INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS SOBRE EQUIPOS ELECTRICOS CON PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONESde acuerdo con las normativas EN 50 014 ... 50 028 En la elaboración, procesamiento, transporte y almacenamiento de sustancias inflamables, como productos químicos y derivados del petróleo (por ejemplo: el Benceno, el Alcohol, el Acetileno, y el Gas de hulla), es inevitable que ocurran escapes de gases y vapores que, en contacto con el oxígeno de la atmósfera, pueden producir mezclas de una concentración explosiva. La ignición accidental de tales mezclas - ocasionada, por ejemplo, por una chispa eléctrica o una superficie excesivamente caliente - puede causar una explosión que ponga en peligro la vida humana y los bienes. A fin de evitar estos riesgos, numerosos países han desarrollado métodos específicos de seguridad. En vista del creciente carácter internacional de las industrias, se considera ampliamente recomendable el establecimiento de estándares internacionales y acuerdos con respecto a los métodos de seguridad.
Normativas legales en la República Federal Alemana Con el objetivo de proteger la vida y la salud de las personas al igual que la integridad de los bienes ante posibles riesgos surgidos como consecuencia del uso de corriente eléctrica, se creó en 1893 la "Asociación de Ingenieros Eléctricos Alemanes" (VDE) por medio de la iniciativa privada. En 1943, esta asociación publicó sus "Regulaciones para aparatos eléctricos con protección contra explosiones en el sector de la minería y otras industrias".El ajuste de estas "Regulaciones" con legislación por decreto se efectuó el 13 de octubre de 1943 mediante las "Regulaciones de Seguridad para equipos eléctricos en atmósferas explosivas y minas expuestas a riesgos de explosión por el metano". Debido a que la validez de estas regulaciones de seguridad expiraba después de sólo 20 anos, el Gobierno Federal promulgó en 1963 las "Regulaciones para equipos eléctricos en áreas de alto riesgo" (ExVO). Como resultado de los Mandatos de la CEE, dichas regulaciones tuvieron que ser revisadas. Cooperación por medio de la "Comisión Internacional Electrotecnia" (IEC) La primera iniciativa de cooperación internacional surgió a partir del trabajo de la IEC, que fue establecida en 1906 con el objetivo de formular recomendaciones unificadas en el campo de la tecnología eléctrica. En la actualidad, participan en el proceso 43 países. La principal sede administrativa de la IEC se encuentra en Ginebra y en el desempeño de sus funciones tiene como idiomas oficiales el inglés, el francés y el ruso. El trabajo técnico es efectuado por las comisiones técnicas ("TC"), conformada por expertos que representan a todos los países integrantes. Cuando el trabajo de una comisión técnica es particularmente amplio, pueden designarse Subcomisiones ("SC") y Grupos de Trabajo ("WG").La comisión técnica TC 31, que inició sus actividades en 1950, se ocupa del desarrollo de las recomendaciones relacionadas con la construcción e instalación de aparatos eléctricos con protección contra explosiones. Como resultado de la labor de la comisión y sus grupos de trabajo, ya se ha publicado una serie de recomendaciones de la IEC, sobre el tema de la protección de aparatos eléctricos contra explosiones. Estas recomendaciones forman parte de las siguientes publicaciones: |
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Estas recomendaciones, desarrolladas por comisiones técnicas en las cuales están representadas las comisiones nacionales de todos los países involucrados, presentan el enfoque más próximo a la unificación de los criterios expresados por los miembros sobre el tema en particular. Estas reglamentaciones poseen el carácter de recomendaciones con validez internacional y son aceptadas, en tal sentido por las comisiones nacionales. Cooperación dentro de la Comunidad Europea (CEE) En mayo de 1969, el Consejo de la Comunidad Europea acordó el establecimiento de un programa para la eliminación de barreras técnicas al comercio internacional. Uno de los requisitos previos para lograr un comercio sin restricciones lo constituye la existencia de regulaciones uniformes para atmósferas de alto riesgo y estándares uniformes para los equipos. A fin de armonizar las regulaciones, el Consejo del Gabinete (de la CEE) en Bruselas ratificó el 18 de diciembre de 1975 el "Mandato para la Armonización de las leyes de los Estados Miembros en relación con equipo eléctrico utilizado en atmósferas potencialmente explosivas". Este Mandato Principal está complementado con un Mandato Específico que fue aprobado el 6 de febrero de 1979 por el Consejo Europeo. El mandato establece que los Estándares Europeos