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Tecnología de Equipos a prueba de Explosión

Guía para el montaje y el mantenimiento
de equipos e instalaciones en áreas clasificadas

 

Guía practica Aspectos generales
Normas y regulaciones
Montaje
Protección para evitar conmociones por descarga eléctrica
Selección de cables y canalización de conductores
Instalación de cables y canalización de conductores
Conexión de cables y canalización de conductores
Requerimientos técnicos para el equipo
Pruebas efectuadas antes de adjudicación inicial

 

 

 

Guía para el montaje y el mantenimiento de equipos e instalaciones eléctricas con protección contra explosiones

 

Aspectos generales

Durante la fabricación, procesamiento, transporte y almacenamiento de materiales inflamables, se pueden producir escapes de gases, vapores o nieblas y formar mezclas explosivas de gas en contacto con el oxígeno de la atmósfera. Por ello existe el riesgo de una ignición accidental y la explosión de estas mezclas de gas. Entre las posibles fuentes de ignición se encuentran: chispas de conmutación eléctrica, llamas abiertas, superficies calentadas, cojinetes calientes, producción de chispas por fricción y descargas electrostáticas.
En consecuencia, la seguridad de las personas, maquinarias e instalaciones en las áreas de alto riesgo depende en un grado considerable del conocimiento y el estricto cumplimiento de todas las regulaciones de seguridad. El personal encargado del montaje y mantenimiento que labora en dichas áreas tiene una responsabilidad especial.

El presente artículo resume las medidas de seguridad de mayor importancia y responde algunas preguntas básicas. Sin embargo, lo mencionado no constituye ciertamente un reemplazo a las regulaciones mencionadas y que deben ser estudiadas por el personal interesado

 

Normas y regulaciones

Para el montaje/construcción de las instalaciones eléctricas en áreas de alto riesgo, deben observarse las siguientes regulaciones:

  • National Electrical Code, NEC art. 500 - 505 & 510 - 516 (Código Eléctrico Nacional, USA)
  • International Society for Measurement and Control, serie ISA SP12 (Sociedad Internacional para la Medición y Control).
  • American Petroleum Institute, API RP500 & RP 505 (Instituto Americano de Petróleo, USA)
  • International Electrotechnical Commission IEC 6000079 (Comisión Electrotécnica Internacional)

Estos requerimientos están redactados explícitamente para instalaciones de alto riesgo. Además, se deben cumplir igualmente los requerimientos básicos para la construcción y operación de instalaciones eléctricas en general.

Conjunto de Normas que regulan los aparatos

El equipo que se instalará en áreas de alto riesgo debe ser sometido a pruebas para determinar su idoneidad antes de su construcción. Únicamente los aparatos con protección contra explosiones, que hayan sido certificados de modo apropiado, pueden ser instalados en áreas de alto riesgo. La certificación debe consistir de:

  • Un Certificado de Prueba o un Certificado de Conformidad emitido por una estación de pruebas autorizada, o

  • La certificación de un experto especializado, si se trata de equipo modificado o una construcción especial para una aplicación especial.

Los aparatos que tengan un certificado de prueba deben haber sido identificados por el fabricante mediante el adecuado código de protección contra explosiones.
Los aparatos o instalaciones que cumplan con la regulación DIN VDE 0170/0171/2.61 están identificados con la etiqueta Ex.
Los aparatos que hayan sido certificados por una reconocida estación de pruebas alemana o por una de las reconocidas estaciones de pruebas de alguno de los otros estados miembros de la CEE y que cumplen con los estándares europeos EN 500 014 a EN 50020/VDE 0170/0171 Partes 1 a 7/5.78, están identificados con el símbolo EEx.
Si el instalador y/o usuario tiene que cumplir condiciones especiales en la instalación y/o la operación del equipo, dichas condiciones deben estar especificadas en los documentos de certificación si la estación de pruebas lo considera necesario, de manera tal que el instalador/usuario puede identificar leyendo el certificado el número de certificado que se muestra en la placa de clasificación de dicho aparato seguido por la letra B o X (por ejemplo, PTB No. III B/E-....B o X), (p. ej. PTB No. III B/E-....B o X, o PTB No. Ex. 83/...X). En los puntos donde los certificados de prueba incluyan condiciones especiales, las mismas deberán estar accesibles a la vista en el sitio.

