Selección de servomotores antiexplosivos: marco normativo ATEX, métodos de protección y prácticas de certificación

A prueba de explosiones Servomotor Desde fuera, la selección parece un mero trámite de cumplimiento normativo. Sin embargo, desde dentro del mundo de la ingeniería y certificación de motores, la realidad es más compleja. Las normas reglamentarias están bien definidas, pero las decisiones de aplicación requieren equilibrar la clasificación de la zona, la compatibilidad del grupo de gases, las restricciones de la clase de temperatura, los requisitos de rendimiento y la documentación de certificación; ninguna de estas variables es independiente. He dedicado suficiente tiempo a las especificaciones de motores para áreas peligrosas como para saber que la certificación ATEX adecuada es fundamental. Servomotor Depende de algo más que la etiqueta de certificación, y los equipos de compras que se centran únicamente en el cumplimiento de la certificación a menudo acaban con equipos que sobredimensionan (desperdiciando presupuesto) o que no cumplen con las especificaciones (creando riesgos de incumplimiento).

Este artículo está dirigido a ingenieros de compras, ingenieros eléctricos de planta y equipos de automatización de procesos que especifican ATEX o IECEx. Servomotors para instalaciones en áreas peligrosas. Cubro el marco regulatorio que determina qué certificaciones se requieren, los tres métodos de protección (Ex d, Ex e, Ex nA) que determinan el diseño del motor y la idoneidad de la aplicación, las compensaciones de rendimiento que impone la certificación ATEX en Servomotor operación y la documentación de certificación que los equipos de compras deben verificar antes de la compra. Nuestro equipo ha estado produciendo certificados ATEX. Servomotors para aplicaciones en áreas peligrosas desde 2009, y la guía técnica que se presenta a continuación refleja lo que hemos aprendido en cientos de instalaciones.

El marco normativo ATEX: ¿Qué exige realmente la directiva?

La directiva ATEX (94/9/CE, también conocida como ATEX 95 o Directiva de Equipos) regula el diseño, la fabricación y la venta de equipos destinados a ser utilizados en atmósferas potencialmente explosivas en la Unión Europea. La directiva complementaria ATEX 137 (1999/92/CE) regula la seguridad laboral de los trabajadores expuestos a atmósferas explosivas. La certificación ATEX es obligatoria para cualquier equipo vendido u operado en zonas con atmósferas explosivas dentro de los Estados miembros de la UE, independientemente de su lugar de fabricación.

El marco internacional paralelo es IECEx (Sistema de Certificación de la Comisión Electrotécnica Internacional conforme a las normas relativas a equipos para uso en atmósferas explosivas). La certificación IECEx sigue normas técnicas similares, pero opera bajo el sistema IEC en lugar de la normativa de la UE. IECEx es ampliamente aceptada en mercados fuera de la UE, incluidos Asia, Oriente Medio, Australia y partes de América. Para ServomotorDado que se venden a nivel mundial, la certificación ATEX es obligatoria para la instalación en la UE, la certificación IECEx cubre la mayoría de los demás mercados, y la doble certificación es el enfoque estándar para los fabricantes mundiales de motores para áreas peligrosas como nuestro equipo.

El marco regulatorio utiliza la clasificación por zonas para determinar los requisitos de los equipos. La Zona 0 abarca áreas donde las atmósferas de gas explosivas están presentes de forma continua o durante largos periodos (normalmente dentro de recipientes de proceso cerrados). La Zona 1 abarca áreas donde es probable que se produzcan atmósferas de gas explosivas durante el funcionamiento normal (normalmente dentro de recintos de equipos de proceso o cerca de puntos de llenado/transferencia). La Zona 2 abarca áreas donde es improbable que se produzcan atmósferas de gas explosivas durante el funcionamiento normal y que, de producirse, persistirían durante un breve periodo (normalmente áreas de proceso generales con ventilación adecuada).

