La protección contra explosiones mediante la envolvente presurizada es sencilla y flexible y, lo más importante, con ella es posible adaptarse también a complejos retos en lo relativo a las áreas potencialmente explosivas. Por ello, muchos usuarios están recurriendo a esta solución. Para mostrarles cómo se implementa esta solución en la práctica, utilizaremos dos instalaciones de la industria petroquímica, una en Kuwait y otra en Egipto.
Tres pasos para la protección
Además de por su seguridad, las soluciones Ex p destacan principalmente por su flexibilidad y su sencillez. De este modo, los sistemas de monitorización para el tipo de protección contra ignición "envolvente presurizada" se componen de controlador Ex p, controladores de presión Ex p, así como válvulas de purga Ex p con regulación digital y proporcional. En este caso son posibles diferentes tamaños de armario. Además, los tiempos y la presión de purga pueden adaptarse a los correspondientes requisitos. El funcionamiento de una envolvente presurizada Ex p clásica se divide entres pasos:
Fase de preparación: a través de la válvula de purga se suministra aire comprimido o gases inertes a la envolvente presurizada Ex p y se genera sobrepresión. Cuando se genera dicha sobrepresión, comienza la llamada fase de purga previa, que se regula por medio del controlador Ex p.
Fase de purga previa: antes de la puesta en marcha de los equipos que se encuentran en el interior del armario de mando, se debe expulsar la mezcla potencialmente explosiva que pueda encontrarse dentro de la envolvente. Una vez alcanzada la presión interna previamente ajustada en la envolvente, se abre la válvula de purga. A continuación se realiza un barrido con gas de protección contra ignición. Estas válvulas de salida de aire (controlador de presión) se colocan en zonas diferentes para garantizar unas condiciones de corriente controladas. Los tiempos de purga muy cortos suponen una ventaja con presiones muy reducidas (hasta 15 mbar). De este modo se pueden utilizar grosores de pared menores en el armario de mando (normalmente 1,5-2 mm). Esto permite reducir los costes. Cuando haya finalizado esta fase de purga previa, se cierra la válvula.
de purga y se detiene el flujo de purga. La presión interna de la envolvente se ajusta de nuevo en el valor predefinido y la válvula de salida de aire se cierra.
Fase de funcionamiento: comienza el funcionamiento normal y la unidad de control controla y regula la presión interna de la envolvente para evitar que los gases explosivos puedan penetrar en ella. Las fugas se compensan automáticamente por medio de la válvula de purga.
En conjunto, las cantidades de fuga necesarias se reducen al mínimo, por lo que se garantiza un servicio continuo muy económico. Además, en el interior también se puede integrar un sistema de monitorización y regulación de temperatura para su refrigeración, como veremos en los siguientes ejemplos de aplicación en dos refinerías. En ambos casos se instalaron uno o dos refrigeradores de aire Vortex
A pesar de la elevada temperatura ambiente
En una refinería kuwaití, un instrumento de medida especial monitoriza las vibraciones de un ventilador. Los valores de medición se utilizan para la monitorización de los gases de escape, por lo que son importantes para el funcionamiento seguro de toda la instalación. El reto: el instrumento de medida solo está autorizado para la zona explosiva 2, pero debe funcionar también de forma segura en la zona explosiva 1. Este fue uno de los motivos por los que se escogió la solución del grado de protección "envolvente presurizada" Ex p. De este modo, el tamaño de la envolvente permite instalar dentro otros componentes y es menos pesada en comparación con las soluciones Ex d. Asimismo, la solución Ex p es muy resistente a entornos químicos severos. No obstante, quizás el motivo más importante para esta elección y, a la vez, el mayor obstáculo del proyecto, fue la elevada temperatura exterior, que puede llegar a los 55 °C.
Además de la elevada temperatura exterior, también fue necesario tener en cuenta la elevada pérdida de potencia en el interior del armario. No obstante, no había alternativas reales. Un refrigerador para el compresor habría sido difícil de implementar a consecuencia de su elevado coste y de gran necesidad de espacio. Por este motivo, la refinería kuwaití decidieron instalar un segundo refrigerador de aire Vortex para alcanzar la potencia refrigerante necesaria. Sin embargo, también con esta solución de dos refrigeradores de aire Vortex tuvimos que enfrentarnos a algunos retos. En este caso se necesitaban 2000 litros por minuto de aire comprimido a 5,5 bar. Para R. STAHL no se trató de un encargo al uso, ya que resultaba complicado realizar las comprobaciones previas in situ. Por este motivo, en la sede de Waldenburg de R. STAHL se creó de forma adicional un entorno de ensayo para poder probar esta solución con antelación y de forma amplia.
