EQUIPOS NO ELÉCTRICOS Y ATEX

Análisis de las fuentes de ignición mecánicas (procedentes de equipos no eléctricos)

Uno de los riesgos existentes en las plantas industriales que procesan líquidos, gases inflamables o polvos combustibles es el de explosión. Las fuentes de ignición pueden ser de diversa índole, siendo los equipos no eléctricos una posible causa. En la UE se regulan la comercialización de dichos equipos y su instalación en plantas industriales a través de dos directivas y de normas específicas cuyas ideas principales se resumen en el presente artículo elaborado por Dekra Insight y que publicaremos en dos entregas.

En todo evento de explosión es necesaria, además de la sustancia combustible y el oxígeno, una fuente de ignición. Las fuentes de ignición eléctricas y electrostáticas son las más comúnmente tenidas en cuenta, pero existen otros tipos de fuentes de ignición (ver cuadro adjunto “Tipos de fuentes de ignición”). Este análisis abordará las cuestiones relacionadas con las fuentes de ignición de origen mecánico procedentes de equipos coloquialmente conocidos como ‘equipos mecánicos’ y llamados ‘equipos noeléctricos’ en la literatura de atmósferas explosivas (ATEX). Los equipos no eléctricos son comunes a muchas plantas industriales y presentan un riesgo de ignición importante. Tradicionalmente, la clasificación de zonas Atex ha estado asociada a la selección de equipos eléctricos hasta la entrada en vigor en la UE

LOS EQUIPOS NO ELÉCTRICOS SON COMUNES EN MUCHAS PLANTAS INDUSTRIALES Y PRESENTAN UN RIESGO DE IGNICIÓN IMPORTANTE

de las directivas Atex que incluyen tanto equipos eléctricos como equipos no eléctricos. A continuación, enumeran una serie de sistemas comunes en la industria que pueden presentar, en su interior y/o en su exterior, una atmósfera explosiva y potenciales fuentes de ignición de origen mecánico: de extracción (extractores fijos, aspiradores portátiles); de agitación; de incremento de presión (bombas, compresores); de cambio o reducción de velocidad (cajas de engranajes con o sin reducción de velocidad y con o sin cambio del eje de giro); de transporte de material (tornillos sinfín, cintas transportadoras, redlers, elevadores de cangilones). En ellos, los componentes más típicos con potenciales fuentes de ignición de origen mecánico: cadenas, correas de transmisión de potencia por fricción (planas o trapezoidales) y correas dentadas, rodetes y palas de impulsión, bandas de cintas transportadoras, frenos, muelles, embragues, sellos mecánicos, cojinetes, transmisiones por fluido (aire, agua, aceite, etc.).

Las directivas Atex

Existen dos directivas relacionadas con las atmósferas explosivas en la UE: una dirigida a equipos que se vayan a instalar en zonas Atex de industria extractiva y no extractiva (inicialmente editada como Directiva 94/9/CE, recientemente actualizada por la Directiva 2014/34/UE) y otra dirigida a plantas industriales no extractivas (Directiva 1999/92/CE). Ambas están plenamente en vigor en España el 1 de julio de 2003 (si bien la Directiva 94/9/CE entró

en vigor el 9 de abril de 1996 y tuvo un período de coexistencia con la anterior legislación hasta el 1 de julio de 2003). La directiva de plantas industriales establece dos ternas de zonas Atex, una referida a zonas Atex generadas por gases, vapores o nieblas inflamables, y la otra referida a zonas Atex generadas por polvos combustibles, que en orden decreciente de frecuencia/probabilidad de aparición de una atmósfera explosiva y su persistencia en el tiempo, son para gases, vapores o nieblas inflamables (G) las siguientes: zona 0, zona 1, zona 2. Y para polvos combustibles (D): zona 20, zona 21, zona 22.

Grado de exigencia

Estas zonas clasificadas Atex solo computan frecuencia/probabilidad de aparición y persistencia de una Atex (es decir, de sustancia inflamable en mezcla con oxígeno), no la existencia o ausencia de fuentes de ignición ni tampoco las posibles consecuencias, mayores o menores, de una potencial explosión. Pero sí determinan qué grado de exigencia se le ha de pedir al diseño y a la certificación de los equipos eléctricos y no eléctricos que se instalen en ellas. Este grado de exigencia se llama categoría del equipo y aparece en la placa del equipo y en su Declaración UE (anteriormente CE) de Conformidad. Puesto que hay tres tipos de zona hay también tres categorías de equipos Ex que, centrando el estudio en industria no extractiva y en orden decreciente en las exigencias de diseño y certificación, son las categorías 1, 2 y 3. La certificación en categoría 1 exige al fabricante garantizar un diseño con ausencia de fuentes de ignición en funcionamiento normal, en disfunción previsible y en disfunción rara, entendiendo por disfunción rara aquella que provocan dos disfunciones previsibles de modo simultáneo o aquella requerida por el organismo notificado por existir alguna evidencia de su existencia en los históricos de accidentes de equipos análogos. La certificación en categoría 2 pide al fabricante garantizar un diseño menos exigente, con ausencia de fuentes de ignición en funcionamiento normal y en disfunción previsible, y la certificación en categoría 3 únicamente en funcionamiento normal. No solamente el diseño, sino que la certificación tiene también caminos diferentes (ver el diagrama adjunto “Modos de certificación en función de la categoría deseada para el equipo”).