Dado que la clasificación de la zona determina los requisitos de la categoría del equipo, por consiguiente, el primer paso en cualquier ATEX es Servomotor La especificación determina la clasificación de zona real para la instalación, no asume una clasificación conservadora. He visto a equipos de compras especificar equipos de Zona 1, Categoría 2, para instalaciones que, según el análisis de riesgos, estaban claramente clasificadas como Zona 2, Categoría 3, lo que supone un derroche de miles de dólares por motor en certificaciones innecesarias. También he visto a equipos de compras especificar equipos de Zona 2, Categoría 3, para aplicaciones de Zona 1 con el fin de ahorrar costes, lo que genera un grave riesgo de incumplimiento normativo que, en ocasiones, solo sale a la luz durante la investigación de incidentes.

Tres métodos de protección: cómo cada enfoque aborda el riesgo de ignición.

La certificación ATEX reconoce múltiples métodos de protección, cada uno de los cuales aborda el riesgo de ignición a través de un enfoque técnico diferente. Los tres métodos más relevantes para Servomotor Las aplicaciones incluyen protección Ex d (envoltura antideflagrante), Ex e (mayor seguridad) y Ex nA (antichispas). Cada método presenta características de rendimiento, costo y aplicación diferentes que determinan su idoneidad para instalaciones específicas en áreas peligrosas.

La elección del método de protección no es una variable libre; está condicionada por la clasificación de la zona, el grupo de gases y los requisitos de rendimiento de la aplicación. He guiado a los equipos de adquisiciones a través de la decisión del método de protección utilizando el marco que se muestra a continuación, y la mayoría... Servomotor Las instalaciones se clasifican en categorías claras según la zona y los requisitos de rendimiento.

Ex d: Protección de la carcasa antideflagrante

La protección Ex d (carcasa antiexplosiva) contiene cualquier explosión interna dentro de una carcasa robusta y evita la ignición de la atmósfera explosiva circundante mediante un diseño de conductos de llama. El diseño de la carcasa incluye conductos de llama mecanizados con precisión entre las juntas, que permiten la salida de los gases internos, pero que se enfrían por debajo de la temperatura de ignición antes de alcanzar la atmósfera externa. Ex d es el método de protección más riguroso, adecuado para aplicaciones en Zona 1, y proporciona la máxima seguridad en la prevención de la ignición.

Los servomotores con protección Ex d utilizan carcasas de hierro fundido o aluminio con conductos de llama mecanizados en la entrada del eje, la entrada de la caja de bornes y las interfaces de unión de la carcasa. La construcción de la carcasa aumenta significativamente el tamaño y el peso en comparación con los servomotores industriales estándar: suelen ser entre un 30 % y un 50 % más grandes y entre un 60 % y un 100 % más pesados. Para aplicaciones donde el espacio y el peso son limitaciones críticas, la protección Ex d puede no ser la opción óptima; sin embargo, para aplicaciones donde la fiabilidad en entornos de Zona 1 es prioritaria, la protección Ex d suele ser la especificación correcta.

Ejemplo e: Mayor protección de seguridad

La protección Ex e (seguridad aumentada) previene la ignición mediante medidas de diseño que eliminan o controlan las chispas, las superficies calientes y otras posibles fuentes de ignición durante el funcionamiento normal. El diseño del motor incluye un aislamiento mejorado del bobinado, límites de aumento de temperatura más estrictos y distancias de fuga/aislamiento adicionales en las conexiones de los terminales. Ex e es adecuada para aplicaciones de Zona 1 donde el motor opera dentro de los parámetros de certificación, pero no proporciona la misma garantía de contención que Ex d para condiciones de falla interna.

Los servomotores con protección Ex e utilizan carcasas estándar. Comité Europeo de Normalización (CEN) El catálogo hace referencia a la norma EN 60079-7 como estándar de aplicación para métodos de protección de seguridad mejorada (similares a los servomotores industriales) con una construcción interna modificada. El tamaño y el peso del motor son comparables a los de los servomotores industriales estándar (entre un 10 % y un 20 % más grandes, con un peso similar), lo que hace que la certificación Ex e sea atractiva para aplicaciones donde el espacio y el peso son importantes. La desventaja es que los motores Ex e están diseñados para condiciones de funcionamiento específicas (rangos de temperatura ambiente restringidos, ciclos de trabajo de arranque específicos, corriente de arranque controlada), y su funcionamiento fuera de dichas condiciones invalida la certificación.

