Menú Principal Seguridad IntrínsecaIntroducción a los principios de protección contra explosión en áreas peligrosasEn este curso se tratará con sistemas de gases que son capaces de una reacción química espontánea con grandes cantidades de energía liberadas. En un volumen de dicho gas o mezcla de gases, la reacción se puede dar en forma de una onda que se propaga de una fuente localizada de ignición, o puede ocurrir más o menos simultáneamente en todo el volumen. Las moléculas de un gas están siempre en constante movimiento y chocan frecuentemente entre ellas. La probabilidad de una reacción química entre dos moléculas ocurre en el instante de la colisión con moléculas ordinarias como el hidrógeno y el oxígeno, o el hidrógeno y el cloruro esta probabilidad es extremadamente pequeña, como es evidente del hecho de que a temperatura ambiente tales mezclas no reaccionan perceptiblemente durante largos períodos de almacenamiento aunque a presión atmosférica una molécula sufre cerca de un billón de colisiones por segundo. Sin embargo, si en una mezcla de hidrógeno y cloruro a temperatura ambiente y presiones normales, un número moderado de átomos de cloruro ó hidrógeno son introducidos, como por ejemplo debido a una iluminación con luz que disgregue el Cl2, se observa una formación rápida de cloruro de hidrógeno, que bajo condiciones dadas, progrese en forma explosiva. Esta reacción es ilustrativa de la secuencia de eventos que conllevan a una reacción en cadena H + Cl2 = HCL + CL etc. H y Cl son los portadores de esta reacción en cadena. De manera que por cada átomo de Cloro liberado, se forman grandes cantidades de moléculas de HCl. Las reacciones individuales de la cadena, se denominan reacciones elementales. La reacción resultante H2 + CL2 = 2 HCL es por esto una reacción compleja, que resulta de varias reacciones elementales y la rata de la reacción resultante es gobernada por la rata de las reacciones elementales. 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 protección. 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 protección. 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:
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. Definiciones técnicas para la protección contra explosiones
Tipos de protecciónProtección contra explosionesEn 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 1 muestra los tipos de protección de los Estándares Europeos y describe sus aplicaciones comunes.
Envolvente antideflagranteUna envolvente antideflagrante debe cumplir 3 requisitos:
La envolvente antideflagrante no debe presentar en su superficie externa temperaturas susceptibles de convertirse en fuentes de auto ignición. Envolvente de seguridad aumentadaEste método de protección es aplicable a materiales eléctricos tales como: cajas de derivación con bornes, equipos de alumbrado, instrumentos de medida, transformadores que no produzcan ni arcos, ni chispas, ni calentamiento peligroso en funcionamiento normal. Debe impedir cualquier aparición de una fuente de inflamación accidental. Los principios de construcción del material de seguridad aumentada son:
Para los materiales de seguridad aumentada, la temperatura a tener en cuenta es la del punto mas caliente del aparato completo y no la temperatura exterior como en el caso de la envolvente antideflagrante. La clasificación de temperatura es la misma que para la envolvente antideflagrante. PresurizaciónEspecificaciones:
Principio funcional de la Seguridad IntrínsecaEl triángulo de la combustión
La reacción de la combustión tendrá lugar si hay la presencia simultánea y en las proporciones adecuadas de los tres componentes del Triángulo de la combustión. Una mezcla explosiva es la mezcla de un comburente (producto oxidante) y de un combustible (producto oxidable) en proporciones tales que puedan dar lugar a una reacción de oxidación muy rápida y muy viva, liberando mas energía de la que se disipa por conducción y convección. El comburente puede ser un gas (el oxígeno del aire), un liquido (peróxido) o un sólido (clorato, nitrato . ). El combustible puede ser un gas (hidrógeno, vapores de gasolina etc. ), un liquido (disolvente) o un sólido (azufre, madera . . . ). Todas las materias orgánicas son combustibles. En una atmósfera explosiva el comburente esta constituido por el aire o una atmósfera enriquecida o empobrecida en oxígeno. El combustible puede ser: Gaseoso: la mezcla de aire y de gas es homogénea. Líquido: la mezcla es heterogénea y el liquido se dispersa en forma de gotitas más o menos finas. Sólido: este se divide en partículas más o menos finas (humos, polvos, aserrín en suspensión en el aire. Tipo de productos que pueden producir una explosión: Gas de calefacción Esta lista no se limita a las formas líquidas o gaseosas. Es preciso no perder de vista que ciertos productos, utilizados en forma de polvo, pueden ser en ciertas condiciones agentes activos de una explosión. Son los polvos de:
Niveles de energía incapaces de provocar una igniciónExiste una cantidad de energía mínima con la cual una mezcla combustible puede ser encendida. Cantidades de energía por debajo de ese nivel " MIE " ó nivel mínimo de energía de ignición (Minimum Ignition Energy) no pueden causar el encendido de la mezcla combustible. El concepto de la seguridad Intrínseca se basa en el principio de mantener los niveles de energía lo suficientemente bajos de manera de estar siempre por debajo de lo que requiere una mezcla para hacer ignición, bajo condiciones normales de operación, y aun cuando ocurran fallas o condiciones fuera de lo normal.
Definiciones MIE, MEIC, UEL, LEL, Flashpoint MIE [ Minimum Ingnition Energy ] Mínima energía de ignición La figura arriba muestra un ejemplo con el gas etileno de los niveles mínimo de energía de ignición dada su concentración en volumen. Del dibujo se desprende que por debajo de 3. 5 % Vol. y por encima de 15. 0 % Vol. este gas no es capaz de hacer ignición y por lo tanto provocar una explosión (condiciones atmosféricas normales). El principio de la combustión implica que es necesario una cantidad mínima de energía, para encender una mezcla inflamable y posteriormente provocar la onda explosiva. En la figura seria la recta MIE. Si la energía que se introduce es menor que esa cantidad mínima, la onda explosiva no ocurrirá. Los requerimientos de seguridad intrínseca se basan en los niveles mínimos de energía que se establecen mediante procedimientos de laboratorio para varias mezclas inflamables.
Tabla limites de inflamabilidad de compuestos químicos
Energía mínima de ignición de gases representativos
Clasificación de gases 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 gasesLa 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 dimensiones requeridas 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 están clasificados según el "Intersticio Experimental Máximo de Seguridad" (IEMS) o la "Corriente Mínima de Ignición" (CMI), 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. Clases de temperaturaLa 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).
Ejemplos de clasificación
Establecimiento de los niveles mínimos de explosión de gases Gran parte de los esfuerzos en este sentido, fue hecho por los Británicos para reducir el riesgo de explosión en minas de carbón subterráneas. Eso comenzó hace muchos anos y las pruebas se continúan haciendo hoy en día a lo largo del mundo. Cada laboratorio tiene sus métodos de prueba y los resultados están disponibles en forma de tablas y gráficos. La forma de presentación gráfica, es la de uso más frecuente, sin embargo la interpretación de los resultados no es aceptada todavía universalmente. Circuitos intrínsecamente seguros
Para la obtención de las gráficas de ignición, se pueden ubicar en publicaciones de estándares de Seguridad Intrínseca como: CENELEC EN 50020 EUROPA | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
