Aparatos de señalización en entornos con atmósferas explosivas

Evitación de explosiones: protección antideflagrante

Para evitar explosiones, se distinguen tres tipos de protección antideflagrante:

 
  • Protección antideflagrante primaria
    En la protección antideflagrante primaria, se evita la formación de atmósferas antideflagrantes, p. ej. mediante una ventilación suficiente.

  • Protección antideflagrante secundaria
    Si no es posible evitar la formación de una atmósfera explosiva mediante la protección antideflagrante primaria, es preciso excluir la presencia de fuentes de ignición mediante medidas de protección antideflagrante secundaria.

  • Protección antideflagrante terciaria
    Si se produce una explosión, las medidas de protección antideflagrante terciaria minimizan los efectos en el entorno, p. ej. mediante una construcción a prueba de altas presiones o mediante una descarga selectiva de la presión de la explosión.

 

Fundamentos legales

Para armonizar plenamente la protección antideflagrante en el Reglamento Europeo, los estados miembro de la Unión Europea han elaborado Directivas Comunitarias (CE). De este modo, la legislación nacional se adapta a las consignas dentro de la Comunidad Europea. La base del sistema jurídico de la protección antideflagrante europea está constituida por la Directiva Comunitaria Europea 94/9/CE de fecha 23.03.1994. Esta Directiva describe las obligaciones en forma de requisitos de cualidades para aparatos eléctricos y no eléctricos así como para sistemas de protección.

Tomando como base su designación de trabajo original (Atmosphère explosible), esta Directiva es conocida tambien como Directiva ATEX. Dado que esta Directiva se refiere al artículo 95 del Tratado de la UE, la designación más corriente es ATEX 95. En la República Federal de Alemania, las Directivas ATEX 95 se trasladaron a Leyes nacionales en la Ley de Seguridad de Aparatos y Equipos (Art. 11 de la Ley GSGV), en el Reglamento de Protección Antideflagrante (ExVo/ 12.12.96) y en la nueva versión del Reglamento de Equipos Eléctricos en Atmósferas Explosivas (ElexV/ 13.12.96).

Desde el 1 de julio de 2003, todos los nuevos equipos de trabajo que se utilicen en atmósferas explosivasdeben cumplir la Directiva ATEX. Para los aparatos y equipos que hayan sido puestos en circulación antes de esta fecha, existe una protección para aparatos y equipos antiguos, es decir, está permitido continuar utilizándolos. Las disposiciones fundamentales para la construcción de equipos eléctricos se describen en las normas EN del organismo europeo de normalización.

 

Obligaciones del fabricante

La seguridad en atmósferas explosivas puede garantizarse únicamente mediante una estrecha colaboración de todos los departamentos implicados. Por tanto, resulta imprescindible una cooperación entre fabricante, instalador, empresa explotadora, entidad de inspección y ensayo y organismo público de inspección industrial.
Las obligaciones esenciales del fabricante de equipos eléctricos con protección antideflagrante son:

  • Los aparatos deben estar identificados conforme a su lugar de aplicación.
  • En el marco del procedimiento de conformidad, deben haberse cumplido todos los requisitos para colocación del marcado CE.
  • Los aparatos de las categorías 1 y 2 son revisados por una entidad de inspección y ensayo independiente en lo que respecta al cumplimiento de todas las prescripciones legales pertinentes. Esto se confirma mediante la certificación CE de ensayo de prototipo.
  • El fabricante debe justificar un sistema adecuado de aseguramiento de la calidad mediante un certificado CE.
 

Áreas con peligro de explosión: la zonificación

Las áreas con peligro de explosión, según el Art. 2 del Reglamento ElexV, son áreas en las cuales la atmósfera puede ser explosiva como consecuencia de las condiciones locales y operativas. Como base para la evaluación del alcance de las medidas de protección, la compañía explotadora debe subdividir las áreas con peligro de explosión en zonas en base a la probabilidad de que se origine una atmósfera explosiva peligrosa en las mismas.

