El armario eléctrico desempeña un papel fundamental en la protección de los equipos eléctricos y en la garantía de la seguridad en entornos peligrosos. ¿Puede el armario eléctrico prevenir explosiones internas? Este es un tema crucial para muchas industrias. Este artículo analiza las características de los armarios antiexplosivos, los principios de aislamiento de explosiones y sus aplicaciones. Esperamos que este artículo le ayude a elegir un armario eléctrico adecuado para entornos peligrosos.
¿Pueden las cajas eléctricas prevenir las explosiones internas?
Las cajas eléctricas estándar no pueden evitar explosiones internas. Generalmente se utilizan para evitar la entrada de objetos sólidos y líquidos externos. Las clasificaciones comunes para cajas eléctricas estándar son IP y Normativa nacional. Sin embargo, los recintos a prueba de explosiones certificados pueden contener y controlar de forma segura las explosiones internas, evitando que se propaguen a entornos externos peligrosos.
En el caso de los recintos eléctricos en zonas peligrosas, eliminar por completo la posibilidad de fuentes de ignición internas suele ser imposible. Si bien los recintos antideflagrantes permiten que las explosiones ocurran en su interior, limitan estrictamente las consecuencias destructivas de la explosión al interior del recinto.
El diseño de la carcasa antiexplosiva incorpora una resistencia estructural extremadamente alta, juntas antiexplosivas de precisión y un sistema de fijación y sellado seguro. Esta carcasa es muy similar a una carcasa ignífuga. Una carcasa robusta puede soportar la presión explosiva generada durante la explosión de mezclas inflamables sin sufrir deformaciones permanentes ni roturas.
¿Qué es una caja o recinto a prueba de explosiones?
El propósito principal y fundamental de una caja eléctrica antiexplosiva es soportar de forma segura la presión de una explosión e impedir la propagación de las llamas y los gases a alta temperatura en su interior, en lugar de evitar chispas o explosiones dentro del equipo eléctrico. Por lo tanto, la denominación más técnica para una caja antiexplosiva es caja antideflagrante (Ex d), que describe con mayor precisión su función.
El principio de funcionamiento de las carcasas antideflagrantes se basa en dos funciones fundamentales: la resistencia estructural de la carcasa y la junta a prueba de explosiones.
El espesor de la pared, el material y la estructura del armario eléctrico antiexplosivo se calculan y prueban con precisión. Puede soportar la presión máxima de explosión generada por la explosión interna de un gas inflamable específico y múltiples impactos. Además, es necesario garantizar que no se deforme ni se agriete permanentemente.
La junta antiexplosiva es la parte más ingeniosa de la tecnología a prueba de explosiones. La tapa de la carcasa antiexplosiva y el cuerpo de la caja, así como el eje y su orificio, no están completamente sellados. En cambio, están diseñados con holguras definidas con precisión, que constituyen la junta antiexplosiva.
Además de los recintos antiexplosivos, la protección antiexplosiva también incluye otros métodos.
Seguridad intrínseca (Ex i): Esto requiere limitar la energía del circuito en la fuente, de modo que sea imposible generar una chispa efectiva. Este método a prueba de explosiones no requiere una carcasa robusta.
Mayor seguridad (Ex e): Este método se centra principalmente en mejorar la seguridad del equipo para evitar la generación de chispas, arcos eléctricos o temperaturas excesivas durante el funcionamiento normal.
Recinto presurizado (Ex p): Este recinto permite llenar continuamente el interior con gas protector, manteniendo una presión interna superior a la externa. Esto evita la entrada de gases peligrosos.
Características principales de los recintos a prueba de explosiones e ignífugos
Resistencia estructural
Carcasa robusta y resistente: Las cajas a prueba de explosiones están hechas principalmente de materiales como aluminio y acero inoxidable. El espesor de las paredes de los recintos debe ser suficiente para soportar la presión máxima generada por una explosión interna. La presión que puede soportar un recinto antiexplosivos suele ser superior a 1,5 veces la presión de referencia. Puede soportar la presión de la explosión sin sufrir deformación permanente ni rotura.
