Instalaciones Eléctricas Antiexplosivas

En la industria a lo largo del tiempo han sucedido múltiples accidentes laborales debido a que no se tomaron las medidas correspondientes en los lugares de trabajo para garantizarla seguridad de las personas.

Uno de esos principales riesgos es debido a la presencia de polvo combustible, gases, capas de polvo que dan lugar a atmósferas explosivas.

Por lo tanto, con este blog buscamos dar a conocer cuáles son las normas que rigen las instalaciones eléctricas en estas áreas con atmósferas explosivas, como son determinadas sus extensiones dependiendo del tipo de combustible y tipo de operaciones que se realizan.

Para ello, es importante entender el fenómeno del fuego y como se origina.

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Triángulo del fuego

Se denomina fuego al conjunto de partículas o moléculas incandescentes de sustancia combustible, capaces de emitir calor y luz visible, producto de una reacción química violenta de oxidación. Se denomina ¨llama¨ a la parte que emite luz visible.

El triángulo del fuego representa los elementos necesarios para que se produzca la combustión. Es necesario que se encuentren presentes los tres lados del triángulo para que se genere el fenómeno que denominamos fuego.

Los lados que componen el triángulo del fuego son:

• ‍El combustible: se trata del elemento principal de la combustión, puede encontrarse en estado sólido, liquido o gaseoso.‍
• El Comburente: El comburente principal en la mayoría de los casos es el oxígeno, presente en toda atmósfera respirable‍
• La energía de activación: es la energía necesaria para iniciar la combustión, puede ser una chispa o una fuente de calor.

Es importante mencionar que si eliminamos cualquiera de los lados del triángulo el fuego se apagará y para que se mantenga la combustión, es decir para que se produzca un incendio, es necesario un cuarto elemento, la reacción en cadena, si incluimos esta al triángulo del fuego obtenemos el tetraedro del fuego.

La combustión lo que hace es desprender calor que es transmitido al combustible realimentándolo y permitiendo que se siga produciendo la combustión.

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Áreas clasificadas y no clasificadas

En aquellas plantas industriales o emplazamientos, cualquiera sea su envergadura, donde se procesen o almacenen sustancias combustibles, gases, liquidas o polvos, tenemos ya uno de los lados del triángulo asegurado.

El aire contiene en promedio 21% de oxígeno, por lo tanto, ya tenemos el segundo lado del triángulo

Solo falta un lado más para obtener una explosión, la energía. Y puede provenir básicamente de dos grandes corrientes:‍

• ‍Calor, posiblemente suministrado por una lámpara, resistencias, malas conexiones eléctricas, rozamientos mecánicos, reacciones químicas, exotérmicas, etc.
• ‍Chispa, generada por fricción de materiales, o por descarga eléctrica.

Por lo tanto, en nuestro entorno existen dos tipos de áreas perfectamente definidas a las cuales se las denomina “áreas Clasificadas” y “no Clasificadas”. Lo correcto es hablar de áreas donde existe un mayor riesgo de peligro que otra, debido a la presencia de sustancias combustibles.

• ‍Área no peligrosa: área donde nos se prevé que exista una atmósfera gaseosa explosiva en cantidades tales que se requieren precauciones especiales para la construcción, instalación y uso del material (IEC 60079-10-1).‍
• Área peligrosa: área donde esté presente una atmósfera gaseosa explosiva, o se puede esperar que esté presente en cantidades tales como para requerir precauciones especiales en la construcción, la instalación y el uso de los materiales eléctricos. (IEC 60050-426).‍
• Área peligrosa (debido a atmósferas gaseosas explosivas): área en la que una atmósfera gaseosa explosiva está presente, o se espera que esté presente en cantidades tales que se requieren precauciones especiales para la construcción, instalación y uso del material. (IEC 60079-10-1).

En conclusión, podemos decir que existen lugares donde amerite tomar precauciones porque la presencia de una sustancia combustible genera un nivel de riesgo considerable. Estas sustancias pueden ser liquidas, solidas o gaseosas, los líquidos por si mismos no generan explosión sino incendio, son sus gases de evaporación lo que si lo hacen.

¡Los gases, polvos y fibras generan explosiones!

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¿Cómo se origina una atmósfera explosiva?

El National ElectricalCode (NEC), o NFPA 70, es un estándar estadounidense para la instalación segura de alumbrado y equipos eléctricos y establece separaciones de áreas según ciertas características.

• ‍Atmósfera explosiva: es aquella que contiene una mezcla de aire con sustancias inflamables que están en forma de gas, de vapor, de niebla, de polvos o de fibras en condiciones atmosféricas y que, después de la ignición, la combustión se propaga a través de la mezcla no consumida.‍
• Atmósfera gaseosa explosiva: mezcla con el aire de sustancias inflamables que están en forma de gas, vapor o niebla en condiciones atmosféricas y tal que, después de la ignición, la combustión se propaga a través de la mezcla no consumida.

