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Laboratorio Oficial Madariaga C/ Alenza,1 y 2 28003-MADRID

CLASIFICACIÓN DE ZONASPARA GASES Y VAPORES

Prof. Angel Vega Remesal


PROBABILIDAD DE EXPLOSIÓN

ATMÓSFERAPOTENCIALMENTE

EXPLOSIVA

APORTEENERGÉTICO

RIESGO APARICIÓNATEX

PA

RIESGO DEEXPLOSIÓN

PE=PI x PA

RIESGO DEAPORTE ENERGÍA

PI

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FUNDAMENTOS DE LAS TÉCNICAS DE PREVENCIÓNCONTRA EXPLOSIONES

ATMÓSFERAPOTENCIALMENTE

EXPLOSIVA

APORTEENERGÉTICO

1. Disminución de fuentes de escape

2. Ventilación de áreas peligrosas

3. Clasificación de zonas

1. Disminución de fuentes de ignición

2. Utilización de equipos con modos ycategorías


Probabilidad de presencia de ATEX

P r o b a b i l i d a d

d e

a p or t e

en er g é t i c o

10 -6

10-6

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NORMAS. REGLAMENTACIÓN

• UNE-EN 60079-10 “Material eléctrico para atmósferasde gas explosivas. Parte 10: Clasificación deemplazamientos peligrosos”

•REBT- ITC-BT-029 “Prescripciones particulares paralas instalaciones eléctricas de los locales con riesgo deincendio o explosión”

•RD 681/2003 sobre “Protección de la salud y laseguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos

derivados de atmósferas explosivas en el lugar detrabajo”


Definiciones I - Zonas

Atmósfera de gas explosiva: mezcla de una sustancia inflamable en estado degas o vapor con el aire, en condiciones atmosféricas, en la que después de laignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no consumida

Emplazamiento peligroso: es un espacio en el que una atmósfera de gasexplosiva está o puede estar presumiblemente presente en una cuantía tal, comopara requerir precauciones especiales en la construcción, instalación y utilizaciónde aparatos.

Zonas: Los emplazamientos peligrosos se clasifican en zonas basándose en la

frecuencia de aparición y en la duración de la presencia de una atmósfera de gasexplosiva:

ZONA 0: es un emplazamiento en el que la atmósfera de gas explosiva estápresente de modo permanente, o por un espacio de tiempo prolongado, ofrecuentemente.

ZONA 1: emplazamiento en el que cabe contar, en condiciones normales defuncionamiento, con la formación ocasional de una atmósfera de gasexplosiva.

ZONA 2:emplazamiento en el que no cabe contar, en condiciones normalesde funcionamiento, con la formación de atmósfera explosiva de gas, o en elque en caso de formarse, dicha atm ósfera s ólo subsiste por espacios detiempo muy breves.

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Definiciones II - Escapes

Fuente de escape: es un punto o lugar desde el cual se puede escapar a laatmósfera gas, vapor o líquido inflamable de tal forma que se pueda generar unaatmósfera de gas explosiva.

Grados de escape: Las fuentes de escape pueden dar lugar a un grado deescape o a la combinación de varios grados de escape. Se definen los grados deescape en función de la duración y frecuencia del escape:

Grado de escape continuo: escape que se produce de forma continua opresumiblemente durante largos períodos. (>1000 h/año | >10% tiempo de proceso)

Grado de escape primario: escape que se produce presumiblemente deforma periódica u ocasionalmente durante el funcionamiento normal.

Grado de escape secundario: escape que no se prevé en funcionamientonormal y si se produce es probable que ocurra infrecuentemente yenperiodos de corta duración. ( 0,1 % tiempo de proceso)

Tasa de escape: es la cantidad de gas o vapor inflamable que se emite porunidad de tiempo desde una fuente de escape.


Escapes Zonas

012

ContinuoPrimario

Secundario

ZonaEscape

001

ContinuoPrimario

Secundario

ZonaEscape

Ventilación suficiente natural o artificial

Ventilación insuficiente

Ventilación local fuerte

Zonas de extensión despreciable

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Definiciones III - Propiedades

Densidad relativa de un gas o vapor: Es la relación entre la densidad de un gaso de un vapor y la densidad del aire en las mismas condiciones de presión ytemperatura (la del aire es 1,0).

Punto de inflamabilidad o de destello:Es la temperatura más baja del líquido ala que bajo ciertas condiciones normalizadas, el líquido desprende vapores encantidad tal que puede originar la formación de una mezcla de vapor/aireinflamable.

LIE: Límite inferior del intervalo de concentraciones de la sustancia en el aire,para el que la mezcla es explosiva.

Temperatura de ignición de una atmósfera de gas explosiva: Es latemperatura más baja de una superficie caliente a la cual, bajo las condicionesespecificadas, se produce la ignición de una sustancia inflamable en forma de ungas o vapor mezclado con el aire.


