Artículo
elaborado por el Departamento Técnico de
Gevelux S.A.
Definiciones y generalidades
Para realizar el presente trabajo se han analizado
normas
provenientes de Underwriter's Laboratories, National Electrical
Code, Instituto Argentino de Racionalización de Materiales,
DIN, además de experiencias y pautas de trabajos
elaborados para empresas
petroleras, gasíferas,
destilerías, laboratorios, aceiteras y otras
afines.
En primer término nos introduciremos al tema
exponiendo los criterios básicos para toda
instalación antiexplosiva.
Con motivo del creciente uso de artefactos y equipos
eléctricos en lugares donde la atmósfera presenta
signos de peligrosidad (debido a que el aire puede
contener en suspensión elementos que produzcan mezclas
inflamables o explosivas), se hizo necesario desarrollar
elementos y técnicas que aseguraran su uso sin peligro de
posibles accidentes en
los lugares mencionados ni daños en las instalaciones y
determinar claramente los diferentes tipos de ambientes y
clasificarlos según los elementos que componen su atmósfera.
Para definir a que se denomina "zona peligrosa" debemos
remitimos a la norma IRAM IAP A20-1 y al artículo 500 del
National Electrical Code, que la definen como aquella en la que
pueden producirse deterioro en las instalaciones debido a la
explosión o ignición de vapores, líquidos,
gases y
polvos, debido a ataques de productos
químicos o a propagación de fuego, de mezclas de
elementos contenidos en la atmósfera.
Ambiente Clase I
Son aquellas zonas en que el aire contiene o
puede contener en suspensión gases o
vapores en cantidades que puedan producir mezclas
inflamables o explosivas (acetileno, hidrógeno,
éter etílico, gasolina, butano, gas natural,
etc.).
División
I
Define los lugares con las siguientes características:
- Ambiente con concentraciones peligrosas de gases y
vapores inflamables en condiciones normales de
funcionamiento. - Ambiente donde dichas concentraciones pueden existir
con frecuencia por pérdida o reparaciones. - Ambiente donde pueden liberarse concentraciones
peligrosas de gases o
vapores inflamables por fallas o chispas en el funcionamiento
de los equipos eléctricos.
Los lugares referidos en la Clase I
División I son aquellos
donde se trasvasan líquidos volátiles o gases licuados
inflamables, operaciones de
pintado o rociado con líquidos volátiles, secadores
con evaporación de disolventes inflamables, lugares usados
para extracción de gases con disolventes, lavaderos que
usan líquidos volátiles inflamables, plantas
generadoras de gas con
posibilidad de escapes, salas de bombeo de gases inflamables y
otros lugares en que la concentración de gas o vapor
inflamable puede adquirir valores
peligrosos.
División
II
Define lugares con las siguientes características:
- Ambiente donde se usan, procesan o manufacturan
líquidos volátiles y gases o vapores inflamables,
pero ellos se encuentran en recipientes o
cañerías cerradas, de los cuales pueden salir
únicamente por algún accidente, rotura o mal
funcionamiento del equipo. - Ambiente donde se evitan las concentraciones
peligrosas de gases o vapores inflamables por medio de
ventilación forzada, pero que al producirse una falla o
mal funcionamiento del equipo, representa peligro. - Lugares vecinos a los de la Clase
I División
I, a los que pueden introducirse vapores y
gases inflamables a menos que cuenten con ventilación
forzada con un sistema de
seguridad
que impida fallas en el equipo de
ventilación.
La División II de la
Clase I define lugares donde se emplean
corrientemente Iíquidos volátiles, gases y vapores
peligrosos, que representan peligro solamente en los casos de
fallas, averías, accidentes o
del anormal funcionamiento de las instalaciones. Para delimitar
el área peligrosa en estos casos debe tenerse presente la
cantidad de elementos peligrosos que pueden escapar, capacidad de
ventilación, volúmenes de los locales,
etc.
Ambientes Clase II
Son aquellas zonas en que el aire presenta
polvo combustible en suspensión en cantidades que pueden
producir ignición o explosión (polvo de aluminio,
polvo de Magnesio, negro de humo, carbón de piedra, polvo
de coque, polvo granulado de flúor, etc.).
División
I
Define los lugares con las siguientes características:
- Ambiente donde en condiciones de funcionamiento
normal, habrá en forma periódica o continua polvo
combustible en condiciones de producir ignición o
explosión. - Ambiente donde por posible desperfectos, mal
funcionamiento o accionamiento de máquinas o equipos,
pueden producirse mezclas
inflamables que provoquen ignición o
explosión. - Lugares donde puede haber polvo conductor de electricidad.