Superposición de presiónAl diseñar, los ingenieros deben considerar el efecto de superposición de presión que puede ocurrir en estructuras multicámara. En otras palabras, la explosión de una cámara puede desencadenar una explosión más intensa en las cámaras adyacentes a través de las tuberías de conexión. Por lo tanto, las particiones internas o los canales de conexión de su recinto antiexplosivo también deben tener la resistencia necesaria para resistir explosiones.
Juntas ignífugas
La junta antiexplosiva es clave para enfriar la llama y lograr su extinción.
Existen varios tipos de juntas antiexplosivas. Entre ellas, la junta plana es la más común. Dos bridas planas mecanizadas con precisión se unen mediante pernos, con una separación predeterminada en el centro. Además, las carcasas antiexplosivas también cuentan con juntas cilíndricas, roscadas y laberínticas.
AutorizaciónLos parámetros de la junta requieren un control preciso. La distancia máxima permitida entre las juntas de la carcasa antiexplosiva suele estar entre 0,1 y 0,5 milímetros. En general, cuanto menor sea la separación, mayor será la capacidad de extinción de la llama.
AnchoEl ancho es la longitud mínima de la superficie de contacto metálica que debe atravesar la llama. En general, cuanto mayor sea el ancho de la carcasa antiexplosiva, mejor será el efecto de enfriamiento.
Rugosidad superficialLa junta debe ser lisa y plana para garantizar un tamaño de separación estable. Esto favorece la conducción del calor. El valor Ra para la suavidad de la superficie generalmente no debe superar los 6,3 μm.
Fijación y sellado
Sujetadores especialesLa cantidad, la resistencia y la profundidad de los pernos para la carcasa antiexplosiva están estrictamente especificadas. Por lo general, las cabezas de los pernos de la carcasa antiexplosiva deben garantizar que no se aflojen ni salgan disparadas durante una explosión.
Juntas de sellado no elásticasDebe tener en cuenta que no se permiten materiales de sellado elásticos para la junta de la trayectoria de la llama. Las juntas a prueba de explosiones suelen utilizar mecanizado de precisión metal-metal para el sellado.
Sellado estáticoPara los puntos de sellado estático no peligrosos de su carcasa, como la placa de identificación y la ventana de su carcasa a prueba de explosiones, estas piezas pueden utilizar componentes de sellado elásticos resistentes al envejecimiento.
Gestión térmica
La carcasa antiexplosiva requiere un control estricto de la temperatura. El calor excesivo puede dañar los componentes eléctricos. Si se utiliza en entornos peligrosos, también aumentará el riesgo de explosión.
La carcasa antiexplosiva en un entorno peligroso no debe exceder el límite de temperatura de su grupo de temperatura certificado. Por ejemplo, T4 ≤ 135 °C, T6 ≤ 85 °C. Las carcasas antiexplosivas suelen utilizar materiales con alta resistencia térmica y no comprometen la seguridad de la carcasa. Las carcasas de equipos de alta potencia suelen estar equipadas con sistemas de refrigeración y diseños de disipación de calor específicos.
Márgenes de cumplimiento y seguridad
La caja antiexplosiva debe cumplir con las normas de seguridad internacionales, como IECEx, ATEX y NEC. Las cajas eléctricas antiexplosivas con estas certificaciones garantizan la seguridad y la fiabilidad en entornos peligrosos. Es importante verificar que la caja antiexplosiva incluya información esencial como marcas de protección, logotipos de organismos de certificación, números de certificado, etc.
Cómo los gabinetes eléctricos reducen los riesgos de explosión
Los recintos a prueba de explosiones ayudan principalmente a reducir el riesgo de explosión a través de los siguientes cuatro niveles interrelacionados de manera sistemática y progresiva.
