CAPITULO 1.CLASIFICACION DE AREAS PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPO
ELECTRICO.
1.1 PRINCIPIOS GENERALES
Las explosiones pueden ocurrir en cualquier lugar, basta una chispa o una superficie
caliente que se ponga en contacto con una atmósfera explosiva, para tener una
explosión. Las áreas peligrosas son medios extraordinariamente susceptibles a una
explosión.
Encontrar la manera de operar en áreas peligrosas, realmente no es un problema
nuevo. Muchos de los procesos y sistemas que actualmente se usan, se desarrollaron
en los comienzos de 1900. Por ejemplo, uno de los primeros documentos, en los que
se habla de Productos Intrínsicamente Seguros, se encuentran en las minas de
Inglaterra, en el año de 1912, después de que un sistema de comunicaciones fallo,
ocasionando una terrible explosión.
Por lo expuesto y dado que la Industria Moderna, día a día origina condiciones cada
vez más peligrosas, se hace necesario conocer que hace de una localización peligrosa,
y cuales son los métodos disponibles para proteger adecuadamente las personas y los
equipos.
QUE ES UNA AREA PELIGROSA.- Es un lugar cualquiera, en el que existen las
condiciones potenciales, para que exista un fuego o una explosión. La identificación
adecuada de estas áreas, normalmente es realizada por expertos, tales como gente de
Procesos, Químicos, Ingenieros de Seguridad, etc. Ellos consideran un sinnúmero de
factores, entre los que podemos destacar: localización de atmósferas peligrosas,
condiciones que deben tenerse en cuenta en estas áreas, tiempo de duración de la
exposición. Igualmente consideran potenciales fuentes de ignición, y acceso para la
presencia de fuego o explosión. Sin embargo la causa más común lo constituyen las
posibilidades de derrames de líquidos o vapores, así como en que condiciones, si
normales o de falla (deterioro). Por lo expuesto son estos factores, los que nos
ayudaran a determinar la Clasificación de las Áreas Peligrosas.
QUE CAUSA UNA EXPLOSION.- Se crea una atmósfera explosiva, cuando gases o
líquidos inflamables, polvos o fibras combustibles, se mezclan con el aire. Cuando
una atmósfera explosiva esta cerca de una fuente de ignición, el área se torna
peligrosa. Esta área se extenderá hasta donde las substancias inflamables se han
diluido tanto en el aire, que el encendido ya no es posible.
1
EL TRIANGULO DE FUEGO.- Este dibujo (Figura No.1.1), nos ayudara a entender
mejor el mecanismo del fuego o explosión. Los tres lados del triangulo representan
los ingredientes necesarios e indispensables para que se encienda o inflame el
material.
LEL = Lower Explosive Limit
UEL = Upper Explosive Limit
AIRE
LEL
UEL
0%
COMBUSTIBLE
100%
RELACIÓN
RELACIÓN
COMBUSTIBLE / AIRE
COMBUSTIBLE / AIRE
FUENTE
DE IGNICIÓN
FIG. 1.1
EL TRIÁNGULO DE FUEGO
COMBUSTIBLE: En forma de gas, vapor, liquido o polvo.
OXIGENO: Debe estar presente, el aire contiene aproximadamente un 21 % de
Oxigeno por volumen.
FUENTE DE IGNICION: Debe existir.
Hay que recordar que una adecuada relación de combustible y aire debe existir para
que se forme una atmósfera explosiva y pueda en presencia de una fuente de ignición
encenderse.
Bajo el LEL o sobre el valor del UEL, no podrá nunca existir una explosión.
La fuente de ignición puede ser eléctrica o mecánica (chispa), química (llama) o
térmica (superficie caliente). Una forma practica de eliminar la posibilidad de fuego,
es asegurase de que ninguna fuente de ignición pueda ponerse en contacto con la
mezcla combustible aire que le rodea.
ANATOMIA DE UNA EXPLOSION.- Seis condiciones deben cumplirse
simultáneamente, para que ocurra una explosión en una área peligrosa.
Ver figura No.1.2
2
1
2
3
4
5
6
FIG. 1.2
ANATOMÍA DE UNA EXPLOSIÓN
1.- Material Inflamable presente
2.- El Material Inflamable esta en un estado en el cual puede mezclarse con el
Oxigeno.
3.- La proporción de material inflamable con aire es tal que puede formar una
mezcla explosiva.
4.- Se forma la Atmósfera Explosiva.
5.- La Fuente de Ignición tiene la suficiente energía y se pone en contacto con la
atmósfera explosiva.
6.- La mezcla explosiva continúa quemándose después de la ignición.
TERMINOLOGIA DE LAS AREAS PELIGROSAS.- Como se habrá observado una
terminología precisa se utiliza en las discusiones de las condiciones inflamables o
explosivas. A continuación conoceremos las definiciones de temperaturas específicas,
valores de ignición y limites de explosividad.
TEMPERATURAS.-
•
Temperatura de Ignición (Ignition Temperature): Es la mínima temperatura,
que aplicada a una mezcla explosiva, puede producir el encendido de dicha mezcla,
ocasionando una explosión o fuego. Esta temperatura se conoce también como
Temperatura de Auto ignición (Auto-ignition) o Punto de Fuego (Fire Point).
•
Temperatura de Evaporación (Flash Point): Es la más baja temperatura a la
cual un líquido desprende vapor en cantidad suficiente para formar una atmósfera
explosiva con el aire.
•
Densidad de Vapores o de Gases: Se considera la densidad de los vapores o
gases con respecto al aire (densidad = 1).
VALORES MINIMOS DE IGNICION.- Mínima Corriente de Ignición (MIC) Minimun
Ignition Current: Es la mínima corriente en un circuito resistivo o inductivo, que
causa el encendido de una mezcla explosiva en un aparato de prueba (spark –test
apparatus).
3
•
Mínima Energía de Ignición (MIE) Minimun Ignition Energy: Es el mas bajo
nivel de energía suministrada (eléctrica, térmica), que causa el encendido de una
mezcla explosiva en un aparato de prueba (spark-test apparatus).
•
Mínimo Voltaje de Ignición (MIV) Minimun Ignition Voltaje: Es el voltaje más
bajo que en un circuito capacitivo, que causa el encendido de una mezcla explosiva
en un aparato de prueba (spark-test apparatus).
LIMITES DE EXPLOSIVIDAD.-
•
Limite Bajo de Explosividad (LEL) Lower Explosive Limit: Es la más baja
concentración por volumen de gas en el aire a la cual una explosión puede ocurrir.
Bajo este limite, no es posible una explosión (ver triangulo de fuego).
•
Limite Superior de Explosividad (UEL) Upper Explosive Limit: Es la más alta
concentración por volumen de gas en el aire a la cual una explosión puede ocurrir.
Sobre este limite, no es posible una explosión (ver triangulo de fuego).
PRESIONES POR UNA EXPLOSION.- Como se ha dicho, una mezcla de gas-aire,
entre los límites de LEL y UEL, explotara en presencia de una fuente de ignición. Sin
embargo, la presión generada por la explosión, no siempre es la misma, esta varia por
la concentración de gas y el volumen del recipiente que lo contiene. La presión
máxima de explosión se determina experimentalmente.