Ex nA: Protección antichispas

La protección Ex nA (sin chispas) garantiza que el equipo no pueda incendiar una atmósfera explosiva circundante durante su funcionamiento normal. El diseño del motor elimina las fuentes de chispas gracias a su construcción sin escobillas (sin escobillas ni conmutadores) y controla las temperaturas superficiales mediante gestión térmica. He visto personalmente cómo los equipos de compras optan por la protección Ex d para aplicaciones de Zona 2 por "seguridad", cuando la protección Ex nA ofrece una seguridad equivalente para Zona 2 con un coste entre un 40 % y un 60 % menor. La protección Ex nA es adecuada únicamente para aplicaciones de Zona 2 (categoría 3 de equipos de Zona 2), no para aplicaciones de Zona 1.

Los servomotores con protección Ex nA utilizan una construcción sin escobillas (típica de los servomotores modernos) con temperaturas superficiales controladas por debajo de la temperatura de ignición del gas en todos los puntos de funcionamiento. Su construcción es muy similar a la de los servomotores industriales estándar, con un mínimo aumento de tamaño y peso. Para aplicaciones en la Zona 2, los servomotores Ex nA ofrecen la certificación ATEX más rentable.

En mi experiencia revisando cientos de especificaciones de motores para áreas peligrosas, he observado que se repite el mismo patrón: la modernización de la tecnología de servomotores se ha alineado naturalmente con los requisitos Ex nA. Los modernos servomotores sin escobillas cumplen naturalmente con los requisitos de protección Ex nA porque no tienen escobillas ni conmutadores (las principales fuentes de chispas en los motores de CC convencionales). Por consiguiente, la certificación Ex nA para aplicaciones en la Zona 2 representa la solución de servomotor para áreas peligrosas más práctica para la mayoría de los equipos de compras. Las aplicaciones de la Zona 1 requieren la certificación Ex d o Ex e, dependiendo de las características específicas de la aplicación.

Protección de carcasa antideflagrante (Ex d)

El método de protección Ex d merece un análisis detallado, ya que es la especificación más común para servomotores de Zona 1 y la más compleja de diseñar, fabricar y certificar. He revisado el diseño de la trayectoria de la llama Ex d con nuestros ingenieros de certificación y he comprobado que los detalles de ingeniería son mucho más importantes de lo que indica la etiqueta de certificación.

La carcasa antideflagrante está diseñada para soportar una explosión interna de la mezcla de gases más fácilmente inflamable, adecuada para la certificación. La carcasa contiene la presión de la explosión e impide la propagación de la llama a la atmósfera exterior mediante conductos de llama diseñados con precisión. El diseño de los conductos de llama incluye: superficies de unión mecanizadas entre las tapas de la carcasa y el cuerpo principal, entradas roscadas para prensaestopas y conductos, y puntos de entrada de ejes con ajustes de holgura mecanizados con precisión y una longitud de conducto de llama suficiente para enfriar los gases que escapan.

La longitud del recorrido de la llama es el parámetro crítico que determina el rendimiento de la certificación Ex d. Para el Grupo IIC (hidrógeno, acetileno: los gases que se inflaman con mayor facilidad), la longitud mínima del recorrido de la llama suele ser de 12,5 a 25 mm, dependiendo del volumen del recinto. Para el Grupo IIB (etileno, propileno: gases que se inflaman con moderada facilidad), la longitud mínima del recorrido de la llama suele ser de 25 a 40 mm. Las tolerancias de mecanizado precisas (normalmente de 0,05 mm) son las que permiten que los recorridos de la llama enfríen los gases que escapan por debajo de la temperatura de ignición.

