He pasado más de tres décadas especificando y revisando equipos eléctricos a prueba de explosiones para proyectos en refinerías de petróleo, chemical plantas, farmacéutica instalaciones y plataformas offshore. Cuando se trata de arrancadores de motor para áreas peligrosas de Zona 1, el patrón que sigo viendo es el mismo: los ingenieros dimensionan el arrancador primero para el motor y luego verifican la clasificación de la zona peligrosa. Esa secuencia está al revés, y causa más presentaciones rechazadas, retrasos en la entrega y retrabajos costosos que cualquier otro error. Un arrancador de motor a prueba de explosiones correctamente especificado para Zona 1 debe comenzar con el grupo de gases y la clase de temperatura de la instalación. Las calificaciones eléctricas se establecen después de que esas están definidas.
Qué significa la clasificación de Zona 1 para el diseño del arrancador de motor
La Zona 1 se define por IEC 60079-10-1 como un área donde es probable que ocurra una atmósfera explosiva de gases durante la operación normal. Esta no es una condición ocasional o rara. Es el entorno operativo esperado. Para un arrancador de motor instalado en Zona 1, el concepto de protección debe suponer que habrá gases inflamables presentes alrededor del recinto mientras el contactor está en funcionamiento, mientras el relé de sobrecarga lleva corriente y mientras los terminales están bajo carga.
El método de protección más ampliamente aplicado para arrancadores de motor en Zona 1 es Ex d, carcasa a prueba de llamas. La carcasa está diseñada para que, si ocurre una explosión interna, los gases calientes deben escapar a través de caminos de llama precisamente mecanizados que los enfrían por debajo de la temperatura de ignición de la atmósfera circundante antes de llegar al exterior. Esto no es una función de sellado. Es una función de enfriamiento controlado. Las brechas, longitudes y acabado superficial de los caminos de llama se especifican en IEC 60079-1, y varían según el grupo de gases. Un camino de llama que apaga de manera segura una explosión de hidrógeno es mucho más ajustado que uno diseñado para propano. Si un ingeniero especifica un arrancador Ex d sin indicar el grupo de gases, el fabricante no puede mecanizar correctamente los caminos de llama, y la certificación está técnicamente incompleta.
Algunos proyectos utilizan arrancadores de motor Ex e de seguridad aumentada para Zona 1, pero esto es menos común y solo aplicable cuando el circuito del motor incluye dispositivos de protección adicionales que previenen arcos o chispas durante la operación normal. Para un arrancador estándar de línea directa con un contactor electromecánico, Ex d sigue siendo la opción predeterminada y más segura en Zona 1.
Correspondencia de arrancadores de motor con grupos de gases y clases de temperatura
Aquí es donde comienzan la mayoría de los errores de especificación. Cada gas inflamable tiene dos propiedades que determinan directamente el diseño del arrancador de motor: su energía de ignición, que establece el grupo de gases, y su temperatura de autoignición, que determina la clase de temperatura.
Los grupos de gases bajo IEC 60079-0 e IEC 60079-1 se dividen en IIA, IIB e IIC. La tabla a continuación muestra gases comunes en cada grupo y lo que significan para el diseño del recinto del arrancador:
| Grupo de gas | Gas Representativo | Característica de Ignición | Impacto en el Arrancador de Motor |
|---|---|---|---|
| IIA | Propano, metano | Menor energía de ignición de los tres; mayores brechas permisibles en los caminos de llama | Brechas más amplias en los caminos de llama; recintos más económicos |
| IIB | Etileno, gas de horno de coque | Energía de ignición intermedia; se requiere un camino de llama más ajustado | Caminos de llama más estrechos; mayor tiempo de mecanizado |
| IIC | Hidrógeno, acetileno | Fácil de encender; menor espacio permisible en los caminos de llama | Caminos de llama más ajustados; mayor coste de envolvente |
He visto proyectos donde el ingeniero de procesos identificó el hidrógeno como un posible gas de liberación, pero la especificación eléctrica listaba los arrancadores de motor como IIB. El equipo fue fabricado, enviado y luego rechazado en el sitio porque los caminos de llama no cumplían con los requisitos de IIC. La diferencia en tolerancia de mecanizado entre IIB e IIC es del orden de micrones, pero el margen de seguridad es absoluto.
La clase de temperatura es igualmente crítica. La temperatura de la superficie de la carcasa del arrancador de motor, incluyendo cualquier punto caliente cerca de las bobinas del contactor o relés de sobrecarga, debe mantenerse por debajo de la temperatura de autoignición del gas. Las clases de temperatura estándar son T1 a T6, siendo T6 la más restrictiva. Una carcasa de arrancador de motor que aloje un contactor grande con corriente continua en la bobina puede generar suficiente calor interno que la superficie externa alcance los 80°C o más. Si el gas presente es disulfuro de carbono, que se autoignita alrededor de los 100°C, es obligatorio clasificarlo como T6 y se debe verificar el diseño de enfriamiento de la carcasa.
