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En nuestro artículo del 9 de junio de 2020 sobre el uso de la tecnología de medición existente en redes de gas con componentes de hidrógeno, tratamos las propiedades del hidrógeno, la idoneidad de las distintas tecnologías de sensores y la protección contra explosiones de los dispositivos cuando se utilizan en mezclas de gas natural e hidrógeno. En este artículo, queremos indagar en el tema del uso de los dispositivos a prueba de explosiones cuando se utilizan en atmósferas explosivas, ya que es un tema de actualidad.
El marcado ATEX de equipos con protección contra explosiones
ATEX es una directiva de la Unión Europea que regula la utilización de equipos destinados a ser utilizados en entornos con riesgo de atmósferas explosivas. El cumplimiento con la directiva ATEX implica la fabricación y uso seguro de equipos eléctricos y mecánicos en áreas donde la presencia de gases, vapores, líquidos inflamables o polvo combustible puede dar lugar a atmósferas explosivas.
Cada dispositivo de medición de gas o de aviso de gas que está destinado a utilizarse en atmósferas potencialmente explosivas de acuerdo con el reglamento ATEX y está certificado en consecuencia tiene su propia marca que es visible en el dispositivo. Contiene diversa información relevante para la protección contra explosiones. Tomando como ejemplo el marcado de nuestro medidor de gas y avisador de gas OLLI, nos gustaría aclarar lo que hay detrás de él.
Grupos de clasificación ATEX
Uno de los componentes del marcado ATEX es el grupo de explosión. Los gases y las mezclas de gases se dividen en tres grupos para la protección contra explosiones.
- IIA: Incluye gases como metano, etano, propano, etc.
- IIB: incluye el etileno, los hidrocarburos y las mezclas de gases como el gas ciudad, que puede contener hasta un 60% de hidrógeno en volumen.
- IIC: Incluye, por ejemplo, el hidrógeno puro.
El grupo de explosión superior incluye el grupo de explosión inferior, es decir, IIB incluye IIA.
Cómo podemos observar, el grupo de explosión del hidrógeno puro es el IIC.
La energía mínima de ignición y la máxima distancia de seguridad
En vista de los objetivos acordados de reducción del cambio climático, cada vez se añade más hidrógeno a las redes de gas natural de Alemania. Al principio se trataba de una mezcla < 10%, con la versión actual de la hoja de trabajo DVGW G 260 (propiedades del gas) es posible hasta un 20% previa evaluación individual de cada caso y, mientras tanto, ya hay primeras redes (de prueba) o proyectos de investigación con una mezcla del 30%. Por tanto, se plantea la cuestión de en qué grupo de explosión deben clasificarse estas mezclas de gas natural e hidrógeno y qué criterios se utilizan para ello.
En el ámbito de la protección contra explosiones eléctricas (también se puede hablar de protección contra ignición), la determinación se realiza mediante la denominada anchura de intersticio normalizada y la energía mínima de ignición.
- La separación experimental máxima segura (MESG) se utiliza para determinar la capacidad de ignición de una mezcla gaseosa que escapa a través de una separación fija. El MESG es la anchura de la abertura a la que ya no es posible la ignición de la mezcla después de que haya salido de la abertura. Se determina mediante un procedimiento normalizado para diferentes mezclas de gases.
- La energía mínima de ignición es el valor mínimo de energía eléctrica que acaba de encender una mezcla de gases en la composición más inflamable. Para ello, la capacidad de ignición de los gases se determina en un procedimiento normalizado con un circuito de corriente normalizado. La corriente de ignición mínima determinada en relación con la corriente de ignición mínima del metano da como resultado la relación de corriente de ignición mínima (MIC – Minimum Ignition Current).
Máxima distancia de seguridad y la mínima corriente de ignición
Al clasificar las mezclas de gases en los grupos de explosión antes mencionados, la distancia de seguridad máxima y la corriente de ignición mínima pueden considerarse equivalentes. Existe una relación funcional entre ambas magnitudes para que puedan convertirse la una en la otra. Con este fin, el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ha publicado un informe en el que se presenta el siguiente gráfico.
Esto significa que tanto la distancia de seguridad máxima como la energía de ignición mínima o la corriente de ignición mínima pueden utilizarse para clasificar las mezclas de gases en grupos de explosión.