EN 50 014 a 50 020, los cuales fueron presentados por la Comisión Europea para la Normalización (Estandarización) Electrotecnia (CENELEC), son aceptados y que las regulaciones nacionales dictaminadas por ley de todos los países de la CEE deberían ajustarse para el 6 de agosto de 1980 a las recomendaciones estipuladas. La responsabilidad por la preparación de los Estándares Europeos recae en el CENELEC, la Comisión Europea para la Normalización Electrotecnia. Además de los Estados Miembros de la CEE, todas las siguientes naciones: Austria, Finlandia, Grecia, Noruega, Portugal, España, Suecia y Suiza, participan en este trabajo. Los Estándares Europeos son publicados en tres versiones oficiales, en los idiomas inglés, francés y alemán. Los Miembros de CENELEC están obligados a cumplir las condiciones establecidas en las reglamentaciones internas de CENELEC, según las cuales se debe conferir carácter de estándares nacionales, sin ninguna clase de alteración cualquiera que sea, a los Estándares Europeos promulgados. Los siguientes Estándares Europeos fueron adoptados de manera unánime por la Comisión Técnica de CENELEC (TC 31) y en el presente tienen validez en los países de la CEE:
Los aparatos eléctricos fabricados de acuerdo con los mencionados estándares, a los cuales un organismo autorizado de la CEE para pruebas confirió un Certificado de Conformidad, pueden ser instalados y utilizados en territorio de cualesquiera de los estados miembros de la CEE (a condición, sin duda, que el estado miembro en cuestión haya adoptado el Mandato de la CEE dentro de su legislación establecida por decreto). En aquellos países de CENELEC que no sean miembros de la CEE, podría requerirse de una prueba o aprobación adicional.
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Requisitos de Construcción para Aparatos Eléctricos con protección contra Explosiones Los "Estándares Europeos"(EN), que fueron establecidos por los países de CENELEC, tienen validez como estándares nacionales en todos los países afiliados. Los Estándares Europeos (EN) son idénticos en todos los países con respecto a su contenido. Los mismos son publicados como estándares nacionales de la manera que se indica a continuación:
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En el pasado, los cambiantes requisitos de construcción y pruebas para aparatos con protección contra explosiones y la requerida certificación legal por parte de una estación nacional de pruebas en algunos países constituían barreras comerciales en la Comunidad Europea. En los mandatos sobre la armonización de las leyes de los países miembros con respecto a equipo eléctrico para uso en atmósferas potencialmente explosivas (recomendaciones de la CE) se determinó que los estados miembros podrían no prohibir el libre comercio de aparatos eléctricos, si el equipo mencionado cumple con los Estándares Europeos. En el mandato específico se estipulan detalles sobre la certificación e identificación. Los certificados de pruebas, emitidos por los siguientes organismos autorizados de pruebas son reconocidos en igual medida por las partes. Para información se presenta muestra de certificados emitidos por los organismos autorizados de pruebas.
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Regulaciones técnicas para la protección contra explosiones Definiciones
Clasificación de las zonas Al momento de evaluar el peligro de explosión, por ejemplo cuando se definen las áreas de alto riesgo, debe tomarse en consideración el Conjunto de Normas para la prevención de riesgos debido a atmósferas explosivas, acompañado de muestras recogidas proporcionadas por la asociación comercial de industrias químicas. Si existen casos especiales o dudas con respecto a la clasificación de las áreas de alto riesgo, las autoridades que efectúan una inspección, por ejemplo la inspectoría de una fábrica, tomarán la decisión al respecto. Si surgen dudas en relación con la clasificación, la extensión de las medidas de protección en el área de alto riesgo debe ajustarse a la mayor probabilidad de que se genere una atmósfera potencialmente explosiva. En las Zonas 1 y 0 únicamente pueden usarse aparatos eléctricos con protección contra explosiones que cumplan con los reglamentos de ElexV. En la Zona 0 únicamente pueden instalarse aparatos, específicamente certificados para este propósito. En la Zona 2 también pueden utilizarse aquellos aparatos que hayan sido certificados para las Zonas 1 y 0. Igualmente se pueden instalar en la Zona 2 aquellos aparatos eléctricos, que cumplan requisitos especiales establecidos por VDE 0165/9.83, Apéndice A. Clasificación de áreas, que presentan alto riesgo por la presencia de gases, vapores o nieblas inflamables.
