Sistemas fotovoltaicos en entornos clasificados

Los sistemas fotovoltaicos cuentan con instalaciones eléctricas con características muy particulares, ya que funcionan con corriente continua y alterna, además de contar con equipos de electrónica de potencia sensibles, como por ejemplo variadores de frecuencia.

La instalación de un sistema fotovoltaico, por sí sola, ya requiere precauciones de seguridad y cumplimiento normativo, como la NR-10 (Seguridad en instalaciones y servicios eléctricos) y ABNTNBR 5410 (Instalaciones eléctricas de baja tensión).

Cuando la instalación se realice en ambientes clasificados se deberá tener cuidado en el diseño y ejecución de la instalación.

Las atmósferas propensas a explosiones se pueden encontrar en los más diversos segmentos de la industria, como los sectores petroquímico y alimentario, plantas de azúcar y etanol y el sector farmacéutico, textil y de celulosa y papel, entre muchos otros.

Ambientes clasificados y atmósferas explosivas

Área clasificada: es la clasificación de la planta identificada en diferentes zonas. Estas zonas indican la cantidad de mezcla explosiva existente en el sitio y se clasifican en Zona 0, Zona 1 y Zona 2.

ZONA 0 o 20: Lugar donde existe la ocurrencia de una mezcla inflamable o explosiva (gases/vapores o polvo) por períodos prolongados, siendo normalmente generada por una fuente de riesgo continuo. Ejemplo: la parte interna de un tanque de almacenamiento de inflamables, de tipo atmosférico.

ZONA 1 o 21: Lugar donde es probable que se produzca la aparición de una mezcla inflamable o explosiva (gases/vapores o polvo) en condiciones normales de funcionamiento del equipo de proceso, normalmente generada por una fuente de riesgo primario. Ejemplo: Respiro desde el mismo tanque, ya que los vapores del producto se escapan cada vez que aumenta su nivel.

ZONA 2 o 22: Lugar donde es poco probable que se produzca la aparición de una mezcla inflamable o explosiva (gases/vapores o polvo) y si ocurre es por períodos cortos, generándose normalmente por una fuente de riesgo secundario. Ejemplo: bridas con juntas envejecidas o tornillos flojos pueden tener fugas o pérdida de control de nivel.

Es importante resaltar que las empresas son las encargadas de clasificar el área, es decir, pueden clasificarlas o utilizar empresas especializadas.

La clasificación de zonas explosivas debe utilizar no sólo la planta, sino también la elevación, ya que no se trata sólo de la zona de riesgo, sino de “volúmenes de riesgo”. Además, según la norma, en este documento se deben identificar todas las fuentes que generan riesgo, los productos que generan el riesgo y sus condiciones de proceso.

Una atmósfera explosiva se presenta cuando hay una proporción de gas, vapor, polvo o fibras en contacto con el oxígeno, donde una chispa de un circuito eléctrico o el calentamiento de un equipo puede ser fuente de ignición y provocar una explosión. Los equipos eléctricos a instalar en estos lugares deberán eliminar o aislar la fuente de ignición, evitando la ocurrencia simultánea de los tres componentes que forman el triángulo de fuego: combustible, oxígeno y fuente de ignición.

Proyectos e instalaciones eléctricas en zonas clasificadas.

En el ámbito industrial, en segmentos que procesan sustancias inflamables y por tanto sujetos a la aparición de atmósferas explosivas, la aparición de una posible chispa en la instalación eléctrica puede provocar explosiones con graves consecuencias para la comunidad (RANGEL JUNIOR, 2011).

La NR-10 menciona algunos puntos que vale la pena resaltar, tales como:

• Todo el equipo utilizado en áreas clasificadas debe estar certificado.
• Los trabajadores deberán recibir una formación específica, según el riesgo que corran.
• En instalaciones eléctricas en zonas clasificadas o sujetas a alto riesgo de incendio o explosión, se deberán adoptar dispositivos de protección, como alarma y seccionamiento automático, para evitar sobretensiones, sobrecorrientes, fallos de aislamiento, calentamiento u otras condiciones anormales de funcionamiento.
• Los servicios en instalaciones eléctricas en áreas clasificadas sólo podrán realizarse con permiso de trabajo con liberación formal o supresión del agente de riesgo que determina la clasificación del área.