Aislamiento espacial
El recinto crea una barrera física entre el interior y el exterior. Garantiza que cualquier chispa, arco eléctrico o superficie caliente interna quede estrictamente confinada dentro de la cavidad. Externamente, previene la rápida y masiva entrada de gases peligrosos. Esto reduce considerablemente la probabilidad y la concentración de la formación de mezclas explosivas internas. En esencia, ayuda a reducir la posibilidad de que coexistan en el espacio materiales combustibles, oxidantes y fuentes de ignición.
Contención de presión y conversión de energía
La carcasa, gracias a su altísima resistencia mecánica, absorbe y disipa la energía mecánica de la explosión. Esta alta resistencia evita que la carcasa se agriete y genere fragmentos metálicos, lo que ayuda a eliminar el riesgo principal de daños físicos causados por fallas eléctricas. Además, la energía de la onda expansiva de la explosión se convierte en una mínima deformación elástica y energía sonora dentro de la carcasa, reduciendo así la energía cinética destructiva de la explosión.
Extingue las llamas
Cuando se produce una explosión dentro de la carcasa antiexplosiva, generando llamas de alta temperatura y productos de combustión que se ven obligados a pasar a través de estrechas y precisas aberturas en las bridas, su calor se conduce rápidamente a la carcasa metálica. Por lo tanto, la temperatura de la llama se reduce drásticamente por debajo del punto de autoignición del gas inflamable externo. Este es el principal método para enfriar las llamas.
En segundo lugar, la reacción en cadena de combustión requiere radicales libres altamente activos para mantenerse. Las paredes del recinto metálico pueden adsorber y combinar estos radicales libres, interrumpiendo así la reacción en cadena de combustión.
El resultado final es que la sustancia expulsada por la junta pasa de ser una llama de alta temperatura y muy activa a un gas de escape caliente, inerte y de baja temperatura. Esto también significa que se han eliminado por completo las condiciones para la liberación de energía química y térmica en el entorno externo. De esta manera, se bloquea la principal vía de propagación del desastre.
Diseño estandarizado y compatibilidad del sistema
Factor de seguridad: La presión de diseño de la carcasa antiexplosiva es mucho mayor que la presión máxima teórica de explosión. Este diseño permite hacer frente a anomalías imprevistas.
Gestión de la clasificación: El diseño del producto se clasifica rigurosamente según los grupos de gases (IIC, IIB, IIA) y los grupos de temperatura (T1-T6). Esto proporciona una protección más estricta en entornos más peligrosos. Al ajustar los riesgos, se evita una protección insuficiente o excesiva.
Compatibilidad sistemática: Todos los accesorios del recinto antiexplosivos deben someterse al mismo nivel de certificación para garantizar que todo el sistema de barrera sea impecable.
Normas y certificaciones
La carcasa antiexplosiva no se determina por su apariencia o grosor del material. Debe pasar la verificación de estándares reconocidos internacionalmente como ATEX, IECEx, UL, que ponen a prueba su capacidad para contener de forma segura una explosión interna sin incendiar la atmósfera circundante.
ATEX (Europa)
ATEX es un umbral legal en la Unión Europea, que constituye una normativa obligatoria para los productos. La directiva ATEX 2014/34/UE se aplica principalmente a equipos y sistemas de protección. Según esta directiva, todos los equipos antiexplosivos que ingresen al mercado de la UE deben llevar las marcas CE y Ex. Contiene directrices que regulan las responsabilidades de los fabricantes y los empleadores, respectivamente.
ATEX clasifica los entornos peligrosos en función de la frecuencia de aparición de atmósferas de gas explosivas. A continuación se abordan específicamente los gases y vapores:
Zona 0: Durante el funcionamiento normal, la atmósfera explosiva persiste de forma continua o durante un período prolongado.
Zona 1Pueden estar presentes gases explosivos durante el funcionamiento normal.
Zona 2Es improbable que el entorno operativo contenga la atmósfera explosiva o que esta permanezca allí durante un breve período de tiempo.
Para entornos operativos polvorientos, la directiva también define las zonas 20, 21 y 22.