La División I de la
Clase II comprende en general plantas de
almacenamiento de
granos (silos), plantas de
pulverización, limpieza, mezcladoras, elevadoras,
colectoras y todo equipo similar productor de polvo, todo lugar o
depósito donde en condiciones normales de funcionamiento
existe en el aire polvo que
produzca mezcla inflamable o explosiva; los polvos muy peligrosos
son conductores de la electricidad, al
igual que los de coque y carbón vegetal. Los polvos no
conductores de la electricidad pero
combustibles, son los producidos en el manipuleo de granos,
molienda del cacao y el azúcar y toda materia
orgánica que pueda producir polvos
combustibles.
División
II
Considera aquellos lugares donde en condiciones normales
no es posible que exista polvo combustible en suspensión
en el aire pero que
pueda afectar de ¡as siguientes formas:
- Que la cantidad de polvo depositado sea suficiente
para impedir la disipación del calor de los
equipos eléctricos. - Que por el polvo acumulado sobre y/o el
¡interior de los equipos eléctricos éste
pueda inflamarse debido a chispas o amos producidos por el
polvo.
Los lugares donde pueden darse estas condiciones son
fundamentalmente las vecinas a las de Clase
II División
I, además los lugares que cuentan con
transportadores, ventiladores y tolvas cerradas y equipos donde
pueden desprenderse cantidades de polvos en condiciones de
funcionamiento anormales.
Ambientes Clase III
Son aquellas zonas en que el aire presenta en
suspensión fibras y volátiles inflamables, pero no
en cantidades suficientes para producir mezclas
explosivas o inflamables.
División
I
Son los lugares donde se emplean o fabrican fibras de
fácil inflamabilidad y materiales
productores de volátiles combustibles.
Esta división incluye fábricas de
rayón, algodón y textiles, carpinterías,
fábricas para tratado de lino, etc., en general
fábricas que procesen fibras y volátiles
fácilmente inflamables. tales como rayón,
nyló, algodón, estopa, cáñamo,
etc.
División
II
Incluye los lugares donde se almacenan o manipulean
fibras y volátiles pero que no están en proceso de
fabricación.
Grupos atmosféricos
Para realizar los ensayos y
comprobaciones se han definido y agrupado mezclas
atmosféricas según su peligrosidad en:
Clase
I
Grupo A: con Acetileno.
Grupo B: con Hidrógeno, gas de alumbrado
o equivalentes.
Grupo C: con éter etílico, etileno
clopropano.
Grupo D: con gasolina, butano, propano, alcohol,
acetona, gas
natural.
Clase
II
Grupo E: con polvo metálico
de aluminio,
magnesio y sus aleaciones.
Grupo F: con negro de humo y polvo de
carbón.
Grupo G: con polvo de granos: harina,
almidón, etc.
Normas y aplicaciones
Continuando con las informaciones tendientes a
esclarecer las normas por las
cuales debemos regimos la fabricación y utilización
de artefactos para instalaciones eléctricas a efectuarse
en ambientes clasificados como peligrosos, nos referiremos ahora
a los requisitos exigidos por las normas emitidas
por Underwriter's Laboratories Inc. Nro. 886, sobre cajas y
accesorios para instalaciones en ambientes peligrosos.
1. Alcance general de la norma
1.a. Estos requerimientos serán exigidos en cajas
y accesorios eléctricos, a utilizarse en ambientes
peligrosos definidos como Clase I
División I Grupos A, B, C y
D, y Clase II División
I Grupos E, F y G
de acuerdo con la National Electrical Code.
1.b. Estos requisitos abarcan los diferentes tipos de
cajas, accesorios para cañerías, accesorios para
drenaje y ventilación, accesorios selladores, conexiones y
uniones de cañerías, accesorios de conexiones para
tramos flexibles de cañerías, accesorios para
aislación de cables y accesorios de sujeción
flexible o rígida.
1.c. Estos aparatos o accesorios, cumplirán con
los requisitos exigidos para los aparatos similares, usados en
ambientes comunes.
2. Generalidades
2.a. Las unidades de las cotas y dimensiones,
serán expresadas en el sistema
métrico decimal u otro de similar uso de la
República Argentina.
2.b. Los requerimientos para la puesta a tierra de
cajas y accesorios usados en instalaciones para productos de
petróleo,
son especificadas en la norma UL 87, referida a aparatos
utilizados en la distribución y operaciones de
productos del
petróleo.
