Principios Basicos de Proteccion Contra Explosiones

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1 ISA EXPO CONTROL 2007 Principios Basicos de Proteccion Contra Explosiones Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

2 Plantas Quimicas

3 Refineria

4 Plataformas Petroleras

5 Barcos Petroleros

6 Hornos

7 Industria Maderera

8 Ingenios Azucareros

9 Industria Farmaceutica

10 Industria Alimenticia

11 Definición de Explosión Por explosión se entiende la reacción exotérmica de una atmósfera explosiva cuya consecuencia inmediata es la generación de una elevada presión y fuego, provocando destrucción.

12 Principio de explosión COMBUSTIBLE IGNICIÓN OXIGENO Evitar la combinación de estos tres elementos: Combustible Comburente Fuente de Ignicion

13 Plataforma Petrolera Piper Alpha 1988

14 Plataforma Petrolera Piper Alpha 1988

15 Planta de polietileno en Pasadena (1998 Texas)

16 Planta de Polietileno en Pasadena (1998 Texas)

17 Explosión de Nítrato de Amonio Toulouse ( 2001)

18 Silos de granos en Blaye, France (1998)

19 Explosión en Industría Maderera

20 Empresa con manejo de Polvos Explosivos

21 Despues de la exploción

22 Explosión de un Tanque

23 ISA EXPO CONTROL 2007 Regulaciones de Seguridad Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

24 Regulaciones de Seguridad Gases, Vapores y Nubes Polvos

25 ISA EXPO CONTROL 2007 Gases, Vapores y Nubes. Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

26 Flash Point Una temperatura con la cual un liquido desarrolla una gran cantidad de vapor que mezclado con el aire produce una mezcla explosiva se le conoce como temperatura de inflamación Flash Point.

27 Substancias Inflamables Gas calefactor Hidrocarburos Pegamentos y solventes adhesivos Productos: aditivos para la industria farmacéutica, sabores, aromas y perfumes artificiales. Materiales: plásticos, hules, textiles, químicos de limpieza Proceso de alcoholes y derivados.

28 Curva de presión del Alcohol etílico

29 Niveles inferior y Superior de Concentración Vol. % COMPONENTES LIMTES DE EXPLOSION % O2 PRESION MAXIMA KG/CM2 SUBSTANCIA FORMULA INFERIOR SUPERIOR HIDROGENO H2 44,0 75,6 7,4 METANO CH4 5,0 15,0 7,2 ACETILENO C2H2 1,5 80,0 10,3 PROPANO C3H8 2,1 9,5 8,6

30 ISA EXPO CONTROL 2007 Polvos Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

31 Tipos de polvos Polvos que pueden producir una explosion son: Harina Almidon Azufre Poliester Plastico Celulosa Carbon Aluminio Magnesio

32 Tamaño de las particulas de polvo Particulas de polvo de 0.4 mm pueden entrar en ignicion desde concentraciones de 20 gr/m3

33 Pruebas a Polvos Temperatura de ignición. Temperatura de auto ignición. Energía mínima de Ignición.

34 Máxima Presión Explosiva En tanques y recipientes: aproximadamente de 6 hasta 10 bar. En aleaciones en alumnio: hasta 20 bar.

35 Reduce los efectos de una explosión

36 Velocidad de reacción cm/seg; Petardeo m/s; Explosión Km/s: Detonación Para eliminar esta propagación se deben utilizar sellos y cortafuegos.

37 Capacidad de propagación Las mezclas explosivas penetran recintos cerrados. Se determina la Máxima Separación Segura Experimental.

38 Tabla de la SSME GAS CONCENTRACION VOL. % SSME mm G100-G0 mm GRUPO IEC METANO I PROPANO IIA ETILENO IIB ACETILENO IIC HIDROGENO IIC

39 ISA EXPO CONTROL 2007 Principio Básico de Seguridad Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

40 Principio Básico de Seguridad Las medidas de seguridad mas usadas son: Evitar la formación de atmósferas explosivas. Evitar la ignición de una atmósfera explosiva. Reducir los efectos de una explosión.

41 Evitar la formación de atmósfera explosiva. - Prevención, restricción de materiales combustibles - Reemplazar materiales combustibles por materiales inofencivos.

