Conceptos Básicos para la Clasificación de Áreas con Peligro de Explosión

Ing. José Luis Salinas
Delegado ISA Sección Central México,
Publication Chair Director, District 9, Latin America
jose.salinas@isamex.org

InTech México Automatización,
Edición Junio – Agosto 2017.

RESUMEN

Este artículo introduce a los conceptos básicos relacionados con la clasificación de áreas con peligro de explosión, comúnmente conocidos como “Áreas Clasificadas”. Se indican los estándares usados para clasificar un área, así como sus tipos de clasificación existentes. También se hace mención de los métodos de protección recomendados de acuerdo al tipo de clasificación de área. Para el caso de México, debemos observar la Norma Oficial Mexicana, sin embargo y como información adicional, se puede hacer uso de estándares internacionales, códigos o directivas, para conocer otro método de clasificar este tipo de áreas.

PALABRAS CLAVES: Clase, Grupo, División Zona, Ignición, explosión.

INTRODUCCIÓN

Debido a los requerimientos de automatización para el control de las plantas de producción en lo relativo a la instrumentación de campo, el conocimiento de la clasificación de áreas es básico para la correcta implementación del o de los métodos de protección. Este artículo aborda los métodos de protección buscando proporcionar un panorama más amplio sobre el alcance y los requerimientos básicos en la solución de aplicaciones en áreas con peligro de explosión.

La experiencia indica que más del 90 % de las plantas de producción en la Industria de Procesos son consideradas como áreas con peligro de explosión.

En la mayoría de los procesos industriales (químicos, petroquímicos, petróleo y gas) se almacenan, producen y/o transportan sustancias peligrosas que, al mezclarse con el aire en concentraciones adecuadas, generan una atmósfera con peligro de explosión o “potencialmente explosiva”, y en presencia de una fuente de energía, térmica o eléctrica, se corre el riesgo de producir una ignición.

IGNICIÓN Y EXPLOSIÓN

Cabe hacer mención que se ha usado la palabra ignición en forma general; sin embargo, también puede ser utilizada la palabra “explosión”, para el presente artículo se usará la palabra “ignición” para definir el efecto que causa una mezcla aire-combustible en presencia de una fuente de energía.

Para diferenciarlas, la Ignición es considerada como la presencia o generación de flama, mientras que la Explosión es definida como la liberación súbita de energía.

Las palabras ignición y explosión pueden ser adecuadamente empleadas para determinar que el producto de una mezcla ideal de gas-combustible en presencia de una fuente de ignición es lo suficientemente alta (ya sea esta eléctrica o térmica) que provoca este efecto.

TRIANGULO DE EXPLOSIÓN

La presencia de atmosferas explosivas es considerada como “áreas peligrosas” o “con peligro de explosión” y representan un riesgo de explosión. ¿Qué tan alto es este riesgo? Bueno, eso lo determina el estudio de clasificación de áreas; es necesario realizar este estudio para tomar las medidas correspondientes y definir los métodos de protección para reducir el riesgo de explosión.

Para que ocurra un riesgo de explosión, deben estar presentes las siguientes condiciones:

  • El combustible.
  • El oxígeno.
  • La fuente de energía.

Estas tres condiciones son conocidas como “Triangulo de Explosión”. La clasificación de área de riesgo se realiza tomado en cuenta estas condiciones.

Figura 1. Triángulo de Explosión

ÁREAS DE RIESGO

Un área de riesgo clasificada se define como una localización peligrosa y contiene (o probablemente puede contener) una concentración inflamable de gas, vapor o cualquier otro combustible donde una fuente de energía eléctrica o térmica lo suficientemente elevada puede causar una “ignición”.

La clasificación de un área de riesgo está definida por el tipo de material (tipo de combustible), el riesgo (peligrosidad del combustible) y los límites (distancias de presencia del combustible).