El sello del eje es el componente que requiere mayor mantenimiento en los servomotores Ex d. Archivo internacional de salud y seguridad Este catálogo incluye estudios de casos reales sobre el mantenimiento ATEX que sirvieron de base para nuestros intervalos de servicio recomendados para los sellos de eje. El sello de eje impide la entrada de la atmósfera externa al recinto, manteniendo la integridad de la trayectoria de la llama durante la rotación. Los diseños típicos de sellos de eje utilizan sellos labiales o sellos de compresión con trayectorias de llama secundarias. El sello se desgasta durante el funcionamiento y requiere un reemplazo periódico (normalmente cada 2-4 años, según los ciclos de funcionamiento y las condiciones ambientales). El mantenimiento inadecuado del sello es la principal causa de pérdida de la certificación Ex d en instalaciones de campo.

La caja de bornes de los servomotores Ex d es en sí misma una carcasa antideflagrante con conductos de llama mecanizados y entradas de cable roscadas. Para la entrada de cables se deben utilizar prensaestopas Ex d certificados que garanticen la integridad del conducto de llama; no se pueden utilizar prensaestopas industriales estándar. El tamaño de la caja de bornes es mayor que el de los servomotores industriales comparables debido al espacio adicional requerido para la construcción antideflagrante, así como a la necesidad de un radio de curvatura de cable adecuado y de facilitar el mantenimiento.

Compromisos de rendimiento inherentes al diseño de servomotores ATEX

Los servomotores con certificación ATEX ofrecen un rendimiento inferior al de los servomotores industriales estándar equivalentes, ya que los requisitos de certificación imponen limitaciones de diseño que restringen la potencia del motor. He medido la diferencia de rendimiento en distintos métodos de protección y niveles de potencia, y las ventajas y desventajas son consistentes: la certificación ATEX tiene un coste en términos de rendimiento del motor, y el equipo de compras debe saber qué está adquiriendo.

El Instituto de Ingenieros Químicos Publica directrices sobre las mejores prácticas en materia de especificaciones de motores para entornos de procesos químicos donde se requiere la certificación ATEX.

El Revista Hazardex Publica artículos técnicos sobre principios de diseño de carcasas antideflagrantes para servomotores en servicio en áreas peligrosas, y representa una de las fuentes industriales más autorizadas en materia de documentación técnica ATEX en el mercado europeo.

En los servomotores Ex d (con carcasa antideflagrante), las limitaciones térmicas impuestas por la carcasa suelen reducir el par motor continuo entre un 10 % y un 20 % en comparación con servomotores industriales equivalentes. La construcción de la carcasa limita la disipación de calor, y la certificación restringe la temperatura máxima de la superficie por debajo de la temperatura de ignición del gas, lo que limita la carga de corriente en los devanados. El resultado es un servomotor que ofrece un par motor continuo menor con la misma potencia que un servomotor industrial estándar.

En el caso de los servomotores Ex e (de seguridad mejorada), la pérdida de rendimiento es menor, generalmente una reducción del 5-10 % en el par continuo. Su construcción es similar a la de los servomotores industriales estándar, con la principal limitación de un mejor aislamiento del bobinado y límites de aumento de temperatura más estrictos. Los servomotores Ex e suelen alcanzar niveles de rendimiento similares a los de los servomotores industriales estándar, cumpliendo al mismo tiempo con los requisitos de certificación y dentro de las restricciones de los parámetros de funcionamiento.

Nuestro equipo de ingeniería de motores hace referencia a: Revista Ex-Mag sobre equipos para áreas peligrosas para un análisis independiente de la industria sobre las características de rendimiento reales de los servomotores antichispas en aplicaciones de procesos químicos.

En el caso de los servomotores Ex nA (sin chispas), la pérdida de rendimiento es mínima: normalmente, una reducción del 0-5 % en el par motor continuo en comparación con los servomotores industriales estándar. Su diseño sin escobillas cumple con los requisitos de ausencia de chispas, y el control de la temperatura se logra mediante técnicas estándar de gestión térmica para servomotores industriales. Los servomotores Ex nA ofrecen un rendimiento muy similar al de los servomotores industriales estándar, razón por la cual la certificación Ex nA es la preferida para aplicaciones en la Zona 2.