TRABAJANDO EN AREAS PELIGROSAS.- De lo observado, deberán tenerse especiales
cuidados cuando se operan sistemas dentro de locaciones peligrosas. Los aparatos,
tableros, y las conexiones (terminaciones) deberán estar adecuadamente diseñados,
construidos e instalados, con el único fin de evitar explosiones.
Conoceremos a continuación lineamientos básicos y generales, que nos permitirán
trabajar en atmósferas explosivas.
CONCEPTOS DE DISEÑO.- Recordando los conceptos anteriormente enunciados,
como el triangulo de fuego, se concluye que eliminando uno de los tres componentes
básicos, estaremos en buen grado previniendo una explosión. Estos conceptos se
resumen en los siguientes principios fundamentales de un adecuado diseño, a saber:
Prevención, Segregación y Encerramiento.
•
Prevención: Estaremos aplicando este principio cuando limitemos la cantidad
de energía (termica o eléctrica), lo cual se consigue si trabajamos en limites bajos de
energía, que nos garanticen que nunca habrá energía suficiente para que se produzca
una explosión. Los aparatos que utilizan este principio lo constituyen los llamados
“Intrínsicamente Seguros “.
•
Segregación: Otra manera de protección segura, constituirá el separar
físicamente la fuente de ignición, de una mezcla explosiva. Si el combustible en una
mezcla es el polvo, lo que se hará será reducir la concentración de este en el aire. Si
en cambio el combustible fuera gas o vapor, la solución será remover o disipar el
oxigeno. Este principio lo encontramos en técnicas como la “Presurización,
encapsulacion o la purga”.
•
Encerramiento: Este principio permite que la explosión pueda ocurrir, pero
dentro de una área confinada, y sobretodo que los resultados de la misma, no se
propaguen a la atmósfera que le rodea. Los equipos a “Prueba de Explosión”, siguen
este principio. En capítulos posteriores detallaremos en mayor profundidad estos
principios y sus aplicaciones constructivas.
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1.2
CLASIFICACION DE LAS AREAS PELIGROSAS.-
1.2.1 POR QUE LA CLASIFICACION DE LAS AREAS PELIGROSAS : Lo ideal seria que
todos los aparatos eléctricos se instalen en áreas seguras , separados de cualquier
atmósfera explosiva, de tal manera que la posibilidad de ignición eléctrica no exista,
sin embargo esto en la practica no es posible conseguirlo, por esta razón se hace
necesario diseñar aparatos, tableros, sistemas, para las condiciones especificas de
operación , que nos esta imponiendo la locacion , de allí que un paso básico y
fundamental en el proceso de diseño , constituye el conocimiento previo de la
Clasificación de las Áreas Peligrosas.
Sin embargo hay que resaltar que esta es una tarea compleja. Los principios utilizados
para clasificar son universales, sin embargo los sistemas y terminología, usados en
cada país, si son diferentes. Por lo expuesto es que encontramos un Sistema
Americano y un Sistema Europeo. A continuación trataremos de explicar estos
sistemas.
FACTORES DE CLASIFICACION: ¿Quien clasifica las áreas? Por lo general, como se
indico anteriormente, este trabajo lo realiza un grupo de profesionales compuesto
normalmente de ingenieros de diseño, de procesos y de seguridad. La clasificación
depende de las características físicas del área, así como de las substancias inflamables
que las rodean. Se anexa una tabla resumen, de los factores de clasificación.
FACTOR
Confinamiento
Limites de explosión
Flash point
Derrames
Densidad
Fuente de derrames
Ventilación
DESCRIPCION
Confinar la mezcla gas – aire, dentro de una área controlada.
Esto permite minimizar el tamaño del área peligrosa.
Los gases y vapores tienen limites superior e inferior de
Explosividad, fuera de ellos no existe posibilidad de
Explosión.
Elevadas temperaturas incrementaran la cantidad de
evaporación del liquido, incrementando por lo mismo la
cantidad de vapor en el aire.
Hay tres grados de derrames (liquido o vapor): Continuo o en
largos periodos, Primario eventos periódicos , durante la
operación normal y Secundario cuando no son esperados en
la operación normal o pueden ocurrir infrecuentemente en
periodos cortos.
Del gas o vapor, este factor afecta la dirección, distancia y
velocidad con que se mueven los gases o vapores.
Densidades menores que el aire se disipan más rápidamente
que los densos, igualmente estos de asientan en partes
inferiores como son : sumideros , drenes, etc.
Constituye el primer factor, que determina la clasificación
de las áreas, ya que lo primero que se fija es el lugar por
donde se escapa el gas para formar la atmósfera explosiva
Luego se determinara la extensión del área circundante. Esta
dependerá por cierto de la frecuencia del derrame, de la
duración de la cantidad y de la ventilación.
Hay dos tipos de ventilación a saber: natural y se debe al
movimiento del aire por efectos del viento y temperatura y
artificial por medio de ventiladores, sopladores, extractores.
5
1.2.2
El SISTEMA NORTEAMERICANO DE CLASIFICACION.-
El sistema norteamericano de clasificación, en los USA se basa en el NEC (National
Electrical Code) NFPA 70, Artículos 500 al 504, en el Canadá en el CEC (Canadian
Electrical Code) C22.1 Part 1. Ambos sistemas son iguales y categorizan por la
forma, el grado y tipo de material inflamable, presente en el área.
Básicamente el sistema tiene tres componentes: Clase, División y Grupo.
•
CLASES.- La clase describe el tipo ( forma física ) del material inflamable en
la atmósfera, se tienen las siguientes clases:
Clase I: Son aquellas áreas en las cuales se tienen Gases o Vapores en el aire, en
cantidades suficientes para formar una mezcla explosiva. Son ejemplos de esta clase
gas natural y gas de petróleo / vapores / líquidos.
Clase II: Son aquellas áreas en las cuales se tienen Polvos suspendidos en el aire, en
cantidades suficientes para formar una mezcla explosiva. Son ejemplos de esta clase
granos o polvo de carbón en altas concentraciones.
Clase III: Son aquella áreas en las cuales se tienen Fibras inflamables suspendidas en
el aire, en cantidades suficientes para formar una mezcla explosiva. Son ejemplos de
esta clase fibras suspendidas, tales como las que se encuentran en las fábricas de
papel o textiles.
En aplicaciones industriales en los Estados Unidos, alrededor del 85% corresponden a
la Clase I., 10% corresponden a la Clase II y menos del 5% a la Clase III.
•
DIVISIONES.- La división describe en cierta manera el grado de derrame , así
tenemos:
División 1: Son aquellas áreas en las cuales en condiciones normales de
operación, durante el mantenimiento o reparación, Constantemente existe una
atmósfera explosiva.
División 2: Son aquellas áreas adyacentes a la División 1, o cuando la
atmósfera explosiva se presenta Eventualmente al fallar un equipo.
Con el desarrollo tecnológico actual mas áreas se han incorporado a la División 2, así
en los Estados Unidos se encuentra que el 20 % se encuentran en la División 1,
mientras más del 80 % se encuentran en la División 2.