1. Materiales
3.a. Las cajas y accesorios, se deben fabricar con
materiales
ferrosos, cobres, latón, bronce, aluminio o sus
aleaciones que
contengan más del 60% de aluminio. Los
metales tales
como el zinc y magnesio o sus aleaciones no
son aceptados.
3.b. El cobre no debe
ser usado en las utilizadas en ambientes Clase I
Grupo A. Las aleaciones de
cobre no deben
ser usadas a menos que sea cubierto con estaño,
níquel o algún metal equivalente. Una
aleación puede usarse, si el contenido de cobre en la
misma no es mayor del 30%.
4. Espesores
4.a. El espesor mínimo de las paredes de los
accesorios y cajas no será menor que el especificado en la
tabla, que a continuación se presenta, salvo las
siguientes excepciones:
- Los accesorios y dispositivos flexibles.
- Los accesorios de conexiones flexibles.
- Los accesorios y aisladores para cables.
Espesores para cajas para instalaciones
eléctricas de metal.
4.b. Los caños flexibles de pared delgada, de
metal corrugado. deben tener un aislamiento interior para evitar
amos eléctricos que produjeran chispas a través de
las paredes. El aislamiento interior resistirá descargas
según los ensayos que
describiremos en su oportunidad.
4.c. El tubo metálico flexible y la trencilla de
un accesorio flexible, debe ser soldado a los niples terminales.
En los accesorios flexibles la soldadura
será del tipo blanda y resistente, según los valores de
resistencia y
temperatura
que detallamos al describir los ensayos a que
deben ser sometidos.
La longitud de la soldadura
selladora entre los niples terminales y el tubo metálico
flexible no será menor que 15,9mm.
4.d. Los accesorios flexibles tienen un diámetro
interior aproximadamente igual al correspondiente del conducto.
El diámetro interior de los terminales y el del
aislamiento interior será aproximadamente
igual.
5. Resistencia
5.a. Las cajas y accesorios a usarse en ambientes
peligrosos Clase 1 Grupos A, B, O,
O, deberán resistir la presión interna resultante,
de la explosión de una mezcla de aire-vapor o gas sin estallar
y sin aflojarse ni deformarse, en la unión con la
tapa.
5.b. Las cajas y accesorios, deberán resistir
también durante un minuto, sin rotura, sin deformaciones
permanentes, una prueba de presión hidrostática
cuyo valor
será cuatro veces el valor de la
presión aplicada durante la prueba de explosión. La
prueba hidrostática puede ser evitada, si para el cálculo de
la caja y los tornillos, se toma un factor de seguridad basado
en cinco veces, la presión máxima de la prueba de
explosión, al determinar las secciones
resistentes.
6. Uniones
6.a. Las uniones en las cajas y accesorios serán
del tipo metal-metal, las caras de contacto podrán tener
una seguridad
promedio no mayor de 0.0064mm es decir 250 micro-inch,
según las normas para
terminación superficial ANSI B 46.1.
6l.b. El calibre utilizado para medir el huelgo
especificado en estas normas
será de 3.18mm a 12.7mm de ancho.
Ambientes Clase
I Grupos C y
D
6.c. Excepto lo indicado en los párrafos 6.d.,
6.e. y 6.f., la relación entre ancho de la unión y
el huelgo entre caras, en el armado, será según lo
ilustrado en la figura siguiente, además el ancho de la
unión no debe ser menor que 19.1 mm.
6.d. Las uniones con encastre tienen un huelgo diametral
en la sección axial, no mayor que dos veces el huelgo
especificado en la figura siguiente, si ninguna de las secciones,
axial o radial de la unión es menor que 1.6mm de
ancho.
6.e. Un envoltorio (caja o accesorios) que tenga un
volumen
interior libre de 4.920cm3 o menor que puede tener una
unión con encastre de 12.7mm de ancho o una unión
plena de 9.52mm de ancho, si el resto de los detalles cumplen con
los requisitos detallados en los apartados A y B.
- Uniones de encastre de 12.7mm de
ancho
- Ninguna de las secciones, axial o radial de la
unión será menor que 1.2mm de ancho. - El huelgo diametral de la sección axial y el
huelgo de la sección radial no será mayor que
0.05mm. - El ancho de la unión medido desde el interior
de la envoltura (caja) al borde de cada agujero, no será
menor que 12.7mm con la tapa en la posición más
desfavorable (figura 3).