Dado que la certificación ATEX impone restricciones de diseño que reducen el rendimiento del motor, el dimensionamiento de los servomotores ATEX debe tener en cuenta la compensación que supone la certificación al adaptar el motor a los requisitos de carga de la aplicación. Especificar un motor que funcione como un servomotor industrial estándar equivalente en una aplicación que requiere un par continuo en el límite de certificación produce una sobrecarga del motor durante el funcionamiento normal, lo que puede activar la protección térmica o producir una falla prematura del motor. porque el límite de certificación es el techo térmico de funcionamiento, no el punto de funcionamiento recomendado..

Documentación de certificación: Qué debe verificarse antes de la compra

La sección final aborda lo que los equipos de compras realmente necesitan verificar antes de adquirir servomotores ATEX, ya que he visto fracasar varios procesos de compra debido a que la documentación de certificación no se revisó adecuadamente. Dado que los equipos certificados sin documentación válida no ofrecen ninguna protección de cumplimiento, en consecuencia, toda compra de un servomotor ATEX requiere la verificación de la documentación antes de la aceptación de la entrega.

El certificado ATEX (emitido por un organismo notificado) debe verificarse para comprobar: el alcance de la certificación (qué modelos de equipo están cubiertos), la compatibilidad con grupos de gases (IIC, IIB o IIA), la clase de temperatura (temperatura superficial máxima T1-T6) y el rango de temperatura ambiente cubierto por la certificación. El certificado solo es válido para los modelos de equipo específicos indicados, y el uso de modelos no certificados (incluso físicamente similares) conlleva un riesgo de incumplimiento.

El certificado IECEx (si se requiere) sigue un proceso de verificación similar: alcance de la certificación, compatibilidad con grupos de gases, clase de temperatura y rango de temperatura ambiente. Los certificados IECEx son emitidos por organismos de certificación IECEx, y el esquema IECEx mantiene una base de datos pública de equipos certificados que los equipos de compras pueden verificar con el certificado proporcionado por el fabricante.

La notificación de garantía de calidad del fabricante es un requisito de documentación independiente para la fabricación ATEX. Dicha notificación la emite un organismo notificado y confirma que el fabricante mantiene el sistema de calidad requerido para la producción ATEX continua. La notificación tiene un período de validez (generalmente de 3 a 5 años) y debe estar vigente en el momento de la fabricación del equipo.

La documentación de instalación incluye el manual del fabricante con requisitos específicos para la especificación de prensaestopas, el sellado de la caja de terminales, las disposiciones de puesta a tierra y el programa de mantenimiento para los sellos de eje Ex d. Una instalación incorrecta con componentes no certificados o siguiendo procedimientos inadecuados invalida la certificación del equipo, independientemente de la certificación del fabricante. Nuestro equipo proporciona manuales de instalación en varios idiomas para instalaciones globales, y recomendamos encarecidamente que el personal eléctrico de la instalación revise el manual antes de la puesta en marcha.

El Normas de seguridad contra explosiones de la IEC Definir protocolos de medición para comparar motores con certificación industrial frente a motores con certificación para zonas peligrosas, y constituir la base técnica de nuestra documentación de certificación ATEX/IECEx.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre la certificación ATEX y la certificación IECEx?
ATEX es la directiva de la Unión Europea (94/9/CE) que regula los equipos para atmósferas explosivas, de obligado cumplimiento para su venta y funcionamiento en los Estados miembros de la UE. IECEx es el esquema internacional de la IEC para la certificación de equipos en atmósferas explosivas, reconocido en los países miembros de la IEC a nivel mundial. Ambos utilizan normas técnicas similares, pero difieren en el proceso de certificación y la aceptación geográfica.

¿Cuál es la diferencia entre los métodos de protección Ex d, Ex e y Ex nA?
La protección Ex d (carcasa antideflagrante) contiene cualquier explosión interna y evita la ignición de la atmósfera externa. La protección Ex e (seguridad aumentada) previene chispas y temperaturas excesivas mediante medidas de diseño. La protección Ex nA (antichispas) garantiza que el equipo no pueda encender una atmósfera explosiva circundante durante su funcionamiento normal. Cada método presenta características diferentes en cuanto a rendimiento, coste y aplicación.