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Normas que rigen las instalaciones antiexplosivas

Algunas de las principales normas que rigen las instalaciones electricas en áreas clasificadas e instalaciones eléctricas antiexplosivas son: las normas NEC y las normas IEC

1- Normas NEC

Clasificación de áreas

¿Cómo clasificar las áreas en las industrias y determinar qué tipo de instalación eléctrica antiexplosiva “Ex” debo instalar?

El artículo 500.5 establece que los lugares se deben clasificar dependiendo de las propiedades del gas inflamable, los vapores producidos por líquidos inflamables o combustibles, polvos o fibras. Estos lugares se clasifican según la naturaleza del elemento presente en ese lugar mediante “CLASES” y “DIVISIONES”, incorporando posteriormente, el concepto de “ZONA”.

1. ‍CLASE I: Son aquellos lugares en los que hay o puede haber gases inflamables, vapores producidos por líquidos inflamables o combustibles que en la proporción suficiente respecto al aire del lugar pueden producir una mezcla explosiva.‍
2. CLASE II: Los lugares de Clase II son aquellos en los que resulta peligrosos por la presencia de polvos combustibles.‍
3. CLASE III: Los lugares clasificados como tal, son aquellos que resultan peligrosos por la presencia de fibras fácilmente inflamables o cuando se manipulan, fabrican o utilizan materiales que producen partículas combustibles, pero en el que no es probable que tales fibras/partículas estén en suspensión en el aire en cantidades suficientes para producir mezclas inflamables.

En resumen, el código NEC clasifica las áreas según el tipo de combustible presente (gas, polvo o fibra) y según la permanencia del mismo en dicha área (en operación normal o accidental).

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 delos 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. Estos elementos 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.

Industrias donde se pueden generar atmósferas peligrosas

Normalmente la definición de las áreas lo debe hacer un personal idóneo, de todas maneras, las formas tradicionales de limitar una zona de otra, son:

• Barreras físicas
• Manteniendo en el área una sobre presión estática respecto a las zonas adyacentes peligrosas que impida el paso de la atmósfera peligrosa. 
• Purgando el área con una cantidad de aire limpio suficiente para garantizar que el aire salga por todas las aberturas por las que la atmósfera explosiva podría entrar.

Otras características a tener en cuenta para limitar las extensiones de zonas son:

1. Geometría de la fuente de escape.
2. Velocidad de escape.
3. Concentración.
4. Volatilidad de un líquido inflamable (depende de la presión de vapor y de la entalpia (calor) de vaporización).
5. Temperatura del líquido.
6. Limite inferior de explosividad (LIE).
7. Ventilación.
8. Densidad relativa del gas o vapor al momento de una fuga.
9. Condiciones climáticas (velocidad del viento).
10. Topografía del terreno.

2- Normas IEC

Clasificación de áreas

La comisión Electrotécnica Internacional (IEC, International Electrotechnical Commission), es una organización de normalización en los campos: eléctrico y electrónico y tecnologías relacionadas.

Clasificación de áreas para Gases

• ‍Zona 0: Área donde está presente una atmósfera gaseosa explosiva en forma permanente o durante largos periodos. En general esta zona se relaciona con un escape de grado continuo.‍
• Zona 1: Área donde es probable que exista una atmósfera gaseosa explosiva en operación normal. Podemos asociar esta zona a un escape primario, que consiste en que se espera que ocurra periódica u ocasionalmente durante el funcionamiento normal.‍
• Zona 2: Área donde no es probable que haya una atmósfera gaseosa explosiva en operación normal, pero si ocurriera, es probable que lo haga solo esporádicamente y exista durante un corto periodo, corresponde entonces la asociación a un escape secundario en donde no se espera ningún escape en funcionamiento normal y, de ocurrir, es probable que lo haga no frecuentemente y durante cortos periodos.

Clasificación de áreas para Polvos

1. ‍Zona 20: lugar en el que, durante el funcionamiento normal, el polvo combustible, en forma de nube, está presente permanentemente o frecuente mente en cantidad suficiente como para ser capaz de producir una concentración explosiva de polvo combustible mezclado en el aire, y/o en las que se pueden formar capas de polvo de espesor excesivo e incontrolable.
2. Zona 21: lugar no clasificado como zona 20 en el que, durante el funcionamiento normal, el polvo combustible en forma de nube es susceptible de aparecer en cantidad suficiente como para ser capaz de producir una concentración explosiva de polvo combustible en mezcla con el aire.‍
3. Zona 22: Lugares no clasificados como zona 21 en los que raramente pueden aparecer nubes de polvo y subsistir solamente durante cortos periodos, o en los que las acumulaciones o las capas de polvo combustible pueden estar presentes en condiciones anormales y pueden dar lugar a un aumento de las mezclas inflamables de polvo en el aire.

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Resumen y comparativo de áreas y divisiones entre la NEC y la IEC

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Clasificaciones en base a la temperatura

Uno de los componentes del triángulo del fuego era la temperatura, por lo tanto, la temperatura superficial máxima de cualquier equipo dentro no debe exceder la mínima temperatura de ignición de la atmósfera explosiva.

