En ingeniería eléctrica y de seguridad , las ubicaciones peligrosas (HazLoc, pronunciado haz·lōk ) son lugares donde pueden existir peligros de incendio o explosión . Las fuentes de tales peligros incluyen gases , vapores , polvo , fibras y partículas en suspensión, que son combustibles o inflamables . Los equipos eléctricos instalados en tales lugares pueden proporcionar una fuente de ignición, debido a arcos eléctricos o altas temperaturas. Existen normas y regulaciones para identificar tales lugares, clasificar los peligros y diseñar equipos para un uso seguro en tales lugares.
Un interruptor de luz puede provocar una pequeña chispa inofensiva al encenderse o apagarse. En un hogar normal, esto no es un problema, pero si hay una atmósfera inflamable, el arco puede provocar una explosión. En muchos entornos industriales, comerciales y científicos, la presencia de una atmósfera de este tipo es algo habitual o, al menos, posible. La protección contra incendios y explosiones es de interés tanto por motivos de seguridad del personal como de fiabilidad .
Existen varias estrategias de protección. La más sencilla consiste en minimizar la cantidad de equipos eléctricos instalados en un lugar peligroso, ya sea manteniendo el equipo fuera del área o haciendo que el área sea menos peligrosa (por ejemplo, mediante cambios en los procesos o ventilación con aire limpio).
Cuando se debe colocar un equipo en un lugar peligroso, se puede diseñar para reducir el riesgo de incendio o explosión. La seguridad intrínseca diseña el equipo para que funcione con un mínimo de energía, insuficiente para provocar una ignición. La protección contra explosiones diseña el equipo para contener los peligros de ignición, evitar la entrada de sustancias peligrosas y contener cualquier incendio o explosión que pudiera ocurrir.
Los distintos países han abordado la estandarización y la prueba de equipos para áreas peligrosas de diferentes maneras. La terminología para los peligros y las medidas de protección puede variar. Los requisitos de documentación también varían. A medida que el comercio mundial se vuelve más globalizado, las normas internacionales están convergiendo lentamente , de modo que las agencias regulatorias nacionales pueden aprobar una gama más amplia de técnicas aceptables.
El proceso de determinar el tipo y tamaño de las ubicaciones peligrosas se denomina clasificación . La clasificación de las ubicaciones, las pruebas y el listado de equipos y la inspección de las instalaciones suelen estar supervisadas por organismos gubernamentales. Por ejemplo, en los EE. UU., por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional .
En los EE. UU., la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), una organización independiente, publica varias normas pertinentes que suelen ser adoptadas por los organismos gubernamentales. En las normas NFPA 497 (gas explosivo) y NFPA 499 (polvo) se ofrecen orientaciones sobre la evaluación de los peligros. El Instituto Americano del Petróleo publica normas análogas en RP 500 y RP505.
La norma NFPA 70, el Código Eléctrico Nacional (NEC), define los principios de instalación y clasificación de áreas. [1] El artículo 500 del NEC describe el sistema de clasificación por divisiones del NEC, mientras que los artículos 505 y 506 describen el sistema de clasificación por zonas del NEC. El sistema de zonas del NEC se creó para armonizar con el sistema de clasificación IEC y, por lo tanto, reducir la complejidad de la gestión.
Canadá tiene un sistema similar con la norma C22.1 del Grupo CSA , el Código Eléctrico Canadiense , que define la clasificación de áreas y los principios de instalación. Se describen dos clasificaciones posibles, en la Sección 18 (Zonas) y el Apéndice J (Divisiones).
La Comisión Electrotécnica Internacional publica la serie de normas 60079 [2] , que define un sistema de clasificación de lugares, así como la categorización y prueba de equipos diseñados para su uso en lugares peligrosos, conocidos como "equipos Ex". La norma IEC 60079-10-1 cubre la clasificación de atmósferas de gas explosivo y la IEC 60079-10-2, la de polvo explosivo. Los equipos se clasifican en categorías de nivel de protección según el método de fabricación y la idoneidad para diferentes situaciones. A diferencia de ATEX, que utiliza números para definir la "categoría" de seguridad de los equipos (es decir, 1, 2 y 3), la IEC siguió utilizando el método utilizado para definir los niveles seguros de seguridad intrínseca, es decir, "a" para la zona 0, "b" para la zona 1 y "c" para la zona 2, y aplica este nivel de protección de los equipos a todos los equipos destinados a su uso en áreas peligrosas desde 2009. <IEC 60079.14>
El conjunto de normas IEC 60079 se ha adaptado para su uso en Australia y Nueva Zelanda y se publica como el conjunto de normas AS/NZS 60079.
En una planta industrial, como una refinería o una planta química , la manipulación de grandes cantidades de líquidos y gases inflamables crea un riesgo de exposición. Las minas de carbón, los molinos de granos , los elevadores e instalaciones similares también presentan el riesgo de nubes de polvo. En algunos casos, la atmósfera peligrosa está presente todo el tiempo o durante largos períodos. En otros casos, la atmósfera normalmente no es peligrosa, pero se puede prever razonablemente una concentración peligrosa, como un error del operador o una falla del equipo. Por lo tanto, las ubicaciones se clasifican por tipo y riesgo de liberación de gas, vapor o polvo. Varias regulaciones utilizan términos como clase , división , zona y grupo para diferenciar los diversos peligros.
A menudo se proporciona una vista del plano de clasificación de áreas para identificar las clasificaciones de equipos y las técnicas de instalación que se utilizarán para cada área clasificada. El plano puede contener la lista de productos químicos con su grupo y clasificación de temperatura. El proceso de clasificación requiere la participación de profesionales de operaciones , mantenimiento , seguridad, electricidad e instrumentación ; y el uso de diagramas de procesos, flujos de materiales , hojas de datos de seguridad y otros documentos pertinentes. La documentación de clasificación de áreas se revisa y actualiza para reflejar los cambios en el proceso.
Los peligros típicos de los gases provienen de compuestos de hidrocarburos , pero el hidrógeno y el amoníaco también son gases industriales comunes que son inflamables.
El polvo u otras pequeñas partículas suspendidas en el aire pueden explotar .
Una antigua norma británica utilizaba letras para designar zonas, pero ha sido sustituida por un sistema numérico europeo, tal como se establece en la Directiva 1999/92/UE, implementada en el Reino Unido como Reglamento sobre sustancias peligrosas y atmósferas explosivas de 2002. [3]
Las diferentes atmósferas explosivas tienen propiedades químicas que afectan la probabilidad y la gravedad de una explosión. Dichas propiedades incluyen la temperatura de la llama , la energía mínima de ignición, los límites explosivos superior e inferior y el peso molecular . Se realizan pruebas empíricas para determinar parámetros como la brecha segura experimental máxima (MESG), la relación de la corriente de ignición mínima (MIC), la presión de explosión y el tiempo hasta la presión pico, la temperatura de ignición espontánea y la tasa máxima de aumento de la presión. Cada sustancia tiene una combinación diferente de propiedades, pero se ha descubierto que se pueden clasificar en rangos similares, lo que simplifica la selección de equipos para áreas peligrosas. [4]
La inflamabilidad de los líquidos combustibles se define por su punto de inflamación. El punto de inflamación es la temperatura a la que el material generará una cantidad suficiente de vapor para formar una mezcla inflamable. El punto de inflamación determina si es necesario clasificar una zona. Un material puede tener una temperatura de autoignición relativamente baja, pero si su punto de inflamación es superior a la temperatura ambiente, es posible que no sea necesario clasificar la zona. Por el contrario, si el mismo material se calienta y se manipula por encima de su punto de inflamación, la zona debe clasificarse para un diseño adecuado del sistema eléctrico, ya que formará una mezcla inflamable. [5]
Cada gas o vapor químico utilizado en la industria se clasifica en un grupo de gases.
El grupo IIC es el grupo de gases del sistema de zona más severo. Los peligros de este grupo de gases pueden encenderse con mucha facilidad. El equipo marcado como adecuado para el grupo IIC también es adecuado para IIB y IIA. El equipo marcado como adecuado para IIB también es adecuado para IIA, pero NO para IIC. Si el equipo está marcado, por ejemplo, como Ex e II T4, entonces es adecuado para todos los subgrupos IIA, IIB y IIC.
Se debe elaborar una lista de todos los materiales explosivos que se encuentran en la refinería o complejo químico e incluirla en el plano del sitio de las áreas clasificadas. Los grupos anteriores se forman en orden de cuán explosivo sería el material si se encendiera, siendo IIC el grupo de gas del sistema de zona más explosivo y IIA el menos explosivo. Los grupos también indican cuánta energía se requiere para encender el material por efectos energéticos o térmicos, siendo IIA el que requiere más energía e IIC el que requiere menos para los grupos de gas del sistema de zona.
