Aplicación destacada:
Protección de puesta a tierra de electricidad estática para vagones cisterna

 

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En las industrias de procesos peligrosos, más comúnmente conocidas como industrias «EX», la electricidad estática se genera prácticamente todo el tiempo. Varios tipos de crudo, productos refinados del petróleo como GLP, y una gran cantidad de productos químicos se encuentran dentro de una categoría de materiales que a menudo se denominan «acumuladores de estática». Se sabe que los materiales de esta categoría atraen con mucha potencia electrones de otros materiales y se resisten a «dejar marchar» los electrones con los que entran en contacto. En otras palabras, «acumulan» carga estática.

En una operación normal de carga de un vagón cisterna, el producto que acumula electricidad estática se transfiere de un depósito de almacenamiento a través de un sistema de pórtico de carga a un vagón cisterna receptor. Podemos referirnos al equipo implicado en la transferencia del producto conjuntamente como el «sistema de transferencia» del producto. A medida que el producto pasa a través del sistema de transferencia al vagón cisterna, las moléculas del producto se cargan electrostáticamente.

Si el vagón cisterna no tiene una conexión directa de puesta a tierra, acumulará cargas electrostáticas en su superficie, lo que dará lugar a un aumento drástico del voltaje del vagón cisterna en un periodo de tiempo muy corto. Debido a que el vagón cisterna tiene un voltaje alto, buscará maneras de descargar este exceso de energía potencial, y la manera más eficiente de hacer esto es descargar el exceso de electrones en forma de chispa.

Energía descargada en chispas estáticas.

Los objetos puestos a tierra que están muy cerca de objetos cargados son buenos objetivos para las chispas electrostáticas, y permitir la acumulación descontrolada de electricidad estática en una atmósfera EX es lo mismo que tener una bujía de motor expuesta a una atmósfera inflamable.

Si el vagón cisterna no está puesto a tierra, su voltaje electrostático puede acumularse hasta niveles peligrosos en menos de 20 segundos. La Tabla 1 ilustra cuánta energía puede ser descargada por una chispa de un vagón cisterna cargado a 20.000 voltios.

Tabla 1. Energía potencial de chispas procedentes de diversos objetos.

Cuando se compara la energía de las chispas descargadas por electricidad estática con las energías mínimas de ignición de una amplia gama de productos derivados del petróleo y productos químicos inflamables, es fácil entender por qué el vagón cisterna y cualquier equipo conectado a él, como mangueras flexibles y tuberías, deben ser conectados y puestos a tierra.

Fig. 1 EMI de productos comunes derivados del petróleo.

Como se puede ver en la Tabla 1, los vagones cisterna cargados electrostáticamente pueden descargar chispas con una enorme cantidad de energía. A estos niveles de energía, la prevención de choques electrostáticos para los trabajadores es también una consideración importante de seguridad. Las reacciones fisiológicas involuntarias causadas por choques electrostáticos podrían provocar tropezones y caídas y podrían ser particularmente peligrosas cuando el personal esté trabajando por encima del nivel del suelo.

De los diversos factores que contribuyen a la carga estática, la única variable que claramente debe controlarse es la puesta a tierra del vagón cisterna. La puesta a tierra del vagón cisterna garantiza que su resistencia a la masa general de la Tierra se mantenga a un nivel que no impida la transferencia segura de cargas estáticas desde el vagón cisterna a tierra.

En Norteamérica, la puesta a tierra de los vagones cisterna con sistemas de puesta a tierra específicos es una práctica habitual. En Europa, la práctica de la puesta a tierra de vagones cisterna varía de un lugar a otro. En algunos lugares la realizan y en otros no. En los lugares donde no se hace una puesta a tierra activa de vagones cisterna, se presupone que el depósito del vagón cisterna está bien conectado al chasis y que las cargas estáticas generadas por la operación de transferencia de producto pueden pasar desde el chasis a través de las ruedas del vagón cisterna a tierra o de vuelta al pórtico de carga mediante conexiones de unión eléctrica.