42 Evitar la formación de una atmósfera explosiva. - Prevención, restricción de materiales combustibles. Reducir la cantidad de combustible a emplear.

43 Evitar la formación de atmósfera explosiva. - Prevención, restricción de materiales combustibles Materiales con un alto nivel de flash point. Flash point Flash point

44 Evitar la formación de atmósferas explosivas Ventilación

45 Evitar la formación de atmósferas explosivas Monitoreo de concetración de gases.

46 Evitar la formación de atmósferas explosivas Eliminacion de polvos

47 Fuentes de ignición - Flamas - Superficies con alta temperatura - Mecanismos que generen chispa - Instalaciones eléctricas. - Electricidad estatica - Relampagos - Olas electromagneticas - Radiación - Ultrasonido

48 Fuentes de ignición no electrico Superficies con alta temperatura

49 Fuentes de ignición eléctrica. Arcos eléctricos y chispas Corrientes Eléctricidad estática Olas Magneticas Radiación

50 Fuentes de ignición no eléctrico Superficies con alta temperatura. Elementos de calefacción Hornos Placas con alta temperatura Fricción Cortadoras

51 Fuentes de ignición no eléctrico Flamas

52 Fuentes de ignición no eléctrico Reacciones térmicas Flamas Gases con alta temperatura Polvos combustibles

53 Fuentes de Ignición no eléctrico Dispositivos mecanicos que producen chispa

54 Fuentes de ignición eléctrico Sistemas eléctricos

55 Fuentes de Ignición eléctrica Sistemas eléctricos Apertura y cierre de contactos Corrientes Superficies con alta temperatura

56 Fuentes de ignición eléctrica Descarga electrostática

57 Fuentes de ignición no eléctrico. Relampagos

58 Fuentes de ignición eléctricas Campos magneticos

59 Fuentes de ignición eléctrica Campos magneticos Rango de frecuencia: 9kHz to 300GHz Sistemas de alta frecuencia Transmiciones Generadores de alta frecuencia

60 Fuentes de ignición eléctrica Radiación óptica

61 Fuentes de ignición eléctricas Radiación óptica - Rango de frecuencia: 3 x 1011 Hz up to 3 x 1015 Hz - Rango espectral óptico: 1000 µm up to 0,1 µm - Radiacion en las superficies sobre las particulas de polvo - Laser

62 Fuentes de ignición Radiación

63 Fuentes de ignición eléctrica Radiación Emisiones Ultra Violeta Tubos de Rayos X Laser Substancias radioactivas Aceleradores Reactores

64 Fuentes de ignición no eléctrico Ultrasonido

65 Fuentes de ignición no eléctrico Compresión adiabática de de un un gas

66 Fuentes de ignición no eléctrico Reacción Química

67 Fuentes de ignicion no electrico Reacción Química Calentamiento Oxidación Descomposición Polimerización

68 3 Reduce los efectos de una explosión Presion liberada en en una explosion

69 3 Reduce los efectos de una explosión Supreción de de la la explosión

70 3 Reduce los efectos de una explosión Prevenir los avances de de la la explosion dentro del tanque

71 Áreas Peligrosas Son lugares que en condiciones normales de operación puede existir: Peligro de fuego Peligro de explosión Debido a concentraciones oxigeno con: Gases y vapores inflamables Líquidos inflamables Polvos combustibles Fibras inflamables dispersas en el aire. Conceptos importantes en áreas peligrosas: Clasificación de áreas. Especificación de equipos. Métodos de instalación.

