APUNTE CURSO SEGURIDAD INTRINSECA
Clasificación Áreas Peligrosas y Protecciones
Esp. Ing. Qco. Roberto E. Varela
C.A.B.A.
2024
ROBERTO E. VARELA
Ingeniero Químico - UNLP
Especialista en Seguridad, Higiene y Protección Ambiental – UCA
Functional Safety Engineer TÜV FSEng 517/06
ISA/IEC 61511 SIS Fundamentals Specialist
Seguridad Funcional - Sistemas Instrumentados de Seguridad – SIS
Consultoría y Asesoramiento Técnico
El material de este curso es de propiedad del instructor y por ninguna circunstancia este material, o
parte de este, podrá ser reproducido o transmitido en ningún formato, o medio, ya sea mecánico o
electrónico, esto incluye fotocopiado, microfilmado, registro o almacenamiento en computadoras sin el
consentimiento previo y por escrito del instructor.
Por información adicional dirigirse a:
Ing. Roberto E. Varela
Av. Belgrano 1828 - 4 D
C1094AAN Ciudad de Buenos Aires
E-mail: robertoe.varela@gmail.com
La información contenida en el curso consiste en conceptos fundamentales de Áreas Explosivas,
Clasificación Eléctrica de Áreas Explosivas y de Seguridad Intrínseca. Esta información no está diseñada
sobre, ni describe, la operación de una instalación específica. Cualquier similitud con la operación de un
proceso existente es solamente una mera coincidencia.
El instructor no asume ninguna responsabilidad por el material del curso más allá del propósito definido
de entrenar a los asistentes en los fundamentos básicos de Seguridad Intrínseca.
El material provisto no será utilizado, ya sea en forma parcial o total, para otros cursos de
entrenamiento que aquellos dictados por el instructor.
Las marcas y productos mencionados en el texto son propiedad de los fabricantes.
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Índice
Módulo # 1 Áreas Peligrosas ............................................................................................................ 4
Módulo # 2 - Clasificación de Áreas ............................................................................................... 30
Módulo # 3 Seguridad Intrínseca .................................................................................................... 70
Bibliografía ..................................................................................................................................... 119
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Módulo # 1 Áreas Peligrosas
El propósito de este módulo es revisar los fundamentos de clasificación de áreas en base al tipo de
atmósfera que puede estar presente en un ambiente laboral. Por ejemplo, cuando en una atmósfera
industrial están presentes sustancias líquidas, gaseosas, vapores inflamables, material particulado como
polvos o fibras combustibles, mezclados con la proporción adecuada de aire, existe la posibilidad de que
esté presente una concentración inflamable o explosiva.
Las explosiones pueden causar fatalidades, serias heridas físicas y otros daños a la salud de los
trabajadores, así como también importantes daños al ambiente, a la propiedad y/o a la producción.
Evitar la emisión a la atmósfera de sustancias inflamables o explosivas y la eliminación de potenciales
fuentes de ignición, son los dos medios más utilizados para la reducción del riesgo de incendios y/o
explosiones en ambientes industriales. Para ello es necesario elegir correctamente el equipamiento
eléctrico o fuentes generadoras de calor o energía, que se utilizan en ambientes de procesos en los que
se manejan, operan o almacenan líquidos, gases o vapores inflamables y líquidos, polvos y/o fibras
combustibles.
La manera en que es clasificada un área determina el tipo de equipamiento eléctrico, electrónico o
electrónico programable (E/E/EP) que puede ser utilizado dentro de ella. Muchos de Uds. deben estar
familiarizados con términos tales como área peligrosa o no peligrosa, pero no tanto con otros términos
como área clasificada o no clasificada.
Definición de atmósfera peligrosa
Es una atmósfera que puede poner en riesgo la vida, la salud o la posibilidad de escape de un espacio
determinado, debido a las siguientes causas:
1) Gases, vapores o nieblas inflamables 10% en exceso de su LFL;
2) Polvos aéreos combustibles en una concentración que excede su LFL;
3) Concentración atmosférica de O2 debajo de 19.5% o encima de 23.5%;
4) Concentración atmosférica de cualquier sustancia tóxica o peligrosa que esté por encima de su
límite permisible de exposición; y
5) Cualquier condición atmosférica que sea inmediatamente peligrosa para la vida y la salud.
Nota. LFL = Low Flammability Level (Límite Inflamable Inferior)
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Definición de área peligrosa
Un Área Peligrosa es un área en la que está presente, o podría estar presente, una atmósfera peligrosa
en cantidades tales que se requerirían precauciones especiales para la construcción, instalación y
utilización de aparatos eléctricos.
Historia

En el siglo 18, ciertos gases o la falta de oxígeno fueron detectados utilizando técnicas de
prueba y error. En particular, en socavones de minas de carbón que son recintos confinados.
Las atmósferas peligrosas pueden ser causadas por la presencia de gases, vapores o nieblas inflamables
o por líquidos, polvos o fibras combustibles. Si hay suficiente concentración de estas sustancias
mezclada con el aire ambiental, entonces sólo se necesita de una fuente de ignición o energía para que
se produzca una explosión.
Las primeras áreas explosivas fueron detectadas en las minas de carbón. Dentro de estas hay un doble
peligro: gas metano y polvo de carbón. El gas metano es absorbido en los poros del carbón. Cuando el
carbón es extraído el metano comienza a liberarse, proceso que toma relativamente poco tiempo. Para
que el metano quede totalmente liberado, el carbón extraído debe quedar almacenado por un período
de hasta 1000 horas.
Cuando los mineros trabajaban en su turno de 8 horas, el carbón extraído podía quedar almacenado en
las galerías hasta el día siguiente, tiempo durante el cual el metano se desprendía del carbón y se
almacenaba en el aire. El metano, al ser más liviano que el aire, quedaba atrapado en bolsones en el
techo de la mina, formando una capa potencialmente explosiva. Cuando los mineros retornaban al día
siguiente para cumplir su turno, portaban con ellos la fuente de ignición, ya sea en la mano o las que
llevaban en sus cascos, en general velas o lámparas de llama abierta.
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La ignición resultante del metano podía ser no necesariamente fatal por sí misma para los mineros. Era
la explosión secundaria del polvo de carbón que formaba una nube como consecuencia de la explosión
primaria del metano, la que resultaba en una más violenta y fatal detonación.
El primer método utilizado para remover el metano era una persona que se introducía en las galerías de
la mina portando una antorcha en la mano. Este procedimiento permitía quemar en forma “segura” los
bolsones de metano antes de que los mineros comenzaran su turno. Este era un trabajo muy peligroso
que rápidamente se quedó sin voluntarios para realizarlo. Luego se utilizaron presos a los que se les
ofrecía reducir sus condenas si realizaban en forma voluntaria esta tarea. Como los presos estaban en
prisión, pero eran no tontos, también se acabaron los voluntarios. Otro método que se utilizó eran
Ponys que llevaban una antorcha y se los hacía correr por las galerías suponiendo que así podían
reducirse las consecuencias de las detonaciones.

En 1815 Davy diseña una lámpara que prontamente fue puesta en uso en todas las minas de
carbón. Esto permitió que se verificara la presencia de gases en una forma más segura.
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La lámpara de Davy era una lámpara de querosén con una fina chapa de cobre agujereada que rodeaba
a la mecha de la lámpara. La chapa de cobre permitía emitir una luz tenue, pero impedía que la llama
aportara suficiente energía como para producir una explosión. Luego, se introdujo ventilación mecánica
en las minas que dispersaba el metano al punto que no se formara una concentración suficiente para
que se produjera su ignición. Aún hoy día en uso, la ventilación consigue llevar al metano por debajo de
su límite explosivo. Cuando se introdujo equipamiento eléctrico dentro de las minas, se produjeron
explosiones debido a las chispas que se producían y a la energía (temperatura de superficie) que
generaban. Así fue como se descubrió que los motores dentro de un recipiente o dentro de una caja
metálica, podían contener la explosión sin transmitirla a la atmósfera circundante. Este concepto fue
utilizado para el diseño de dispositivos eléctricos que debían utilizarse en ambientes explosivos.
Atmósferas Explosivas – Causas

Cuando gases inflamables o polvos combustibles son mezclados con aire en la debida
proporción, sólo se necesita una fuente de energía para crear una explosión.

La fuente de ignición puede tener origen en:
o
Electricidad: arcos eléctricos o chispas durante la operación normal
o
Calor: Luminarias y motores tienen una temperatura superficial que puede exceder el
límite de temperatura de ignición de la sustancia inflamable.
o
Fuente no eléctrica: un martillo, o una herramienta que se cae sobre una superficie
ferrosa puede producir una chispa, si no es de un material apropiado (por ejemplo,
aluminio).
Las atmósferas explosivas pueden ser causadas por gases, vapores o nieblas inflamables, o por material
particulado o polvos combustibles. Si hay una presencia suficiente de la sustancia o material mezclada
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en la debida proporción con el aire, entonces lo único que se necesita es una fuente de ignición para que
se produzca la explosión.
Las explosiones pueden causar pérdidas de vidas, lesiones incapacitantes, lesiones y daños a la salud de
diversos grados y también daños significativos a la propiedad y al ambiente. La prevención de la emisión
de sustancias peligrosas que pueden crear atmósferas explosivas, además de la prevención de la
presencia de fuentes de ignición, son las dos medidas más ampliamente utilizadas para la reducción de
riesgos de explosión. La utilización del equipamiento de procesos correcto puede ayudar mucho en la
prevención de accidentes.
Productos químicos derivados del petróleo, gases diversos, distintos productos sintéticos que, o bien
están es estado gaseoso, o son líquidos que producen vapores.
Materiales Inflamables – Vapores

Acetona, Ácido Adípico, Combustible de aviación, Benceno, Butano, Ciclohexano, Etano, Etil
Alcohol, Etileno, Gasolina, Glicol, Heptano, Hexano, Fluido Hidráulico, Isobutano, Querosén,
Lubricantes, MEK Metano, Nafta, Pentano, Propano, Combustible de cohetes, Tolueno.
Lo mismo cabe para los gases o vapores, que pueden encontrarse en la naturaleza o que son resultado
de desarrollos de productos sintéticos a partir del petróleo o gas.
Materiales Inflamables - Material Particulado

ABS, Acrílicos, Aluminio, Azúcar, Carbón, Celulosa, Chocolate, Drogas farmacéuticas, Epoxis,
Estearatos, Fenoles, Fertilizantes, Fungicidas, Gluten, Gomas, Granos, Harinas, Herbicidas,
Insecticidas, Leche en polvo, Maíz, Papel, Plásticos, Resinas, Talco, Tinturas, Tóner.
En general, productos químicos, productos naturales, alimentos, metales.
El material particulado fino (polvos) o las fibras que son combustibles y que pueden crear riesgos de
explosión tienen diversos orígenes, tanto naturales como sintéticos, es decir desarrollados por el
hombre a partir de sustancias presentes en la naturaleza.
Energía de Ignición
Para cada mezcla de combustible y oxidante hay una energía de encendido crítica. Si se libera
un monto de energía menor al de la energía crítica dentro de una mezcla, no se producirá la
propagación de la explosión. Puede ocurrir alguna combustión en el transitorio, pero la onda de
combustión no crecerá y no se propagará. Si se libera al menos la energía crítica, la onda de
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combustión pasará a través de pasos incipientes de crecimiento hasta que llega a la auto
propagación como una onda plana y se produce la detonación.
MEIC – Concentración más fácilmente encendida es el monto mínimo de energía requerido para lograr
el encendido. (Most Easily Ignited Concentration)
MIE – Mínima energía para el encendido es la energía crítica a la concentración crítica (MEIC).
(Minimum Ignition Energy)
Energía o Temperatura de ignición de un gas, a veces llamada temperatura de “auto ignición”, es la
temperatura mínima de superficie a la cual se encenderá la atmósfera inflamable (independientemente
de cualquier elemento caliente externo).
Flash Point
Esta es la menor temperatura a la que un líquido desprende suficientes vapores en su superficie como
para formar una mezcla inflamable o explosiva. Muchos líquidos peligrosos tienen un límite de
inflamabilidad a, o por debajo de, la temperatura ambiente y están cubiertos por una capa de vapores
inflamables que pueden entrar en combustión inmediatamente al momento en que estén expuestos a
una fuente de ignición. La vaporización se incrementa al tiempo que aumenta la temperatura y en
consecuencia cuanto más se elevan las temperaturas más peligrosas se vuelven.

Flash Point (o temperatura de inflamación o de inflamabilidad) es la mínima temperatura de
un líquido a la que libera suficiente vapor cerca de la superficie para formar una mezcla
explosiva o inflamable con el aire del ambiente.

Líquidos con un valor de Flash Point menor a 37,8°C se denominan líquidos inflamables,
mientras que los que tienen un Flash Point superior a 37,8°C se los llama combustibles
líquidos.

Líquidos que son almacenados o utilizados por debajo de su Flash Point no requieren que el
área en la que están ubicados esté clasificada como Área Peligrosa.
Casi toda planta industrial almacena una cierta cantidad de líquidos combustibles e inflamables. Un
líquido inflamable se define como aquel que tiene un punto de inflamabilidad o flash-point por debajo
de 37.8°C, con una presión de vapor que no excede de 40 psi o 2.75 kg/cm2. Son sustancias volátiles por
naturaleza, entregando constantemente vapores más pesados que el aire que no son visibles a simple
vista. Los líquidos combustibles tienen un punto de inflamabilidad o flash-point a, o por encima de,
37.8°C. Cuando son calentados por encima de su punto de inflamabilidad, estos líquidos toman las
mismas características que las de los líquidos inflamables.
Una de las diferencias más significativas entre líquidos inflamables y combustibles tiene que ver con el
comportamiento de sus vapores.
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Los vapores de líquidos inflamables tienden a fluir a lo largo de cuestas y pendientes casi como los
líquidos y se acumulan en áreas bajas a ras de la superficie del lugar.
Los vapores de los líquidos combustibles, por otra parte, no se desplazan muy lejos de la fuente de
emisión, siempre que las condiciones atmosféricas permanezcan por encima del punto de inflamabilidad
de estos líquidos.
Esta distinción debe tomarse en consideración cuando se trata de determinar el uso de un sensor y su
ubicación, debido a que estos líquidos por sí mismos no se incendian o explotan, pero sí sus vapores.
Entonces, la zona de emisión no es la única zona peligrosa.
Triángulo de Fuego
Se necesitan tres componentes para que se produzca la explosión: Combustible, Comburente (aire) y la
fuente de energía. Los tres conforman el triángulo de fuego. Para que se produzca una explosión, los
tres lados del triángulo deben estar presentes y deben cumplir con las siguientes condiciones:
-
Debe haber suministro suficiente de oxígeno presente. Es suficiente con la concentración
presente en el aire (21%)
-
Tiene que haber suministro suficiente de combustible presente en el aire para que forme una
mezcla apropiada.
-
Tiene que haber una fuente de ignición con suficiente energía como para producir la ignición de
la mezcla aire – combustible.
Para equipamiento eléctrico la fuente de ignición puede ser un arco eléctrico o la chispa que se forma al
cerrar un contacto o por la temperatura de la superficie de una luminaria o de un motor eléctrico. Otras
fuentes pueden ser las superficies calientes de motores de combustión interna.
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La forma de diseñar un área peligrosa es asegurándose de que no existan a un mismo tiempo los tres
lados del triángulo. Si uno de los lados no está presente, no puede ocurrir una explosión. Por lo tanto,
una efectiva protección contra explosiones requiere del control o eliminación de uno o más lados del
triángulo.
Oxígeno. Siempre está presente en el aire, aunque a veces es posible excluirlo llenando con un gas
inerte un recipiente o recinto cerrado. En general se utiliza nitrógeno para inertizar.
Combustible. Si no se puede eliminar o reemplazar la sustancia combustible o inflamable, hay que tratar
de contenerla en cañerías o tanques, en el caso de vapores y gases, o en conductos cerrados en el caso
de polvos. No siempre es posible hacerlo ya que puede haber pérdidas o emisiones de dichas sustancias
a la atmósfera. El manejo de esta situación es la base fundamental de la clasificación de áreas.
Fuente de ignición. El diseño de los equipos eléctricos que se utilizarán en áreas peligrosas debe tener
en cuenta el tipo de sustancias inflamable o combustibles que se están utilizando y sus características
serán las necesarias para asegurar que no se presenten simultáneamente los tres lados del triángulo.
Tetraedro de Fuego
Según esta teoría, además de los factores expuestos en la teoría anterior, se considera necesaria para la
producción de llamas, la existencia de reacciones en cadena no inhibidas de gases y vapores difundidos
en el aire, que se mantienen por la presencia de radicales activos. Su origen tuvo lugar al observar el
comportamiento del fuego de los líquidos inflamables y sobre todo el comportamiento de algunos
productos extintores, como el polvo químico seco o los derivados halogenados, cuya rapidez de
extinción no era comprensible por la teoría del triángulo del fuego.
En resumen, los factores necesarios para que se produzca un incendio dependen de la presencia de:
- Materiales combustibles.
- Comburente.
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- Energía activa (calor).
- Reacción en cadena no inhibida. Esto lleva a una progresión incontrolada de la combustión.
Material combustible: Sustancia generalmente de tipo orgánico, capaz de combinarse con el oxígeno,
de forma rápida y con producción de luz y calor (combustión). Desprenden vapores al ser calentadas, y
son estos vapores los que reaccionan con el oxígeno.
Se dividen en:
- Sólidos.
- Líquidos.
- Gases.
- Especiales (metales reactivos).
Comburente: Aporta el oxidante necesario para la combustión, y en general es el oxígeno contenido en
el aire, en un 21% en volumen. Debe tenerse en cuenta que otros productos y elementos químicos
pueden actuar de oxidantes, por lo que en condiciones determinadas puede producirse fuego sin la
presencia de aire.
Energía de activación: Calor necesario para situar la mezcla "comburente -combustible" en condiciones
de temperatura suficiente, proporcionado por los llamados FOCOS DE IGNICIÓN. El calor o energía de
activación necesaria varía según el estado físico del combustible. Normalmente es suficiente una energía
del orden de 0,1 a 0,5 mJ (mili Julios) para los gases y vapores de líquidos combustibles por lo que
supone que cualquier foco de ignición (chispa) es suficiente para encenderlos.
Para los combustibles sólidos es necesaria, generalmente, la presencia de llama, pero debe tenerse en
cuenta que si están en forma de polvo se comportan como los gases y vapores líquidos inflamables.
La electricidad (incluyendo la electricidad estática), la fricción o rozamiento, las chispas metálicas y el
fumar y útiles de fumador causan el 55% de los incendios.
Reacción en cadena: Es la forma de la progresión de la combustión a nivel molecular en combustibles
gaseosos y líquidos vaporizados, por medio de radicales activos (moléculas inestables) que actúan de
catalizadores en las etapas intermedias de la combustión para transformar las moléculas de combustible
iniciales hasta los productos finales de la combustión.
Fuentes de ignición presentes en instalaciones industriales

Llamas

Calentamiento de Procesos con llama directa
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
Uso de cigarrillos y fósforos – prohibido en áreas explosivas

Llama de corte y soldadura

Superficies calientes

Hornos y secadores de proceso

Maquinaria mecánica

Equipamiento eléctrico y luminarias

Temperatura por fricción o chispas

Chispas o arcos de equipamiento eléctrico

Chispas de descargas electrostáticas

Rayos

Radiación electromagnética de diferente longitud de onda

Vehículos de transporte autorizados
Ejemplos concretos de focos de ignición:

Cables eléctricos sobrecargados.

Instalaciones eléctricas sin protección contra sobre intensidades.

Derrame de combustibles por fugas, rebasamientos, etc.

Almacenamiento de combustibles líquidos, disolventes, etc., cerca de estufas.

Trabajadores fumando en zonas de almacenamiento con combustibles sólidos y/o líquidos.

Ejes de motores y máquinas mal alineados, etc.

Productos químicos incompatibles entre sí, que entran en contacto.
En los procesos de refinación de petróleo y en los procesos petroquímicos se utilizan diferentes equipos
para calentamiento que generan o reciben una llama directa. Claramente vemos que, si el combustible
que se suministra a los quemadores es emitido a la atmósfera, en general por pérdidas en cañerías,
válvulas o accesorios, cuando esta sustancia inflamable encuentra una fuente de ignición con la energía
necesaria se producirá una explosión.
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Desde el punto de vista de clasificación de áreas la identificación de peligros y el análisis de riesgos
pertenecen a otro ámbito. Pero la selección de equipamiento que pueda generar la fuente de ignición
sí forma parte del alcance de la clasificación de áreas.
Control de Fuentes de Ignición
Las medidas de control de fuentes de ignición incluyen:

Utilización de dispositivos clasificados de acuerdo con la clasificación del área

Puesta a tierra de toda la planta / equipamiento

Eliminación de superficies cuya temperatura esté por encima de la temperatura de auto ignición
de los materiales inflamables

Protección contra rayos

Selección correcta de los vehículos con motores de combustión interna que deben trabajar en
áreas clasificadas

Prohibición de fumar y/o uso de encendedores o fósforos

Control de las actividades de mantenimiento que podrían causar chispas / superficies calientes /
llamas desnudas.
Límites Explosivos - Definiciones
LEL

Límite Explosivo Inferior (LOWER EXPLOSIVE LIMIT – LEL) es el mínimo porcentaje de gas (o
vapor) en volumen en una mezcla combustible – aire que formará una concentración
inflamable. Por debajo de esa concentración no hay una cantidad suficiente de gas (o vapor)
en la mezcla, por lo que la mezcla gas – aire es muy pobre y no puede ser encendida.
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Esta es la mínima concentración de gases o vapores inflamables que permitirán la propagación de la
llama cuando están expuestos a una fuente de ignición. Comúnmente se conoce como LEL (límite
explosivo inferior), o LFL (Límite inflamable inferior). Por debajo de este nivel de concentración se
considera que la mezcla es muy pobre para quemarse. Un incremento en la temperatura atmosférica o
la presión hará que el LEL de un gas o vapor disminuya.
UEL

Límite Explosivo Superior (UPPER EXPLOSIVE LIMIT – UEL) es el porcentaje más alto en
volumen de un gas o vapor en una mezcla gas – aire que formará una mezcla con una
concentración inflamable. Por encima de esa concentración hay demasiado gas o vapor en la
mezcla, por lo que la mezcla gas – aire es muy rica para ser encendida.
Esta es la máxima concentración de gases o vapores inflamables en aire que se quemará. Una
concentración mayor de gas combustible o un volumen menor de oxígeno en la mezcla de los dos, hará
que la mezcla sea muy rica para sostener la combustión.
Material particulado fino

Algunos polvos suspendidos en el aire pueden explotar si se los enciende con una fuente que
contenga la energía suficiente.
Los materiales que pueden crear explosiones de polvos incluyen:




Materiales orgánicos naturales (granos, azúcar)
Materiales orgánicos sintéticos (plásticos, pigmentos, pesticidas)
Carbón y turba
Metales (aluminio, magnesio, hierro, cinc)
El material particulado fino o polvo tiene una gama de peligrosidad que va desde una simple molestia
hasta una alta explosividad. Los peligros más leves van desde una reducción en la visibilidad hasta pisos
resbaladizos. Algunos polvos como los de amianto y sílice son peligrosos por las afecciones respiratorias
que provocan, conocidas como neumoconiosis. Muchos polvos son reconocidos por su peligrosidad que
va desde la combustión hasta la explosión. La variedad de polvos combustibles conocidos es muy amplia
por lo que limitaremos su estudio a unos pocos representativos.
Otro punto importante es que muchas sustancias tóxicas se manejan en forma de material particulado
fino, por lo que una explosión puede causar un accidente mayor. Una explosión de un polvo no tóxico,
por ejemplo, polietileno, no causará un accidente mayor, a menos que afecte recipientes que contengan
sustancias peligrosas, por lo que una explosión de estos polvos puede conducir a un accidente mayor.
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Polvos – Límites