Pero esta no fue la única particularidad del proyecto. El interior del armario debía tener el aspecto de un armario Rittal para que el cliente pudiera seguir utilizando los componentes estándar con los que ya contaba. Esto afectaba, por ejemplo, a las dimensiones, al marco de 19", a las luminarias, etc. Además, el armario Rittal no está autorizado para áreas potencialmente explosivas. La solución: el armario especial hecho a medida se construyó de tal forma que en su interior contaba con las dimensiones necesarias, de manera que el cliente tenía a su disposición las opciones de fijación deseadas. Ahora el usuario puede montar sus accesorios Rittal habituales, confiando a la vez en la seguridad que ofrece R. STAHL. La ventaja de los armarios de R. STAHL es que están completamente soldados, por lo que son mucho más herméticos que los armarios de mando habituales en el mercado. De este modo, ya desde el principio se reducen considerablemente las fuentes de error (p. ej. fugas), un requisito imprescindible para el tipo de protección contra ignición Ex p, haciendo que en el interior siempre exista una ligera sobrepresión.
En detalle: para la solución se utilizó una envolvente Ex e 9850/0 con refuerzos adicionales para el funcionamiento Ex p. Para garantizar un bien acceso al cliente, en la parte delantera y trasera de la envolvente Ex p se instaló un puerta. La pantalla se equipó con una tapa plegable hecha con vidrio de seguridad de 6 mm. La envolvente Ex p con certificado U para zona 1 se fabricó también en versión IP66. R. STAHL también entregó
un armario Ex p a modo de envolvente vacía Ex p con certificado U. Ahora el cliente puede organizar y cablear el interior del armario como habitualmente. De este modo, para instalar el armario en áreas potencialmente explosivas (como panel de control Ex p 8620/5 completamente certificado) se requiere únicamente una inspección final. Estas comprobaciones finales pueden ser realizadas por un organismo de control externo o por otro experto
Siempre en funcionamiento
En una refinería egipcia se utilizó el dispositivo de vibración descrito arriba no solo para la monitorización, sino también para el control. Para los usuarios era importante que este control también funcionara correctamente en caso de que alguno de los conductos de alimentación eléctrica fallara. Por ello, por medio de un circuito adicional se obtuvo una alimentación redundante del controlador Ex p. Además, se utilizó también un interruptor de llave de bypass con el que que se puede trabajar con el armario y dentro de él durante la puesta en marcha o el mantenimiento aunque las puertas estén abiertas y por ello se pierda presión. No obstante, para poder hacerlo es imprescindible que no haya presentes gases explosivos. Esto debe garantizarse por medio del proceso y, normalmente, se emite una autorización para tareas en caliente. Así, este interruptor de llave es una sencilla opción para pasar el armario a un funcionamiento de bypass con trabajos de cableado mínimos. La reconexión de la monitorización Ex p se lleva a cabo una vez finalizados los trabajos sin necesidad de costosas pruebas, simplemente desactivando el interruptor de llave de bypass Ex p.
También en este caso se requirió refrigeración Vortex. Sin embargo, fue suficiente con un único sistema de refrigeración, ya que las condiciones climáticas de 50 °C de temperatura ambiente son algo menos extremas que en Kuwait. Además, el armario se encuentra en el interior de un edificio, por lo que en este caso es suficiente con el grado de protección IP65. La envolvente Ex p de dos hojas (que ofrece simultáneamente protección Ex e) cuenta también con refuerzos adicionales, pero son algo mayores que los utilizados en Kuwait. En la puerta izquierda hay una envolvente adicional para un teclado Ex i, con el que se puede manejar una HMI del tipo Shark. Esta está diseñada para condiciones ambientales extremas. En la puerta derecha hay una pantalla específica del cliente en un marco giratorio de 19". Ambos componentes se encuentran protegidos por una tapa abatible hecha de vidrio laminado de seguridad de 6 mm.
Aunque en Egipto solo se necesitó un refrigerador Vortex, fue necesario planificar tres salidas de aire Ex p a consecuencia del gran volumen del armario. De este modo fue posible mantener tiempos de purga reducidos. En la zona exterior del techo se colocó también una luminaria LED Ex de R. STAHL en un ángulo especial. Además de la luminaria de control que indica que la solución está lista para su uso, una combinación de baliza luminosa de destellos y bocina avisa al usuario en caso de error (p. ej. caída de la presión).
Conclusión
Los ejemplos de aplicación muestran que con el tipo de protección "envolvente presurizada" (Ex p) es posible garantizar una protección contra explosiones segura, incluso a temperaturas extremadamente elevadas. Lo que convenció a los usuarios de ambas refinerías, además de la instalación sencilla y la robustez, fue sobre todo la flexibilidad, ya que también pudimos hacer realidad sus exigencias especiales.