Asignaciones comunes de clases de temperatura:
- T4 (máximo de 135°C en la superficie): adecuado para la mayoría de hidrocarburos, incluyendo vapores de gasolina
- T5 (100°C): requerido para algunos vapores de solventes y ciertos gases de proceso
- T6 (85°C): requerido para disulfuro de carbono y algunos otros compuestos de baja temperatura de ignición
Aconsejo a los ingenieros que confirmen el grupo de gas y la clase de temperatura con el equipo de seguridad del proceso antes de redactar la especificación del arrancador de motor. Si los datos del proceso aún son preliminares, especifique el peor caso. Es mucho más económico adquirir arrancadores IIC T6 inicialmente que reemplazar unidades IIB T4 después de que se finalice el análisis de riesgos.
Arranque Directo en Línea vs Métodos Alternativos de Arranque en Áreas Peligrosas
El arranque directo en línea es el método más común para arrancadores de motor a prueba de explosiones y por una buena razón. Un arrancador DOL contiene un contactor y un relé de sobrecarga dentro de una sola carcasa a prueba de llamas. El circuito es simple, la cantidad de componentes es baja y el calor generado dentro de la carcasa es predecible. Menos componentes significa menos fuentes internas de ignición que gestionar, lo cual se alinea bien con la filosofía de protección Ex d.
Para motores más grandes, típicamente por encima de 37 kW, el arranque DOL genera una corriente de arranque elevada que puede causar caídas de tensión en el sistema de distribución de la instalación. En estos casos, los ingenieros consideran arrancadores estrella-triángulo, arrancadores suaves o variadores de frecuencia. Cada una de estas alternativas introduce complejidad en el diseño de áreas peligrosas. Los arrancadores estrella-triángulo requieren dos contactores y un temporizador, aumentando la carga térmica interna y el tamaño físico de la carcasa a prueba de llamas. Los arrancadores suaves y los VFD contienen electrónica de potencia que genera calor significativo y puede no estar disponibles en una sola carcasa Ex d en todos los casos. La solución común es montar el VFD en una carcasa Ex p presurizada o ubicarlo fuera del área peligrosa y pasar el cable del motor a través de una glandula a prueba de llamas hacia la zona 1.
De los proyectos que he apoyado, la mayoría de los arrancadores de motor en Zona 1 son unidades DOL con una potencia de hasta 55 kW. Más allá de eso, el tamaño de la carcasa y los desafíos de disipación de calor comienzan a superar la ventaja de simplicidad. Para un motor de 90 kW en una aplicación de bomba petroquímica en Zona 1, recomendaría un análisis térmico detallado de la carcasa del arrancador antes de comprometerse con un diseño DOL. La bobina del contactor por sí sola puede elevar la temperatura ambiente interna en 20°C por encima de las condiciones externas, y agregar un segundo contactor para el cambio estrella-triángulo agrava el problema.
Si su programa involucra motores por encima de 55 kW en Zona 1, vale la pena confirmar el rendimiento térmico de la carcasa del arrancador con el fabricante antes de finalizar su lista de materiales. Contacte en gm*@***om.com con sus datos del motor y podemos realizar una verificación térmica.
Qué Documentación de Certificación Realmente Necesita
Un arrancador de motor para Zona 1 debe contar con certificación de terceros. La conformidad autodeclarada no es aceptada bajo IEC 60079 ni bajo la mayoría de regulaciones nacionales derivadas de ella. El paquete mínimo de documentación que recomiendo solicitar antes del envío incluye:
Primero, el certificado de conformidad emitido por un laboratorio de pruebas reconocido. Para ATEX, esto es un certificado de examen de tipo de la UE de un organismo notificado como PTB, LCIE o Nemko. Para IECEx, es un Certificado de Conformidad IECEx de un organismo de certificación aceptado. El certificado debe listar el tipo exacto de producto, el concepto de protección (Ex d), el grupo de gases, la clase de temperatura y el rango de temperatura ambiente para el cual el equipo está certificado.
En segundo lugar, la declaración de conformidad del fabricante, que vincula las unidades de producción al diseño certificado. En tercer lugar, el informe de prueba de aceptación en fábrica que incluye verificaciones dimensionales del camino de llama, pruebas de presión en el recinto cuando corresponda y pruebas funcionales del contactor y del relé de sobrecarga.