Para clasificar un área en una Planta, se toman en cuenta los siguientes factores:

Mientras que una planta se clasifica en:

  • Clasificación de gas y temperatura de ignición, la cual define la naturaleza de la atmósfera explosiva.
  • Clasificación de área, la cual indica la probabilidad que exista la atmósfera explosiva

Como es de suponer, los instrumentos de campo que van a ser usado en áreas con peligro de explosión, deben ser diseñados y construidos para ser utilizados en este tipo de áreas, por lo que se clasifican de acuerdo a:

  • Grupo de aparato: la máxima energía que puede producir
  • Clasificación de Temperatura: la máxima temperatura superficial

Una vez definidos los aspectos de mayor relevancia, se puntualiza en los dos temas principales, como se clasifica un área y los principios básicos de los métodos de protección.

A su vez, las áreas clasificadas se dividen y se definen por:

  • Clase: La forma del combustible
  • División: La naturaleza del peligro
  • Grupo: El gas representativo
  • Clase de temperatura: La temperatura superficial

CLASE

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012 [1] (NOM), la forma como se presenta el combustible se divide en tres clases:

  • Clase I (NOM 500-5b): Gases o vapores
  • Clase II (NOM 500-5c):Polvos combustibles
  • Clase III (NOM 500-5d): Fibras y volátiles

DIVISIÓN

La naturaleza del peligro se muestra en dos divisiones, las cuales de acuerdo a la NOM son:

  • NOM 500.5b (1), para Gases y Vapores
  • División 1:
    • mezcla explosiva probable en operación normal
    • mezcla explosiva probable en reparación, mantenimiento. o fugas
    • mezcla existente probable como consecuencia de averías del equipo, lo que provoca que el equipo se convierta en fuente de ignición
  • NEC 500.5b (2)
  • División 2:
    • mezcla explosiva existente confinada en contenedores
    • las concentraciones se previenen mediante ventilación mecánica positiva y
    • área adyacente a División 1

GRUPO

El grupo define el tipo de combustible, por lo que se tienen como combustibles representativos según la NOM:

  • Grupo A (NOM 500-6a (1)): Acetileno
  • Grupo B (NOM 500-6a (2)): Hidrogeno
  • Grupo C (NOM 500-6a (3)): Etileno
  • Grupo D (NOM 500-6a (4)): Propano
  • Grupo E (NOM 500-6b (1)): Polvo metálico
  • Grupo F (NOM 500-6b (2)): Polvo de Carbón
  • Grupo G (NOM 500-6b (3)): Harina, Grano, Almidón
  • Sin Grupo para Fibras/Volátiles

CLASE DE TEMPERATURA

La clase de temperatura, de acuerdo a la NOM, está definida por la máxima temperatura superficial (Tabla 500-8 (c)):

Tabla 1. Clase de Temperaturas

Una vez definidas las condiciones que se presentan en las plantas, el siguiente paso es realizar los estudios para clasificar el área, considerando en principio las siguientes relaciones:

  • La Clase I, cuyos Gases representativos son: A, B, C y D. (Clase definida para gases o vapores)
  • La Clase II cuyos Grupos representativos son: E, F y G. (Clase definida para polvos)
  • La Clase III, en este caso esta clase no cuenta con grupos (Clase definida para todo lo estante)

CLASIFICACIÓN DE LA ÁREAS DE RIESGO

Una clasificación de área que puede ser encontrada en la mayoría de las aplicaciones en la industria es Clase I, División 1, Grupos C y D. por definición y límites, después de División 1, se clasificaría el área como Clase I, División 2, Grupos C y D. Bajo el mismo concepto, se encuentran estas definiciones en la NFPA 70 [2] o NEC.

Sin embargo, existe otras dos formas de clasificar áreas y estas formas están definidas en el estándar IEC de la serie 60079 y en la NOM-001-SEDE, artículo 505. En el caso de la IEC, la peligrosidad la define por el concepto de Zonas y la NOM adopta esta definición para la peligrosidad y se la adiciona a la Clase.

