Métodos de protección contra explosiones

Todos los tipos Ex en un solo lugar. Cada método adopta un enfoque diferente ante el triángulo de la explosión, y cada uno tiene compromisos en coste, peso, mantenimiento y qué zonas cubre.

Cinco principios fundamentales

Todos los métodos de protección se basan en uno o más de estos principios:

Métodos de protección. Gas/vapor

Ex d. Envolvente antideflagrante (IEC 60079-1)

Principio: Contención. El envolvente es lo suficientemente resistente para soportar una explosión interna. Intersticios de precisión ("caminos de llama") enfrían los gases calientes que escapan por debajo de la temperatura de ignición de la atmósfera circundante.

Cómo funciona:

• El equipo está encerrado en una carcasa robusta (hierro fundido, aluminio, acero inoxidable)
• Puede ocurrir una explosión interna pero queda contenida
• Los caminos de llama (juntas con bridas, entradas roscadas) enfrían los gases que escapan a temperatura inferior a la de ignición
• Los gases que escapan pueden superar los 1.000 °C pero el tiempo de contacto es demasiado corto para transferir energía suficiente

Subniveles:

• Ex db. para EPL Gb (Zona 1)
• Ex dc. para EPL Gc (Zona 2)

Parámetros de diseño clave:

• Espesor de pared: dependiente del volumen (3–6 mm mínimo para hierro fundido)
• Intersticio del camino de llama: 0,1–0,5 mm según el grupo de gas
• Longitud del camino de llama: 9,5 mm (IIA) a 25 mm (IIC)
• Clasificación de presión interna: hasta 10 bar
• Distancias de separación alrededor del envolvente: 10 mm (IIA), 30 mm (IIB), 40 mm (IIC)

Requisitos críticos:

• Los prensaestopas deben estar certificados Ex d (nunca usar prensaestopas Ex e en envolventes Ex d)
• Las superficies del camino de llama deben estar limpias y ligeramente engrasadas, nunca pintadas
• El contenido no debe modificarse sin recertificación
• Solo pueden usarse envolventes totalmente certificados (no certificados de componentes "U" solos)

Aplicaciones típicas: Motores, cuadros eléctricos, cajas de conexiones, luminarias, distribución de energía, transformadores

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Ex e. Seguridad aumentada (IEC 60079-7)

Principio: Evitación. El equipo no puede producir chispas, arcos o superficies calientes durante la operación normal o fallo previsible. Los márgenes de diseño mejorados aseguran que no se desarrolle ninguna fuente de ignición.

Cómo funciona:

• No se permiten componentes productores de chispas
• Distancias de aislamiento y líneas de fuga mejoradas
• Protección de envolvente IP54 mínimo
• Márgenes de aislamiento aumentados
• Terminales y conexiones con protección térmica

Subniveles:

• Ex eb. para EPL Gb (Zona 1)
• Ex ec. para EPL Gc (Zona 2)

Parámetros de diseño clave:

• Las distancias de líneas de fuga y aislamiento superan las normas normales
• Conexiones de terminales clasificadas para combinaciones específicas de corriente de fallo/tiempo
• Protección de ingreso IP54 o mejor
• Monitoreo térmico para motores y transformadores

Requisitos críticos:

• Todas las conexiones eléctricas deben estar correctamente apretadas (conexiones flojas = chispas)
• Las juntas deben mantener la clasificación IP
• Los prensaestopas deben estar certificados Ex e (los prensaestopas Ex d también son aceptables)
• No es adecuado para equipos con contactos que generan chispas normalmente

Aplicaciones típicas: Cajas de terminales/conexiones, motores (tipo sin chispas), paneles de control, luminarias, prensaestopas, barrajes

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Ex i. Seguridad intrínseca (IEC 60079-11)

Principio: Limitación de energía. La energía eléctrica en el circuito está limitada a un nivel que no puede encender la atmósfera explosiva. ni por chisporroteo ni por calentamiento superficial.

Cómo funciona:

• La corriente y el voltaje están limitados por barreras de seguridad o aisladores galvánicos
• La energía total del circuito (incluida la energía almacenada en capacitancia e inductancia) se mantiene por debajo de la energía mínima de ignición (MIE) del gas
• Incluso bajo condiciones de fallo, no existe energía suficiente para causar ignición

Subniveles:

• Ex ia. para EPL Ga (Zona 0). seguro con 2 fallos simultáneos + factor de seguridad 1,5×
• Ex ib. para EPL Gb (Zona 1). seguro con 1 fallo + factor de seguridad 1,5×
• Ex ic. para EPL Gc (Zona 2). seguro en operación normal

Parámetros de diseño clave:

• Voltaje, corriente y potencia máximos definidos por grupo de gas
• Límites de capacitancia e inductancia para cable y equipo
• Barreras de seguridad: barreras zener (referenciadas a tierra) o aisladores galvánicos
• Los parámetros del cable (capacitancia por metro, inductancia por metro) deben incluirse en la evaluación

Energías mínimas de ignición:

• IIA (metano): ~280 μJ
• IIB (etileno): ~60 μJ
• IIC (hidrógeno): ~17 μJ

Requisitos críticos:

• Los circuitos intrínsecamente seguros deben segregarse de los circuitos no IS
• Cables de color azul para identificación
• La documentación del sistema (parámetros de entidad) debe verificarse
• Enrutamiento de cables separado de los cables de alimentación
• La conexión a tierra para barreras zener debe ser confiable (<1 Ω)

Aplicaciones típicas: Sensores, transmisores, termopares, interruptores de nivel, detectores de gas portátiles, dispositivos de comunicación, instrumentos HART

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Ex p. Presurización (IEC 60079-2)

Principio: Exclusión + dilución. El envolvente se presuriza con aire limpio o gas inerte para evitar que entre la atmósfera explosiva. Alternativamente, la atmósfera interna se diluye por debajo del LIE.