Para proyectos que cruzan límites regulatorios, la doble certificación es cada vez más común. Un arrancador de motor certificado tanto para ATEX como para IECEx puede ser aceptado en la mayoría de los mercados mundiales. Algunos países también requieren certificación local, como CNEX para China o INMETRO para Brasil. Si su proyecto está en una jurisdicción que requiere certificación local, confirme el impacto en los plazos desde el principio. La certificación local puede añadir de seis a doce semanas, dependiendo de la cola de pruebas y la complejidad del producto.
Evitar errores de especificación que retrasan su proyecto
Basándome en lo que he observado en decenas de proyectos, hay cinco errores recurrentes en las especificaciones que causan retrasos en la adquisición de arrancadores de motor. Cada uno de ellos es evitables.
El primer error es especificar el arrancador de motor solo por caballos de fuerza del motor, sin grupo de gases ni clase de temperatura. El fabricante no puede seleccionar el mecanizado correcto del camino de llama ni el diseño térmico del recinto sin estos datos. La respuesta a la solicitud de cotización (RFQ) vendrá con preguntas, y el reloj de adquisición se reinicia.
El segundo error es no coincidir el tipo de entrada del cable con la práctica de instalación del sitio. Un recinto de arrancador de motor a prueba de explosiones tiene orificios de entrada roscados. Si en el sitio se usa cable blindado con glands de cable Ex d, las roscas de entrada deben coincidir con el tipo de rosca del gland: roscas métricas M para mercados IEC, roscas NPT para mercados de América del Norte. Especificar uno y montar el otro conduce a modificaciones en el sitio del equipo certificado, lo que invalida la certificación. Esto lo cubrí en detalle en nuestro artículo sobre la selección de glands de cable para cable blindado, enlazado abajo.
El tercer error es pasar por alto la clasificación de temperatura ambiente. Un arrancador de motor certificado para un máximo de 40°C de ambiente no funcionará de manera segura en una instalación en Oriente Medio o Norte de África donde las temperaturas de sombra superan rutinariamente los 50°C. La elevación de la temperatura de la superficie del recinto por encima del ambiente debe sumarse al ambiente del sitio, y el total debe mantenerse dentro del límite de la clase de temperatura. En nuestro proyecto Tilenga en Uganda, donde el equipo exterior enfrentaba exposición directa al sol y altas temperaturas ambientales, verificamos el perfil térmico completo de cada recinto antes del envío. El tiempo adicional de ingeniería al principio evitó modificaciones en campo posteriores.
El cuarto error es solicitar un modelo específico de arrancador de motor sin confirmar que esté certificado para el grupo de gases requerido. Los fabricantes suelen certificar un recinto dado para múltiples grupos de gases, pero la certificación es específica. Un arrancador certificado para IIB no está automáticamente certificado para IIC, incluso si se usa la misma fundición del recinto. Las dimensiones del camino de llama difieren.
El quinto error es una revisión insuficiente de la documentación antes del envío. Si el proyecto está en una jurisdicción que requiere certificación local, o si el usuario final tiene requisitos específicos de inspección, los certificados deben verificarse por su precisión antes de que el equipo salga de la fábrica. Recomiendo solicitar copias escaneadas de todos los certificados en la etapa de prueba de aceptación en fábrica, no después de que el equipo haya llegado al sitio.
Por qué la experiencia importa en la adquisición de arrancadores de motor
Un arrancador de motor no es un artículo de mercancía cuando va a Zona 1. El recinto es un dispositivo de seguridad de precisión mecanizado. Los caminos de llama deben verificarse mediante medición. La documentación de certificación debe estar completa y correcta. Cuando un proyecto en una planta química o una refinería de petróleo pierde tiempo porque un arrancador de motor es rechazado en la inspección, el costo rara vez se limita al propio arrancador. Es el retraso en el cronograma, la reprocesación y el efecto en cadena en la puesta en marcha lo que perjudica.
En Warom, fabricamos arrancadores de motor Ex d con certificación IECEx y ATEX, cubriendo grupos de gases IIA a IIC y clases de temperatura T4 a T6. Nuestros arrancadores se suministran con paquetes completos de documentación, y apoyamos las pruebas de aceptación en fábrica en nuestras instalaciones o mediante inspección remota. Las tolerancias de mecanizado en las superficies del camino de llama se verifican en cada unidad, no en muestra, porque hemos aprendido en décadas de experiencia en proyectos que un solo camino de llama fuera de tolerancia es un riesgo de seguridad que ningún papeleo puede solucionar.