La Figura No.1.3 nos ilustra en mejor forma las Divisiones:
DIVISIÓN 2
VAPORES
DIVISIÓN 1
COMBUSTIBLE
DIVISIÓN 1
FIG. 1.3 TANQUE ATMOSFÉRICO
DIVISIONES SISTEMA AMERICANO
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GRUPOS.- El grupo describe el tipo de material inflamable en términos de su
•
Composición química y la energía de ignición. El grupo normalmente va asociado
con la Clase, así en la Clase I encontramos cuatro grupos (A, B, C y D), en la Clase II
encontramos tres grupos (E, F y G) y en la Clase III, no hay grupos.
En los Estados Unidos en las aplicaciones de la Clase I menos del 1% corresponden
al Grupo A (acetileno), el 15% al Grupo B (hidrogeno) y mas del 85% a los grupos C
y D (petroquímica). Para la Clase II las aplicaciones están en el orden del 20 % al
Grupo E (polvos metálicos) y al Grupo F (polvo de carbón) y el restante 80 % al
Grupo G (otros polvos).
EL SISTEMA AMERICANO MODIFICADO DE ZONAS.- Desde el año de 1996, los
Estados Unidos ha adoptado el Sistema Modificado de Zonas, basado en las Normas
europeas del IEC (Internacional Electrotechnical Commissión). Desde la versión del
año de 1999 el NEC (National Electrical Code) Art. 505, clasifica las locaciones
peligrosas en términos de Zonas y Grupos. Hay que destacar que este sistema solo
cubre la Clase I (vapores o gases). En resumen el sistema contempla:
Sistema de Divisiones
Div. 1: Atmósfera explosiva en
Condiciones normales de Operación.
Div.2: Normalmente no explosiva
Sistema Modificado de Zonas
Zona 0: Continuamente Peligrosa
Zona 1: Intermitentemente Peligrosa
Zona 2: Normalmente no peligrosa
1.2.3 EL SISTEMA EUROPEO DE CLASIFICACION.El IEC desarrollo el sistema de clasificación, en base de Zonas para las áreas
peligrosas (IEC 97-10). Este sistema de zonas esta siendo muy utilizado, no solo por
los países europeos, sino en todo el mundo, es mas como se explico el NEC de 1999,
recoge ya este tipo de clasificación, como se explico.
Nuevas directrices emanadas de los diversos comités europeos, hablan actualmente de
Categorías en lugar de Zonas, este cambio en si no es muy profundo, ya que solo se
refiere a la nomenclatura utilizada.
Las normas en este sistema de clasificación, dan más bien directrices para el diseño y
uso de los equipos, en las diversas áreas peligrosas, así tenemos:
CATEGORIA 1.- Equipo a utilizarse en Zona 0, una continua atmósfera explosiva esta
presente o por largos periodos, en Operación normal.
CATEGORIA 2.- Equipo a utilizarse en Zona 1, la atmósfera explosiva es intermitente
en Operación normal.
CATEGORIA 3.- Equipo a utilizarse en Zona 2, la atmósfera explosiva se presenta
muy ocasionalmente en Operación normal. La Figura No.1.4 nos clarifica lo
anteriormente expresado.
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CATEGORÍA 3
(ZONA 2)
VAPORES
CATEGORÍA 2
(ZONA 1)
COMBUSTIBLE
CATEGORÍA 1
(ZONA 0)
FIG. 1.4 TANQUE ATMOSFÉRICO
ZONAS SISTEMA EUROPEO
1.3
LUGARES CLASE I.-
Como se indico anteriormente, por la incidencia que tienen dentro de las Instalaciones
Industriales y, con más razón en las Petroleras, se analizara en más detalle esta Clase.
Las fuentes de peligro que dan lugar a la Clase I pueden ser;
•
Donde se viertan líquidos inflamables o gases licuados a la atmósfera durante
condiciones normales de operación, como pueden ser: llenado / descarga de
recipientes, purgas, surtidores de gasolina, etc.
•
Donde existan recipientes abiertos que contengan líquidos inflamables, como
pueden ser: tanques de almacenamiento, tinas de pintura con substancias volátiles,
etc.
•
Donde existan sistemas presionados de recipientes y tuberías que manejen
líquidos inflamables o gases licuados, bombas, compresores u otros equipos y
accesorios a través de los cuales puedan existir fugas.
EXTENSION DE LAS AREAS PELIGROSAS.- Como se explico, los límites de las áreas
peligrosas, ocasionadas por las fuentes de peligro, dependen de muchos factores,
entre los que destacan: tipo de fuente de peligro, cantidad del derrame, densidad del
producto, ventilación del área, etc. En razón de que los factores mencionados son
muy variables , no es posible definir exactamente los limites de las Áreas Peligrosas,
lo que en diseño se hace es referirse a normas y procedimientos , en los que se fijan
recomendaciones mínimas en base a la practica, recomendaciones que se tomaran
como una guía mas no como una norma de cumplimiento obligatorio, son las
autoridades locales ( seguridad, contra incendios, seguros, etc.) quienes las convierten
en normas o principios de cumplimiento obligatorio.
Este acápite, de la extensión de las áreas, lo volveremos a ver en el Capitulo 3, al
referirnos al API RP 500 “Recommended Practice for Classification of Locations
for Electrical Instalation´s at Petroleum Facilities”.
EL NEC CAPITULO 5 “SPECIAL OCCUPANCIES”.- El National Electrical Code (NEC)
, en el Capitulo 5 , en sus primeros artículos ( 500 al 510 ) , emite una serie de
8
requerimientos para el equipo eléctrico y electrónico, así como para el alambrado (
wirirng ) de todos los voltajes, en Áreas Clase I Divisiones 1 y 2, Áreas Clase II
Divisiones 1 y 2 y Clase III Divisiones 1 y 2. Estos requerimientos a diferencia de las
recomendaciones, arriba indicadas, son de cumplimiento obligatorio.
La combinación de los criterios de la Extensión de las Áreas , así como los
requerimientos del NEC para el uso de los diversos equipos eléctricos y electrónicos,
nos llevaran a una técnica, segura y económica selección del Equipo Eléctrico para
uso en Áreas Peligrosas, actividad que se cubrirá en el Capitulo 3.
EJERCICIOS PRACTICOS DE EXTENSION DE AREAS.
CAPITULO 2.SELECCIÓN DE EQUIPO ELECTRICO EN LUGARES CLASE I.
2.1 METODOS DE PROTECCION.-
A pesar de que los métodos de protección se los ha venido utilizando por años, es
preciso repasar primero los principios fundamentales de estos, sobretodo si queremos
hacer una selección técnica-económica adecuada de los equipos a ser usados en áreas
peligrosas.
El método de protección usado, en una área en particular dependerá de la aplicación,
de la tecnología disponible, y de la atmósfera que rodea al equipo. Por ejemplo
Cuartos de Control con Presión Positiva (Presurizados), se usaran en lugares donde
por el tamaño y la complejidad, el costo de usar Equipos a Prueba de Explosión,
tornen el costo final muy alto.
La Seguridad es otro factor muy importante al momento de seleccionar un método y o
equipo. Deberán usarse equipos con las debidas certificaciones para ser usados en
áreas peligrosas. Existen muchos estándares de fabricación, pruebas e instalación de
equipos y accesorios que garantizan el uso de estos equipos en áreas como las
anotadas. Violaciones a lo anterior o malas practicas, lo que hacen es terminar con el
factor de seguridad que se busca en un adecuado diseño.
