Calefacción y transferencia en entornos de área peligrosa
Todo componente capaz de actuar como fuente de ignición debe estar diseñado, evaluado y certificado para la clasificación de zona específica en la que opera.
La mayoría de los fallos en instalaciones de áreas peligrosas no son fallos de equipos — son fallos del sistema, que surgen de una especificación incorrecta, lagunas en la cadena de certificación o errores de integración que solo se descubren después de la puesta en marcha.
La clasificación ATEX no es una designación simple de sí/no aplicada a una ubicación. Es un marco tridimensional — zona, clase de temperatura y grupo de gas — y los tres parámetros deben ser satisfechos simultáneamente por cada pieza de equipo eléctrico instalada dentro del área clasificada. Un sistema de calefacción que cumple el requisito de zona pero está clasificado para una temperatura superficial más alta que el punto de autoignición de la sustancia presente no es conforme. Un sistema que cumple tanto la zona como la clase de temperatura pero está clasificado para un grupo de gas inferior al que requiere la atmósfera tampoco es conforme.
La zona, la clase de temperatura y el grupo de gas son independientes. No se compensan entre sí. El equipo que satisface dos de los tres no es conforme. Verificar solo la zona — el parámetro más visible en un plano del emplazamiento — no es suficiente.
La selección de equipos requiere trabajar las tres dimensiones frente a las sustancias y condiciones realmente presentes.
Específicamente para sistemas de calefacción y transferencia, la clasificación también impone restricciones directas a la arquitectura del sistema: límites de temperatura superficial del elemento, requisitos de redundancia en el control y una cadena de certificación que se extiende a cada componente eléctrico de la zona, no solo al calefactor en sí.
Clasificación de zonas de áreas peligrosas
La clasificación de zonas define con qué frecuencia está presente una atmósfera inflamable y determina qué categorías de equipos son permisibles. Los entornos de gas y vapor y los entornos de polvo combustible utilizan sistemas de zonas paralelos pero separados.
Zonas de gas y vapor
- Zona 0 — Una atmósfera de gas o vapor inflamable está presente de forma continua o durante largos períodos en condiciones normales de funcionamiento. Se requiere equipo de Categoría 1G. En la práctica, la Zona 0 se limita al interior de tanques, recipientes y tuberías cerradas. El equipo de calefacción externo casi nunca se instala en Zona 0.
- Zona 1 — Es probable que se produzca una atmósfera inflamable en condiciones normales de funcionamiento. Se requiere equipo de Categoría 2G. Esta es la zona más exigente para las instalaciones de calefacción externas y abarca las áreas inmediatamente alrededor de los equipos de proceso: alrededor de las bombas, en las estaciones de manejo de bidones e IBC, cerca de los puntos de llenado y en los colectores de válvulas de los sistemas de líquidos inflamables.
- Zona 2 — No es probable que se produzca una atmósfera inflamable en condiciones normales de funcionamiento y, si ocurre, persistirá solo durante un período corto. Se requiere equipo de Categoría 3G. El equipo de Categoría 2G también es aceptable en Zona 2. El equipo comercial estándar sin certificación ATEX no es aceptable en ninguna zona clasificada, incluida la Zona 2.
Zonas de polvo combustible
- Zona 20 — Una nube de polvo inflamable está presente de forma continua o durante largos períodos en condiciones normales de funcionamiento. Se requiere equipo de Categoría 1D. Al igual que la Zona 0, esta es casi exclusivamente una clasificación interna — dentro de colectores de polvo, silos y sistemas de transporte.
- Zona 21 — Es probable que se produzca una nube de polvo inflamable en condiciones normales de funcionamiento. Se requiere equipo de Categoría 2D. Relevante para instalaciones de calefacción en procesado de madera, manejo de grano, producción de polvos farmacéuticos, manejo de carbón y entornos similares generadores de polvo.
- Zona 22 — No es probable que se produzca una nube de polvo inflamable en condiciones normales de funcionamiento. Se requiere equipo de Categoría 3D. Los sistemas de calefacción en la proximidad de procesos generadores de polvo sin exposición directa a nubes de polvo caen típicamente aquí. Al igual que con la Zona 2 para gases, el equipo estándar no clasificado no es aceptable.