Definiciones IV - CLASIFICACIÓN

85 ºC100 ºC135 ºC200 ºC

300 ºC400 ºC

T1T2T3T4

T5T6

CLASE DETEMPERATURA

METANOPROPANOETILENO

HIDRÓGENO /ACETILENO

I (Minería)IIAIIBIIC

GAS CARACTERÍSTICOGRUPO YSUBGRUPO

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FUENTES DE ESCAPE

•Análisis del proceso: sustancias inflamables y equipos?Determinación de las fuentes de escape?Determinación del grado de escape ? f(frecuencia, duración)?Determinación tasa de escape (kg/s) ? geometría fuente

? velocidad escape (P)? concentración (%)? Temperatura y P. destello

• Se excluyen situaciones “catastróficas”: rotura de tuberíasoldada o de un recipiente

GRADO CONTINUO

•Tanque techo fijo con venteo•Superficies abiertas con líquidos

GRADO PRIMARIO (func. normal)

•Sellos de bombas, compresores, válvulas•Drenajes de agua•Válvulas de seg. y venteos•Tomas de muestras

GRADO SECUNDARIO (no se prevén en func. normal)

•Sellos de bombas, compresores, válvulas•Bridas, uniones de tuberías•Válvulas de seg. y venteos•Tomas de muestras


Definiciones IV - Aberturas

ABERTURAS: Extensión de las zonas a ubicaciones próximas. Para estasubicaciones la zona previamente clasificada es la fuente de escape.

Tipo A: Permanentemente o frecuentemente comunicados(pasadizos, rejillas de ventilación)

Tipo B: Aberturas normalmente cerradas, raramente abiertas con cierre forzado

Tipo C: Igual que tipo B con cierre sellado (C=2xB)

Tipo D: Igual que C herméticas pero que solo se abren con medios especiales yen caso de emergencia (D=C+B)

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Aberturas

Secundaria(Secundaria) / Sin escape

Sin escapeSin escape

ABCD

2

Primaria(Primaria) / Secundaria

(Secundaria) / Sin escapeSin escape

ABCD

1

Continua(Continua) / Primaria

SecundariaSin escape

ABCD

0

FUENTE DE ESCAPE A CONSIDERARTIPO DE ABERTURAZONA


CANTIDADES MÍNIMAS

GRUPOPunto de destello

(oC)

Volumen mínimoVo

Proceso Almacenamiento

ABCDE

TD?

0o

C (Te>0o

C)0oC < TD ? 21oC21oC < TD ? 40oC40oC < TD ? 65oC

65oC < TD

0,1 m3

0,5 m3

1 m3

2 m3

4 m3

1 m3

2 m3

10 m3

20 m3

40 m3

FSegún el tipo de sustancia

Fuente: CEI 79-10 (anulada)

Te

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EXTENSIÓN Y GEOMETRÍA DE LAS ZONAS

• Si LIE ? ? Extensión ?• Emplazamientos no peligrosos: barreras, sobrepresión, purgando• Densidad relativa: < 0,8 ? Extensión vertical ascendente ?

> 1,2 ? Extensión a nivel del suelo + pozos• Geometría del emplazamiento

ALZA DO

PLANTAPared de altura menor

que un metro

Pared de altura menorque un metro

ALZADO

PLANTA


EXTENSIÓN DE LAS ZONAS

VENTILACIÓN• TIPOS: - natural

- artificial : general o local• OBJETIVOS de la artificial:

?Reducir extensión de la zona?Reducir tiempo de permanencia?Prevenir la formación de una atmósfera explosiva

• DISEÑO:?En función del escape?Precaución con tomas de ventilación y descargas extracción?Impedimentos o barreras ? factor ineficacia ventilación fv

• VALORACIÓN:?GRADO DE VENTILACIÓN?DISPONIBILIDAD DE LA VENTILACIÓN?INEFICACIA DE LA VENTILACIÓN (fv)

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GRADO DE VENTILACIÓN

• VA: Ventilación intensa o alta? C(%) por debajo del LIE en toda la extensión rápidamente

? Puede rebajar la clasificación y extensión de zona

• VM: Ventilación media

?Escape activo: Más allá de una extensión C(%) < LIE

?Cesa el escape: tiempo de permanencia corto

? Puede reducir la extensión de la zona• VB: Ventilación baja

?Escape activo: no controla la C(%) < LIE

?Cesa el escape: tiempo de permanencia largo

? Puede incluso empeorar la extensión de la zona



DISPONIBILIDAD DE VENTILACIÓN

• Alta ? Siempre disponible? Artificial con sistemas redundantes o enclavamientos conproceso

