instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. anexo...

16
C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 - SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 1/ 16 Instrumentación en áreas de riesgo explosivo Parte 1: Áreas de Riesgo Explosivo – Clasificación Ings. Guillermo Canale DIQ- Facultad de Ingeniería - UNLP 1.- Introducción Numerosas industrias y procesos operan con gases, líquidos, polvos o fibras que son inflamables. En determinadas circunstancias, normales (carga de un tanque de com- bustible, piletas API de separación de hidrocarburos) o anormales ( rotura de sello de una bomba, tareas de mantenimiento, defecto en una junta, fisuras en un caño, ven- teo de válvulas de seguridad), se produce la liberación de tales sustancias a la atmós- fera con el consiguiente riesgo de explosión. Aunque menos conocidos, tales riesgos se extienden también a sustancias tan insospechadas como la harina, el polvillo de ce- real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones, se habla de áreas peligrosas, con riesgo de explosión, o sintéticamente áreas explosivas. Desgraciadamente, el conjunto de cuestiones asociada a las áreas de riesgo explosivo y las que se desprenden de la necesidad de operar equipos eléctricos y electrónicos en tales áreas, no son tratadas, en general, con el cuidado que merecen. Para que ocurra una explosión en una zona peligrosa por la presencia de gases o pol- villos inflamables deben estar presentes simultáneamente la sustancia combustible, oxígeno 1 en una proporción que caiga dentro del intervalo comprendido entre el Lími- te Explosivo Inferior y el L.E. Superior y una fuente de energía suficiente para detonar la mezcla explosiva. Es el clásico triángulo del fuego que se enseña en los cursos básicos de combate contra el fuego. 1 O sustancias que lo contengan. Siendo el oxígeno del aire el caso más común, no analizare- mos los riesgos asociados a combinación explosiva con peróxidos u otros oxidantes menos co- munes. Comburente Combustible Energía

Upload: others

Post on 29-May-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 1/ 16

Instrumentación en áreas de riesgo explosivo

Parte 1: Áreas de Riesgo Explosivo – Clasificación

Ings. Guillermo Canale

DIQ- Facultad de Ingeniería - UNLP

1.- Introducción

Numerosas industrias y procesos operan con gases, líquidos, polvos o fibras que son

inflamables. En determinadas circunstancias, normales (carga de un tanque de com-

bustible, piletas API de separación de hidrocarburos) o anormales ( rotura de sello de

una bomba, tareas de mantenimiento, defecto en una junta, fisuras en un caño, ven-

teo de válvulas de seguridad), se produce la liberación de tales sustancias a la atmós-

fera con el consiguiente riesgo de explosión. Aunque menos conocidos, tales riesgos se

extienden también a sustancias tan insospechadas como la harina, el polvillo de ce-

real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones, se habla de áreas

peligrosas, con riesgo de explosión, o sintéticamente áreas explosivas.

Desgraciadamente, el conjunto de cuestiones asociada a las áreas de riesgo explosivo

y las que se desprenden de la necesidad de operar equipos eléctricos y electrónicos

en tales áreas, no son tratadas, en general, con el cuidado que merecen.

Para que ocurra una explosión en una zona peligrosa por la presencia de gases o pol-

villos inflamables deben estar presentes simultáneamente la sustancia combustible,

oxígeno1 en una proporción que caiga dentro del intervalo comprendido entre el Lími-

te Explosivo Inferior y el L.E. Superior y una fuente de energía suficiente para detonar la

mezcla explosiva. Es el clásico triángulo del fuego que se enseña en los cursos básicos

de combate contra el fuego.

1 O sustancias que lo contengan. Siendo el oxígeno del aire el caso más común, no analizare-

mos los riesgos asociados a combinación explosiva con peróxidos u otros oxidantes menos co-

munes.

Comburente Combustible

Energía

Page 2: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 2/ 16

Como estas tres circunstancias deben presentarse simultáneamente, sucede con fre-

cuencia que instalaciones inadecuadas sobreviven sin incidentes simplemente por una

afortunada combinación probabilística. En otros casos, la duda o la ignorancia llevan

a la sobre especificación, con carísimas instalaciones y/o equipamiento cuando en

realidad no son necesarios.

En las vísperas de la 1ª Guerra del Golfo, y como prueba del potencial militar iraquí, se

habló y escribió mucho sobre un tipo de bomba a la que bautizaron “la bomba ató-

mica de los pobres”. Sintéticamente, constan de una carga detonante base, capaz

de pulverizar una importante masa de combustible (kerosén o gas oil) en un período

de tiempo breve, pero suficiente como para que la niebla en expansión forme una

mezcla explosiva con el aire que la circunda. Inmediatamente después estalla una

segunda carga que actúa como detonante de la mezcla. Visto en cámara lenta, se

trata de una onda expansiva que, a medida que va progresando en su reacción de

oxidación violenta y altamente exotérmica, en la expansión de los gases de combus-

tión comprime a su vez a la mezcla vecina, de manera que el frente de la explosión

avanza de manera exponencial, encontrando cada vez una mezcla más comprimi-

da y por ende más reactiva. Así, el efecto final es una detonación de resultados de-

vastadores, con ondas de presión de enorme poder destructivo. Esta descripción ajus-

ta perfectamente en la cinética de una detonación de nube de gases inflamables en

un espacio no confinado2. En tales casos, aunque resulte difícil de imaginarlo, el aire

que circunda a la mezcla en condiciones de explotar, funciona como el “soporte”

contra el cual ocurre la creciente compresión de la mezcla.

