Microsoft Powerpoint - 3.seguridad Intrínseca.pdf 5p305m

Febrero de 2.014

SITRAIN – INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS

Seguridad Intrínseca

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siemens.com/answers

Industrias de interés Industria quimica

Industria farmaceutica Industria petrolera Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Ejemplos de explosión Explosión por gas

Explosión por polvos Minería Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Requerimientos de explosión Gas inflamable, vapor, polución Polvos combustibles

Aire Oxígeno de compuestos químicos Chipas, arcos, superifices calientes, aparatos eléctricos


Requerimientos para una Explosion Limites de la explosion

Pobre

LEL

UEL

Rica

Atmosfera explosiva 0% 2,3

acetileno

83

100%

Vol.-% gas inflamable Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Requerimientos de explosión


Estándares mundiales Europa

USA / Canada Referencia: National Electrical Code / Canadian Electrical Code

ATEX Directive

técnicamente convertidos:

Europa:

Estándar: IEC 60079-0 General Normen IEC 60079-11 Ex i IEC 60079-15 Ex n USA: UL 60079-0 UL 60079-11 UL 60079-15 Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

EN 60079-0 EN 60079-11 EN 60079-15

Basados en estándar IEC

Medidas primarias de proteccion contra explosion Reducir la concentracion de oxigeno en un dispositivo mediante purga (presion positiva con gases inertes o Nitrogeno). Reducir la temperatura por debajo del Flash Point (temperatura minima a la cual un liquido libera suficiente vapor como para ser una fuente de energia). Ventilacion y aereación. Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Explosión de un tanque de combustibles


Explosión en silo de almacenamiento


Explosión de metano en una mina


¿Qué es una explosión? ..., reacciones exotérmicas en mezclas explosivas o en una atmósfera explosiva con las cuales es posible alcanzar una velocidad de propagación de llama de hasta 100 m/seg, y un aumento súbito de presión de hasta 10bar. (E. Lienenklaus, VDE-Schriftenreihe Band 65, Elektrischer Explosionsschutz nach DIN VDE 0165)


Medidas Secundarias de proteccion contra explosion. Medidas que previenen una ignición en una atmosfera explosiva

Modos de proteccion contra ignicion ( Ex i, Ex d, Ex e, Ex p, ... etc.)


Clasificacion de zonas peligrosas (Europa) Niveles de zonas de proteccion Zona 0: Un area en la cual una mezcla explosiva aire/gas esta presente continuamente o durante largos periodos de tiempo (>1000 h/año) Zona 1: Un area en la cual una mezcla explosiva aire/gas esta presente con cierta probabilidad en operación normal (10-1000 h/año) Zona 2: Un area en la cual una mezcla explosiva aire/gas puede estar presente por cortos periodos (< 10 h/año)


Clasificación de zonas – Polvos combustibles Zona 20: Un lugar en el cual, en la forma de una nube de polvos combustibles en el aire, se tiene presencia contínua de estos, o durante largos perídos o frecuentemente.

Zona 21: Un lugar en el cual, en la forma de una nubre de polvos combustibles en el aire, se tiene presencia ocasional de éstos durante operación normal.

Zona 22: Un lugar en el cual, en la forma de una nube de polvos combustibles en el aire, no se espera presencia durante operación normal pero, en caso de presentarse, persiste durante cortos períodos de tiempo. Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

USA – Zonas y divisiones IEC/CENELEC

Zone 0

Zone 1

Zone 2

USA: NEC 505

Zone 0

Zone 1

Zone 2

USA: NEC 500

Division 1

Division 2

Class I, II, III Group A, B, C, D, E, F, G

Class I, II, III Group A, B, C, D, F, G


USA – Clases y Grupos Explosiove material

Class

Group

Gas or vapour

I

A: Acetylene B: Hydrogen C: Ethylene D: Propane

Dust

II

E: metal F:coal G:grain

Fibers

III

Not subdivided


Clasificacion de zonas peligrosas en norteamerica Division 1: El peligro puede ocurrir durante funcionamiento normal. Division 2: El peligro puede darse en caso de funcionamiento anormal


Niveles de zonas de proteccion Ejemplo: Tanque diseñado para liquidos combustibles Zona 1 (US: Div. 1) Zona 0 (US: Div. 1) Zona 2 Zona 1

(US: Div. 2)

Nota: La mayoria de gases explosivos son mas pesados que el aire


Categorias/Zonas (Según normativa europea) Dispositivos por categoria:

3

Zona

2

(22)

Puede instalarse en

2

1

1

0


(21)

(20)

polvo

Efectos de no tomar medidas de proteccion


Grupos de equipos Grupo II

Grupo I

“otros, gas”

“Minería”

Grupo III

“otros, polvos”

minas susceptibles al fuego

Atmósfera de gases

Atmósfera de polvos

Húmedo (metano/carbón)

explosivos

explosivos

(gases combustibles)

(polvos combustibles)

Minería: M1 o M2, Gas: 1G, 2G, 3G; Polvos: 1D, 2D, 3D Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Modos de proteccion de ignición