Por lo que de acuerdo a la NOM, se tendrán los siguientes modos de clasificación:

  • Clase I, Zona 0 – NOM-505-5b (1):
    • mezcla explosiva existe continuamente o permanente
    • mezcla explosiva existe por largos periodos de tiempo
  • Clase I, Zona 1 – NOM-505-5b (2):
    • mezcla explosiva probablemente presente en operación normal
    • mezcla explosiva comúnmente presente durante reparación, mantenimiento. o fugas
    • averías del equipo y área que es adyacente a Zona 0
  • Clase I, Zona 2 – NOM-505-5b (3)
    • mezcla explosiva improbablemente presente en operación normal
    • mezcla explosiva existente por periodos de tiempo cortos, las concentraciones se previenen mediante ventilación mecánica y área que es adyacente a Zona 1

Los grupos pertenecientes a esta clasificación de área están definidos como sigue:

  • Grupo I (NOM 505.6): Metano (solo minas)
  • Grupo IIC (NOM 505.6a): Acetileno + Hidrógeno
  • Grupo IIB (NOM 505.6a): Etileno
  • Grupo IIA (NOM 505.6a): Propano

La temperatura superficial utiliza la misma clasificación que el método por divisiones, pero sin sub divisiones, y de acuerdo a la NOM queda como (Tabla 505.9(d)(1)):

Tabla 2. Clase de Temperaturas

Dado que existen diferentes métodos para clasificar un área, así como métodos de protección permitidos para su uso en estas, se hace necesario “armonizar” las dos diferentes clasificaciones de área, para que sea posible el uso de instrumentos autorizados para ser usados tanto en un tipo de clasificación como en el otro. De aquí que según el reporte ANSI/ISA RP12.06.01-2003 [3], anexo C, se tiene la siguiente tabla de conformidad para armonizar clasificación de áreas:

Tabla 3. Comparación entre Naturaleza del Peligro

Haciendo uso del mismo reporte y mismo anexo, para el caso de los gases representativos, la siguiente comparación aplica;

Tabla 4. Comparación entre Clasificación de Gases

Se debe recordar que para México la NOM-001-SEDE-2012 es la que es la base de cumplimiento para clasificar áreas con peligro de explosión, en el caso de Norte América utilizan la ley federal OSHA y en Europa (CE) usan la Directiva conocida como ATEX.

Como ejemplos de clasificación de área, se encentran:

  • De conformidad con NOM y NEC Clase I, División 1, Gpos. A al D
  • De conformidad con ATEX Zona 0, Grupo IIC, T6
  • De conformidad con NOM y NEC Clase I Zona 1, Grupo IIB T5

FILOSOFÍAS DE PROTECCIÓN

De acuerdo a los estudios de clasificación y determinación del riesgo o peligro, se desarrollan filosofías de métodos de protección. Existen 3 tipos de filosofías en cuanto a la protección, y de acuerdo a sus características de diseño y construcción se clasifican en:

  • Contención
  • Segregación
  • Prevención

Estas tres filosofías son la base de desarrollo y diseño de los métodos de protección usados en aplicaciones de áreas con peligro de explosión. Los métodos más comúnmente usados en la industria de procesos industriales en México, estos son:

  • Contención: A prueba de explosión, Método de protección mecánico en el cual en caso de ocurrir una explosión, esta se queda contenida dentro del envolvente.
  • Segregación: Purga/Presurización, Método de protección para el cual se debe combinar con un segundo o tercer método de protección, en el cual el sistema mantiene una presión interna del envolvente mayor a la presión externa, por lo que no existe la posibilidad de generar una mezcla aire-combustible en su interior, las señales de/hacia campo pueden ser llevadas ya sea con seguridad intrínseca o a prueba de explosión.
  • Prevención: Seguridad Intrínseca, Método de protección electrónico, en el cual se limitan los valores de energía (corriente y voltaje) en el caso de una mala operación, para que no se libere energía lo suficientemente elevada para producir una ignición.

METODOS DE PROTECCIÓN

Una vez realizado los estudios de clasificación de área, el siguiente paso es definir el método de protección a ser usado, esto con el objeto de seleccionar los instrumentos y accesorios adecuados para la clasificación de área. Pero no hay que confiarse y pensar que el trabajo concluyo, ya que la sola implementación del método de protección no proporciona el nivel de seguridad requerido, debemos considerar la verificación de la correcta implementación del o de los métodos de protección como el último paso.

