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Motores en sitios peligrosos

El hecho de no especificar el motor apropiado para usarse en un sitio peligroso, puede tener serias consecuencias - pérdida de producción, grandes daños a la propiedad, y hasta pérdida de vida humana . Para poder seleccionar el motor correcto es necesario entender las designaciones de Clase, Grupo y División de Underwriters’ Laboratories (UL) y del Código Eléctrico Nacional (NEC) y las letras del código T.

En algunos departamentos de ingeniería fabril, los criterios de selección de motores para sitios peligrosos se conocen sólo de manera superficial . A veces, el encargado de preparar las especificaciones se desliga de la responsabilidad, confiando en que alguien - quizás el fabricante del motor - se ocupará de

completar los datos que faltan . En otros casos se especifica el mismo tipo de motor que se ha usado anteriormente en la planta, confiando en que se adaptará a cualquier situación . Pero este enfoque puede aumentar sustancialmente el costo del proyecto, y en algunas ocasiones el motor resultará inadecuado para la aplicación específica.

Los sitios peligrosos son ambientes operativos donde existen, o es probable que puedan presentarse, polvos o vapores explosivos o inflamables . Se 

requieren allí motores especiales para asegurar que una falla interna en los mismos no vaya a encender los vapores o el polvo . Los requisitos para las
instalaciones eléctricas en sitios peligrosos están detallados en los Artículos 500, 501, 502, 503, 510, 511, 513, 514, 515 y 516 del National Electrical Code
(Código Eléctrico Nacional) o NEC .
El artículo 505, relativamente nuevo, representa un cambio sustancial sobre los requisitos tradicionales para sitios peligrosos, aproximando el NEC a los
requisitos algo menos estrictos de los códigos europeos al clasificar las áreas en tres zonas diferentes: 0, 1 y 2 . Como tiene más que ver con métodos y componentes de cableado que con motores, no será incluido en la siguiente discusión .
El mencionado artículo 505 establece algunos principios, pero va a pasar algún tiempo antes que los fabricantes ofrezcan productos basados en los nuevos requisitos . Es también de esperar que la “inercia del hábito” demore la implementación de los cambios hacia estos requisitos zonales un poco más moderados . Posiblemente los cambios serán realizados primero por compañías multinacionales cuyos ingenieros estén más familiarizados con el sistema de zonas y los respectivos equipos. El término “a prueba de explosión” a menudo se considera, erróneamente, aplicable a cualquier motor para sitios peligrosos . Los motores a prueba de explosión son únicamente aquellos aprobados para sitios Clase 1 - esto es, donde existen gases o vapores potencialmente explosivos . Los equipos Clase I están construidos para contener dentro de sí una explosión, sin romperse . Luego de la acumulación inicial de presión durante el encendido, el gas caliente es forzado a enfriarse atravesando pasadizos largos y estrechos (pasos de llamas) antes de escapar del motor . La temperatura del gas que escapa del motor será entonces inferior a la temperatura mínima de encendido (MIT o “minimum ignition temperature”) de los gases o vapores en la atmósfera que circunda al motor .

Significado de las Designaciones de “Clase” del Motor -

Cada motor aprobado para sitios peligrosos lleva una placa de Underwriters’ Laboratories indicando que el motor está aprobado para utilizarse en dichos sitios (ver la ilustración) . Esta placa identifica al motor como diseñado para operar en sitios Clase I o Clase II . Algunos motores pueden estar aprobados para ambos sitios: Clase I y Clase II .
Básicamente, la Clase identifica las características físicas de los materiales peligrosos presentes en el sitio donde el motor va a ser utilizado . La Clase I cubre gases, vapores o líquidos que son explosivos o que presentan riesgos como mezclas inflamables .
Un ejemplo conocido de material Clase I es la gasolina, que es explosiva como vapor e inflamable como líquido . Algunas de las sustancias Clase I más comunes están listadas en la Tabla 1 .
La Clase II se ocupa de polvos - específicamente, el polvo en cantidad suficiente para crear mezclas explosivas y los polvos que son eléctricamente conductores . Un ejemplo notable de polvo peligroso es la harina de trigo . Como masa compacta, la harina se quema o arde lentamente sin llamas; pero cuando está finamente distribuida en el aire, es altamente explosiva . La Clase II incluye también los polvos metálicos y no metálicos que son eléctricamente
conductores, como el magnesio y el aluminio en polvo, y el carbón pulverizado . Los polvos de aluminio y magnesio pueden quemarse violentamente aun si
no están en el aire; pero al estar suspendidos en el aire, son explosivos . Algunas sustancias comunes de la Clase II están listadas en la Tabla 2.

Los sitios Clase III normalmente no requieren motores para sitios peligrosos . El especificar un motor para sitios peligrosos para los sitios Clase III es un error
común . La sección 503-6 del Código Eléctrico Nacional (NEC) permite utilizar motores totalmente cerrados enfriados por ventilador, o no ventilados, en los sitios Clase III . Un motor totalmente cerrado puede comprarse a menor precio que un motor aprobado para sitios peligrosos .