¿Cómo afectan las zonas ATEX (Zona 1, Zona 2) a la selección del servomotor?
La Zona 1 requiere equipo de Categoría 2 (alto nivel de protección, apto para operar en zonas con alta probabilidad de atmósfera explosiva). La Zona 2 requiere equipo de Categoría 3 (nivel de protección normal, apto para zonas con baja probabilidad de atmósfera explosiva). La Zona 0 requiere equipo de Categoría 1 diseñado para inmersión continua en atmósfera explosiva.

¿Qué clase de temperatura debo especificar para los servomotores en aplicaciones de plantas químicas?
La clase de temperatura depende de la temperatura de ignición del gas o vapor circundante. Para la mayoría de las aplicaciones petroquímicas, la clase T4 (temperatura superficial máxima de 135 °C) es la adecuada. Las aplicaciones farmacéuticas pueden requerir T5 o T6, según los disolventes utilizados. Siempre seleccione la clase de temperatura del servomotor que corresponda a la sustancia más fácilmente inflamable presente en el área.

¿Puede el mismo modelo de servomotor servir tanto para aplicaciones de Zona 1 como de Zona 2?
Sí. Un servomotor de categoría 2 (Ex d o Ex e) certificado para la zona 1 también cumple con los requisitos de categoría 3 para la zona 2. Especificar equipos certificados para la zona 1 en aplicaciones de zona 2 es una práctica común y proporciona un margen de seguridad adicional, aunque a un costo unitario mayor que el de los equipos de categoría 3.

¿Qué limitaciones de rendimiento se aplican a los diseños con certificación ATEX en lo que respecta a los servomotores?
Los servomotores con certificación ATEX suelen presentar una reducción de rendimiento del 5 al 15 % en comparación con los servomotores industriales estándar, debido a las limitaciones térmicas de la carcasa antideflagrante, los mayores requisitos de bobinado de seguridad o las limitaciones de los materiales antichispas. La pérdida de rendimiento varía según el método de protección y la potencia del motor, y debe tenerse en cuenta al dimensionar el sistema.

¿Cómo se mantiene la certificación ATEX durante la vida útil del servomotor?
La certificación ATEX se mantiene siguiendo los procedimientos de mantenimiento especificados por el fabricante, en particular la verificación de la integridad del sellado para las envolventes Ex d, las pruebas de resistencia de aislamiento para los devanados Ex e y la inspección anual de los puntos de entrada de cables. Un mantenimiento inadecuado o las reparaciones no autorizadas anulan la certificación ATEX, independientemente de su estado de certificación original.

El Antecedentes de la empresa Vicks Servo La página documenta nuestras capacidades de certificación, la Gama de productos Vicks Servo abarca familias de servomotores industriales estándar y con certificación ATEX/IECEx, y el Página de contacto de Vicks Servo Proporciona asistencia técnica de ventas regional para cuestiones relacionadas con las especificaciones de los motores en zonas peligrosas.

Acerca del autor

Para los equipos de compras que especifican servomotores ATEX para aplicaciones en áreas peligrosas, la evaluación técnica debe centrarse en cuatro preguntas: qué método de protección se ajusta a la clasificación de la zona y a los requisitos de rendimiento de la aplicación, cuál es el alcance de la validez de la certificación (modelos específicos, no solo familias de productos), qué documentación de instalación se proporciona en el idioma del operador y qué soporte de ingeniería de campo está disponible para la puesta en marcha y el mantenimiento de la certificación. El cumplimiento de la certificación es importante; la idoneidad de la aplicación es aún más importante; y el equipo de compras que invierte tiempo en una especificación adecuada ahorra costes operativos durante la vida útil del motor. porque una especificación adecuada elimina el ciclo de retrabajo que se produce cuando surgen deficiencias en la certificación o el rendimiento durante la puesta en marcha..