Los Métodos de Protección mas utilizados son:
2.1.1 ENCAPSULADOS Ex. m: Este método se basa en el concepto de la segregación y
tiene por objeto, prevenir que cualquier chispa pueda encender una atmósfera
peligrosa. Este método es típicamente utilizado para proteger o aislar pequeños
componentes eléctricos, como pueden ser baterías, bobinas, válvulas magnéticas,
reles, etc., que viene montados en su propio aditamento (normalmente cápsulas de
resina epoxica). Este método mayormente es utilizado como complemento de otros
métodos de protección. Ver Figura No.2.1.
Para compendiar, veamos a continuación las ventajas y desventajas de este método.
VENTAJAS: Buena protección mecánica, efectivo aislamiento del medio circundante,
relativamente bajo costo inicial y bajo costo de mantenimiento, pequeños o ningún
requerimiento de instalación.
DESVENTAJAS: No esta reconocido por todos los estándares, difícil reparación y/o
mantenimiento, se requieren pruebas de rutina para garantizar su integridad, se aplica
solo para equipos pequeños.
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ATMÓSFERA EXPLOSIVA
CIRCUNDANTE
COMPONENTES O
CIRCUITOS INTERNOS
RESINA
ARCO O CHISPA
FIG. 2.1
METODO ENCAPSULADO
2.1.2 A PRUEBA DE EXPLOSION XP: Normalmente los conceptos de a Prueba de
Explosión XP y a Prueba de Fuego Ex.d, se los usa indistintamente, a pesar de ser los
mismos, la diferencia radica en que el primero se lo utiliza mayormente en
Norteamérica y el segundo en los países europeos. Este método ha sido uno de los
primeros en usarse desde hace mas de 50 años en las industrias especialmente de
Refinación de Petróleo y Petroquímica.
Este método que se utiliza en recipientes (enclosures) especialmente diseñados,
cumple dos funciones: soportar una explosión interna y prevenir la propagación de la
llama a la atmósfera que le rodea. Ver Figura No.2.2. Lo descrito se consigue con
materiales adecuados, que normalmente son de Aluminio o Hierro fundido, y
elementos constructivos que reduzcan la temperatura de los gases resultantes de la
explosión y que salen al exterior.
Similar al método anterior, veamos las ventajas y desventajas de este método.
VENTAJAS: Buena protección mecánica, prácticos para equipo eléctrico que requiere
de elevada potencia, los materiales en el interior, no precisan de especiales
requerimientos.
DESVENTAJAS: En razón de que se utiliza en diversas áreas, se debe tener especial
cuidado en la selección del material por el problema de la corrosión, por ejemplo en
los materiales a prueba de fuego, no son permitidos ni pintura ni plásticos en el
interior para proteger las superficies, se requieren inspecciones periódicas para
garantizar la integridad de los equipos, son normalmente equipos pesados y requieren
diseños especiales para su instalación, normalmente son equipos costosos, las
terminaciones ( entradas/salidas de cables) requieren aditamentos que encarecen la
instalación, el Mantenimiento y Calibración de los equipos se complica en razón de
que los recipientes no pueden abrirse en condiciones normales de operación.
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ATMÓSFERA EXPLOSIVA
CIRCUNDANTE
SE GENERA ENERGÍA
MUY BAJA (NO IGNICIÓN)
FIG. 2.2
METODO A PRUEBA DE EXPLOSIÓN
2.1.3 SEGURIDAD AUMENTADA Ex.e: Este método se basa en el concepto de
prevención. El método es preferentemente utilizado en Europa, los aparatos son
diseñados para minimizar el calor y eliminar los arcos que se puedan generar dentro o
fuera del equipo, estando en servicio normal. Este método se utiliza en combinación
del método de A Prueba de Fuego. VENTAJAS: Combinado con otros métodos ahorra
costos de instalación, en Zonas 0.
DESVENTAJAS: No se puede usar solo, se requieren muchas inspecciones de rutina
para garantizar efectividad del método, no se puede usar en equipos que produzcan
por si solos altas temperaturas o arcos.
2.1.4 PRESURIZACION Ex.p: Este método de protección utiliza el concepto de
segregación y básicamente consiste en no permitir que la atmósfera explosiva se
forme o se la reemplaza por aire seco o gas inerte dentro del equipo. La atmósfera
interna se mantiene ligeramente a mayor presión que la exterior, así no se permite el
ingreso de los gases exteriores. Adicional al principio indicado se deben adicionar
protecciones adicionales para garantizar su operación (alarmas, bloqueos, etc.).Ver
Figura No.2. 3.
VENTAJAS: Se puede usar en areas grandes, donde otros métodos (como el XP),
resulten onerosos, (ejemplos: Cuartos de Control, Centros de Control de Motores,
Ductos, etc.), este método es independiente a la Clasificación del Área que le rodea,
se pueden escoger muchas opciones en lo que respecta al gas inerte, se puede usar
cualquier tipo de aparato o accesorio dentro de una área presurizada.
DESVENTAJAS: Como se indico, se requieren seguridades adicionales para garantizar
su operación, son equipos caros y requieren de un mantenimiento continuo, se deben
cuidar y corregir las fugas del gas inerte, para garantizar su operación.
11
ATMÓSFERA EXPLOSIVA
CIRCUNDANTE
AREA O SECTOR PRESURIZADO
CON GAS INERTE
FIG. 2.3
METODO PRESURIZACIÓN
2.2 SELECCIÓN DEL EQUIPO ELECTRICO.Para la selección del Equipo Eléctrico en lugares Clase 1, utilizaremos los
lineamientos básicos que no da el NEC Articulo 501.
TRANSFORMADORES Y CAPACITORES a) En Clase 1 División I: Con Liquido
aislante combustible No deben instalarse. Con Líquido aislante no combustible No
deben instalarse. Tipo Seco deben ser a Prueba de Explosión.
b) En Clase 1 División II: Con Liquido aislante combustible No deben instalarse. Con
Líquido aislante no combustible debe ser de Seguridad aumentada, con alarmas de
temperatura y nivel. Tipo Seco deben ser de Seguridad aumentada totalmente
cerrados, con alarmas de alta temperatura.
MEDIDORES, INSTRUMENTOS Y RELES a) En Clase 1 División I: Deben ser a prueba
de explosión o con contactos sumergidos en aceite. Si vienen en “enclosures” estos
deben indicar que son para Clase1 División I.
b) En Clase 1 División II, si los equipos no tienen contactos, pueden usarse en
enclosures de uso general.