En honor a la verdad, mostraremos también la relación entre las tres magnitudes:
Proyecto de investigación sobre el hidrógeno en la red de gas natural a partir de 2015
Volvamos a la creciente proporción de hidrógeno en la red de gas natural existente. En 2015, el Instituto Federal de Investigación de Materiales (Bundesanstalt für Materialforschung – BAM) llevó a cabo un proyecto de investigación sobre este tema en colaboración con DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH y con el apoyo financiero de BG ETEM, y publicó un informe final al respecto en 2016. El informe Sicherheitstechnische Eigenschaften von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen (Propiedades de seguridad de las mezclas de gas natural e hidrógeno) puede descargarse en la página web de BG ETEM.
Una de las cuestiones investigadas en este proyecto fue en qué medida la adición de un 10% vol. de hidrógeno al gas natural afecta ya al MESG y, por tanto, al grupo de explosión de la mezcla de gas natural e hidrógeno. No se encontraron diferencias significativas, por lo que la clasificación en el grupo de explosión IIA más bajo sigue siendo válida. En el PTB se investigó la MESG de mezclas de hidrógeno y metano con un aparato idéntico que se puso a disposición del BAM para el proyecto de investigación. En ambos casos (gas natural y metano), el grupo de explosión IIB sólo se alcanzó a partir de una adición de aproximadamente un 30% de hidrógeno. Las pruebas se realizaron con diferentes proporciones de hidrógeno hasta el 100% tanto con gas natural como con metano. Los resultados pueden obtenerse en los dos gráficos.
Sobre la base de estos resultados, puede afirmarse que el grupo de explosión IIC sólo se alcanza cuando se añade al gas natural una cantidad de hidrógeno aproximadamente dos veces superior a la prevista con una adición del 30% (es decir, a partir de aproximadamente el 60% en volumen).
Tipo de protección contra ignición de los dispositivos con protección contra explosiones
Además del grupo de explosión, el tipo de protección contra la ignición es otro componente del marcado de los aparatos de medición de gas y de aviso de gas. Existen diferentes tipos de protección contra ignición, como por ejemplo
- Protección del dispositivo mediante carcasa antideflagrante «d
- Protección del dispositivo mediante carcasa presurizada «p
- Protección del dispositivo mediante seguridad aumentada «e
- Protección de dispositivos mediante seguridad intrínseca «i
- y muchos más
Los requisitos para los dispositivos con el tipo de protección correspondiente se describen en la serie de normas DIN EN 60079. Utilizando el ejemplo de nuestro OLLI mencionado al principio, queremos explicar los dos tipos de protección contra ignición, envolvente antideflagrante «d» y seguridad intrínseca «i».
Carcasa antideflagrante
Para la carcasa antideflagrante «d», se aplica la distancia de seguridad máxima descrita anteriormente. Los sensores instalados en los dispositivos de detección y aviso de gas tienen todos su propio tipo de protección contra ignición y, por tanto, marcado, que es o puede ser independiente del tipo de protección contra ignición y marcado del dispositivo de medición. Los sensores utilizados en el OLLI están encapsulados de forma que son ignífugos por sí mismos o están cableados de forma intrínsecamente segura.
Seguridad intrínseca de un dispositivo con protección contra explosiones
Un criterio principal para evaluar la seguridad intrínseca «i» de un dispositivo de detección y aviso de gas es la energía mínima de ignición, que también se ha abordado. Esto significa que las unidades de almacenamiento de energía del dispositivo (por ejemplo, capacidades, inductancias) no deben superar determinados valores límite.
Dado que la energía mínima de ignición se reduce cuando se añade hidrógeno al gas natural en comparación con el gas natural normal, aumentan al mismo tiempo los requisitos para los equipos con una clase de protección contra ignición o grupo de explosión superior (IIA, IIB o IIC). Del mismo modo, aumentan los requisitos para las propiedades electrostáticas de la superficie de la carcasa del dispositivo de medición.
Debido a la comparabilidad de la distancia de seguridad máxima y la energía de ignición mínima o la corriente de ignición mínima con respecto a la clasificación de las mezclas de gas natural e hidrógeno en los grupos de explosión mencionados al principio, también puede afirmarse aquí que los aparatos de medición con una certificación IIB pueden utilizarse con una adición prevista del 30% de hidrógeno al gas natural.
Tenga en cuenta que con esta información deseamos ofrecerle apoyo para la evaluación de un dispositivo de alarma de gas adecuado. En última instancia, el operador debe evaluar en el marco de su evaluación de riesgos qué peligros para la vida y la integridad física cabe esperar y seleccionar los dispositivos adecuados en consecuencia.
Para más información, no dude en ponerse en contacto con nosotros.