Equipo electrico para uso en areas peligrosas(Clasificadas) Requerimientos generales (FM CLASS NUMBER 3600) o (EN 50014)

Contiene los requerimientos básicos para Todos los modos de protección de ignición Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Tipo de proteccion „n” EN 50021 Principio Requerimientos adicionales para aparatos electricos de calidad industrial Concepto de proteccion Seguro en operación normal. Sin consideraciones de falla. Area de aplicacion Electronica, Tecnologia de medicion&Control, energia Variantes nA aparatos de no chispa nC aparatos productores de chispa nR respiracion restringida nL potencia limitada nP presurizacion simplificada

Ejemplo:

II 3G EEx nL II B T4


explosive atmosphere

para uso en zona : 2

Encerramiento a prueba de explosión „d” EN 50018 Principio

Atmosfera explosiva

Posible fuente de ignicion, explosion bajo control

Concepto de proteccion Robusto diseño para housing; verificacion y pruebas

Area de aplicacion Motores, dispositivos de conmutacion, electronica de potencia Ejemplo:

II 2G EEx d IIB T6


para uso en zona : 1, 2 Se requiere de examen de tipo EC

Encerramiento a prueba de explosión Entradas de cables


Encerramiento a prueba de explosión






Encerramiento a prueba de explosion „d” EN 50018








Encerramiento a prueba de explosión Instalación Clase I, Div. 1 Encerramientos explosion-proof, los cuales requieren sellos corta fuegos según NEC/CEC para cajas de paso, cajas de conexión, o cualquier dispositivo generador de arcos o chispas, tales como transformadores, circuit breakers, PLC, barreras IS, …


boards a prueba de explosión


Instrumentos con encerramiento a prueba de explosión

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20XX-XX-XX

Author / Department

Inmersion en aceite „o”EN50015 Principio

Atmósfera explosiva

Fuentes de ignicion, bajo control seguro Concepto de proteccion Aparatos embebidos en aceite mineral Area de aplicacion Electronica, transformadores, capacitores, reles Ejemplo :

II 2G EEx o II


para uso en zona : 1, 2

Relleno de polvo „q“ EN 50017 Principio


Fuentes de ignicion, bajo control seguro Concepto de proteccion Aparatos embebidos en arena Area de aplicacion Electronica, transformadores, capacitores, reles Example:

II 2G EEx q II



Encapsulado „m“ EN 50028 Principio


Fuentes de ignición, bajo control seguro Concepto de proteccion Aparatos embebidos en componentes Area de aplicacion Electronica, transformadores, capacitores, reles Example:

II 2G EEx m II



Presurizado „p” EN 50016 Principio


Exclusion segura de atmosferas potencialmente explosivas dentro del housing Concepto de proteccion Housing con presion positiva

PI > PA

Area de aplicacion Máquina, motores, gabinetes de control (electrónica). Example:

II 2G EEx p II



Seguridad aumentada „e” EN 50019 Principio


Prevencion de fuentes de ignicion Concepto de proteccion Sin chispas, arcos o temperaturas peligrosas en operación normal Area de aplicacion Motores, transformadores, lamparas, bornas, cajas de busbar

Example:

II 2G EEx e IIC T3


Para uso en zona : 1, 2

Seguridad aumentada „e” EN 50019


Seguridad intrinseca:

Originada debido a sistemas de señalizacion en minas de carbon, 1910

pala

Accidente: 1913 en Gales del sur (Murieron 439 personas )


Seguridad intrinseca “i” EN 50020 Principio Chispas o efectos térmicos no son posibles. Concepto de protección Limitacion de energia y consideraciones de falla Area de aplicación Electrónica, medicion & control Example:

II 1G EEx ia IIC T6



Para uso en zona: 0, 1, 2

Seguridad intrínseca

“La energia disponible en una zona peligrosa no debe ser capaz de ignitar una mezcla peligrosa, debido a o altas temperaturas durante operacion normal o durante condiciones de falla.”


Seguridad intrinseca = Limitación de energia >> limitar voltaje

y al mismo tiempo

>> limitar corriente y al mismo tiempo >> limitar la energia almacenada (inductancia y capacitancia)


Circuito intrínsecamente seguro


Circuito basico para una barrera

Imax output

R

Vz

Max. Corriente de salida: Imax =

input

Vz R


Barreras Zener para seguridad intrínseca Ex Out

I0

R

U0

D1

D2

F

D3

con 2 diodos

“ib”

con 3 diodos

“ia”

Los fusibles protegen los diodos zener


In

Fallas en Circuitos intrinsecamente seguros EN 50020 chapter 5.2, 5.3

Una falla esta bajo control: categoria “ib”

Zona 1,2

Dos fallas bajo control: categoria "ia"


Zona 0*, 1,2

Desventajas de la tecnologia zener  Aterrizaje de la barrera zener

 El sensor/actuador no debe ser aterrizado

 Error de medicion (debido al aterrizaje)

 Corrientes de fuga provenientes del diodo zener


Ventajas del aislamiento electrico Comparado con tecnologia zener:  No se requiere de aterrizaje  Los sensores pueden ser aterrizados  No hay error de medicion (debido a lazos de tierra)  No hay corrientes de fuga desde diodos zener  No hay problemas de temperatura debido a la resistencia limitadora Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Aterrizaje de circuitos IS Los circuitos intrinsecamente seguros pueden:

- Ser aislados de tierra. - Ser aterrizados en un punto dentro de todo el circuito intrinsecamente seguro.