Concentración Explosiva Mínima (Minimum Explosive Concentration - MEC). Se define como la
mínima concentración de polvo en el aire que explotará si se aporta la energía mínima
necesaria. Se expresa en gramos por metro cúbico (g/m3)

Temperatura Mínima de Ignición (Minimum Ignition Temperature - MIT). Se define como la
temperatura mínima requerida, a la temperatura atmosférica normal en ausencia de una
chispa o llama, que encenderá una capa de polvo o una nube de polvo.
Una concentración que puede provocar una explosión está normalmente 2 o 3 órdenes de magnitud por
encima de la concentración aceptable para trabajadores, pero es posible encontrarla dentro de equipos
de proceso: pulverizadores de carbón, transportadores cerrados, elevadores de granos, etc.
Explosiones por Polvos Industriales
Históricamente, la primera explosión de polvos reconocida es la que ocurrió en Italia en 1785 en un
molino harinero. Las explosiones de polvos han sido un riesgo en la industria de granos desde que la
gente come pan y continuará siéndolo mientras la gente siga comiendo productos de panificación.
Hay una serie de reglas básicas que observar para saber cuándo un polvo es capaz de causar una
explosión.
1. El polvo debe ser combustible
2. El polvo debe ser volátil
3. El polvo debe tener una distribución que permita una propagación de la llama.
4. La concentración de polvo debe estar en el rango explosivo
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5. Debe estar presente una fuente de ignición
6. La atmósfera debe tener suficiente oxígeno para soportar y sostener la combustión.
Si todos estos criterios se cumplen entonces puede ocurrir la explosión de polvos. La mejor manera de
evitar las explosiones de polvos es invalidar la mayor cantidad posible de esas condiciones.
Cerca de 50 explosiones debidas a polvos se producen anualmente, yendo desde pequeñas
deflagraciones hasta detonaciones que destruyen edificios y provocan muertes y lesiones a
trabajadores. En general, están más asociadas a la minería y a los granos, pero también ocurren en
procesos que utilizan material particulado, tanto como materia prima, como productos intermedios y/o
finales.
La sensibilidad de ignición de un polvo es una medida del monto de energía que se requiere para
encenderlo. Muchos polvos son capaces de ser encendidos por fuentes de energía relativamente bajas,
por ejemplo, la electricidad estática. Esta puede ser creada por el movimiento del polvo dentro de
recintos cerrados, por lo que la puesta a tierra de los recipientes es muy importante.
La severidad de la explosión de polvos es una medida de la máxima presión que se alcanza en la
explosión y la máxima velocidad de escalado de dicha presión. Polvos que tienen una alta severidad de
la explosión incluyen granos de trigo, soja, leche en polvo, fécula de maíz, fécula de arroz, fécula de
trigo, asfalto, celulosa, polietileno, poliuretano, polvo de aluminio, magnesio, cinc, etc.
Otros factores que facilitan la ignición de polvos son:
Tamaño de partícula, los polvos compuestos por partículas pequeñas se queman o explotan más
fácilmente que los que tienen partículas más grandes.
Contenido de humedad, la humedad del polvo incrementa la temperatura de ignición.
Para reducir la probabilidad de una explosión de polvos combustibles suele mezclárselos con polvos no
combustibles, como los de rocas.
Explosión en TOEPFER Puerto San Martín (Santa Fe, Argentina) - octubre, 2001
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El 7 de febrero de 2008, cerca de las 7:15 de la tarde, una serie de explosiones de polvo de azúcar en la
fábrica Imperial Sugar en Port Wentworth, Georgia, resultaron en la muerte de 14 trabajadores.
Polvos – Explosión Primaria
La sensibilidad de ignición de un polvo es una medida del monto de energía que se requiere para
encenderlo. Muchos polvos pueden ser encendidos por fuentes de energía relativamente bajas, por ej.
electricidad estática. Esta puede ser creada por el movimiento del polvo dentro de recintos cerrados,
por lo que la puesta a tierra de vehículos que transportan polvos es muy importante.
Las explosiones de polvos están categorizadas en explosiones primarias y secundarias. Las explosiones
primarias ocurren normalmente dentro de equipamiento que contiene una nube de polvo que, por la
presencia de una fuente de ignición, explota. La explosión secundaria es creada por la nube de polvo
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entrampado que es liberado por la onda expansiva de la explosión primaria. Múltiples explosiones
secundarias causan más daño que la explosión primaria.
La explosión inicial dentro de equipamiento de proceso o en un área donde se haya acumulado polvo
puede sacudir o agitar más polvo acumulado y dañar o fracturar el recipiente o ambiente que lo
contiene.
Polvos – Explosión Secundaria
Como resultado de la explosión primaria la nube de polvo adicional disperso en el aire puede causar una
o más explosiones secundarias. Estas pueden resultar más destructivas que la primaria debido al
incremento en la cantidad y concentración del polvo combustible disperso en el área.
La severidad de la explosión de material particulado es una medida de la máxima presión que se alcanza
en la explosión y la máxima velocidad de aumento de la presión. Polvos que tienen una alta severidad de
explosión incluyen a los granos de trigo, soja, leche en polvo, fécula de maíz, fécula de arroz, fécula de
trigo, asfalto, celulosa, polietileno, poliuretano, polvo de aluminio, magnesio, cinc, etc.
Otros factores que facilitan la explosión de polvos son:
Tamaño de la partícula. Los polvos compuestos por partículas pequeñas se queman o explotan más
fácilmente que los que tienen partículas más grandes.
Contenido de humedad. La humedad del polvo incrementa la temperatura de ignición.
Para reducir la probabilidad de ocurrencia de una explosión, a veces se mezclan polvos no combustibles
con polvos combustibles.
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Combustión de Material Particulado
Cualquier material sólido que puede quemarse en el aire lo hará a una velocidad que se incrementa con
el aumento del área superficial. Si el área disponible para la combustión es lo suficientemente alta,
entonces la llama se podrá propagar a través de la mezcla combustible a alta velocidad. Si el monto de
calor entregado es suficiente para causar la posterior combustión, entonces la reacción continúa. Si el
calor entregado produce más combustión que la que se necesita, entonces el fuego no solo continuará,
sino que hará que crezca muy rápidamente, si esta velocidad de crecimiento es lo suficientemente
rápida, entonces el fuego se transforma en una explosión. La máxima presión presente en una explosión
de polvos está alrededor de 5 a 12 bar(g).
Una explosión de polvos es muy similar a la explosión de una nube de gas o de vapor, es decir, cuando
un cierto volumen de una mezcla inflamable es expuesto a una fuente de ignición, el resultado es una
presión que se incrementa rápidamente y una llama propagándose a través de la nube. La explosión de
polvos ocurre cuando un material combustible es dispersado en el aire formando una nube inflamable y
se propaga una llama a través de ella. Esto dependerá, por supuesto, del suministro de oxígeno al fuego
y de la concentración del combustible, si alguna de esas concentraciones es muy alta o muy baja la
explosión no ocurre.
A) Combustión a baja velocidad, fuego bajo B) Combustión más rápida C) Explosión
La explosión ocurre en tres etapas, una cuando los componentes volátiles son evaporados de las
partículas, es decir que la partícula se vaporiza, la fase de mezcla de gases y la fase de combustión de los
gases.
Área de superficie específica

Sólido dividido en forma diferente

El grado de subdivisión de un sólido dicta la probabilidad de una explosión.
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En el diagrama se puede ver un cubo dividido en forma diferente. En la figura (a) tiene la mitad de la
superficie que en la figura (b), que a su vez es la mitad de la superficie de la figura (c).
Vemos entonces que el grado de subdivisión de un sólido dicta su comportamiento en una explosión.
Una medición muy útil es conocer el área de la superficie específica, que nos permite ver exactamente
cuál es el área de las superficies por unidad de masa.
Factores Influyentes

Composición química del polvo (y contenido de humedad)

Composición química, presión y temperatura del gas

Tamaño, distribución y forma de la partícula

Grado de dispersión de la nube de polvo

Distribución de la concentración en la nube de polvo

Turbulencia en la nube de polvo

Turbulencia causada por la explosión en la parte no encendida de la nube

Perturbación del frente de llama por otros mecanismos distintos a la turbulencia

Transferencia de calor radiante desde la llama
Factores que afectan la sensibilidad para el encendido y la violencia de la explosión
Aun cuando la relación Tamaño de partícula/área de superficie específica, es el principal factor para la
estimación de la probabilidad de una explosión de polvos, hay otros factores que también tienen
influencia.
Pocos factores principales tienen influencia en la combustibilidad de los polvos, muchos de ellos aún no
se entienden muy bien y, usualmente, la única forma de obtener datos concernientes a un polvo
específico es hacer test analíticos de las sustancias. Muchas publicaciones sobre explosiones de polvos
tienen datos sobre las concentraciones explosivas mínimas y otras propiedades de polvos comunes.
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Diferentes polvos de un mismo material químico tienen características diferentes de ignición y de
explosividad, dependiendo de muchas variables tales como el tamaño de partícula, forma y contenido
de humedad. Adicionalmente, estas variables pueden cambiar mientras el material particulado está
pasando a través del equipamiento de procesos. Por esta razón las tablas publicadas con datos de
explosividad pueden tener un valor práctico limitado. En algunos casos, los polvos pueden ser
combustibles aun cuando el tamaño de las partículas es mayor que el especificado, por ejemplo, en la
definición de la NFPA, especialmente si el material es fibroso.
La cantidad de polvos acumulados necesarios para causar una concentración explosiva puede variar
ampliamente. Esto es porque hay muchas variables que influyen, además del tamaño de partícula
influyen el método de dispersión, los modos de ventilación, las corrientes de aire, las barreras físicas y el
volumen del área en la que el polvo existe o puede existir. Como resultado, reglas simples de estimación
respecto de la acumulación (tales como la posibilidad de escribir en el polvo, o la visibilidad en una nube
de polvo), pueden ser subjetivas y llevar a resultados erróneos. El análisis de peligros debe realizarse
tomando en cuenta circunstancias específicas de cada planta y el amplio rango de variables que puedan
afectar al peligro identificado.
Muchos probables sitios de acumulación de material particulado deben ser considerados en una
evaluación. Un lugar obvio en el que puede iniciarse la explosión de un polvo es donde éste está
concentrado. En equipos de procesos tales como colectores de polvo, una mezcla combustible podría
estar presente en el momento en que el equipo está operando. Otras ubicaciones para considerar son
aquellas en donde el polvo puede acumularse, tanto en áreas ocupadas como en espacios ocultos o
escondidos. Un análisis profundo debe considerar todos los posibles escenarios en los que el polvo
puede distribuirse, tanto durante la operación normal cuanto durante los potenciales modos de falla u
operaciones fuera de lo normal.
Una nube más turbulenta resultará en una explosión más severa ya que, debido a una concentración
más homogénea y a un menor grado de dispersión, el frente de llama se moverá más rápidamente a
través de la nube. De todos modos, una nube menos turbulenta es más fácil de encender, ya que la
disipación de calor se produce a una velocidad menor por lo que la emisión de calor inicial está más
concentrada, llevando a una probabilidad de ignición mayor a partir de la entrada de energía.
Dispersión y grado de aglomeración afectan la combustión a partir del momento en que cambia la
concentración local efectiva de polvo y el tamaño efectivo de la partícula, respectivamente. Una nube de
polvo más dispersa se quemará más fácilmente. El grado de dispersión es usualmente dependiente del
método de dispersión del polvo y la turbulencia en el sistema.
A altas temperaturas iniciales la nube de polvo es más fácil de encender y la concentración mínima de
polvo requerida para una explosión es más baja. La presión máxima de explosión baja si el oxígeno está
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a una menor concentración por unidad de volumen cuando la temperatura es mayor, por lo que ocurrirá
una menor combustión.
Tipos de polvos en explosiones de polvos
Pentágono Explosivo
Para que ocurra una explosión de polvo, es necesario que concurran simultáneamente cinco elementos:
combustible, calor, oxígeno, suspensión y confinamiento. Estos forman los cinco lados del pentágono
explosivo. Al igual que en el triángulo, con la remoción de uno de ellos se logrará prevenir la
propagación de una explosión.
Por ejemplo, si concurren en cantidades apropiadas combustible, calor, oxígeno y confinamiento, una
explosión no sería aún posible si no se produce la suspensión del combustible. De todas maneras, en
este caso el fuego podría producirse. Si el combustible que se está quemando fuera puesto en
suspensión por una súbita corriente de aire, se cumpliría con todos los elementos del pentágono y una
explosión sería inminente.
Elementos que se necesitan para un incendio de polvos (además del familiar “triángulo de fuego”)
1) Polvo combustible (combustible)
2) Fuente de ignición (calor); y,
3) Oxígeno en el aire (oxidante)
4) Dispersión de las partículas de polvo en cantidad y concentración suficiente; y,
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5) Confinamiento de la nube de polvo.
Elementos adicionales que se necesitan para la explosión de polvos:
Si uno de los elementos del pentágono explosivo no se encuentra, no ocurrirá una explosión
catastrófica. Dos de los elementos del pentágono explosivo son difíciles de eliminar: el oxígeno,
siempre presente en el aire y el confinamiento de la nube de polvos, tanto dentro de los edificios de
procesos como dentro de los distintos equipamientos de planta. De todas maneras, los otros tres
elementos del pentágono pueden ser controlados significativamente.
Acumulación de polvos en la superficie de un motor
Métodos para el Control de Polvos

Minimice el escape de polvos de los equipos de proceso o de los sistemas de ventilación

Utilice sistemas de recolección de polvos y filtros

Utilice superficies que minimicen la acumulación de polvos y faciliten la limpieza

Provea acceso a todas las áreas para inspección

Limpie los residuos de polvos a intervalos regulares
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
Use métodos de limpieza que no generen nubes de polvos

Ubique válvulas de alivio lejos de las zonas con polvos

Desarrolle un programa de inspección, test, limpieza y control de polvos peligrosos
Hay que verificar la presencia de residuos de polvos en áreas abiertas y escondidas a intervalos
regulares. Utilizar métodos de limpieza que no generen nubes de polvos en presencia de una fuente de
ignición, sólo utilice aspiradoras de vacío aprobadas para aspiración de polvos.
Métodos de limpieza
Métodos para el Control de Ignición de Polvos

Use equipos y métodos de cableado apropiados

Controle la electricidad estática, incluyendo la puesta a tierra

Controle llamas abiertas, prohibición de fumar

Controle chispas mecánicas y fricción

Separe superficies calientes de los polvos

Separe los sistemas de calentamiento de los polvos

Use vehículos industriales apropiados

Use herramientas apropiadas

Mantenga adecuadamente vehículos y herramientas
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
Use dispositivos separadores para remover materiales extraños capaces de encender
combustibles
El uso de equipamiento eléctrico apropiado en áreas peligrosas es crucial para eliminar fuentes de
ignición comunes. La clasificación de áreas requiere de equipamiento eléctrico especial. Una vez que las
áreas han sido identificadas deben utilizarse métodos de cableado y equipos aprobados para ser
utilizados en áreas clasificadas.
Fuentes de energía para explosiones de polvos
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Métodos para el Control de Daños provocados por Explosiones de Polvos

Separación de peligros (aislamiento por distancia)

Segregación de peligros (aislamiento con barreras)

Ventilación de ambientes y edificios

Provisión de detectores de chispas y sistemas de extinción

Sistemas de protección contra explosiones

Sistemas de extinción de incendio (rociadores)

Uso de otros sistemas especializados de supresión
El aislamiento de una explosión puede restringir o limitar el tamaño del daño causado por una
explosión de diversas maneras. Primero detiene la explosión de manera que no afecte otras áreas de la
planta a través de conductos o cañerías de procesos, pero también detiene la posibilidad que chorros de
llamas puedan ocurrir en el extremo de una cañería y también detiene la presión de la explosión
primaria haciendo que las explosiones secundarias sean menos violentas.
Válvulas de Venteo y Discos de Ruptura
Hay dos maneras de conseguir el aislamiento, ya sea a través de métodos pasivos (activados por la
explosión misma) o activos (que requieren del disparo a través de un sensor para ser activados). Los
sistemas pasivos son los más favorecidos por que son más simples y confiables, por lo menos en la
medida en que funcionen tal como fueron diseñados. Usualmente estos sistemas una vez que son
disparados, rocían el polvo por delante del frente de llama con un agente extintor que impide su
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propagación, alternativamente, ellos pueden cerrar una válvula delante del frente de llama, aun cuando
esto pueda causar problemas de presión.
Hay una serie de elementos en las plantas que pueden utilizarse para evitar la propagación de la llama a
través del sistema. Esto incluye transportadores de tornillo con válvulas o elementos que retienen los
polvos, dispositivos rotatorios que impiden la entrada o salida de polvos y sistemas de discos de ruptura
especiales que incluyen la inversión del flujo.
El venteo es uno de los medios más económicos y efectivos para reducir la presión en una situación
explosiva. De todas maneras, es bastante difícil calcular el venteo necesario como para lograr el alivio de
la presión, ya que debe tenerse un caudal suficiente como para reducir la presión de la mezcla
aire/combustible que está siendo generada por el calor de la explosión.
Paneles de Venteo
Usualmente el venteo será diseñado de manera tal que la presión pueda mantenerse por debajo del
valor superior, que es menor que el de la resistencia del recipiente o edificio. Si el polvo del proceso es
tóxico no es posible el venteo a la atmósfera, entonces debería ventearse a un área sellada. Existen
distintos diseños de venteo disponibles para todo tipo de procesos, incluyendo puertas que pueden
soportar una explosión, paneles simples que son eyectados, etc.
El venteo minimiza la probabilidad de que una gran cantidad de equipamiento de procesos pueda ser
destruido por la explosión, pero también implica algunos peligros, entre ellos:

Eyección de llamas desde un venteo abierto

Emisión de ondas explosivas desde un venteo abierto

Fuerzas de reacción en el equipamiento, inducidas por el proceso de venteo
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
Emisión de objetos sólidos

Venteo interno que pueda conducir a una explosión secundaria

Eyección de bolas de fuego.
Paneles de venteo
Cuanto más grande es el venteo y menor la fuerza requerida para abrir una brecha, más peligroso es, ya
que así se incrementa la posibilidad de que polvo aún no encendido sea eyectado, luego este puede
quemarse en el área de planta como una bola de fuego. Usando conductos de venteo (los conductos
deben tener un área igual a la del venteo) pueden minimizarse algunos de estos problemas permitiendo
que la explosión tenga lugar en un área sellada, pero esto necesita de un espacio muy grande y también
requiere que la presión se alivie en algún lugar también (por ejemplo, al fin del conducto).
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Módulo # 2 - Clasificación de Áreas
La Clasificación de Áreas es el método usado para clasificar la atmósfera de una planta o instalación de
acuerdo con la probabilidad de que se forme una mezcla explosiva formada por una mezcla aire/gas,
aire/vapor, aire/polvo y/o aire/fibras. La clasificación se hace para permitir una selección apropiada del
equipamiento eléctrico, equipamiento generador de calor o equipamiento de llama abierta que será
instalado en esas áreas.
Principios para la clasificación de áreas:



Identificación de las características del material
Identificación de contención de gases, vapores, polvos o fibras y fuentes de liberación
Determinación de la probabilidad de ocurrencia de una liberación
El equipamiento eléctrico que será utilizado en esas áreas debe ser diseñado y construido de manera tal
de no crear fuentes con la energía necesaria para la ignición de esas mezclas.
Un área es clasificada en base a las propiedades de los líquidos, gases o vapores inflamables y del
material particulado (polvos o fibras combustibles) que puedan estar presentes en la atmósfera y a la
probabilidad de que en algún momento esté presente una concentración inflamable o explosiva.
Clasificación de Áreas

Un área clasificada como “peligrosa" es un área en la que la atmósfera contiene, o podría
contener, gases, vapores, polvos y/o fibras que sean inflamables o explosivas. En este tipo de
áreas, un incendio o explosión puede ocurrir cuando se cumplen las siguientes tres
condiciones básicas a un mismo tiempo:



Gas, vapor, polvos o fibras inflamables deben estar presentes
El material combustible debe estar mezclado con aire en las proporciones requeridas para
producir una mezcla inflamable
La fuente de ignición debe tener la energía necesaria para encender la mezcla. La fuente
de ignición puede ser cualquier equipo o sistema que podría liberar suficiente energía
como para causar la ignición. Una chispa o superficie caliente pueden aportar esa energía.
La clasificación de áreas puede ser llevada a cabo en forma directa utilizando los diagramas de las
instalaciones típicas que se muestran en normas y guías de clasificación eléctrica de áreas, o utilizando
métodos cuantitativos que requieren de un conocimiento más detallado de la planta. El punto de
arranque es identificar las fuentes de emisión de gases o vapores combustibles. Estas pueden surgir en
forma continua en una determinada actividad; o en forma periódica durante la operación normal; o
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como resultado de un evento no deseado o no planeado. Además, dentro del equipamiento de proceso
puede haber áreas peligrosas siempre que haya presente en el aire un gas o vapor combustible, aunque
no haya una emisión.
Fallas catastróficas, tales como la ruptura de un recipiente o una línea no son consideradas parte del
estudio de clasificación. Un estudio de identificación de peligros en procesos, tal como un Análisis de
Peligros en Procesos (PHA) o un Análisis de Peligros y Operabilidad (HAZOP), debe utilizarse para el
estudio de estos eventos anormales.
Las áreas peligrosas pueden ser consideradas como atmósferas potencialmente explosivas, o sea
atmósferas que pueden tornarse explosivas debido a condiciones locales de trabajo. Todas las
atmósferas potencialmente explosivas son evaluadas por la probabilidad de explosión de una mezcla
aire – combustible. Intervienen, además, otros factores importantes como el tiempo requerido para la
expansión del fuego, nivel de venteo disponible, densidad relativa del gas y consecuencias posibles de la
explosión.
Clasificación de Áreas – NEC, USA

El Artículo 500 de National Electrical Code (NEC) y la Sección 18 del Canadian Electrical Code
(CEC), definen: “Las Áreas serán clasificadas dependiendo de las propiedades de los vapores,
líquidos o gases inflamables, polvos o fibras combustibles que podrían estar presentes y la
probabilidad de que esté presente una concentración inflamable o combustible”.
Dichas áreas son denominadas por NEC y CEC como áreas peligrosas.
Cómo se clasifican las Áreas según NEC, USA

Las áreas son clasificadas en Clases y Divisiones

La Clase y División de un área está basada en el tipo de peligro (Clase) y la frecuencia esperada
de ese peligro (División).

Clases se refieren al tipo de peligro presente en el área.

Divisiones se refieren a las condiciones, frecuencia o tiempos (duración) en el que una
sustancia inflamable o explosiva está presente.
Las áreas peligrosas son consideradas como atmósferas potencialmente explosivas, es decir atmósferas
que pueden tornarse explosivas en condiciones de trabajo determinadas.
Todas las atmósferas potencialmente explosivas, son evaluadas por la probabilidad de explosión de una
mezcla aire – combustible. Para ello intervienen también otros factores importantes, como el tiempo
para la expansión del fuego, nivel de ventilación disponible, densidad relativa del gas y consecuencias
posibles de la explosión.
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Clasificación de Áreas – Clases - NEC, USA

Clase I
o

Clase II
o

Gases, vapores o líquidos inflamables
Polvos combustibles
Clase III
o
Fibras y partículas volátiles inflamables
Clasificación de Áreas – División - NEC, USA

División 1 indica que una planta, que está operando dentro de sus parámetros de diseño, tiene
una mezcla de gas o polvo explosivo presente periódicamente, intermitentemente o por
largos períodos de tiempo.
Por ejemplo:


Sitios donde líquidos inflamables volátiles o gases inflamables en estado líquido son
transferidos de un contenedor a otro.

Áreas en las que hay tanques abiertos con líquidos inflamables volátiles.