- Uniones planas de 9,52mm de
ancho
- El huelgo entra caras de unión será
menor que 0.038mm, tal que un calibre de 0,038mm de espesor no
pueda penetrar en la unión no más de 3.2mm en
cada punto. - El espesor de la tapa en la parte de unión no
será menor que 9,52mm, a menos que se utilice un matada
de mayor resistencia;
dependiendo su aceptación de su resistencia
física,
y su resistencia a
deformarse en la unión al aplicársele la
presión interior. - El ancho de la unión, medido desde el interior
de la caja al borde de cada agujero, no será menor que
9.52mm con la tape en la posición más
desfavorable.
6.f. La unión laberíntica consiste un
dentado perimetral o fileteado, según lo indicado en
la tabla; pero en ningun caso serán menos de cinco
filetes y el paso no será mayor que el indicado en
dicha tabla.6.g. Las uniones del tipo dentado con fileteado
perimetral no deberá tener más que 20 dientes
por pulgada y deberá tener un mínimo de cinco
filetes engranados, firmemente apretados.- Unión
laberíntica - Agujeros de la unión
6.h. Los agujeres de sujeción se ubicarán
dentro de le banda de apoyo de la unión, a una distancia
desde el borde interior de la envoltura hasta el borde del
agujero para el tomillo, que no será menor que 12,7mm, y
que el huelgo diametral entre el tornillo y el agujero no
será mayor que 1.14mm, medidos sobre el diámetm
mayor del tomillo, para una dimensión no menor que la
mitad del ancho de junta requeddo en la figura 1.
La distancia desde el interior de la envoltura al borde
del agujero será medido con la tape en la posición
más desfavorable. Los tomillos pueden montarse con
arandelas. Los tomillos de fijación de la tapa
enroscarán como mínimo cinco filetes
completos y los agujeros roscados deben ser pasantes (figura
5).
Especificaciones constructivas de cajas de
derivación y accesorios seguros contra
explosión
Material de construcción
Las cajas de derivación y accesorios pueden ser
construidos en hierro,
cobre,
acero,
latón, bronce o aluminio. No
podrá utilizarse metales como el zinc o
magnesio o sus aleaciones.
Forma de construcción
Estarán diseñados de tal manera que ante
la presencia de gases o vapores inflamables o explosivos dentro
del aparato y estos exploten, la ignición de los mismos no
hará inflamar la atmósfera
circundante.
Las envolturas deberán soportar con
márgenes de seguridad la
explosión, sin roturas, fisuras ni deformaciones
permanentes.
Juntas
Las juntas en todos los casos deben ser metal-metal, con
adecuado ancho y huelgo para impedir la propagación de la
llama. La envoltura o caja no debe ser hermética, por lo
tanto queda prohibida todo tipo de junta (figuras 7a y
7b).
En todos los casos las juntas deben ser estrictamente
planas y perfectamente rectificada, el ancho de las mismas no
debe ser menor de 19mm, excepto cuando el volumen interno
libre es menor a 6 litros.
Huelgo
La relación entre ancho de junta y huelgo se
refleja en el siguiente cuadro.
Juntas roscadas
Todas las juntas roscadas en elementos antiexplosivos,
deben tener como mínimo cinco filetes de rosca,
perfectarnente terminados y completos y será como
máximo de 20 filetes por pulgada (figuras 8 y
9).
Bulanes, tornillos, pernos,
tuercas, etc.
Todos los bulones, tomillos, tuercas y pernos utilizados
en la confección de envolturas antiexplosivas o para unir
piezas que la construyán, como ser tapas o bridas,
serán de acero o
aleación.
Los bulones y tomillos removibles, estarán
dispuestos de modo que su ausencia no deje una abertura que tome
ineficaz el gabinete antiexplosivo. La utilización de
tomillos para unir tapas o panes componentes no deberá
nunca perforar la pared de la envoflura antideflagrante, en el
fondo de estos agujeros se dejará un espesor mínimo
de metal de Smm. o de un tercio del diámetro del agujero
cualquiera sea el más grande (figuras 10 y 11).
Espesores mínimos
El espesor mínimo será de 2.381mm cuando
las carterías estén construidas en acero, hierro
maleable, cobre,
latón o bronce y no menor de 3.l75mm., cuando sea aluminio
fundido. Estas pautas o exigencias no se aplica en el caso de
conexiones con accesorios flexibles.