La Sección 503-6 del NEC permite también usar motores abiertos a prueba de goteo en sitios Clase III, si los inspectores aprueban el respectivo programa de cuidado y mantenimiento . Los sitios Clase III son aquellos donde pueden encontrarse fibras y otras sustancias volantes fácilmente inflamables . Estas sustancias se encuentran habitualmente en las industrias textil, de la madera y del plástico . Los materiales Clase III no están normalmente suspendidos en el aire porque son algo pesados y se asientan con rapidez . Son, sin embargo, muy inflamables y por lo tanto crean condiciones potencialmente peligrosas al estar cerca de los equipos eléctricos . La Tabla 3 presenta una lista de sustancias comunes de la Clase III.

Significado de las Designaciones de “Grupo” -

Dentro de las Clases I y II, se asignan designaciones de Grupo a las diversas sustancias combustibles en base a su comportamiento luego de encenderse .
Las designaciones de los Grupos A hasta G están ordenadas en forma descendente de acuerdo al rigor de los requisitos de diseño del motor; los requisitos
para el Grupo A exigen los pasos de llamas más largos y los ajustes más apretados . Los Grupos A hasta D corresponden a la Clase I y los Grupos E, F y G corresponden a la Clase II . Los materiales de la Clase III no están clasificados por grupo .
La gasolina y el acetileno ofrecen una ilustración del concepto de grupo . Ambas son sustancias Clase I . El acetileno está designado como sustancia Grupo A, y la gasolina corresponde al Grupo D . La temperatura mínima de encendido (MIT) de la gasolina automotriz es de 280° C (536° F), ligeramente inferior al MIT de
305° C (581° F) del acetileno . Pero como la explosión del acetileno es más intensa que la de la gasolina, el acetileno está agrupado muy por encima de la
gasolina.

A veces se considera por error que la Clase I trasciende a la Clase II y que un motor de Clase I satisface automáticamente los requisitos de la Clase II . Pero los motores Clase I están diseñados principalmente para confinar los efectos de una explosión interna . El diseño se basa en el supuesto de que, durante un período de tiempo, el proceso normal de calentamiento y enfriamiento hará que el motor aspire la atmósfera circundante, y la atmósfera interior del motor eventualmente será igual a la del ambiente operativo . Una futura falla interna podrá, por lo tanto, causar una explosión dentro del motor .
Un motor Clase II, sin embargo, está diseñado para mantener la temperatura superficial del motor a un nivel tal que los materiales Clase II en el ambiente
operativo del motor no se calentarán hasta alcanzar su MIT . Si el ambiente operativo contiene sustancias Clase I y Clase II, se deberá especificar un motor de
clasificación doble Clase I/Clase II .
Otro error común es pensar que, como existen las diversas Clases y Grupos, deberían haber productos (motores u otros equipos) apropiados para operar en
cada uno de los respectivos ambientes En realidad, las Clases y Grupos se aplican a todo tipo de equipos, incluyendo gabinetes, artefactos de iluminación, elementos de calentamiento, dispositivos para el operador, etc . Pero el hecho de que exista una definición no implica que los equipos correspondientes a la misma se encuentran disponibles . En el caso de los motores, esto es particularmente cierto para la Clase I, Grupos A y B . 

Al parecer, el mercado de los motores a utilizar en estos ambientes es tan limitado y los diseños son tan difíciles, que la mayoría de los fabricantes no los
producen.

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Los motores que se fabrican más comúnmente para sitios peligrosos corresponden a la Clase I Grupo D y a la Clase II Grupos F y G . Algunos fabricantes
pueden suministrar motores para los Grupos C y E, pero normalmente los construyen bajo pedido especial .

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Significado de “División” -

Los sitios peligrosos están también clasificados como División 1 y División 2 . Sus distinciones están definidas en detalle en el Artículo 500 del NEC . En términos sencillos, los sitios de la División 1 son aquellos donde es probable que hayan sustancias inflamables presentes en forma continua o intermitente durante las operaciones normales . En los sitios de la División 2, los materiales inflamables son manejados o almacenados de tal manera que las sustancias combustibles puedan escapar en caso de derrame, accidente o falla de un equipo .
Para una lista completa de los materiales Clase I, consultar la publicación NFPA 325 - “Guide to Fire Hazard Properties of Flammable Liquids, Gases and Volatile Solids” (Guía sobre las Propiedades de Riesgo de Incendio de Sólidos Volátiles, Gases y Líquidos Inflamables) .
Las distinciones de las Divisiones se refieren principalmente a los procedimientos de instalación requeridos por el NEC . Los motores Clase I y Clase II para sitios peligrosos no tienen designaciones de División en la etiqueta de UL . Todos los motores Clase I y Clase II están diseñados para cumplir con los requisitos de la División 1, y son por lo tanto adecuados para instalación en sitios de ambas Divisiones: 1 y 2.