Interior de cabinas de pulverización y áreas en la vecindad de operaciones de pintado
donde se utilizan solventes inflamables volátiles.

Ambientes con generadores de gases donde podría haber un escape de gas.
División 2 indica que el material inflamable o explosivo mientras está presente, está
normalmente confinado en un sistema cerrado o contenedor y estará solamente en la
atmósfera si el sistema es operado incorrectamente o hay una ruptura accidental del
contenedor. Esta condición es anormal y la sustancia estará presente sólo por períodos cortos
de tiempo. Las áreas División 2 están inmediatamente adyacentes a las áreas División 1.
Ejemplos áreas Clase I División 2

Líquidos volátiles o gases inflamables son manejados, procesados o utilizados, pero estarán
normalmente contenidos en recipientes cerrados de los que podrían escapar por rotura
accidental (condición anormal)

Concentraciones de gases o vapores inflamables se previenen con ventilación mecánica
positiva. Se tendrá una concentración en condiciones de ignición si falla la ventilación.
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
Cualquier ubicación adyacente a un área Clase I, División 1 donde podrían concentrarse gases
o vapores inflamables a menos que se prevenga con una ventilación positiva con aire limpio y
se prevenga la falla del sistema de ventilación.
Clasificación de Áreas – Grupos - NEC, USA
Los Grupos se relacionan con las presiones explosivas y temperaturas de llamas generadas por una
sustancia y la mínima diferencia para que la explosión se expanda.



Los Grupos de Gases son A, B, C, y D.
Los Grupos de Polvos son E, F y G.
Clase III no tiene Grupos.
Para la clasificación de los grupos se tienen en cuenta las características físicas y químicas de las
sustancias y dos parámetros específicos:
MESG (Maximum Experimental Safe Gap) - Separación experimental máxima segura

Es la máxima separación segura entre dos superficies metálicas paralelas (por ejemplo, dos
gabinetes) que puede encontrarse bajo condiciones específicas de prueba, para prevenir que
una explosión en una cámara de prueba se expanda a una segunda cámara de prueba que
contiene el mismo gas o vapor a la misma concentración o que pueda causar la ignición de la
atmósfera externa que la rodea.
MIC (Minimum Igniting Current Ratio) - Tasa de corriente de ignición mínima

La relación entre la mínima corriente requerida de una chispa o descarga inductiva para la
ignición de una mínima mezcla inflamable de un gas o vapor, dividido por la mínima corriente
requerida de una chispa inductiva para encender metano bajo las mismas condiciones de
prueba.
Estos dos valores se emplean para la determinación del grupo al que pertenece un gas o vapor.
En términos básicos, el Grupo está relacionado con las presiones explosivas y las temperaturas de llama
generadas por una sustancia y la distancia mínima a través de la cual pueda viajar, o transmitirse, una
explosión.

Grupos NEC - CLASE I, DIVISION 1 y 2.


Grupo A
Acetileno
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Grupo A es sólo acetileno.





Grupo B
Gases o vapores con:
MESG < 0.45 mm o
MIC Ratio < 0.40
Hidrógeno, combustibles y gases combustibles de proceso que contienen más de un 30 por
ciento de hidrógeno en volumen, butadieno, óxido de etileno, óxido de propileno y
acroleína
Grupo B es típicamente hidrógeno, pero incluye a un gas o líquido inflamable que produce vapor o un
combustible líquido que en presencia de aire puede quemarse o explotar, con un valor MESG menor o
igual a 0,45 mm o una relación MIC menor o igual a 0,40.





Grupo C
Gases o vapores con:
0.45 mm < MESG < 0.75 mm or
0.40 < MIC Ratio < 0.80
Etil éter y etileno.
Grupo C es típicamente etileno, pero incluye a un gas o líquido inflamable que produce vapor o un
combustible líquido que en presencia de aire puede quemarse o explotar, con un valor MESG mayor a
0,45 mm y menor a 0,75 mm, o una relación MIC mayor a 0,40 y menor que 0,80.





Grupo D
Gases o vapores con:
0.75 mm < MESG
0.80 < MIC Ratio
Acetona, amoníaco, benceno, butano, etanol, hexano, metanol, metano, nafta, propano
Grupo D es típicamente propano, pero incluye a un gas o líquido inflamable que produce vapor o un
combustible líquido que en presencia de aire puede quemarse o explotar, con un valor MESG mayor que
0,75 mm, o una relación MIC mayor que 0,80.

NEC CLASE II, DIVISIÓN 1 SOLAMENTE.

Grupo E
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

Atmósferas conteniendo polvos metálicos combustibles incluyendo aluminio, magnesio y
sus aleaciones comerciales, u otros polvos combustibles cuyo tamaño de partícula,
abrasividad y conductividad presentan peligros similares
NEC CLASE II, DIVISIÓN 1 y 2

Grupo F

Atmósferas conteniendo polvos de carbón combustibles, incluyendo carbón negro, carbón
de leña, hulla u otros polvos que presenten un peligro de explosión
Grupo F es una atmósfera que contiene polvos combustibles carbonaceos que tienen más de un 8%
total de volátiles entrampados o que han sido sensibilizados por otros materiales que presenta un
peligro de explosión. Carbón, hulla y carbón de leña son ejemplos de polvos carbonáceos.

Grupo G

Atmósferas conteniendo polvos combustibles no incluidos en los Grupos E o F, incluyendo
harinas, granos, madera, plásticos y sustancias químicas
Grupo G es una atmósfera que contiene polvos combustibles no incluidos en el Grupo E o F, tales
como harinas, granos, madera o plásticos. Ciertos polvos pueden requerir precauciones adicionales
debido a fenómenos químicos que pueden resultar en la generación de gases inflamables.
Clasificación de Áreas – Clase III - NEC, USA

Las áreas Clase III son aquellas donde hay fibras de fácil ignición o donde se manejan, fabrican
o usan materiales que producen partículas volátiles combustibles

Un área Clase III, División 1 es un área en la que se manejan, fabrican o usan fibras o
materiales que producen partículas volátiles combustibles


Plantas textiles o de fabricación de fibras, plantas procesadoras de algodón o de semillas
de algodón y plantas de manufactura de ropas y tejidos.
Un área Clase III, División 2 es un área en la que se almacenan o manejan fibras de fácil
ignición. Algodón y fibras sintéticas producen fibras y partículas volátiles combustibles
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Clasificación de Temperaturas
Las superficies calientes pueden ser la fuente de ignición requerida para tener completar el Triángulo de
Fuego o el Pentágono de Fuego en una atmósfera clasificada explosiva. Como medida de protección
todo material eléctrico que se utilice en una atmósfera potencialmente explosiva es clasificado de
acuerdo con la máxima temperatura de superficie que pueda alcanzar en servicio. Esta temperatura se
determina teniendo en cuenta una temperatura ambiental normal de operación de 40º C. Esta
temperatura se compara con la temperatura de ignición de los gases que podrían entrar en contacto con
el equipamiento y se toma una decisión en cuanto a la posibilidad o no de utilizar ese equipo en dicha
área.
Clasificación de áreas por zonas - NEC

En EE. UU. NEC introdujo en 1999 el Artículo 505 en paralelo con el Artículo 500. El Artículo
505 define otro método para la clasificación de áreas y refiere al Artículo 500 para las reglas de
cableado y técnicas de protección. Básicamente es una adaptación del sistema de Zonas de
IEC/CENELEC. Utiliza las Clases y Divisiones y agrega las Zonas. Si bien el Artículo 505 del NEC y
el sistema de Zonas IEC/CENELEC son parecidos, no son lo mismo.
Los estándares o normas de los distintos países tienen una tendencia a la armonización, para facilitar el
uso de equipamiento eléctrico en atmósferas explosivas.
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Clasificación de Áreas – ZONAS NEC, USA



Un área Clase I, Zona 0 es un área en donde hay una concentración de gases, vapores o
líquidos inflamables que pueden ser encendidos cuando:

Están presentes en forma continua; o

Están presentes por largos períodos de tiempo
Un área Clase I, Zona 1 es un área en donde hay una concentración de gases, vapores o
líquidos inflamables que pueden ser encendidos cuando:

Están presentes en condiciones normales de operación;

Pueden estar presentes frecuentemente debido a operaciones de reparación o
mantenimiento o por pérdidas;

Pueden estar presentes debido a roturas de equipos que, simultáneamente, pueden ser
fuentes de ignición;

Esta adyacente a un área Clase I Zona 0 desde donde podrían provenir concentraciones
inflamables en presencia de una fuente de ignición
Un área Clase I, Zona 2 es un área en donde:

No podrían formarse concentraciones de gases, vapores y líquidos inflamables que
pudieran ser encendidas durante la operación normal o, si eso ocurriese, sólo sería por
un corto período;

Hay líquidos volátiles, gases o vapores inflamables, pero están normalmente confinados
en contenedores cerrados

concentraciones de gases, vapores y líquidos inflamables que pueden ser encendidos
están normalmente prevenidas mediante ventilación mecánica positiva; o

Esta adyacente a un área Clase I Zona 1 desde donde podrían provenir concentraciones
inflamables en presencia de una fuente de ignición
El código de 1999 del National Electric Code (NEC®) de EE. UU de Norte Amárica y el de 1998 del
Canadian Electric Code (CEC®) de Canadá, reconocen el uso del sistema de clasificación en zonas. El NEC
de 1999 incluía el Artículo 505 que, básicamente ha creado una versión del sistema de Zonas de
IEC/CENELEC adaptada a las condiciones de los EE. UU. El Artículo 505 utiliza el sistema tradicional de
Clases y Divisiones e integra el sistema de Zonas europeas, pero mantiene los métodos de cableado y
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técnicas de protección de NEC 500. Debe tenerse en cuenta que los sistemas de zonas del Artículo 505 y
el de IEC / CENELEC son similares, pero no iguales.
Lo más importante del tema de la armonización de normas es la posibilidad de fabricar y utilizar equipos
eléctricos fabricados en cualquier parte del mundo que tengan una misma clasificación eléctrica, lo que
brindaría más posibilidades de elección a los usuarios y una mayor competitividad.
Comparación NEC 500 vs. NEC 505
División 1: área donde pueden encontrarse en Zona 0: área donde pueden encontrarse en forma
forma en forma permanente o semi en forma permanente o durante largos períodos
permanente concentraciones de líquidos, gases concentraciones de líquidos, gases o vapores
o vapores inflamables que pueden ser inflamables que pueden ser encendidas en
encendidas en presencia de una fuente de presencia de una fuente de ignición, durante
ignición, durante condiciones de operación condiciones de operación normales
normales
Zona 1: área donde pueden encontrarse en forma
en forma semi permanente concentraciones de
líquidos, gases o vapores inflamables que pueden
ser encendidas en presencia de una fuente de
ignición, durante condiciones de operación
normales
División 2: área donde no pueden encontrarse Zona 2: área donde no pueden encontrarse
concentraciones de líquidos, gases o vapores concentraciones de líquidos, gases o vapores
inflamables que pueden ser encendidas en inflamables que pueden ser encendidas en
presencia de una fuente de ignición, durante presencia de una fuente de ignición, durante
condiciones de operación normales
condiciones de operación normales
Ejemplo de Áreas peligrosas en tanque subterráneo con compuerta de acceso.
Las Estaciones de Combustible son establecimientos en los que se almacenan y manejan líquidos
volátiles e inflamables, por lo que el equipamiento y los materiales eléctricos se seleccionarán en
función de la peligrosidad que representa la clase de atmósfera explosiva que exista o pueda existir en
sus diferentes áreas.
De acuerdo con la clasificación descrita anteriormente, las Estaciones de Combustible han sido ubicadas
para efectos de determinación de grado de riesgo de explosividad, dentro del grupo D, clase I, divisiones
1 y 2.
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Referencia: NRF-036-PEMEX-2003
Áreas peligrosas en los tanques subterráneos con venteo.
Clasificación de Áreas según la International Electrotechnical Commission (IEC)

IEC (International Electrotechnical Commission) es la responsable de la elaboración de
estándares internacionales en el campo de la tecnología eléctrica.

Clasificación por Zonas. Las áreas son clasificadas en zonas con el fin de facilitar la selección de
los aparatos eléctricos apropiados, así como también, el diseño de instalaciones eléctricas
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adecuadas. La información y especificaciones para la clasificación de gases explosivos en zonas
está detallada en la norma IEC 60079 y en los estándares nacionales de cada país europeo que
ha adoptado esta clasificación.

IEC 61241 es la norma para la clasificación de emplazamientos en donde están o pueden estar
presentes polvos combustibles
IEC Zonas – Gases

Las áreas peligrosas son clasificadas en zonas en base a una evaluación de la frecuencia de
ocurrencia y duración de la presencia de una atmósfera con un gas explosivo:

Zona 0: Un área en la que una atmósfera con un gas explosivo está presente
continuamente o por largos periodos; más de 1000 h/año

Zona 1: Un área en la que una atmósfera con un gas explosivo podría estar presente
durante la operación normal; más de 10, pero menos de 1000 h/año

Zona 2: Un área en la que una atmósfera con un gas explosivo no podría estar presente
durante la operación normal, pero si ocurre, será por un periodo corto, menos de 10 h/año,
pero lo suficiente para que se requiera un control de las fuentes de ignición.
Cuando las áreas peligrosas de una planta han sido clasificadas, el resto del predio es definido como no
peligroso, o también se los menciona como áreas seguras.
La definición de zonas no toma en cuenta las consecuencias de las emisiones. Si este aspecto es
importante, este debe ser resuelto mejorando las especificaciones del equipamiento o los controles
sobre las actividades que se llevan a cabo en el área. La alternativa de especificar la extensión de las
zonas de una manera conservadora no es generalmente recomendada ya que conduce a dificultades en
la selección del equipamiento y complicaciones en el control de los efectos sobre la salud debido a los
vapores que se asume están presentes en el área.
IEC Zonas – Polvos

Zona 20 Un área en la que una atmósfera explosiva, en forma de una nube de polvo
combustible en el aire, está presente continuamente por largos periodos o frecuentemente.

Zona 21 Un área en la que una atmósfera explosiva, en forma de una nube de polvo
combustible en el aire podría estar presente ocasionalmente durante la operación normal.

Zona 22 Un área en la que una atmósfera explosiva, en forma de una nube de polvo
combustible en el aire podría estar presente durante la operación normal, pero si ocurre, será
por un periodo corto solamente.
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El concepto de zonas de polvos se basa en una clasificación de áreas en donde polvos combustibles
pueden estar presentes, ya sea en capas o como nube de polvo combustible mezclado con aire. El área
en donde existe esta posibilidad de la presencia de polvos combustibles se divide en 3 zonas que
dependen de la posibilidad de que haya emisión y presencia de polvos.
Ejemplo de ubicaciones típicas de Zona 20 en plantas:

Dentro de dosificadores, silos, etc

Dentro de ciclones y filtros

Dentro de sistemas de transportes, excepto algunas partes de transportadores de cinta y cadena

Dentro de mezcladores, secadores

Fuera de equipos de almacenamiento, donde una limpieza deficiente permite que se acumulen
capas de polvos de espesor incontrolable
Ejemplo de ubicaciones típicas de Zona 21 en plantas:

Áreas externas al equipo que contienen polvos y en la inmediata vecindad de puertas de acceso
sujetas a apertura o remoción frecuente para propósitos operativos donde puede estar presente
una mezcla explosiva polvo/aire.

Áreas externas al equipo que contiene los polvos en las proximidades de puntos de carga o
descarga, cintas de alimentación, puntos de muestreo, estaciones de descarga de camiones, etc.
donde no se emplean medidas para prevenir la formación de mezclas explosivas aire /polvos.

Áreas externas a los equipos que contienen polvos donde estos se acumulan y donde, debido a
operaciones de procesos, la capa de polvo puede ser perturbada y formar una mezcla explosiva
aire/polvo

Áreas internas del equipo que contiene polvo donde la explosión de nubes de polvo puede llegar
a ocurrir (pero nunca continuamente, ni por largos períodos, ni frecuentemente), por ejemplo,
silos (si se cargan o descargan ocasionalmente) y la parte sucia de filtros si los intervalos de
limpieza son muy largos.
Ejemplo de ubicaciones típicas de Zona 22 en plantas:

Áreas no clasificadas como Zona 21 en las cuales puede haber nubes polvos combustibles
no frecuentemente, que persisten por cortos períodos, o en las que la acumulación o capas
de polvos pueden estar presente en condiciones anormales y puede crecer hasta que se
tienen mezclas combustibles de aire y polvo. Cuando, después de una condición anormal,
la remoción de polvo acumulado o de capas de polvo no pueda asegurarse, entonces el
área es clasificada como Zona 21. Esta zona puede incluir entre otras, áreas en la
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vecindad de equipamiento que contiene polvo, en donde un escape de polvo por pérdidas
puede formar depósitos.
Grupos IEC.
En esta norma los Grupos están listados como Grupo I, Grupo IIC, Grupo IIB y Grupo IIA.

Grupo I, comprende atmósferas propias de la minería subterránea, que contienen una mezcla
de gases compuestos mayormente por metano

El Grupo II incluye las sustancias inflamables o combustibles que se encuentran en la industria
de superficie. Se divide en subgrupos de acuerdo con su volatilidad:

Grupo IIC, atmósferas que contienen acetileno, hidrógeno o gases o vapores combustibles que
en presencia de aire pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las
sustancias que tengan un valor MSEG y un MIC ratio determinado, muy similar a los de la
Clasificación Clase I Grupo A y B de NEC.

Grupo IIB, atmósferas que contienen etileno o gases o vapores combustibles que en presencia
de aire pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las sustancias que tengan
un valor MSEG y un MIC ratio determinado, muy similar a los de la Clasificación Clase I Grupo C
de NEC.

Grupo IIA, atmósferas que contienen acetona o propano o gases o vapores combustibles que en
presencia de aire pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las sustancias
que tengan un valor MSEG y un MIC ratio determinado, muy similar a los de la Clasificación
Clase I Grupo D de NEC.
Clasificación de Temperaturas (IEC)

La temperatura de ignición de un líquido o gas inflamable es la temperatura más baja a la que
una superficie caliente puede encender una mezcla gas/aire o vapor/aire. Esto puede
comprobarse utilizando equipos apropiados de prueba (IEC 60079-4) y representa
virtualmente, la temperatura más baja en la que una superficie caliente puede causar la
ignición de una atmósfera explosiva. Los gases y vapores inflamables pueden clasificarse en
Clases de Temperatura en base a su temperatura de ignición. La temperatura máxima de la
superficie de un aparato eléctrico debe ser siempre menor que la temperatura de ignición de
la mezcla gas/aire o vapor/aire presente en la atmósfera en la que se utiliza.
Equipos que tienen la clasificación mayor pueden ser utilizados en áreas con la clasificación menor, pero
la inversa no es aceptable.
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Protecciones contra Explosiones
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La definición de Aparatos Eléctricos Antiexplosivos o A Prueba de Explosión (APE), se refiere a aquellos
aparatos que son diseñados con medidas específicas de seguridad para prevenir la ignición de mezclas
gas/aire o vapor/aire presente en la vecindad durante la operación normal. Un dispositivo protegido
contra explosiones no creará una fuente de ignición interna, o transmitirá una fuente externa, como por
ejemplo una chispa o una superficie caliente.
Como se puede apreciar en la tabla, hay distintas técnicas para protección de equipos que serán
instalados en áreas clasificadas.
Explosion-Proof Enclosure (Cajas o gabinetes a prueba de explosión)
Este método de protección es el único que se basa en el concepto de contener la explosión. En este
caso, se permite que la fuente de energía entre en contacto con la mezcla peligrosa de aire/gas. En
consecuencia, si se produce la explosión, esta permanece confinada dentro de la caja o recipiente, que
ha sido construido para soportar el exceso de presión resultante de la explosión interna, pero que
impide la propagación a la atmósfera circundante.
La teoría que soporta a este método es que el chorro de gas resultante de la explosión interna en el
recipiente es enfriado rápidamente en su paso a través de la expansión y dilución del gas caliente en la
atmósfera circundante más fría. Ahora, esta salida del gas es sólo posible si se abre el recipiente o los
intersticios en la tapa tienen una dimensión suficiente para dejar salir al gas.
Cajas APE
Flameproof enclosure – d. IEC 60 079-1 (Caja o gabinete a prueba de llama)
El tipo de protección 'Ex d' es el único tipo de protección basado en la contención de la explosión dentro
de la caja o gabinete. Los componentes eléctricos que podrían encender una atmósfera explosiva se
encuentran dentro de un recinto que puede soportar la presión de una explosión de la mezcla explosiva
que se ha formado en el interior debido a la penetración de un gas o vapor (estanqueidad a la presión).
El recinto también debe prevenir la transmisión de la explosión a la atmósfera explosiva que rodea el
recinto (antideflagrante).
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Aplicaciones: Diversos equipos eléctricos que, durante el funcionamiento normal, dan lugar a chispas o
altas temperaturas: interruptores, seccionadores, lámparas, unidades de control y señalización,
motores, transformadores MT/BT, instrumentación, etc.
Pressurized apparatus – p IEC 60 079-3 (Aparatos presurizados)
El tipo de protección 'Ex p', protección mediante un aparato de presurización, consiste en introducir un
gas de protección contra ignición en el recinto para mantenerlo a una presión superior a la de la
atmósfera externa, evitando así la formación de una atmósfera explosiva en el interior del propio
recinto. El gas de protección puede estar compuesto de aire o gas inerte, como nitrógeno. Si la
sobrepresión falla, la unidad de control causa una alarma o apagado del equipo presurizado. También
puede aplicarse la técnica de sobrepresión interna, esencialmente con las mismas características, para
polvos combustibles mediante la aplicación de la norma específica. En este caso, el marcado es 'Ex pD'.
Aplicaciones: Transformadores MT/BT, maquinaria eléctrica grande (como una alternativa a la
protección «Ex e»), automatización y Paneles de instrumentación, sistemas de control de procesos
industriales (gases cromatógrafos, analizadores), cabinas de análisis y habitaciones presurizadas.
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Intrinsic safety – I IEC 60 079-11 (Seguridad intrínseca)
La seguridad intrínseca utiliza el principio de limitación de energía. En un circuito con seguridad
intrínseca no hay chispas ni efectos térmicos en condiciones normales de funcionamiento y en las
condiciones de falla especificadas por las normas, que sean capaces de encender una mezcla explosiva
dada, basada en el grupo de gases (IIA, IIB y IIC). Esto es posible si las características del circuito y sus
componentes son tales que limitan la energía acumulada y liberada por el propio circuito.
Aplicaciones: La seguridad intrínseca se aplica a la medición, el control e instrumentación reglamentaria
utilizable en procesos industriales, sistemas de telecomunicaciones y equipos portátiles.
Oil immersion- o IEC 60 079-6 (Baño de aceite)
Un tipo de protección en el que el aparato eléctrico o parte de aparato eléctrico es sumergido en
aceite de manera tal que una atmósfera explosiva, que puede generarse arriba del aceite o afuera de
la caja protectora no pueda encenderse.
Aplicaciones: Transformadores (usado en el presente muy raras veces)
De acuerdo con este medio de protección todas las partes eléctricas están sumergidas en un aceite no
inflamable o de baja inflamabilidad, que previene que la atmósfera externa entre en contacto con los
componentes eléctricos. El aceite sirve muchas veces como refrigerante.
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Powder filling – q IEC 60 079-5 (Relleno de polvo)
Un tipo de protección en el que la cubierta del aparato eléctrico está rellena de un material en estado
de gránulos finos de modo que, en las previstas condiciones de operación, cualquier arco que se
produzca dentro de la caja de un aparato eléctrico no encenderá la atmósfera circundante. Ninguna
ignición será ocasionada por llamas o temperatura excesivamente elevada de las superficies de la
caja.
Aplicaciones: Transformadores, condensadores, cintas calentadoras, cajas de conexión, ensambles
electrónicos.
Este medio de protección es similar al del aceite, excepto que la segregación se logra llenando la caja
con material particulado fino de manera tal que el arco eléctrico generado dentro de la caja no resultará
en la ignición de la atmósfera circundante.
El material debe colocarse de manera tal que no haya espacios vacíos. Generalmente se utiliza polvo de
cuarzo y su granularidad debe cumplir con los requerimientos de la norma.
Encapsulation – m IEC 60 079-18 (Encapsulado)
En el tipo de protección «Ex m», el material eléctrico, o sus componentes, que podrían encender una
atmósfera explosiva por medio de chispas o calor se "segregan" (encapsulan) para que la atmósfera
explosiva no pueda encenderse. El encapsulado de componentes que están particularmente sujetos a
los factores ambientales, en particular los eléctricos, factores térmicos, mecánicos y químicos, se logra
mediante el uso de resinas. El equipo 'Ex mb' es adecuado para la zona 1, mientras que el 'Ex ma' la
protección también es aplicable en la zona 0. El tipo de protección 'Ex mD' se basa en un encapsulado
que está sellado a la penetración de polvo y limita la temperatura de la superficie.
Aplicaciones: La protección 'Ex m' se puede aplicar a fusibles, condensadores, bobinados,
transformadores, electroválvulas, sensores y dispositivos electrónicos en general.
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Certificadores – USA


