Equipos eléctricos a prueba de explosiones: clasificación, estándares y selección

En cualquier instalación donde haya gases inflamables, vapores combustibles o polvos explosivos, el equipo eléctrico estándar no sólo es inadecuado: representa un peligro de ignición directa. Un solo arco, chispa o temperatura de la superficie que exceda el punto de autoignición de un material es suficiente para desencadenar un evento catastrófico. Equipos eléctricos a prueba de explosiones. está diseñado para eliminar ese riesgo: contiene cualquier ignición internamente, evita que se produzca la ignición o elimina por completo la atmósfera explosiva del contacto con los componentes eléctricos. Comprender cómo funciona este equipo, cómo se clasifican las áreas peligrosas y qué significan realmente las certificaciones es la base de cualquier instalación segura y que cumpla con las normas en las industrias de petróleo y gas, química, petroquímica, farmacéutica o minera.

¿Qué son los equipos eléctricos a prueba de explosiones?

Los equipos eléctricos a prueba de explosiones, también conocidos como equipos Ex o equipos para áreas peligrosas, se refieren a dispositivos y sistemas diseñados específicamente para operar de manera segura en entornos donde puede haber una atmósfera explosiva. Una atmósfera explosiva se forma cuando gases, vapores, nieblas o polvos combustibles inflamables se mezclan con el aire en concentraciones capaces de ignición.

El riesgo proviene del triángulo de ignición: combustible (la sustancia inflamable), oxígeno (presente en el aire) y una fuente de ignición. Los equipos eléctricos estándar pueden proporcionar esa fuente de ignición a través de arcos en los contactos del interruptor, chispas de las escobillas del motor o temperaturas de la superficie de los elementos calefactores. Los equipos a prueba de explosiones neutralizan este riesgo mediante una de varias estrategias de ingeniería: contener cualquier ignición interna, limitar la energía por debajo de los umbrales de ignición o separar físicamente los componentes eléctricos de la atmósfera peligrosa.

Es importante señalar que "a prueba de explosiones", tal como se utiliza en las normas norteamericanas (particularmente UL y CSA), se refiere específicamente a la contención enfoque: un recinto lo suficientemente resistente como para contener una explosión interna y enfriar los gases que se escapan por debajo de su temperatura de ignición antes de que lleguen a la atmósfera circundante. El término internacional más amplio es Equipos antiguos , que abarca múltiples conceptos de protección más allá de la mera contención.

Clasificación de áreas peligrosas: zonas y clases

Antes de seleccionar cualquier equipo eléctrico a prueba de explosiones, se debe clasificar formalmente el área peligrosa. Se utilizan dos sistemas de clasificación paralelos a nivel mundial: el sistema de Zona (utilizado según ATEX e IECEx en Europa e internacionalmente) y el sistema de Clase/División (utilizado según NEC y el Código Eléctrico Canadiense en América del Norte). Muchas instalaciones que operan en distintas regiones deben satisfacer ambos.

La clasificación de grupos de gases reduce aún más la selección: los gases se agrupan según su energía mínima de ignición y su espacio de seguridad experimental máximo. El grupo IIC (hidrógeno) es el más peligroso y requiere el mayor nivel de protección; El grupo IIA (propano) es el menos exigente dentro de la categoría de gases inflamables. Los equipos clasificados para el Grupo IIC son adecuados para su uso en entornos IIB y IIA, pero no se aplica lo contrario.

Tipos de protección contra explosiones

La norma internacional IEC 60079 define más de una docena de conceptos de protección reconocidos. A continuación se describen los cuatro que se encuentran más comúnmente en equipos eléctricos y de calefacción industriales.

Caja antideflagrante — Ex d

El concepto Ex d es el método de protección más ampliamente aplicado para equipos de proceso, aparamenta y cajas de terminales de calentadores. El recinto está construido con suficiente espesor de pared y superficies de juntas mecanizadas para contener cualquier ignición interna sin romperse y para enfriar los gases calientes que se escapan por debajo de la temperatura de ignición de la atmósfera circundante. Este es el método de protección utilizado en las carcasas de terminales de la mayoría de los calentadores industriales a prueba de explosiones. Los gabinetes generalmente están hechos de aleación de aluminio de paredes pesadas o hierro dúctil y son sustancialmente más pesados ​​que los cabezales de terminales estándar.