Otra norma relevante que aborda en detalle todo tipo de clasificaciones, así como procedimientos de instalación y certificación de equipos, es la ABNT NBR IEC 60079 (atmósferas explosivas).

En el área fotovoltaica, la Marina de Faros, una JCEenergía, RCP (Productos de control de plataformas) y la Señal de marea, fabrican módulos solares, inversores y bancos de baterías con certificación Ex. La mayoría de estos sistemas se desarrollaron para aplicaciones muy remotas, como plataformas petrolíferas marinas.

Es importante resaltar que los equipos con clasificación Ex, que cuentan con carcasas y certificaciones muy resistentes, cuestan decenas de veces más que los equipos convencionales para atmósferas comunes. Por tanto, el diseñador necesita comprobar alternativas como la generación remota u otras fuentes de energía que mejor se adapten al proyecto, para garantizar la viabilidad económica del proyecto fotovoltaico.

Actualmente, en Brasil existen algunos registros de sistemas fotovoltaicos en gasolineras, lo que allana el camino para un nuevo nicho de clientes. Es importante destacar que durante toda la planificación, ejecución y mantenimiento de la obra se debe consultar a un profesional cualificado, como un técnico de seguridad o un ingeniero de seguridad, para realizar todos los análisis necesarios, incluida la clasificación de zonas.

Realizando la instalación

Preferiblemente, los servicios en caliente (utilizando herramientas como perforación, policorte, soldadura, etc.) deben realizarse durante tiempos no operativos o paradas programadas de la planta, con el fin de minimizar las posibilidades de generar una atmósfera explosiva. Se pueden seguir los siguientes pasos:

• Elaborar un APR (Análisis Preliminar de Riesgos) con el equipo involucrado en la operación
• Solicitar la emisión de PT (Permiso de Trabajo);
• Promover la difusión de APR y PT con el gerente de SMS a través de diálogos de seguridad con los empleados;
• Verificar el estado y funcionalidad de los equipos y EPP (Equipos de Protección Personal) a utilizar en el servicio;
• Promover el aislamiento y señalización del área, asegurando que sólo las personas involucradas en la actividad tengan acceso al lugar;
• Promover la instalación de extintores (PQS y CO²) en posición estratégica, facilitando su uso en caso de emergencia;
• Verificar y monitorear la explosividad del sitio antes de liberar el servicio y durante toda la actividad, utilizando un explosímetro;
• Cuando sea necesario, purgar, inertizar, bloquear doblemente y etiquetar válvulas y dispositivos de seguridad;
• La actividad deberá ser monitoreada en tiempo completo por un técnico de seguridad y el responsable de PT. La operación de máquinas y equipos como la soldadura, que exponen a riesgos a las personas, sólo puede ser realizada por trabajadores calificados.

Errores más comunes encontrados

Uso incorrecto de conductos.

Según la Norma ABNT NBR IEC 60079-14, se debe instalar una unidad de sellado Ex “d” (Figura 10) lo más cerca posible de la carcasa Ex “d”, para evitar la “suma” indebida de volúmenes de equipos Ex “ d” diferente.

Por lo tanto, los “conductos” Ex “d” (incluidos los accesorios para conductos o las cajas de paso de cables Ex “d”) y los conductos no se pueden instalar entre la carcasa Ex “d” y la unidad de sellado Ex “d”.

Los conductos se pueden instalar “después” de la unidad de sellado. En este caso, el conducto no necesita ser Ex “d”, pudiendo tener características técnicas como grado de protección IP55W y dimensiones internas adecuadas al radio de curvatura de los cables eléctricos.

Uso de cinta selladora de roscas (teflón) y silicona.

Uso inadecuado de cinta selladora de roscas (Teflon) y la silicona en las uniones roscadas de envolventes metálicas antideflagrantes altera las características de propagación de las uniones metal-metal. El uso de cintas de teflón y silicona no está mencionado ni recomendado en las normas aplicables al montaje de equipos “Ex”: ABNT NBR IEC 60079-14, ABNT NBR IEC 61892-7.

El uso inadecuado de este tipo de productos tampoco está indicado en los respectivos manuales de instalación ni en los certificados de conformidad “Ex” de los fabricantes. La solución para evitar la entrada de agua al interior de carcasas metálicas Ex “d” con entradas roscadas debe ser el uso de vaselina o grasa a base de silicona.

