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NTP 369: Atmósferas potencialmente explosivas: instalaciones eléctricas

Atmosphères potentielment explosives: Installatoins électriques
Potentially explosive atmospheres: Electrical installations

Redactor:

Antonio Cejalvo Lapeña
Ingeniero Industrial

CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO

Introducción

Es evidente el riesgo de incendio y explosión existente en emplazamientos donde existen atmósferas explosivas, es por ello necesario evitar en lo posible la presencia de todo tipo de focos de ignición en general, incluyendo los de naturaleza eléctrica, objeto de la presente Nota Técnica de Prevención.

En España las instalaciones eléctricas, tanto de baja como de alta tensión en locales con riesgo de incendio y explosión están reguladas por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión a través de la Instrucción Complementaria MIEBT 026, Orden de 13 de enero de 1988, en la que se ha tenido en cuenta las directivas comunitarias 76/117/CEE, 79/196/CEE y 84/47/CEE.

Se han desarrollado y reglamentado una serie de condiciones de instalación y modos de protección para el material eléctrico que será función del tipo de zona donde se instale. Es objeto de la presente Nota Técnica de Prevención el mostrar las clases de emplazamientos existentes con este tipo de riesgo, las zonas en las que se subdividen y los modos de protección existentes para cada una de ellas.

Parámetros básicos sobre atmósferas explosivas debido a la presencia de gases, vapores o nieblas inflamables

La instrucción técnica MIBT 026 del REBT define la atmósfera explosiva como "una mezcla con el aire de gases, vapores, nieblas, polvos o fibras inflamables, en condiciones atmosféricas, en las que después de la ignición, la combustión se propaga a través de toda la mezcla no consumida". Para que en un punto del espacio se pueda producir la ignición es necesario que simultáneamente concurra la presencia de una atmósfera explosiva con una aportación energética.

La aportación energética puede ser en forma de llama, chispa, arco eléctrico o temperatura excesiva. La atmósfera explosiva puede generarse por dilución en aire de gases, vapores o nieblas inflamables, distinguiéndose dos grupos:

Grupo I: Minas (metano).

Grupo II: Industria distinta de la minera.

Tanto para la clasificación de estos emplazamientos, como para dotar al material eléctrico de un modo de protección adecuado para la no generación de focos de ignición en una atmósfera explosiva, es importante tener en cuenta determinados parámetros que influyen sobre el riesgo de explosión y sobre los mecanismos para impedir que se inicie o de confinarla una vez se haya iniciado.

Límites de explosividad

Para que se forme una atmósfera explosiva, la concentración de gases, vapores o nieblas inflamables en aire debe de estar dentro de un determinado rango, delimitado por los Límites inferiores y superiores de explosividad:

Estos límites se suelen expresar en porcentajes de volumen del gas o vapor en el volumen de la mezcla.

Si se pretende que una determinada mezcla de gases o vapores inflamables en aire no produzca una atmósfera explosiva, habrá que mantener la concentración de éstos bien por debajo del LIE o por arriba del LSE. Aunque en la practica se suele tomar la primera opción, con adecuados medios de ventilación o extracción, para el exterior de los equipos (salas de bombas o compresores, cabinas de pintura, túneles de secado, etc). La segunda opción se suele utilizar en el interior de los equipos (tanque o depósitos, reactores, tuberías, etc) bien porque los vapores o gases inflamables ocupan la mayor parte o la totalidad del volumen del equipo o porque se desplaza el aire con un gas inerte.

Temperatura de inflamación

También conocida como punto de destello, es la temperatura mínima en condiciones normales de presión, a la cual se desprende la suficiente cantidad de vapores para que se produzca la inflamación mediante la aportación de un foco de ignición externo. Es decir es la temperatura mínima para la que sobre la superficie del producto se alcanza el LIE.

Temperatura de ignición o de autoignición

Es la temperatura mínima para que un producto entre en combustión de forma espontánea. Esta característica de las sustancias limita la temperatura máxima superficial de los equipos eléctricos que pueden entrar en contacto con ella.

Temperatura máxima superficial

Es la temperatura máxima alcanzada en servicio y en las condiciones más desfavorables, aunque dentro de las tolerancias, por cualquier pieza o superficie del material eléctrico que pueda producir la ignición de la atmósfera circundante.

Se distingue seis clases de temperaturas del material eléctrico:

Tabla 1. Clases de temperaturas

Energía mínima de inflamación

Es la energía mínima necesaria para conseguir la inflamación de la atmósfera para una determinada concentración.

Este parámetro es importante en el modo de protección denominado seguridad intrínseca.

Un parámetro asociado al proceso de determinación de la energía mínima de inflamación es la Corriente Mínima de Inflamación (CMI), que es la mínima corriente que provoca la explosión en un dispositivo de ensayo denominado Ruptor de Seguridad Intrínseca (recomendación CEI 79-3), en proporción con la corriente que provoca la explosión del metano.

