Atmósferas con riesgo de explosión totalmente bajo control: ATEX (atmosphère explosive)

En muchas industrias, la fabricación, el procesamiento, el transporte o el almacenamiento de materiales combustibles da como resultado la creación o liberación de gases, vapores o vapor en el medio ambiente y otros procesos crean polvo combustible. Se puede formar una atmósfera explosiva junto con el oxígeno en el aire, lo que puede provocar una explosión si se enciende.

Particularmente en áreas como la industria química y petroquímica, el transporte de petróleo crudo y gas natural, la industria minera, la molienda (por ejemplo, grano y sólidos granulares) y muchas otras ramas de la industria, esto puede ocasionar lesiones graves al personal y daños al equipo.

Para garantizar el mayor nivel de seguridad posible en estas áreas, las legislaturas de la mayoría de los países han desarrollado obligaciones apropiadas en forma de leyes, reglamentos y normas.    

Qué es una explosión? Una explosión es la reacción química repentina de una sustancia combustible con oxígeno, que implica la liberación de alta energía. Las sustancias combustibles pueden estar presentes en forma de gases, niebla, vapor o polvo. Esta combinación es muy frecuente en los sectores químico, petroquímico y farmacéutico. 

Los tres elementos claves de la combustión son:

1. Sustancia inflamable (con la distribución y concentración adecuadas)

2. Oxígeno (en el aire)

3. Fuente de ignición (p. ej. chispas eléctricas)

Protección contra explosión primaria y secundaria

El principio de la protección integrada contra explosiones exige prever todas las medidas de protección contra explosiones siguiendo un orden predeterminado.

Para ello se hace la diferencia entre las medidas de protección primarias y secundarias.

Bajo protección primaria contra explosiones se entienden todas las medidas que evitan la aparición de una atmósfera explosiva peligrosa.

¿Qué medidas de protección pueden tomarse para reducir el riesgo de explosión al mínimo posible?

■ Evitar sustancias inflamables
■ Inertizar (adición de nitrógeno, dióxido de carbono, etc.)
■ Limitar las concentraciones
■ Mejorar la ventilación

La protección secundaria contra explosiones es necesaria cuando las medidas de protección primarias no permiten descartar el peligro por completo o, de hacerlo, lo hacen sólo de forma incompleta.

Los equipos eléctricos y electrónicos que se instalen en lugares de riesgo de explosión deben cumplir con ciertas normativas, que aseguran que estos no sean generadores de una explosión. Para su clasificación se crearon grupos y zonas:

Grupos 
Los aparatos se clasifican por los grupos siguientes:

■ Grupo de aparatos I: M1, M2 (M=Minas)
- en explotaciones subterráneas
- en minas y/o polvos inflamables
- así como en sus instalaciones a cielo abierto

■ Grupo de aparatos II: 1G, 2G, 3G (G=Gas) 1D, 2D, 3D (D=Dust/Polvo)
- aparatos para su utilización en las demás áreas

Cada grupo de aparatos incluye a su vez equipos y materiales asignados a diferentes categorías (Directiva 94/9/CE).

M 1, 1 G, 1 D: Nivel de seguridad muy elevado = la seguridad del aparato debe estar garantizada incluso en caso de fallos poco frecuentes de los aparatos, p.ej. si fallan dos componentes a la vez.

M 2, 2 G, 2 D: Nivel de seguridad elevado = la seguridad del aparato debe estar garantizada en caso de frecuentes fallos presumibles de los aparatos, p.ej. si falla un componente.

3 G, 3 D: Seguro en funcionamiento normal = la seguridad del aparato debe estar garantizada en el funcionamiento normal.

La categoría indica la zona en la cual pueden aplicarse los equipos o materiales.

Zonas

Las atmósferas explosivas se clasifican por zonas. La clasificación en la respectiva zona depende de la probabilidad temporal y local de la existencia de una atmósfera explosiva peligrosa. Las informaciones y especificaciones para la clasificación en zonas figuran en EN/IEC 60079-10.

Zona 0/20: La atmósfera explosiva puede presentarse de forma permanente, con frecuencia y durante largos períodos de tiempo.

Zona 1/21: La atmósfera explosiva puede presentarse de forma ocasional.

Zona 2/22: No es probable que se produzca una atmósfera explosiva y, si ésta existiese, sólo se mantendría por poco tiempo.

