seguridades en atmosferas explosivas 2012

Introducción

Aquellos equipos destinados a ser utilizados en

atmosferas potencialmente explosivas debe

cumplir rigurosas normas para garantizar que

no sean los desencadenantes de incidentes.

Industrialmente es muy habitual la presencia o

posible presencia de atmosferas peligrosas

tanto por el propio objeto de la industria como

por la necesidad de utilizar gases inflamables

en muchos procesos.

Existen dos mecanismos por los que un circuito eléctrico puede

producir la inflamación de un gas :

•Por chispas o arcos eléctricos.

•Temperatura elevada.

En general , los equipos que presenten algún tipo de protección

están marcados con un símbolo distintivo.

Figura 1 Símbolo de los equipos que presentan protección ante atmosferas explosivas

Para determinar los requerimientos que deben

satisfacer los equipos que se emplean en estos

lugares, las normas anteriores distinguen

equipos de grupos I y II, y dentro de ellos se

realizan diferentes clasificaciones en función,

principalmente, de la peligrosidad del

ambiente:

Equipos del grupo I: Equipos destinados aminas en los que puede haber presencia degrisú o polvos combustibles. Se distinguen doscategorías:

Categoría M1: Son equipos que debenfuncionar en presencia de una atmosferaexplosiva.

Deben tener un nivel de protección muy alto,de forma que en funcionamiento normal nopueda inflamar la atmosfera presente ni aunquese produzcan uno o incluso dos fallos en elequipo

Categoría M2: Son equipos de deben tener un nivel

de protección alto de forma que en funcionamiento

normal no pueda inflamar la atmosfera o cuando se

manipulan de forma descuidada.

Serán retirados cuando se detecta la presencia de una

atmosfera explosiva.

Equipos del grupo II: Destinados a atmosferas

explosivas que no sean minas de carbón.

En este grupo los gases presentes pueden ser

cualesquiera.

Se clasifican los gases según el riesgo de inflamación

en causa de chispa o arco eléctrico:

Categoría A: comprende a hidrocarburos como el

metano, propano, etc.

Categoría B: el etileno, metilacetileno, acido

cianhídrico, etc.

Categoría C: El hidrogeno, el acetileno y el bisulfuro

de carbono.

Un gas de categoría C inflama mas fácilmente a causa

de chispa que uno de categoría B o A

Inflamación debido a temperaturas superficiales

elevadas en los equipos.

Temperaturas superficiales excesivas :

T1: temperatura máxima 450ºC






Peligrosidad de la zona:

Zona 0: aquella en la que la atmosfera peligrosa esta presente de manera

permanente o durante largos periodos de tiempo. Los equipos destinados a

estas zonas deben tener un nivel de protección muy alto de forma que no

produzcan la inflamación ni en funcionamiento normal ni aunque se

produzca uno o incluso dos fallos en el propio equipo.

Zona 1: aquella donde es probable la presencia de atmosfera explosiva en

condiciones normales. Los equipos destinados a estas zonas deben tener un

nivel de protección alto, garantizando que no provoquen la inflamación ni en

funcionamiento normal ni aunque se produzca un fallo.

Zona 2: es improbable la presencia de atmosferas explosivas salvo que se

produzca una avería o durante breves periodos de tiempo. La únicas

exigencias para los equipos es que no produzcan la inflamación en

funcionamiento normal

Métodos de Protección

Por inmersión en aceite (símbolo Ex o).

Por sobrepresión interna (símbolo Ex p).

Por relleno pulverulenteo (símbolo Ex q).

Por envolvente antideflagrante (símbolo Ex d).

Por seguridad aumentada (símbolo Ex e).

Por seguridad intrínseca (símbolo Ex i): se distinguen

dos subcategorías: ia, ib.

Por encapsulado (símbolo Ex m).

El grado de protección que proporcionan estos

métodos no es igual, por lo que para zonas de tipo 0

solo se permite la protección ia, que es la mas segura.

Para zonas tipo 1, es valido cualquiera de los métodos

anteriores (también ia).

Ejercicio:

Se dispone de un determinado equipo para la

utilización en atmosferas explosivas que viene

etiquetado con el siguiente código: EEx ia IIA T4.

¿Cuál es el significado de estos códigos?

EEx: indica que es un equipo destinado a ser usado en

atmosferas explosivas.

ia: Indica que el método de protección es de seguridad

intrínseca ia. Por lo tanto incluso aunque se produzcan

dos fallos en el equipo seguirá siendo seguro . Seria

adecuado para ser usado en una zona de tipo 0

(también 1 y 2).

IIA: Se trata de un equipo del grupo II para gases que

entran dentro de la categoría A (por ejemplo etileno).

No pueden usarse con gases del grupo B o C.

La temperatura superficial máxima es de 135 C. Los

gases presentes deberán tener una temperatura de

inflamación mayor.

SEGURIDAD INTRINSECA

La seguridad intrínseca consiste en evitar que unsensor, un instrumento o un circuito de bajovoltaje trabajando en un área peligrosa generensuficiente energía como para activar un gasvolátil.

Por ejemplo, suponga que se desea medir latemperatura de un combustible guardado en untanque de almacenamiento.

El método de protección de seguridad intrínseca (ia o

ib) es el que tiene una relación mas directa con el

equipo eléctrico o electrónico.

La filosofía de la seguridad intrínseca consiste en que

la energía que maneja el circuito sea inferior a la que

se necesitaría para producir inflamación del gas

debido a chispas y en que las temperaturas de los

componentes son suficientemente reducidas

Para el calculo de un circuito de modo que no exista riesgode chispas que sean capaces de inflamar el gas hay quetener en cuenta en primer lugar, que las atmosferaspeligrosas están clasificadas en grupo I, IIA, IIB y IIC

En términos generales, los cálculos deben de realizarseaplicando un factor de seguridad de 1,5 para tensiones ycorrientes

Además, los cálculos se realizan atendiendo al riesgo dechispas en tres circuitos básicos: Resistivo, capacitivo einductivo.