 

Montaje

Medidas de seguridad antes del montaje

Evitar la producción de chispas en áreas de alto riesgo ....

No deben utilizarse herramientas que tiendan a provocar chispas. Se recomienda el uso de herramientas que no ocasionen chispas y que estén elaboradas de cobre berilio (destornilladores, llaves planas de tuercas, llaves de tubos para cajas, cinceles y martillos). Debido a que estas herramientas son más proclives al desgaste, las mismas deben ser manipuladas con cuidado. (Proveedores: por ejemplo. Belzer Co.)
No se deben llevar instrumentos de uso común como lámparas de mano, reflectores de construcción, medidores, soldadores y sopletes a áreas de alto riesgo. Obviamente, también se prohíbe llevar encendedores y fósforos.
Entre los proveedores de sopletes con protección contra explosiones destaca la empresas Stahl y para equipo de medición, igualmente con protección contra explosiones, figuran las compañías Benning de Bocholt y Taco de Esslingen.
Asimismo está prohibido el uso de zapatos con clavos o puntas de hierro y escaleras de mano fabricadas de hierro, entre otros.
Durante el desmantelamiento de equipo se recomienda que se rocíe con agua los pisos de concreto y las partes de hierro de modo que cualquier pieza que se desprenda no produzca chispas. Esencialmente se prohíbe efectuar operaciones en instalaciones y equipos con alimentación en áreas de alto riesgo. Dentro de estas operaciones figura la desconexión de líneas eléctricas de control para propósitos de prueba, mientras circule corriente eléctrica por las mismas. Esta reglamentación no se aplica a trabajo en circuitos SI (con Seguridad Intrínseca).
La conexión a tierra y la aplicación de cortocircuitos puede efectuarse sólo cuando no exista peligro de explosiones en el punto de la conexión a tierra o del cortocircuito.
Únicamente se pueden utilizar instrumentos para verificar que un circuito no esté cargado si los mismos han sido aprobados para instalaciones Ex.

 

Permiso de trabajo en zonas de riesgo de incendio

Sólo pueden realizarse reparaciones o modificaciones en aparatos eléctricos dentro de áreas existentes con alto riesgo si se garantiza que no existe riesgo de explosión durante el período de los mencionados trabajos en los equipos. Con este objetivo, se emite el denominado Permiso de trabajo en zonas de riesgo de Incendio. En algunas oportunidades se exige una autorización por escrito de este tipo cuando se tengan que operaciones de soldadura y trabajos con sopletes y siempre cuando, durante las labores, se necesite utilizar aparatos y equipos que no tengan protección contra explosiones (por ejemplo, interruptores de clavija y tomas de corriente (ver abajo)).

 

Verificación de equipo entregado por el proveedor

Antes de instalar el equipo suministrado por un proveedor en principio es necesario verificar que su código de protección contra explosiones corresponda al grado de protección requerida para el área. El aparato que esté clasificado dentro de la clase de temperatura o grupo de explosión más bajo será el componente más débil de toda la instalación.