Modos de protección
Los modos de protección son medidas constructivas y eléctricas tomadas en el material para obtener la necesaria protección contra explosiones en atmósferas potencialmente explosivas. Los modos de protección son medidas de protección secundarias contra explosiones. El alcance de las medidas de protección secundarias contra explosiones depende de la probabilidad de la aparición de una atmósfera explosiva peligrosa.

La Seguridad Intrínseca es un método de protección contra explosiones basado en el criterio de “Prevención” empleado en ambientes potencialmente explosivos. El empleo de este método previene la ignición del medio inflamable gracias a que los instrumentos colocados en el área peligrosa son incapaces de generar o almacenar suficiente energía, a la vez que se limita, mediante el empleo de dispositivos conocidos como Barreras de Seguridad Intrínseca, la energía que le es suministrada al instrumento desde el área segura.

El empleo de la Seguridad Intrínseca mantiene limitados a niveles seguros la corriente y el voltaje (energía eléctrica) en el área peligrosa, lo que impide que se produzcan chispas capaces de generar una explosión. Como consecuencia de ello, también se produce una limitación de la energía calórica disipada por el instrumento, con lo cual se elimina la posibilidad de que ocurra una explosión por altas temperaturas.

El propósito principal de las barreras de seguridad intrínseca es el de limitar la energía que es enviada hacia el área clasificada bajo condiciones de operación normal o en condiciones de operación bajo falla. Las barreras pueden proveer también aislamiento galvánico y/o acondicionamiento de señales.

Las normas de seguridad intrínseca se aplican a todos los equipos que puedan generar alguna de las siguientes fuentes potenciales de explosión: 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.

Las barreras galvánicas proporcionan una alimentación flotante con respecto a tierra y suministran la misma señal del transmisor gracias a un transformador de aislamiento.

El transformador proporciona aislamiento galvánico entre la entrada y la salida, de manera que consigue una alimentación o señal a campo "flotante", lo que evita los picos, transitorios y ruido electromagnético de alta frecuencia. Un solo componente de alto rendimiento basta para poder proporcionar el índice de confiabilidad requerido por el estándar de Seguridad Intrínseca. Las barreras galvánicas utilizan además un fusible magnético, un diodo Zener y una resistencia para limitar los voltajes y las corrientes que van al área peligrosa.

Ventajas

La mayoría de nuestros aisladores se caracterizan por:

• Un aislamiento de tensión de 3,75 kVCA
• Una alta relación señal/ruido de, normalmente, 80-100 dB correspondiente a una atenuación de ruido de factor 10.000-100.000
• Conectores sólidos y robustos con pines dorados que aseguran la fiabilidad operacional incluso en las situaciones más extremas
• Alta inmunidad al ruido emitido: Este tipo de perturbación puede venir de convertidores de frecuencia o de fuentes de alimentación conmutadas
• Alta inmunidad a los transitorios de carga de energía; alta inmunidad al ruido impulsivo
• La principal utilidad de los aisladores es eliminar los problemas de interacción entre sistemas con diferentes puesta a tierra.

Un acondicionador de señal es un dispositivo que convierte un tipo de señal electrónica en otro tipo de señal.

Su uso principal es convertir una señal que puede ser de difícil lectura mediante instrumentación convencional en un formato que se puede leer más fácilmente. Al ejecutar esta conversión ocurren numerosas funciones. Entre ellas:

• Amplificación: cuando una señal se amplifica, se incrementa la magnitud de la señal. La conversión de una señal de 0-10 mV a una señal de 0 -10 V es un ejemplo de amplificación.
• Aislamiento eléctrico: El aislamiento eléctrico rompe la ruta galvánica entre la señal de entrada y la señal de salida. La entrada normalmente se transfiere a la salida mediante su conversión en una señal óptica o magnética, luego se reconstruye en la salida. Al romper la ruta galvánica entre la entrada y la salida, se impide que las señales no deseadas de la línea de entrada pasen hasta la salida. Se requiere aislamiento cuando se debe hacer una medición en una superficie con un potencial de voltaje muy por encima del suelo. 
• Linearización: Convertir a una señal de entrada no lineal a una señal de salida lineal. Esto es común para señales de termopar.
• Compensación de unión fría: Se usa para termopares. La señal del termopar se ajusta para compensar las fluctuaciones a temperatura ambiente.
• Excitación: Muchos sensores requieren una forma de excitación para funcionar. Los calibradores de tensión y los RTD son dos ejemplos comunes.