Subniveles:

• Ex px. para EPL Gb. reduce Zona 1 dentro del envolvente a no peligrosa
• Ex py. para EPL Gb. reduce Zona 1 dentro a Zona 2
• Ex pz. para EPL Gc. reduce Zona 2 dentro a no peligrosa

Cómo funciona:

• Prepurga: volumen del envolvente barrido con aire/gas limpio (típicamente 5× volumen)
• Presión positiva mantenida durante la operación (típicamente >50 Pa por encima del ambiente)
• Monitoreo de presión/flujo con alarma y desconexión automática en caso de pérdida

Aplicaciones típicas: Motores grandes, salas de control, casas de analizadores, VFD (variadores de frecuencia), salas MCC, paneles de distribución grandes

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Ex n. Tipo "n" / No generador de chispas (IEC 60079-15)

Principio: Evitación (principalmente). El equipo no produce arcos o chispas capaces de ignición durante la operación normal. Menos estricto que Ex e. diseñado solo para Zona 2.

Subtipos:

• Ex nA. aparato no generador de chispas
• Ex nC. aparato con chispas con contactos en envolvente sellado o herméticamente sellado
• Ex nR. envolvente de respiración restringida (limita el ingreso de gas)
• Ex nL. aparato de energía limitada (similar a Ex ic)

EPL: Solo Gc (Zona 2)

Aplicaciones típicas: Instrumentos de propósito general, electroválvulas, cajas de relés, luces indicadoras en áreas de Zona 2

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Ex m. Encapsulado / Moldeado (IEC 60079-18)

Principio: Exclusión. Los componentes están completamente encerrados en un compuesto (resina, epoxy) que previene el contacto con la atmósfera explosiva.

Subniveles:

• Ex ma. para EPL Ga (Zona 0)
• Ex mb. para EPL Gb (Zona 1)
• Ex mc. para EPL Gc (Zona 2)

Aplicaciones típicas: Bobinas de solenoide, módulos LED, placas PCB electrónicas, sensores, actuadores pequeños

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Ex o. Inmersión en aceite (IEC 60079-6)

Principio: Exclusión. Los contactos eléctricos y componentes con arco están sumergidos en aceite protector.

EPL: Gb (Zona 1)

Aplicaciones típicas: Transformadores, cuadros eléctricos (principalmente instalaciones antiguas)

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Ex q. Relleno de polvo/cuarzo (IEC 60079-5)

Principio: Contención. El equipo está rodeado de arena de cuarzo fina que sofoca la propagación de llamas y absorbe calor.

EPL: Gb (Zona 1)

Aplicaciones típicas: Condensadores, fusibles, módulos electrónicos pequeños

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Ex Op. Radiación óptica (IEC 60079-28)

Subtipos:

• Ex Op is. radiación óptica inherentemente segura
• Ex Op pr. radiación óptica protegida (apagado por enclavamiento)
• Ex Op sh. radiación óptica con envolvente blindado

Aplicaciones típicas: Sistemas de fibra óptica, sensores ópticos, instrumentos basados en láser

Métodos de protección. Polvo

Ex t. Protección mediante envolvente (IEC 60079-31)

Principio: Exclusión. Un envolvente hermético al polvo evita que el polvo alcance fuentes de ignición y limita la temperatura superficial.

Subniveles:

• Ex ta. para EPL Da (Zona 20). se requiere IP6X
• Ex tb. para EPL Db (Zona 21). se requiere IP6X
• Ex tc. para EPL Dc (Zona 22). IP5X mínimo

La temperatura máxima de superficie debe tener en cuenta tanto la temperatura de ignición de nube de polvo como la de capa de polvo. ver Clases de temperatura.

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Matriz zona-a-método de protección

Protección combinada

Los equipos a menudo usan múltiples métodos de protección. Combinaciones comunes:

• Ex db eb. envolvente antideflagrante con compartimento de terminales de seguridad aumentada
• Ex de. notación antigua para lo mismo
• Ex db [ib]. envolvente antideflagrante que contiene circuitos intrínsecamente seguros
• Ex eb [ia]. carcasa de seguridad aumentada con circuitos IS
• Ex tb [ib]. envolvente protegido contra polvo con circuitos IS

La notación con corchetes [ib] indica que el método de protección se utiliza para aparatos asociados (no el envolvente principal).

Elegir el método de protección correcto

Considere:

1. Zona. determina el EPL mínimo requerido
2. Grupo de gas/polvo. algunos métodos tienen limitaciones de grupo de gas
3. Nivel de potencia. Ex i solo funciona para circuitos de baja potencia; Ex d maneja alta potencia
4. Acceso de mantenimiento. Ex e y Ex n son más fáciles de mantener que Ex d
5. Coste. Ex n (Zona 2) es el más barato; Ex ia (Zona 0) y Ex d (Zona 1) son los más caros
6. Tamaño/peso. Los envolventes Ex d son pesados; los dispositivos Ex i son ligeros
7. Entorno. la corrosión, vibración y extremos de temperatura afectan la selección del método

Secciones relacionadas

• Fundamentos. triángulo de la explosión y principios de protección
• EPL. niveles de protección del equipo y mapeo de zonas
• Grupos de gas. el grupo de gas determina la rigurosidad de la protección
• Clases de temperatura. límites de temperatura por método
• Marcado Ex. cómo aparece el método de protección en la etiqueta
• Normas. números de parte IEC 60079 por método de protección
• Certificación. cómo se certifica el equipo
• Instalación e inspección. mantener la integridad de la protección