Esquemas de certificación

Más allá del certificado inicial del equipo y de cara a garantizar que sus riesgos de aparición de fuentes de ignición efectiva se mantienen bajos a lo largo de su vida útil, en estos esquemas de certificación resulta vital completar el manual de usuario del equipo con todas las indicaciones de instalación, mantenimiento, utilización, revisión, inspección, almacenamiento, etc., que tengan influencia en las potenciales de fuentes de ignición efectivas; con relativa frecuencia aparecen en las plantas manuales de equipos Ex con escasas indicaciones en cuestiones electrostáticas, de mantenimiento y sustitución de componentes, etcétera, con una influencia directa en la aparición de fuentes de ignición. Hay que tener en cuenta que este esquema de certificación aplica no solo a las partes eléctricas

LOS EQUIPOS NO ELÉCTRICOS SON COMUNES EN MUCHAS PLANTAS INDUSTRIALES Y PRESENTAN UN RIESGO DE IGNICIÓN IMPORTANTE

(típicamente el motor) sino a las mecánicas, siendo muy frecuente en la actualidad encontrar en instalaciones industriales de todo tipo, equipos electromecánicos posteriores a la fecha de entrada en vigor de las directivas Atex, con las fuentes de ignición eléctricas (motor, sensores) certificadas Ex y sus partes mecánicas (bomba, reductor de velocidad, tornillo sinfín, extractor) sin certificado Ex. Por otra parte, el equipo puede estar certificado para un subgrupo de gas concreto (e.g. IIB) y, en este caso, dicho sistema garantiza la ausencia de fuentes de ignición en gases o vapores de ese subrupo (etileno, etcétera) y los de los subgrupos menos restrictivos (gases/vapores IIA: metano, etcétera). Ver tabla adjunta “Certificación de equipos en función del grupo de gas/vapor”. De la misma manera, el fabricante de un equipo certifica su máxima temperatura superficial (en funcionamiento normal, en disfunción previsible o en disfunción rara, según corresponda a su categoría) en las superficies que pudieran estar en contacto con el gas/vapor inflamable o el polvo combustible. En el caso de gases y vapores inflamables, esta variable se describe en la clase de temperatura del equipo (p.ej. T5); en Europa se establecen seis clases de temperatura para los equipos: T1 (85 ºC), T2 (100 ºC), T3 (135 ºC), T4 (200 ºC), T5 (300 ºC) y T6 (450 ºC). Ejemplo: Ex II 1G T5, equipo cuyo fabricante garantiza un calentamiento nunca superior a 100 ºC incluso en disfunciones raras. En función de la clase de temperatura del equipo, su uso en gases/vapores o nieblas inflamables se indica en la tabla “Certificación del equipo en función de la clase de temperatura del gas/vapor” siendo la segunda columna las clases de temperatura de los gases o vapores que pueden entrar en contacto con el equipo sin riesgo de inflamación pues sus temperaturas de ignición por superficie caliente (también conocida como temperatura de autoignición de ese gas/vapor, que no debe ser confundida con su flash point) son superiores a la máxima temperatura superficial del equipo. Y en el caso de equipos certificados para polvos combustibles, esta temperatura máxima superficial debe aparecer como una temperatura en grados centígrados; por ejemplo, “T125 ºC”: Ex II 2D T125 ºC. En el caso de polvos combustibles, la correspondencia entre la temperatura máxima superficial del equipo y las atmósferas explosivas de polvos combustibles en las cuales puede ser instalado no es tan sencilla como la tabla anterior para el caso de los gases, debido a dos factores que se describen a continuación. Factor 1: los polvos combustibles presentan dos riesgos diferentes en función de en qué estado se encuentre ese polvo en el momento de la ignición. En forma de capa, se inflamará creando una llama, mientras que en forma de nube explotará. Las dinámicas de aparición de cada uno de los dos fenómenos son diferentes y, por tanto, todo polvo presenta