 

Definición de las zonas conforme al Art. 2, Párrafo 4 del Reglamento ELEXV (96)

ÁREAS CON PELIGRO DE EXPLOSIÓN OCASIONADAS POR GASES COMBUSTIBLES:

 
  • Zona 0
    Áreas en las cuales existe una atmósfera explosiva formada por gases, vapores o nieblas de modo constante, durante mucho tiempo o frecuentemente.

  • Zona 1
    Áreas en las cuales ocasionalmente se origina una atmósfera peligrosa formada por gases, vapores o nieblas.

  • Zona 2
    Áreas en las cuales normalmente no se produce una atmósfera peligrosa formada por gases, vapores o nieblas; pero, si esto llegara a ocurrir, se produce sólo en raras ocasiones y durante un breve período.

 

ÁREAS CON PELIGRO DE EXPLOSIÓN OCASIONADAS POR POLVOS COMBUSTIBLES:

 
  • Zona 20
    Áreas en las cuales existe de manera constante, durante mucho tiempo o frecuentemente una atmósfera pulverulenta explosiva.

  • Zona 21
    Áreas en las cuales se produce ocasionalmente una atmósfera pulverulenta explosiva.

  • Zona 22
    Áreas en las cuales normalmente no se produce una atmósfera pulverulenta explosiva. Pero, si esto llegara a ocurrir, se produce sólo en raras ocasiones y durante un breve período.

 

Grupos, categorías de aparatos y nivel de protección EPL

Los requisitos para equipos eléctricos destinados para su uso en atmósferas explosivas se rigen por la Directiva ATEX (Directiva 94/9/CE) así como en las series de normas EN 60079 y EN 61241, las cuales se han derivado de ambas series de normas IEC 60079 y IEC 61241.

La Directiva ATEX clasifica los equipos eléctricos en dos grupos de aparatos y 8 categorías de aparatos. Las normas IEC y las normas EN clasifican los aparatos en 8 niveles de protección EPL (Equipment Protection Level). La categoría de aparato y el nivel EPL tienen idéntico significado y señalan en qué zonas está permitido utilizar el aparato.

 
  • Grupo I:
    Equipos eléctricos que se utilizan en explotaciones subterráneas con peligro de formación de grisú

  • Grupo II:
    Equipos eléctricos en otras áras con peligro de explosión por la presencia de gas y polvos

 

CLASIFICACIÓN DE APARATOS POR GRUPOS, CATEGORÍAS Y NIVEL DE PROTECCIÓN EPL:

Grupo de aparatos:   Grupo I Grupo II
Categoría de aparato:   Categoría M   Categoría 1   Categoría 2   Categoría 3
    M1 M2   1G 1D   2G 2D   3G 3D
Nivel de protección EPL   Ma Mb   Ga Da   Gb Db   Gc Dc
Zona   Uso
permanente
Desconexión
si existe una
atmósfera explosiva
  0, 1, 2
(Gas)
20, 21, 22
(Polvo)
  1, 2
(Gas)
21, 22
(Polvo)
  2
(Gas)
22
(Polvo)
 


Excepción: Si en la zona 22 se producen polvos conductores de la electricidad, deben utilizarse aparatos de la categoría 1D o 2D.

 

Disposiciones particulares para equipos eléctricos con protección antideflagrante

En la Directiva ATEX (94/9/CE) se regulan los requisitos fundamentales para la puesta en circulación de equipos con protección antideflagrante. Para que un equipo eléctrico en una atmósfera explosiva no se convierta en una fuente de ignición, deben tenerse presentes disposiciones de montaje particulares. Estos denominados grados de protección contra ignición garantizan un funcionamiento seguro, en función de la zona de protección antideflagrante (Ex), incluso en caso de avería.

Originalmente, para gases y vapores había las normas EN 50014 y stes. Éstas sirvieron de base para la serie de normas IEC 60079. La serie de normas de idéntico contenido EN 60079 reemplazó a las normas 50014 y stes. La EN 60079-0 constituye la norma fundamental, ya que describe los requisitos generales. Los diferentes grados de protección figuran en las restantes normas de la serie de normas EN 60079.

Para polvo , el único grado de protección contra ignición estaba definido por la norma EN 50281 "Protección por envolvente". Con la introducción de la serie de normas IEC 61241 y EN 61241 se añadieron otros grados de protección contra ignición. La antigua norma para polvo EN 50281 resurgió como EN 61241-1 "Protección por envolvente tD". A su vez, la EN 61241-0 constituye la norma fundamental.