UL, CSA y FM certifican productos para uso en áreas peligrosas cuando una atmósfera
explosiva puede estar presente.
Las certificaciones cubren clasificación en División y Zonas para aplicaciones en EEUU y Canadá
de acuerdo a UL 1604, IEC/UL 60079-15 y CSA C22.2 No.142-M1987.
Certificadores – Europa

INERIS/ NEMKO/ LCIE/ BASEEFA
CENELEC procura armonizar las normas eléctricas de todos los países miembros de la Unión Europea
(CEE). Generalmente, se utilizan las normas IEC. Sin embargo, en ciertas instancias en las que se
considera que las normas IEC no son lo suficientemente explícitas, CENELEC define en forma más precisa
los requerimientos. Las naciones miembros del CENELEC, que incluye a los países de la CEE y otros,
adhieren a estas regulaciones internacionales.
CENELEC, Comité Europeo de Normalización Electrotécnica, es una organización europea para la
difusión y aplicación de normas voluntarias dentro de los países miembros.
Clasificación de Zonas según IEC 60079-10
Para realizar la clasificación de zonas de una planta es necesario realizar un estudio detallado que
implica el análisis de la posibilidad de aparición de atmósfera de gas explosiva de acuerdo con las
definiciones de zona 0, zona 1 y zona 2, o de atmósfera explosiva de polvo, según las definiciones de
zona 20, zona 21 y zona 22. Este planteamiento requiere, por tanto, el examen detallado de cada equipo
de proceso que contenga sustancias inflamables, y que represente una fuente potencial de escape.
Los procesos industriales se deben diseñar para que las plantas o establecimientos NO sean peligrosos o,
en última instancia, zona 2 (gases) o zona 22 (polvos). Cuando sea inevitable un escape, se debe intentar
acotarlo a grado secundario, y si esto no es posible, la cuantía del escape debe ser mínima.
La metodología de la clasificación de zonas en base a la norma UNE/IEC 60079-10 tiene por objeto la
clasificación de plantas y/o establecimientos de procesos peligrosos donde los riesgos son debidos a la
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presencia de gases o vapores inflamables a fin de poder seleccionar e instalar adecuadamente los
aparatos eléctricos que se usarán en esas áreas.
El primer paso, al afrontar la clasificación en zonas, es conocer y analizar las características del material
(para gases: densidad, punto de destello, límites de explosividad; para polvos: tamaño de partícula,
humedad del polvo, temperatura mínima de ignición en nube y capa y su resistividad).
La clasificación de zonas se basa en determinar la presencia de fuentes de escape (y de acumulaciones
de polvo, en su caso) y en la probabilidad de que se puedan formar mezclas explosivas gas/aire,
vapor/aire o polvo/aire.
Sólo cuando se evalúe la probable frecuencia y duración del escape (grado de escape), la tasa de escape,
la concentración, la ventilación y otros factores que afectan al tipo y extensión de la zona, se tiene una
base apropiada para determinar la posible presencia de una atmósfera de gas o de polvo explosiva en
las zonas circundantes.
Cualquier cambio en los equipos o en el proceso que son objeto de la clasificación de zonas implican una
revisión de la clasificación. Las operaciones de mantenimiento en equipos que afecten a la clasificación
de zonas deben asegurar la no modificación de las condiciones de seguridad del equipo antes de la
puesta en servicio.
Procedimiento para la clasificación de áreas.
La decisión de clasificar un área se basa en la probabilidad de que estén presentes gases, vapores o
polvos inflamables o combustibles. Las fuentes posibles de emisión incluyen venteos de equipos de
proceso y/o instrumentos, bridas, válvulas de control, drenajes, sellos de bombas y compresores,
accesorios de cañerías, etc. Es necesario identificar donde puede existir una atmósfera inflamable
dentro de una planta de proceso, o donde el escape de material inflamable puede crear una atmósfera
explosiva externa a la planta de proceso. Si alguno de los dispositivos o partes de equipos indicados
precedentemente contiene material inflamable, pero éste no puede escaparse a la atmósfera (por
ejemplo, una cañería totalmente soldada), no se lo considera una fuente de escape.
De acuerdo con lo expresado en la norma IEC 600079 – Parte 10, los elementos básicos para establecer
los tipos de zonas peligrosas para gases/vapores son la identificación de las fuentes de escape y la
determinación del grado de escape.
Como una atmósfera explosiva puede existir sólo si un vapor o un gas inflamable está presente en el
aire, es necesario decidir si alguno de esos materiales inflamables puede existir en el área en estudio.
Generalmente, estos gases y vapores están contenidos dentro del equipamiento de proceso, que puede,
o no, estar totalmente contenido. Por ello, es necesario identificar dentro de la planta de proceso donde
puede estar presente una atmósfera peligrosa, o donde el escape de material inflamable puede dar
lugar a la formación de una atmósfera peligrosa.
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ROBERTO E. VARELA
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Fuentes de escape
Las potenciales fuentes de escape de material inflamable son los distintos equipos tales como bombas,
cañerías, recipientes, tanques, conexiones bridadas y/o roscadas, etc., que forman parte del proceso.
Una vez identificada las fuentes de escape, es necesario determinar el grado de escape de acuerdo con
las definiciones, considerando la frecuencia probable y la duración del escape. Cada fuente de escape
puede ser clasificada como “continua”, de “primer grado” o de “segundo grado”.
Tipos de zona.
El tipo de zona depende de la probabilidad de la presencia de una atmósfera explosiva, del grado de la
fuente de escape y de la ventilación. Como dijimos, se clasifican en:
Zona 0, Zona 1 y Zona 2.
Normalmente una fuente de escape continuo da lugar a una zona 0; una de primer grado da lugar a una
zona 1 y una de segundo grado da lugar a una zona 2.
Extensión de la zona.
La extensión de las zonas dependerá de los parámetros físicos y químicos detallados a continuación.
Algunos de ellos son propiedades intrínsecas de la sustancia inflamable y otros son específicos del
proceso.
Caudal de escape del gas o del vapor.
Cuanto mayor es la velocidad de escape, mayor será la extensión de la zona. La velocidad de escape
depende de otros parámetros, como:
a. Geometría de la fuente de escape.
b. Velocidad de escape.
c. Concentración
d. Volatilidad del líquido inflamable
e. Temperatura del líquido.
Límite Inferior de Explosividad (LIE)
Para un volumen liberado, cuanto menor sea el LIE, mayor será la extensión de la zona.
Ventilación
La ventilación del emplazamiento es un factor importante en la planta, tanto del tipo como de la
extensión de una zona, puesto que juntamente con las características del escape, nos determinará la
frecuencia, duración y extensión del área donde la concentración de gas o vapor está dentro del rango
de explosividad.
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Con el aumento de la ventilación, la extensión de la zona se reducirá. Los obstáculos que impiden la
ventilación pueden incrementar la extensión de la zona. Por otro lado, algunos obstáculos, como diques,
paredes o cielorrasos, pueden limitar la extensión.
Principales tipos de ventilación:
a. Ventilación natural
b. Ventilación artificial, forzada, general o local
Tanto la natural, como la forzada, permiten la dilución del gas o vapor inflamable en el aire para reducir
la concentración del contaminante. Con un dimensionado adecuado de la ventilación se puede aportar
el suficiente caudal de aire para que la concentración de inflamables esté por debajo del Límite Inferior
de Explosividad (LIE) y se consiga, por tanto, una atmósfera no explosiva.
Grados de ventilación.
El grado o la cantidad de ventilación es el factor más importante que está relacionado directamente con
los tipos de fuente de escape y sus correspondientes caudales de escape. Este es independiente del tipo
de ventilación, o de la velocidad del viento o del número de renovaciones de aire por unidad de tiempo.
Así se pueden lograr condiciones óptimas de ventilación en un área peligrosa y cuanto mayor sea el
grado de ventilación con respecto a las cantidades liberadas, menor será la extensión de las zonas (áreas
peligrosas), reduciéndolas en algunos casos a una extensión despreciable (área no peligrosa).
Se reconocen tres grados de ventilación:
Ventilación alta: puede reducir la concentración de una fuente de escape prácticamente en forma
instantánea, resultando en una concentración por debajo del LIE. Así resulta en una zona de tamaño
pequeño.
Ventilación media: puede controlar la concentración resultando en una situación estable, donde la
concentración de la zona adyacente está por debajo del LIE, mientras existe escape y donde la
atmósfera explosiva no persiste indebidamente después que el escape ha finalizado.
Ventilación baja: no se puede controlar la concentración mientras existe el escape y/o no se puede
evitar la presencia de la atmósfera explosiva después que el escape ha finalizado.
Disponibilidad de la ventilación.
La disponibilidad de la ventilación tiene influencia en la presencia o en la formación de una atmósfera
explosiva y también en el tipo de zona. Se consideran tres niveles de disponibilidad:
- Buena: la ventilación actúa prácticamente en forma continua.
- Regular: se espera que la ventilación actúe en operación normal. Se admiten discontinuidades
teniendo en cuenta que ellas ocurren esporádicamente y por períodos cortos.
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- Pobre: ventilación que no se puede considerar buena o deficiente, pero no se esperan
discontinuidades por períodos largos.
Densidad relativa del gas o del vapor cuando se libera.
Si el gas o vapor es significativamente más liviano que el aire, se moverá hacia arriba. Si es
significativamente más pesado, tenderá a acumularse en el piso. La extensión de la zona a nivel del piso
aumentará con el aumento de la densidad relativa y la extensión vertical por encima de la fuente de
escape se incrementará con la disminución de la densidad relativa.
Nota. En la práctica se considera que un gas o vapor con densidad relativa menor a 0,8 se considera más liviano
que el aire. Si la densidad relativa es mayor a 1,2 se considera más pesado que el aire. Entre esos dos valores, se
deben considerar ambas posibilidades.
Otros parámetros por considerar:
a.- Condiciones climáticas
b.- Topografía
Etapas para la clasificación de áreas.
Las etapas necesarias para realizar la clasificación de áreas con presencia de gases o vapores inflamables
son:
1.- Verificar si en el sitio considerado se procesan o almacenan o manejan sustancias que generan o
pueden generar gases, vapores o nieblas inflamables tanto en el área en estudio como en el área
adyacente.
2.- Si la respuesta a la pregunta anterior es afirmativa, habrá que efectuar la clasificación.
3. - Cada equipo de proceso (compresores, bombas, tanques, etc.) se constituye como una potencial
fuente de escape, por lo que deben estudiarse sus características de operación (presión, temperatura,
etc.), las causas y las cantidades de escape de las sustancias inflamables identificadas.
4. - Actuar, si es posible, sobre los equipos y las condiciones de operación para reducir los grados de las
fuentes de escape, reduciendo la frecuencia y tiempos de escape.
5. - Determinar el tipo y nivel de ventilación.
6.- Determinar el tipo de la zona o zonas asociadas a las fuentes de escape, en función de los factores
anteriores.
7. - Actuar, si es posible sobre la ventilación para reducir los tipos de zona.
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8. - Estudiar los factores que influyen en la extensión y configuración de las zonas. Actuar si es posible
sobre ellos para reducir las áreas clasificadas.
9. - Determinar la extensión y configuración de las zonas.
9.1 - El área se clasificará como Zona 0 si se responde afirmativamente una de las siguientes preguntas:
9.1.1 - Existe en forma permanente una concentración inflamable de gas o vapor en la
atmósfera del área?
9.1.2 - Existe en forma frecuente (mayor a 10% del tiempo) una concentración inflamable de gas
o vapor en la atmósfera del área debido a mantenimiento, reparaciones o pérdidas?
9.2 - Una vez determinada la Zona 0, se clasificará como Zona 1 el área si se responde
afirmativamente una de las siguientes preguntas:
9.2.1 - Existe en condiciones operativas normales una concentración inflamable de gas o vapor
en la atmósfera del área?
9.2.2 - Existe en forma frecuente (menor a 10% del tiempo) una concentración inflamable de gas
o vapor en la atmósfera del área debido a mantenimiento, reparaciones o pérdidas?
9.2.3 - Puede una falla en el equipamiento de proceso, almacenamiento, transferencia o similar
causar una falla en el sistema eléctrico que pueda generar una fuente de energía en forma
simultánea con la emisión a la atmósfera de concentraciones inflamables de gas o vapor?
9.2.4 - ¿Se manejan, procesan o almacenan líquidos o gases inflamables en un área ventilada en
forma inadecuada?
9.2.5 - ¿Para líquidos inflamables con vapores más pesados que el aire, la ventilación es
inadecuada para ventilar todas las áreas donde puedan acumularse vapores inflamables?
9.3 - Una vez determinadas las Zonas 0 y 1, se clasificará como Zona 2 el área si se responde
afirmativamente una de las siguientes preguntas:
9.3.1 - ¿En un sistema que contiene líquidos o gases inflamables en áreas adecuadamente
ventiladas, puede escapar líquido o gas de fuentes potenciales (válvulas de alivio abiertas a la
atmósfera, o sellos de bombas) como resultado de una operación anormal?
9.3.2 - ¿El área en estudio, es adyacente a un área clasificada como Zona 1?
10. - Presentar la información recogida en tablas y planos de clasificación.
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Ejemplo de Estudio de clasificación de una instalación de GLP
El Gas Licuado de Petróleo (GLP) se obtiene como subproducto de la refinación de petróleo crudo. El
GLP puede contener Butano, Propano, Isobutano y compuestos no saturados con 3 a 4 átomos de
carbono. Los componentes principales del GLP que se encuentra disponible para comercialización son
gases de butano y de propano. Las cantidades de cada gas en las mezclas disponibles son variables. El
GLP es normalmente consumido como combustible en aplicaciones industriales y domésticas, además
de utilizarse como propelente de aerosoles en la industria química.
GLP es un gas a presión y temperatura normal. Es licuado por presurización y enfriamiento. El líquido y
el gas no tienen color, ni olor. La nube de vapor que se forma a partir de líquido derramado puede
tomar color blanco debido a la condensación y congelamiento de la humedad presente en el aire.
Es una sustancia extremadamente inflamable. En el aire se forman fácilmente concentraciones
explosivas. Las mezclas GLP / Aire pueden viajar a ras del suelo largas distancias hasta encontrar una
fuente de ignición.
Propiedades del gas
Peso Molecular: 44.096 g/mol
Fase Sólida
•
Punto de fusión: -187.7 °C
•
Calor latente de fusión (1,013 bar, en el punto triple): 94.98 kJ/kg
Fase líquida
•
Densidad del líquido (1.013 bar en el punto de ebullición): 582 kg/m 3
•
Equivalente Líquido/Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)): 311 vol/vol
•
Punto de ebullición (1.013 bar): - 42.1 °C
•
Calor latente de vaporización (1.013 bar en el punto de ebullición): 425.31 kJ/kg
•
Presión de vapor (a 21 °C o 70 °F): 8.7 bar (8.7 E05 Pa)
Punto Crítico
•
Temperatura Crítica: 96.6 °C
•
Presión Crítica: 42.5 bar
Fase gaseosa
•
Densidad del gas (1.013 bar en el punto de ebullición): 2.423 kg/m 3
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•
Densidad del Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)): 1.91 kg/m3
•
Factor de Compresibilidad (Z) (1.013 bar y 15 °C (59 °F)): 1.0193
•
Gravedad específica (aire = 1) (1.013 bar y 21 °C (70 °F)): 1.55
•
Volumen Específico (1.013 bar y 21 °C (70 °F)): 0.543 m 3/kg
•
Capacidad calorífica a presión constante (Cp) (1 bar y 25 °C (77 °F)): 0.075 kJ/(mol.K)
•
Capacidad calorífica a volumen constante (Cv) (1 bar y 25 °C (77 °F)): 0.066 kJ/(mol.K)
•
Razón de calores específicos (Gama:Cp/Cv) (1 bar y 25 °C (77 °F)): 1.134441
•
Conductividad Térmica (1.013 bar y 0 °C (32 °F)): 15.198 mW/(m.K)
Misceláneos
•
Solubilidad en agua (1.013 bar y 20 °C (68 °F)): 0.039 vol/vol
•
Temperatura de Auto-ignición: 470 °C
Mayores riesgos
•
Peligro mayor: Riesgo de Incendio
•
Toxicidad (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition): 2500 ppm
•
Límites de Inflamabilidad en aire (en condiciones Estándar de Temperatura y Presión): 2.2-9.5
vol %
•
Olor: Levemente Desagradable
•
Código ONU: UN1978
•
Número EINECS: 200-827-9
•
DOT Label (USA): FG
•
DOT Hazard class (USA): Gas Inflamable
Peligros Potenciales
Incendio o explosión





Extremadamente inflamable.
Se encenderá fácilmente por calor, chispas o llamas.
Formará mezclas explosivas con el aire.
Los vapores de gas licuado son inicialmente más pesados que el aire y se esparcen a través del
piso.
Los vapores pueden viajar a una fuente de encendido y regresar en llamas.
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
Los cilindros expuestos al fuego pueden ventear y liberar gases inflamables a través de los
tapones fundidos.
 Los contenedores pueden explotar cuando se calientan.
A la salud




Los vapores pueden causar mareos o asfixia sin advertencia.
Algunos pueden ser irritantes si se inhalan en altas concentraciones.
El contacto con gas o gas licuado puede causar quemaduras, lesiones severas y/o quemaduras
por congelación.
El fuego puede producir gases irritantes o venenosos.
Seguridad publica






Llamar primero al número de teléfono de respuesta en caso de emergencia en el documento de
embarque. Si el documento de embarque no está disponible o no hay respuesta, diríjase a los
números telefónicos enlistados en el forro de la contraportada.
Cómo acción inmediata de precaución aísle el área del derrame o escape como mínimo 100
metros (330 pies) en todas las direcciones.
Mantener alejado al personal no autorizado.
Permanezca en dirección del viento.
Muchos de los gases son más pesados que el aire y se dispersan a lo largo del suelo y se
juntan en las áreas bajas o confinadas (alcantarillas, sótanos, tanques).
Manténgase alejado de las áreas bajas.
Ropa protectora