ALAMBRADO METODOS a) Clase 1 División I: Primer Método (con tubería metálica
rígida) .Tubería debe ser metálica rígida, cajas de conexión/ cajas de paso/ uniones a
prueba de explosión. Conexiones flexibles a prueba de explosión .Conductores
resistentes a agentes químicos. Se deben instalar sellos aprobados, de acuerdo a los
procedimientos aprobados. Segundo Método (Cable). El cable debe ser con cubierta
de aluminio MC, resistente a agentes químicos. Terminaciones aprobadas tipo TMCX
(Crouse Hinds).
b) Clase 1 División II: Primer Método: Tubería debe ser metálica rígida, cajas de
conexión/ cajas de paso/ uniones metálicas con rosca. Conexiones flexibles a prueba
de líquidos .Conductores resistentes a agentes químicos. Se deben instalar sellos
aprobados, de acuerdo a los procedimientos aprobados. Segundo Método (Cable). El
cable debe ser con cubierta de aluminio MC, resistente a agentes químicos.
Terminaciones aprobadas tipo TMCX (Crouse Hinds).
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SWITCHES, BREAKERS, CONTROL DE MOTORES Y FUSIBLES a) Clase 1 División I:
Deben estar provistos de “enclosures” y deben ser diseñados para el tipo de área
indicada.
b) Clase 1 División II: deben ser de Seguridad aumentada.
MOTORES Y GENERADORES a) Clase 1 División I: Deben ser a Prueba de explosión
o Presurizados.
b) Clase 1 División II, si los dispositivos producen chispa, arcos o altas temperaturas,
deben ser a prueba de explosión, Presurizados o de Seguridad aumentada
LUMINARIAS PARA INSTALACION FIJA a) En Clase 1 División I: Debe ser a prueba
de explosión.
b) En Clase 1 División II: Deben ser de Seguridad aumentada con protectores contra
daños mecánicos.
CABLES FLEXIBLES a) En Clase 1 Divisiones 1I y II: Deben ser del tipo extrapesado,
con conductor de puesta a tierra y accesorios (cajas y equipos) a Prueba de explosión.
TOMACORRIENTES a) En Clase 1 Divisiones I y II: Deben ser a prueba de explosión,
con terminales para conexión a tierra.
LIMINARIAS PORTATILES a) En Clase 1 Divisiones 1I y II: Deben ser a Prueba de
explosión.
SISTEMA DE TIERRAS a) y b) En Clase 1 Divisiones I y II: Deben conectarse a tierra
todas las cubiertas metálicas, que contengan equipos eléctricos. Debe existir
continuidad eléctrica en los sistemas de tubería y accesorios, bandejas, etc.
-
INSTALACIONES SUBTERRANEAS a) y b) En Clase 1 Divisiones I y II: Los
conductores pueden instalarse como sigue:
Directamente enterados en el suelo, si el material del Cable esta aprobado para
ello. Profundidad de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.
En tubería metálica rígida
En tubo rígido de asbesto cemento, PVC alta resistencia, la profundidad de acuerdo a
las instrucciones del fabricante y con la debida señalización (cemento rojo, o cintas
plásticas de precaución).
CAPITULO 3.EL API RP 5OO. – “RECOMMENDED PRACTICE FOR
CLASSIFICATION OF LOCATIONS FOR ELECTRICAL
INSTALLATIONS AT PETROLEUM FACILITIES “.
3.1 LINEAMIENTOS GENERALES.POLITICAS Y RECOMENDACIONES.- En general el “American Petroleum Institute
(API) Recommended Practices”, son publicaciones que por lo prácticas y bien
revisadas, facilitan las diversas aplicaciones de la ingeniería. Estas Recomendaciones
no tienen por objeto, eliminar la participación de un Inspector o Fiscalizador
dirimente, en los casos de aplicación de estas practicas. Igualmente no tienen por
objeto eliminar ninguna otra práctica de ingeniería.
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Las Practicas Recomendadas, se aplicaran a voluntad del usuario, lo que el API
quiere, no es mas que asegurar el buen uso de estas, deslindando eso si cualquier
responsabilidad que el uso de sus recomendaciones origine, en violaciones a alguna
Ley Federativa, Estatal o Regulación Municipal de patentes o similares.
ALCANCE.- En lo referente al Capitulo que nos ocupa, esto es al API RP 500, el
Alcance de la Recomendación se lo Trata en la Sección 1, estas son una guía para
clasificar las áreas en las facilidades petroleras, para finalmente seleccionar e instalar
Equipo Eléctrico. Los lineamientos básicos y Normativos, están dados por el NFPA
No.70 del NEC (National Electrical Code). Se insiste que esta publicación es solo una
guía y su aplicación o no, dependerá de la voluntad del usuario.
ANALISIS DE LAS SECCIONES.- La Sección 1, como se indico, son generalidades y
alcance de la Recomendación.
En la Sección 2, se explican las condiciones para que exista fuego o explosión.
En la Sección 3, se dan definiciones de lo que son líquidos, gases y vapores
inflamables.
La Sección 4, da los criterios para la Clasificación de las Áreas. Se detallan
definiciones de Clases, Divisiones. Un apartado muy importante se constituyen las
definiciones y cálculos que sobre Ventilación, se dan al final de esta sección.
La Sección 5, da definiciones sobre el tipo de locaciones decir, Locaciones al Exterior
y Locaciones encerradas.
Luego vienen tres secciones llamadas ya no por números, sino por letras. En las
secciones A, B y C, se dan recomendaciones para casos específicos, de cuanto se
extienden y el tipo de clasificación de las áreas, para las diversas facilidades
petroleras, a saber:
SECCION A, para Refinerías.
SECCION B, para facilidades de Perforación (gas o petróleo).
SECCION C, para facilidades en tierra (ONSHORE) y mar afuera (OFFSHORE). Se
incluyen en esta sección líneas de transporte de fluidos (PIPELINES), incluidos
bombas y compresores.
Las secciones indicadas, se revisaran con más detalle en los siguientes apartados.
Al final de las recomendaciones, se incluyen apéndices, que realmente no se
consideran parte de las recomendaciones, excepto donde se especifique, los apéndices
se los revisara mas adelante.
3.3 APENDICES DEL API RP 500.- Como se indico la última parte del API RP 500, lo
constituyen Apéndices, que detallan los siguientes tópicos:
APENDICE A: Ejemplo de cálculo para obtener una adecuada ventilación en un
ambiente cerrado.
APENDICE B: Ejemplo de calculo de la cantidad de aire que se debe introducir en un
ambiente cerrado, para obtener una adecuada ventilación.
APENDICE C: Este apéndice se refiere a los criterios de Ventilación, así como su
desarrollo con los tiempos.
APENDICE D: Este apéndice, nos da un listado de los Códigos, Guías de Diseño y
Estándares, que rigen en la Industria y se refieren a la Clasificación de Áreas.
14
CAPITULO 4.4.1 EL NEC ARTICULO 500. CLASIFICACION DE LAS AREAS
PELIGROSAS, LUGARES CLASE I, II Y III, DIVISIONES 1 Y 2.
RECOMENDACIONES. LINEAMIENTOS GENERALES.El NEC en su Artículo 500, se basa íntegramente en las Recomendaciones del NFPA
497 y 499.
ALCANCE: Del Artículo 500 al 504, se cubren los requerimientos que deben cumplir
los equipos eléctricos y electrónicos, Así como el cableado en todos los niveles de
voltaje, para poder ser instalados en las áreas peligrosas indicadas. El Artículo 505,
como se vio anteriormente, cubre los requerimientos para el nuevo sistema de
clasificación de las áreas, estos es en Clase I Zona 0, Zona 1 y Zona 2.