Dado que las series de normas IEC 60079 e IEC 61241 están estructuradas de idéntico modo y numerosos contenidos de ambas series son idénticos, actualmente la serie de normas IEC 61241 está siendo integrada en la serie de normas IEC 60079, de modo que, en el futuro, habrá sólo una serie de normas para gas y polvo. De manera acorde habrá también sólo una serie de normas, la EN 60079.

Su estructura sigue siendo idéntica, de tal modo que la EN 60079-0 regula los requisitos generales para atmósferas tanto de gas como de polvo y reproduce los grados de protección contra ignición en las restantes normas. En tal caso, las distintas normas o bien los grados de protección contra ignición han sido concebidos bien sólo para atmósfera de gas, sólo para atmósfera de polvo o para ambas atmósferas.

 

Para productos de WERMA se utilizan los siguientes grados de protección contra ignición:

BLINDAJE A PRUEBA DE ALTAS PRESIONES (DE EXPLOSIÓN) "d"   GAS
EN 60079-1
Atmósfera explosiva – Parte 1:
Protección de aparatos mediante blindaje a prueba de altas presiones (de explosión) "d"
Druckfeste Kapselung Si en el interior de una envolvente blindada a prueba de altas presiones se produce una explosión, queda excluida una transmisión de la explosión hacia el exterior.
 
SEGURIDAD AUMENTADA "e"   GAS
EN 60079-7
Atmósfera explosiva – Parte 7:
Protección de aparatos por seguridad aumentada "e"
Erhoehte Sicherheit El origen de chispas y temperaturas elevadas se excluye mediante un grado de seguridad elevado.
 
SEGURIDAD INTRÍNSECA "i"   GAS
EN 60079-11
Atmósfera explosiva – Parte 11:
Protección de aparatos por seguridad intrínseca "i"
Eigensicherheit La energía dentro del circuito se mantiene tan baja que no pueden producirse chispas, arcos o temperaturas que puedan dar lugar a una deflagración.
 
SEGURIDAD INTRÍNSECA "iD"   POLVO
IEC 61241-11, EN 61241-11
Equipos eléctricos para su uso en presencia de polvo combustible – Parte 11:
Equipos eléctricos con seguridad intrínseca "iD"
Eigensichere elektrische Brennmittel La energía dentro del circuito se mantiene tan baja que no pueden producirse chispas, arcos o temperaturas que puedan dar lugar a una deflagración.
 
APARATOS QUE NO EMITEN CHISPAS "nA"   GAS
EN 60079-15
Equipos eléctricos para atmósferas con peligro de explosión de gases – Parte 15:
Diseño, ensayo e identificación de equipos eléctricos con el grado de protección antideflagrante "n"
Erhoehte_Sicherheit La formación de chispas, arcos y superficies calientes se impide de manera fiable.
 
BLINDAJE POR ENCAPSULADO "m"   GAS & POLVO
IEC 60079-18, EN 60079-18 (Antigua: EN 50028)
Equipos eléctricos para atmósferas con peligro de explosión de gases – Parte 18:
Diseño, ensayo e identificación de equipos eléctricos con el grado de protección blindaje por encapsulado "m"
Vergusskapselung Los componentes que podrían provocar la deflagración de una atmósfera explosiva por chispas o por calentamiento excesivo están alojados dentro de una masa de relleno de tal modo que no pueda producirse la inflamación de esta atmósfera explosiva.
 
PROTECCIÓN POR ENVOLVENTE "t"   POLVO
EN 60079-31 (Antigua EN 61241-1)
Atmósfera explosiva – Parte 31:
Protección de aparatos contra explosión de polvos mediante envolvente "t"
Staubexplosionsschutz La envolvente es estanca al polvo. La atmósfera explosiva se mantiene alejada de la fuente de ignición y la temperatura de la superficie de la envolvente está limitada.
 