Protección para evitar conmociones por descarga eléctrica y el acceso

En áreas de trabajo que presentan alto riesgo se pueden producir chispas incluso a voltajes que no revisten peligrosidad para las personas. Por esta razón, sólo pueden utilizarse aparatos cuyas partes con alimentación estén protegidas para evitar contacto directo. Las excepciones en este aspecto la constituyen los circuitos y aparatos electrostáticos con Seguridad Intrínseca (IS) que hayan sido apropiadamente examinados y certificados.
Todas las medidas de protección especificadas en los códigos internacionales son aceptables con respecto a su protección para evitar contacto. No se permite la instalación en áreas de alto riesgo de una múltiple conexión a tierra como protección (PME) en la cual el cable de tierra (T) y el conductor neutro (N) estén combinados debido a que pueden surgir voltajes en el cable de tierra capaces de producir chispas con posibilidad de causar incendios. Por ello es necesario asegurarse de que, desde el último punto de distribución fuera del área de alto riesgo, hasta el equipo en el área de alto riesgo, el cable de tierra y el conductor neutro están instalados como conductores separados.
Los conductores neutros deben estar instalados de manera individual o en grupos a través de enlaces aislados de modo que las medidas de aislamiento a tierra pueden efectuarse fácilmente a cada conductor sin tener que desconectar el conductor neutro.
En áreas de alto riesgo, la ecualización de potencial de tensión reviste de importancia especial. LA normativa europea exige específicamente la ecualización de potencial de tensión bajo ciertas condiciones:
"Dentro de áreas de alto riesgo de la Zona 1 y la Zona 0 la ecualización de potencial de tensión necesaria como medida de protección, con un conductor a tierra como precaución ante contacto indirecto. Con este fin, componentes conductores accesibles tales como tornillo de contacto, cubiertas, tubería (partes externas conductoras) deben estar conectadas unas con otras y con el conductor a tierra, por ejemplo, en el equipo de distribución.
El tamaño del conductor que se usa en la ecualización de potencial de tensión deberá ajustarse a los requerimientos estipulados por VDE 0100 para sistemas de hasta 1 kV. Los sistemas con voltajes mayores que 1 kV deben cumplir lo establecido por DIN VDE 0141. La conductividad de las conexiones entre las partes externas conductoras debe ser equivalente a por lo menos 10mm2 de cobre. Dicha conductividad puede ser proporcionada, por ejemplo, por uniones de tubos enhebrados y acoplamientos con bridas.
Las instalaciones con protección catódica no necesitan ser conectadas a circuitos con igualación de potencial de tensión. Las secciones con aislamiento requeridas para la protección catódica, como es el caso de secciones con aislamiento para tuberías y líneas troncales deben estar estructuradas si es posible fuera del área de alto riesgo.
En los puntos donde se identificará el cable de tierra, el mismo debe estar indicado con los colores verde y amarillo.
Mediante el uso de la conexión a tierra y el sistema de empalme se cumplen las medidas de protección anteriormente expuestas.

Selección de cables y canalización de conductores

Las Regulaciones internacionales no exigen certificación de prueba para cables y canalización de conductores instalados en áreas de alto riesgo. Puede utilizarse cualquier tipo de construcción si ésta puede resistir la probable influencia de factores mecánicos, químicos y térmicos.
Para la canalización fija de conductores; pueden usarse cables y alambres conductores que tengan envoltura de metal, plástico o goma. En esta área se incluyen cables con envoltura de plomo, cables con envoltura no metálica y cables con envoltura de goma tipo H07 RN-F. Los cables y alambres conductores con pantalla o blindaje de alambre trenzado deben tener asimismo una envoltura externa de goma o plástico. No se permite el uso de alambres revestidos con blindaje.

En la tabla que se presenta a continuación se indican las menores dimensiones para alambres de cobre:

Tipo de cable

No. de conductores

flexible mm2

Sólido mm2

Corriente de

Conductor principal y cable

1

2-5

> 5

1

0,75

0,5

1,5

1,5

1

Cable de corriente

De señal

= 50 V ~

= 100 V -

> 1

 

 

0,5

0,5

Teléfono y cable

De control remoto

2

>2

2 (blindado)

0,5

0,28

0,28

0,8

0,6

0,6

Tabla 1: dimensiones mínimas de alambres de cobre

Puede emplearse cobre o aluminio como material conductor. Sin embargo, se permite utilizar únicamente aluminio para tamaños de 25 mm2 y mayores para cables trenzados y de 35 mm2 y mayores para cables sólido. Las siguientes son las formaciones de cables y alambres permitidas

  • Empalme y conductores de conexión a tierra -
    Alambres conductores, aunque no de aluminio desnudo.