dos temperaturas diferentes de inflamación por superficie caliente: la temperatura de autoignición en capa (originando una llama) y temperatura de autoignición en nube (originando una explosión). Factor 2: los polvos presentan una gran sensibilidad de variación de estas dos temperaturas con pequeñas diferencias en parámetros básicos como pueden ser, entre otros, la granulometría o la humedad del polvo concreto de nuestra instalación con respecto al polvo que fue ensayado. El tomar valores de parámetros de inflamabilidad de bases de datos on line o bibliográficas tiene su utilidad como una primera aproximación cualitativa; no obstante, estos valores deben ser tomados con prudencia. A este respecto, la norma EN 1127-1 cita explícitamente la necesidad de realizar ensayos con muestras de polvo específicas de la instalación como inicio de una base preventiva adecuada. Las fichas de datos de seguridad de los polvos combustibles rara vez proporcionan estas dos temperaturas, siendo la realidad de la mayoría de las plantas de cualquier sector industrial el disponer de fichas de datos totalmente incompletas en sus parámetros de inflamabilidad, o con datos de inflamabilidad sesgados (un gran número de fichas de seguridad de polvos combustibles proporcionan un valor de flash point, un concepto que solo existe en líquidos inflamables). Debido al factor 1, el equipo debe satisfacer dos requisitos preventivos: no se debe calentar tanto como para inflamar las posibles capas de polvo que se acumulen sobre él ni se debe calentar tanto como para hacer explotar las posibles nubes de polvo que pudiera haber en su entorno. Como ambas temperaturas son diferentes y el equipo debe satisfacer ambos requisitos, se impone el criterio restrictivo (la temperatura superficial mínima de las dos posibles) en la compra de un equipo. Debido al factor 2 y para que el equipo sea incapaz de inflamar capas o nubes de polvo a lo largo de toda su vida útil, independientemente de la variedad en granulometrías o humedades que el polvo de esa zona concreta de la planta pueda ir teniendo a lo largo del tiempo, se imponen unos coeficientes de seguridad bastante exigentes en cada una de las dos temperaturas máximas superficiales descritas. En el caso de capas de polvo, el coeficiente de seguridad es de 75 ºC, de tal manera que el equipo tenga una temperatura máxima superficial siempre inferior a la temperatura de autoignición de las capas del polvo considerado menos 75 ºC: Tm.s.eq < TIC – 75. Por otra parte, el parámetro TIC empeora sensiblemente cuanto mayor es el espesor de la capa de polvo depositada sobre el equipo, pudiendo disminuir en decenas de grados con un incremento del espesor del orden de milímetros, por lo que la limpieza se impone como primera base preventiva en las instalaciones que procesen polvos combustibles. En el caso de nubes de polvo, el factor de seguridad se impone en tanto por ciento: el equipo debe tener una temperatura máxima superficial siempre inferior al 66.6% (ó 2/3) de la temperatura de autoignición de las nubes del polvo considerado, en grados centígrados: Tm.s.seq < 2/3 · TIN. Reuniendo todos los requisitos expuestos: Tm.s.eq. < mín (TIC – 75, 2/3 · TIN). La prevención de fuentes de ignición no eléctricas en estos equipos proviene, en equipos posteriores al 30 de junio de 2003, del modo de protección del equipo, certificado por el fabricante de acuerdo a la serie EN 13463 (paulatinamente será sustituida por la norma ISO 80079, partes 36 y 37). En equipos de esta fecha o anteriores a ella, la planta industrial debe realizar una evaluación de los riesgos de ignición y dar soluciones (de mantenimiento fundamentalmente) que disminuyan el riesgo en los casos en que éste no sea aceptable, e incorporar esta evaluación al Documento de Protección contra Explosiones de la planta.

Conclusiones

Los equipos no eléctricos representan una parte importante del riesgo de explosión de una planta. La probabilidad de aparición de fuentes de ignición de origen mecánico debe estar controlada, tanto en equipos anteriores a la entrada en vigor de las directivas ATEX (el 30 de junio de 2003 en España), como en equipos posteriores a esta fecha. Tanto para los fabricantes como para los instaladores y los utilizadores de estos equipos, son de importancia relevante los estándares de diseño EN 13463 e ISO 80079. De igual forma, el mantenimiento juega un papel crucial en el control de sus fuentes de ignición, respetando siempre las indicaciones dadas por el fabricante. Por último, en los equipos no eléctricos existentes en las plantas industriales con anterioridad al 30 de junio de 2003, la planta industrial debe realizar un análisis del riesgo de ignición e incluirlo en el Documento de Protección contra Explosiones de la planta.

EL MANTENIMIENTO JUEGA UN PAPEL CRUCIAL EN EL CONTROL DE SUS FUENTES DE IGNICIÓN

En nuestro próximo número les ofreceremos la segunda parte de este artículo, titulada ‘Análisis de las fuentes de ignición mecánicas (procedentes de equipos no eléctricos) II’.