Uso de cinta aislante

La cinta aislante no debe ser utilizada en áreas peligrosas, ya que no está permitido “empalmar” conductores o cables en áreas peligrosas (ver ABNT NBR IEC 60079-14/2016 – Sección 6.6.2 – Terminaciones de conductores)

La solución para la conexión de conductores en áreas peligrosas es el uso de una caja de terminales con tipo de protección “Ex” y EPL adecuada al lugar de instalación (Zonas y Grupos).

Por ejemplo, se deben utilizar cajas de terminales con tipos de protección Ex “e” o Ex “t”, con carcasas plásticas, que no requieren unidades de sellado ni prensaestopas Ex “d”, facilitando las actividades de montaje, inspección, mantenimiento, reparaciones y Recuperación “Ex”.

Consideraciones finales

Los equipos eléctricos en áreas clasificadas son fuente de ignición, ya sea por la chispa proveniente de la apertura y cierre de contactos, alta temperatura o fallas en su mecanismo.

La actuación básica es evitar que posibles fuentes de ignición entren en contacto con la atmósfera explosiva, utilizando equipos eléctricos y electrónicos especiales e infraestructuras antideflagrantes. Como estos productos son en su mayoría caros, la instalación debe estar muy bien dimensionada, para evitar excesos y gastos innecesarios.

Es importante recordar que mantener el sistema en orden y cumplir con los procedimientos de seguridad de la compañía energética es responsabilidad del propietario del sistema de generación de energía solar fotovoltaica.

También es importante comprobar el tendido de los cables de salida del panel para evitar zonas clasificadas (lugares con presencia o posibilidad de presencia de una mezcla inflamable).

Para cumplir con los requisitos para el uso de equipos eléctricos en áreas peligrosas, algunas tecnologías de sistemas fotovoltaicos como microinversores y optimizadores DC/DC se recomiendan en estos entornos especiales, ya que minimizan o eliminan por completo los riesgos de chispas e ignición.

Aviso legal

El autor se exime de cualquier responsabilidad por la información aquí presentada. El objeto del artículo es únicamente iluminar los principales puntos de seguridad en instalaciones eléctricas en zonas clasificadas. Toda instalación eléctrica debe ser diseñada y realizada por un profesional debidamente cualificado, cualificado, autorizado y cualificado.

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Bibliografía

ASOCIACIÓN BRASILEÑA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR IEC 60079 – Atmósferas Explosivas, Río de Janeiro, 2016. ASOCIACIÓN BRASILEÑA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR IEC 61892-7 Unidades marinas fijas y móviles – Instalaciones eléctricas Parte 7: Áreas clasificadas. Río de Janeiro, 2017. BULGARELLI, ROBERVAL. Cinco cosas que no se pueden utilizar en áreas clasificadas, 2018. CAMPOS, Iberê M. El cuidadoso dimensionamiento y correcta ejecución garantizan una instalación eléctrica de calidad. Instituto Brasileño de Desarrollo Arquitectónico (IBDA), 2012. CREDER, Hélio. Instalaciones eléctricas. 15.ed. Río de Janeiro: LCT, 2007. RANGEL JUNIOR, Estellito. La electricidad como desencadenante de incendios. 2011. Disponible en: < http://programacasasegura.org/br/wp-content/uploads/2011/07/A03.pdf> Consultado el: 06/05/2019. Consultado el: 72/91/50039055. Consultado el: 06/05/2019. Consultado el: 06/05/2019. Consultado el: 10/06/05. Consultado el: 2019/06/05. Consultado el: 2019/06/05. Consultado el: 2019/2018/07. Consultado el: 05/2019/07. Consultado el: 05/2019/07. Consultado el: 05/2019/20.

Acerca del Autor

Vinicius Mariano Batista Barbosa. Graduado en Ingeniería de Control y Automatización (UNIP – Universidade Paulista). Tiene un MBA en Liderazgo en ingeniería para líderes emergentes (MIT – MIT) y Executive MBA en Gestión Empresarial (FGV – Fundação Getúlio Vargas). Es técnico en Electrónica (College Técnico Industrial da UNESP – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”). Realizó cursos de Extensión en Sistemas Fotovoltaicos en la UNICAMP – Universidad Estadual de Campinas. Tiene diez años de experiencia en el sector de distribución de combustibles. Es un intraemprendedor enfocado en la innovación y optimización de procesos logísticos y de gestión. Actualmente se encuentra iniciando proyectos en el área de energía solar fotovoltaica.