Códigos T de los Motores para Sitios Peligrosos-

Todos los motores fabricados después de Febrero de 1975 llevan una designación de código T (Tabla 4) . El código T identifica la máxima temperatura
absoluta que se desarrollará en la superficie del motor bajo todas las condiciones de operación, incluyendo la sobrecarga, hasta e incluyendo la quemadura del motor . La designación del código T deberá correlacionarse con la Temperatura Mínima de Encendido (MIT) de las sustancias existentes en el ambiente operativo del motor .
La presencia de acetona o gasolina, por ejemplo, afectará la selección del motor . Tanto la acetona como la gasolina son materiales Clase I, Grupo D .
La acetona tiene un MIT de 465° C (869° F) . La Tabla IV indica que un motor con clasificación T1 (máxima temperatura superficial de 450° C) sería aceptable
para operar en un ambiente con acetona .
La gasolina, sin embargo, tiene un MIT de 280° C (536° F) . Para operar en un ambiente que contenga gasolina, deberá especificarse un motor con clasificación no inferior a T2A, diseñado para desarrollar una temperatura superficial que no exceda los 280° C (Tabla 4) . Si bien los códigos T y las temperaturas de encendido se asignan prudentemente y se basan en procedimientos de prueba tipo “caso más desfavorable”, se recomienda aplicar un margen extra de seguridad especificando un motor con clasificación T de T2B o más alta, diseñado para desarrollar una máxima temperatura superficial de 260° C (500° F) .
Para cumplir con algunos de los requisitos de menor temperatura del Código T, es preciso usar dispositivos de protección automática contra sobrecarga térmica
(en motores de potencia fraccionaria) o termostatos normalmente cerrados (NC) para el devanado en motores más grandes (de potencia integral).

Los termostatos para el devanado son dispositivos de control con capacidad relativamente baja de corriente . Deben ser conectados al arrancador magnético del motor para hacer que interrumpa la alimentación al motor cuando la temperatura interna se hace demasiado alta . Si no se hace la conexión de “circuito de control” necesaria, quedará anulada la clasificación de Código T que indica la placa de fábrica del motor .
En los motores diseñados para uso en Divisón 1, los termostados del devanado van montados dentro del paso de llamas de la carcasa . En los motores para
División 2, ese tipo de construcción no se utiliza, por lo tanto los termostatos y otros accesorios deberán ser intrínsicamente seguros tal como se indica en
IEEE 303 “Recommended Practice for Auxiliary Devices for Rotating Electrical Machines in Class I, Division 2 and Zone 2 locations” (Procedimiento Recomendado para Dispositivos Auxiliares en Máquinas Eléctricas Giratorias en Sitios Clase I, División 2 y Zona 2) .
Uso con Fuente de Alimentación Inversora - Contrariamente a los motores estándar, que pueden usarse directamente con Controles de Velocidad Ajustable, los motores que se utilizan en los sitios División 1 y 2 requieren certificación especial y marcas que indiquen su adecuabilidad para la clase y grupo específicos, el rango de velocidad y si son de par constante o variable . La mayoría de los fabricantes ofrece una familia específica de motores a prueba de explosión para inversor, adecuados para los sitios División 1 ó 2 . Los motores estándar adecuados para uso en la División 2 pueden indicar su capacidad de velocidad en la placa de fábrica . Deberán utilizarse dispositivos auxiliares intrínsicamente seguros .
Fuentes Adicionales de Información - Además del NEC, hay otras tres publicaciones de la National Fire Protection Association (NFPA)* (Asociación Nacional
de Protección contra Incendios) que son útiles para seleccionar el motor apropiado . La publicación 325 de NFPA, mencionada previamente, cubre las propiedades de los sólidos volátiles, gases y líquidos peligrosos, y ofrece una lista más completa de sustancias peligrosas que la presentada en la
Tabla I . NFPA 497 - “Recommended Practice for the Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas”
(Procedimiento Recomendado para la Clasificación de Vapores, Gases o Líquidos Inflamables y de Sitios (Clasificados) Peligrosos para Instalaciones Eléctricas en Áreas de Procesamiento Químico) ayuda a clasificar instalaciones y áreas . NFPA 499 - “Recommended Practice for the Classification of Combustible Dusts and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas” (Procedimiento Recomendado para la Clasificación de Polvos Combustibles y de Sitios (Clasificados) Peligrosos para Instalaciones Eléctricas en Áreas de Procesamiento Químico) cubre las sustancias Clase II . Cada una de estas publicaciones proporciona los valores MIT para las sustancias cubiertas en las mismas.

Por otra parte, el representante de servicio de campo de la compañía aseguradora de la planta puede ofrecer asesoramiento si existe incertidumbre sobre
el tipo de motor que se requiere para una aplicación específica en sitios peligrosos .
* Las publicaciones de NFPA pueden obtenerse en la National Fire Protection Association, 1 Batterymarch Park, P .O . Box 9101, Quincy, MA 02269-9101, U.S.A.