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TERCER FORO DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS DE SEGURIDAD

ISA EXPO CONTROL 2007

Principios Basicos de Proteccion Contra Explosiones


Plantas Quimicas


Refineria


Plataformas Petroleras


Barcos Petroleros


Hornos


Industria Maderera


Ingenios Azucareros


Industria Farmaceutica


Industria Alimenticia


Definición de Explosión

Por explosión se entiende la reacción exotérmica de una atmósfera explosiva cuya consecuencia inmediata es la generación de una elevada presión y fuego, provocando destrucción.


OXIGENO

COMBUSTIBLEIGNICIÓN

Evitar la combinación de estos tres elementos:

– Combustible

– Comburente– Fuente de Ignicion

Principio de explosión


Plataforma Petrolera Piper Alpha 1988


Plataforma Petrolera Piper Alpha 1988


Planta de polietileno en Pasadena (1998 Texas)


Planta de Polietileno en Pasadena (1998 Texas)


Explosión de Nítrato de Amonio Toulouse ( 2001)


Silos de granos en Blaye, France (1998)


Explosión en Industría Maderera


Empresa con manejo de Polvos Explosivos


Despues de la exploción


Explosión de un Tanque

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Regulaciones de Seguridad


Regulaciones de Seguridad

• Gases, Vapores y Nubes

• Polvos

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Gases, Vapores y Nubes.


Flash Point

Una temperatura con la cual un liquido desarrolla una gran cantidad de vapor que mezclado con el aire produce una mezcla explosiva se le conoce como temperatura de inflamación – Flash Point.


Substancias Inflamables

• Gas calefactor• Hidrocarburos• Pegamentos y solventes adhesivos• Productos: aditivos para la industria farmacéutica, sabores, aromas

y perfumes artificiales.• Materiales: plásticos, hules, textiles, químicos de limpieza• Proceso de alcoholes y derivados.


Curva de presión del Alcohol etílico


Niveles inferior y Superior de Concentración Vol. %

8,69,52,1C3H8PROPANO

10,380,01,5C2H2ACETILENO

7,215,05,0CH4METANO

7,475,644,0H2HIDROGENO

PRESION MAXIMA KG/CM2

SUPERIORINFERIORFORMULASUBSTANCIA

LIMTES DE EXPLOSION % O2COMPONENTES

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Polvos


Tipos de polvos

Polvos que pueden producir una explosion son:• Harina• Almidon• Azufre• Poliester• Plastico• Celulosa• Carbon• Aluminio• Magnesio


Tamaño de las particulas de polvo

Particulas de polvo de 0.02 @ 0.4 mm pueden entrar en ignicion desde concentraciones de 20

gr/m3


Pruebas a Polvos

• Temperatura de ignición.• Temperatura de auto ignición.• Energía mínima de Ignición.


Máxima Presión Explosiva

• En tanques y recipientes: aproximadamente de 6

hasta 10 bar.

• En aleaciones en alumnio: hasta 20 bar.


Reduce los efectos de una explosión


Velocidad de reacción

cm/seg; Petardeo

m/s; Explosión

Km/s: Detonación

Para eliminar esta propagación se deben utilizar sellos y cortafuegos.


Capacidad de propagación

• Las mezclas explosivas penetran recintos cerrados.

• Se determina la Máxima Separación Segura Experimental.


Tabla de la SSME

IIC0.010.2927HIDROGENO

IIC0.010.378.5ACETILENO

IIB0.020.656.5ETILENO

IIA0.030.924.2PROPANO

I0.111.148.2METANO

GRUPOIEC

G100-G0mm

SSMEmm

CONCENTRACION VOL. %

GAS

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Principio Básico de Seguridad


Principio Básico de Seguridad

Las medidas de seguridad mas usadas son:

Reducir los efectos de una explosión.

Evitar la ignición de una atmósfera explosiva.

Evitar la formación de atmósferas explosivas.


Evitar la formación de atmósfera explosiva.

- Prevención, restricción de materiales combustibles- Reemplazar materiales combustibles por materiales inof encivos.


Evitar la formación de una atmósfera explosiva.

- Prevención, restricción de materiales combustibles.• Reducir la cantidad de combustible a emplear.