Se establece una clasificación de los gases del grupo II en función de su energía mínima de inflamación, que se muestra en la tabla 2.

Tabla 2. Grupos de gases

Intersticio experimental máximo de seguridad

El IEMS se define como el máximo intersticio de una junta de 25 mm de longitud que impide toda trasmisión de una explosión al realizar 10 ensayos en el aparato normalizado de ensayo (definido en la recomendación CEI 79-1A). Este parámetro esta directamente relacionado con el modo de protección antidefiagrante.

Se produce una clasificación de los gases del grupo II en función del IEMS, que en la practica coincide con los grupos anteriores IIA, IIB y IIC en función de la EMI, debido a que estos dos parámetros están directamente relacionados.

Parámetros básicos sobre atmósferas explosivas debido a la presencia de polvos combustibles

Según se recoge en la definición vista de atmósfera explosiva, ésta también pueden formarse con una mezcla de aire en condiciones atmosféricas, con polvo combustible en proporción tal que temperaturas excesivas, arcos o chispas puedan producir una explosión.

Existen determinados parámetros acerca de las polvos combustibles, que al igual que con los gases o vapores, es importante conocer para evaluar correctamente el riesgo de explosión en este tipo de atmósferas.

Concentración mínima de explosión

Es la cantidad mínima de polvo suspendido en un volumen dado para la que se puede producir la ignición y propagación de la llama.

Se expresa en unidades de masa por volumen y es el parámetro equivalente al LIE para gases.

La Concentración mínima de explosión depende de, entre otros factores, del tamaño medio de las partículas, disminuyendo su valor con el tamaño.

Temperatura mínima de ignición a nube (TIN)

Es la temperatura más baja a la cual en una suspensión de polvo en el aire, se produce espontáneamente la ignición y propagación de la llama. Depende fundamentalmente de la turbulencia del polvo, la cual influye sobre el tiempo de contacto con la superficie caliente.

Este parámetro esta directamente relacionado con el riesgo de incendio y explosión por contacto con superficies calientes de equipos y aparatos eléctricos.

Temperatura mínima de ignición en capa (TIC)

Es la temperatura mínima de una superficie caliente a la que el polvo depositado sobre ella puede inflamarse. Depende, entre otros factores, del espesor de la capa; una disminución de éste favorece la evacuación de calor, necesitando mayor temperatura de ignición.

Energía mínima de ignición (EMI)

Es la energía mínima de una chispa, capaz de producir la ignición de un polvo en suspensión en el aire. Su valor se determina mediante chispas eléctricas y varía en función del tipo de polvo y del tamaño de éste.

Concentración máxima de oxígeno permitida para prevenir la ignición

Es la concentración máxima de oxígeno que se puede tener para que no se pueda producir la explosión de una suspensión de polvo combustible.

Es necesario conocerla en un sistema de prevención que incluya el uso de un gas inerte.

Presión máxima de explosión

Es la presión máxima alcanzada en el aparato de ensayo correspondiente. Este parámetro define la resistencia requerida para soportar la explosión de un producto determinado.

Gradiente máximo de presión

Nos define la velocidad de crecimiento de la presión, dándonos una idea, junto con el parámetro anterior, de la gravedad y violencia de la explosión.

Clases de emplazamientos

Para poder establecer los requisitos de seguridad necesarios, los emplazamientos con riesgo de incendio y explosión se clasifican en tres clases en función de la sustancia tratada o almacenada, ya que para cada uno de ellos, el riesgo de explosión adquiere unas características propias y por tanto las instalaciones eléctricas, que aunque deberán de cumplir una serie de especiales condiciones de instalación definidas en la MIBT 026 del REBT comunes para todos ellos, adquieren particularidades propias para cada una de las clases de emplazamientos.

Las clases de emplazamientos son:

Clase I

 gases, vapores y nieblas

Clase II

 polvos

Clase III

 fibras

Emplazamientos de clase I

Son aquellos lugares en los que hay o puede haber gases, vapores o nieblas inflamables en cantidad suficiente para producir atmósferas explosivas o inflamables, incluyéndose los lugares donde hay o puede haber líquidos que produzcan vapores inflamables.

Entre estos emplazamientos, a menos que el proyectista justifique lo contrario, se encuentran:

En todo emplazamiento de clase I es posible, con mayor o menor probabilidad, la formación en algún momento de una atmósfera explosiva, que si coincide con un posible foco de ignición de origen eléctrico originará una deflagración o explosión. Así el nivel de seguridad exigido al equipo eléctrico dependerá directamente de la probabilidad o frecuencia con que puede aparecer una atmósfera explosiva en esa zona, exigiendo mayores niveles de seguridad para zonas donde la probabilidad de que exista este tipo de atmósfera sea más alta, con lo que se impone la necesidad de subdividir los emplazamientos de clase 1 en diferentes zonas en función de la frecuencia y duración de la presencia de una atmósfera explosiva, para así poder determinar el tipo de material eléctrico apropiado para cada emplazamiento.

