósfera que rodea la cubierta. El

requerimiento es, entonces, no que la cubierta del equipo sea a prueba de gas, sino que ella sea diseñada y fabricada tan fuerte que sea capaz de contener una explosión y prevenir que escapen las llamas o el calor que pueda incendiar la atmósfera que rodea la cubierta del equipo. Los gases incendiados pueden escapar de un equipo a prueba de explosión, pero la ruta de escape debe ser diseñada de tal forma que la temperatura del gas, a la salida de la cubierta, sea bastante menor que el punto de ignición de la atmósfera que rodea el equipo. Las cubiertas a prueba de explosión tienen varios tipos de construcción, los que pueden ser del tipo de unión plana, tipo unión roscada, tipo eje de tolerancia mínima, tipo de metal poroso.

Construcción tipo Unión Plana: es aquella donde dos superficies metálicas cuidadosamente maquinadas, son empernadas estrechamente entre si, manteniendo dentro del equipo los gases inflamados calientes causados por una explosión. La presión interna obliga al gas caliente a que salga afuera por entre las superficies lisas, pero el gas es enfriado en el proceso y entonces no puede incendiar la atmósfera peligrosa que rodea la cubierta del equipo. Construcción tipo Unión Roscada: La construcción con unión tipo roscada, se utiliza en aquellas cubiertas donde la tapa se enrosca dentro del cuerpo de la cubierta para formar una unidad de envoltura. En este tipo de construcción se debe enroscar un mínimo de cinco hileras completas. En caso de explosión las superficies de las hileras de la rosca permitirán, debido a la presión de la explosión, que el gas interno sea evacuado por entre ellas, pero serán enfriados durante su paso por las superficies de las hileras, y al salir fuera de la cubierta estarán a una temperatura menos que la temperatura de encendido del gas que rodee la cubierta. Aunque la construcción de unión roscada es normalmente usada para cubiertas de equipos a prueba de explosión, es también utilizada para aquellas construcciones con ejes que tienen rotación limitada.

Construcción con eje de Tolerancia Mínima: La construcción con eje de tolerancia mínima es aquella donde dos superficies estrechamente construidas están en contacto sobre una distancia preestablecida, que permite la suficiente disipación de calor, enfriamiento de los gases o disminución de las presiones

internas, y que además no permiten que las llamas lleguen a la atmósfera peligrosa que rodea al equipo. Este tipo de construcción es utilizada para ejes donde la construcción roscada no puede ser utilizada, tal como pulsadores, botoneras y otros equipos similares.

3.02.01 CLASIFICACION DE LA TEMPERATURA EN LA SUPERFICIE DE LOS EQUIPOS USADOS EN AREAS PELIGROSAS

TEMPERATURAS EN ºC

CLASIFICACIONIEC NEC

450 T1 T1300 T2 T2280 T2 T2A260 T2 T2B230 T2 T2C215 T2 T2D200 T3 T3180 T3 T3A165 T3 T3B160 T3 T3C135 T4 T4120 T4 T4A100 T5 T585 T6 T6

3.02.03 TEMPERATURAS DE ENCENDIDO PARA LAS QUE LOS EQUIPOS CLASE II (NEC) HAN SIDO PREVIAMENTE APROBADOS

GRUPO E F G°C °C °C

EQUIPO QUE NO ESTA SUJETO A SOBRECARGAS

200 200 165

EQUIPOS QUE PUEDEN SER SOBRECARGADOS / OPERACIÓN NORMAL

200 150 120

EQUIPOS QUE PUEDEN SER SOBRECARGADOS / OPERACIÓN ANORMAL

200 200 165

4.00 METODOS DE INSTALACION

Las instalaciones deben satisfacer los requerimientos relacionados con las instalaciones en áreas peligrosas y en áreas no peligrosas. A continuación describimos los procedimientos más usuales usados en las instalaciones eléctricas, alrededor del mundo.

METODOS DE INSTALACION

Conductores instalados en tubería rígida, con conexiones roscadas

Cable armado con alambre ó cinta de metal

Cable no armado

LUGARES DE APLICACIÓN

Norteamérica (USA y Canadá), parte de Suramérica, medio y lejano oriente, donde es usado el NEC

Reino Unido y países de la comunidad británica, donde las normas inglesas se mantienen vigentes

Francia, Alemania, Italia, Europa Oriental, parte del África, medio y lejano oriente

ACOMETIDA Requiere conectores especiales

Con conectores especiales

Conexión realizada con conectores de cable

VENTAJAS Se asegura una efectiva protección de los conductores contra daño mecánico y ataque químico

El cable armado asegura adicionalmente a la protección mecánica, continuidad eléctrica

Método de instalación muy flexible y rápida. Es una solución realmente económica

DESVENTAJAS Sistema totalmente rígido, el alambrado no puede ser fácilmente modificado. Los accesorios de tuberías son caros, y el material usado está sujeto a corrosión

La instalación de los conectores requiere especial cuidado, para asegurar la continuidad eléctrica del sistema de tierra

En caso de riesgos mecánicos, es preferible el uso de cable armado o ductos para cables antiestáticos

5.0 CONCLUSIONES

La decisión clave que se debe tomar en la clasificación de áreas es que es “normal” y que es “anormal” para los procesos involucrados. Esto requiere un esfuerzo de grupo, incluyendo entre otros al ingeniero electricista, el ingeniero de procesos, el ingeniero de proyectos, y el especialista de seguridad. La naturaleza exacta del material peligroso y la manera en que éste va a ser manejado, debe ser conocida al detalle. El grupo de especialistas debe tomar conciencia de los tipos de equipos que cumplirán las necesidades eléctricas para la clasificación realizada y las normas eléctricas vigentes en esta instalación.Los ingenieros de proyectos y de seguridad proveen la visión panorámica necesaria para balancear el esfuerzo de la clasificación de áreas. Todos los miembros del equipo deben realizar un esfuerzo para darse cuenta del rol crítico de su participación.Las decisiones tomadas en la clasificación de las áreas tendrán un efecto significativo debido a las diferencias de costos de los equipos y de las técnicas de construcción requeridas en las áreas peligrosas. Aquí es donde los ingenieros del proyecto y de seguridad juegan sus más significativos roles. La clasificación a la que se llegue no debe ser demasiado conservadora, pero las consideraciones económicas no deben sobrepasar el juicio profesional, por la importancia y el valor de las instalaciones y las vidas que están en juego.