La integración de la norma EN 61241-11 Seguridad intrínseca "iD" en la norma EN 60079-11 Seguridad intrínseca "i" se encuentra en fase de preparación

Grupos de explosión de gases, vapores y polvos

En los gases, la capacidad de deflagración y la capacidad de penetración por deflagración de una mezcla explosiva son propiedades típicas de la sustancia. En las mezclas explosivas de aire con gases o vapores combustibles, la clasificación se realiza en los grupos de explosión I y II.

El grupo de explosión I se refiere al grisú y al polvo de carbón. Tiene relevancia exclusivamente en la minería.

En el grupo de explosión II, la deflagrabilidad de los gases aumenta desde IIA, pasando por IIB, hasta IIC. Esto determina, p. ej. en el grado de protección antideflagrante "Blindaje a prueba de altas presiones (de explosión) d (EN 60079-1)", los tipos de craqueo y las dimensiones así como, en el grado de protección antideflagrante "Seguridad intrínseca i (EN 60079-11)", los valores máximos admisibles de intensidad y tensión. En los otros grados de protección antideflagrante no se subdivide el grupo de explosión II.

Se ha añadido el grupo de explosión IIIIII para áreas con polvo combustible fuera de la minería. Los equipos eléctricos se clasifican en tres grupos IIIA, IIIB y IIIC, en función del tipo de polvo.

Los grupos IIC y IIIC establecen los requisitos más elevados para los equipos eléctricos. Está permitido su uso también en los grupos IIA y IIB o bien IIIA y IIIC. De manera análoga, está permitido utilizar equipos eléctricos de los grupos IIB y IIIB en las áreas IIA y IIIA.

 
Área Grupo de explosión Sustancias combustibles Deflagrabilidad
Minería I Grisú (metano), polvo de carbón
Gas IIA Acetona, gasolina, metanol, propano, toluol menos alta
IIB Etileno, gas ciudad alta
IIC Hidrógeno, acetileno, disulfuro de carbono muy alta
Polvo IIIA Pelusas combustibles menos alta
IIIB Polvos no conductores alta
IIIC Polvos conductores muy alta
 

Clases de temperatura de gases y vapores

La temperatura de inflamación de atmósferas explosivas de gas y vapor se ve influenciada por factores muy diversos. Entre éstos se encuentran, p. ej. el tamaño, el tipo y las cualidades de la superficie calentada. En la IEC 60079-4, se establece un "Procedimiento de cálculo de la temperatura de inflamación"" con el cual puede determinarse de manera muy aproximada el valor más bajo prácticamente posible.
Conforme a este procedimiento, los gases y los vapores se clasifican en clases de temperatura. Conforme a esta clasificación, los equipos eléctricos con protección antideflagrante se dimensionan con una temperatura de su superficie tal que no se pueda producir una inflamación a la temperatura de la superficie.


TEMPERATURAS DE INFLAMACIÓN Y CLASES DE TEMPERATURA DE ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS DE GAS Y VAPOR
Clase de temperatura Temperatura de inflamación de la atmósfera explosiva de gas/vapor Temperatura admisible en la superficie del equipo eléctrico
T1 ≥ 450°C ≤ 450°C
T2 ≥ 300 … ≤ 450°C ≤ 300°C
T3 ≥ 200 … ≤ 300°C ≤ 200°C
T4 ≥ 135 … ≤ 200°C ≤ 135°C
T5 ≥ 100 … ≤ 135°C ≤ 100°C
T6 ≥ 85 … ≤ 100°C ≤ 85°C
 

DMediante el grupo de explosión y la clase de temperatura se define en qué atmósfera de gas y vapor está permitido utilizar un equipo eléctrico con protección antideflagrante. La tabla siguiente asigna una serie de gases/vapores combustibles a una clase de temperatura y un grupo de explosión:

GRUPO DE EXPLOSIÓN Y CLASE DE TEMPERATURA DE GASES Y VAPORES
Clase de temperatura T1 T2 T3 T4 T5 T6
Grupo de explosión            
I Metano          
IIA Amoníaco
Metano
Etano
Propano
Alcohol etílico
Ciclohexano
n-butano
n-hexano
Gasolina
Diésel
Aldehído acético
Éter etílico




IIB Gas ciudad   Ácido clorhídrico
Etilenglicol
     
IIC Hidrógeno Acetileno       Sulfuro de carbono
 

Temperatura admisible en la superficie de equipos eléctricos en atmósferas pulverulentas

La EN 50281-2-1Método de estudio, método para determinar la temperatura mínima de inflamación del polvo incluye un método de determinación para cálculo de la temperatura de inflamación de polvos.

