Equipos eléctricos en zonas peligrosas

En Estados Unidos, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), organismo independiente, publica diversas normas relevantes que suelen ser adoptadas por agencias gubernamentales. Las normas NFPA  497 (gases explosivos) y NFPA  499 (polvo) ofrecen orientación sobre la evaluación de riesgos. El Instituto Americano del Petróleo ( API ) publica normas análogas en las normas RP  500 y  RP 505.

La norma NFPA 70, el Código Eléctrico Nacional (NEC), define la clasificación de áreas y los principios de instalación. ^{[ 1 ]} El artículo 500 del NEC describe el sistema de clasificación de divisiones, mientras que los artículos 505 y 506 describen el sistema de clasificación de zonas. El sistema de zonas del NEC se creó para armonizar con el sistema de clasificación de la IEC y, por lo tanto, reducir la complejidad de la gestión.

Canadá cuenta con un sistema similar, la norma C22.1 del Grupo CSA , el Código Eléctrico Canadiense , que define la clasificación de áreas y los principios de instalación. En la Sección 18 (Zonas) y el Apéndice J (Divisiones) se describen dos posibles clasificaciones.

La Comisión Electrotécnica Internacional publica la serie de normas 60079 ^{[ 2 ]} , que define un sistema para la clasificación de ubicaciones, así como la categorización y prueba de equipos diseñados para su uso en áreas peligrosas, conocidos como "equipos Ex". La norma IEC 60079-10-1 abarca la clasificación de atmósferas de gas explosivas, y la IEC 60079-10-2, la de polvo explosivo. Los equipos se clasifican en niveles de protección según el método de fabricación y su idoneidad para diferentes situaciones. A diferencia de ATEX, que utiliza números para definir la "Categoría" de seguridad de los equipos (1, 2 y 3), la IEC continuó utilizando el método empleado para definir los niveles de seguridad intrínseca, a saber, "a" para la zona 0, "b" para la zona 1 y "c" para la zona 2, y aplicó este Nivel de Protección de Equipos a todos los equipos para su uso en áreas peligrosas desde 2009. ^{[ 3 ]}

La norma IEC 60079 ha sido adaptada para su uso en Australia y Nueva Zelanda y se publica como la norma AS/NZS 60079.

Los riesgos típicos derivados de los gases provienen de los compuestos de hidrocarburos , pero el hidrógeno y el amoníaco también son gases industriales comunes que son inflamables.

Ubicaciones clasificadas de Clase I, División 1

Área donde pueden existir concentraciones inflamables de gases, vapores o líquidos de forma continua o parcial en condiciones normales de funcionamiento. Un área de Clase I, División 1, comprende la combinación de las áreas de Zona 0 y Zona 1.

Ubicaciones clasificadas de la Zona 0

Un área donde se presentan concentraciones inflamables de gases, vapores o líquidos de forma continua o durante largos períodos de tiempo en condiciones normales de operación. Un ejemplo de esto sería el espacio de vapor sobre el líquido en la parte superior de un tanque o bidón. El método de clasificación ANSI/NEC considera este entorno como un área de Clase I, División 1. Como referencia para la Zona 0, esta se puede definir como más de 1000 horas por año o más del 10 % del tiempo. ^{[ 4 ]}

Ubicación clasificada en la Zona 1

Área donde es probable que existan concentraciones inflamables de gases, vapores o líquidos en condiciones normales de funcionamiento. Como referencia para la Zona 1, esta puede definirse como de 10 a 1000 horas al año o del 0,1 al 10 % del tiempo. ^{[ 4 ]}

Ubicaciones clasificadas de Clase I, División 2 o Zona 2

Zona donde es improbable que existan concentraciones inflamables de gases, vapores o líquidos en condiciones normales de funcionamiento. En esta zona, el gas, vapor o líquido solo estaría presente en condiciones anormales (generalmente fugas). Como regla general para la Zona 2, las sustancias no deseadas solo deberían estar presentes durante menos de 10 horas al año o entre el 0 % y el 0,1 % del tiempo. ^{[ 4 ]}