72 Clasificación de áreas con riesgo de explosión. Factores a considerar: Tipo de material peligroso presente Severidad del peligro Probabilidad de una explosión Extensión de los limites del área peligrosa

73 Sistemas de clasificación de áreas peligrosas para instalaciones eléctricas. Norteamérica: Clases y Divisiones. Basado en las recomendaciones NEC Resto del mundo: Zonas, Basado en las recomendaciones IEC

74 NEC Clases Clase I: Gases y vapores inflamables Clase II: Polvos combustibles. Clase III: Fibras inflamables en el aire. Divisiones División 1. Condición normal. Presencia continua de la atmósfera, durante proceso, reparación o mantenimiento. División 2. Condición anormal. Presencia ocasional de atmósfera explosiva, fallas de proceso, vecindad con División 1

75 IEC Presencia de atmósfera explosiva no posibles fuentes de ignición en Categoría de equipo según 94/9/EC Zona 0 Zona 20 de modo continuo o períodos prolon gados o de modo frecuente operación normal y falla de un método de protección o dos fallas independientes Categoría 1 Zona 1 Zona 21 de modo poco frecuente operación normal y falla de aparición frecuente Categoría 2 Zona 2 Zona 22 muy poco frecuente ó por períodos breves operación normal Categoría 3

76 COMPARATIVO IEC Y NEC Continuamente o por largos periodos 1000 horas/año Presente ocasionalmente o por falla de equipos 10 Horas / año Raras veces o por cortos periodos 1 hora/año IEC ZONA 0 (GAS) ZONA20 (POLVO) ZONA 1 (GAS) ZONA21 (POLVO) ZONA 2 (GAS) ZONA22 (POLVO) NEC ART. 500 Continuamente bajo condiciones normales de operación 10horas/año Raras veces bajo condiciones anormales de operación 1 hora/año NEC ART. 505 ZONA 0 ZONA 1 ZONA 2

77 Grupo de explosión según IEC GRUPO DE EXPLOSION PROPAGACION PARA SEPARACION GAS A > 0.9 mm METANO B > 0.5 mm < 0.9 mm ETILENO C < 0.5 mm HIDROGENO

78 Equivalencia entre IEC y NEC GAS DIVISIONES ZONAS ACETILENO GRUPO A GRUPO IIC HIDROGENO GRUPO B ETILENO GRUPO C GRUPO IIB PROPANO GRUPO D GRUPO IIA

79 Clases de temperatura Zonas IEC Divisiones Max. C Max F T1 T T2 T T2A T2B T2C T2D T3 T T3A T3B T3C T4 T T4A T5 T T6 T

80 Clasificación de áreas y evaluación de riesgos

81 Ejemplo de Zonas

82 Ejemplo de Zonas

83 ISA EXPO CONTROL 2007 Tipos de Protección Standards Certification Education & Training Publishing Conferences & Exhibits

84 Tipos de Protección para Atmósferas de Gases Explosivos Seguridad Aumentada Ex e Seguridad Intrínseca Ex i Aprueba de flama Ex d Aparatos Presurizados Ex p Sumergido en Aceite Ex o Relleno de Polvo Ex q Encapsulado Ex m

85 Seguridad Aumentada Ex e Principio: Un tipo de protección en el que se aplican medidas a fin de evitar con mayor grado de seguridad la posibilidad de que se registren temperaturas excesivamente elevadas y que se produzcan arcos y chispas en el interior y en las partes exteriores de aparatos eléctricos, que no las produce en sus operaciones normales.

86 Seguridad Aumentada Ex e Conexión eléctrica sin posibilidad de aflojamiento Cables Separación Proteccion contra entrada de polvo y agua IP 54 como mínimo Resistencia de Impacto Al menos 7 Nm Temperatura limitada Proteccion contra carga estatica

87 Seguridad Aumentada Ex e Aplicaciones Cajas terminales y conexiones.

88 Aprueba de flama Ex d Principio: Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera explosiva, son colocadas, son colocadas en una caja, la cual puede resistir la presión generada durante una detonación interna de una mezcla explosiva y que evita la propagación de la explosión a la atmósfera circundante. Interruptores, equipo de control e indicación, tableros de control, motores, transformadores, accesorios de iluminación.

89 Ejemplo de una explosión en el interior de un aprueba de flama Temperatura Límite de Superficie Resistencia a la Presión Espacio entre cuerda y cuerda

90 Aprueba de flama EX d Principio Basico del funcionamiento del envolvente antideflagrante. Atmósfera Explosiva Energía Perdida Explosión interna

91 Aprueba de flama Ex d Aplicaciones Con espacio entre cuerda

92 Aprueba de flama Ex d Aplicaciones Con espacio entre tapas planas

93 Aprueba de flama Ex d Aplicaciones

94 Aprueba de flama Ex d Aplicaciones Cámara

95 Aparatos Presurizados Ex p Principio: Un tipo de protección en el que se evita el ingreso de una atmósfera circundante en la caja del aparato eléctrico manteniendo en el interior de la mencionada caja un gas protector a una mayor presión que la de la atmósfera circundante. Estaciones de control o para grandes salas de control.