Desde el Artículo 510 en adelante se especifican, detalles particulares, que deben
reunir las locaciones específicas como:
Articulo 511.- Garajes comerciales, de reparación y almacenamiento de repuestos.
Articulo 513.- Hangares (aviones / helicópteros, etc.)
Artículo 514.- Estaciones dispensadoras de combustibles.
Artículo 515.- Bodegas de almacenamiento.
Articulo 516.- Facilidades de pintura, aplicación, secado.
Artículo 517.- Facilidades de Hospitales.
PROPOSITO: Este Artículo, como parte integrante del NEC (National Electrical
Code), es una norma de cumplimiento obligatorio, tanto para el Diseño, Construcción
y pruebas de equipos eléctricos y electrónicos, en instalaciones nuevas, extensiones,
edificios, etc., que adapten este Código. Igualmente sirven para inspecciones, pruebas
de recepción de materiales e instalaciones, etc.
En términos generales, este artículo se refiere a procedimientos y requerimientos en
instalaciones generales. Otros procedimientos, recomendaciones o normativas, como
por ejemplo el API, se refieren a instalaciones específicas (Refinerías y plantas
similares), que no necesariamente cubre el NEC. Sin embargo se destaca que las
definiciones fundamentales y más requerimientos, se fijan en el NEC, de allí
repetimos su utilización causa obligatoriedad en los procedimientos.
4.2
4.2.1
PUBLICACIONES DE LOS FABRICANTES.
CROUSE HINDS CODE DIGEST.- Existen muchas publicaciones de los
fabricantes de equipos, que como ayuda para los usuarios, han emitido publicaciones
especializadas, en la materia que nos ocupa, que sin ser documentos de uso
obligatorio, se los utiliza frecuentemente en el diseño y construcción. Adicional son
buenas fuentes de información para uso específico y adecuado de materiales y
equipos que fabrican. Un ejemplo de lo antedicho, constituye el CODE DIGEST de
CROUSE HINDS, sobre el Artículo 500 del NEC.
En esta publicación a más del gran detalle de los diversos equipos que fabrican, son
útiles como se indico los esquemas de conexionado o Apéndices de instalación.
4.2.2
PUBLICACION DE MAGNETROL.- Esta compañía , se especializa en la
Instrumentación y Control. Entre sus equipos especiales tienen los de áreas
Peligrosas. Esta empresa ha lanzado una publicación muy interesante en el campo que
nos ocupa y se llama “UNDESTANDING HAZARDOUS LOCATIONS”, y se
constituye en un verdadero tratado de la Materia que nos ocupa. Igualmente es
interesante la información en el ultimo capitulo, sobre la linea de productos para
áreas peligrosas.
15
4.3
NUEVOS MATERIALES.-
Existen nuevos materiales, que han venido a simplificar y mejorar las técnicas de
construcción, en lo que se refiere a áreas peligrosas. Entre estos materiales
destacaremos los nuevos Cables de MC (Metal Clad), y las terminaciones de TMCX
de Crouse Hinds. Vale destacar que estos materiales están aprobados lógicamente
por el NEC, en el Artículo 501.4 (A) (1) (C).
4.3.1
CABLE METAL CLAD (MC): Este cable esta aprobado para ser usado en Clase I
y II División 1 , básicamente se compone de una chaqueta de aluminio corrugado,
conductor separado para tierra , y una chaqueta exterior normalmente de PVC. Este
cable puede usarse directamente enterrado o en bandejas, es resistente al sol y tiene
una buena protección mecánica. Como tiene una chaqueta exterior, no se requiere
para su instalación de ningún counduit. El único requerimiento especial, lo
constituyen las terminaciones, que deben ser, en la misma aprobadas por el NEC.
4.3.2
TERMINACIONES TMCX: El nombre viene de un producto marca registrada de
Crouse Hinds, aunque se fabrica también con otras denominaciones por otros
fabricantes. Estas son terminaciones aprobadas por el NEC, y se usan en forma
obligatoria en cable MC o similares. Las ventajas de este producto son entre otras: no
requieren del sistema de sello, clásico en terminaciones, el compound viene con la
terminación, solamente se deben seguir las recomendaciones del fabricante;
proporciona una excelente terminación mecánica y sella por cualquier posible
introducción de gas, humedad, u otro elemento exterior, al interior de los
conductores; se fabrican para casi todos los tamaños NPT de accesorios (cajas,
uniones, etc.); se puede usar en área peligrosa o área normal indistintamente; se
fabrican en diversos materiales ( bronce, aluminio,etc.).
4.3.3
APLICACIONES ESPECÍFICAS.
CAPITULO 5.5.1 SISTEMAS DE TIERRA. NEC ARTICULO 250.BREVE HISTORIA DEL NEC: El año de 1897, se desarrolla el primer Código, como
resultado del esfuerzo de varios organismos de seguros, electrices, arquitectónicos y
otros.
Desde el año de 1911, la NFPA (NATIONAL FIRE PROTECTION
ASSOCIATION), viene actuando como patrocinador del NEC (NFPA-70).
El NEC, se actualiza cada tres años, la edición vigente a la fecha es la del año 2002,
la misma que es el resultado de la revisión de la edición de 1999.
PROPOSITOS DE LA NORMA: En forma resumida, los siguientes son los principales
propósitos de la Norma:
•
SEGURIDAD PRACTICA: De las personas y bienes, contra los riesgos que se
generan por el uso de la electricidad.
ADECUACION: Se trata de conseguir, que todas las instalaciones que sigan
•
esta Norma, estén libres de riesgos.
•
INTENSION: No se pretende que el Código se lo utilice como especificación de
diseño, ni manual de construcciones, para personas que no estén debidamente
entrenadas en su uso.
16
ESTRUCTURA DE LA NORMA, EL ARTÍCULO 250: El Código consta de una
Introducción y de nueve Capítulos. Cada Capitulo a su vez, se compone de varios
Artículos.
El Articulo 250 (GROUNDING) Sistemas de Tierra, es parte integrante del Capitulo
2, que trata del Diseño y Protección del Alambrado (WIRING AND PROTECTION).
DEFINICIONES DE LOS SISTEMAS DE TIERRA: Para familiarizarnos, repasemos a
continuación una serie de definiciones, que comúnmente se utilizan en estos sistemas:
1.- Tierra: Conexión conductora, intencionada o accidental, entre un circuito o
equipo eléctrico y la tierra, con algún cuerpo conductor que pueda actuar como tierra.
2.- Puesto a Tierra: Conectado a tierra.
3.- Conductor puesto a Tierra: Conductor conectado intencionalmente a tierra.
4.- Conductor de Tierra: Conductor utilizado para conectar un equipo o circuito de
tierra de una instalación al electrodo o electrodos de tierra de dicha instalación.
5.- Conductor de Tierra de los equipos: Conductor utilizado para conectar las
partes metálicas, que no transportan corriente de los equipos, al conductor de tierra.
6.- Conexión Equipotencial: Unión permanente de partes metalizas para formar un
elemento conductor que asegure la continuidad y capacidad de transporte de
corriente, en forma segura.
7.- Puente de conexión Equipotencial: Conexión entre dos o más partes del
conductor de tierra de un equipo.