Use el equipo de aire autónomo de presión positiva (SCBA).
El traje para bomberos profesionales proporcionara solamente protección limitada.
Evacuación
Derrame Grande: Considere la evacuación inicial a favor del viento de por lo menos 800 metros (1/2
milla).
Incendio: Si un tanque, carro de ferrocarril, tanque o autotanque está involucrado en un incendio, AISLE
a la redonda a 1600 metros (1 milla) también, considere la evacuación inicial a la redonda a 1600 metros
(1 milla).
Respuesta de emergencia
En caso de Fuego: No extinga un incendio de fuga de gas a menos que la fuga pueda ser detenida.
Incendio Pequeño: Polvos químicos secos o CO2.
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Incendio Grande: Use rocío de agua o niebla. Mueva los contenedores del área de fuego si lo puede
hacer sin ningún riesgo.
Incendio que involucra Tanques: Combata el incendio desde una distancia máxima o utilice soportes
fijos para mangueras o chiflones reguladores. Enfríe los contenedores con chorros de agua hasta mucho
después de que el fuego se haya extinguido. No ponga agua directamente a la fuente de la fuga o
mecanismos de seguridad; puede ocurrir congelamiento. Retírese inmediatamente si sale un sonido
creciente de los mecanismos de seguridad de las ventilas, o si el tanque se empieza a decolorar. Siempre
manténgase alejado de tanques envueltos en fuego.
Para incendio masivo: utilizar los soportes fijos para mangueras o los chiflones reguladores; si esto es
imposible, retirarse del área y dejar que arda.
Derrame o fuga: Eliminar todas las fuentes de ignición (no fumar, no usar bengalas, chispas o llamas en
el área de peligro). Todo el equipo que se use durante el manejo del producto deberá estar conectado
eléctricamente a tierra. Detenga la fuga, en caso de poder hacerlo sin riesgo. No tocar ni caminar sobre
el material derramado. No ponga agua directamente al derrame o fuente de la fuga. Use rocío de agua
para reducir los vapores; o desviar la nube de vapor a la deriva. Evite que flujos de agua entren en
contacto con el material derramado. Si es posible, voltee los contenedores que presenten fugas para
que escapen los gases en lugar del líquido. Prevenga la entrada hacia vías navegables, alcantarillas,
sótanos o áreas confinadas. Aísle el área hasta que el gas se haya dispersado.
Fuente: Guía de Respuesta en Caso de Emergencia 2008GRE Página 205, GASES INFLAMABLES
(INCLUYENDO LÍQUIDOS REFRIGERADOS).
Clasificación de áreas en la Planta GLP - Ejemplo
Introducción.
Tal como se indicó anteriormente, la Norma IEC 600079 – 10, Sección 1 – Generalidades, expresa que
para las recomendaciones relativas a la extensión de la clasificación de áreas en industrias específicas o
para ciertas aplicaciones, esta guía se debe complementar con las recomendaciones y códigos relativos a
dichas industrias. Por tratarse de gas licuado de petróleo (GLP) en una planta ubicada en Provincia de
Buenos Aires, R. Argentina, se utilizó la “Recomendación Práctica API RP 505” del Instituto del Petróleo
Norte Americano (API) y la Norma para “Proyecto Construcción Y Operación de Plantas de
Almacenamiento de Gases Licuados de Petróleo NAG 112” del Ente Nacional Regulador del Gas
(ENARGAS) de Argentina.
En el estudio realizado, se adjuntaron como anexos, los siguientes documentos:
Anexo 1 - Hoja de Datos para la Clasificación del área: Lista de materiales inflamables y sus
características
Anexo 2 - Hoja de Datos para la Clasificación del área: Lista de fuentes de escape
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Anexo 3.- Se muestra la clasificación de las áreas en plano de planta y de detalle.
Anexo 4.- Recomendaciones
Metodología empleada.
Tal como se indica anteriormente, se pueden emplear dos métodos para la determinación de la
extensión de las áreas clasificadas:
1.- Método basado en cálculos matemáticos: IEC 60079 - 10
2.- Método Gráfico: NAG 112 y/o API RP 500 / 505
Norma IEC 60079 – 10
La metodología para la clasificación de zonas analizada se basa en la norma IEC 60079-10 cuyo objeto es
la clasificación de los emplazamientos peligrosos donde los riesgos son debidos a la presencia de gas o
vapor inflamables a fin de poder seleccionar e instalar adecuadamente los aparatos para usar en los
citados emplazamientos.
Para seguir el procedimiento indicado en esta norma debemos acudir en determinados momentos a
otras normas y guías para conseguir datos que son necesarios a la hora de la determinación de las zonas
peligrosas. En este caso se utilizó la norma-guía CEI 31-35 del Comité Electrotécnico Italiano. Cabe
aclarar que está Guía ha sido revocada, pero la metodología desarrollada permite comprender algunos
aspectos que no están claros en la norma IEC 60079-10-1.
Norma API / RP 505
El Código EI-15 del Energy Institute (EI) de Gran Bretaña, la Recomendación Práctica API RP 505 y el NAG
112 del ENARGAS, presentan métodos alternativos que combinan gráficos y tablas para la
determinación del tipo y extensión del área clasificada, tomando en cuenta sí:
a.- El equipamiento está en área no confinada, adecuadamente ventilada y conteniendo fuentes de
vapores o gases más pesados que el aire.
b.- El equipamiento está en área no confinada, adecuadamente ventilada y conteniendo fuentes de
vapores o gases más livianos que el aire.
Por ejemplo: API RP 505 Anexo D, dice que, para el desarrollo del método se consideraron básicamente,
conceptos derivados de la Publicación EI-15 Anexo B, del Energy Institute y de publicaciones de la NFPA
como la NFPA 497 y la NFPA 30.
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Concepto de “Punto Fuente”
Este método descripto en el Anexo D de API RP 505 es una alternativa para la clasificación de sitios no
confinados y adecuadamente ventilados en plantas petroleras en base a la naturaleza de las emisiones
de sustancias potencialmente inflamables.
El desarrollo de la clasificación de áreas y sus fronteras utilizando el concepto de “Punto Fuente” incluye
la creación individual de los límites de las áreas clasificadas para todas las fuentes potenciales y luego
superponerlas con el fin de desarrollar los límites de las áreas clasificadas para todas las fuentes
combinadas. Usualmente el límite compuesto es simplificado y extendido más allá del definido para
cada punto individual.
Este método reconoce que como la cantidad de fuentes potenciales es reducida, la extensión de las
áreas clasificadas tiende a ser reducida. También, otros factores tales como la volatilidad de los
materiales emitidos, la cantidad de la emisión, el clima, la naturaleza de la emisión y la velocidad del
material emitido, pueden tener influencia en los límites que tendrán las áreas clasificadas. Este método
incluye esquemas para la clasificación de áreas que consideran la volatilidad y la velocidad de emisión.
La norma IEC 60079-10 no indica la tasa de emisión ni los posibles orificios de escape. Para determinar
los posibles orificios de escape se acudió a la norma CEI 31.35 la cual, no solo nos indica el posible
orificio de escape, sino además nos indica la tasa de emisión en función de una serie de parámetros.
Concepto de “Radio Peligroso”
En API / RP 505 este concepto es una función de dos parámetros: la volatilidad del material o sustancia
que está siendo emitido y la velocidad de la emisión del mismo. Para materiales menos volátiles a
velocidad de emisión baja, el radio peligroso es muy pequeño. Para materiales más volátiles con
velocidad de emisión baja, o para materiales menos volátiles con velocidad de emisión alta, el radio
peligroso es de media distancia. Para materiales altamente volátiles con velocidad de emisión alta, el
radio peligroso es grande.
La velocidad de emisión tiene una influencia significativa sobre el radio peligroso. Altas velocidades de
emisión, normalmente emisiones por encima de 15.25 m/seg, casi siempre resultan en la vaporización
(en forma de niebla) del material. Esa niebla en conjunto con vientos moderados puede resultar en un
radio peligroso relativamente grande. De manera similar, emisiones a baja velocidad, normalmente
consideradas emisiones por debajo de 3.05 m/seg, no son influenciadas por las condiciones climáticas y
el radio peligroso puede ser relativamente pequeño.
Niebla, velocidad de emisión de vapor, y volatilidad son factores importantes para considerar cuando se
desarrollan los límites de áreas clasificadas.
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Determinación de la categoría de Volatilidad
En API / RP 505 la inflamabilidad de líquidos, vapores y gases está bien documentada en distintas
publicaciones (por ej. NFPA 30, Código de Líquidos combustibles e inflamables). La volatilidad de un
material puede tener un impacto significativo en la clasificación de área. La Figura D.1 de API RP 505 es
una gráfica utilizada para determinar la volatilidad de un material en base a la temperatura del fluido de
proceso y la presión de vapor del fluido. El concepto básico para este enfoque está derivado de la
publicación IP 15 del Energy Institute, “Código de clasificación de áreas para instalaciones petroleras,
Apéndice B”. Los datos relativos a la inflamabilidad de materiales específicos se han realizado en base a
varios documentos de NFPA.
Los líquidos, vapores y gases inflamables se agrupan en cinco Categorías de Volatilidad:
1.- Categoría G. Incluye fluidos inflamables manejados o procesados como gases o vapores.
2.- Categoría 1. Incluye GLP e hidrocarburos livianos (butano y más livianos) y líquidos combustibles e
inflamables pesados con presión de vapor por encima de 70 psia a la temperatura de operación. La
emisión de estos materiales casi siempre se vaporiza completamente en un corto período de tiempo.
Los materiales Categoría 1 casi inmediatamente se vaporizan aun cuando son procesados como líquidos.
Por ejemplo, cuando propano líquido es emitido, inmediatamente pasa a fase vapor. A 90º F y 150 psi,
un tercio del propano se vaporiza inmediatamente y enfría el líquido a – 44º F, el líquido continúa su
ebullición y se vaporiza en la medida que absorbe calor desde el piso.
3.- Categoría 2. En esta categoría se consideran materiales que son líquidos inflamables Clase 1A
operados a temperaturas que producen una presión de vapor de 70 psia o menor y todos los líquidos
combustibles e inflamables con presión de vapor entre 14.7 psia y 70 psia a la temperatura de
operación. Pentano es un ejemplo de líquido combustible Clase 1A.
4.- Categoría 3. En esta categoría se consideran materiales que son líquidos inflamables Clase 1B
operados a temperaturas que producen una presión de vapor menor a 14.7 psia menor y todos los
líquidos combustibles e inflamables con presión de vapor menor a 14.7 psia cuando la temperatura de
proceso o de almacenamiento está por encima del punto de destello (flash point) del material.
5.- Categoría 4.- En esta categoría se consideran todos los materiales Clase II y más pesados operados
por encima de sus puntos de destello.
La norma IEC 60079-10 brinda las fórmulas para determinar los parámetros Vz (volumen hipotético de la
nube de gas) y t (tiempo de permanencia) para determinar el grado de ventilación.
Además, la norma IEC 60079-10 nos define la disponibilidad de la ventilación y se determina el tipo de
zona, en función del grado de la fuente de emisión, el grado de ventilación y la disponibilidad de esta.
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También la norma IEC 60079-10 brinda las fórmulas para calcular el caudal de ventilación mínimo
teórico para diluir un escape de material inflamable conocido para llevarlo por debajo de su límite
inferior de explosividad. Para el cálculo del caudal de gas inflamable emitido a la atmósfera se utilizan
una serie de fórmulas de mecánica de fluidos extraídas de la guía CEI 31 – 35.
Determinación del radio peligroso
En API / RP 505 una vez determinada la categoría de volatilidad, debe determinarse el radio peligroso y
la extensión del área clasificada. El radio peligroso es una función de la volatilidad del material, de la
velocidad de emisión y de la velocidad de dispersión de los gases o vapores.
API RP 505 incluye la determinación del radio tanto para Fuentes de Gas o Vapor más pesados que el
aire contenidas en sitios adecuadamente ventilados y no confinados; como para Fuentes de Gas o Vapor
más livianos que el aire contenidas en sitios adecuadamente ventilados y no confinados. Para ello
incluye distintas figuras y tablas que permiten determinar el radio peligroso para distintos tipos de
fuentes de emisión de materiales combustibles e inflamables.
La norma UNE 60.079-10 no indica fórmulas para determinar con exactitud la extensión de zonas. Este
es el punto más conflictivo ya que se debe determinar la zona con riesgo de incendio y explosión, para
ello se puede utilizar la Guía CEI 31-35 donde a través de una serie de fórmulas se indica con exactitud la
posible zona con riesgo de incendio y explosión.
Datos generales de Propano.
El Propano comercial generalmente se entrega a presiones de 5 bar absolutos (4 bar manométricos) a
45º C de temperatura ambiente. Bajo presión modesta, el propano es líquido, pero cuando hay una
emisión en aire a la presión ambiente, rápidamente entra en ebullición y forma un gas que, mezclado
con el aire forma atmósferas potencialmente explosivas. Las cañerías y recipientes deben instalarse
apropiadamente con un número mínimo de bridas/juntas y deben protegerse apropiadamente contra
daños. Idealmente, no debe haber bridas/juntas en áreas confinadas.
Equipamiento revisado y clasificado.
Tanques de Almacenamiento de Propano.
En la instalación bajo estudio, el propano (GLP) es almacenado en tanques fijos, que son recargados
periódicamente con camiones tanque. Los tanques de propano están instalados dentro de la planta, en
lugar apropiado por el que no circulan vehículos o personal si no es necesario.
Los tanques tienen venteos o ventilaciones, que previenen que se produzca una excesiva presión
interior, pero la válvula de alivio de presión asociada no está diseñada para aliviar la presión interior
durante la descarga o en uso normal, sólo en caso de emergencias.
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Los tanques cuentan además con conexiones a cañerías para carga desde camiones y descarga del
propano hacia el sistema de vaporización y mezcla con aire comprimido para entregar a la red de
consumo interno una mezcla propano – aire con un poder calorífico similar al del gas natural; para
retorno de líquido y para purga. Otros orificios en los tanques son los necesarios para la medición de
nivel, presión y temperatura del propano almacenado en los tanques.
La instalación cuenta con dos (2) Tanques de 200 m3 cada uno. El diseño de los tanques se ajusta a los
requerimientos de ENARGAS, establecidos en la norma NAG – 112.
Generalidades
Los dos tanques poseen una plataforma en la parte superior, sobre la cual pueden observarse:

Válvula Multiport con cuatro válvulas de seguridad

Válvula Duoport con dos válvulas de seguridad

Boca de hombre

Salida de líquido con tapa ciega

Tapa ciega para flujo de vapor
En la plataforma lateral se observan:

Termómetro

Transmisor de nivel rotativo

Manómetro

Nivel fijo de producto al 85%
En la parte inferior se encuentran los siguientes accesorios:

Cañería de entrada de GLP líquido con válvula de bloqueo manual y válvula de exceso de
flujo.

Cañería de retorno de GLP líquido con válvula de bloqueo manual y válvula de exceso de
flujo.

Cañería de salida de GLP vapor con válvula de bloqueo manual y válvula de exceso de
flujo.

Cañería de salida de GLP líquido con válvula de bloqueo manual y válvula de exceso de
flujo.

Cañería de drenaje de GLP con doble válvula de bloqueo manual.
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Fuentes de Emisión
Continuas
La masa gaseosa existente en el interior de los tanques en servicio normal, por encima del nivel del
líquido almacenado, a los fines prácticos no contiene aire, siendo su concentración muy superior al LES
(límite explosivo superior). Por lo tanto, no es probable la formación de una atmósfera de tipo explosivo
en el interior de los tanques, no existiendo fuentes de liberación de grado continuo.
Primarias
Se han clasificado como fuentes de liberación de este grado a las conexiones para el drenaje de agua,
debido a que, si bien no se emplean frecuentemente, pueden en cualquier momento ser accionados,
liberando vapores inflamables al exterior.
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Secundarias
Se ha clasificado como fuentes de liberación de grado secundario a todo elemento susceptible de
roturas o daños parciales en forma eventual.
Entre estos elementos pueden citarse:


Bridas de las conexiones de entrada / salida de los tanques
Bridas y sellos de las válvulas
Se han clasificado del mismo grado los alivios de presión ubicados en la parte superior de cada tanque,
cuyo accionamiento posee una baja probabilidad de ocurrencia.
Ventilación

Natural
Zonas que originan
Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, la ventilación existente, como así también lo
establecido por las normas IRAM-IAP-IEC, se obtienen áreas con riesgo de explosión clasificadas como
zonas 1 y 2.
Determinación por cálculo del área clasificada.
Aplicando la metodología de cálculo indicada en IEC 60079 – 10, se obtienen los siguientes resultados:
Emisión de GLP debido a:
Orificio en el tanque
Características del escape

Material inflamable
gas propano

Masa molecular del propano
44,1 (kg/kmol)

Fuente de escape
Orificio en tanque en sector líquido

Diámetro del orificio de escape:
6,25 mm

Límite inferior de explosividad (LIE)
0,039 kg/m3 (2,1 % vol.)

Grado de escape
Segundo grado

Factor de seguridad k
0,25

Caudal de escape (dG/dt)max
0,5365 kg/s
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Características de ventilación

Situación
Área no confinada, adecuadamente ventilada

Número de renovaciones de aire C
108/hr

Factor de calidad, f
1

Temperatura ambiente, T
25 °C (298 ºK)

Coeficiente de temperatura, (T/293 K) 1.017

Caudal volumétrico mínimo de aire fresco

Evaluación del volumen hipotético Vz: 1865,401 m3

Radio peligroso
7,64 m

Tiempo de persistencia
0,04861 h
55,962 m3/s
Conclusión
El volumen hipotético Vz es significativo, pero se puede controlar y no persistirá más que el tiempo
indicado.
Emisión a través de la válvula de alivio
Características del escape

Material inflamable
gas propano

Masa molecular del propano
44,1 (kg/kmol)

Fuente de escape
Válvula de alivio

Diámetro del orificio de escape:
1 mm

Límite inferior de explosividad (LIE)
0,039 kg/m3 (2,1 % vol.)

Grado de escape
Segundo grado

Factor de seguridad k
0,5

Caudal de escape (dG/dt)max
0,00361 kg/s
Características de ventilación

Situación
Área no confinada, adecuadamente ventilada

Número de renovaciones de aire C
108/h
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
Factor de calidad, f
1

Temperatura ambiente, T
25 °C (298 K)

Coeficiente de temperatura, (T/293 K) 1.017

Caudal volumétrico mínimo de aire fresco

Evaluación del volumen hipotético Vz: 12,562 m3

Radio peligroso
1.44 m

Tiempo de persistencia
0,04861 h
0,3769 m3/s
Pérdida por la válvula de purga
Características del escape

Material inflamable
gas propano

Masa molecular del propano
44,1 (kg/kmol)

Fuente de escape
Válvula de purga

Diámetro del orificio de escape:
1 mm

Límite inferior de explosividad (LIE)
0,039 kg/m3 (2,1 % vol.)

Grado de escape
Primer grado

Factor de seguridad k
0.25

Caudal de escape (dG/dt)max
0,0006 kg/s
Características de ventilación

Situación
Área no confinada, adecuadamente ventilada

Número de renovaciones de aire C
108/h

Factor de calidad, f
1

Temperatura ambiente, T
25 °C (298 K)

Coeficiente de temperatura, (T/293 K)
1.017

Caudal volumétrico mínimo de aire fresco
0,0623 m3/s

Evaluación del volumen hipotético Vz:
2,0877m3

Radio peligroso
0,79 m

Tiempo de persistencia
0,04861 h
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En el Estudio del ejemplo se hizo el mismo ejercicio para cañerías de distribución del gas, bombas,
equipamiento de gasificación, etc.
Otros ejemplos se pueden encontrar en:
Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el
lugar de trabajo - Año 2021. Fuente https://www.insst.es/documentacion/catalogo-de-publicaciones
/guia-tecnica-para-la-evaluacion-y-prevencion-de-los-riesgos-derivados-de-atmosferas-explosivas-en-ellugar-de-trabajo
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Guía técnica para Casos prácticos de Análisis del riesgo (en los establecimientos de nivel inferior de
afectación en el ámbito del Real Decreto 1254/99 [Seveso II]). Fuente: https://www.proteccioncivil.es/
catalogo/carpeta02/carpeta22/gt_ariesgo_presen.htm
Directivas ATEX (ATmósfera EXplosiva) Europa
Estas directivas establecen las medidas necesarias para garantizar la seguridad frente a las explosiones.
Como ATEX se conoce al conjunto de Directivas Europeas que regulan las atmósferas potencialmente
explosivas.
La entrada en vigor de las Directiva 94/9/CE relativa a aparatos y sistemas de protección para uso en
atmósferas explosivas y la directiva 1999/92/CE sobre la seguridad de los trabajadores expuestos a los
riesgos derivados de las atmósferas explosivas obliga tanto a fabricantes como a usuarios a evaluar y
tener en cuenta los riesgos de ignición que puedan aparecer por la presencia de atmósferas
potencialmente explosiva.
Directiva 2014/34/UE (revisión de la Directiva 94/9/EC)
Esta actualización de la Directiva 94/9/EC, está relacionada con el diseño, fabricación y comercialización
de aparatos destinados a ser utilizados en atmósferas explosivas.
Establece:

Las exigencias esenciales de salud y seguridad.

Los procedimientos de evaluación de la conformidad de los productos.

La obligación de marcado ATEX sobre el producto conforme a la nueva clasificación europea de
los productos.

La obligación de marcado CE sobre el producto y la elaboración de una declaración de
conformidad UE.

La elaboración de unas instrucciones de utilización.
Directiva 99/92/EC
Esta Directiva está relacionada con la utilización de aparatos destinados a ser utilizados en atmósferas
explosivas (exceptuando las minas). Esta Directiva pretende mejorar la protección de los trabajadores
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susceptibles a estar expuestos a los riesgos de atmósferas explosivas. Por tanto, afecta directamente a
los empresarios que deben:

Evaluar los riesgos específicos asociados a la ATEX.

Evaluar por zonas la probabilidad de aparición y/o de persistencia de una atmósfera
explosiva.

Realizar una zonificación y un marcado de la zona o zonas en función de la frecuencia de
aparición de las atmósferas explosivas en las zonas.

Seleccionar el material adecuado en función del tipo de zonas presentes en su
establecimiento.

Redactar o hacer redactar un DRPE o un DRPCE (documento relativo a la protección contra
explosiones) que ponga de manifiesto los resultados de la evaluación de riesgos.

Formar a las personas afectadas.
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Módulo # 3 Seguridad Intrínseca
Seguridad intrínseca
En una atmósfera explosiva, siempre hay una alta posibilidad de que ocurra una explosión en presencia
de equipamiento eléctrico, electrónico y no eléctrico que pueda generar una chispa o arco eléctrico o
aporte la energía térmica necesaria para su ignición.
En el contexto de minas subterráneas de carbón, explotación de yacimientos de petróleo y gas, plantas
químicas, petroquímicas y refinerías de petróleo, la protección mediante el uso de la técnica de diseño
de sistemas de seguridad intrínseca contribuye a la prevención de explosiones, a través de la limitación
de la energía eléctrica y/o térmica del circuito, a un nivel por debajo del cual no se puede encender una
atmósfera explosiva.
La Seguridad Intrínseca es una de las numerosas técnicas de protección usada e instalada en ambientes
peligrosos. Los componentes certificados para seguridad intrínseca no constituyen por sí mismos un
sistema de seguridad intrínseca. Es necesario cumplir con ciertas reglas para asegurar que un sistema es
de seguridad intrínseca.
Breve historia
La técnica de protección “Seguridad Intrínseca”, tuvo su origen en Inglaterra a partir de los incidentes
peligrosos originados por el uso de dispositivos de señalización en las minas subterráneas de carbón.
El concepto, aunque todavía no se lo conocía como seguridad intrínseca, comenzó a usarse alrededor de
1913 a partir de la explosión ocurrida en una mina en el sur de Gales donde hubo 439 fatalidades. En el
informe oficial se indica que la causa de la explosión se debió a una nube de gas encendida por una
chispa eléctrica generada por un dispositivo de señalización.
Figura 1. Sistema de señalización en minas
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En esa época se utilizaba en las minas un sistema de señalización que usaba un par de alambres
desnudos tendidos a lo largo de la mina hasta el punto en que se encontraba el frente de carbón. Estos
alambres estaban conectados a una campanilla o relé intermediario a través de una batería marca
“Leclanché” (Figura 1). Cuando un minero en el frente de carbón conectaba los alambres, ya sea a mano
o con una manija metálica en forma de T, la campanilla sonaba advirtiendo al operador fuera de la mina
para que retirara los carros llenos de carbón.
Aunque este dispositivo era considerado seguro, una investigación oficial luego del incidente mostró
que al separar los alambres se producía una chispa eléctrica, que también podía producirse en los
contactos de la campanilla. La energía producida era suficiente para producir la explosión del metano
acumulado.
Posteriormente, otras investigaciones demostraron que la chispa podía ser producida por la energía
inductiva almacenada en el solenoide de la campanilla o del relé. Esta energía podía reducirse a un nivel
seguro suprimiendo la bobina, limitando la tensión a 25 V y restringiendo la corriente de energización a
una resistencia no inductiva. También se detectó que la resistencia de las baterías de tipo “seco” era
baja en comparación con las de las baterías “húmedas” que tienen una mayor capacidad de entrega de
corriente.
Normativa inicial de Seguridad Intrínseca
La primera norma formal fue la BS 1259 de Gran Bretaña. En esta norma se definió la seguridad
intrínseca y se introdujeron distintas reglas para operación, certificación y pruebas de dispositivos a
utilizar en aplicaciones que requirieran limitar la corriente y la tensión en atmósferas explosivas.
En 1956, National Electric Code (NEC) de EE. UU. reconoció el concepto y en 1965 la International
Society of America (ISA) publicó la Práctica Recomendada RP 12.2. En Alemania el concepto se introduce
en 1965 como un texto adicional en la norma VDE 0171.
Estas normas consideraban que las explosiones se debían solamente a descargas eléctricas. ISA
introdujo el concepto adicional de que las superficies calientes podían aportar la energía suficiente
como para producir una explosión. Normas en países como Alemania y Gran Bretaña incluyeron
posteriormente este concepto.
En Europa se presentó el desarrollo de una barrera de seguridad basada en un diodo Zener conectado
en derivación (shunt) que crea un camino con menor resistencia al flujo de corriente para limitar ese
flujo hacia áreas peligrosas. Este dispositivo estaba formado diodos Zener y resistencias en serie como
se muestra en la Figura 2. Se instala en serie con los cables de señal entre la sala de control (área segura)
y la planta (área peligrosa), restringiendo el paso de energía hacia el campo.
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La ventaja de este dispositivo es que elimina la necesidad de certificar los dispositivos de control en el
área segura flexibilizando y simplificando el uso de Seguridad Intrínseca.
Figura 2 Barrera Zener
Clasificación de áreas en Seguridad Intrínseca
El equipo eléctrico que se utiliza en un área peligrosa es diseñado, fabricado y operado para que su
presencia no contribuya a causar una explosión.
Predominantemente los tres enfoques para el diseño de equipos eléctricos que se usan para evitar
explosiones son:

confinamiento de la explosión,

aislamiento de fuentes de ignición y

limitación controlada de la energía.
El concepto de seguridad intrínseca (Ex i), muy antiguo y popular para productos eléctricos y
electrónicos, se basa tanto en la limitación de la energía en el circuito, como de la energía almacenada
en los componentes.
Incluso teniendo una construcción compleja, los dispositivos intrínsecamente seguros tienen una amplia
aplicación en todas las Zonas (0, 1, 2), según la clasificación de IEC.
La principal consideración de este concepto es su característica atractiva para trabajar con dispositivos
para el reequipamiento, mantenimiento y ampliación de la planta durante la operación, sin certificados
o permisos de trabajo con «aprobación para atmósferas peligrosas o gas».
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Cómo hemos visto, hay varios y diferentes métodos para prevenir que un equipamiento eléctrico o
electrónico cause una explosión por el aporte de energía eléctrica y térmica. Difieren en las
características constructivas y en el grado de protección que suministran.
Para una selección apropiada del método de protección se han desarrollado varios esquemas que
proveen una breve descripción del peligro, por ello todos los métodos de clasificación de áreas toman
en cuenta:
1. El tipo de material en el ambiente (gas líquido, material particulado – polvos y fibras)
2. La probabilidad de que esté presente una concentración explosiva (mezcla aire – combustible)
En general, podemos asumir que son dos los métodos de clasificación de áreas más utilizados y
populares:
A) Clasificación según el código NEC 500 de los EE. UU de Norte América
B) Clasificación según el estándar de IEC
La práctica de clasificación de áreas es efectuada por el usuario que, de acuerdo con las normas internas
de su empresa y las regulaciones gubernamentales, decidirá si esa clasificación se hace por Zona o por
División.
Métodos para la reducción de peligros
La electricidad puede provocar daños o fatalidades a las personas de tres maneras:
a) Por choque eléctrico,
b) Por iniciación eléctrica de una explosión,
c) Por iniciación eléctrica de un incendio.
¿Cuánta electricidad se requiere en cada caso?
Debemos considerar que estamos hablando de electricidad puesta en el sitio incorrecto.