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Materiales eléctricos que pueden utilizarse en zonas clasificadas

• Materiales del grupo I‍

Están destinados para usos en minas susceptibles al gas grisú.

• Materiales del Grupo II

Se indican para el uso en lugares con una atmósfera explosiva gaseosa, distintos de las minas susceptibles al gas grisú, también llamados gases de superficie, también llamados gases de superficie. Los materiales del grupo II se subdivide de acuerdo con la naturaleza de la atmósfera gaseosa explosiva para la cual se destina.

Para los tipos de protección “d”, “i”, “nC” y “nL”, los materiales eléctricos del Grupo II se subdividen en IIA, IIB, y IIC, como está definido en las normas específicas correspondientes a estos modos de protección.

• Materiales del Grupo III

Materiales eléctricos adecuados para el uso en lugares con atmósferas de polvos explosivos distintos a las minas susceptibles al gas grisú. Se subdivide de acuerdo con la naturaleza de la atmósfera de polvo explosivo para la cual se destina.

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¿Cómo reconocer un material para áreas clasificadas?

Dependiendo del tipo de área en la que realicemos nuestra instalación eléctrica, debemos solicitar diferentes tipos de materiales eléctricos antiexplosivos, estos materiales deben estar certificados e identificados correctamente para cada tipo de área y zona en la que se va a utilizar.

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Modos de protección del material eléctrico

Dependiendo de la zona y el tipo de combustible, existen varios modos de protección, estos son los requisitos específicos aplicados al material eléctrico para evitar la ignición de una atmósfera explosiva que lo rodea.

Anteriormente mencionamos cuales eran los requisitos para que una ignición se haga presente, teníamos 3 elementos, el combustible aportado por el gas o el polvo, el comburente y una chispa o temperatura. Estas dos ultimas pueden provenir del material eléctrico que conforma una instalación.

En un área clasificada, esos componentes o materiales conceptualmente tienen el mismo uso y finalidad que en una instalación común, pero deben cumplir con requisitos específicos, los cuales se encuentran definidos en forma general en la norma IEC 60079-0.

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¿Qué elementos incluye entonces una instalación eléctrica en áreas clasificadas?

Todos aquellos que intervengan en la generación, distribución y aplicación de la energía eléctrica.

Según la IEC el material eléctrico y los componentes Ex deben:

1. Cumplir con los requisitos de esa norma y los específicos a los correspondientes a las normas particulares del modo de protección.

2. Cumplir con las normas industriales correspondientes.

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¿Qué es un material antideflagrante o modo de protección “d” y qué diferencia hay con un material de protección “e”?

Es un material fabricado para cumplir con las siguientes condiciones:

• Contener una explosión interna sin deformación permanente.
• Garantizar que la ignición no pueda transmitirse a la atmósfera circundante.
• Presentar en cualquier punto exterior una temperatura inferior a la temperatura de autoinflamación de los gases o vapores circundantes.

Para que no se transmita una ignición interna se colocan las juntas antideflagrantes que evitan que se expanda la explosión a la atmósfera y para acceder a la envoltura se utilizan accesos roscados preferentemente cónicas (con 5 filetes roscados) y de serroscas cilíndricas deben ser 7 filetes roscados. En cuanto al cableado, se puede realizar por instalación en tubo (rígida) o por prensa cables (flexible).

Por otro lado, el modo de protección “e” es de seguridad aumentada, se aplica mucho en cajas de derivación de bornes, instrumentos de medición y transformadores. Deben cumplir con las siguientes condiciones:

• Conexionado eléctrico sin posibilidad de autoaflojamiento.
• Estanqueidad de la envolvente, IP-54 mínimo.
• Restricción en la temperatura máxima de funcionamiento desarrollada.

Esta envoltura debe ir con accesos roscados, roscas cilíndricas únicamente ya que la propiedad de estanqueidad se logra por ajustes de juntas elásticas o sellados de roscas.

Clasificación de Áreas – Comparativo entre las normas IEC y la NEC

Selección de equipo adecuado y la norma que lo regula

Comparativa entre métodos de instalación

Conclusión

Son muchos los elementos y las variables que se deben de llevar en cuenta a la hora de realizar las instalaciones eléctricas antiexplosivas, desde la clasificación de las áreas, los materiales hasta los modos de protección para garantizar la eficiencia del proyecto eléctrico.

Lo que nosotros como ingenieros eléctricos y gerentes de industrias buscamos lograr es la maxima eficiencia del proyecto eléctrico en áreas explosivas, a travéz de la selección del equipamiento adecuado, junto con nuestro equipo altamente capacitado y siguiendo de normas de seguridad, con una completa asistencia durante todo el proceso.

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Fuente: Oscar Osvaldo Covelli, Manual de instalaciones electricas en áreas clasificadas, Tomo I.