  • Para equipo fijo -
    Cables con envoltura de metal y sin la misma, por ejemplo, alambres conductores NVKY, alambres conductores NYCY, alambres conductores NYY con envoltura, alambres conductores NYM con envoltura de plomo, alambres conductores NYBUY con envoltura de goma, alambres conductores H07RN-F de conducto de iluminación, por ejemplo cable de comunicaciones NYL, por ejemplo formas de construcción S, J, G, A y AJ.

  • Para equipo móvil -
    Cables con envoltura de goma, por ejemplo, H05RR-F y alambres conductores H05VV-F con collarín de plástico para corrientes nominales de hasta 6 A y tensiones de hasta 250 V a tierra.
    Para lámparas de mano, interruptores de pie, bombas cilíndricas y como conductores de conexión para aparatos con requerimientos mecánicos similares, deben usarse alambres conductores con envoltura de goma, por ejemplo, H05RN-F; la mínima sección transversal de 1,5 mm2.

  • En aparatos de conmutación y equipo de distribución -
    Alambres conductores para instalaciones fijas o cableado flexible de plástico, por ejemplo, NGA o H07V -

 

Instalaciones de cables y canalización de conductores

En áreas de alto riesgo, los cables y la canalización conductores deberán estar instaladas de modo tal que estén protegidos contra efectos térmicos, mecánicos o químicos. Se puede lograr la protección mediante el tendido a través de tuberías, entubado de plástico o tuberías flexibles de metal (con protección en los bordes) o mediante su recubrimiento.
En Europa, no está permitido el uso de sistemas de tubería cerrados, por ejemplo, en instalaciones de tubería de acuerdo con DIN VDE 0605.

Excepciones:

Pueden utilizarse sistemas de tubería cerrados con una forma especial de construcción canalización, expresamente realizada para áreas de alto riesgo. Estos sistemas de tubería son los mismos que se rigen por los estándares británicos y estadounidenses en relación con el tipo de construcción e instalación. El equipo debe ser adecuado para su uso con estos sistemas de tubería, o deberán emplearse adaptadores especiales.
Las aberturas de ingreso de cables en paredes y cubiertas, que conducen a áreas que no presentan alto riesgo de explosión deben estar firmemente selladas. El sellado puede hacerse por medio de sellos cortafuego, tampones de arena, argamasa refractaria, cemento hidráulico, o capas de yeso.
Los alambres conductores y núcleos de cables de circuitos SI y circuitos sin Seguridad Intrínseca no deben circular por el mismo cable, tubería o conducto flexible.
En los conductos de canalización los conductores de circuitos SI deben estar separados de aquellos circuitos que no tengan SI mediante una capa interpuesta de aislamiento. Este aislamiento puede resultar comprometido si se emplean conductores con envolturas o collarines. Los cables y alambres conductores en circuitos SI deben estar identificados como tales. Si las envolturas o collarines están identificados por un color, se seleccionará el azul claro.

Conexión de cables y canalización de conductores

Prensaestopas con certificados de conformidad

Prensaestopas con certificados de conformidad

Los cables y alambres conductores que ingresan a cajas de conexión protegidas mediante el Método de Seguridad Aumentada (Ex e) deberán pasar a través de casquillos para paso de cables, entradas abocinadas o abrazaderas de cables. Se deberán sellar las aberturas no utilizadas para ingreso de cables y conductores en aparatos eléctricos protegidos contra explosiones. El componente para el sellado debe ajustarse a los requerimientos establecidos en las normativas internacionales y deberá garantizar que se resguarde el respectivo tipo de protección, conjuntamente con el requerido grado de protección contra ingreso de polvo y agua. Los tampones de sellado certificados protegidos contra explosiones cumplen plenamente estos requerimientos.

La conexión de cables y conductores en cubiertas terminales con protección con Seguridad Aumentada se efectúa por medio de terminales certificados, que se diseñan de manera tal que estén resguardados por el método de Seguridad Aumentada. No se permite la utilización de terminales y conectores flotantes como el Screwit de porcelana..