En el caso de las explosiones en los ámbitos industriales, numerosos objetos, paredes,

sótanos, canaletas y aún la propia envolvente de un tanque, actúan como más efi-

cientes paredes de contención, descriptos como espacios semi confinados o confina-

dos, y los efectos de la explosión son más dañinos. Debe tenerse en cuenta que el fren-

te de una explosión, el punto de progreso de esa bola de fuego que va avanzando,

progresa a velocidades muy grandes, entre 0,3 á 3 metros por segundo.

Como sabemos todos por experiencia doméstica cotidiana, no siempre que hay un

triángulo de fuego lo que se obtiene es una explosión. Al encender una hornalla de la

cocina, acercamos un fósforo o una chispa a una masa de metano – aire en propor-

ciones adecuadas, y solamente tenemos un fuego controlado. La cinética involucra-

da puede ser la misma, pero la masa en juego hace la diferencia. Si lo analizamos en

el caso de encender un horno o un calefón, las condiciones de límite entre uno y otro

efecto se verán más claramente.

Otra conclusión interesante es que la única condición en el triángulo, a la hora de ver

el vértice de la energía, es que esté presente por encima de un umbral mínimo que

variará según la mezcla explosiva en juego. La magnitud será cuestión de la masa

puesta en juego y otras circunstancias de contorno. Pero la misma chispa sirve para

todos los casos.

2.- Lo que explota

2 Uncomfined Vapor Cloud Explosion – UVCE en el término anglosajón

Page 3: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 3/ 16

Intuitivamente podemos comprender que hay sustancias que son capaces de formar

atmósferas más proclives a explotar que otras. Efectivamente, no es lo mismo una

mezcla nafta - aire que una de gas oil - aire. Lo que no impide que ambas sean exten-

samente empleadas para producir explosiones controladas en los motores nafteros y

diesel respectivamente. De igual modo, en zonas frías, solía ser una práctica habitual

para arrancar maquinaria vial pesada por la mañana, acercar un pedazo de estopa

mojado con éter etílico a la toma de aire del motor. Se logra así un inicio inmediato de

la serie de explosiones que arrancan al motor.

Hay una serie de métodos experimentales que apuntan a medir de una manera re-

producible esta propiedad de ciertas sustancias.

2.1 Intersticio Experimental Máximo de Seguridad (IEMS)

Uno de los métodos para medir y cuantificar la explosividad, se logra mediante un dis-

positivo denominado Explosímetro de Westerberg3, que simplificándolo resulta ser una

cámara dividida en dos compartimentos, ambos llenos de la misma mezcla explosiva.

La pared que los separa, tiene una ranura de 25 mm de largo cuyo ancho es variable

a voluntad mediante un micrómetro. La presión y temperatura, en general se adoptan

normalizadas (20 ºC y 1 bar). En una de las cámaras se genera una chispa, que produ-

ce una explosión. En esas condiciones, se va ensayando desde intersticios muy peque-

ños subiéndolos de a poco cada vez. En ranuras muy cerradas, la energía de gases

calientes que logran pasar de una cámara a la otra no alcanza como para hacer que

la mezcla allí explote. El intersticio se va aumentando paulatinamente en ensayos su-

cesivos, hasta que la explosión en una cámara se propaga a la otra. La última lectura

de ranura que no dio propagación, se toma como el Intersticio Experimental Máximo

de Seguridad (IEMS) .

Cámara de Explosión real

Como para tener idea del ancho de ranura, los ensayos se realizan típicamente entre

0,1 á 0,01 mm. La base de esta técnica experimental es determinar de una manera

reproducible, cuál es el umbral de energía a partir del cual la reacción de oxidación

violenta procede espontáneamente. De este método deriva una escala para cada

sustancia, que curiosamente se mide en unidades de longitud (mm).

3 Esta técnica está definida en la norma IEC 79-1A

Page 4: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 4/ 16

Corte Transversal

2.2 Energía Mínima de Ignición (EMI)

Para cada gas, en su concentración volumétrica más explosiva, se determina experi-

mentalmente la energía mínima que han de tener electrodos normalizados para ser

capaces que esa mezcla explote4. En tanto se usen mezclas en una proporción de

volúmenes distintas que la más explosiva, se obtendrán curvas como la que se mues-

tran en la Figura 1.

Debe tenerse en cuanta que estos métodos representan aproximaciones experimenta-

les y su valor es orientativo. De hecho, una vez que se inicia una explosión, las condi-

ciones en que se desarrolla están en cambio continuo. Las conclusiones sobre EMI re-

sultan aplicables a determinado diseño de electrodo y en condiciones normalizadas.

4 La norma IEC 79-3 describe el dispositivo de ensayo y sus condiciones operativas

Page 5: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 5/ 16

Pero al ser sistemáticas, reproducibles y cubrir una amplia gama de sustancias, permite

establecer el ránking de los malos.

De la observación de ambas trazas se desprende que el hidrógeno forma mezclas ex-

plosivas que detonarán con más facilidad (Energía Mínima de Ignición 20 J) y en una

gama más amplia de concentraciones gas – aire que el propano (EMI 250 J). De la

observación de la curva para el Propano, por encima del 40% en volumen se infiere

que la energía necesaria para que la mezcla explote es muy alta o simplemente, se

puede inferir, no ocurrirá explosión.