En función de si el polvo está disponible como capa depositada (valor A) o como nube arremolinada (valor B), por regla general, las temperaturas de inflamación son diferentes. La temperatura admisible en la superficie de piezas y componentes del equipo eléctrico a los cuales puede penetrar polvo se obtiene deduciendo 75K del valor A y calculando un valor igual a 2/3 del valor B. El menor de los valores calculados representa la temperatura admisible de la superficie.

 
EJEMPLOS DE TEMPERATURAS DE INFLAMACIÓN DE POLVOS

 

Identificación de equipos eléctricos con protección antideflagrante

La Directiva 94/9/CE (ATEX 95) Anexo II prevé una identificación inequívocapara los equipos eléctricos destinados a atmósferas que requieren protección antideflagrante. Además, en las series de normas EN 60079 y EN 61241 se exige una identificación adicional. Ésta debe incluir al menos lo siguiente:

  • Nombre y dirección del fabricante
  • En su caso, el número de serie
  • Designación de la serie y del modelo
  • Así como datos sobre el tipo de protección antideflagrante (ejemplos):
 
Gas 0102 II 2 G Ex me     II T5
Polvo 0102 II 2 D Ex tD A 21 IP65   T175°C
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
 
1 Símbolo de conformidad CE
2 Número de la entidad acreditada
3 Hexágono Ex, identificativo específico de la protección contra explosiones
4 Grupo de aparatos (I o II)
5 Categoría de aparatos (véase página 244)
6 Símbolo identificativo de que se ha utilizado una o varias normas de la serie EN 60079 o EN 61241. Antiguamente se utilizaba EEx para indicar que se trata de una norma europea.
7 Abreviatura del grado de protección contra ignición utilizado. Deben indicarse todos los grados de protección contra ignición utilizados en el equipo eléctrico. P. ej. "emb", es decir, grado de protección contra ignición: "e" Seguridad aumentada, "mb" Blindaje por encapsulado (categoría de aparato 2). Antiguamente no había grados de protección contra ignición para el área de polvos sino sólo "la protección por envolvente". Esto lo encontramos hoy en el grado de protección contra ignición "tD".
8 El grado de protección contra ignición "tD" se asegura con el ensayo de protección IP por el método "A". El método "B" es equivalente. El aparato ha sido concebido para la zona 21
9 En aparatos protegidos contra la explosión de polvos que presentan el grado de protección contra ignición "tD" se indica el grado de protección IP.
10 Grupo de explosión (ll, llA, llB o llC)
11 11. Clase de temperatura en gases (véase página 247). Temperatura máxima de la superficie para polvos.
 

En la identificación del aparato, los equipos eléctricos para las Zonas 2 y 22 no deben llevar ni la designación ATEX ni el número de una entidad supervisora de la producción.

 

Además, la identificación debe incluir datos sobre la entidad inspectora que ha inspeccionado el equipo eléctrico conforme a las normas pertinentes, p. ej.:

BVS ENTIDAD AUTORIZADA
03 AÑO DE INSPECCIÓN
ATEX SEGÚN DIRECTIVA 94/4/CE
E 118 NÚM. SECU. DE LA CERTIFICACIÓN
X CONDICIONES PARTICULARES*
* en la medida en que corresponda

Ejemplo de identificación de un equipo eléctrico con protección antideflagrante:

"Zona 1: Limpiar sólo con un paño húmedo". La identificación mínima se complementa con indicaciones imprescindibles para el funcionamiento seguro. Además de la identificación prescrita, debe entregarse junto con cada aparato la declaración de conformidad. Por la misma, el fabricante declara el cumplimiento de las normas pertinentes y concretiza a qué Directivas Comunitarias se refiere en su conjunto el marcado CE. Debe adjuntarse a cada aparato un juego de instrucciones de montaje y de empleo. El usuario necesita estos dos documentos para documentar su instalación.