Aterrizaje de circuitos IS

Aterrizaje en varios puntos: - En cada circuito electricamente aislados. - Cada circuito con solo un punto de aterrizaje.

Los sistemas de instrumentacion con barreras de seguridad sin aislamiento electrico deben ser aterrizados


Convertidor IS galvánicamente aislado


Convertidor IS galvanicamente aislado


EEx i - Grupo II Grupo II Subclasificacion para EEx i II A (z.B.: propano) II B (z.B.: etileno) II C (z.B.: hidrogeno) Razon para la energia de ignicion: corriente en R, L y voltaje en C Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

mas inflamable

Minima energia de ignición de atmosferas peligrosas y explosivas Ejemplo: IIC = hidrogeno IIB = etileno IIA = propano

* I [A]

IIC IIB

IIA

Energia: E = R I²

*

E = ½ C U2 E = ½ L I² Curva de ignicion U [V] Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

Peligro de ignicion debido a superficies calientes

gases, vapores o mezclas Temperatura de ignicion.

Grupo II: Clases según temperatura T1, T2, ..., T6


Clases de temperatura Grupo II Temperature class

maximum surface temperature Ignition temperature [°C] [°C]

T1

450

> 450

T2

300

> 300 <450

T3

200

> 200 <300

T4

135

> 135 <200

T5

100

> 100 <135

T6

85

> 85 <100

EN 50014 Tab.1


Temperatura de ignicion Clases de temperatura Temperatura de ignicion de gas amoniaco 630 metano 595 hidrogeno 560 propano 470 etileno 425 butano 365 cyclohexano 259 dietil eter 170 bisulfito de carbono 95


Clases de temperatura de aparatos electricos

Datos para gases combustibles Material Ethylether

T zünd [°C] 170

temperature class T4

Emin 190

II B

in µJ

Group

Ethylen

425

T2

82

II B

Ammonia

630

T1

680.000

II A

Butane

365

T2

250

II A

Methane

595

T1

280

I / IIA

Propane

470

T1

250

II A

Carbon bisulphide

95

T6

9

II C

Hydrogen

560

T1

19

II C


Aparatos eléctricos simples Requerimientos para fuentes de energia

*

U  1,5 V

máximos parametros electricos

I  100 mA P  25 mW

Aparatos electricos simples: - no se requiere de aprobacion - pero debe cumplir con la norma EN 50020


Aplicación Aparato electrico

Transductor de medicion

mV I

Aparatos asociados

Area peligrosa


Area segura

Aparatos eléctricos Aparatos electricos intrinsecamente seguros: Pueden ser usados en area peligrosa. Todos los circuitos son intrinsecamente seguros. 4...20mA

SPS 24V

Ejemplo: Repetidor

Aparatos electricos asociados: Contiene circuitos intrinsecamente seguros y circuitos estandar.

Ejemplo: transductor de cabezal Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

No pueden ser utilizados en area peligrosa sin medidas adicionales de proteccion.

Valores importantes de ingenieria Cubre los requerimientos de IS (EN 60079-14 Cap. 12.2.5) EX-Area

Non-Ex

Ui Ii Pi

Aparato asociado > Uo > Io > Po

Ci + CC cable

< Co

Li + LC cable

< Lo

CC cable = ca. 140 - 200 nF/km L cable = ca. 0,8 - 1 mH/km

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[EEx ia] II C

Requerimientos de IS Ex-Area

4...20 mA

24 V SPS

Repetidor Smart Barrera - aislador II (1) G [EEx ia] IIC

Transmisor EEx ia IIC T6 Ui = 30 V Ii = 200 mA Pi = 1 W

> > >

Uo = 28 V Io = 95 mA Po = 0,65 W

o.k. o.k. o.k.

Li = 0,12 mH Ci = 0 µF

< <

Lo = 4,3 mH Co = 0,083 µF

o.k. o.k.


Sistemas de automatización con S.I.

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20XX-XX-XX

Author / Department

Ventajas de la seguridad intrinseca  Unico tipo de proteccion isible en Zona 0  Seguro para las personas, ya que se tienen bajos voltajes y corrientes  Favorable debido a construccion economica del housing  Simple, no se tienen dispositivos de almacenamiento de energia  Se mantiene seguro, tambien despues de una o varias fallas  Clara construccion debido a aislamiento electrico, la equipotencializacion no es critica Restricted © Siemens AG 20XX All rights reserved.

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