Evitar la formación de atmósfera explosiva.

- Prevención, restricción de materiales combustibles– Materiales con un alto nivel de flash point.

Flash point

Flash point


Evitar la formación de atmósferas explosivas

Ventilación



Monitoreo de concetración de gases.



Eliminacion de polvos


Fuentes de ignición

- Flamas

- Superficies con alta temperatura

- Mecanismos que generen chispa

- Instalaciones eléctricas.

- Electricidad estatica

- Relampagos

- Olas electromagneticas

- Radiación

- Ultrasonido


Fuentes de ignición no electrico

Superficies con alta temperaturaSuperficies con alta temperatura


Fuentes de ignición eléctrica.

• Arcos eléctricos y chispas• Corrientes• Eléctricidad estática• Olas Magneticas• Radiación


Fuentes de ignición no eléctrico

• Elementos de calefacción• Hornos• Placas con alta temperatura• Fricción• Cortadoras

Superficies con alta temperatura.Superficies con alta temperatura.



FlamasFlamas



• Flamas • Gases con alta temperatura• Polvos combustibles

Reacciones térmicasReacciones térmicas


Fuentes de Ignición no eléctrico

Dispositivos mecanicos que producen chispa

Dispositivos mecanicos que producen chispa


Fuentes de ignición eléctrico

Sistemas eléctricosSistemas eléctricos


Fuentes de Ignición eléctrica

• Apertura y cierre de contactos• Corrientes• Superficies con alta temperatura

Sistemas eléctricosSistemas eléctricos


Fuentes de ignición eléctrica

Descarga electrostática

Descarga electrostática


Fuentes de ignición no eléctrico.

RelampagosRelampagos


Fuentes de ignición eléctricas

Campos magneticosCampos magneticos



• Rango de frecuencia: 9kHz to 300GHz • Sistemas de alta frecuencia• Transmiciones• Generadores de alta frecuencia

Campos magneticosCampos magneticos



Radiación ópticaRadiación óptica


Fuentes de ignición eléctricas

- Rango de frecuencia: 3 x 1011 Hz up to 3 x 1015 Hz

- Rango espectral óptico: 1000 µm up to 0,1 µm

- Radiacion en las superficies sobre las particulas de polvo

- Laser

Radiación ópticaRadiación óptica


Fuentes de ignición

RadiaciónRadiación



• Emisiones Ultra Violeta• Tubos de Rayos X• Laser • Substancias radioactivas• Aceleradores• Reactores

RadiaciónRadiación



UltrasonidoUltrasonido



Compresión adiabática de un gasCompresión adiabática de un gas



Reacción QuímicaReacción Química


Fuentes de ignicion no electrico

• Calentamiento • Oxidación• Descomposición • Polimerización

Reacción QuímicaReacción Química


Presion liberada en una explosionPresion liberada en una explosion

3 Reduce los efectos de una explosión


Supreción de la explosión Supreción de la explosión



Prevenir los avances de la explosion dentro del tan quePrevenir los avances de la explosion dentro del tan que



Áreas Peligrosas

Son lugares que en condiciones normales de operación puede existir:

• Peligro de fuego

• Peligro de explosión

Debido a concentraciones oxigeno con:

• Gases y vapores inflamables

• Líquidos inflamables• Polvos combustibles

• Fibras inflamables dispersas en el aire.

Conceptos importantes en áreas peligrosas:

•Clasificación de áreas.

•Especificación de equipos.

•Métodos de instalación.


Clasificación de áreas con riesgo de explosión.

Factores a considerar:– Tipo de material peligroso presente– Severidad del peligro

– Probabilidad de una explosión

– Extensión de los limites del área peligrosa


Sistemas de clasificación de áreas peligrosas para instalaciones eléctricas.

Norteamérica: Clases y Divisiones.Basado en las recomendaciones NEC

Resto del mundo: Zonas, Basado en las recomendaciones IEC


NEC

Clases

• Clase I: Gases y vapores inflamables

• Clase II: Polvos combustibles.

• Clase III: Fibras inflamables en el aire.

Divisiones

• División 1. Condición normal. Presencia continua de la atmósfera, durante proceso, reparación o mantenimiento.