Esto nos sirve para introducir el concepto de Límite Explosivo. Para cada gas explosivo,

en condiciones normalizadas de temperatura y presión, es posible establecer el umbral

por debajo del cual la mezcla es demasiado pobre y no habrá explosión. Este es el

Límite Explosivo Inferior (LEI o LEL en inglés). A partir de ese punto, habrá una gama de

concentraciones gas aire en que todas las mezclas serán explosivas, hasta llegar a un

punto máximo, por encima del cual la concentración volumétrica es demasiado rica y

no habrá explosión. Ese será el Límite Explosivo Superior (LES o UEL en inglés ).

La circunstancia física descripta no justifica hacer un tratamiento desaprensivo de los

problemas asociados a, por ejemplo, sustancias poco explosivas. Al igual que ocurre

con la energía eléctrica, no se trata de tenerle miedo, sino de respetarla.

Efecto de la Concentración sobre la

energía de ignición

0,01

0,10

1,00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Concentración Volumétrica

En

erg

ía d

e I

gn

ició

n (

mJ)

Propano -

aire @1 Atm.

Hidrógeno -

aire @1 Atm.

Page 6: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 6/ 16

Para respetar a la problemática de las áreas peligrosas, en primer lugar debemos co-

nocer los peligros intrínsecos asociados a la naturaleza de las sustancias puestas en

juego (lo que explota), y luego todos los parámetros físicos y temporales del entorno en

que esas sustancias podrían explotar (el área en sí, y el modo de operación de los dis-

tintos dispositivos y equipos que en ella están).

Finalmente, una y otra vez, cuando atendemos cuestiones de Seguridad, tanto de per-

sonas, de equipos y aún ambiental, terminamos adoptando enfoques que combinan

el Peligro intrínseco de la cosa con la probabilidad de ocurrencia de la circunstancia

que desencadena un incidente asociado a ella. A esa combinación, habitualmente

una multiplicación, es lo que llamamos Riesgo. 5

2.3 Temperatura mínima de auto ignición

Resta todavía una propiedad más de las sustancias. La fuente de energía para iniciar

el proceso de oxidación no necesariamente ha de ser una chispa. El contacto con

una superficie suficientemente caliente alcanza para que en su proximidad se inicie la

explosión. Falta, entonces, definir qué se entiende por suficientemente caliente. Los

ensayos dan lugar a determinar con buena repetibilidad una temperatura mínima por

encima de la cual una mezcla dará lugar a una explosión. Las sustancias fueron agru-

padas según un cierto intervalo de temperaturas de auto ignición (AIT, Autogenous

Ignition Temperature en inglés), como se indica en la tabla siguiente:

T máxima (ºC) Identificación

450 T1

300 T2

280 T2A

260 T2B

230 T2C

215 T2D

200 T3

180 T3A

165 T3B

160 T3C

135 T4

120 T4A

100 T5

85 T6

Tabla 1: Identificación de Temperaturas de auto ignición

5 Este enfoque es un clásico de la actividad de Seguros. Resulta fácil de entender que la prima

de seguro de vida de una persona mayor sea más cara que la de un individuo mucho más

joven, siendo que es más probable que muera uno antes que el otro. A menos que el segundo

sea piloto de autos de carrera. En cuyo caso, la situación se invertirá.

De la misma manera, una planta de molienda de talco pagará menos prima que una envasa-

dora de Gas Licuado de Petróleo. Finalmente, lo que se asegura es un Riesgo.

Page 7: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 7/ 16

De la observación de estas propiedades de las mezclas explosivas, resulta práctico

agruparlas según la facilidad con que pueden iniciar una explosión, en grupos que

presentan características similares. Así, se pueden establecer parámetros de diseño

operativo para circuitos electrónicos limitando la energía disponible por debajo de la

energía mínima de ignición de las mezclas que pueden estar presentes en un lugar

particular. Eso es justamente lo que hacen las normas de caracterización de áreas pe-

ligrosas.

3.- Clasificación de áreas

Hasta la actualidad, y pese a los esfuerzos por uniformar los criterios de clasificación de

áreas a nivel internacional persiste una cierta diversidad. No es sencillo opinar sobre

por qué sucede algo así, pero la verdadera razón seguramente tendrá que ver con

intereses comerciales de países o bloques de países, desarrollo desigual de experien-

cias de normalización, trabas burocráticas de organismos para gubernamentales, y la

condición no inequívoca de la experiencia práctica de cada rama de la industria.

Sin embargo, recientemente se han producido dos avances dignos de mención: por

este lado del Atlántico, luego de muchos años de discrepancias, la NFPA ha emitido

una clasificación paralela y prácticamente equivalente a la clasificación europea CE-

NELEC y la internacional IEC, en el artículo 505 del National Electrical Code (NEC), emi-

tido en 1999. No obstante, para uso doméstico, mantiene la tradicional triada “Clase –

Grupo - División” (Artículos 500 á 503) que desarrollaremos más adelante.

El esquema llamado “europeo” de Clasificación de Áreas con riesgo explosivo, que se

describe en la segunda parte de este apunte, obligatoria en su aplicación al 1º de Ju-

lio de 2003, la directiva ATEX6.