Si está preparando una especificación para arrancadores de motor en Zona 1 y desea una revisión técnica de sus parámetros antes de la licitación, envíe sus datos de motor, grupo de gases y clase de temperatura a gm*@***om.com o llámenos al +86 21 39977076. Confirmaremos la selección correcta del recinto, el paquete de certificación y los plazos para su proyecto.
Preguntas frecuentes sobre la especificación de arrancadores de motor en Zona 1
¿Puedo usar un solo recinto de arrancador de motor para motores con diferentes potencias?
El recinto y su certificación son específicos a los componentes eléctricos instalados en su interior. Si cambia el contactor o el relé de sobrecarga para adaptarse a una potencia de motor diferente, ha cambiado el conjunto certificado. Puede ser necesaria una nueva certificación o una certificación complementaria. Generalmente, es más sencillo especificar arrancadores separados para motores separados. El tamaño del recinto y las características de disipación de calor están diseñados para los componentes internos durante el proceso de certificación. Cambiar componentes después de la certificación invalida las suposiciones térmicas del camino de llama.
¿Cuál es el plazo típico para arrancadores de motor a prueba de explosiones?
Para arrancadores DOL estándar de hasta 55 kW con clasificación de grupo de gas y clase de temperatura comunes, los tiempos de entrega suelen ser de ocho a doce semanas desde la confirmación del pedido, asumiendo que el paquete de certificación ya existe. Las configuraciones personalizadas, requisitos de doble certificación o complementos de certificación local pueden extender esto a dieciséis a veinte semanas. Si su proyecto requiere arrancadores IIC T6 para motores grandes, recomiendo encarecidamente realizar el pedido temprano en el ciclo de adquisición. Estos no son artículos disponibles en el mercado en cualquier fabricante. La fundición y el mecanizado de la carcasa para las rutas de llama IIC por sí solos pueden tomar varias semanas antes de que comience el ensamblaje.
¿Cómo afecta la configuración del relé de sobrecarga al cumplimiento de la clase de temperatura?
La configuración del relé de sobrecarga determina la corriente a la que el relé dispara, pero no afecta directamente la corriente continua que fluye a través del contactor durante la operación normal. Lo que importa para la clase de temperatura es la corriente continua máxima que el arrancador soporta bajo carga normal, que está determinada por la corriente de carga completa del motor. El diseño térmico del recinto se valida a la corriente máxima nominal del conjunto, no en la configuración del relé. Sin embargo, si el relé se ajusta significativamente por encima de la corriente en la placa de características del motor, el arrancador soportará una corriente mayor antes de disparar durante una sobrecarga, y la temperatura interna aumentará en consecuencia. El relé debe ajustarse a la corriente de carga completa del motor según lo indicado en la placa de características.
¿Es aceptable un arrancador de motor de seguridad aumentada Ex e en la Zona 1?
En la mayoría de los casos, no. La protección Ex e se basa en la ausencia de arcos, chispas o puntos calientes durante la operación normal. Un arrancador de motor con un contactor electromecánico produce inherentemente un arco al cambiar de estado. Los arrancadores Ex e solo son adecuados para la Zona 1 si el dispositivo de conmutación está ubicado fuera del área peligrosa o si el circuito está protegido por medios adicionales que eviten arcos en el propio arrancador. Para un arrancador DOL convencional donde el contactor conmute la corriente del motor dentro del recinto, el método de protección adecuado para la Zona 1 es Ex d. Los arrancadores Ex e se aplican más comúnmente en la Zona 2, donde la probabilidad de una atmósfera inflamable es menor. Si la especificación de su proyecto requiere Ex e en la Zona 1, verifique el sistema de conmutación y protección con el fabricante antes de aceptar el diseño. Comparta su diagrama unifilar con nosotros en gm*@***om.com y confirmaremos si el concepto de protección cumple con los requisitos.
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Con más de una década de experiencia, es un Ingeniero Eléctrico a prueba de explosiones con experiencia en el diseño y fabricación de productos de seguridad y a prueba de explosiones. Posee una experiencia profunda en áreas clave que incluyen sistemas a prueba de explosiones, iluminación nuclear, seguridad marina, protección contra incendios y sistemas de control inteligente. En Warom Technology Incorporated Company, ocupa roles de liderazgo dual como Subgerente de Ingeniería para Negocios Internacionales y Jefe del Departamento Internacional de I+D, donde supervisa iniciativas de I+D y garantiza la entrega precisa de la documentación de diseño para proyectos internacionales. Comprometido con avanzar la seguridad industrial global, se enfoca en traducir tecnologías complejas en soluciones prácticas, ayudando a los clientes a implementar sistemas de control más seguros, más inteligentes y fiables en todo el mundo.
Qi Lingyi