Para choque eléctrico, se necesitan 20 microA directo a través del corazón (100 ohms) para
provocar la muerte, es decir que se requieren sólo 2 mV o aproximadamente 1 microW.

Un gas o vapor requiere alrededor de 5 W para iniciar una explosión y

Para iniciar el incendio de un material sólido se requieren cerca de 100 W.
Ahora, ¿cómo nos manejamos con peligros relacionados con incendios o choque eléctrico?

En el caso de instrumentos de control de procesos, en general los peligros por incendios o
choque no son un problema ya que están confinados en los circuitos primarios de alimentación
eléctrica.
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Los enfoques generales de protección son conocidos e incluyen:

Un uso adecuado del tamaño del cableado con suficiente aislación,

Instalar las partes eléctricas dentro de recipientes o cajas lo suficientemente robustas para
soportar la probabilidad de una explosión interna,

Conectar a tierra todas las partes metálicas para asegurar la activación de un dispositivo de
sobre corriente cuando ocurre una falla.

Adicionalmente, todas las partes vivas que podrían provocar un choque están protegidas contra
contacto casual y con etiquetas de aviso apropiadas.
Inicialmente, se desea instalar el equipamiento eléctrico fuera de la zona en la que estén presentes
sustancias o materiales explosivos. Como esto no es siempre posible, hay unos principios básicos que
hay que considerar.
El concepto básico de seguridad es evitar la existencia simultánea de una atmósfera peligrosa y una
fuente de ignición.
¿Cómo se puede hacer?

Conteniendo la explosión dentro de un espacio bien definido donde no causará ningún daño.

Segregar físicamente las fuentes de energía de las mezclas explosivas.

Prevenir la generación de energía suficiente para encender cualquier mezcla explosiva.
Según el concepto de seguridad y la manera de aplicarlo, hay diferentes métodos de protección contra
explosiones adecuados para permitir la instalación de equipos eléctricos en áreas peligrosas.
Recordemos que el triángulo de fuego consiste en tres componentes: combustible, oxidante (aire) y
fuente de energía. Si removemos o limitamos uno de ellos la ignición no es posible.
Figura 3 Triángulo de fuego
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¿Cómo podemos evitar un potencial desastre?
Mediante diferentes enfoques:
1. Confinar la explosión dentro de cajas a prueba de explosión o a prueba de incendio.
2. Aislar el equipamiento del combustible susceptible de provocar una explosión, mediante cajas
presurizadas, o por inmersión en baños de aceite, o sellando o restringiendo las aberturas en las
cajas o gabinetes para mantener el combustible fuera.
3. Limitar la energía por debajo de los niveles de ignición, mediante el diseño de circuitos de
seguridad intrínseca (IS) para División 1 / Zona 0 o 1, y circuitos limitadores de energía no
encendibles (non-incendive) para División 2 / Zona 2.
4. Otros métodos pueden ser rellenado de cajas o gabinetes con arena, cajas o gabinetes a prueba
de polvos diseñadas para cierre hermético que impida el ingreso de polvos o fibras, etc.
Seguridad Intrínseca vs. A Prueba de Explosión
"Intrínsecamente seguro" se usa con frecuencia para describir cualquier dispositivo diseñado utilizando
circuitos intrínsecamente seguros. Un circuito intrínsecamente seguro es aquel en el que cualquier
efecto térmico o eléctrico, producido normalmente o por una falla específica, es incapaz de causar la
ignición de una mezcla de material inflamable o combustible en el aire con la concentración mínima
necesaria para su encendido.
“A prueba de explosiones”, de acuerdo con el Código Eléctrico Nacional (NEC), se aplica a un dispositivo
encerrado en una caja o gabinete que es capaz de soportar una explosión interna de gas o vapor.
Significa que, si hubiera una explosión, esta será contenida dentro del recipiente. Esta contención se
realiza a través de un diseño cuidadoso de la caja o recipiente para que la energía resultante no solo
esté contenida, sino que también se disipe a través de la gran superficie de las tapas bridadas o roscadas
del recipiente. En consecuencia, si la integridad del recipiente se ve comprometida, ya sea debido a un
rasguño en la cara de la brida o de la rosca o un apriete incompleto de la cubierta, el resultado es un
aumento del riesgo de explosión. El resultado neto es que la protección a prueba de explosiones (APE)
tiene un requerimiento de mantenimiento de un nivel mayor al que requiere un sistema
intrínsecamente seguro.
Por lo tanto, Intrínsecamente seguro significa que un aparato, como un transmisor de temperatura, no
es capaz de causar una explosión.
A prueba de explosiones significa que, si se produce una explosión, estará contenida dentro de un
recipiente.
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Figura 4 Equipos APE con tapa roscada y/o bridada
Para garantizar la seguridad y la confiabilidad, los dispositivos Intrínsecamente seguros están diseñados,
desarrollados, certificados y fabricados para cumplir con las regulaciones y los requisitos de un Sistema
de Calidad reconocido internacionalmente y de Normas reglamentarias aceptadas universalmente.
Algunos de esos estándares son:








NEC Articles 500 to 517 - Hazardous Classified Locations
UL 60079-11 - Explosive Atmospheres: Equipment Protection by Intrinsic Safety “I”
API RP 500 - Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at
Petroleum Facilities Classified as Class I, Division 1 and Division 2
NFPA No. 497 – Area Classification
ISA RP12.06.01 - Recommended Practice for Wiring Methods for Hazardous (Classified)
Locations Instrumentation Part 1: Intrinsic Safety
ANSI/ISA 12.10.03-2013 - Explosive Atmospheres Part 31: Equipment Dust Ignition
FM 3610 - Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II, and III,
Division 1, Hazardous (Classified) Locations
UL 913 - Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II, and III,
Division 1, Hazardous (Classified) Locations
Principios básicos de Seguridad Intrínseca
El principio básico de la seguridad intrínseca es limitar, en condiciones normales y previsibles de falla, la
cantidad de energía eléctrica en circuitos ubicados en áreas peligrosas de modo tal que cualquier chispa
o arco o la alta temperatura de una superficie no encenderán la atmósfera explosiva.
Los sistemas de seguridad intrínseca están compuestos por tres partes:



El componente de campo
El cableado
El aparato asociado instalado en área no peligrosa.
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ROBERTO E. VARELA
Ingeniero Químico - UNLP
Especialista en Seguridad, Higiene y Protección Ambiental – UCA
Functional Safety Engineer TÜV FSEng 517/06
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Seguridad Funcional - Sistemas Instrumentados de Seguridad – SIS
Consultoría y Asesoramiento Técnico
El aparato asociado es una interfaz entre el equipamiento eléctrico en el área no peligrosa y el ambiente
peligroso. Es un dispositivo que incluye todos los elementos necesarios para cumplir su función, es auto
contenido. Si falla, se reemplaza totalmente. Este dispositivo es el que limita el monto de energía que se
suministra al circuito y que evita que un exceso de energía vaya hacia el área peligrosa. Ya veremos que
limita tanto la tensión o voltaje y la corriente.
La norma EN 1127-1 “Atmósferas explosivas. Prevención y protección contra explosiones Conceptos
básicos y metodología”, enumera 13 "fuentes potenciales de ignición" como posibles causas de ignición
de una atmósfera potencialmente explosiva que esté presente.
Las fuentes de ignición más importantes incluyen:

Chispas eléctricas

Arcos eléctricos

Llamas

Superficies con alta temperatura

Electricidad estática

Radiación electromagnética

Reacciones químicas

Impactos mecánicos

Fricción mecánica

Ignición por compresión

Energía acústica

Radiación ionizante
Equipos eléctricos e instrumentación en áreas peligrosas, así como la instrumentación interconectada en
áreas seguras, deben diseñarse para reducir la tensión de circuito abierto (Voc) y la corriente de corto
circuito (Isc) a valores que no puedan causar ignición al abrir, cerrar o conectar a tierra al circuito o por
calentamiento de cualquier parte perteneciente al circuito.
La seguridad intrínseca trabaja con el principio de prevenir la posibilidad de una explosión limitando la
energía eléctrica o la temperatura de la superficie del dispositivo eléctrico instalado en área peligrosa.
Las sustancias inflamables y/o combustibles tienen una serie de características que es importante
conocer para la protección contra explosiones. Estas son:
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
Temperatura de ignición

Límite explosivo inferior y superior

Punto de inflamación (flash – point) de líquidos inflamables,
Recordemos que este último es definido como la "temperatura mínima de un material líquido a la que,
en determinadas condiciones normalizadas, ese líquido emite vapores en una cantidad tal que puede
formar una mezcla vapor/aire inflamable". (EN 60079-10-1).
En el método de protección de seguridad intrínseca es de suma importancia la energía mínima de
ignición.
La norma EN 13237:2012 “Atmósferas potencialmente explosivas. Términos y definiciones para equipos
y sistemas de protección destinados a utilizarse en atmósferas potencialmente explosivas” define la
energía mínima de ignición como:
"La energía mínima de ignición es la menor cantidad de energía eléctrica almacenada en un
condensador, determinado bajo condiciones de prueba predefinidas, que es suficiente para encender la
mezcla inflamable en una atmósfera potencialmente explosiva cuando se descarga".
Figura 5 Límites Inflamables y temperaturas de punto de inflamación
La generación de chispas debe evitarse si un circuito o aparato crea energía explosiva.
Los circuitos intrínsecamente seguros no crean suficiente energía para producir una chispa.
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De acuerdo con IEC/EN 60079-11 y otras normas internacionales, incluyendo ANSI/UL 60079-11 y
ANSI/UL 913, un circuito intrínsecamente seguro está diseñado para prevenir chispas o efectos térmicos
que puedan encender una atmósfera circundante potencialmente explosiva en condiciones normales de
funcionamiento o en condiciones de fallo definidas.
Esto muestra claramente que hay dos aspectos de la seguridad intrínseca:
1. Las fuentes de ignición, "chispas" y "superficies calientes", nunca deben tener ningún efecto.
2. Deberá garantizarse que la ignición no sólo se excluya durante el funcionamiento normal, sino
que, pero también en caso de posibles fallos en el aparato y dentro de todo el circuito.
La seguridad intrínseca se puede lograr limitando la corriente, el voltaje y la potencia de las fuentes de
energía eléctrica. Las fuentes de energía almacenada, como la inductancia y la capacitancia, pueden
estar presentes en el circuito. Estas fuentes de energía almacenada aumentan la energía de cualquier
chispa resultante y de ahí el riesgo de ignición. Por lo tanto, estas fuentes de energía almacenada
también deben tenerse en cuenta.
Entonces, la importancia de la seguridad intrínseca consiste en limitar los siguientes parámetros físicos:





Voltaje V
Corriente I
Potenciar P
Inductancia L
Capacitancia C
Estructura básica de circuitos intrínsecamente seguros
Un circuito intrínsecamente seguro típico, consiste en una fuente de suministro de energía, un
dispositivo de campo (carga) y un cable. El aspecto físico de la seguridad intrínseca muestra que es el
dispositivo de suministro el que determina los valores de voltaje (V), corriente (I) y potencia (P). La
inductancia (L) y la capacitancia (C) están determinados principalmente por el dispositivo de campo y el
cable.
Al diseñar un circuito “Ex i” de seguridad intrínseca, es importante tener en cuenta que la entrada de
energía en el circuito no se vuelva demasiado alta. Las entradas de energía no permitidas son causadas
por:

Acoplamiento electromagnético externo

Conexión con otros circuitos, por ejemplo, debido a daños

Fallos de componentes en el propio aparato intrínsecamente seguro
Estas causas deben ser excluidas.
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Fundamentos del método de Seguridad Intrínseca
Todas las definiciones de Seguridad Intrínseca expresan, en general, que dispositivos, sistemas y cables
de seguridad intrínseca son aquellos incapaces de liberar suficiente energía eléctrica o térmica en
condiciones normales y anormales que permita la ignición de una mezcla específica de materiales
peligrosos.
De esta definición surgen tres preguntas:
1. Cuánta energía es necesaria para provocar la ignición
2. Cómo se define una atmósfera peligrosa
3. Cuáles son las condiciones anormales.
¿Cómo abordan las normas esas preguntas?
1. Cuánta energía es necesaria para provocar la ignición
a. Utilizando aparatos de prueba normalizados por IEC.
b. Los datos de la curva de ignición desarrollados utilizando aparatos de prueba IEC
permiten el análisis en lugar de las pruebas de ignición.
2. Cómo se define una atmósfera peligrosa
a. EE.UU. por Clases, Grupos y Divisiones según NEC 500. En otras partes del mundo según
IEC en Clases y Zonas.
b. Relación entre la energía y la ubicación peligrosa establecida por el aparato de prueba
IEC y las curvas de encendido relacionadas.
3. Cuáles son las condiciones anormales.
a. Todas las normas basan sus requisitos en requerimientos constructivos.
b. Los requerimientos constructivos se basan primeramente en eliminar la probabilidad de
falla y definen una construcción segura ante fallas donde se detallan:
1. Requerimientos mecánicos
2. Requerimientos del componente de protección
3.
c. Los requerimientos constructivos incluyen:
Temperatura del cableado, relacionada con el flujo de corriente. Si la corriente es menor
a:


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Grupo B - 0.15 A
Grupo C - 0.30 A
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
Grupo D - 0.50 A
1. Se presume que no existen problemas de temperatura. Si la corriente excede
esos valores se necesitan realizar pruebas.
2. El montaje de los componentes debe resistir los efectos de vibración y choque si
la seguridad puede resultar afectada. Las cajas o gabinetes deben estar
construidas para satisfacer esos requisitos.
3. La separación entre terminales de circuitos intrínsecamente seguros y los que
no lo son, debe ser de 50 mm.
4. Los receptáculos donde se instalan las tarjetas de circuitos enchufables deben
estar marcados y no son intercambiables.
5. Distancias de fuga y despeje establecidas para definir los criterios de no fallo,
error para el recuento de fallos y conexión normal.
Ejemplos:
Voltaje – picos de DC o AC
Distancias de fuga
Despeje
60
3 mm
3 mm
90
4 mm
4 mm
190
8 mm
6 mm
375
10 mm
6 mm
Para relés se aplica el espaciado de la tabla y los contactos no intrínsecamente seguros
están limitados a 5 A, 250 V y 100 VA.
Para cableado interno, no se requiere aislación si se observa el espaciado de las tablas.
d. Algunos componentes son reconocidos por tener fallas que no afectan a la seguridad
intrínseca, como:
1. Transformadores con separación positiva entre el bobinado que suministra
tensión al circuito intrínsecamente seguro y los otros bobinados.
2. Las resistencias limitadoras de corriente pueden ser de película metálica o de
alambre enrollado de una sola capa que puede soportar un voltaje de falla de
1.5x sin disminuir la resistencia más del 10% o fallar en la apertura.
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3. Capacitores bloqueadores deben soportar pruebas de 2 veces 1000 V rms o
más. Los de tipo electrolítico no son aceptables.
4. Los diodos – shunt deben estar duplicados o triplicados, uno sólo de ellos debe
proveer la protección necesaria.
5. Las barreras Zener.
6. Los aisladores galvánicos
Tipos de aparatos asociados
Aparato asociado es cualquier aparato en el cual sus circuitos no son necesariamente intrínsecamente
seguros por sí mismos, pero afectan la energía presente en los circuitos intrínsecamente seguros y son
utilizados para mantener la seguridad intrínseca.
Los denominados aparatos asociados son:
A) Barreras Zener
B) Aisladores galvánicos o barreras aisladas
A) Barreras Zener
Las barreras Zener son también denominadas "barreras de seguridad de diodo en derivación o shunt".
La principal característica de una barrera Zener es que limita la potencia que la barrera puede entregar
de forma segura al circuito, así como la cantidad de capacitancia e inductancia que se puede conectar de
forma segura a la barrera en condiciones de falla.
¿Cómo es una barrera Zener?
Las barreras Zener consisten en una red de diodos para retener el voltaje, un fusible para proteger los
diodos Zener y toda la red contra fallas, y resistencias para limitar la salida de corriente. Las barreras
desvían el exceso de energía a tierra a través de los diodos Zener y el fusible. Puede contener múltiples
resistencias, la última resistencia en el circuito define la salida de corriente por la barrera. Las barreras
Zener funcionan normalmente hasta el momento en que hay condiciones de falla. En ese punto, el diodo
envía la corriente a tierra y el fusible se funde, abriendo el circuito. Hay distintos diseños de barreras
Zener para resolver esta situación.
Las barreras Zener se utilizan cuando no se requiere el aislamiento galvánico. En el siguiente diagrama,
se puede apreciar que el lado de entrada se puede conectar a cualquier fuente de alimentación no
certificada (sujeto a 250 Vac máx.). El lado de salida proporciona potencia, voltaje y corriente que se
limita a valores por debajo del nivel inflamable (es un circuito intrínsecamente seguro).
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Figura 6 – Barrera Zener
B) Aisladores Galvánicos
El concepto de aislamiento galvánico consiste en aislar secciones funcionales de equipos eléctricos,
evitando así el flujo de corriente. Las interfaces aisladas galvánicamente básicamente realizan las
mismas funciones básicas que las barreras Zener: limitan el flujo de corriente para proteger contra una
explosión. Aunque tienen diferentes componentes, su objetivo es el mismo.
Figura 7 – Aislador Galvánico
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Los aisladores galvánicos tienen un componente aislante, típicamente un transformador, que evita que
la tensión de red fluya hacia el campo, porque el transformador está hecho según los estándares de
seguridad intrínseca. Debido a que esto ya no es un problema, no hay necesidad de conectar al circuito
intrínsecamente seguro a la tierra de la fuente de suministro de la red.
Los aisladores galvánicos no requieren puesta a tierra y por esta razón pueden ser menos costosos que
las barreras Zener. Los componentes de los aisladores galvánicos incluyen la red Zener normal (diodos,
fusibles y resistencias Zener) más transformadores y/o relés y/u optoaisladores.
Barreras Zener vs. Aisladores Galvánicos
Las principales diferencias entre estos dos tipos de limitadores de energía se relacionan con conexión a
tierra (o la falta de ella), componentes, costo y los dispositivos con los que funcionan bien.
Las barreras Zener requieren de un sistema de conexión a tierra de alta integridad, que debe ser
instalado apropiadamente y mantenido en el tiempo. La línea de retorno en una instalación de barrera
Zener debe estar conectada a un riel tipo DIN, por ejemplo, en el que se instala y que está conectado a
tierra. Las barreras Zener se utilizan a menudo para conectar sensores y solenoides.
En una instalación de aislador galvánico, la línea de retorno no está conectada al riel DIN y el sistema no
está conectado a tierra. Debido a que están libres de la conexión a tierra, los aisladores galvánicos son
más fáciles de instalar, especialmente en lugares remotos donde las barreras Zener podrían no ser
adecuadas. Debido a que no están conectados a tierra, una sola falla de tierra en un sistema con aislador
galvánico no interrumpe el sistema, incluso si la falla de tierra está en la línea de suministro. El
aislamiento ofrecido por las barreras galvánicas generalmente necesita de una fuente de alimentación
separada. Las barreras galvánicas funcionan bien con circuitos analógicos como transmisores y
termopares.
Principios de diseño de circuitos IS – Teoría eléctrica
Para entender el concepto de seguridad intrínseca es necesario aplicar conceptos básicos de
electricidad. Estos principios están explicados por la ley de Ohm.
Los equipos eléctricos instalados en áreas peligrosas, así como la instrumentación interconectada en
áreas seguras o no peligrosas, deben diseñarse para reducir el voltaje o tensión de circuito abierto (Voc)
y la corriente de corto circuito (Isc) a valores que no puedan causar ignición al abrir, cerrar o conectar a
tierra el circuito o por calentamiento de cualquier parte perteneciente al circuito.
Otros aspectos que deben considerarse son la Inductancia y la Capacitancia.
Repasemos algunos conceptos.
Tenemos un circuito simple en el que una resistencia RL está en un área peligrosa.
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Figura 8 – Circuito de alimentación de un dispositivo
Cuando la resistencia tiene un valor muy alto la corriente es cero y cuando la resistencia es muy baja la
corriente será muy alta, de acuerdo con la ley de Ohm.
¿Qué ocurre con la potencia disipada en la resistencia?
Como resultado de la potencia disipada en la resistencia RL, el aumento de temperatura experimentado
dependerá de sus propiedades físicas, como la masa, área de superficie, propiedades de disipación de
calor, temperatura ambiente y efectos de enfriamiento externos.
La corriente suministrada desde cualquier fuente de suministro depende de su resistencia interna. Una
batería tiene una baja resistencia interna cuando está cargada, pero esta aumenta a medida que la
batería se agota. La resistencia interna gobierna la corriente de cortocircuito de cualquier sistema de
suministro simple de energía, como una batería.
Una fuente de alimentación que utiliza un regulador electrónico es diseñada para mantener
artificialmente una baja impedancia interna a lo largo de su rango de suministro de corriente.
Con el fin de limitar la capacidad total de suministro de energía de una fuente de voltaje, una resistencia
limitadora de corriente (CLR) puede incluirse en el circuito (como resistencia interna artificial). Esto
proporcionará una resistencia mínima del circuito.
Consideremos el efecto de cambiar el valor de RL. Tomando valores entre un valor infinitamente alto,
circuito abierto (o/c), hasta un valor infinitamente bajo, cortocircuito (s / c), la potencia disipada en
RLCLR puede ser examinada.
Cuando RL es muy alta (corto circuito) dijimos que la corriente es cero, por lo que la potencia, por ley de
Ohm, es cero.
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Figura 9 – Efecto de una resistencia limitadora
Cuando RL es muy baja (circuito abierto) la corriente está en el máximo, pero limitada por R CRL. Como RL
es cero, la potencia es cero.
¿Cuándo la potencia llega a su máximo valor? Cuando RL es igual a RCRL.
Entonces, si se ajusta artificialmente la resistencia mínima del circuito se puede controlar la máxima
potencia que se puede disipar en cargas conectadas al suministro de energía. La cantidad máxima de
potencia disipada en un circuito IS no debe permitir el aumento de la temperatura de la superficie de
conductores o componentes resistivos que entran en contacto con mezclas gas/aire peligrosas, de tal
manera que se produzca la ignición.
Figura 10 – Apertura de un circuito
Cuando la transición se realiza instantáneamente, por ejemplo, cuando un circuito se abre, la velocidad
de cambio del voltaje y de la corriente son extremadamente altas. La transición que ocurre durante la
apertura de un interruptor que pasa de corto circuito a circuito abierto, causa una chispa.
Esa chispa disipa la energía eléctrica. El tamaño de la chispa producida en la apertura de un circuito es
una función del voltaje de circuito abierto VOC y de la corriente de corto circuito ISC. La velocidad de
transición entre los dos estados impide que se disipe cualquier potencia.
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Si la chispa tiene suficiente energía causará la ignición de atmósfera peligrosa. El tamaño de la chispa se
determina empíricamente y el método de prueba de un gas para determinar la energía de ignición de la
chispa se describe en la norma IEC 60079.
Hay entonces dos técnicas que se pueden utilizar para controlar el tamaño de la chispa que causará
ignición:
1. Reducción del voltaje VOUT, y
2. Reduciendo la corriente de corto circuito ISC elevando el valor de RCLR
Energía almacenada
En cualquier circuito eléctrico, el efecto natural de inductancia, capacitancia y resistencia está presente.
La energía eléctrica almacenada se mide en julios y se representa con la letra 'E'. La energía almacenada
podrá calcularse mediante las fórmulas siguientes:
Para la inductancia,
Amperios.
donde L es la inductancia en Henry, I es la corriente que fluye a través en
Para capacitancia,
voltios.
donde C es la capacitancia en Faradio, V es la carga en las placas en
La energía en forma de calor es disipada en la resistencia del circuito. Todas y cada una de las fuentes de
energía almacenada en un circuito IS deben ser identificadas y evaluadas para garantizar que no pueda
proporcionar suficiente energía que represente un peligro.
La energía almacenada no debe liberarse de manera incontrolada, de lo contrario se puede incentivar el
calor o la producción de chispas. Claramente, cuando hay muchas fuentes en el mismo circuito,
entonces debe evaluarse la probabilidad de que se acumule energía. Por lo que resulta necesario tomar
medidas para minimizar el riesgo.
Por lo tanto, el diseñador del circuito debe incluir componentes que actúen para limitar la potencia, la
energía y la energía almacenada en el aparato. Esto debe hacerse cumpliendo los requisitos de la norma,
pero sin inhibir o afectar la operación o el rendimiento del aparato. De esta manera, la seguridad es
"incorporada" o intrínseca al aparato. Hay muchas técnicas que se pueden utilizar para el diseño interno
de la electrónica de los aparatos, pero estos son aspectos que dependen del diseño desarrollado por
cada fabricante.
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Límites de energía
El más importante de los dos mecanismos de ignición de mezclas explosivas es el que fue reconocido en
1914, la ignición por chispas eléctricas.
Dos investigadores, Wheeler y Thornton investigaron el valor de los voltajes y corrientes (limitadas por
la resistencia) que causan ignición. Los estudios empíricos cuantificaron el máximo valor de tensión y de
corriente permitidos en circuitos de seguridad intrínseca (IS). Estos cubren niveles de voltaje y corriente,
niveles de corriente a inductancia y voltaje a niveles de capacitancia. Como ejemplo, consultando estas
curvas voltaje – corriente, se verá que, si un suministro de 50 V se conectó a través de una resistencia de
1000 Ω para permitir una corriente de 50 mA y se abre el circuito en presencia de la mezcla más
fácilmente inflamable de hidrógeno con aire, entonces la chispa resultante no causaría ignición. Sin
embargo, al aumentar la corriente a 60 mA (reduciendo la resistencia a 830 Ω) se podría esperar
ignición. Los gráficos se trazaron tomando los puntos del peor de los casos. Las siguientes figuras
muestran las curvas de ignición que se utilizan para la determinación de los límites de voltaje/corriente
en circuitos IS.
Como se ve en la Figura 11, hay tres curvas que corresponde a un tipo determinado de gas.
En las normas IEC los Grupos están listados como Grupo I, Grupo II, Grupo IIC, Grupo IIB y Grupo IIA.
Grupo I, comprende atmósferas propias de la minería subterránea, que contienen una mezcla de gases
compuestos mayormente por metano.
El Grupo II incluye las sustancias inflamables o combustibles que se encuentran en la industria de
superficie. Se divide en los subgrupos IIC, IIB y IIA de acuerdo con su volatilidad.
Grupo IIC, atmósferas que contienen acetileno, hidrógeno o gases o vapores combustibles que en
presencia de aire pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las sustancias que
tengan un valor MSEG y un MIC ratio determinado muy similar a los de la Clasificación Clase I Grupo A y
B.
Grupo IIB, atmósferas que contienen etileno o gases o vapores combustibles que en presencia de aire
pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las sustancias que tengan un valor MSEG
y un MIC ratio determinado muy similar a los de la Clasificación Clase I Grupo C.
Grupo IIA, atmósferas que contienen acetona o propano o gases o vapores combustibles que en
presencia de aire pueden quemarse o explotar. Se incluye en este grupo a todas las sustancias que
tengan un valor MSEG y un MIC ratio determinado muy similar a los de la Clasificación Clase I Grupo D.
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Figura 11. Circuitos resistivos. Fuente IEC 60079-11:2012
Las curvas son:
a) Para circuitos resistivos: donde se grafica la mínima corriente de ignición versus el voltaje.
b) Para circuitos capacitivos: donde se grafica el mínimo voltaje de ignición versus capacitancia.
c) Para circuitos inductivos: donde se grafica la mínima corriente de ignición versus inductancia.
Los diseñadores de IS usan estas curvas adicionando factores de seguridad posibles para el diseño de los
circuitos y la selección de los dispositivos.
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En la práctica y para simplificar, todos los gases son clasificados en los grupos detallados anteriormente,
de acuerdo con su facilidad de ignición y cada grupo usa un gas fácilmente reproducible y representativo
para las pruebas. Así, el sistema y sus componentes son diseñados para operación segura dentro de un
grupo particular de gases.
Las curvas siguientes y los ejemplos de circuitos inductivos y capacitivos están publicadas en la norma
IEC 61511-11:2012.
Todos los dispositivos certificados de IS contienen la descripción del grupo de gas para el que han sido
certificados. Obviamente, los dispositivos certificados para un grupo particular pueden ser utilizados en
todos los otros grupos en los que la mezcla aire-gas sea menos fácilmente encendida.
Figura 12. Grupo I Circuitos capacitivos. Fuente IEC 60079-11:2012
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Figura 13. Grupo II Circuitos capacitivos. Fuente IEC 60079-11:2012
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Figura 14 Circuito inductivo simple
Figura 15. Grupo II Circuitos inductivos. Fuente IEC 60079-11:2012
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Clasificación por temperatura
Otro punto importante por considerar es que una mezcla explosiva puede ser encendida por la
temperatura de las superficies calientes de dispositivos instalados en áreas explosivas.
El equipamiento eléctrico que va a ser instalado en áreas explosivas es también clasificado de acuerdo a
la máxima temperatura que puede producirse en condiciones de falla a una temperatura ambiente
especificada, por ejemplo 40º C. El usuario debe asegurarse de que la clase de temperatura del
dispositivo en campo es menor a la temperatura de ignición para cualquier mezcla aire – gas que pueda
presentarse.
Es importante destacar que no hay una correlación entre la facilidad de encender una mezcla explosiva
por superficies calientes y por chispas eléctricas. Son dos mecanismos de ignición totalmente diferentes.
Por ejemplo, una mezcla de hidrógeno – aire es fácilmente encendida por una chispa de baja energía
(20microJ) pero requiere una temperatura de ignición alta de 560ºC, mientras que una mezcla con
acetaldehído requiere una chispa de alta energía, 150microJ, pero tiene una temperatura de ignición
baja de 140ºC.
Tabla 1 - Clasificación de temperaturas según NEC 500
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Tabla 2 - Clasificación de temperatura según IEC 60079
Selección considerando la clasificación de áreas.
Un tercer factor para considerar en el diseño de sistemas IS es el grado de probabilidad de que esté
presente una atmósfera explosiva. Para ello debemos considerar la clasificación de áreas ya explicada
anteriormente según NEC 500 e IEC 60079.
Para cumplir con los requisitos de confiabilidad para las diferentes zonas, en el caso de IEC, el
equipamiento se certifica de acuerdo con la normativa vigente y aceptada en el país en el que se
instalará y operará un sistema de seguridad intrínseca, teniendo diferente grado de redundancia en los
componentes principales.
Los componentes de un sistema de seguridad intrínseca son cuatro:




Aparatos asociados
Aparatos simples
Dispositivos certificados
Cables
Figura 16 - Circuito de seguridad intrínseca
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ISA/IEC 61511 SIS Fundamentals Specialist
Seguridad Funcional - Sistemas Instrumentados de Seguridad – SIS
Consultoría y Asesoramiento Técnico
Dispositivos que forman parte de un sistema IS:
Aparatos asociados, son aparatos eléctricos que contienen tanto circuitos eléctricos de seguridad
intrínseca (IS) como circuitos que no son de seguridad intrínseca (no-IS) y son construidos de manera tal
que los circuitos no-IS no pueden afectar adversamente a los circuitos de seguridad intrínseca. Ejemplo
las Barreras Zener y las Interfases de Aislamiento. La función de estos aparatos es limitar la potencia,
voltaje y corriente que sale hacia áreas peligrosas donde se han instalado dispositivos de campo. Estos
aparatos no pueden instalarse en áreas peligrosas a menos que se utilice otro método de protección
aprobado por IEC 60079-0.
Aparatos simples, son aquellos que incluyen componentes eléctricos o una combinación de
componentes que tienen parámetros eléctricos bien definidos compatibles con los circuitos de
seguridad intrínseca en los cuales se utilizan. Son dispositivos que no requieren de certificación. Sin
embargo, deben identificarse con un rótulo de manera tal que puedan ser identificados fácilmente
como aparatos simples y no como equipos no certificados instalados en un área peligrosa.
Es un componente eléctrico o combinación de estos, de construcción simple, con parámetros eléctricos
bien definidos, que no es capaz de generar más de 1,5 voltios, 100 miliamperios y 25 miliwatios.
También es un componente pasivo que no es capaz de disipar más de 1,3 watios y que es compatible
con la seguridad intrínseca del circuito en el cual está siendo utilizado.
Dispositivos certificados, son dispositivos certificados por entes reconocidos o por el fabricante, bajo
alguna de las normas de seguridad intrínseca y para ser utilizados en Zonas o Divisiones, según sea la
normativa utilizada.
Cables, no son aparatos simples y no requieren de certificación. Las normas de seguridad intrínseca
tienen pocos requisitos físicos para la construcción y protección de cables. Mínimamente requieren de
doble aislación, es decir de múltiples capas de aislante y de una protección externa. La armadura o
protección externa se requiere a los efectos asegurar la segregación de circuitos que no sean de
seguridad intrínseca. Cables de par simple (unipolares) no son permitidos a menos que se protejan, por
ejemplo, dentro de un gabinete o caja.
Niveles de protección.
En seguridad intrínseca se utilizan tres niveles de protección, “ia”, “ib” y “ic” que intentan equilibrar la
probabilidad de que una atmósfera explosiva esté presente contra la probabilidad de ocurrencia de una
posible situación de ignición.
Nivel “ia” ofrece el más alto nivel de protección y generalmente se considera como adecuadamente
seguro para su uso en los lugares más peligrosos (Zona 0) porque permite la posibilidad de dos fallas y se
aplica además un factor de seguridad de 1,5 en la evaluación de la seguridad.
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Aparatos con este nivel de protección no son capaces de causar ignición en los siguientes casos:
1. En operación normal y con la aplicación de las fallas no contables que dan la condición más
onerosa.
2. En operación normal y con la aplicación de una falla contable más aquellas fallas no contables
que dan la condición más onerosa.
3. En operación normal y con la aplicación de dos fallas contables más aquellas fallas no contables
que dan la condición más onerosa.
Figura 17 – Diodo Zener Ex ia
Nivel “ib”, este nivel de protección es suficientemente seguro ante un fallo y se aplica además un factor
de seguridad de 1,5 en la evaluación de la seguridad. Se considera seguro para su uso en áreas
clasificadas Zona 1.
Aparatos con este nivel de protección no son capaces de causar ignición en los siguientes casos:
1. En operación normal y con la aplicación de las fallas no contables que dan la condición más
onerosa.
2. En operación normal y con la aplicación de una falla contable más aquellas fallas no contables
que dan la condición más onerosa.
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Figura 18 – Diodo Zener Ex ib
Nivel “ic”, un aparato con nivel «ic» se evalúa en «funcionamiento normal» con un factor de seguridad
uno (1) y es generalmente aceptable en casos de peligro infrecuente en áreas clasificadas Zona 2. El
concepto 'ic' es relativamente nuevo (2005) y sustituye en la norma IEC 60079-15 el tipo «limitado en
energía» (nL) y el concepto "non-incendive" de las normas de EE.UU.
Aparatos con este nivel de protección no son capaces de causar ignición en operación normal.
Figura 19 – Diodo Zener Ex ic
Es habitual que a un sistema se le asigne un nivel de protección como conjunto, dependiendo del nivel
de protección del aparato en el sistema. Sin embargo, es posible para diferentes partes de un sistema
tener diferentes niveles de protección cuando existe una segregación apropiada. Esto debe quedar claro
en la documentación del sistema.
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El factor de seguridad aplicado a voltaje y corriente para la clasificación de temperatura de superficie es
de 1.0 en todos los casos.
Tabla 3 – Aplicación de los niveles de protección
Fallas
Si una falla puede afectar negativamente la seguridad del equipo, se la llama falla "contable". La
situación se complica aún más porque el estándar del aparato permite que algunos componentes
especialmente diseñados deben considerarse infalibles y algunas otras características diseñadas para
que fallen en el funcionamiento normal. Por consiguiente, hay fallas que no se considera que vayan a
suceder, fallas que se cuentan, y las fallas que no se cuentan.
Una de las principales ventajas de la seguridad intrínseca es que permite el mantenimiento “vivo” de los
equipos sin necesidad de la obtención de permisos de trabajo que incluyan certificados de «autorización
de gas». Una consecuencia de esto es que durante el análisis de seguridad la posibilidad de que haya
circuitos abiertos y cortocircuitos de cualquier cableado de campo se considera un funcionamiento
normal. Afortunadamente, comprender el estándar y las fallas del aparato solo es necesario para
diseñadores de aparatos y autoridades certificadoras. Los certificados de aparatos eliminan la necesidad
de considerar fallos, excepto por fallas de cableado de campo en el diseño del sistema.
Barreras Zener y Barreras de Aislación
Barrera Zener, ¿qué es?
Una barrera Zener es un dispositivo simple donde el voltaje está limitado por un diodo Zener y la
corriente por una resistencia. Un fusible está presente para proteger el diodo Zener como se muestra en
la Figura 20.
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Figura 20 – Barrera Zener – Funcionamiento
La clave de la seguridad es la tierra intrínsecamente segura. Sin ella, no hay protección. Si el voltaje de
entrada aumenta por encima del voltaje del diodo Zener, el Zener conduce y el fusible se funde, después
de lo cual la barrera Zener necesita ser reemplazada. Además, la barrera tiene una caída de voltaje a
través de ella en condiciones normales de funcionamiento, por lo que se debe realizar un cálculo
cuidadoso para garantizar que haya suficiente voltaje en el dispositivo de campo.
Nota: usar barreras Zener sin una tierra IS no es seguro.
Aislador galvánico, ¿qué es?
Un aislador galvánico es un dispositivo activo que limita la energía sin la dependencia de la tierra IS para
la seguridad como se muestra en la Figura 21. También tiene la ventaja de suministrar mayor voltaje en
los terminales de áreas peligrosas y permitir longitudes de cable más largas. Los aisladores tienen
indicación LED local y la mayoría de los aisladores de 4-20 mA transfieren las comunicaciones Hart a
través del aislamiento óptico.
Mientras que una barrera de diodo Zener es normalmente la solución más rentable, la barrera de
aislamiento de seguridad intrínseca que utiliza aislamiento galvánico es normalmente la solución de
rendimiento superior a largo plazo. Esto se debe a que el aislamiento galvánico y la electrónica adicional
utilizada dentro de los aisladores de seguridad intrínseca proporcionan una mejor inmunidad al ruido,
opciones de conversión de señal, diseños específicos de la aplicación, sin requisitos intrínsecos de
conexión a tierra y/o mantenimiento de seguridad, mejora de señal, tiene características de control
lógico y menos problemas de impedancia.
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Figura 21 Barrera de Aislamiento o Galvánica
El término aislamiento galvánico a menudo está vinculado e identificado con un aislador de seguridad
intrínseco. Esto se debe a que los aisladores de seguridad intrínseca utilizan componentes de
aislamiento galvánico como transformadores, relés y condensadores. Tanto la barrera Zener como el
aislador IS se utilizan para proporcionar limitación de energía a circuitos/componentes montados en
áreas peligrosas "clasificadas".
Dado que estas áreas peligrosas son capaces de ignición en presencia de una mezcla aire - combustible,
es importante proporcionar un medio confiable para limitar la energía que se pueda transmitir para que
no se cree un peligro de explosión o de incendio durante el funcionamiento normal o defectuoso del
circuito. Por lo tanto, la decisión de utilizar un aislador de seguridad intrínseco (aislamiento galvánico) o
una barrera Zener realmente se reduce a la aplicación de control de procesos.
Selección de interfaz: Barreras Zener o Barreras de Aislamiento
La decisión entre estos dos tipos de interfaz normalmente dependerá de las preferencias de la planta o
establecimiento y ambos tienen ventajas y desventajas.
Las barreras Zener son mucho más simples que las barreras de aislamiento y tienden a ser más flexibles
en la aplicación. Generalmente las barreras Zener se pueden utilizar en diferentes circuitos.
Las barreras de aislamiento galvánico tienden a diseñarse para una aplicación específica y están
limitadas en la forma en que se utilizan.
La puesta a tierra con barreras Zener se percibe como difícil, ya que tienen un estricto requisito de
puesta a tierra, aunque en la práctica esto rara vez es un problema. Mantener una tierra de seguridad
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intrínseca no es tan difícil como algunos creen pero, especialmente cuando solo se usan unas pocas
barreras Zener, puede introducir complicaciones y costos adicionales.
Las barreras de aislamiento (también conocidas como aisladores galvánicos) no requieren del mismo
grado de integridad en la tierra que las barreras Zener. Sin embargo, para evitar el riesgo de que los
cables se carguen a potenciales incontrolados y adquieran así energía capacitiva almacenada que puede
provocar ignición, se debe proporcionar una ruta de descarga a la tierra. Esto normalmente estaría entre
200kΩ y 1MΩ y no se considera que sea puesta a tierra en términos del lazo de instrumentación.
Figura 22 – Lazo de seguridad intrínseca con barrera de aislamiento
Diferencia entre una barrera Zener y una barrera de aislamiento intrínsecamente segura
A menudo denominadas barreras ATEX, barreras intrínsecamente seguras o barreras I.S., tanto las
barreras Zener como los aisladores galvánicos intrínsecamente seguros restringen la energía al área
peligrosa.
Sin embargo, existen claras diferencias en el diseño de cada tipo de dispositivo. ¿Cómo funciona una
barrera Zener? El principio de funcionamiento de una barrera Zener es relativamente simple. Las
resistencias restringen la corriente que entra en el área peligrosa, mientras que los diodos Zener
conducen en caso de una condición de falla que retiene el voltaje y desvía el exceso de corriente a
tierra. Un fusible está presente para proteger los diodos Zener en caso de una condición de sobrecarga.
Comprender las diferencias entre las barreras de Aislamiento y las barreras Zener.
Para una funcionalidad correcta y para mantener la seguridad intrínseca, se requiere una puesta a tierra
dedicada del circuito I.S., que debe instalarse y mantenerse de acuerdo con IEC 60079-14. Este requisito,
junto con una carga de lazo más restrictiva y limitaciones funcionales, hace que las barreras Zener hayan
sido reemplazadas en gran medida por aisladores galvánicos intrínsecamente seguros.
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¿Qué es un aislador galvánico intrínsecamente seguro?
El diseño de aisladores galvánicos intrínsecamente seguros difiere de las barreras Zener. Ambos
dispositivos restringen la energía disponible para el área peligrosa, pero mediante el uso de
componentes como transformadores y optoaisladores en el diseño es posible lograr un aislamiento
galvánico entre la entrada, la salida y el suministro. Esto se conoce como aislamiento galvánico de 3
puertos como se muestra en la Figura 24. Los aisladores galvánicos alimentados por lazo y de 2 puertos
también están disponibles según la aplicación.
Figura 23 – Instalación típica de barrera Zener
Figura 24 – Instalación típica de barrera de Aislamiento
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Como estos dispositivos incorporan aislamiento galvánico, no se requiere una puesta a tierra I.S.
dedicada. Esto por sí solo simplifica la instalación y el mantenimiento continuo en comparación con las
barreras Zener. Otras ventajas de los aisladores galvánicos intrínsecamente seguros incluyen:

Carga de lazo menor

Capacidad para convertir y amplificar señales

Mejora de la inmunidad al ruido y a las sobretensiones
¿Qué es el equipo certificado para áreas peligrosas?
Los equipos para su instalación en zonas peligrosas o aparatos asociados deberán ser seguros para el
uso previsto y conformes con cualquier método de protección contra explosiones empleado. Dentro de
la UE, dichos equipos deben tener certificación ATEX.
Si bien se requiere la certificación ATEX en Europa, también existe la certificación IECEx que es
reconocida internacionalmente en varios países. Aunque IECEx es ampliamente aceptado, es posible que
se requieran algunas certificaciones específicas de cada país. Las certificaciones deben ser realizadas por
un organismo reconocido y demostrarán el cumplimiento de las normas y métodos de protección
pertinentes.
Los certificados contienen información importante relacionada con el producto, incluyendo:
-
Organismo certificador
-
Número de certificado
-
Normas de referencia
-
Números de pieza aplicables
-
Descripción del producto
-
Requisitos de marcado del producto
-
Datos eléctricos
-
Parámetros de entidad
-
Requisitos de instalación
-
Condiciones específicas de uso
-
Requisitos de salud y seguridad
-
Historial de certificados
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Parámetros de entidad I.S. y cálculo de lazos
Un circuito típico intrínsecamente seguro o lazo I.S. consta de 3 componentes principales que deben
considerarse:

Aparato intrínsecamente seguro: dispositivos de campo certificados instalados en áreas
peligrosas.

Aparatos asociados: dispositivos instalados en el área segura que interactúan con dispositivos en
el área peligrosa, por ejemplo, barrera I.S.