Como una primera aproximación, se presenta a continuación una tabla comparativa

País / Entidad Peligro

Permanente

Peligro

Intermitente

Peligro bajo condi-

ciones anormales

EE.UU. NEC Art. 500-503 División 1 División 1 División 2

IEC / CENELEC /Europa /

NEC Art. 505

Zona 0

(Zona 20 en Polvos)

Zona 1

(Zona 21 en Polvos)

Zona 2

(Zona 22 en Polvos)

Categoría de Seguridad

Vapores *

G1 G2 G3

Categoría de Seguridad

Polvos*

D1 D2 D3

* El Artículo 505 del NEC cubre solamente gases y polvos explosivos de acuerdo con la

directiva europea 94/9 (ATEX).

3.1 Clasificación Americana

Los artículos 500 al 503 del NEC cubren los requerimientos para equipos eléctricos y

electrónicos y cableado eléctrico para todos los voltajes en áreas de riesgo explosivo.

6 Contracción de los términos en francés Atmosphères Explosibles

Page 8: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 8/ 16

Aunque está bastante desperdigada, la metodología de clasificación de áreas es

coherente a través de los distintos tipos de actividades. El esquema básico se puede

describir como sigue:

CLASE: la normativa norteamericana clasifica las atmósferas peligrosas en tres clases

según el origen del peligro

Clase I : Gases y vapores7

Clase II : Polvos

Clase III: Fibras y escamas8

GRUPO: Dentro de cada grupo, los distintos niveles de explosividad definen conjuntos

de sustancias que tienen características similares. Los grupos A hasta D inclusive son

grupos de Gases, y los grupos E hasta G corresponden a Polvos. No hay grupos en la

Clase III. En el Anexo al presente trabajo, se encuentra un listado de propiedades de

sustancias (gases y vapores) y con el Grupo indicado en la primera columna.

División: La categoría División es una medida de cuán probable resulta la presencia de

gases o polvos en condiciones explosivas en un lugar dado.

Clase I División 1: es un área en la que

a) en condiciones normales de operación pueden existir concentraciones incendia-

bles de gases inflamables o

b) concentraciones explosivas de tales gases pueden existir frecuentemente debido a

pérdidas o por operaciones de reparación y/o mantenimiento o

c) un área en la cual la rotura o falla en un equipo o proceso puede liberar concen-

traciones de gases inflamables capaces de ser encendidas y pueden también

causar la falla simultánea de equipos eléctricos de modo que pudiera directamen-

te convertir a tal equipo eléctrico en una fuente de ignición.

Esta clasificación habitualmente incluye lugares:

1. Donde se transfieren de un recipiente a otro líquidos o gases inflamables

2. Interiores de cámaras de pulverización, sopleteado o pintura o en los alrededores

de los sitios en los que tales operaciones ocurren y en las que se usan solventes in-

flamables

7 La distinción entre Gases y Vapores es herencia antigua. Sabemos que cuando una sustancia

pasa del estado líquido al gaseoso, podemos llamarle indistintamente “gas” o “vapor”. Sin em-

bargo, fluidos que con presión y frío obtenibles en los inicios de la Revolución Industrial podían

retornar al estado líquido, condensando, eran llamados vapores, diferenciándolos de los gases

tales como el Nitrógeno, o el Helio, que eran “no condensables”. Actualmente, pueden licuar-

se, pero la diferencia entre fácilmente condensables y difíciles de condensar mantiene vigente

la nomenclatura separada. 8 La norma NEC emplea el término inglés Flyings literalmente “lo que vuela” o “capaz de volar”.

Al diferenciarlo de las fibras, se interpreta de toda partícula cuya relación masa / volumen no la

aproxime a una fibra ni a una mota de polvo. En la industria, las más comunes son las escamas,

y usaremos ese término como acepción de la palabra inglesa.

Page 9: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 9/ 16

3. Lugares que tienen tanques abiertos a la atmósfera o bateas con líquidos volátiles

inflamables.

4. Cámaras de secado o compartimentos para la evaporación de solventes inflama-

bles

5. Lugares donde se hay equipos de extracción con solventes volátiles e inflamables

de grasas o aceites

6. Areas de plantas de limpieza y teñido en las que se usan líquidos inflamables

7. Zonas de generación de gases u otras áreas de plantas de elaboración o proce-

samiento de gases en las cuales pueden producirse fugas de gases inflamables

8. Salas de bombas de gases o líquidos volátiles inflamables mal ventiladas

9. El interior de heladeras y congeladoras en las que se almacenen materiales infla-

mables volátiles en envases abiertos, endebles o fáciles de romper.

10. Todo otro lugar en el cual sea probable que durante las operaciones normales ha-

ya concentraciones de gases o vapores inflamables posibles de ser encendidos.

Debe tenerse en cuenta (y esta es la principal diferencia histórica entre la clasificación

norteamericana y la europea) que la División 1 incluye los lugares en los que frecuen-

temente o continuamente hay mezclas explosivas en la atmósfera (la Zona 0 de los

europeos), como por ejemplo, el interior de tanques de combustibles volátiles ventea-

dos a la atmósfera, ductos de ventilación de áreas con concentraciones explosivas de

gases inflamables, etc.