96 Función de aparatos presurizados Preparación: El flujo de un gas inerte dentro del envolvente debe ser la presión superior a la atmósfera circundante. Purgado: la presión del gas inerte hace que la placa superior se levante para la salida del gas. Operación: la presión y el flujo constante del gas inerte hace que la atmósfera circundante jamás entre a la caja.

97 Aparatos Presurizados Ex p Aplicaciones

98 Relleno de aceite Ex o Principio: Un tipo de protección en el que el aparato o parte del aparto es sumergido en aceite de manera tal que la atmósfera explosiva, que puede generarse arriba del aceite o fuera de la caja protectora no pueda encenderse. Transformadores

99 Relleno de aceite Ex o Aplicaciones

100 Relleno de Polvo Ex q Principio: Un tipo de protección en el que la cubierta del aparato eléctrico esta 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. Transformadores, condensadores, cintas calentadoras, cajas de conexión, ensambles electrónicos.

101 Relleno de Polvo Ex q Aplicaciones Balastros y dispositivos electrónicos

102 Encapsulado Ex m Principio: Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera explosiva, son encerradas dentro de una resina, con resistencia efectiva a las influencias ambientales de modo que esta atmósfera explosiva no pueda ser encendida por chispas o calentamiento, que pudieran generarse dentro del encapsulado. Solo interruptores de baja capacidad, aparatos de control, equipo de indicación, sensores.

103 Encapsulado Ex m Aplicaciones Dispositivos Electrónicos Fusibles pequeños

104 Seguridad intrínseca Ex i Principio: Un tipo de protección en el que el aparato eléctrico contiene circuitos con seguridad intrínseca, que no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Cuando una chispa o efecto térmico en este circuito, producido en la condiciones normales no puede encender una atmósfera circundante. Equipo de control y medición.

105 Seguridad intrínseca Ex i Aplicaciones Instrumentación

106 Seguridad intrínseca Ex i Aplicaciones Terminales HMI

107 Equipo de categoría 1 G Tipos de protección para Zona 0. Seg. intrinseca tipo ia Ex ia EN /IEC Encapsulado Especial Ex ma EN /IEC alt: EN Dos tipos independientes de protección EN /IEC Tipo de proteccion y metodología. Tipo de proteccion y metodología. EN /IEC

108 Dos tipos independientes de protección Ambos tipos de protección se deben de basar en los principios de seguridad. Marcado: EEx d IIC T4/EEx me II T4

109 Equipo de categoría 3 G Tipos de protección para zona 2 Tipo de protección n Ex n EN /IEC alt: EN

110 Estándar no incendiario Ex n_ Principio: Tipo de protección aplicado a aparatos eléctricos que en condiciones normales de operación no puede encender una atmósfera explosiva. Ex-Atmosphere

111 Tipos de protección Ex n_ EEx n A EEx n C EEx n R EEx n L EEx n P Equipos no producen chispa. Equipo de proteccion para contactos Respiraderos Restringidos Energia limitada (Canada &Europe) Presurizacion

112 Tipos de protección Polvos Combustibles

113 Tipos de protección Proteccion por envolventes td EN /IEC Presurizado pd pren /IEC Seguridad intriseca id pren /IEC Encapsulado md EN /IEC

114 Protección por envolvente Ex td Principio: Un tipo de protección depende del IP y Temperatura limitada en la superficie aplicado a protección de los aparatos eléctricos por envolvente para evitar la ignición de una capa o nube de polvo.