Cuando pueden estar presentes simultáneamente riesgos de gas y polvo — por ejemplo, en un proceso de fabricación a base de disolventes que también genera polvo combustible — el equipo debe estar clasificado para ambas atmósferas. La marcación combinada II 2GD indica idoneidad para entornos de gas de Categoría 2 y de polvo de Categoría 2.
Clase de temperatura y grupo de gas
La clasificación de zonas determina la categoría de equipo requerida. La clase de temperatura y el grupo de gas deben entonces adaptarse a las sustancias específicas que podrían estar presentes.
La clase de temperatura define la temperatura superficial máxima permitida de cualquier equipo en la zona. Las seis clases van desde T1 (450°C máximo) hasta T6 (85°C máximo). La clase debe seleccionarse de modo que la temperatura superficial del equipo — bajo todas las condiciones de funcionamiento, incluidas las condiciones de fallo como un controlador bloqueado en posición de demanda de calor — se mantenga por debajo de la temperatura de autoignición de la sustancia más peligrosa presente. Puntos de referencia habituales: el metano y la mayoría de los hidrocarburos ligeros tienen temperaturas de autoignición superiores a 450°C, lo que hace suficiente T1; el diésel y la nafta requieren T3 (200°C máximo); muchos disolventes, incluyendo el éter dietílico (TAI 160°C) y el acetaldehído (TAI 175°C), requieren T4 (135°C máximo) o clases más restrictivas.
Para los sistemas de calefacción, esta restricción no es abstracta. Un calefactor de bidón que mantiene betún a 160°C tiene una superficie del elemento calefactor que puede ser considerablemente más caliente que 160°C — la diferencia dependiendo de la densidad de vatios del elemento por unidad de área. Un elemento diseñado para cumplir T3 en ese punto de operación debe dimensionarse de modo que su temperatura superficial no supere los 200°C incluso a plena potencia nominal sin control de temperatura activo. Esto gobierna directamente la geometría del elemento y el tamaño físico.
El grupo de gas clasifica las sustancias inflamables por su energía mínima de ignición y la separación experimental segura máxima (MESG) — los parámetros que rigen los requisitos de construcción para antideflagrante (Ex d) y otros conceptos de protección. El grupo IIA (gas representativo: propano) es el menos exigente; IIB (etileno) es intermedio; IIC (hidrógeno, acetileno) es el más exigente y requiere la construcción de equipos más restrictiva. Los equipos certificados para IIC son adecuados en atmósferas IIA e IIB. Los equipos solo-IIA no pueden usarse donde puedan ocurrir atmósferas IIB o IIC. La mayoría de las aplicaciones de calefacción química y de petróleo se encuentran dentro de IIA o IIB; los entornos de hidrógeno, encontrados en algunas aplicaciones de refinería y electroquímicas, requieren IIC.
Restricciones de diseño para sistemas de calefacción en áreas clasificadas
La implicación ingeniería más directa de la clase T para los sistemas de calefacción es la restricción de densidad de vatios en los elementos calefactores. Las temperaturas superficiales máximas más bajas requieren menos vatios por unidad de superficie del elemento. Para la misma potencia de calefacción total, un elemento clasificado T4 debe tener más superficie que un elemento clasificado T2 — lo que significa dimensiones físicas mayores y, en algunos casos, una configuración de elemento completamente diferente. Esto afecta por igual a los calefactores de bidón ATEX, calefactores IBC ATEX, calefactores de inmersión y cables de trazado térmico.
La arquitectura de control en las instalaciones de calefacción ATEX requiere protección independiente contra sobretemperatura. El enfoque aceptado utiliza dos dispositivos limitadores de temperatura en serie. El dispositivo primario — un controlador PID con clasificación ATEX — mantiene el punto de ajuste de operación. El dispositivo secundario es un corte de seguridad independiente ajustado por encima de la temperatura de operación pero por debajo del límite superficial de la clase T. Este corte de seguridad debe ser de tipo rearme manual: una vez que se dispara, la calefacción no puede reanudarse sin intervención humana deliberada. La lógica es que una superación de temperatura debe investigarse antes de que el sistema vuelva a funcionar — no autocorregirse y registrarse invisiblemente.