Sólo un conductor puede introducirse en cada terminal a menos que el extremo terminal esté específicamente diseñado para varios conductores, por ejemplo, abrazaderas de cápsula y abrazaderas de caballete. Se deben seguir las instrucciones del fabricante con respecto al número de conductores y el máximo tamaño de los mismos.

Pueden efectuarse conexiones entre conductores únicamente por medio de junturas de compresión, terminales de tornillos a prueba de sacudidas o mediante soldadura normal o soldadura dura. La soldadura blanda se permite sólo en los casos en que los conductores que deben unirse también están sujetados de manera mecánica.

Cuando se utilizan cables de hilo múltiple o flexibles, los extremos deberán estar protegidos de modo que los alambres individuales no se descantillen, por ejemplo por medio de boquillas de cable, o casquillos o por el tipo de terminal. No se permiten realizar soldaduras solas. Cuando se estructuran en paralelo los terminales en una hilera, pueden usarse únicamente los enlaces suministrados para tal propósito. Tampoco se puede efectuar puentes de alambres.

Las cajas terminales que contienen tanto circuitos con IS como sin IS deben garantizar que exista un espacio y una distancia de desplazamiento (distancia de filamento) entre los extremos terminales con SI y los terminales sin SI de por lo menos 50 mm. Los extremos terminales para circuitos con SI deben estar identificados como tales.

Los cables y conductores de circuitos SI deberán estar identificados. Si ello se hace por medio de un color distintivo, deberá escogerse azul claro. No se podrán utilizar para otros circuitos los cables y alambres conductores identificados de esta forma.

Distancia mínima entre circuitos SI y no SI en una caja de terminales

 

Requerimientos técnicos para aparatos, cajas de distribución y cubiertas protectoras

 

Las cajas de distribución y las cajas antideflagrantes (Ex d) deben estar cuidadosamente selladas. Los boquetes de las bridas y las cubiertas protectoras de las cajas antideflagrantes sólo podrán limpiarse a través de métodos químicos. No se permite aplicar el tratamiento mecánico a las bridas Ex d.

Antes de cerrar nuevamente la cubierta protectora, se deben resguardar las bridas de las cajas Ex d con un medio de protección contra la corrosión libre de ácido (por ejemplo, Esso Rust-Ban 397).

No se permiten realizar alteraciones mecánicas en las cubiertas protectoras antideflagrantes, por ejemplo, agujeros para entrada de cables adicionales (ver también la sección "Reparaciones" con respecto a este tema).

Las cubiertas protectoras y los tableros de distribución que estén instalados al aire libre deberán estar protegidos, por un techo o un revestimiento, en condiciones meteorológicas desfavorables.

Instalación típica con protección EEx d

- Accesorios de iluminación

Los accesorios de iluminación usados en lámparas deben seguir las instrucciones indicadas en la etiqueta del dispositivo, con respecto a la potencia y la temperatura. La potencia especificada de la lámpara se aplica sólo al voltaje para el cual el accesorio está certificado. Las lámparas de uso general con accesorios de Seguridad Aumentada deberán estar identificados con la etiqueta T.
Las lámparas de mano con bombillos incandescentes y otros accesorios de iluminación sujetos a vibraciones intensas pueden emplear únicamente bombillos diseñados para resistir vibraciones intensas

 

- Motores

Las máquinas eléctricas deben estar protegidas contra sobrecalentamiento indebido provocado por sobrecargas. Los dispositivos de protección autorizados son los siguientes:

  • Dispositivos de sobrecorriente con retraso de tiempo de corriente inversa, por ejemplo, interruptores de protección del motor, en cada línea y fijados a una corriente no mayor que la corriente nominal de la máquina.

  • Dispositivos para la vigilancia directa de la temperatura utilizando detectores de temperatura empotrados.