Cableado de campo: cable de interconexión compatible.
El diseño seguro de circuitos intrínsecamente seguros requiere de un cálculo de "lazo I.S.".
Las características específicas o "parámetros de entidad" están disponibles para cada componente o
dispositivo en el lazo. Los valores se pueden encontrar en el certificado del producto y en los planos de
instalación. El simple cálculo del lazo I.S. se puede utilizar para determinar qué dispositivos se pueden
conectar de forma segura, junto con la longitud máxima del cable de interconexión. Los parámetros de
entidad típicos para cada componente del bucle se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 4 – Parámetros de Entidad
Los valores de los aparatos asociados se comparan con los valores correspondientes del aparato
intrínsecamente seguro para determinar si los dispositivos son compatibles. Luego se realiza un cálculo
para determinar la longitud máxima del cable en función de los valores relevantes de capacitancia e
inductancia. Los requisitos del lazo I.S. se muestran a continuación:
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Figura 25 – Requisitos del lazo IS
Cables
Debido a que los cables tienen inductancia y capacitancia y por lo tanto capacidad de almacenamiento
de energía, pueden afectar la seguridad de un sistema IS. En consecuencia, el diseño del sistema impone
restricciones a la cantidad de cada uno de estos parámetros. Sin embargo, sólo en raras ocasiones se
impone una limitación seria en el cable disponible. Como los fallos del cable se tienen en cuenta durante
el análisis del sistema, el tipo de cable en instalaciones individuales no está especificado en la normativa
IS. Por lo tanto, la elección está determinada por la necesidad de un funcionamiento confiable del
sistema. Cuando los sistemas intrínsecamente seguros se combinan en multipares hay requisitos
especiales. Estos determinan cuáles fallas adicionales deben considerarse.
La capacitancia e inductancia de largas longitudes de cable desde la interfaz hasta el sitio en la planta
almacenarán una cierta cantidad de energía eléctrica durante la operación normal y aún más en
condiciones de falla. No hay una manera simple de que este efecto sea suprimido, es por eso que los
certificados de las interfaces deben incluir los valores máximos de capacitancia y de inductancia que
están permitidos para los cables asociados. Estos parámetros de los cables dependen de la posibilidad
de ignición del gas en el área peligrosa, pero en la práctica constituye una limitación.
Hay otras reglas o restricciones para el tendido, selección e instalación de los cables para evitar la
ocurrencia de un evento de peligroso debido a la energía. Un aspecto importante, es la puesta a tierra
de los sistemas IS.
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Hay una gran cantidad de dispositivos que se usan en los sistemas IS que se considera que almacenan
energía, pero por debajo de los límites de 1.2 V, 0.1 mA y 20 µ. En esta categoría se incluyen
interruptores, resistores, termocuplas, fotocélulas, LEDs, etc.
Instalación de cables según normas de EE.UU.
Aparatos eléctricos en lugares peligrosos (clasificados) pueden instalarse mediante uno de los tres
sistemas básicos de instalación siguientes:
● Sistemas de conductos:
El cableado eléctrico se instala dentro de tuberías metálicas cerradas y roscadas de acero rígido o
conducto metálico intermedio aprobado para este propósito. Las tuberías se atornillan en las entradas
de los recintos o gabinetes que contienen equipos eléctricos. Se requiere que todo el sistema de
conductos sea APE (a prueba de explosiones) y con frecuencia requiere de un sello entre la carcasa
conectada y la tubería. En las ubicaciones de Clase I, División 2, el sistema de conductos necesita ser a
prueba de explosiones solo entre cualquier gabinete o caja a prueba de explosiones y el accesorio
requerido para el sellado.
● Sistemas de cables con entrada directa:
NEC en EE.UU. no permite cables (excepto cables con aislamiento mineral y cables utilizados en sistemas
intrínsecamente seguros) para ser instalado en ubicaciones de Clase I, División 1. En áreas Clase I,
División 2 ciertas instalaciones de cables están permitidas (ver API RP14F).
● Sistemas de cable con entrada indirecta:
Los sistemas de cable con entrada indirecta tienen la ventaja de que se pueden conectarn sin abrir el
equipo a prueba de explosiones. La conexión es a terminales realizados en una cámara terminal de
"seguridad incrementada".
Instalación de cables según IEC.
En general la norma aplicable es la IEC 60079-14, “Instalaciones eléctricas en áreas peligrosas (otras que
no sean minas)”.
IEC 60079-14 establece que para instalar o ampliar una instalación existente, se requiere la siguiente
documentación, cuando corresponda:

Documentos de clasificación de áreas

Instrucciones para la erección y conexión

Documentos para aparatos eléctricos con condiciones especiales
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
Documento de sistemas descriptivos para sistemas SI

Declaración del fabricante/persona cualificada.
Esta declaración implica que toda la información necesaria para la correcta y segura instalación del
aparato debe estar disponible para el instalador y, en última instancia, ésta debe proporcionarse al
usuario como parte de la documentación de seguridad de la planta.
Aunque hay pocas restricciones sobre el tipo de cable utilizado en los circuitos IS, todos los cables tienen
inductancia y capacitancia y, por lo tanto, capacidad de almacenamiento de energía por lo que pueden
afectar a la seguridad del sistema. Los valores de capacitancia e inductancia de un cable determinado
deberían estar disponibles por parte del fabricante del cable. Además, también hay que tener en cuenta
los valores de capacitancia e inductancia de los dispositivos montados sobre el terreno, como las sirenas
IS y los detectores de humo.
La Sección 9 de IEC 60079-14 proporciona los requisitos para el cableado de los sistemas IS. Esto incluye
los tipos de cables y el funcionamiento y fijación de estos. Los cables y accesorios de cableado, incluidos
los conductos, deben instalarse en posiciones que eviten la exposición a daños mecánicos, efectos
químicos y calor. Donde la exposición es inevitable, se tomarán medidas adicionales o se seleccionarán
los cables apropiados. Cuando los cables se instalan dentro de los gabinetes o recintos de los aparatos,
no se consideran sujetos a daños mecánicos y calor. La certificación del aparato dictará las condiciones
en las que funcionará el cable. Los recintos (cajas, gabinetes, paneles) se seleccionarán para resistir la
entrada de productos químicos específicos. Sin embargo, en áreas exteriores a estos recintos, existe el
riesgo de que el daño y la exposición puede ocurrir y generalmente se acepta que es necesaria alguna
forma de protección mecánica. La forma de dicha protección varía de un país a otro, y de una
organización usuaria a otra.
El cableado debe cumplir los siguientes requisitos
a) tener protección contra daños mecánicos
b) tener protección contra ataques químicos, por ejemplo, ácidos, etc.
c) estar fijado de forma segura
d) tener un tamaño de conductor mínimo de 0,017 mm2
e) soportar una prueba de aislamiento de 500 V
f)
la tensión del circuito no debe superar los 60 V
Los parámetros eléctricos y todas las características de conductores de conexión específicos de un
sistema eléctrico intrínsecamente seguro deben ser especificados en el documento descriptivo del
sistema porque la seguridad intrínseca depende de ellos.
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Pueden utilizarse los siguientes tipos de cables:
a) cable de instrumento apantallado
b) cable de señal multipolar (por ejemplo, cable telefónico) sujeto a ciertas condiciones
relacionadas con el apantallamiento y la puesta a tierra
c) cables eléctricos miniatura multipolar
d) cables convencionales con hoja aislante convencional, por ejemplo, de PVC, con un grosor de
aislamiento mínimo de 0,3 mm.
No hay requisitos especiales para las cajas de conexión utilizadas en los circuitos de seguridad intrínseca.
Sin embargo, deben estar claramente identificadas como parte de un sistema de seguridad intrínseca.
Cables que contienen diferentes circuitos intrínsecamente seguros.
Conductores.
El espesor radial del material de aislamiento debe ser apropiado para el diámetro del conductor y la
naturaleza material del aislamiento. Para el material de aislamiento utilizado normalmente, por
ejemplo, polietileno el mínimo debe ser tal que tolere un voltaje de prueba en un circuito
intrínsecamente seguro un mínimo de 500 V.
Blindajes de conductores.
Los blindajes de los conductores deben garantizar una protección individual en circuitos de seguridad
intrínseca de manera tal que evite que los circuitos entren en contacto entre sí. La tasa el aislamiento de
esos blindajes debe ser al menos igual al 60% en superficie.
Cables.
Los cables multipar deben ser capaces de tolerar una tensión de prueba aplicada con un voltaje
alternativo de RMS igual a:
- 500 V aplicado entre cualquier blindaje y/o armadura conectada entre sí y todos los conductores de los
cables conectados entre sí.
- 1000 V, aplicado entre un paquete de la mitad de los cables conductores conectados entre sí y un
paquete que incluye la otra mitad de los conductores conectados entre sí.
Pruebas.
Todas las pruebas necesarias para demostrar la conformidad respecto de los cables deben realizarse por
el fabricante del cable.
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Definir el nivel de protección por Zona IEC.
La figura 26 define la Ex i para las diversas clasificaciones de zonas peligrosas.
Figura 26 – Niveles “xi” relacionados con las Zonas
La figura 27 muestra que la barrera/aislador tiene certificación [Ex ia] IIC:
-
los corchetes indican que el dispositivo (montado en un área segura) puede tener
conexiones con el área peligrosa, en este caso Ex ia, es decir, la zona 0.
-
IIC es el grupo de gases. Este transmisor tiene Ex ia IIC T4, lo que significa que puede
ubicarse en la zona 0 en el grupo de gases IIC
-
T4 es la temperatura máxima de la superficie del dispositivo (135 ° C).
Figura 27 – Parámetros de cada dispositivo en sistema IS
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La barrera/aislador tiene parámetros de salida máximos para voltaje, corriente y potencia (Uo, Io y Po).
Estos son valores máximos de salida en condiciones de falla (conocidos como descripción de seguridad o
parámetros de entidad). El dispositivo de campo tiene parámetros de entrada máximos (Ui, Ii y Pi), que
son los valores máximos que se pueden aplicar en condiciones de falla y aun así ser seguros. [Nota: para
un lazo seguro, los tres parámetros de entrada deben ser mayores o iguales que los parámetros de
salida correspondientes.
Figura 28 – Cuáles dispositivos son aparatos simples
Para completar la aprobación del lazo del sistema, se debe considerar la energía eléctrica almacenada
en el cableado. La Tabla A.2 en IEC/60079-11 enumera la capacitancia máxima del cable contra el voltaje
de salida. En el ejemplo mostrado, la energía eléctrica almacenada máxima que se puede conectar a los
terminales de área peligrosa equivale a Co = 83 nF y Io = 4,2 mH. El transmisor tiene capacitancia interna
e inductancia, por lo que la capacitancia máxima del cable Cc = Co-Ci y la inductancia máxima Ic = Io-Ii.
La especificación del cable normalmente da pF/m y μH/m, lo que permite un cálculo de la longitud
máxima del cable. Sobre la base de esta evaluación, se puede documentar un certificado del sistema o
una aprobación de lazo. [Nota: insertar una barrera o aislador con un dispositivo de campo no
certificado no es seguro.] Algunos dispositivos de campo (ver Figura 5) como los termopares se definen
como aparatos simples.
Todavía se requiere un simple dibujo de lazo y se debe completar una evaluación de la potencia /
temperatura máxima de la superficie.
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Conclusión
A prueba de llamas (Ex d) ofrece protección contra áreas peligrosas para zonas 1 y 2 y ofrece protección
para aplicaciones de mayor voltaje (110 VCA, 220 VCA) y requiere planificación y preparación mecánicas.
Para sistemas de 24 V, la seguridad intrínseca ofrece una solución simple y flexible para las zonas 0, 1 y
2. La seguridad intrínseca es la única protección que considera fallas del cableado de campo y ofrece
trabajo en vivo sin la necesidad de un certificado libre de gas. Requiere cierto diseño y planificación para
garantizar que el análisis del bucle del sistema sea aceptable.
Nota: Ex nL ha sido sustituido por Ex ic para la zona 2 en las normas. Esto significa que la seguridad
intrínseca se puede utilizar fácilmente en las zonas 0, 1 y 2 y el cableado puede estar en el mismo cable
o en un cable multipar. Otra ventaja de Ex ic es que no es necesario aplicar el factor de seguridad de 1,5
(como se muestra en la Tabla A.2 de IEC 60079-11) a los parámetros del cable que permiten tendidos de
cable más largos.
Marcado para identificación de dispositivos
Los dispositivos que se usan en sistemas IS son diseñados y certificados para cumplir con los siguientes
tres criterios:

Clasificación de Áreas

Clasificación de gas

Clasificación de temperatura
Un dispositivo certificado para ser instalado en sitios clasificados como áreas peligrosas de alto riesgo
donde gases del grupo del hidrógeno pueden estar presentes, los gases pueden tener una temperatura
de ignición por debajo de 135ºC deben estar marcados de la siguiente forma, según IEC:
EEx ia IIC T4
Los aparatos asociados certificados para ser instalados en áreas seguras donde la clasificación por
temperatura no es relevante, pero que pueden ser conectados a dispositivos instalados en áreas
peligrosas de alto riesgo, deben marcarse:
EEX ia IIC
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ROBERTO E. VARELA
Ingeniero Químico - UNLP
Especialista en Seguridad, Higiene y Protección Ambiental – UCA
Functional Safety Engineer TÜV FSEng 517/06
ISA/IEC 61511 SIS Fundamentals Specialist
Seguridad Funcional - Sistemas Instrumentados de Seguridad – SIS
Consultoría y Asesoramiento Técnico
Instalación de sistemas IS
Los circuitos de seguridad intrínseca pueden instalarse en áreas clasificadas División 1 y 2 y en Zonas 0, 1
y 2.
La instalación de los sistemas de seguridad intrínseca debe hacerse siguiendo los requisitos de las
normas vigentes y/o aceptadas en el país de instalación.
Importancia de la puesta a tierra de circuitos IS.
La conexión a tierra se utiliza para proporcionar una ruta segura para que fluya una corriente de falla
hacia la fuente principal de suministro eléctrico, hasta que un componente de protección en el sistema
eléctrico interrumpa el circuito. La conexión a tierra es una parte integral de cualquier sistema eléctrico
para que funcione correctamente. En general, en cualquier tipo de instalación ya sea comercial,
industrial o residencial, la conexión a tierra protege a las personas al proporcionar un camino seguro
para la electricidad no deseada que de otro modo podría crear un peligro.
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La electricidad siempre toma el camino de flujo más fácil hacia la tierra. Una toma de tierra es una
conexión conductora de baja resistencia entre los circuitos eléctricos, los equipos y la tierra.
La conexión a tierra se utiliza para proporcionar una ruta segura para que fluya una corriente de falla.
Una trayectoria a tierra completa debe ser mantenida al instalar todo tipo de equipamiento eléctrico y
electrónico, tal como interruptores, lámparas, controles, y gabinetes y otros receptáculos.
En un sistema, el flujo de corriente no deseado funde fusibles o dispara disyuntores. Una vez que se
funde un fusible o un circuito el interruptor se dispara, el circuito está abierto y no fluirá corriente
adicional.
La conexión a tierra generalmente se realiza en dos niveles: conexión a tierra del sistema y puesta a
tierra del equipo. La tierra del sistema es un circuito especial diseñado para proteger todo el sistema de
distribución de una instalación. El equipo de tierra es esencialmente un circuito diseñado para proteger
componentes individuales de un sistema eléctrico. Conductores conectados a tierra se utilizan para
proporcionar un camino hacia el suelo en los terrenos en que se instalan el sistema y el equipo. Un
conductor conectado a tierra es aquel que ha sido conectado a tierra a propósito. Los conductores
conectados a tierra son típicamente identificados con marcas verdes o verdes y amarillas y pueden
instalarse como conductores desnudos.
Hay dos tipos de puesta a tierra: a) puesta a tierra del equipo y b) puesta a tierra del sistema.
Puesta a tierra de equipos.
La conexión a tierra del equipo se logra conectando adecuadamente las partes metálicas expuestas que
no transportan corriente del equipo eléctrico (como recintos metálicos, bastidores de motores,
conductos y exteriores metálicos) a un potencial de tierra común. Esto es para garantizar la seguridad
del personal mediante la prevención de descargas eléctricas. La conexión a tierra adecuada de los
receptáculos o gabinetes metálicos de los equipos eléctricos en áreas peligrosas también evitará la
posibilidad de un arco eléctrico entre los componentes a diferentes voltajes.
Puesta a tierra del sistema.
La conexión a tierra del sistema se refiere a conectar a una toma a tierra los puntos neutros de los
conductores portadores de corriente y proporciona una ruta de retorno segura, robusta y de baja
resistencia para cualquier corriente de falla que fluya. Esto permite que los dispositivos de sobre
corriente funcionen dentro de su tiempo diseñado para eliminar una falla de impedancia insignificante
(cortocircuito o falla a tierra) antes de que ocurran daños al equipo o riesgos de descarga e incendio. La
toma a tierra del sistema también controla el voltaje a tierra dentro de límites predecibles.
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Ingeniero Químico - UNLP
Especialista en Seguridad, Higiene y Protección Ambiental – UCA
Functional Safety Engineer TÜV FSEng 517/06
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Seguridad Funcional - Sistemas Instrumentados de Seguridad – SIS
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¿Cómo se conectan a tierra los sistemas IS?
La seguridad intrínseca tiene sus propias reglas con respecto a la puesta a tierra. Las barreras de
seguridad, uno de los dispositivos de un sistema IS, limitan la energía que va al área peligrosa cuando
ocurre un evento de falla. Las barreras de seguridad tienen varios componentes internos que limitan el
voltaje máximo, la corriente y la potencia a las áreas peligrosas a un valor definido y limitado. Estos
componentes son generalmente una resistencia limitadora de corriente, barreras Zener y un fusible. La
clave en un sistema IS es mantener el circuito intrínsecamente seguro en el mismo voltaje y corriente
máximos que sus parámetros de diseño definidos.
Para lograr esto, la barrera de seguridad intrínseca debe conectarse a tierra conectando el punto de
referencia único en la barrera IS a un punto de conexión a tierra principal del panel de servicio. Las
diferencias de potencial transitorias pueden existir y existen entre el circuito intrínsecamente seguro y
su entorno durante el funcionamiento normal. Debe evitarse que estas diferencias de potencial
produzcan corrientes peligrosas desconocidas en circuitos intrínsecamente seguros. Esto se logra
aislando el exceso de voltaje de su entorno en todas partes, excepto en el punto específico de conexión
a tierra. Aunque se considera una ocurrencia inusual, las chispas en el área circundante pueden tener
lugar durante el mantenimiento en vivo de un sistema IS. Tal chispa se considera aceptable porque,
cuando las fallas a tierra están siendo despejadas por la protección del circuito, es poco probable que se
produzcan chispas al mismo tiempo que las diferencias de potencial transitorio significativas que pueden
ocurrir entre el circuito intrínsecamente seguro y su entorno.
Puesta a tierra de barreras Zener.
En condiciones normales de funcionamiento, la barrera pasa las señales eléctricas en ambas direcciones,
sin desviarlas. Cuando aparece un voltaje de falla (250 Vrms máx.) en las terminales del área segura de
la barrera, se deriva a tierra un flujo alto de corriente a través del fusible y de los diodos Zener. El fusible
está clasificado para fundirse muy rápidamente para evitar el fallo de los diodos Zener y aislar, cuando
se funde, los circuitos del área peligrosa de los circuitos en área segura. Las normas requieren que el
fusible no sea posible reemplazarlo para evitar errores que podrían perjudicar seguridad, por lo tanto,
una vez que se funde el fusible, es necesario reemplazar toda la barrera.
Durante la falla transitoria, el voltaje de circuito abierto (Voc) en los terminales de área peligrosa de la
barrera son igualados al voltaje Zener, mientras que la corriente de cortocircuito (Isc) en área peligrosa,
está limitada por la resistencia de salida (Rlim). Estos valores, Voc e Isc, son relevantes para evaluar la
capacitancia e inductancia permitidas, en los terminales del área peligrosa, para los grupos de gas que
no pueden ser encendidos por esos valores.
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Figura 30 – Acción de barrera Zener
La eficiencia de una barrera depende de una buena conexión a tierra que debe proporcionar una ruta de
retorno para la corriente de falla, de vuelta al área segura, evitando cualquier aumento sustancial del
voltaje y la corriente en los terminales de zonas peligrosas. Esto se logra mediante el uso de un
conductor dedicado que deben instalarse separadamente de cualquier otra tierra estructura, hasta el
punto de tierra de referencia.
La resistencia desde la barrera más lejana al punto de referencia debe mantenerse a menos de 1Ω y los
requisitos estándar son para un tamaño mínimo de 4 mm (12 AWG en los Estados Unidos).
Las "barreras Zener" son dispositivos simples, confiables y de bajo costo, sin embargo, presentan
algunos inconvenientes que deben tenerse en cuenta al elegirlos para aplicaciones de seguridad
intrínseca.
Figura 31 – Puesta a tierra de sistema IS
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Las principales desventajas son:

Debe suministrarse una buena conexión a tierra y debe mantenerse.

Los dispositivos de campo deben estar aislados de tierra y mantenerse en esa condición.

La caída de voltaje a través de las barreras puede hacer que en algunas aplicaciones sea difícil de
implementar.

La conexión incorrecta o las sobretensiones podrían fundir el fusible.

Tienen un modo común de rechazo muy pobre (modo común de rechazo es la inmunidad de un
dispositivo para interferir voltajes aplicados en ambos terminales de entrada con respeto a
tierra).
Barreras aisladas galvánicamente.
Los problemas que surgen con las "Barreras Zener" se pueden superar mediante el uso de interfaces de
seguridad basadas en el concepto de aislamiento en lugar de desviación de energía. La diferencia básica
consiste en proporcionar aislamiento entre circuitos de áreas peligrosas y seguras, mediante el uso de
componentes tales como transformadores, relés y opto acopladores, que deben cumplir con los
requisitos de seguridad de las normas para garantizar la seguridad.
Cuando están correctamente diseñadas, las barreras de aislamiento galvánico no permiten que el voltaje
de falla (250 Vrms Max) alcance al circuito de limitación de energía que debe ser capaz de soportar el
voltaje máximo en el lado secundario. El aislamiento galvánico permite que el circuito de limitación de
energía esté flotando respecto de la tierra; por lo tanto, una conexión a tierra, y un fusible protector, no
son necesarios para este circuito. Los parámetros de seguridad, Voc e Isc, se determinan de manera
similar a la utilizada para las barreras Zener.
Figura 32 – Barrera de Aislamiento
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Las características principales de las barreras de aislamiento galvánico son:

No se requiere una conexión a tierra dedicada y los dispositivos de campo se pueden conectar a
tierra.

El voltaje total está disponible para los dispositivos de campo.

El acondicionamiento de señales y la protección del circuito son combinados en una sola unidad.

Instalación y puesta en marcha sencillas con eliminación de lazos de tierra.

Se puede tolerar un alto voltaje de modo común.
IEC 60079-25 Atmósferas explosivas – Parte 25: Sistema eléctricos de seguridad intrínseca.
Esta parte de la norma IEC 60079 contiene los requisitos específicos para el diseño, construcción y
evaluación de sistemas de seguridad intrínseca. El Tipo de Protección “i” para su uso total o en partes en
sitios o áreas en las que se requiere equipamiento EX para Grupos I, II y III. Además, esta parte de la
norma específica en detalle cómo preparar la documentación del sistema y cómo calcular los
parámetros permitidos de los cables.
Las posibles variaciones y el proceso de implementación de los requisitos de la norma hacen que su
aplicación sea complicada. En la mayoría de las aplicaciones tomando la precaución de utilizar una sola
fuente de energía con baja capacitancia e inductancia a través de sus terminales de salida (Ci e Li) y
dispositivos de campo con una pequeña capacitancia e inductancia (Ci r Li) soluciona estos
inconvenientes. Los parámetros permitidos de los cables (Cc, Lc y Lc/Rc) son especificados como
parámetros de salida (Co, Lo, Lo/Ro) de la fuente de alimentación. La mayoría de los aparatos
certificados tienen valores bajos de Ci e Li entonces es sencillo aplicar estas simplificaciones. Para estos
casos, los valores despreciables capacitancia y de inductancia de entrada son Ci=5nF y de Li=10mH.
IEC 60079-17 Recomendaciones para la inspección y el mantenimiento de instalaciones
eléctricas en zonas peligrosas (distintas de las minas).
Se introdujo por primera vez en1990. Se introduce en la norma como "complemento" de IEC 60079-14.
La norma fija el propósito de esta parte así: Las instalaciones eléctricas en zonas peligrosas presentan
características especialmente diseñadas para adecuarlos para el funcionamiento en tales atmósferas. Es
esencial por razones de seguridad en aquellas áreas, en las que, a lo largo de la vida útil de tales
instalaciones, la integridad de esas características especiales se conserva. Por lo tanto, requieren de una
inspección INICIAL y además de:
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
INSPECCIONES PERIÓDICAS regulares a partir de su puesta en servicio o

SUPERVISIÓN CONTINUA por personal calificado y, cuando sea necesario, mantenimiento.
Mediante esta declaración, la norma reconoce que al igual que el uso continuo de los aparatos de una
manera segura requiere de reglas para operar durante toda la vida útil de la instalación. Por lo tanto, es
necesario mantener la planta en condiciones seguras garantizando que los aparatos protegidos contra
explosiones permanecen en el mismo estado físico o similar al de la primera vez que se instaló y
comisionó. Esto sólo puede hacerse mediante el seguimiento de los factores que pueden afectar a la
instalación. Si el deterioro es evidente, entonces se debe tomar algún tipo de acción correctiva para
mantener la seguridad.
Esos factores son:

Deterioro de las condiciones físicas y mecánicas del equipamiento.

Ataques del ambiente.

Modificaciones

Alteraciones de los peligros.
En definitiva, se trata de preservar el equipamiento y sus actividades de protección durante toda la vida
útil del sistema de protección.
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