Los emplazamientos de clase I están a su vez clasificados en tres tipos de zonas 0, 1 y 2, en función de la probabilidad de presencia de la atmósfera explosiva. Tal y como define la norma UNE 20.322 las zonas:

Como principio técnico, en general las instalaciones deberán diseñarse de tal forma que los emplazamientos con riesgo de explosión queden reducidos al mínimo y en particular las zonas 0 y 1, reduciéndose tanto en número como en extensión, modificando si cabe, el diseño y la situación de los equipos, así como las condiciones de operación. También es importante indicar que una vez que la planta este clasificada y por tanto las zonas determinadas, si se cambia el equipo o las condiciones de operación, se deberá determinar los efectos y proceder a la reclasificación consiguiente.

También es importante tener como principio técnico la instalación de la mínima cantidad posible de equipos eléctricos en estos emplazamientos, es decir la instalación debe ser proyectada de tal forma que aquellos equipos eléctricos que den servicio al emplazamiento pero puedan, total o parcialmente, ser instalados fuera, se haga así y aquellos que deban necesariamente ser instalados en el interior de zonas clasificadas, deben estar dotados de alguno de los modos de protección que se definen en la figura 1.

Fig. 1: Modos de protección admisibles para cada zona

Tras el proceso de clasificación de zonas para emplazamientos de clase 1, que se describe en la Nota Técnica de Prevención 370, hay que seleccionar el modo de protección apropiado para cada equipo eléctrico de entre los modos admisibles para cada una de las zonas, que se especifican en la figura 1.

El material eléctrico será seleccionado de tal modo que se asegure que su temperatura máxima superficial no exceda la temperatura de ignición de las sustancias que puedan estar presentes (Tabla 1). Por ejemplo, si se trata de una sustancia con una temperatura de ignición de 150ºC, el material eléctrico deberá ser como mínimo T4, no pudiendo ser T3, T2, o T1,. Esta característica debe de cumplirse en todos los equipos eléctricos instalados, con independencia del modo de protección de cada uno de ellos.

Los modos de protección de envolvente antideflagrante y seguridad intrínseca deben ser adecuados para el grupo de gases que pueda estar presente (Tabla 2).

Emplazamientos de clase II

Son aquellos emplazamientos en los que el riesgo se debe a la presencia de polvo combustible, excluyendo los explosivos propiamente dichos.

A menos que el proyectista justifique lo contrario, entre estos emplazamientos se encuentran los siguientes:

Algunos otros ejemplos de materiales que originan locales de clase II son el aluminio, magnesio, titanio, vanadio, antimonio, azufre, ajo, almendra, arroz, azúcar, cacao, celulosa, esparto, resina, etc.

Tal y como se define en la MIBT 026 del REBT, dentro de esta clase se distingue:

Medidas preventivas

Las medidas preventivas sobre el riesgo de incendio y explosión en atmósferas explosivas debido a la presencia de polvos combustibles deberían centrarse en dos ámbitos:

  1.  Sobre los emplazamientos

  2. Sobre los equipos eléctricos

Emplazamientos de clase III

Son aquellos en los que el riesgo se debe a la presencia de fibras o materiales volátiles fácilmente inflamables, pero en los que no es probable que estas fibras o materiales volátiles estén en suspensión en el aire en cantidad suficiente como para producir atmósferas explosivas.

Entre estos emplazamientos, a menos que el proyectista justifique lo contrario, se encuentran algunas zonas de las plantas textiles de rayón, algodón, etc, las plantas de fabricación y procesado de fibras combustibles, las plantas desmotadoras de algodón, las plantas de procesado de lino, los talleres de confección, las carpinterías, establecimientos e industrias que presenten riesgos análogos y aquellos lugares en los que se almacenen o manipulen fibras fácilmente inflamables.

Medidas preventivas

  1. Sobre los emplazamientos

    Se pueden considerar las mismas recomendaciones que en los emplazamientos de Clase II.

  2. Sobre los equipos eléctricos

    Se pueden utilizar equipos eléctricos convencionales, pero:

Marco reglamentario comunitario

El Parlamento Europeo y el Consejo de las Comunidades Europeas recientemente han adoptado la Directiva 94/9/ CE relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas. Es una Directiva de nuevo enfoque adoptada en el marco del artículo 100A del Tratado de la Comunidad Europea, que deroga, a partir del 1 de julio de 2003, las directivas 76/117/CEE, 79/196/CEE y 82/130/CEE base de la actual legislación en esta materia. Los Estados miembros deben trasponer esta Directiva antes del 1 de septiembre de 1995 y aplicar sus disposiciones a partir del 1 de marzo de 1996. Los Estados miembros permitirán la puesta en el mercado y la puesta en servicio de los aparatos y sistemas de protección que cumplan las normas nacionales en vigor en su territorio en la fecha de adopción de la presente Directiva durante un periodo que termina el 30 de junio de 2003.