El equipo debe probarse para garantizar que no supere el 80% [ ¿según quién? ] de la temperatura de autoignición de la atmósfera peligrosa. Se tienen en cuenta tanto las temperaturas internas como las externas. La temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que la sustancia se encenderá sin una fuente adicional de calor o ignición (a presión atmosférica). Esta temperatura se utiliza para la clasificación para aplicaciones industriales y tecnológicas. [6]
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 de la superficie de un equipo eléctrico con una 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.
Se pueden diseñar o modificar equipos para que funcionen de manera segura en lugares peligrosos. Los dos enfoques generales son:
Existen varias técnicas de protección contra llamas, que a menudo se utilizan combinadas:
Los tipos de protección se subdividen en varias subclases, vinculadas a la EPL: ma y mb, px, py y pz, ia, ib e ic. Las subdivisiones a tienen los requisitos de seguridad más estrictos, teniendo en cuenta la falla simultánea de más de un componente independiente.
Muchos equipos con clasificación EEx emplean más de un método de protección en diferentes componentes del aparato. Estos se etiquetarán con cada uno de los métodos individuales. Por ejemplo, un tomacorriente etiquetado como EEx'de' puede tener una carcasa diseñada para EEx 'e' e interruptores diseñados para EEx 'd'.
En los últimos años, la EPL también se ha utilizado para varios tipos de protección. El nivel de protección requerido está vinculado al uso previsto en las zonas que se describen a continuación:
La categoría del equipo indica el nivel de protección que ofrece el equipo.
En los EE. UU., la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) define estándares para los tipos de gabinetes para una variedad de aplicaciones. [10] [11] Algunos de estos son específicamente para ubicaciones peligrosas:
Todo equipo certificado para su uso en áreas peligrosas debe estar etiquetado para mostrar el tipo y nivel de protección aplicado.
En Europa, la etiqueta debe mostrar la marca CE y el número de código del organismo certificador/notificado ). La marca CE se complementa con la marca Ex: un hexágono relleno de amarillo con las letras griegas εχ (épsilon chi), seguido del Grupo, la Categoría y, si se trata del Grupo II, G o D (gas o polvo). También se marcarán los tipos específicos de protección que se utilicen.
Los equipos eléctricos industriales para áreas peligrosas deben cumplir con las partes correspondientes de la norma: IEC-60079 para peligros por gas e IEC-61241 para peligros por polvo. En algunos casos, deben estar certificados para cumplir con esa norma. En la mayoría de los países europeos existen centros de pruebas independientes (organismos notificados) y cualquier certificado de cualquiera de ellos será aceptado en toda la UE. En el Reino Unido, Sira y Baseefa son los organismos más conocidos.
Australia y Nueva Zelanda utilizan las mismas normas IEC-60079 (adoptadas como AS/NZS 60079), sin embargo no se requiere la marca CE.
En América del Norte, la idoneidad del equipo para el área 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 puede indicar el código de grupo y de temperatura. Directamente al lado de la etiqueta se encuentra la marca de la agencia que la clasifica.
Algunos fabricantes afirman en su literatura técnica que son "idóneos" o que están "construidos para" áreas peligrosas, pero en realidad carecen de la certificación de la agencia de pruebas y, por lo tanto, es inaceptable que la AHJ ( autoridad competente ) permita el funcionamiento de la instalación/sistema eléctrico.
Todos los equipos en áreas de 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 Cl./Div.1 y su inclusión como método de instalación aprobado en el NEC sirve como permiso. Algunos equipos en áreas de División 2 no requieren una etiqueta específica, como los motores de inducción trifásicos estándar que no contienen componentes que generen arcos eléctricos de forma normal.
También se incluyen en el marcado el nombre o marca registrada y la dirección del fabricante, el tipo de aparato, el nombre y el número de serie, el año de fabricación y cualquier condición especial de uso. También se puede indicar la clasificación NEMA o el código IP del gabinete , pero generalmente es independiente de la idoneidad para el área clasificada.
Con la llegada de la energía eléctrica , se introdujo la electricidad en las minas de carbón para la señalización , la iluminación y los motores . Esto estuvo acompañado de explosiones iniciadas eléctricamente de gases inflamables como el grisú (metano) y el polvo de carbón en suspensión.
Al menos dos explosiones en minas británicas se atribuyeron a un sistema de señales de campana eléctrica. En este sistema, se tendían dos cables desnudos a lo largo de una galería y cualquier minero que quisiera hacer señales a la superficie debía tocar momentáneamente los cables entre sí o hacer un puente entre ellos con una herramienta de metal. La inductancia de las bobinas de la campana de señales, combinada con la ruptura de los contactos por superficies metálicas expuestas, dio lugar a chispas que causaron una explosión. [12]