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Instalaciones eléctricas en zonas peligrosas




Enviado por latiniando



    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:

    1. Ambiente con concentraciones peligrosas de gases y
      vapores inflamables en condiciones normales de
      funcionamiento.
    2. Ambiente donde dichas concentraciones pueden existir
      con frecuencia por pérdida o reparaciones.
    3. 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:

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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:

    1. Ambiente donde en condiciones de funcionamiento
      normal, habrá en forma periódica o continua polvo
      combustible en condiciones de producir ignición o
      explosión.
    2. Ambiente donde por posible desperfectos, mal
      funcionamiento o accionamiento de máquinas o equipos,
      pueden producirse mezclas
      inflamables que provoquen ignición o
      explosión.
    3. 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:

    1. Que la cantidad de polvo depositado sea suficiente
      para impedir la disipación del calor de los
      equipos eléctricos.
    2. 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:

    1. Los accesorios y dispositivos flexibles.
    2. Los accesorios de conexiones flexibles.
    3. 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.

    1. Uniones de encastre de 12.7mm de
      ancho

    1. Ninguna de las secciones, axial o radial de la
      unión será menor que 1.2mm de ancho.
    2. El huelgo diametral de la sección axial y el
      huelgo de la sección radial no será mayor que
      0.05mm.
    3. 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).
    1. Uniones planas de 9,52mm de
      ancho

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    1. 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.

    2. Unión
      laberíntica
    3. 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:

    1. En el caso de equipos que producen chispas o arcos,
      confina la explosión a la envoltura y previene la
      comunicación de los conductos laterales.
    2. Previene el desarrollo
      de presiones excesivas en envolturas conectadas a los
      conductos.
    3. 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:

    1. No deberá contraerse cuando seque, ni ser
      afectado por la atmósfera que lo rodea.
    2. No se ablandará, ni agrietará bajo
      condiciones normales de uso.
    1. Su punto de fusión
      no será inferior a 930C.
    1. 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.

    Avda. Casema 1360/64

    (1152) Buenos Aires

    Tel/Fax:
    26-7708/7726 y 27-5318

    TéIex: 21749 UNIAR-AR-

    CAMIMA-GEVELUX

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