La presente Directiva se aplica a los aparatos y sistemas de protección en uso en atmósferas que pueden convertirse en explosivas debido a circunstancias locales y de funcionamiento (con algunas exclusiones), extendiéndose como atmósfera explosiva, "aquella mezcla con el aire, en las condiciones atmosféricas, de sustancias inflamables en forma de gases, vapores, nieblas o polvos, en la que, tras una ignición, la combustión se propaga a la totalidad de la mezcla no quemada", estableciéndose unos grupos y categorías de aparatos y sistemas de protección para uso en este tipo de atmósferas:

  1. Grupo de aparatos I: Destinados a trabajos subterráneos en minas y en las partes de sus instalaciones de superficie, en la que puede haber peligro de formación de atmósferas explosivas.

    1. Categoría M 1: Comprende los aparatos diseñados, y, si es necesario, equipados con medios de protección especiales, de manera que pueden funcionar dentro de los parámetros operativos determinados por el fabricante y asegurar un nivel de protección muy alto. Están destinados a utilizarse donde exista peligro debido al grisú y/o al polvo combustible.

    2. Categoría M2: Comprende los aparatos diseñados para poder funcionar en las condiciones prácticas fijadas por el fabricante y basados en un alto nivel de protección. Están destinados a utilizarse donde pueda haber peligro debido al grisú y/o al polvo combustible.

    Grupo de aparatos II: Destinados al uso en otros lugares en los que puede haber peligro de formación de atmósferas explosivas.

    1. Categoría 1: Comprende los aparatos diseñados para poder funcionar dentro de los parámetros operativos fijados y asegurar un nivel de protección muy alto. Estarán previstos para utilizarse en un medio ambiente en el que se produzcan de forma constante, duradera o frecuente atmósferas explosivas debidas a mezclas de aire con gases, vapores, nieblas o mezclas polvo-aire.
      Los aparatos de esta categoría deben asegurar el nivel de protección requerido, aun en caso de avería infrecuente del aparato, y se caracteriza por tener unos medios de protección tales que, o bien en caso de fallo de uno de los medios de protección, al menos un segundo medio independiente asegure el nivel de protección requerido, o bien en caso de que se produzcan dos fallos independientes el uno del otro, esté asegurado el nivel de protección requerido.

    2. Categoría 2: Comprende los aparatos diseñados para poder funcionar en las condiciones prácticas fijadas por el fabricante y basados en un alto nivel de protección. Están destinados a utilizarse en un ambiente en el que sea probable la formación de atmósferas explosivas debidas a gases, vapores, nieblas o polvo en suspensión.
      Los medios de protección relativos a los aparatos de esta categoría asegurarán el nivel de protección requerido, aun en caso de avería frecuente o de fallos del funcionamiento de los aparatos que deban tenerse habitualmente en cuenta.

    3. Categoría 3: Comprende los aparatos diseñados para poder funcionar en las condiciones prácticas fijadas por el fabricante y asegurar un nivel normal de protección. Están destinados a utilizarse en un ambiente en el que sea poco probable la formación de atmósferas explosivas debidas a gases, vapores, nieblas o polvo en suspensión y en que, con arreglo a toda probabilidad, su formación sea infrecuente y su presencia de corta duración.

Los aparatos de esta categoría asegurarán el nivel de protección requerido durante su funcionamiento normal.

En la presente Directiva aparecen una serie de requisitos específicos para cada grupo y categoría, y otros comunes para todos ellas, entre los que cabe destacar, como novedad, el que los aparatos y sistemas de protección previstos deben de tener las medidas necesarias para impedir la ignición de atmósferas explosivas teniendo en cuenta la naturaleza de cada foco de ignición, los eléctricos y también los no eléctricos.

Bibliografía

(1) Mº DE INDUSTRIA Y ENERGÍA
Instrucción técnica MIEBT 026 del Reglamento electrotécnico de baja tensión. Orden de 13-1-1988

(2) UNE 20-322-86
Clasificación de emplazamientos con riesgo de explosión debido a la presencia de gases, vapores y nieblas inflamables

(3) P. FIELD
Dust explosión, 1982

(4) PARLAMENTO EUROPEO Y EL CONSEJO DE LAS COMUNIDADES EUROPEAS
Directiva 94/9/CE del 23 de marzo de 1994 relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas