Post on 09-Jul-2015
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
T2: temperatura máxima 300ºC
T3: temperatura máxima 200ºC
T4: temperatura máxima 135ºC
T5: temperatura máxima 100ºC
T6: temperatura máxima 85ºC
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
Zona segura Zona peligrosa
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
Zona segura Zona peligrosa
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