• División 2. Condición anormal. Presencia ocasional de atmósfera explosiva, fallas de proceso, vecindad con División 1


IEC

Categoría 3operación normal

muy poco frecuenteó

por períodosbreves

Zona 2Zona 22

Categoría 2

operación normaly

falla de apariciónfrecuente

de modo pocofrecuente

Zona 1Zona 21

Categoría 1

operación normaly

falla de un método

de proteccióno

dos fallasindependientes

de modo continuoo

períodos prolongados

ode modo

frecuente

Zona 0Zona 20

Categoría de equiposegún 94/9/EC

no posibles fuentesde ignición en

Presencia de atmósferaexplosiva


COMPARATIVO IEC Y NEC

ZONA 2ZONA 1ZONA 0NEC ART. 505

Raras veces bajo condiciones anormales de operación 1 hora/año

Continuamente bajo condiciones normales de operación 10horas/año

NEC ART. 500

ZONA 2 (GAS)ZONA22 (POLVO)



IEC

Raras veces o por cortos periodos1 hora/año

Presente ocasionalmente o por falla de equipos10 Horas / año

Continuamente o por largos periodos1000 horas/año


Grupo de explosión según IEC

HIDROGENO< 0.5 mmC

ETILENO> 0.5 mm < 0.9 mmB

METANO> 0.9 mmA

GASPROPAGACION PARA SEPARACION

GRUPO DE EXPLOSION


Equivalencia entre IEC y NEC

GRUPO IIAGRUPO DPROPANO

GRUPO IIBGRUPO CETILENO

GRUPO BHIDROGENO

GRUPO IICGRUPO AACETILENO

ZONASDIVISIONESGAS


Clases de temperatura

18585T6T6

212100T5T5

248120T4A

275135T4T4

320160T3C

329165T3B

356180T3A

392200T3T3

419215T2D

446230T2C

500260T2B

536280T2A

572300T2T2

842450T1T1

Max °FMax. °CDivisionesZonas IEC


Clasificación de áreas y evaluación de riesgos


Ejemplo de Zonas


Ejemplo de Zonas

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Tipos de Protección


Tipos de Protección para Atmósferas de Gases Explosivos

• Seguridad Aumentada “Ex e”• Seguridad Intrínseca “Ex i”• Aprueba de flama “Ex d”• Aparatos Presurizados “Ex p”• Sumergido en Aceite “Ex o”• Relleno de Polvo “Ex q”• Encapsulado “Ex m”


Seguridad Aumentada Ex e

Principio:

Un tipo de protección en el que se aplican medidas a fin de evitar con mayor grado de seguridad la posibilidad de que se registren temperaturas excesivamente elevadas y que se produzcan arcos y chispas en el interior y en las partes exteriores de aparatos eléctricos, que no las produce en sus operaciones normales.



Proteccion contra entradade polvo y aguaIP 54 como mínimo

Resistencia deImpacto

Al menos 7 Nm

Cables

Separación

Temperatura limitada Proteccion contra carga estatica

Conexión eléctricasin posibilidadde aflojamiento



Aplicaciones

Cajas terminales y conexiones.


Aprueba de flama Ex d

Principio:

Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera explosiva, son colocadas, son colocadas en una caja, la cual puede resistir la presión generada durante una detonación interna de una mezcla explosiva y que evita la propagación de la explosión a la atmósfera circundante.

Interruptores, equipo de control e indicación, tableros de control, motores, transformadores, accesorios de iluminación.


Ejemplo de una explosión en el interior de un aprue ba de flama

Resistencia a la Presión

Espacio entrecuerda y cuerda

TemperaturaLímite

de Superficie


Aprueba de flama EX d

Energía PerdidaAtmósferaExplosiva

Explosión interna

Principio Basico del funcionamiento del envolvente antideflagrante.



Aplicaciones Con espacio entre cuerda



Aplicaciones Con espacio entre tapas planas



Aplicaciones



Aplicaciones

Cámara


Aparatos Presurizados Ex p

Principio:

Un tipo de protección en el que se evita el ingreso de una atmósfera circundante en la caja del aparato eléctrico manteniendo en el interior de la mencionada caja un gas protector a una mayor presión que la de la atmósfera circundante.