• Normal

? Sólo cortes breves con poca frecuencia

? La ventilación natural está en este grupo (v=0,5 m/s)

• Baja?Sistema poco fiable

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CLASIFICACIÓN DE ZONAS

En la tabla la mayor dificultad es valorar el grado de ventilación

Parámetros Vz y tp

GRADO VA VM VB

Alta Normal Pobre Alta Pobre

GRADO DEESCAPE

CONTINUO

(Zona 0ED)

Sinriesgo

(Zona 0ED)

Zona 2

(Zona 0ED)

Zona 1Zona 0

Zona0+

Zona2

Zona 0+

Zona 1 Zona 0

PRIMARIO

(Zona 1ED)

Sinriesgo

(Zona 1ED)

Zona 2

(Zona 1ED)

Zona 2Zona 1

Zona1+

Zona2

Zona 1+

Zona 2Zona 1

* o Zona0

SECUNDARIO

(Zona 2ED)

Sinriesgo

(Zona 2ED)

Sinriesgo

Zona 2 Zona 2 Zona2

Zona 2

Zona 1

* o Zona0

DISPONIBILIDAD

VENTILACIÓNNormal


EXTENSIÓN DE LAS ZONAS - CÁLCULOS

Mezcladorideal

minvQ

max E G

Aire fresco

Gas o va or

C = LIE / (k x f T)

k f LIE

GQ T

E v ???

maxmin

(m3/s)

(kg/s)(kg/m3)

k= 4 (cont o prim)

k= 2 (secundario)f T=T(K)/293

mol lN

mol g P LIE

mkg LIE m

4,22

1)/(

100

(%))/( 3 ???

CAUDAL MÍNIMO TEÓRICO DE VENTILACIÓN Qvmin(m3 /S)

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VOLUMEN TEÓRICO DE ATMÓSFERA EXPLOSIVA VZ (m3)

?En el volumen ventilado Vo se tiene un caudal real de ventilación Qv odistinto de Qvmin

?Con Qvmin se consigue mantener la concentración en todo elvolumen Vo al menos 2 o 4 veces por debajo del LIE (depende delgrado de escape). Pero con el caudal real Qv o=

dondeo

vo

v z V

Q

QV x

min?

0V

QC

vo?

? Además existe un factor de ineficacia de ventilación fv (1?5)

FINALMENTE?

C

Q f V

vv

z min?

?



Tiempo de permanencia tp

t

Concentración

Xo

LIE/k

tp

)(

0v

p f

C t

e X k

LIE ????

0

/ln

X

k LIE

C

fvt p

??

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Aplicación de tp y Vz

?Los parámetros Vz y tp se pueden usar para valorar el grado deventilación de la instalación

?Grados de ventilación altos: Vz y tp muy pequeños

?Para escapes de grado contínuo tp no tiene sentido

?El parámetro tp es importante para ver la persistencia de la atmósferauna vez cesa el escape, y se debe comparar con la duración que exigenlas definiciones de zonas

?Vz puede dar una idea del volumen que va a tener la zona clasificadapero no se debe tomar a rajatabla ? Códigos industriales

?La verdadera dificultad reside en calcular bien la tasa de escapeGEMax, que depende de cada proceso y equipo concreto


ZONAS – EJEMPLOS - CÁLCULOS

Características del escape

Sustanc ia in flamable Vapor de to lueno

Fuente de escape Brida

LIE 0,046 kg/m3 (1,2 % vol)

Grado de escape Continuo

Factor de seguridad, k 4

Tasa escape (GEMAX) 2,8 x 10-10 kg/s

Características de la ventilación

Instalación interior

C 1/h, (2,8 x 10-4/s)

Ineficacia de la ventilación, f v 5

Temperatura ambiente, T 20 ºC (293 K)

Coeficiente de temperatura, f T 1

344

8min 103,4

108,2

104,25m f

C

QV

v ?

?

?

???

????Vz=

GRADO DEVENTILACIÓN ALTO

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Sustancia inflamable Vapor de tolueno

Fuente de escape Fallo de una brida

(LIE) 0,046 kg/m3 (1,2 % vol)

Grado de escape Secundario


Tasa de escape (GEMAX) 2,8 x 10-6 kg/s

Características de ventilación


Número de renovaciones de aire, C 1/h (2,8 x 14-4 /s)

Ineficacia de la ventilación, fv 5

Temperatura ambiente, T 20 ºC (293 k)Coeficiente de temperatura , f T 1

Vz=2,2 m3 tp=25,6 h

GRADO MEDIO, pero tp incumple zona 2



Vz=9200 m3 tp=11,4 h

GRADO BAJO



Sustancia inflamable Gas propano

Fuente de escape Sello del compresor

L ímite inferior de explosión (LIE) 0,039 kg/m3 (2,1 % vol)