¿Esto qué quiere decir? Que es necesario hacer una verificación tanto física como documental del o de los métodos de protección seleccionados según sea requerido por el estándar de aplicación.

Criterio 1: se deben elegir dispositivos y equipos que estén certificados por un laboratorio de pruebas reconocido (por el gobierno), los cuales pueden ser entre algunos:

  • En América: UL, FM y CSA
  • En Europa: TÜV, PTB, KEMA, por mencionar solo algunos

Criterio 2: confirmar que todos los dispositivos de campo y equipos son del mismo marco normativo relativo al área clasificada.

Es importante mencionar que para el caso de la Seguridad Intrínseca, algunos consideran o interpretan que los dispositivos intrínsecamente seguros (instrumento de campo intrínseco, el cable y la barrera de seguridad intrínseca) proporcionan la protección; sin embargo se debe hacer una validación del método, tanto documental como física en sitio, de su correcta implementación.

Esta validación la hace personal calificado y se recomienda que sea diferente al proveedor de los equipos y dispositivos y al usuario, esto con el fin de tener imparcialidad. Este tipo de personas se conocen como “tercería”. Ellos son las personas encargadas de evaluar los sistemas, con el conocimiento, habilidad, experiencia y criterio para evaluar. Se cree que una compañía es la tercería; y en los estándares están claramente indicadas las características de las “personas”, que realizan estas actividades, Y no hay que confundirse, los laboratorios de prueba certifican equipos y dispositivos, las tercerías validan, confirman y certifican la correcta implementación.

NUEVAS LEGISLACIONES

Como último comentario se menciona que la Reforma Energética ha traído infinidad de cambios, uno de los cuales se refiere a las áreas clasificadas y su evaluación, por lo que se debe estar actualizados en la nueva legislación para implementar los requerimientos y así cumplir con lo estipulado.

LIBRO DE CONSULTA

Dentro de la información que se utilizó está el libros de consulta de la ISA: Electrical Instruments in Hazardous Locations, 4th Edition, del autor Ernest Magison.

Donde se encuentran los conceptos fundamentales de Areas Clasificadas y nos ayuda a desarrollar mejor nuestras actividades.

Además si están interesados, se les invita al curso de la ISA de Áreas Clasificadas y Métodos de protección, programado para el 28 al 30 de junio del presente año.

REFERENCIAS

[1] Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones Eléctricas (utilización).

[2] NFPA 70, National Electrical Code (NEC) 2014

[3] Recommended Practice ANSI/ISA RP12.06.01-2003, Recommended Practice for Wiring Methods for Hazardous (Classified) Locations Instrumentation Part 1: Intrinsic Safety

[4] International Standard IEC60079-14, Recommended Practice for Wiring Methods for Hazardous (Classified) Locations Instrumentation Part 1: Intrinsic Safety

[5] Electrical Instruments in Hazardous Locations, 4th Edition

ACERCA DEL AUTOR

Ing. José Luis Salinas, con más de 25 de años de experiencia en el área de Ingeniería, Servicio y Ventas, principalmente atendiendo a Pemex, CFE e iniciativa Privada, en el área de Instrumentación y Control, enfocado a la Seguridad Intrínseca, Fieldbus Foundation y comunicación Wireless para la automatización de procesos industriales. Acreditado por UL University en “Hazardous Locations” y Certificado por Lee College como Certified Foundation Fieldbus Specialist. Es miembro del comité mexicano revisor de estándares IEC, Instructor oficial y Delegado de ISA Sección Central México, así como Publication Chair ISA Disctric 9 (America Latina) Cuenta con experiencia en las Áreas de Desarrollo de Ingeniería, Comisionamiento, Puesta en Servicio, Capacitación, Instrucción, Ventas y Marketing.

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One thought on “Conceptos Básicos para la Clasificación de Áreas con Peligro de Explosión

  1. Un hospital, en especial un quirófano se puede catalogar como área con peligro de explosión? (por los gases que se manejan) si si en que literatura se puede apoyar

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