Estaciones de control o para grandes salas de control.


Función de aparatos presurizados

Preparación: El flujo de un gas inerte dentro del envolvente debe ser la presión superior a la atmósfera circundante.

Purgado: la presión del gas inerte hace que la placa superior se levante para la salida del gas.

Operación: la presión y el flujo constante del gas inerte hace que la atmósfera circundante jamás entre a la caja.


Aparatos Presurizados Ex p

Aplicaciones


Relleno de aceite Ex o

Principio:

Un tipo de protección en el que el aparato o parte del aparto es sumergido en aceite de manera tal que la atmósfera explosiva, que puede generarse arriba del aceite o fuera de la caja protectora no pueda encenderse.

Transformadores


Relleno de aceite Ex o

Aplicaciones


Relleno de Polvo Ex q

Principio:

Un tipo de protección en el que la cubierta del aparato eléctrico esta rellena de un material en estado de gránulos finos de modo que, en las previstas condiciones de operación, cualquier arco que se produzca dentro de la caja de un aparato eléctrico no encenderá la atmósfera circundante.

Transformadores, condensadores, cintas calentadoras, cajas de conexión, ensambles electrónicos.


Relleno de Polvo Ex q

Aplicaciones

Balastros y dispositivos electrónicos


Encapsulado Ex m

Principio:

Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera explosiva, son encerradas dentro de una resina, con resistencia efectiva a las influencias ambientales de modo que esta atmósfera explosiva no pueda ser encendida por chispas o calentamiento, que pudieran generarse dentro del encapsulado.

Solo interruptores de baja capacidad, aparatos de control, equipo de indicación, sensores.


Encapsulado Ex m

Fusibles pequeños

Dispositivos Electrónicos

Aplicaciones


Seguridad intrínseca Ex i

Principio:

Un tipo de protección en el que el aparato eléctrico contiene circuitos con seguridad intrínseca, que no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Cuando una chispa o efecto térmico en este circuito, producido en la condiciones normales no puede encender una atmósfera circundante.

Equipo de control y medición.



Aplicaciones

Instrumentación



Aplicaciones

Terminales HMI


Equipo de categoría 1 G

Tipos de protección para Zona 0.

Seg. intrinseca tipo ia Ex ia EN 50 020/IEC 60079-11Encapsulado Especial Ex ma EN 60079-18/IEC 60079-18

alt: EN 50 028

Dos tipos independientes de protecciónDos tipos independientes de protecciónEN 60079-26/IEC 60079-26

Tipo de proteccion y metodología.Tipo de proteccion y metodología.EN 60079-26/IEC 60079-26


Dos tipos independientes de protección

Ambos tipos de protección se deben de basar en los principios de seguridad.

Marcado:EEx d IIC T4/EEx me II T4


Equipo de categoría 3 G

Tipos de protección para zona 2

Tipo de protección „n“

Ex n EN 60 079-15/IEC 60 079-15alt: EN 50 021


Estándar no incendiario Ex n_

Principio:

Tipo de protección aplicado a aparatos eléctricos que en condiciones normales de operación no puede encender una atmósfera explosiva.

Ex-Atmosphere


Tipos de protección Ex n_

EEx n C Equipo de proteccion para contactos

EEx n R Respiraderos Restringidos

EEx n L Energia limitada (Canada &Europe)

EEx n P Presurizacion

EEx n A Equipos no producen chispa.


Tipos de protección

Polvos Combustibles


Tipos de protección

Proteccion por envolventes tD EN 61241-1/IEC 61241-1

Presurizado pD prEN 61241-4/IEC 61241-4

Seguridad intriseca iD prEN 61241-11/IEC 61241-11

Encapsulado mD EN 61241-18/IEC 61241-18


Protección por envolvente Ex tD

Principio:

Un tipo de protección depende del IP y Temperatura limitada en la superficie aplicado a protección de los aparatos eléctricos por envolvente para evitar la ignición de una capa o nube de polvo.


Protección por envolvente Ex tD

Temp de superficie• ≤ Tglow - 75K• ≤ 2/3 Tign

Plasticos

Grado de proteccion IP


Componentes eléctricos de Categoría 1 D

Características:• Grado de Protección IP 6x• Temperatura de Superficie• Resistencia al Impacto• Dos medios independientes de seguridad



Características:• Grado de Protección IP 6x• Temperatura de Superficie.• Resistencia al Impacto.• Un medio independiente de seguridad.