Clase I División 2: es un área en la que

a) se usan, manipulan o procesan líquidos volátiles inflamables o gases combustibles

pero en la cual normalmente tales sustancias están confinadas en recipientes o sis-

temas cerrados de los cuales sólo pueden escapar en caso de rotura accidental o

falla de tales recipientes o sistemas o donde

b) la presencia de concentraciones explosivas de gases está evitada por una ade-

cuada ventilación, y que podría volverse peligrosa en caso de falla o rotura del

equipo de ventilación o que

c) está adyacente a un área clasificada Clase I División 1 y ocasionalmente concen-

traciones explosivas de gases pueden llegar a ella, a menos que tal evento esté in-

hibido por una adecuada ventilación con presión positiva y desde una fuente de

aire limpio, con enclavamientos y prevenciones adecuados de manera de asegu-

rar que no falle esa ventilación.

Las áreas clasificadas Clase I División 2 habitualmente incluyen sitios donde se usan

líquidos y/o gases inflamables pero, a criterio de un evaluador capacitado, sólo se tor-

narían peligrosos en caso de accidente o que ocurra un evento absolutamente fuera

de lo común.

Debe observarse que la lógica subyacente en esta categoría de riesgo es que se

pueden usar medidas de protección más laxas en tanto y en cuanto la probabilidad

de la ocurrencia simultánea de la liberación de gases, la formación de la atmósfera

explosiva y la presencia de una fuente de ignición simultáneamente es muy baja.

Clase II División 1 es un área en la cual

a) en condiciones normales de operación hay en el aire polvo en cantidad suficiente

como para producir mezclas explosivas o

Page 10: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 10/ 16

b) una falla mecánica u operación anormal de una máquina o equipo podría produ-

cir la formación de tal mezcla explosiva y simultáneamente generar una fuente de

ignición a través de la falla concurrente de un equipo eléctrico, la operación de

dispositivos de protección eléctrica o por otras causas o bien

c) un área en que pueden estar presentes polvos combustibles conductores de la

electricidad en cantidades peligrosas.

Se pueden listar numerosos polvos combustibles que NO SON conductores de la elec-

tricidad, incluyendo polvos resultantes de la manipulación y procesamiento de cerea-

les, azúcar en polvo, leche y huevo deshidratado, especias en polvo, almidón, harinas

diversas, aserrín en polvo, alimentos oleosos pulverizados, etc.

Sólo los polvos del Grupo E se consideran conductores de la electricidad para los efec-

tos de la clasificación de un área en la que estén presentes9. Se debe tener particular

cuidado en caso de presencia de polvos conteniendo magnesio o aluminio, aten-

diendo a las mayores precauciones pare evitar ignición y explosiones.

Clase II División 2 es un área en la cual

a) normalmente no hay en el aire polvo combustible en cantidades suficientes como

para producir mezclas explosivas y las acumulaciones de polvo son normalmente

insuficientes como para interferir con la operación normal de equipos eléctricos o

de otro tipo, pero sí puede ocurrir en caso de un mal funcionamiento infrecuente

de equipos de procesamiento o manipulación y

b) la acumulación de polvos combustibles sobre, dentro o en las cercanías de equi-

pos eléctricos puede llegar a ser suficiente como para interferir con la disipación de

calor del equipo eléctrico o puede tomar fuego como resultado de una operación

anormal o falla de tal equipo eléctrico.

9 El grupo E incluye mayoritariamente polvos de metales y sus aleaciones, incluyendo aluminio,

boro, cromo, ferromanganeso, ferrosilicio, hierro, magnesio, manganeso, silicio, titanio, vanadio

y zirconio.

Page 11: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 11/ 16

4.- Glosario y definiciones

A Prueba de Explosión (APE): Aparato o instalación cerrado en una envolvente que es

capaz de soportar una explosión interna de un gas o vapor y que a su vez no permite

que chispas, llama u otros medios accedan al exterior propagando la explosión a una

atmósfera circundante igualmente peligrosa. Es importante recalcar que no se trata

de un diseño que evita la explosión, sino de uno que la permite pero la confina dentro

del cerramiento. Por este motivo, es fácil distinguir los equipamientos APE por la robus-

tez de su factura.

Aprobado: referido a un componente, instalación o dispositivo, se refiere al resultado

positivo ante la presentación del fabricante, mediante el cual un ente con autoridad y

jurisdicción (IRAM, CSA, UL, TÜV) encuentra que cumple con requisitos normativos apli-

cables referentes a la aptitud para operar en áreas con riesgo explosivo definido. De-

be tenerse en cuenta que un dispositivo u elemento aprobado no necesariamente

asegura que la instalación en la que se encuentra sea efectivamente segura.

Área de Uso General (No Peligrosa, No Clasificada): Ubicación en la cual no se espera

que haya, ni en condiciones operativas normales ni en circunstancias excepcionales,

peligros de explosión ni fuego debidos específicamente a la presencia de gases y va-

pores inflamables, líquidos inflamables, polvos combustibles o fibras y escamas com-

bustibles. Tales áreas también son mencionadas como Áreas Seguras.

Área peligrosa (Área Clasificada): ubicación en la cual pueden existir peligros de ex-

plosión debido a la presencia de una atmósfera explosiva de gases, vapores o líquidos

inflamables, polvo combustible o fibras o escamas fácilmente combustibles.

Atmósfera Explosiva: Una mezcla de sustancias combustibles en forma de gas, niebla,

polvo o fibras, con aire en la cual, después de una ignición, la combustión de extiende

a toda la mezcla.