Con el fin de disipar las cargas estáticas del vagón cisterna, existe la expectativa de que las vías en las que se asienta tengan una conexión directa a tierra o estén unidas al pórtico de carga, con lo que se iguala la diferencia de potencial entre el pórtico (brazo de llenado incluido) y el vagón cisterna. En este caso, se debe verificar con frecuencia la continuidad eléctrica desde el vagón cisterna hasta el pórtico de carga, a través de las conexiones de unión fundamentales de seguridad entre la vía y el pórtico de carga, preferentemente antes de cada transferencia. Las operaciones de verificación de conexiones pueden ser realizadas por un electricista con un medidor o se pueden verificar automáticamente las conexiones unidas con un sistema de puesta a tierra de electricidad estática montado en pórtico. Así, en lugar de depender de un circuito pasivo para unir el vagón cisterna al pórtico de carga, cualquiera de los métodos descritos anteriormente asegurará que los carriles aislados sobre los que se encuentre el vagón cisterna o las conexiones de unión de pórtico de vía a carga rotas se identifiquen antes del comienzo de la carga.

Sin embargo, hay muchas instalaciones de carga de vagones cisterna en Europa donde estas suposiciones no pueden darse por sentado, especialmente cuando hay dudas con respecto a la conexión de la vía a tierra. En algunas instalaciones, simplemente no se tiene la propiedad de las vías que están presentes in situ, lo que impide que los técnicos realicen las pruebas de caída de potencial en las vías para determinar si tienen conexión a tierra. Puesto que la instalación no es la propietaria de las vías, los técnicos también están limitados por cuánto pueden «interferir» con la vía, es decir, instalar su propio cableado de conexión desde la vía hasta su propiedad. En su lugar, la instalación conectará los vagones cisterna al pórtico de carga con sistemas de puesta a tierra de electricidad estática. El pórtico también debe estar puesto a tierra, por lo que cualquier elemento estático presente en el vagón cisterna será derivado a tierra a través del pórtico de carga.

En Europa, otras instalaciones eligen poner a tierra sus vagones cisterna porque el suelo en que se asienta la red de vías no tiene una conexión fiable a tierra, por lo cual optan por poner a tierra los vagones cisterna con sistemas de puesta a tierra de electricidad estática como una buena práctica.

Códigos de prácticas de la industria relacionados con la puesta a tierra de electricidad estática de vagones cisterna en atmósferas EX:

Partiendo del supuesto de que existe una buena continuidad eléctrica desde el depósito hasta las ruedas de los vagones cisterna, las secciones relativas a la puesta a tierra de los buques ferroviarios en IEC 60079-32 y TRGS 727:2016-01 recomiendan una conexión eléctrica entre las vías del tren y el pórtico de carga no superior a 1 megaohmio. Sin embargo, la gran mayoría de los conductores que se utilizan para conectar las vías de ferrocarril al pórtico de carga serán conductores de metales pesados, por lo que un valor de referencia de 1 megaohmio parece poco fiable, ya que cualquier valor superior a 10 ohmios indicaría un fallo potencial en alguna parte del circuito.

Las asociaciones norteamericanas, como la National Fire Protection Association y el American Petroleum Institute, publican sus propios códigos de prácticas para el control de los riesgos asociados con la carga de vagones cisterna en zonas EX/HAZLOC.

La NFPA 77 «Recommended Practice on Static Electricity» (2014) y la API RP 2003 «Protection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning, and Stray Currents» (2008) son publicaciones redactadas por comités de profesionales de la industria EX, reconocidos expertos en el área del control de electricidad estática para zonas peligrosas. Cuando se hace referencia a la puesta a tierra de los camiones cisterna, estas publicaciones ponen de relieve el riesgo de los atenuadores de desgaste y rodamientos no conductores que podrían evitar que la electricidad estática pasase del depósito a las ruedas del vagón, lo que daría como resultado la acumulación peligrosa de electricidad estática en el depósito del vagón.

Lo que queda claro de las recomendaciones de NFPA 77 y API RP 2003 es que 10 ohmios en el circuito de puesta a tierra y de conexión es la resistencia máxima recomendada para equipos en riesgo de carga electrostática en atmósferas EX. Si bien la API RP 2003 va un paso más en la recomendación de 1 ohmio o menos, si un sistema de puesta a tierra con indicadores de estado de puesta a tierra está en uso, 10 ohmios es un valor satisfactorio. Esto es debido a que el sistema de puesta a tierra está controlando continuamente la resistencia en el circuito de puesta a tierra, por lo que, si aumenta más de 10 ohmios, el sistema de puesta a tierra puede señalar este peligro potencial al operador del pórtico de carga. Otra recomendación importante es utilizar interbloqueos siempre que sea posible, para asegurar que no se efectúe la transferencia si no hay puesta a tierra. Al detener el movimiento del producto, se elimina la fuente de generación de carga y se evita así la carga adicional del vagón cisterna.