Mayor seguridad: Ex e

En lugar de contener una explosión después del hecho, el enfoque Ex e aplica medidas de ingeniería adicionales para evitar que se produzcan chispas, arcos o temperaturas excesivas en primer lugar. Esto se aplica comúnmente a cajas de terminales, cajas de conexiones, motores y accesorios de iluminación donde no hay componentes que generen arco durante el funcionamiento normal. Los equipos Ex e a menudo se combinan con Ex d en la misma unidad; por ejemplo, un calentador de inmersión con una caja de terminales Ex d y aislamiento de devanado Ex e.

Seguridad intrínseca: Ex ia / Ex ib / Ex ic

La seguridad intrínseca limita la energía eléctrica disponible en el circuito (tanto en condiciones normales como de falla) a un nivel por debajo de lo necesario para encender la atmósfera peligrosa. Este concepto se utiliza ampliamente para instrumentación, sensores y cableado de control en lugar de para equipos que consumen energía, como calentadores o motores. Ex ia es el nivel más alto, apto para Zona 0; Ex ib es apropiado para la Zona 1; Ex ic para la Zona 2.

Presurización — Ex p

La protección Ex p mantiene una presión interna positiva de gas protector (normalmente aire limpio o gas inerte) dentro del gabinete, evitando que atmósferas inflamables entren y entren en contacto con los componentes eléctricos. Este enfoque se utiliza comúnmente para paneles de control, analizadores y variadores de velocidad de gran tamaño que, de otro modo, serían difíciles o poco prácticos de integrar en un gabinete Ex d. Una unidad de control de purga y presurización monitorea la presión interna y desactiva el equipo si la presión cae por debajo del umbral seguro.

Estándares de certificación clave

La certificación confirma que el equipo ha sido probado y verificado de forma independiente para cumplir con los requisitos de la norma de protección aplicable. El organismo de certificación, la norma aplicada y la región geográfica de instalación determinan qué certificaciones se requieren.

Para los fabricantes orientados a la exportación y los contratistas de proyectos globales, la certificación IECEx es estratégicamente valiosa porque es reconocida mutuamente por un número creciente de organismos de certificación nacionales, lo que reduce la necesidad de realizar pruebas separadas país por país. La certificación ATEX sigue siendo obligatoria para los equipos vendidos en la Unión Europea independientemente del estado IECEx. Muchos fabricantes de renombre, incluidos aquellos que suministran calentadores industriales a proyectos de petróleo y gas, cuentan con certificaciones ATEX e IECEx en sus líneas de productos a prueba de explosiones.

Clasificación de temperatura (clase T)

La clasificación de temperatura es uno de los parámetros más críticos (y con mayor frecuencia se aplica incorrectamente) en la selección de equipos a prueba de explosiones. La clase T define la temperatura superficial máxima que el equipo puede alcanzar bajo cualquier condición de funcionamiento, incluidas las condiciones de falla. Esta temperatura de la superficie debe permanecer por debajo de la temperatura de autoignición (AIT) de toda sustancia inflamable que pueda estar presente en el entorno de instalación.

Un número de clase T más alto impone un límite de temperatura de superficie más restrictivo, que normalmente requiere elementos de menor densidad de vatios, un diseño térmico más conservador o un control activo de la temperatura. Un calentador con clasificación T3 nunca es adecuado para una atmósfera de etileno, incluso si lleva una certificación Ex d válida para todos los demás parámetros. Obtenga siempre el AIT para cada sustancia inflamable potencialmente presente antes de confirmar la compatibilidad con clase T. Para obtener un tratamiento técnico completo de la selección de clase T en el contexto de aplicaciones de calentamiento de líquidos, consulte nuestra Guía de selección de calentadores de inmersión a prueba de explosiones. .

Calentadores eléctricos a prueba de explosiones: una aplicación práctica

Entre las categorías de equipos eléctricos a prueba de explosiones, los calentadores eléctricos industriales presentan un desafío de ingeniería particularmente exigente. La función principal de un calentador (convertir energía eléctrica en calor) significa que las altas temperaturas superficiales son intrínsecas al diseño. Gestionar esas temperaturas dentro de los límites de la clase T y al mismo tiempo mantener la eficiencia de la calefacción requiere precisión en la densidad de vatios del elemento, la selección del material de la cubierta y la arquitectura de control térmico.