Barrera de Seguridad Intrínseca: Un componente conteniendo un circuito diseñado

para limitar, en condiciones especificadas de falla, la energía (voltaje y corriente) dis-

ponible a un circuito externo ubicado en área peligrosa, de modo que sea incapaz de

liberar una chispa que pudiera encender una mezcla explosiva particular.

BLEVE: Iniciales de la expresión en inglés Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion. Caso

particular de explosión que involucra a un líquido (típicamente Gas Licuado de Petró-

leo) que se vuelca de un envase en el que está contenido, evaporando de inmediato

debido a la alta presión de vapor de la sustancia en cuestión a temperatura ambien-

te.

Certificado: Término genérico referido a equipamiento que ha sido evaluado por un

ente reconocido de ensayos y confirmado como que está de acuerdo con la(s) nor-

ma(s) que le resulta(n) aplicable(s). 10

10 Algunas entidades usan el término “Aprobado”,” Listado”, o”Equipo etiquetado” (Labeled

Equipment) para indicar cumplimiento con normas aceptables.

Page 12: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 12/ 16

Condiciones normales (Operación normal): Un equipo o una planta se considera que

está en condiciones normales de operación cuando mecánica y eléctricamente sus

condiciones están de acuerdo con las especificaciones de diseño y están siendo usa-

das u operadas dentro de los límites especificados por quien las diseñó o fabricó.

Deflagración: Onda de un gas en explosión en la que el frente de propagación de la

llama avanza a velocidad subsónica respecto de la mezcla gaseosa inmediatamente

contigua al frente de propagación

Detonación: Onda de un gas en explosión en la que el frente de propagación de la

llama avanza a velocidad supersónica respecto de la mezcla gaseosa inmediatamen-

te contigua al frente de propagación.

Eex: Denominación asignada a un aparato protegido contra explosión conforme la

normativa europea.

Ex: Denota un aparato apto para operar en área de riesgo explosivo.

Explosión: evento que produce un incremento muy rápido de la presión. Este incre-

mento puede ser causado por rotura de un recipiente con fluidos sometidos a presión,

ignición de explosivos, reacciones fuera de control, combustión violenta de una mez-

cla de gases combustibles y oxidantes (aire), combustión de polvillo de metales o sus-

tancias orgánicas, etc.

Fibras y escamas: se refiere a materiales que habitualmente no están en suspensión en

el aire y son más grandes en tamaño que el material particulado en polvo. Las fibras y

escamas incluyen materiales tales como fibras de algodón, aserrín, fibras textiles en

general y otras partículas que en general representan más frecuentemente un riesgo

de fuego que uno de explosión.

Flash Point: temperatura mínima a la cual un líquido evapora en suficiente concentra-

ción como para dar lugar a la formación de una mezcla explosiva con el aire en la

cercanía de la superficie del líquido. Las condiciones para determinar la temperatura

están normalizadas.

Grado de Protección: Un sistema para definir niveles normalizados de protección me-

cánica de aparatos y equipos contra el contacto con partes internas energizadas o

con movimiento por un lado y por la otra contra el ingreso de sólidos o líquido dentro

de la envolvente. Clásicamente conocidos como los grados de protección IP, no debe

ser confundido con los tipos de protección necesarios para asegurar resguardo contra

la ignición en áreas de riesgo explosivo (áreas clasificadas). Son más bien complemen-

tarias de estas últimas. Para definiciones y detalles ver norma IEC 529.

Líquido inflamable: para la NFPA 30, cualquiera con Flash Point inferior a 37,8 ºC (100 ºF)

y con una presión de vapor inferior a 2,75 bar (40 psi) a 37,8 ºC (100 ºF).

Onda de choque: Una onda de compresión totalmente desarrollada y de gran ampli-

tud, a través de la cual la densidad, presión y velocidad de las partículas cambian

drásticamente.

Onda expansiva: La onda de aire movilizada por una explosión.

Page 13: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 13/ 16

Presurización: Técnica mediante la cual se impide o limita el ingreso de una atmósfera

exterior conteniendo mezclas potencialmente explosivas dentro de un cerramiento

(que puede incluir desde un conmutador hasta el edificio completo de una Sala de

Control) manteniendo dentro una presión positiva de un gas protector (usualmente

aire) de modo que la concentración de tales gases esté siempre muy por debajo de

Límite Explosivo Inferior (usualmente 25% del LEL). Este tipo de protección se conoce

como protección tipo “p” en la nomenclatura IEC.

Presurización tipo X: un método para reducir la clasificación dentro de un cerramiento

de División 1 / Zona 1 a No Peligrosa (No Clasificada).

Presurización tipo Y: un método para reducir la clasificación dentro de un cerramiento

de División 1 / Zona 1 a División 2 / Zona 2.

Presurización tipo Z: un método para reducir la clasificación dentro de un cerramiento

de División 2 / Zona 2 a No Peligrosa (No Clasificada).

Purgado: En un cerramiento Presurizado, la operación mediante la cual, de manera

continua o intermitente, una cantidad de Gas Protector (usualmente aire o nitrógeno)

pasa a través del cerramiento y ductos de manera que la concentración de una

eventual atmósfera de gases explosivos quede por debajo de niveles de seguridad

aceptables.