Partes móviles
Cuando una varilla o eje deba atravesar la pared de una
envoltura antiexplosiva, será de sección
transversal circular en toda la longitud que atraviesa la pared,
inciuyendo el cuello o forro de metal, si existe el agujero para
el paso de la varilla o eje, deberá ser también de
sección circular.
La longitud del orificio desde el interior de la
envoltura al exterior de la misma no será menor a
12.5mm.
El huelgo de los elementos deslizantes deberá
sujetarse al valor
pemitído para el gas o vapor inflamable, si el juego de la
varilla puede aumentar por desgastes dentro de las condidones
normales de uso, el diseño
proveerá el medio para contrarestar el mismo.
Sellado de
cañería
Uno de los requisitos más importantes de
cualquier instalación antiexplosiva, es que ante una
explosión interna en un determinado gabinete o envoltura,
la misma no deberá propagarse al exterior de la
instalación, ni provocará ignición de la
atmósfera
circundante. Igualmente dicha explosión se
circunscribirá al gabinete en cuestión y no
deberá propagarse al resto de la instalación. Para
que ello no suceda los conductos deberán estar
perfectamente sellados. Se recomienda en conductos de largo
recorrido, sellados cada 15 metros como máximo. Asimismo
se específica sellar todos los conductos a una distancia
no mayor a 0.45 metros antes de entrar a la envoltura de llaves o
aparatos que produzcan chispas o arcos
eléctricos.
El propósito del sello en los conductos puede
resumirse de la siguiente manera:
- En el caso de equipos que producen chispas o arcos,
confina la explosión a la envoltura y previene la
comunicación de los conductos laterales. - Previene el desarrollo
de presiones excesivas en envolturas conectadas a los
conductos. - Para suprimir el desplazamiento de mezclas explosivas
desde zonas peligrosas a no peligrosas a través de los
conductos.
A su vez se recomienda el uso de drenadores para
eliminar de los conductos y de las envolturas la
acumulación de líquidos, producidos estos por la
condensación de vapores o filtración de agua. El
tamaño de los mismos será de acuerdo al
tamaño de los gabinetes y a la cantidad de líquidos
a drenar.
Compuesto sellador
El compuesto sellante que se emplea para cierres
herméticos, tendrá que cumplir los siguientes
requisitos:
- No deberá contraerse cuando seque, ni ser
afectado por la atmósfera que lo rodea. - No se ablandará, ni agrietará bajo
condiciones normales de uso.
- Su punto de fusión
no será inferior a 930C.
- Su espesor no será menor a 16mm.
Uso de vidrios, visores, mirillas y
otros
Las mirillas para inspección, deberán ser
en forma de disco plano o placa y tendrán una
protección mecánica si su superficie excede los
5Ocm2, deberá estar colocada en un marco que
cubra ambas caras, sobre todo la periferia del alojamiento.
Deberá ser capaz de soportar sin deterioro, un golpe de un
peso de 1.8Kg que caiga desde una altura de 1.5 metros y que
tenga en el punto de impacto una esfera de acero de 25mm de
diámetro.
Todos los elementos usados como mirillas o envolturas
deberán ser de vidrio o
cualquier otro material transparente, que sea química y
físicamente estable y capaz de soportar la temperatura
máxima del aparato en sus condiciones normales de
funcionamiento.
Prueba de explosión
Los elementos usados en instalaciones en zonas
peligrosas de Clase I, Grupos A. B, C y
D, deben ser aptos para soportar la presión interna de
explosión sin daños ni pérdidas a
través de las juntas, por lo tanto serán sujetos a
una serie de pruebas en
presencia de mezclas de gas y vapor con aire en el rango de
concentración explosiva.
Durante la prueba de explosión, la envoltura debe
impedir el pasaje de llama o chispa que pueda inflamar la
atmósfera circundante. La presión de
explosión interna está determina-da por el
tamaño y forma de la envoltura, su volumen libre y
por la naturaleza de la
mezcla del gas o vapor con el aire. En general, las presiones de
explosión estarán entre 5.2 kg/cm2 y
9.5kg/cm2 .
Prueba de hidráulIca
Las envolturas deben soportar sin roturas o
defonnaciones permanentes las pruebas
hidráulicas, que serán con presiones no menores a
cuatro veces la máxima presión adoptada en la
prueba de explosión.
Esta presión deberá ser aplicada a
razón de 7kg/cm2 por miniuto hasta alcanzar la
presión deseada. Se deberá usar sellos o
empaquetaduras para impedir pérdidas durante la
prueba.
Gevelux S.A.
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Tel/Fax:
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CAMIMA-GEVELUX