La condición a prueba de fallos es importante más allá de los propios dispositivos de control. Si el controlador primario falla en el estado de demanda de calor, suministrando energía continua al elemento, el diseño del elemento debe garantizar que la temperatura superficial bajo potencia plena sostenida no puede alcanzar el límite de la clase T. Este es un requisito de diseño verificado, no una suposición operativa.
Componentes del sistema que deben llevar certificación ATEX cuando se ubican dentro de la zona clasificada:
- Elementos calefactores y conjuntos de calentadores (bidón, IBC, inmersión, trazado)
- Controladores de temperatura y dispositivos de corte de seguridad
- Bombas, motores e impulsores
- Cajas de conexiones, cajas de bornes y envolventes
- Sensores de temperatura y transmisores
- Prensaestopas, accesorios de conducto y todas las entradas en los límites de zona
Para la transferencia de líquidos en zonas clasificadas, las bombas de membrana neumáticas (AODD) alcanzan la conformidad con la Zona 2 por construcción, sin necesidad de certificar un accionamiento eléctrico a los requisitos de zona. El mecanismo neumático no introduce componentes eléctricos en el circuito de fluido — sin motor, sin devanado, sin fuente de ignición en la zona del fluido. La serie Jessberger JP-810 lleva certificación ATEX para atmósferas de gas (Zona 2, Categoría 3G) y atmósferas de polvo (Zona 22, Categoría 3D) de serie. Las instalaciones en Zona 1 requieren la variante Conductive: un cuerpo de bomba eléctricamente conductivo proporciona una vía de disipación definida para las cargas estáticas que pueden acumularse cuando un líquido inflamable fluye a alta velocidad a través de un cuerpo de bomba no conductivo.
El sistema instalado: certificación y responsabilidad
Los certificados individuales de componentes no constituyen una instalación conforme. Un sistema es tan válido como su eslabón más débil — y el eslabón más débil normalmente no es el calefactor.
El plano de clasificación de zonas debe existir antes de especificar el equipo. Este documento define los límites de zona, las sustancias presentes y las categorías de equipos requeridas para cada área del emplazamiento. La selección de equipos se deriva del plano, no al revés.
Para equipos de Categoría 1 y Categoría 2 (Zona 0/1 y Zona 20/21), la certificación debe ser emitida por un organismo notificado — normalmente un Certificado de Examen de Tipo CE. La autodeclaración del fabricante no es suficiente. Para equipos de Categoría 3 (Zona 2/22), una Declaración de Conformidad con las normas armonizadas pertinentes es aceptable, pero el equipo aún debe cumplir con esas normas y llevar el marcado ATEX.
El instalador lleva la responsabilidad de que la instalación completa cumpla con el plano de zona y con la IEC 60079-14 (la norma de instalación para atmósferas explosivas). Modos de fallo habituales en la práctica: elementos calefactores con clasificación ATEX instalados con paneles de control no clasificados ubicados dentro del límite de zona; equipos de Categoría 3 instalados en un área Zona 1 porque el plano de zona no fue consultado en la fase de especificación; prensaestopas en las entradas de los límites de zona no certificadas para el concepto de protección de la envolvente a la que están acopladas.
Recursos relacionados
Sistemas de calefacción ATEX — diseñados y fabricados internamente
HeatXperts diseña y fabrica elementos calefactores certificados ATEX y sistemas de calefacción integrados para Zona 1 y Zona 2. El diseño del sistema parte de la clasificación de zonas, los datos de sustancias y los requisitos de clase T — trabajando a través de la geometría del elemento, la verificación de densidad de vatios, la arquitectura de control y la documentación de certificación completa.
Cada sistema ATEX se entrega con la documentación de certificación que la instalación requiere: certificados de componentes, declaraciones de conformidad y documentación del sistema adaptada al plano de zona del emplazamiento de instalación.