Las instrucciones se clasifican en tres categorías según las zonas peligrosas a las que se aplica el equipo. La categoría 1 es adecuada para la Zona 0 o la Zona 20 y ofrece una protección muy alta. La categoría 2 es adecuada para la Zona 1 o la Zona 21 y ofrece una protección alta. La categoría 3 es adecuada para la Zona 2 o la Zona 22 y ofrece una protección normal.
IECEx (Internacional)
IECEx es un sistema de certificación internacional desarrollado por la Comisión Electrotécnica Internacional. IECEx es aceptado fuera de Europa y es un estándar de certificación reconocido mundialmente. Si elige productos con certificación IECEx, podrá reducir la necesidad de certificaciones en varios países. IECEx y ATEX son muy similares en tecnología y comparten los mismos conceptos de protección, como Ex d, Ex e, Ex i y Ex t, entre otros. La mayoría de los productos suelen tener doble certificación.
NEC/CEC (Norteamérica)
En Norteamérica (Estados Unidos y Canadá), los recintos antiexplosivos suelen basarse en un sistema de clasificación. Actualmente, también se acepta la clasificación por regiones.
El NEC y el CEC clasifican las sustancias peligrosas en tres categorías según su tipo: Clase I (gases y vapores), Clase II (polvo combustible) y Clase III (fibras y partículas volátiles). Además, las dividen en División 1 (riesgo presente en condiciones normales) y División 2 (riesgo presente en condiciones anormales) según la frecuencia de ocurrencia.
Existen diferentes grupos para los distintos gases: Grupo A (acetileno), Grupo B (hidrógeno), Grupo C (etileno) y Grupo D (propano). El polvo también se clasifica en tres grados: E, F y G.
UL/CSA
En Norteamérica, los recintos antiexplosivos suelen estar certificados por Underwriters Laboratories (UL – EE. UU.) y la Asociación Canadiense de Normas (CSA – Canadá). Estas certificaciones se basan en pruebas que demuestran que los recintos antiexplosivos pueden soportar explosiones internas, que las vías de combustión pueden enfriar los gases que escapan e impedir que se inflamen en la atmósfera exterior. Los recintos antiexplosivos certificados también deben cumplir con los requisitos mecánicos y térmicos.
Protección contra la entrada de cuerpos extraños frente a protección contra explosiones.
Debes tener en cuenta que Clasificaciones IP Las clasificaciones NEMA protegen principalmente contra el polvo y el agua, mientras que las clasificaciones NEMA se centran en la protección ambiental. Si bien ambas comparten cierta relación con la protección de áreas peligrosas, no son equivalentes a ATEX ni a IECEx. Por lo tanto, una carcasa que resista el polvo y el agua no es a prueba de explosiones.
Aplicaciones de las cajas eléctricas antiexplosivas e ignífugas
Industria del petróleo y el gas
La industria del petróleo y el gas es el sector con los requisitos más estrictos en materia de protección contra explosiones y el de mayor aplicación. Sus aplicaciones abarcan todo el proceso de extracción, transporte y refinación. En estos entornos, como plataformas marinas, refinerías y plantas de procesamiento, los gases inflamables y explosivos son frecuentes o se presentan de forma persistente.
Estos entornos son principalmente de Zona 1. El entorno contiene una gran cantidad de dispositivos de aplicación que pueden convertirse en fuentes de ignición. Las carcasas a prueba de explosiones garantizan que las fallas internas o las explosiones no se conviertan en fuentes de ignición.
Plantas de procesamiento químico y fabricación de productos farmacéuticos
Estas dos industrias comparten entornos de producción similares. La industria farmacéutica tiene requisitos de higiene adicionales. Ambos entornos contienen vapores de disolventes complejos y polvos inflamables. El riesgo de polvo es mayor en el proceso de producción de medicamentos. Las fuentes de ignición ocultas se encuentran principalmente en sistemas de control automatizados, como mezcladores y equipos de secado.