Seguridad Aumentada: Tipo de protección aplicada a equipos eléctricos que no pro-

ducen en condiciones normales ni anormales (especificadas) chispas ni arco eléctrico,

y a las cuales se aplican medidas de protección adicionales de manera de darles una

seguridad adicional ante la posibilidad de ocurrencia de arcos, chispas o excesiva

temperatura en la superficie del cerramiento que los contiene. Este tipo de protección

se conoce como Tipo “e”.

Seguridad Intrínseca: Tipo de protección en la que una porción del sistema eléctrico

contiene aparatos, circuitos y cables inherentemente seguros, esto es, que son inca-

paces de causar el encendido de una atmósfera explosiva particular que los circunde.

Ningún dispositivo o cableado individual es por sí intrínsecamente seguro11, sino que

resulta intrínsecamente seguro solamente cuando se lo emplea como parte de un sis-

tema intrínsecamente seguro adecuadamente diseñado e implementado.

Tipo de cerramiento: sistema normalizado norteamericano referente a niveles de pro-

tección mecánica en aparatos eléctricos contra contacto con partes energizadas o

en movimiento, ingreso de sólidos y líquidos, ataque por corrosión y daño por forma-

ción de hielo en el exterior. Clásicamente conocidos como los grados de protección

NEMA12, no debe ser confundido con los tipos de protección necesarios para asegurar

resguardo contra la ignición en áreas de riesgo explosivo (áreas clasificadas). Son más

bien complementarias de estas últimas. Para definiciones y detalles ver norma ANSI/UL

50 o ANSI/NEMA 250. Ver también Grado de Protección.

11 con excepción de aparatos portátiles autocontenidos tales como equipos de radio llamada,

detectores de gases, radios de mano- Walkie Talkie, que son diseñados específicamente como

dispositivos intrínsecamente seguros 12 National Electrical Manufacturers Association

Page 14: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 14/ 16

Tipo de Protección: Medidas específicas aplicadas a aparatos eléctricos para evitar el

encendido (ignición) de atmósferas explosivas circundantes.

Zona 0(IEC): Un área en la cual la presencia de una atmósfera explosiva es continua o

existe durante largos períodos.

Zona 0(NEC): Un área Clase I, Zona 0 es una ubicación en la cual hay presencia conti-

nua de mezclas de gases y vapores en concentraciones explosivas o bien en la que tal

presencia está presente por largos períodos de tiempo.13

Zona 1 (IEC): Un Área en la cual es probable que exista una atmósfera explosiva duran-

te la operación normal.

Zona 1 (NEC): Un área Clase I, Zona 1 es una en la que

(1) es probable que estén presente concentraciones explosivas de gases o vapores

inflamables en condiciones normales de operación o

(2) en las que concentraciones puedan existir frecuentemente como resultado de

operaciones de mantenimiento o pérdidas o

(3) en las cuales el equipamiento está siendo operado o se realizan procesos de un

modo que la rotura del equipo y falla en el proceso puede resultar en la libera-

ción de concentraciones explosivas de gases o vapores combustibles, y tam-

bién simultáneamente causar la falla del equipamiento eléctrico de un modo

tal que pueda hacerlo ser una fuente de ignición o

(4) un área que está adyacente a una ubicación Clase I, Zona 0 desde la que la

cual puedan transmitirse concentraciones explosivas de vapores , a menos que

tal transmisión sea prevenida mediante una adecuada presión positiva y venti-

lación desde una fuente de aire limpio, y se hayan tomado precauciones efec-

tivas contra eventuales fallas en el sistema de ventilación14.

Zona 2 (IEC): Un área en la cual es improbable que exista una atmósfera explosiva en

condiciones normales de operación y, si ocurriera, es probable que lo haga con baja

frecuencia y sólo por cortos períodos de tiempo. Si se referencia a atmósferas explosi-

vas debido a la presencia de polvo combustible, la zona es clasificada Zona 20.

Zona 2 (NEC): Un área Clase I, Zona 2 es una en la que

(1) es improbable que estén presente concentraciones explosivas de gases o vapo-

res inflamables en condiciones normales de operación y, si ocurriera, es proba-

ble que lo haga con baja frecuencia y sólo por cortos períodos o

(2) en la cual se manipulan, procesan o usan líquidos inflamables volátiles, o gases

o vapores inflamables pero en las que tales líquidos, gases y vapores normal-

mente se encuentran confinados dentro de contenedores cerrados o sistemas

cerrados de los cuales sólo podrían escapar como resultado de una de una fa-

lla o rotura accidental del contenedor o sistema o como resultado de una ope-

ración anormal del equipo con el cual los líquidos, vapores o gases son manipu-

lados, procesados o usados, o

13 NEC Edición 1999 Sección 505-9(a) 14 NEC Edición 1999 Sección 505-9(b)

Page 15: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 15/ 16

(3) área en la cual normalmente las concentraciones de gases o vapores inflama-

bles se evitan mediante ventilación mecánica positiva, pero que pueden vol-

verse peligrosas en caso de falla u operación anormal del equipamiento de

ventilación; o

(4) que se encuentra adyacente a una ubicación Clase I, Zona 1 desde la que la

cual puedan transmitirse concentraciones explosivas de vapores , a menos que

tal transmisión sea prevenida mediante una adecuada presión positiva y venti-

lación desde una fuente de aire limpio, y se hayan tomado precauciones efec-

tivas contra eventuales fallas en el sistema de ventilación.15

Zona 21 (IEC): Un área, no clasificada como Zona 20, en la cual es probable que ocu-

rra la presencia de una nube de polvo combustible durante la operación normal, y en

cantidad suficiente como para ser capaz de producir una concentración explosiva de

polvo combustible al mezclarse con el aire. Esta zona puede incluir, entre otras, áreas

inmediatamente vecinas de embolsado o llenado de envases con tales polvos, puntos

de descarga de polvo y áreas en las cuales en condiciones normales de operación es

probable que se depositen capas de polvo capaces de dar lugar a una concentra-

ción explosiva de polvo combustible al mezclarse con el aire.