Características:• Grado de Protección IP 5x• Temperatura de Superficie• Resistencia al Impacto• Seguro en condiciones normales de operación.


Aparatos presurizados Ex pD

Principio:

Un tipo de protección que evita la entrada de nubes o capas de polvo en la caja del aparato eléctrico manteniendo en el interior de la mencionada caja un gas protector a una mayor presión.

Estaciones de control y grandes salas de control


Aparatos presurizados Ex pD

Principio de funcionamiento:

Preparación: El flujo de un gas inerte con una sobre presión interna

Operación: la sobre presión previene el ingreso de la atmósfera circundante.


Seguridad intrínseca Ex iD

Principio:

El equipo eléctrico el cual es instalado en áreas clasificadas deben de tener circuitos intrínsicamente seguros. Un circuito intrínsecamente seguro no tiene la posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante.

Instrumentación y equipos de medición


Encapsulado Ex mD

Principio:

Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera circundante están encerradas en una resina de resistencia efectiva a las influencias de los ambientales de modo que una atmósfera explosiva no puede ser encendida por chispas o calentamiento.


Marcado del tipo de etiqueta

6100/1081-8011II 2 G EEx ed IIC T4

PTB 00 ATEX 0000 0102AC 220V-10%-254V+6% 50-60 Hz

DC 198V-250V ±±±±10% 0,088A IP 66/671x8 W 81-IEC-6040-1 G5 Ta ≤ ≤ ≤ ≤ 50 ° ° ° °C

Made in #####

1 32

6

54

7

PAGINA WEB

1 Nombre y dirección del fabricante 5 Marcado CE

2 Marcado nnuevo según la directiva ATEX 6 Instituto examinador

3 Marcado del tipo de producto 7 Marcado de normativas

4 Marcado del tipo de protección contra Explosiones aplicables para este dispositivo

según IEC

MARCA


Protección de envolventes eléctricos

IP 54NEMA 13

IP 52NEMA 12 &12K

IP 67NEMA 6 & 6P

IP 52NEMA 5

IP 56NEMA 4 & 4X

IP 54NEMA 3S

IP 54NEMA 3R

IP 54NEMA 3

IP 11NEMA 2

IP 10NEMA 1


Marcado de Equipos


Métodos de instalación

• Entrada directa con cable

• Entrada indirecta con cable

• Entrada directa con conduit


Cableados mas comunes

• Conduit y cables individualesUsuarios NEC

• Cables agrupados armadosUsuarios NEC e IEC

• Cables agrupados sin armarUsuarios IEC


Visión de la Instalación


ATEX

ATEX 95. Dirigida a los Fabricantes.

Define los requisitos para todos los aparatos y sistemas de protección a emplearse en atmósferas explosivas.

Los fabricantes de aparatos protegidos contra explosiones, deberán mostrar evidencia del aseguramiento de la calidad.

ATEX 137. Dirigida a los Usuarios.

Define los requisitos mínimos para mejorar la seguridad y proteger la salud de los trabajadores expuestos a riesgos en atmósferas explosivas durante el ensamble, la instalación y el mantenimiento.


¿Usar NEC o IEC?

- Por el fabricante.El Equipo desde su nacimiento esta diseñado para esta aplicación.

En manos del instalador y usuario.Responsabilidad de la seguridad

- Prácticamente no requiere.El uso de materiales plástico no permite la corrosión

-FrecuentePara asegurar la separación de seguridad máxima.

Mantenimiento

- Solo requiere cuidados en las conexiones eléctricas

-Mínimo de 5 Hilos de cuerda-Se debe usar sellos-Herramienta (torquimetro) para asegurar una separación segura máxima en las tapas o cubiertas

Requisitos

-Eventualmente requiere tubería para protección mecánica de los cables.

-Tubería pared gruesa sin costura (CED 40)-Corta Fuegos (Sellos)

Materiales

IECNECAspectos


Preguntas


Implementos y Servicios Electrónicos S.A. de C.V.

GRACIAS

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