Ubicaciones no clasificadas

También conocidas como ubicaciones no peligrosas u ordinarias, estas ubicaciones no se clasifican como Clase I, División 1 o División 2; Zona 0, Zona 1 o Zona 2; ni ninguna combinación de las mismas. Dichas áreas incluyen una residencia u oficina donde el único riesgo de liberación de gas explosivo o inflamable sería, por ejemplo, el propelente de un aerosol . Los únicos líquidos explosivos o inflamables son la pintura y el limpiador de brochas. Estos se clasifican como de muy bajo riesgo de explosión y representan un mayor riesgo de incendio (aunque sí ocurren explosiones de gas en edificios residenciales). Las ubicaciones no clasificadas en plantas químicas y de otro tipo se encuentran donde es absolutamente seguro que el gas peligroso está diluido a una concentración inferior al 25 % de su límite inferior de inflamabilidad (o límite inferior de explosividad (LIE)).

El polvo u otras partículas pequeñas suspendidas en el aire pueden explotar .

Las distintas atmósferas explosivas poseen propiedades químicas que influyen en la probabilidad y la gravedad de una explosión. Estas propiedades incluyen la temperatura de la llama , la energía mínima de ignición, los límites superior e inferior de explosividad y el peso molecular . Se realizan pruebas empíricas para determinar parámetros como la brecha de seguridad experimental máxima (MESG), la relación de corriente de ignición mínima (MIC), la presión de explosión y el tiempo hasta alcanzar la presión máxima, la temperatura de ignición espontánea y la velocidad máxima de aumento de presión. Cada sustancia presenta una combinación diferente de propiedades, pero se ha observado que pueden clasificarse en rangos similares, lo que simplifica la selección de equipos para áreas peligrosas. ^{[ 5 ]}

La inflamabilidad de los líquidos combustibles se define por su punto de inflamación. El punto de inflamación es la temperatura a la cual el material genera suficiente vapor para formar una mezcla inflamable. El punto de inflamación determina si un área necesita ser clasificada. Un material puede tener una temperatura de autoignición relativamente baja, pero si su punto de inflamación está por encima de la temperatura ambiente, entonces el área podría no necesitar ser clasificada. Por el contrario, si el mismo material se calienta y manipula por encima de su punto de inflamación, el área debe ser clasificada para un diseño adecuado del sistema eléctrico, ya que entonces formará una mezcla inflamable. ^{[ 6 ]}

Cada gas o vapor químico utilizado en la industria se clasifica en un grupo de gases.

El grupo IIC es el grupo de gases más peligroso para sistemas de zonas. Los gases de este grupo pueden inflamarse con mucha facilidad. Los equipos marcados como aptos para el grupo IIC también lo son para los grupos IIB e IIA. Los equipos marcados como aptos para el grupo IIB también lo son para el grupo IIA, pero NO para el grupo IIC. Si un equipo está marcado, por ejemplo, como Ex e II T4, entonces es apto para todos los subgrupos IIA, IIB e IIC.

Se debe elaborar una lista de todos los materiales explosivos presentes en la refinería o complejo químico, la cual debe incluirse en el plano de las áreas clasificadas. Los grupos mencionados se organizan según su grado de explosividad al encenderse, siendo IIC el grupo de gases del sistema de zonas más explosivo y IIA el menos explosivo. Asimismo, los grupos indican la cantidad de energía necesaria para encender el material mediante efectos térmicos o energéticos, siendo IIA el grupo que requiere mayor energía y IIC el que requiere menor.

El equipo debe someterse a pruebas para garantizar que no supere el 80 % de la temperatura de autoignición de la atmósfera peligrosa. Se consideran tanto la temperatura externa como la interna. La temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que la sustancia se inflama sin calor adicional ni fuente de ignición (a presión atmosférica). Esta temperatura se utiliza para la clasificación en aplicaciones industriales y tecnológicas. ^{[ 7 ]}

La clasificación de temperatura en la etiqueta del equipo eléctrico será una de las siguientes (en grados Celsius ):

La tabla anterior muestra que la temperatura superficial de un equipo eléctrico con clasificación de temperatura T3 no superará los 200  °C. La superficie de una tubería de vapor a alta presión puede estar por encima de la temperatura de autoignición de algunas mezclas de combustible y aire.

