¿Qué es una cámara a prueba de explosiones?

En estas páginas, a menudo hablamos de los riesgos que corren los materiales y productos al estar expuestos a atmósferas comunes. Estos incluyen los efectos de la temperatura, la humedad, la lluvia y la radiación solar.

Pero no todas las atmósferas son normales. Algunas son explosivas.

Los equipos destinados a funcionar en atmósferas potencialmente explosivas deben pasar rigurosas pruebas en cámaras a prueba de explosiones.

¿Para qué sirve la cámara antiexplosiones?

Comencemos por lo básico: ¿qué es una explosión?

Todos lo sabemos pero ¿podemos definirlo con precisión?

La definición técnica para nuestra industria se encuentra en la ISO 8421-1:1987 , que abarca el vocabulario de los fenómenos relacionados con el fuego. Una explosión se define como "una reacción repentina de oxidación o descomposición con un aumento simultáneo de la temperatura, la presión o ambas".

Es una reacción química que requiere tres elementos para ocurrir: oxígeno (aire), un material inflamable y una fuente de ignición.

La cámara antiexplosiones realiza una prueba fundamental para todos los productos que se encuentran funcionando en entornos potencialmente explosivos, actuando como fuente de ignición dentro del triángulo. 

Veamos cuáles.

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¿Qué sectores se ven afectados por las pruebas en cámaras a prueba de explosiones? 

Los sectores que están cubiertos por el ensayo de cámara antideflagrante deben tener ambientes potencialmente explosivos. 

Todos los entornos de trabajo que contengan una atmósfera potencialmente explosiva —es decir, que contengan oxígeno, materiales inflamables y fuentes de ignición— deben cumplir con las directivas ATEX pertinentes , que incluyen pruebas en una cámara antiexplosivas para todas las fuentes de ignición.

Próximamente hablaremos de las directivas ATEX, por ahora indicamos qué actividades y sectores están involucrados:

• industria química y metalúrgica
• industria de eliminación de residuos
• producción de energía
• Ingeniería civil
• cuadro
• agricultura

Todos estos sectores tienen atmósferas explosivas y, sobre todo, maquinaria que debe ser probada en cámaras antideflagrantes por ser una fuente potencial de ignición.

¿Qué son las normas a prueba de explosiones?

Como ya hemos mencionado, el conjunto de directivas de la Unión Europea que regulan los equipos destinados a ser utilizados en atmósferas potencialmente explosivas se denomina ATEX

ATEX tiene dos clasificaciones principales: una relativa a zonas con riesgo de explosión y otra relativa a maquinaria y dispositivos que pueden actuar como fuente de ignición.

Las pruebas de cámara a prueba de explosiones de este último se describen en UL 1203, IEC 60079-1:2014 y CSA C22.2 NO. 30.

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La cámara climática FDM a prueba de explosiones

¿Qué las cámaras climáticas con todo esto?

En relación con las directivas ATEX, las cámaras climáticas intervienen en dos aspectos distintos.

Por un lado, las cámaras de pruebas a prueba de explosiones son cámaras climáticas, a menudo del tipo transitable, para probar maquinaria de gran tamaño.

Por otro lado, todas las cámaras climáticas son entornos potencialmente explosivos y fuentes potenciales de ignición. Por este motivo, toda cámara climática debe contar con la certificación ATEX como armario antiexplosivo.

Todas las cámaras climáticas FDM cuentan con certificación ATEX y lo hemos comentado en detalle aquí.

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Normas de referencia

• Directiva ATEX 2014/34/UE : Equipos destinados a ser utilizados en atmósferas potencialmente explosivas. Referencia vinculante de la UE para fabricantes y usuarios.
• IEC 60079-1:2014 — Atmósferas explosivas – Parte 1: Protección de equipos mediante envolventes antideflagrantes “d”. Norma para envolventes antideflagrantes Ex d.
• IEC 60079-0:2017 — Atmósferas explosivas – Parte 0: Equipos – Requisitos generales, requisitos generales para todos los tipos Ex.
• IEC 60079-7:2017 — Protección de equipos mediante seguridad aumentada “e”, protección de seguridad aumentada.
• IEC 60079-11:2011 — Protección de equipos mediante seguridad intrínseca “i”, seguridad intrínseca para circuitos de baja energía.
• UL 1203 — Equipos eléctricos a prueba de explosiones y de ignición por polvo para uso en ubicaciones peligrosas (clasificadas), referencia norteamericana.
• NFPA 70 (NEC) Artículo 500-506 — Código Eléctrico Nacional para la clasificación de ubicaciones peligrosas en los EE. UU.

Fuentes autorizadas

• IECEx – Sistema IEC para la certificación según normas relativas a equipos para uso en atmósferas explosivas. Esquema internacional para la certificación de equipos Ex con reconocimiento mutuo a nivel mundial.
• Comisión Europea – Directrices ATEX. Dirección General de Mercado Interior de la UE, responsable de la Directiva ATEX 2014/34/UE y de sus directrices de aplicación.
• UL Solutions. Laboratorio de referencia estadounidense para certificaciones de Clase I/Div 1-2 según NEC y UL 1203/913.
• PTB – Physikalisch-Technische Bundesanstalt. Instituto Alemán de Metrología, primer Organismo Notificado ATEX en Europa y referente científico.