Grado de escape Secundario


Tasa de escape (GEMAX) 0,02 kg/s

Características de la ventilación


N úmero de renovaciones de aire, C 20/h (5,6 x 10—4 /s)

Ineficacia de la ventilación, fv 5

Temperatura ambiente, T 20 ºC (293 K)

Coeficiente de temperatura, f T 1

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14



Escape

? Fuente de escape: fallo en sello de bomba

? Líquido de escape: material inflamable

? Grado de escape: secundario

? LIE (% vol): > 0,7

? Densidad mayor que la del aire

? Caudal de escape S ? 1.10-2 kg/s

? Factor de seguridad k = 2

? PM = 34 (g/mol)

Ventilación

? Tipo: natural

? Grado: medio

? Disponibilidad: normal

? Velocidad > 0,5 m/s

? Ineficacia de la ventilación f V: 1.

? Nº de cambios de aire por segundo

C: 100/h : 3 x 10-2 / s.

Vz=69,9 m3 tp=0,056 h

Ejemplo1


CLASIFICACIÓN DE ZONAS

Ejemplo1

GRADO VA VM VB


GRADO DEESCAPE

CONTINUO

(Zona 0ED)

Sin

riesgo

(Zona 0ED)

Zona 2

(Zona 0ED)

Zona 1

Zona 0

Zona0+

Zona

2

Zona 0+

Zona 1 Zona 0

PRIMARIO

(Zona 1ED)

Sinriesgo

(Zona 1ED)

Zona 2

(Zona 1ED)

Zona 2Zona 1

Zona1+

Zona2

Zona 1+

Zona 2Zona 1

* o Zona0

SECUNDARIO

(Zona 2ED)

Sinriesgo

(Zona 2ED)

Sinriesgo

Zona 2 Zona 2 Zona2

Zona 2

Zona 1

* o Zona0

DISPONIBILIDAD

VENTILACIÓNNormal

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15


Ejemplo1

L

H

Nivel del suelo

SumideroZona 1

Zona 2

Fuente de escape(sello de la bomba)

ALZA DO

PLANTA

ZONA 1 ZONA 2

l (m) h (m) L (m) H (m)

despreciable 3 1,5



Ejemplo2Escape

? Fuente de escape: primario: sello de bomba y charco en el suelo

secundario: fallo en el sello de bomba

? Líquido de escape: material inflamable

? Grado de escape: primario y secundario

? LIE (% vol): > 0,7

? Densidad mayor que la del aire

? Caudal de escape P ? 5.10-5 kg/s y S ? 4.10-4 kg/s

? Factor de seguridad k = 4 (primario), k = 2 (secundario)

Ventilación

? Tipo: artificial

? Grado: medio

? Disponibilidad: normal (ni poco fiable, ni con sistemas redundantes deventilación)

? Ineficacia de la ventilación f v: 3

Nº de cambios de aire por segundo: 15/h : 4,16 x 10-3 / s.

Primario:Vz=13,784 m3

tp= 1,26 h

Secundario:Vz=55,13 m3

tp= 1,13 h

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Ejemplo2GRADO VA VM VB


GRADO DEESCAPE

CONTINUO

(Zona 0ED)

Sinriesgo

(Zona 0ED)

Zona 2

(Zona 0ED)

Zona 1Zona 0

Zona0+

Zona2

Zona 0+

Zona 1 Zona 0

PRIMARIO

(Zona 1ED)

Sinriesgo

(Zona 1ED)

Zona 2

(Zona 1ED)

Zona 2Zona 1

Zona1+

Zona2

Zona 1+

Zona 2Zona 1

* o Zona0

SECUNDARIO

(Zona 2ED)

Sinriesgo

(Zona 2ED)

Sinriesgo

Zona 2 Zona 2 Zona2

Zona 2

Zona 1

* o Zona0

DISPONIBILIDAD

VENTILACIÓNNormal


Ejemplo2

L

H

Nivel del suelo

SumideroZona 2

Zona 1

Fuente de escape(sello de la bomba)

l

h

AL ZA DO

PLANTA

ZONA 1 ZONA 2

l (m) h (m) L (m) H (m)

1,5 1,5 3 1,5

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17


Zona 1

Fuente de escape: orificio de venteo de 25 mmde diámetro

Zona 2

R

r

ZONA 1 ZONA 2

r (m) R (m)

1 2

Ejemplo 3


Ejemplo 4

L

l

h

H

Líquido

Nivel del suelo

Zona 0

Zona 1Zona 2

ZONA 0 ZONA 1 ZONA 2

Hasta el niveldel suelo

l (m) h (m) L (m) H (m)

3* 1* 7,5* 3,0*

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18/18

18




d e

a p or t e

en

er g é t i c o

1

10 -12




d e

a

p or t e

en er g é t i c o

10 -9

10-3

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