  • Otros dispositivos que ofrecen la protección necesaria de una manera similar, el calentamiento indebido (protección del circuito y cortocircuito con instalación de fusibles y protección contra sobrecargas con relés bimetálicos)

Con respecto a la corriente de inicio IA de la máquina, el acoplamiento del arrancador debe estar especificado para corriente nominal de servicio de AC3 o AC4, En principio se debe utilizar el motor durante su funcionamiento con disyuntor de sobrecarga y que el relé tenga características de tiempo de corriente de desconexión inversa que sean accesibles para su revisión. Esto debe indicar los tiempos de desconexión en una amplitud de corriente igual a 3 a 8 veces la corriente fijada cuando comienza el arranque en un entorno frío con temperatura de 20ºC. Asimismo debe indicarse que el dispositivo de protección se desconectará el motor cuando esté instalado, dentro del período de calentamiento tE.
Los dispositivos de protección para motores conectados en delta deben desconectar los motores dentro del tiempo de calentamiento tE en condición monofásica, arrancando en ambiente frío con una corriente de desconexión que sea 3 x la corriente fijada a 0,8 de la corriente nominal de arranque del motor.
Los motores de corriente vigilada deben utilizarse en general únicamente en operaciones de arranque suave o poco frecuente. Los motores para funciones de arranque intenso o para operaciones de conmutación frecuente deben emplearse sólo con dispositivos de protección especialmente adaptados.
Se considera que se produce un arranque intenso cuando hace que un dispositivo disyuntor de sobrecarga, fijado para condiciones normales, se desconecte durante el período de arranque. Este fenómeno ocurrirá si el tiempo de inicio TA es más largo en 1,7 veces que el tiempo de calentamiento tE.
Si la protección contra la sobrecarga se realiza sólo por medio de la vigilancia directa de la temperatura, usando detectores de temperatura empotrados, deberá examinarse y certificar especialmente la conveniencia del diseño de la máquina para este método de protección.

- Transformadores

En lado de la entrada, los transformadores deben presentar (como características):

La distancia entre dos componentes de terminación de diferentes circuitos SI deberá ser de por lo menos 6 mm.
Los componentes de terminación de circuitos SI deben estar separados por una distancia de al menos 50 mm de los componentes de terminación de circuitos que no tengan seguridad intrínseca, o deberán estar separados eficazmente de todas direcciones por medio de una barrera física.
Los terminales del circuito SI (Seguridad Intrínseca) deberán estar identificados como SI. Si para este propósito se usa el color de la envoltura o el collarín, se debe seleccionar el color azul claro. Este color no puede emplearse para otros fines. Cuando los circuitos SI estén conectados a aparatos adicionales, la seguridad intrínseca deberá continuar su función sin que resulte afectada. Los componentes destinados para limitar la corriente y el voltaje de los mencionados aparatos no deberán sobrecargarse durante condiciones de falla. Las estimaciones y mediciones son necesarias para garantizar el cumplimiento de este requerimiento.
Las características de los circuitos SI interconectados deben ajustarse a los requerimientos estipulados, tomando en cuenta las nuevas condiciones de corriente y voltaje que puedan presentarse durante una falla. Los sistemas interconectados deben considerarse como un dispositivo individual cuando se efectúan las respectivas estimaciones de fallas.
Debido a que la evaluación de los sistemas SI interconectados es relativamente compleja, se recomienda en ciertos casos buscar asesoría de un experto.

 

Prueba antes de la adjudicación inicial

"El usuario tiene que asegurarse de que la instalación eléctrica ... antes de la adjudicación inicial ... en sus condiciones operativas normales, será sometido a pruebas por un experto en electricidad o bajo la supervisión y control de un experto en electricidad".

Excepciones: No se requiere de las pruebas antes de la adjudicación inicial si el instalador o fabricante confirma al usuario que la instalación eléctrica cumple con las Regulaciones internacionales.

Igualmente no se necesitan las pruebas antes de la adjudicación inicial si el equipo eléctrico instalado ha sido examinado por un experto responsable.


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