Zona 22 (IEC): Un área no clasificada como Zona 21 en la cual es poco frecuente que

pueda formarse una nube de polvo combustible durante la operación normal, y de

hacerlo, ocurre por un período de tiempo corto o en las cuales la acumulación o ca-

pas de polvo depositado capaces de dar lugar a una concentración explosiva de

polvo combustible al mezclarse con el aire . Esta zona puede incluir, entre otras, áreas

en las cercanías de equipos conteniendo polvo, de los cuales pueda escapar o de-

rramarse por pérdidas y formar depósitos (por ejemplo, áreas de molienda, en las que

el polvo puede escapar de los molinos y luego depositarse).

Zona: Un método de especificar la probabilidad que una ubicación determinada se

vuelva peligrosa por la presencia de concentraciones inflamables de gases y vapores

o mezclas de polvos combustibles.

13.- Bibliografía

ANSI – ISA – Area Classification in Hazardous, Classified, Dust Locations – S12.10 – ISA

ANSI – ISA – Definitions and Information Pertaining to Electrical Instruments in Hazardous

(Classified) Locations – S12.1 – ISA – 1991

ANSI – ISA – RP 12.6 – Wiring Practices for Hazardous (Classified) Locations Instrumenta-

tion: Intrinsic Safety - ISA – 1995

Canale, Guillermo – Consideraciones sobre Cerramientos Purgados y Presurizados Re-

vista Instrumentación, Medición y Control - Automatización - Año V - N°22 Págs. 44 a

53. – 1980

Earley, Mark W.- 1999 National Electrical Code Handbook – National Fire Protection

Agency – 1999

Escalante, Thelmo R. – UVCE – Gerencia Ambiental – Abril 1994

15 NEC Edición 1999 Sección 505-9(c)

Page 16: Instrumentación en áreas de riesgo explosivo › biblioteca › biblio › 4 › 84 › 2. Anexo áreas … · real en los silos, azúcar, aserrín y fibra de papel. En esas condiciones,

C:\Users\mormeno.carecsb\Documents\1. Documentos CAREC 2017\PAC\1. PAC 2018\Manuales de cursos\Curso 2 -

SYGNUS\4. Anexo Áreas de riesgo explosivo.doc 16/ 16

Garside, Robin – Intrinsically Safe Instrumentation – A Guide – ISA - 1983

IEC –Classification of Hazardous Locations – Std 60079.10 – International Electrotech-

nical Committee

IEC –Electrical Installations in Explosive Gas Atmospheres (other than mines) – Std

60079.14 – International Electrotechnical Committee

Instituto Argentino del Petróleo – Práctica Recomendada IAP –CA-4.05 Clasificación de

Areas Peligrosas – IAP – 1990

ISA – Electrical Instruments in Hazardous Atmospheres – RP12.1 – ISA

ISA – Intrinsic Safety – RP12.2 – Instrument Society of America

ISA –Explosion Proof– RP12.3 – Instrument Society of America

ISA –Installation of Intrinsically Safe Systems for Hazardous (Classified) Locations– RP12.6

– Instrument Society of America

ISA –Instrument Purging for Reduction of Hazardous Area Classification– RP12.4 – Instru-

ment Society of America

ISA Standard S12.1 – Definitions and Information Pertaining to Electrical Instruments in

Hazardous (Classified) Locations – ISA – 1991

Krigman, Alan – Intrinsic Safety: Barriers to Barriers – InTech – January 1984 p 7

Loyd, Richard E. – Electrical Design and Installation Handbook for Hazardous Classified

Locations – Delmar Publishers – 1996

Lupi, Daniel – Arrúa, Marcelo – Seguridad Intrínseca - Curso Intensivo – CITEI – INTI – 1990

Magison, E.C. - Electrical Instruments in Hazardous Locations – 4th. Edition – ISA – 1998

Magison, E.C. – Calder W. – Electrical Safety in Hazardous Locations – ISA – 1983

Magison, E.C. – Intrinsic Safety

National Fire Protection Association – NFPA 497 – Recommended Practice for the Classi-

fication of Flammable Liquids, Gases or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations

for Electrical INS. - National Fire Protection Association - 1997

NEC – National Electrical Code 1999 – NEC Committee – 1999

Schram, Peter J. – Earley, Mark W. – Electrical Installations in Hazardous Locations – Na-

tional Fire Protection Association – 1997

Solano, Eduardo – Sólo la Prevención es eficiente y rentable – Actualidad Energética Nº

48 – 1993 pp . 97 – 106

Strube, Dean M. – Electrical Wiring for Hazardous Locations - Mc Graw Hill – 1996

UL – UI 698 – Standard for Safety for Industrial Control Equipment for Use in Hazardous

(Classified) Locations – Underwriters Laboratories Inc. – 1995