En este entorno, su envolvente antiexplosiva debe cumplir simultáneamente con los requisitos de protección contra explosiones de gas (Ex d, Ex e) y contra explosiones de polvo (Ex tD). También puede optar por una envolvente de protección compuesta. Además, su envolvente antiexplosiva debe soportar enjuagues frecuentes y de alta intensidad con agentes de limpieza químicos, así como la corrosión.
Minería
En un entorno con presencia de gas metano y polvo de carbón, todos los equipos eléctricos deben utilizar envolventes del máximo nivel de protección. Para las envolventes eléctricas, generalmente se deben elegir tipos antideflagrantes e intrínsecamente seguros.
Además de la protección contra explosiones, las carcasas deben tener una resistencia mecánica extremadamente alta (índice IK). Esto previene eficazmente los daños causados por impactos de rocas. Es necesario elegir carcasas con bridas reforzadas y nervaduras de diseño robusto.
Energía renovable
En la industria de las energías renovables, las aplicaciones más comunes incluyen la generación de energía a partir de biogás, hidrógeno y energía eólica. Estas instalaciones de generación de energía suelen estar ubicadas en zonas remotas, por lo que es necesario elegir cerramientos resistentes a las inclemencias del tiempo y que protejan los equipos de la niebla salina y los rayos ultravioleta.
Si se aplica a instalaciones de hidrógeno, se deben utilizar recintos antideflagrantes con la designación de grupo de gases IIC. Este es el nivel más alto actual de protección contra explosiones de gas.
Fabricación industrial
El entorno de la fabricación industrial es muy amplio, pero no se pueden subestimar sus riesgos. Los principales riesgos en este entorno provienen del polvo inflamable, como el polvo de metal, de madera, de plástico, etc.
En áreas donde el polvo puede incendiarse, los recintos antiexplosivos (Ex tD) deben limitar la temperatura de la superficie e impedir la entrada de polvo al interior. Una explosión inicial en un taller puede levantar el polvo acumulado y provocar una explosión secundaria. Los recintos antiexplosivos pueden contener eficazmente la explosión inicial.
Limitaciones y conceptos erróneos comunes
- La carcasa es gruesa y está bien sellada, por lo que tiene propiedades a prueba de explosiones.
La única forma de saber si una carcasa es a prueba de explosiones es comprobar que tenga una marca de certificación de protección contra explosiones, como Ex, IECEx, etc. Una carcasa sin estas marcas es simplemente una carcasa eléctrica estándar, por muy resistente que sea.
- La oxidación y el descascarillado de la carcasa no afectan al funcionamiento del dispositivo a prueba de explosiones.
La corrosión en la junta de precisión a prueba de explosiones modificará el ancho del espacio y el acabado superficial. Esto provocará fallos en algunas de sus funciones. Por lo tanto, es necesario evaluar y eliminar cualquier rastro de óxido.
- La caja eléctrica antiexplosiva puede utilizarse en cualquier entorno peligroso.
La certificación a prueba de explosiones tiene condiciones específicas que se aplican. Estas incluyen categorías de gases (IIC, IIB, IIA), categorías de temperatura (T1-T6) y rango de temperatura ambiente (Ta). Si se utiliza una carcasa para IIB en un entorno IIC, es extremadamente peligroso.
Preguntas frecuentes
¿Puede una caja antiexplosivas detener una explosión por completo?
Las carcasas antiexplosivas no pueden detener por completo las explosiones internas. Su función es contener la explosión y enfriar los gases que escapan. Esto puede evitar la ignición del gas circundante.
¿Puede una instalación incorrecta reducir la protección contra explosiones?
Sí. Una instalación incorrecta y un mantenimiento deficiente reducirán sustancialmente o eliminarán la protección contra explosiones.
¿Cómo elegir la caja eléctrica adecuada para la protección contra explosiones?
Debe evaluar el entorno, la clasificación de riesgos, los requisitos del sistema y otras condiciones. Luego, elija una carcasa certificada diseñada para sus condiciones.
Reflexión final
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