Los calentadores de inmersión a prueba de explosiones abordan este problema mediante dos enfoques complementarios. La carcasa del terminal, donde el cableado se conecta a los elementos calefactores y donde, en teoría, podrían producirse arcos eléctricos, está construida como una carcasa a prueba de llamas Ex d, generalmente fundida con una aleación de aluminio de paredes pesadas o hierro dúctil con uniones bridadas mecanizadas. Los propios elementos calefactores están diseñados para una densidad de vatios uniforme y controlada, con materiales de cubierta seleccionados para ser compatibles con el fluido del proceso y la temperatura de funcionamiento.

Los materiales de cubierta comunes para calentadores de inmersión a prueba de explosiones incluyen Incoloy 825 y 840 para fluidos y aceites de procesos generales, Inconel 600 y 625 para aplicaciones corrosivas y de alta temperatura, Hastelloy C-276 para ambientes químicos agresivos y titanio para agua de mar y fluidos que contienen cloruro. La combinación de la carcasa del terminal Ex d y los materiales de los elementos cuidadosamente especificados determina tanto la clasificación de seguridad como la vida útil de la unidad.

Para instalaciones en entornos de Zona 1 y Zona 2, incluido el procesamiento de petróleo y gas, plantas petroquímicas, terminales de GNL y plataformas marinas, comúnmente se especifican dos configuraciones de productos. el Calentador de inmersión de fluido industrial a prueba de explosiones proporciona un diseño de brida versátil adecuado para líquidos, aceites y gases de proceso en un amplio rango de potencia, certificado según los estándares ATEX e IECEx (Ex d, Ex e, IIC Gb, T1–T6) con protección de ingreso IP66. Para aplicaciones que requieren un reemplazo más fácil de elementos en el campo, el Calentador de inmersión de brida a prueba de explosiones incorpora un diseño de elemento de horquilla con opciones de acoplamiento por mordida o soldadura directa que permiten el mantenimiento fuera de línea sin retirar todo el conjunto del recipiente.

Cómo especificar equipos eléctricos a prueba de explosiones

La especificación correcta de equipos eléctricos a prueba de explosiones requiere un enfoque estructurado que aborde cada parámetro crítico para la seguridad antes de tomar cualquier decisión de adquisición. El siguiente marco se aplica a todas las categorías de equipos, desde calentadores y motores hasta cajas de conexiones e instrumentación.

Paso 1: establecer la clasificación del área

Obtenga el plano formal de clasificación de áreas peligrosas para el sitio de instalación. Confirme si se aplica el sistema de zona (ATEX/IECEx) o el sistema de clase/división (NEC/CSA). Identifique la zona o división, el grupo de gas y la categoría de polvo si corresponde.

Paso 2: Identifique todas las sustancias inflamables presentes

Recopilar las temperaturas de autoignición (AIT) de cada gas, vapor o polvo inflamable que pueda estar presente simultánea o secuencialmente. El AIT más bajo de la lista determina la clase T mínima requerida. Este paso frecuentemente se omite o se subestima en instalaciones con procesamiento de múltiples productos o cambios de proceso estacionales.

Paso 3: seleccione el concepto de protección adecuado

Haga coincidir el tipo de equipo con el concepto de protección más adecuado: Ex d para equipos de potencia con componentes de arco; Ex e para cajas de terminales y conexiones sin arco; Ex ia/ib para circuitos de instrumentación y detección de baja energía; Ex p para paneles o recintos grandes que prácticamente no se pueden construir con dimensiones Ex d.

Paso 4: Confirmar las certificaciones con los requisitos del proyecto

Verifique que el certificado del equipo (ATEX, IECEx, UL, CSA o NEPSI) coincida con la jurisdicción de la instalación y la zona específica, el grupo de gas y la clase T requeridos. Verifique la fecha de vencimiento del certificado y confirme que el organismo de certificación esté acreditado para el estándar aplicable.

Paso 5: especificar la protección de ingreso (clasificación IP)

Las instalaciones al aire libre, los entornos de lavado y las instalaciones polvorientas requieren clasificaciones IP apropiadas independientemente de la clasificación a prueba de explosiones. IP66 brinda protección contra potentes chorros de agua y la entrada de polvo pesado y es el mínimo típico para instalaciones industriales al aire libre. Es posible que se requiera IP67 o IP68 para ubicaciones sumergidas o frecuentemente inundadas.

Paso 6: Confirmar la compatibilidad del material

Para calentadores, gabinetes y cualquier componente húmedo, verifique que los materiales de construcción sean químicamente compatibles con el fluido del proceso, el ambiente y los procedimientos de limpieza o esterilización utilizados en las instalaciones. La falla del gabinete inducida por la corrosión es una causa común de degradación de los equipos Ex en servicio.