115 Protección por envolvente Ex td Temp de superficie T glow - 75K 2/3 T ign Plasticos Grado de proteccion IP

116 Componentes eléctricos de Categoría 1 D Características: Grado de Protección IP 6x Temperatura de Superficie Resistencia al Impacto Dos medios independientes de seguridad

117 Componentes eléctricos de Categoría 2 D Características: Grado de Protección IP 6x Temperatura de Superficie. Resistencia al Impacto. Un medio independiente de seguridad.

118 Componentes eléctricos de Categoría 3 D Características: Grado de Protección IP 5x Temperatura de Superficie Resistencia al Impacto Seguro en condiciones normales de operación.

119 Aparatos presurizados Ex pd Principio: Un tipo de protección que evita la entrada de nubes o capas de polvo en la caja del aparato eléctrico manteniendo en el interior de la mencionada caja un gas protector a una mayor presión. Estaciones de control y grandes salas de control

120 Aparatos presurizados Ex pd Principio de funcionamiento: Preparación: El flujo de un gas inerte con una sobre presión interna Operación: la sobre presión previene el ingreso de la atmósfera circundante.

121 Seguridad intrínseca Ex id Principio: El equipo eléctrico el cual es instalado en áreas clasificadas deben de tener circuitos intrínsicamente seguros. Un circuito intrínsecamente seguro no tiene la posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Instrumentación y equipos de medición

122 Encapsulado Ex md Principio: Un tipo de protección en que las partes que pueden encender una atmósfera circundante están encerradas en una resina de resistencia efectiva a las influencias de los ambientales de modo que una atmósfera explosiva no puede ser encendida por chispas o calentamiento.

123 Marcado del tipo de etiqueta MARCA PAGINA WEB 6100/ II 2 G EEx ed IIC T4 PTB 00 ATEX AC 220V-10%-254V+6% Hz DC 198V-250V ±10% 0,088A IP 66/67 1x8 W 81-IEC G5 T a 50 C Made in ##### Nombre y dirección del fabricante 5 Marcado CE 2 Marcado nnuevo según la directiva ATEX 6 Instituto examinador 3 Marcado del tipo de producto 7 Marcado de normativas 4 Marcado del tipo de protección contra Explosiones aplicables para este dispositivo según IEC

124 Protección de envolventes eléctricos NEMA 1 NEMA 2 NEMA 3 NEMA 3R NEMA 3S NEMA 4 & 4X NEMA 5 NEMA 6 & 6P NEMA 12 &12K NEMA 13 IP 10 IP 11 IP 54 IP 54 IP 54 IP 56 IP 52 IP 67 IP 52 IP 54

125 Marcado de Equipos

126 Métodos de instalación Entrada directa con cable Entrada indirecta con cable Entrada directa con conduit

127 Cableados mas comunes Conduit y cables individuales Usuarios NEC Cables agrupados armados Usuarios NEC e IEC Cables agrupados sin armar Usuarios IEC

128 Visión de la Instalación

129 ATEX ATEX 95. Dirigida a los Fabricantes. ATEX 137. Dirigida a los Usuarios. Define los requisitos para todos los aparatos y sistemas de protección a emplearse en atmósferas explosivas. Los fabricantes de aparatos protegidos contra explosiones, deberán mostrar evidencia del aseguramiento de la calidad. Define los requisitos mínimos para mejorar la seguridad y proteger la salud de los trabajadores expuestos a riesgos en atmósferas explosivas durante el ensamble, la instalación y el mantenimiento.

130 Usar NEC o IEC? Aspectos NEC IEC Materiales -Tubería pared gruesa sin costura (CED 40) -Corta Fuegos (Sellos) -Eventualmente requiere tubería para protección mecánica de los cables. Requisitos -Mínimo de 5 Hilos de cuerda -Se debe usar sellos -Herramienta (torquimetro) para asegurar una separación segura máxima en las tapas o cubiertas - Solo requiere cuidados en las conexiones eléctricas Mantenimiento -Frecuente Para asegurar la separación de seguridad máxima. - Prácticamente no requiere. El uso de materiales plástico no permite la corrosión Responsabilidad de la seguridad En manos del instalador y usuario. - Por el fabricante. El Equipo desde su nacimiento esta diseñado para esta aplicación.

131 Preguntas

132 Implementos y Servicios Electrónicos S.A. de C.V. GRACIAS

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