8.- Electrodo de Tierra: Uno o varios componentes del Sistema de electrodos a
tierra, tales como: tubería metálica de agua, estructuras de acero o columnas
metálicas, electrodos de varilla ( no menores a 2,44 m de largo y ¾ de diámetro) de
un material resistente a la corrosión ( iron, steel , copper clad), platos, electrodos
protegidos y embebidos en concreto, “ground ring” que consiste en un cable desnudo
de cobre no menor al No.2 AWG que rodea el edificio o estructura a ser aterrada. No
se permitirán usar como electrodos de tierra: tuberías de gas o electrodos de aluminio.
9.- Sistema de Electrodos de Tierra: Uno o mas electrodos, conectados entre si y
formando un sistema completo.
10.- Eficazmente Conectado a Tierra: Conectado intencionalmente a tierra , a
través de una conexión o conexiones de tierra de Baja Impedancia y con una
adecuada capacidad para enviar las corrientes a tierra, evitando la aparición de
tensiones que puedan significar riesgo a personas o equipos del sistema.
11.- Solidamente Puesto a Tierra: Significa que el conductor puesto a tierra
(Neutro) lo esta sin necesidad de intercalar alguna resistencia o impedancia.
5.2 NORMAS DE PUESTA A TIERRA DE CIRCUITOS E
INSTALACIONES.SISTEMAS DE CORRIENTE ALTERNA (NEC 250.20).- Los circuitos y sistemas de
corriente alterna deben estar aterrizados, como se explicara en los apartados que
siguen:
(A) CIRCUITOS DE MENOS DE 50 VOLTIOS.- Las condiciones para que se aterren los
circuitos serán:
1: Alimentados por transformadores, si este excede de 150 Voltios a tierra.
2: Alimentados por transformadores, si este es de un sistema no aterrizado.
17
(B) CIRCUITOS ENTRE 50 Y 1000 VOLTIOS.- Los circuitos serán aterrizados en las
siguientes condiciones:
1: Cuando el máximo voltaje a tierra sea de 150 Voltios. Ver Figura No. 5.2.1
Figura No. 5.2.1
2: En sistemas de 3 fases, 4 conductores, conexión Y, y en la cual el neutro es usado
como conductor del circuito. Ver Figura No. 5.2.2
Figura No. 5.2.2
3: En sistemas de 3 fases, 4 conductores, conexión Delta, en el cual el punto medio
del devanado de una fase es usado como conductor del circuito. Ver Figura No. 5.2.3
Figura No.5.2.3
18
(C) SISTEMAS DE 1 KV Y MAYORES.- Sistemas de Corriente Alterna que alimenten
equipos móviles o portátiles, deben estar aterrizados como se indica en 250.188. El
resto de sistemas deben estar aterrizados.
(D) SISTEMAS DERIVADOS.- Dos de las fuentes más comunes de Sistemas Derivados,
constituyen sistemas alimentados por transformadores y generadores. Estos sistemas
deben estar aterrizados. Ver Figura No.5.2.4
Figura No.5.2.4
5.3 DIMENSIONAMIENTO DEL CONDUCTOR DE PUESTA A
TIERRA.Se llama conductor de tierra o conductor del electrodo de tierra, a un conductor de
cobre o aluminio (por su alta resistencia a la corrosión), que puede ser sólido o
flexible, aislado, cubierto o desnudo, que une los electrodos entre si o sirve para
conectar los equipos, con el electrodo.
El tamaño del conductor de tierra, en un sistema de AC, no debe ser menor al valor
dado en la Tabla No. 250.66 (NEC), con las siguientes excepciones:
(A) Si se conecta a una varilla o plato, y es la única conexión, no será menor al No.6
AWG (cobre) y No.4 AWG (aluminio).
(B) Si se conecta a un electrodo embebido en concreto y es la única conexión, no será
menor al No.4 AWG (cobre) y No.2 AWG (aluminio).
(C) Si se conecta a un” ground ring”, y es la única conexión, no será menor al
conductor mas grande utilizado para ser la malla (no menor al No.2 AWG).
19
TABLA 250.66 (NEC).-
Conductor mayor de entrada (AWG o Kcmil)
Cu.
Al.
2 o menor
1/0 o menor
1 o 1/0
2/0 o 3/0
2/0 o 3/0
4/0 o 250
3/0 hasta 350
250 hasta 500
350 hasta 600
500 hasta 900
600 hasta 1000
900 hasta 1750
Sobre 1000
sobre 1750
Conductor de tierra (AWG o Kcmil)
Cu.
Al.
8
6
6
4
4
2
2
1/0
1/0
3/0
2/0
4/0
3/0
250
Existe otra forma de determinar el tamaño del conductor de tierra, y es utilizando la
cantidad de corriente que soporte el sistema principal (realmente es el valor de
corriente a la que están seteados los elementos de protección del sistema, aguas
arriba). Este valor se encuentra también en la Tabla No. 250.122 (NEC).
TABLA 250.122 (NEC).-
Rango o setting del Circuito de Protección
Automatico (Automatic over Current Device
in circuit ahead).
Amperios
15
20
30
40
60
100
200
300
400
500
600
800
1000
1200
1600
2000
2500
3000
4000
5000
6000
Conductor de tierra (AWG o Kcmil)
Cu.
Al.
14
12
12
10
10
8
10
8
10
8
8
6
6
4
4
2
3
1
2
1/0
1
2/0
1/0
3/0
2/0
4/0
3/0
250
4/0
350
250
400
350
600
400
600
500
800
700
1200
800
1200
20
5.4 PUESTA A TIERRA DE EQUIPOS PRINCIPALES –
NEC 250.130.A.- Sistemas aterrados / no aterrados: Se lo realizara mediante un puente (bonding)
entre el conductor de tierra del equipo y el conductor del electrodo de tierra. Ver
Figura 5.4.1
Figura No.5.4.1
B.- Sistemas soportados en bases perfectamente aterradas: Se lo realizara mediante un
puente entre la base y el equipo. Ver Figura 5.4.2
Figura No.5.4.2
C.- Deben estar aterrados: equipos que no tienen partes metálicas ya sean fijos o
portátiles, mallas metálicas, recipientes, tableros, estructuras de soporte.
D.- Transformadores en dos lugares.
E.- Skids en dos lugares.
F.- Motores independiente de la tierra del sistema, se aterraran: la caja de conexiones,
carcasa.
G.- Tanques en al menos dos lugares, diametralmente opuestos.
H.- Luminarias en al menos un lugar del poste.
21
I.- Generadores se aterraran adicional a la carcasa los siguientes lugares tableros de
terminales, carcasa.
NEC 250.142.- Uso del conductor de tierra del Sistema, para aterrar el equipo:
A) En el lado de alimentación del equipo: Se permitirá que el conductor sirva para
aterrar equipos, bandejas, tableros en los siguientes casos:
(1) En el lado del alimentador o en el tablero del sistema de desconexión.
(2) Para dos edificios separados.
(3) Para dos sistemas separados.
B) En el lado de carga del equipo: No se permitirá.