Especificación de un sistema de puesta a tierra de electricidad estática para operaciones de carga/descarga de vagones cisterna.

Uno de los principales problemas con la electricidad estática es que no es algo que los operadores puedan ver, oler u oír. Esta característica de la electricidad estática puede, por desgracia, fomentar una actitud de «eso no me va a pasar a mí» o «eso no existe» entre el personal que opera sistemas de pórticos de carga. Un sistema de puesta a tierra que combina un simple mecanismo visual de «CONTINUAR / NO CONTINUAR» mediante un modelo de semáforo de indicadores con capacidad de control de interbloqueo es el medio más eficaz para controlar el riesgo de incendio por electricidad estática en operaciones de transferencia de producto en vagones cisterna. El interbloqueo del sistema de transferencia con el sistema de puesta a tierra es probablemente la capa definitiva de protección que los diseñadores y especificadores de equipos pueden emplear para asegurarse de que el camión cisterna está puesto a tierra.

Newson Gale recomienda el Earth-Rite® PLUS  para la conexión de vagones cisterna a pórticos de carga de camiones cisterna. Junto con la demostración de toda la gama de certificación ATEX e IECEx para todos los grupos de gas y vapor de líquido, también garantiza que existe una conexión de 10 ohmios o menos entre el vagón cisterna y el sistema de transferencia del producto. Simplemente conectando la pinza de puesta a tierra al vagón cisterna, el Earth-Rite PLUS  PLUS verifica automáticamente si el vagón cisterna está conectado al pórtico de carga proporcionando un circuito de supervisión intrínsecamente seguro a la pinza de puesta a tierra del sistema, aprobada por Factory Mutual. La pinza de puesta a tierra de uso intensivo, fabricada con acero inoxidable y certificada por Factory Mutual, garantiza que se efectúe una fuerte conexión inicial al vagón cisterna mediante un par de dientes de carburo de tungsteno, y que se mantenga durante toda la operación de transferencia del producto, resistiendo el movimiento causado por vibraciones o por desplazamiento accidental.

Fig. 2 El Earth-Rite PLUS usa una señal intrínsecamente segura (Zona 0 / Zona 20) para garantizar que hay una continuidad a través del depósito del vagón, a través del chasis, a través de las ruedas, a través de la conexión de unión de regreso al pórtico. La señal retorna al Earth-Rite PLUS mediante las conexiones G1/G2 al pórtico. Todo el circuito está supervisado durante la operación de transferencia, con lo que se garantiza una vía de disipación continua entre el depósito del vagón y el pórtico puesto a tierra.

A diferencia de los sistemas de puesta a tierra normales, que se basan en su conexión de puesta a tierra no supervisada para disipar las cargas estáticas generadas por la transferencia, Earth-Rite® PLUS garantiza que su conexión de puesta a tierra específica de electricidad estática con el pórtico de carga esté siempre supervisada, a través de las conexiones de puesta a tierra de estática G1 y G2 (ver Fig. 2). De este modo se garantiza una conexión supervisada directamente entre el vagón cisterna y el pórtico de carga. Esta es una característica importante, ya que dependemos de la conexión de puesta a tierra verificada del pórtico de carga para disipar las cargas estáticas del vagón cisterna a la masa general de la Tierra.

Cuando el Earth-Rite PLUS verifica que el vagón cisterna está conectado a la superestructura del pórtico de carga, un conjunto de llamativos LED de color verde se encienden continuamente para informar al operador de que el sistema está supervisando activamente la integridad del bucle de masa.

Earth-Rite PLUS

Fig. 3 Los indicadores de estado de puesta a tierra del Earth-Rite PLUS se encienden continuamente cuando se realiza la puesta a tierra.

Un par de contactos bipolares sin tensión, de doble dirección, pueden interbloquear la alimentación eléctrica suministrada a la bomba o los PLC para detener la operación de transferencia de producto si el Earth-Rite® PLUS detecta una resistencia de más de 10 ohmios en el bucle de masa entre el vagón cisterna y el sistema de transferencia del producto. La interrupción de la operación de transferencia garantiza que la generación de electricidad estática se detiene, con lo que se elimina el riesgo de que el vagón cisterna acumule tensión y descargue chispas de electricidad estática que podrían incendiar atmósferas inflamables combustibles o de polvo presentes en el espacio de descarga de chispa.