V

R

I

10 100

0,01

0,1

1

Tensión de alimentación (V)

Co

rrie

nte

mín

im

ad

eig

nic

ión

(A

)

IIA

IIB

IIC

I

RIESGO DE INFLAMACION DEBIDO A CHISPAS

Circuitos resistivos

Se dispone de un circuito resistivo como el dela figura. Alimentado a una tensión máximade 24 V. ¿Cual seria la máxima corriente quepodría circular, por el circuito para que noexista riesgo de inflamación por chispa con ungas de grupo IIC? ¿Cual seria la resistencia demenor valor óhmico y de tolerancia 5% que sepodría utilizar?

La corriente máxima a 24V esaproximadamente de 261mA

261mA/1,5=174mA

24V/174mA=137,9Ω

R=145.2Ω

R

VC

1

Tensión mínima de ignición (V)

IIC

10 100 1000

0,01

0,1

1

10

100

1000

Ca

pa

cid

ad

(

F)

IIA

IIB

Circuitos inductivos y capacitivos

Se dispone de un circuito electrónico cuya tensiónmáxima de alimentación es de 15 V.

La suma de las capacidades de todos loscondensadores qua componen el circuito es de 200nF (incluyendo las tolerancias para el peor caso,según indican las normas)

¿Cumple con los criterios de seguridad intrínsecapara el grupo IIC?

15*1,5=22,5V

Valor aproximado es de =0,58uF

Cumple con el criterio de seguridad.

RIESGO DE INFLAMACION DEBIDO A TEMPERATURAS ELEVADAS

Para evaluar el riesgo por temperatura se clasifican enclase 1, Tl, T2.. T6, como ya se ha mencionado Enprincipio deberá de garantizarse que ninguna de laspartes del equipo (desde los componentes hasta laspistas de circuito impreso) supere la máximatemperatura de la clase correspondiente.

Para garantizar el diseño las normas indican cual es lamáxima corriente que puede circular por un cable decobre de una determinada sección para que latemperatura sea inferior a la de inflamación dentro dela clasificación que corresponda.

Zona peligrosa

DEPÓSITO

Sensor

Fuente de

alimentación

Visualización

220 V 2

2

Sala de control,

zona no peligrosa

Necesidad de interfaz entre circuitos

Barreras zéner

Resistencia limitadora

de la corriente, RL

Puesta a tierra

Vz

Fusible

Barreras zéner

Resistencia limitadora

de la corriente, RL

Puesta a tierra

Fuente de

alimentación

Fase

Neutro

Tierra

220 V

Fusible

Barrera zéner

Zona segura Zona peligrosa

Derivación

Corriente

máxima=VZ/R

L

Vz

Sensor,

instrumento demedida

Para alimentar un circuito de seguridad intrínseca sedispone de un fuente de alimentación de 12 V. La barrerazener esta formada por tres zener de 15 V. Cual debería deser el valor de la resistencia limitadora para que la barrerapudiera ser denominada como [EEx ia]IIC

15V= 1,35A

1,35/1,5=0,9A

Problemática de la conexión a tierra

Fuente de

alimentación

Fase

Neutro

Tierra

220 V

Fusible

Barrera zéner


Vz

Sensor,

instrumento demedida

Tierra

A

Tierra

Caída de tensión

B

Problemática de la conexión a tierra

Tierra

Fuente de

alimentación

Fase

Neutro

Tierra

220 V

Barrerazéner


Tierra

Aislamiento

galvánicoTermopar

Certificación

Los equipos de seguridad intrínseca deben certificarse, generalmente,por medio de un organismo independiente que garantice elcumplimiento de las normas.

Sin embargo, la norma considera que determinados componentes oconjunto de componentes se pueden utilizar sin necesidad decertificado, aunque deben cumplir las normas de seguridad intrínseca .Dicho material se denomina simple y comprende

•Componentes pasivos como interruptores, cajas de conexión,potenciómetros y dispositivos simples con semiconductores.

•Fuentes de almacenamiento de energía con parámetros bien definidoscomo condensadores o inductancias.

•Fuentes generadoras de energía (como termopares y célulasfotoeléctricas) que no produzcan más de 1,5V, 100mA y 25mW.

Además, para que un material sea considerado como simpledeben cumplirse determinados aspectos: por ejemplo, que laseguridad de un material simple no se obtenga por medio de otrosdispositivos que limiten la tensión y/o la corriente. Así una fuentede energía que produzca mas de 1,5V en la que se limite la tensiónmediante un zener para que no supere 1,5V, no puede serconsiderada como un material simple (aún produciendo menosde 100mA y 25mW).

Entre el material no simple se encuentra el que contenga circuitosintegrados, dispositivos piezoeléctricos, baterías, etc. Y deberá sercertificado para que pueda utilizarse en atmosferas explosivas.Además, cuando el material simple siempre forma parte de unmaterial que contenga otros circuitos eléctricos, el conjuntodeberá ser certificado.

SISTEMAS DE PROTECCIÓN IP EN CAJAS ENVOLVENTES

Directivas ATEX

Clasificación de los grupos y temperaturas

Temperaturas para el grupo II

Clasificación de las zonas

Modos de Protección

Organismos para la Normalización

Marcado Según ATEX

Ejemplo

Ejemplo 2

seguridades en atmosferas explosivas 2012

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