La Zona 0 abarca áreas, en las cuales exista la presencia de una atmósfera de gas explosivo de manera continua o por períodos prolongados. Esta clasificación se aplica normalmente al área interior de contenedores o aparatos (vaporizadores, reactores, etc.), si se cumplen los requisitos establecidos para la Zona 0.
La Zona 1 abarca áreas, en las cuales se puede esperar que exista la presencia de una atmósfera de gas explosivo de manera poco frecuente. Esta clasificación puede aplicarse a
La Zona 2 abarca áreas, en las cuales sólo puede esperarse la presencia de una atmósfera de gas explosivo de manera muy poco frecuente ó y si ella se genera, existirá por períodos breves únicamente. Esta clasificación se aplica a
Las salas, en donde se distribuyen materiales inflamables a través de tubos con conexiones con soldadura directa o soldadura con latón, no son áreas de alto riesgo. Clasificación de áreas, que presentan alto riesgo por la presencia de polvos inflamables
La Zona 10 abarca áreas en las que existe una atmósfera potencialmente explosiva frecuentemente por períodos prolongados. En general esta clasificación se aplica únicamente al interior de equipos (molinos, secadores, mezcladoras, transportadoras, silos, etc.), si el polvo puede generar mezclas potencialmente explosivas de manera frecuente o por períodos prolongados.
La Zona 11 abarca áreas, donde la perturbación ocasional de depósitos de polvos puede generar atmósferas potencialmente explosivas por períodos breves. Esta clasificación se aplica a áreas que rodean equipo que contiene polvo, que podría levantarse, generando posiblemente de este modo peligrosos depósitos de polvo (por ejemplo, molinos). Clasificación de zonas para áreas de atención médica: Zona G, también denominada "sistemas cerrados de gas en áreas de atención médica", también abarca áreas no cerradas en su totalidad, donde se producen, transportan o utilizan en pequeñas cantidades, de modo constante o poco frecuente, mezclas potencialmente explosivas (excepto atmósferas potencialmente explosivas). Zona M, también denominada "ambiente médico", abarca la sección de un área, donde una atmósfera potencialmente explosiva puede generarse sólo por períodos breves debido al uso de analgésico o agentes desinfectantes o limpiadores de manchas médicos. |
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En todo el mundo se utiliza el mismo principio básico de la protección contra explosiones. El método es evitar que materiales inflamables (gas, vapor, niebla o polvo) en peligrosas cantidades de aire (y oxígeno) - fuentes de la ignición, estén presentes al mismo tiempo. En las áreas donde no pueda evitarse que se generen mezclas explosivas de material inflamable y aire mediante la aplicación de medidas de protección básica contra explosiones, se deben tomar acciones especiales para evitar el surgimiento de las fuentes de ignición. Por ello, los requerimientos de construcción e instalación se aplican a todos los aparatos eléctricos en áreas de alto riesgo. De acuerdo con los requerimientos de construcción DIN VDE 0170/171 Parte 1, EN 50 014, se permite la fabricación de aparatos con protección contra explosiones mediante diversos tipos de protección. La siguiente tabla muestra los tipos de protección de los Estándares Europeos y describe sus aplicaciones comunes
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Clasificación de aparatos eléctricos en grupos de explosión y clases de temperatura Sería poco económico y algunas veces ni siquiera posible construir todo equipo eléctrico con protección contra explosiones de acuerdo con los máximos requerimientos, independientemente de su respectiva aplicación. Por ello se clasifican los equipos eléctricos de acuerdo con grupos de explosión y clase de temperatura. Los Estándares Europeos diferencian - al igual que las Recomendaciones de IEC - entre dos grupos de equipo: Grupo I: Equipo eléctrico para minería Grupo II: Equipo eléctrico para todas las otras áreas de alto riesgo. Grupos de explosión La inflamabilidad y las características de una explosión de una mezcla explosiva son propiedades particulares del material. Los requerimientos para la construcción de aparatos eléctricos con protección contra explosiones pueden graduarse dependiendo de los gases y vapores existentes en la planificada aplicación. Dichos requisitos se refieren por una parte a las requeridas dimensiones conjuntas de la caja (encapsulado) antideflagrante, y por otra parte, los valores de corriente y voltaje máximos permitidos en circuitos con seguridad intrínseca varían para cada mezcla de gases. En consecuencia los gases y vapores son clasificados en diversos grupos de explosión. Los criterios para clasificación son la "Brecha Máxima de Seguridad Experimental" (MESG) o la "Mínima Corriente de Ignición" (MIC), que son determinadas según una estipulada orden de pruebas. En el aparato eléctrico se especifica por consiguiente para cada grupo de explosión que sea correspondiente. El peligro de un gas aumenta del grupo de explosión IIA a IIC según la normativa de EN (del Grupo D al Grupo A de acuerdo con la clasificación NEC). En consecuencia, aumentan los requerimientos de aparatos eléctricos para estos grupos de explosión. El aparato eléctrico certificado para el Grupo IIC, por ejemplo, es por supuesto apropiado para todos los otros grupos de explosión.
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La temperatura de ignición, es decir, aquella a la cual pudiera producirse la ignición, por ejemplo, debido a una superficie caliente del aparato, depende del tipo de gas o vapor existentes. Esta temperatura de ignición está influenciada por diversos factores y de este modo depende de la estipulada orden de prueba. Dependiendo del sistema de medición los resultados pueden así diferir en los diversos países. Puede hallarse mayor información no indicada con respecto a los materiales en los respectivos lineamientos y literaturas. La temperatura máxima de la superficie expuesta del aparato eléctrico siempre debe ser menor que la temperatura de ignición de la mezcla de gas o vapor, en donde ha de utilizarse. Con el objetivo de identificar y seleccionar el aparato eléctrico simplemente en relación con su máxima temperatura de superficie, existen varias clases de temperaturas. Los gases pueden ser clasificados por las clases de temperatura con respecto a su temperatura de ignición, por la cual la máxima temperatura de superficie de la clase respectiva debe ser menor que la temperatura de ignición de los gases correspondientes. En tal caso, los aparatos que están clasificados dentro de una clase de temperatura más elevada (por ejemplo, T5) pueden utilizarse para aplicaciones que requieran de una clase de temperatura más baja (por ejemplo, T2 y T3).
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Para la instalación de aparatos eléctricos en áreas de alto riesgo existen esencialmente tres sistemas de instalación:
El diseño técnico del aparato eléctrico utilizado varía con los diversos tipos de instalación. Los estándares armonizados EN 50 014 a 50 028 permiten el uso de los tres sistemas de manera casi similar. Los requerimientos de instalación no son idénticos ni siquiera en Europa. Por ejemplo, en Italia sólo puede utilizarse el sistema de tubería para la Zona 1. En Alemania los nuevos estándares de instalación VDE 0165/6.80, que se adaptan a los Estándares Europeos, permiten la aplicación de los tres sistemas, hasta el establecimiento de las nuevas normativas únicamente era posible emplear el sistema de cables con entrada indirecta. De este modo, se toma principalmente en cuenta la publicación IEC (CO) 43. Es probable que en los otros países pueda adoptarse esta recomendación a medida que se eliminen las barreras comerciales. En Estados Unidos para todas las aplicaciones en Clase I, División I, NEC 501-4 autoriza solamente el sistema de tubería o cables minerales aislados (MI), que se emplean principalmente como cables de calentadores o cables de señal resistentes a las llamas o de control. La División 2 autoriza asimismo el uso de ciertos tipos de cables. Se efectuará a continuación una comparación de los diferentes sistemas con respecto a su grado de seguridad y rentabilidad económica. Sistema de tubería Tomando en cuenta la dimensión del mercado norteamericano al igual que el mercado influenciado por los Estándares estadounidenses, se puede afirmar que prácticamente la mayoría de las instalaciones con protección contra explosiones son sistemas de tubería. Mediante este sistema los cables eléctricos que ingresan a las instalaciones son cables mono conductores en tubos de metal cerrados, que están atornillados a las cubiertas, que contienen dispositivos de conmutación eléctrica. Todo el sistema de tubería es antideflagrante y existe un sello entre la cubierta conectada y el tubo. El sello tiene el propósito de evitar la propagación de una explosión interna hacia la tubería, provocada por chispas o superficies calientes durante operaciones normales. La explosión en tubos cilíndricos largos ocasiona presiones explosivas extremadamente elevadas debido a la precompresión. Por tal motivo los sellos se construyen como parte del sistema de tubería en ciertas distancias dependiendo del diámetro de las tuberías. En puntos más bajos en los que pueda formarse condensación, se deben tomar medidas para el drenaje. Sistema de cables En Europa predominan en general los sistemas de cables instalados de manera abierta, utilizando cables con envoltura para servicio intenso y de alta calidad (por ejemplo, con una envoltura exterior de goma, plástico o plomo). Sólo en áreas donde puede esperarse que ocurran danos, estos cables se instalan dentro de tubos protectores. Los mencionados tubos no deben