Los equipos pueden diseñarse o modificarse para operar de forma segura en lugares peligrosos. Los dos enfoques generales son:

Seguridad intrínseca

La seguridad intrínseca , también llamada no incendiaria, limita la energía presente en un sistema, de modo que sea insuficiente para inflamar una atmósfera peligrosa bajo cualquier condición. Esto incluye tanto bajos niveles de potencia como baja energía almacenada. Es común en instrumentación.

A prueba de explosiones

Los equipos a prueba de explosiones o ignífugos están sellados y son robustos, de manera que no incendiarán una atmósfera peligrosa, a pesar de cualquier chispa o explosión en su interior. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Existen diversas técnicas de protección contra incendios, y a menudo se utilizan en combinación:

• La carcasa del equipo puede sellarse para evitar la entrada de gases inflamables o polvo en su interior.
• La carcasa puede ser lo suficientemente resistente como para contener y enfriar cualquier gas de combustión producido en su interior.
• Los recintos pueden presurizarse con aire limpio o gas inerte, desplazando así cualquier sustancia peligrosa.
• Los elementos que producen arcos eléctricos pueden aislarse de la atmósfera mediante encapsulación en resina , inmersión en aceite o métodos similares.
• Los elementos generadores de calor pueden diseñarse para limitar su temperatura máxima por debajo de la temperatura de autoignición del material en cuestión.
• Se pueden instalar sistemas de control para detectar concentraciones peligrosas de gases tóxicos o fallos en las contramedidas. Ante la detección, se toman automáticamente las medidas oportunas, como cortar el suministro eléctrico o enviar una notificación.

En los EE. UU., la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) define estándares para tipos de gabinetes para una variedad de aplicaciones. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Algunos de estos son específicamente para ubicaciones peligrosas:

En Europa, los equipos certificados para su uso en atmósferas explosivas deben mostrar la marca CE y el número de identificación del organismo notificado cuando así lo exija la directiva ATEX. Los equipos con protección contra explosiones también llevan el símbolo Ex y una marca de protección que identifica el grupo de equipos, la categoría, el concepto de protección, el grupo de gases o polvos, la clase de temperatura y el nivel de protección del equipo (EPL). Las marcas completas pueden incluir designaciones como II 2G Ex ia IIC T4 Gb. ^{[ 13 ]}

Los equipos eléctricos industriales para áreas peligrosas deben cumplir con las normas IEC-60079 para riesgos de gases e IEC-61241 para riesgos de polvo. En algunos casos, deben estar certificados conforme a dicha norma. En la mayoría de los países europeos existen organismos notificados (organismos de ensayo independientes), y un certificado emitido por cualquiera de ellos es válido en toda la UE. En el Reino Unido, Sira y Baseefa son los organismos más reconocidos.

Australia y Nueva Zelanda utilizan las mismas normas IEC-60079 (adoptadas como AS/NZS  60079), pero no se requiere la marca CE.

En Norteamérica, la idoneidad de los equipos para la zona peligrosa específica debe ser probada por un laboratorio de pruebas reconocido a nivel nacional , como UL , FM Global , CSA Group o Intertek (ETL).

La etiqueta siempre indicará la clase, la división y, posiblemente, el grupo y el código de temperatura. Justo al lado, en la misma etiqueta, se encontrará el sello de la agencia certificadora.

Algunos fabricantes afirman en su documentación técnica que sus productos son "adecuados" o están "diseñados para" zonas peligrosas, pero en realidad carecen de la certificación del organismo de pruebas y, por lo tanto, la Autoridad Competente (AHJ ) no puede autorizar el funcionamiento de la instalación o el sistema eléctrico.

Todos los equipos en las áreas de la División 1 deben tener una etiqueta de aprobación, pero ciertos materiales, como los conductos metálicos rígidos, no tienen una etiqueta específica que indique su idoneidad para la Clase/División 1, y su inclusión como método de instalación aprobado en el NEC sirve como autorización. Algunos equipos en las áreas de la División 2 no requieren una etiqueta específica, como los motores de inducción trifásicos estándar que no contienen componentes que normalmente generan arcos eléctricos.

El marcado también incluye el nombre o la marca comercial del fabricante y su dirección, el tipo de aparato, su nombre y número de serie, el año de fabricación y cualquier condición especial de uso. También puede indicarse la clasificación NEMA de la carcasa o el código IP , aunque generalmente es independiente de la idoneidad para áreas clasificadas.