Preguntas frecuentes sobre cámaras antiexplosión

¿Cómo se realiza la prueba de presión de explosión Ex d?

La prueba verifica que el recinto antideflagrante contiene la explosión interna sin ceder, según la sección 15 de la norma IEC 60079-1.El procedimiento es el siguiente: (1) el recinto se llena con una mezcla de gases explosivos en las condiciones más severas del grupo (IIA propano, IIB etileno, IIC hidrógeno/acetileno); (2) ignición con una chispa eléctrica calibrada; (3) medición de la presión de referencia con un sensor piezoeléctrico de respuesta rápida (≥ 20 kHz). Se repite al menos 3 veces y se toma el valor máximo. La presión de prueba hidrostática es 1,5 veces la presión de referencia medida (mínimo 3,5 bar para IIC), aplicada durante 10-60 segundos sin rotura ni deformación permanente mayor del 0,5 %. La de no transmisión de llama verifica que la explosión interna no inflama la atmósfera externa a través de las juntas antideflagrantes: se realiza en una cámara externa que contiene la misma mezcla con la separación de juntas reducida al mínimo de construcción (tolerancias más desfavorables). No se permite el encendido externo en 5 pruebas consecutivas.

¿Qué grupos de gases y clases de temperatura se deben tener en cuenta?

La clasificación IEC 60079-0 proporciona tres grupos para la industria de superficie (no minera): IIA (gases menos agresivos, propano, butano, gasolina), IIB (etileno, H2S_,éter dietílico), IIC (hidrógeno, acetileno, disulfuro de carbono, el más peligroso debido a la baja MIC – Corriente Mínima de Ignición y MESG – Espacio Máximo Experimental Seguro). La certificación IIC también cubre IIA y IIB. Las clases de temperatura limitan la temperatura máxima de la superficie del aparato por debajo de la temperatura de autoignición del gas: T1 ≤ 450 °C (metano, amoníaco), T2 ≤ 300 °C (acetileno, butano), T3 ≤ 200 °C (gasolina), T4 ≤ 135 °C (acetaldehído, éteres), T5 ≤ 100 °C, T6 ≤ 85 °C (disulfuro de carbono). El marcado completo es, por ejemplo, “Ex d IIB T4 Gb”, donde Gb = Nivel de protección de equipos EPL para la zona 1 (gas). Para el polvo, la norma IEC 60079-31 define IIIA (fibras), IIIB (polvo no conductor) y IIIC (polvo conductor como el aluminio y el magnesio).

¿Qué pruebas climáticas se incluyen en la certificación ATEX?

La norma IEC 60079-0 exige, además de las pruebas Ex específicas, un conjunto de pruebas ambientales: (1) resistencia térmica al calor, envejecimiento durante 7 días a la temperatura máxima de servicio (p. ej., +80 °C) + margen de 20 K; (2) resistencia térmica al frío, 7 días a la temperatura mínima de servicio (-20, -40 o -60 °C) + margen de 5 K; (3) choque térmico, choque térmico de T max a 0-5 °C con agua; (4) prueba de caída a T min y T max (IEC 60068-2-32) para envolventes portátiles; (5) prueba IP según IEC 60529 con grado mínimo IP54 (Zona 1) o IP66/IP67 para aplicaciones exteriores/polvo; (6) vibración IEC 60068-2-6 para estructuras electromecánicas. Estas pruebas se llevan a cabo en una cámara climática con un rango extendido de -60/+150 °C y un vibrador electrodinámico. La documentación completa incluye el Expediente Técnico ATEX, el certificado de examen de tipo UE del organismo notificado (por ejemplo, IMQ, DEKRA, PTB, LCIE), la notificación de control de calidad para la producción en serie, el marcado CE y el símbolo Ex con su categoría (1G, 2G, 3G para gases; 1D, 2D, 3D para polvo).

¿Cómo se construye una cámara de pruebas de explosión?

La cámara de ensayo de explosión es un recipiente a presión reforzado fabricado en acero inoxidable AISI 316L, con un espesor de pared de 15-40 mm, diseñado según la PED 2014/68/EU para presiones máximas de hasta 20-30 bar. El volumen varía de 0,1 a 10 m³ dependiendo del tamaño del DUT. Equipado con: (1) de dosificación de gas con controlador de flujo másico para mezclas calibradas (precisión ± 0,5 % vol); (2) electrodos de ignición con descarga calibrada de 0,1 a 10 J; (3) sensores de presión piezoeléctricos de respuesta rápida de inertización de nitrógeno posterior al ensayo ventana de observación con vidrio multicapa para observación/filmación de alta velocidad (10 000 fps). Para ensayos ambientales combinados, se integra un sistema de termostatización de aceite diatérmico de -40/+100 °C y simulación de humedad sistema di termostatazione a olio diatermico -40/+100 °C e simulazione umidità. Las medidas de seguridad incluyen botones de emergencia a prueba de fallos, un escudo antiexplosión, ventilación forzada posterior a la prueba y supervisión mediante PLC con certificación SIL2. Las instalaciones requieren un búnker exclusivo con paredes de hormigón armado de ≥ 300 mm.