ser del tipo de sistema cerrado con el fin de evitar la corrosión a causa de la condensación y deben tener aberturas de drenaje en los puntos bajos. En cuanto al ingreso de los cables en cajas antideflagrantes, se han desarrollado diferentes tecnologías en diversos países. En el curso de la armonización de los estándares se incluyeron todas estas opciones de ingreso de cable en los Estándares Europeos. En Alemania y muchos otros países influenciados por la tecnología VDE, se ha utilizado hasta ahora únicamente el ingreso indirecto a través de una cámara de terminal con tipo de protección "seguridad aumentada". En esta cámara de terminal los cables ingresan a través de simples casquillos para paso de cables PG (grado de protección IP 54) y están conectados a los terminales, también con el tipo de protección de "seguridad aumentada". A partir de ese punto, los cables mono conductores ingresan a la cámara encapsulada antideflagrante del equipo a través de forros metálicos de aislamiento tipo espiga o forros metálicos para conductores. Los forros metálicos de aislamiento pueden ser ajustados por los fabricantes y se efectuara una prueba de rutina en la cubierta cerrada. El instalador sólo necesita abrir la cámara de terminal de "seguridad aumentada" para la conexión, pero no la cámara antideflagrante. Sin embargo, la tecnología británica autoriza el uso de un ingreso directo de cables en la cámara antideflagrante. Por ejemplo, para conmutadores de control, construidos como parte de cubiertas con el tipo de protección "caja antideflagrante" los cables de conexión ingresan directamente en la caja. No obstante, con el uso de interruptores con mayor capacidad de conmutación se requiere de una cámara de terminal separada, que es igualmente antideflagrante contrario a la tecnología VDE. La conexión se lleva a cabo en la cámara de terminal antideflagrante, no en la cámara de equipo antideflagrante que contiene aparatos que pueden provocar chispas durante operaciones normales. Para el ingreso de cables en la cámara de terminal se usan casquillos especiales antideflagrantes para paso de cables. El sello elástico de Neopreno junto con la envoltura del cable debe conformar la juntura antideflagrante. Por ello debe observarse que el apropiado casquillo para paso de cables sea seleccionado de acuerdo con el tipo y disposición de cable al igual que el área donde se utiliza la instalación. Los forros de metal para líneas entre la cámara que contiene el aparato y la cámara de terminal ajustan principalmente a la tecnología alemana. Mediante el uso de la tecnología francesa es posible ingresar directamente en cualquier caso a la cámara antideflagrante de equipo la cual contiene el aparato, que provoca chispas durante operaciones normales. En este sistema, la juntura antideflagrante también está conformada por la envoltura del cable y el sello de Neopreno. Sin embargo, el sello es más resistente que el utilizado en la tecnología inglesa y compensa mejor las diferencias de diámetro de los cables.
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Clases de protección relacionadas con cubiertas (Código IP) Protección de equipo eléctrico contra contacto físico, cuerpos extraños e ingreso de agua Las clases de protección para equipo eléctrico con respecto a:
fueron establecidas anteriormente en DIN 40 050 Primer dígito (0-6) protección contra contacto y cuerpos extraños Segundo dígito (0-8) protección contra el agua Letra adicional A, B, C, D (opcional) Letra complementaria H, M, S, W (opcional) Desde Noviembre de 1982 las estipulaciones, con leves modificaciones, se describen en DIN VDE 0470 parte 1: "Clases de protección en relación con las cubiertas (Código IP)". Este estándar constituye la versión alemana del Estándar Europeo EN 60 529. También fue emitido como publicación de IEC 529 (1989). Estructura y uso del código IP:
El campo de protección indicado por las diversas clases de protección se muestra de forma breve en la tabla 1. La letra adicional (opcional) corresponde a la protección de personas y hace referencia a información acerca de la protección contra el acceso a partes peligrosas con
La letra adicional (opcional) corresponde a la protección del equipo y proporciona información complementaria especialmente para
Campo de protección para las clases de protección IP
Ejemplo: IP 66 / IP 67 CS
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