NEC 250.184.- Sistemas con Neutro solidamente aterrado:
A) El Neutro se aterrara con un conductor aislado mínimo para 600 voltios, excepto:
1) Si se esta utilizando cable desnudo en el neutro de entrada Subterráneo o, 2) Aéreo.
B) Tierras Múltiples.- Se aceptaran si se tienen transformadores múltiples
alimentando al sistema., y el neutro esta expuesto.
5.5 MEDICION DE PUESTA A TIERRA.DEFINICIONES.El termino puesta a tierra o tierra, se define como la conexión conductiva mediante la
cual un circuito o equipo, esta conectado a tierra.
Esta conexión permite establecer y mantener el potencial de tierra, lo más cerca
posible al circuito o equipo conectado.
Una “Tierra “puede ser: el conductor a tierra, el conectador de unión o conexión de
unión, el electrodo de puesta a tierra, el suelo en contacto con el electrodo.
Por lo expuesto existen varios factores que inciden en la adecuada conexión a tierra,
así como muchas aplicaciones de las tierras, revisemos algunas:
Para fenómenos naturales, como las descargas atmosféricas, las Tierras se utilizan
para descargar las altas corrientes en forma rápida, antes de que lastimen a las
personas o dañen los equipos.
Durante las fallas del sistema (cortocircuitos) las tierras permiten que las corrientes de
falla, sean detectas por los elementos de protección, los cuales aislaran la falla en
forma rápida.
Voltajes peligrosos que pueden inducirse en los equipos eléctricos, son detectados por
las tierras y eliminan o aíslan el sistema, evitando daños a personas o equipos.
Volviendo a los factores que afectan las tierras, rápidamente revisaremos algunos:
Resistencia del Electrodo de Puesta a Tierra.- Esta se afecta básicamente por: la
resistencia del metal del electrodo y del conectador al cable de tierra, la resistencia
del contacto entre el electrodo y el suelo circundante llamada resistividad del suelo.
La resistividad del suelo varía en los diversos lugares y básicamente esta
determinada por la cantidad de electrolitos que contenga, grado de humedad.
Afecta también la resistencia del electrodo el diámetro y la profundidad a la que este
enterrado este, así mientras mas profundo se disminuye la resistencia.
22
|VALORES DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.- Según el NEC 250.53, se
establece que la resistencia de puesta a tierra no debe exceder a 25 ohms. Este es el
límite máximo, ya que comúnmente se requieren valores menores, por ejemplo otros
Estándares aceptados por la Industria Petrolera, estipulan valores máximos de 5
ohms. Para descargas atmosféricas, los pararrayos deben estar acoplados a sistemas
que tengan máximo 1 ohm.
Estos valores, si el diseño es el adecuado se los consigue, sin embargo siempre
existirán circunstancias que dificultan la obtención de estos valores, en esos caso se
deben recurrir a varios métodos para disminuir el valor de la resistencia a tierra, como
pueden ser: adicionar electrodos, mayores longitudes de los electrodos, cambio o
mejoramiento de suelos (medios naturales o productos especiales, humedecer el área,
utilización de los sistemas de distribución de agua como electrodos ( aunque la
utilización de tuberías de PVC y juntas aisladas, no los hace actualmente muy
confiables), etc.
CALCULO DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.- Lógicamente que se puede
calcular el valor de resistencia de puesta a tierra, la formula es:
R = resisistividad (ln 96L - 1)
1,915 L
d
En donde:
R = resistencia del electrodo de puesta a tierra en ohm.
L = longitud del electrodo en pies
resistividad = resistividad del suelo en ohm- m
d = diámetro del electrodo en pulgadas.
Este método es adecuado para calcular un electrodo, pero para un sistema completo,
se requiere ya de un programa diseñado para el efecto. Igualmente, para asistir a los
ingenieros de diseño, existen tabla Monográficas para el cálculo de la tierra.
METODOS DE MEDICION DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA.- La medición
de la resistencia a tierra debe ser realizado utilizando equipos de prueba
especialmente diseñados para tal propósito. La mayoría de los instrumentos utiliza el
principio de “Caída de Potencial” de una corriente alterna circulando entre un
electrodo auxiliar y el electrodo bajo prueba, la lectura esta dada directamente en
OHM, y representa la resistencia del electrodo y el suelo circundante. Existen
también medidores “Tipo Gancho o de Pinza”, que utilizan el principio de “Inducción
de Corriente”.
23
.- METODO DE LOS TRES PUNTOS “VARILLAS”.- Este método como se indico se basa
en el principio de “Caída de Potencial” .Ver Figura No.5.5.1
FUENTE DE CORRIENTE
AMPERÍMETRO (I)
VARILLA BAJO
PRUEBA
VARILLA AUXILIAR
(POTENCIAL)
VOLTÍMETRO (E)
X
Y
L/2
VARILLA AUXILIAR
(CORRIENTE)
Z
L/2
NIVEL DE PISO
L
R
FIG. 5.5.1
La diferencia de potencial entre las varillas X e Y, se mide con el voltímetro, y la
corriente que fluye entre las varillas X y Z, se mide con el amperímetro.
Por la Ley de Ohm se tiene que: E = I.R o R = E / I. (RESISTENCIA DEL
ELECTRODO DE TIERRA).
Si tenemos que E = 20 Voltios (fuente) I = 1 Amperio
R = 20 / 1 = 20 ohmios.
Colocación de las varillas: Gran parte de la exactitud del método, radica en la
colocación adecuada de las varillas, así: Z (electrodo auxiliar de corriente) debe estar
lo mas alejado de X (electrodo bajo prueba), y finalmente Y (electrodo auxiliar de
voltaje) se deberá colocar mas o menos en la mitad de los dos primeros.
En la práctica, no se requiere de la realización de ningún cálculo, al usar el medidor
adecuado, ya que este nos da directamente el valor de la resistencia en Ohm
(Lógicamente si se ha seguido adecuadamente el procedimiento del equipo).
24
B.- METODO DE LOS DOS PUNTOS.- Este método se constituye en una alternativa del
anterior, se lo utiliza al tener la certeza de una excelente tierra, y solo se requiere para
comprobación, así mismo se lo utiliza cuando no se tienen las facilidades de espacio
para utilizar el método de los tres puntos. Ver figura No. 5.5.2
CONDUCTOR TIERRA
VARILLA DE TIERRA
TERMINALES CON PUENTE
NIVEL DE PISO
VARILLA AUXILIAR
(Y-Z)
X
Y
Z
POSTE
PLATO DE BASE
FIG. 5.5.2
C.- MEDICION CON GANCHOS MODELOS 3710 Y 3730.- Este método de medición es
bastante rápido y sobretodo no requiere de la desconexión de las tierras, por lo que se
lo puede utilizar aun en los puentes de las tierras (bonding). Como se indico este
método utiliza el principio de “Inducción”, a continuación revisaremos algunos
ejemplos prácticos de medición con este método.
Transformadores en postes. Ver Figura No. 5.5.3
Figura Nº 5.5.3
25
Medidores de Energía. Ver Figura No. 5.5.4
Figura Nº 5.5.4
Transformadores Pad Mounted. Ver Figura No. 5.5.5
Figura Nº 5.5.5
Líneas de Transmisión. Ver Figura No. 5.5.6
Figura Nº 5.5.6
26