Sensores de proceso en línea avanzados para entornos peligrosos (con polvo)
Optimizando procesos, garantizando la seguridad
1. Excelencia de procesos en entornos exigentes
En industrias con presencia de sustancias inflamables, como polvos, gases o vapores combustibles, es fundamental garantizar la seguridad operativa y mantener la eficiencia del proceso. Los entornos peligrosos exigen instrumentación que no solo proporcione datos precisos y fiables, sino que también cumpla con los estrictos requisitos de protección contra explosiones.
Rheonics Nos comprometemos a proporcionar soluciones de vanguardia para la monitorización de procesos en línea que permitan a las industrias optimizar sus operaciones de forma segura y eficaz. Nuestros sensores con certificación Ex, basados en el principio de seguridad intrínseca, están diseñados para una integración perfecta en procesos en áreas peligrosas, lo que ayuda a prevenir fuentes de ignición y a mejorar la seguridad general de la planta.
Este documento proporciona una descripción general de los desafíos que plantean los entornos peligrosos, en particular aquellos con riesgos de explosión de polvo, y presenta Rheonics' Viscosímetros y densímetros en línea intrínsecamente seguros, diseñados para brindar confiabilidad y cumplimiento en estas aplicaciones críticas.
2. Comprensión de los entornos peligrosos (polvo)
2.1. La naturaleza de las explosiones de polvo
Una explosión de polvo es una combustión rápida de partículas finas suspendidas en el aire dentro de un recinto cerrado o parcialmente cerrado. Cuando un polvo combustible se dispersa en suficiente concentración y entra en contacto con una fuente de ignición, puede provocar una explosión. Muchos materiales orgánicos, sintéticos y metales pueden formar polvos combustibles.
Para que se produzca una explosión de polvo, deben cumplirse cinco condiciones:
-
Polvo combustible: El material en sí debe ser capaz de arder. En el caso de polvos combustibles con un tamaño de partícula inferior a 0.5 mm, puede producirse una explosión cuando el polvo se dispersa en el aire en una concentración superior a la Concentración Mínima Explosiva (CME). La CME es la concentración más baja (normalmente medida en gramos por metro cúbico) a la que una nube de polvo puede encenderse y propagar una explosión. A diferencia de los gases, los polvos combustibles generalmente no tienen un Límite Superior de Explosividad (LSE) definido, ya que a concentraciones muy altas, las nubes de polvo tienden a perder dispersión y la disponibilidad de oxígeno se vuelve insuficiente para mantener la combustión.
| Material | CME (g/m³) | Aclaración |
|---|---|---|
| polvo de grano | 125 | Alta explosividad, común en la agricultura. |
| Polvo de carbón | 30 | El polvo de carbón muy fino puede ser explosivo. |
| Harina | 60 | Peligro de explosión ampliamente conocido en los molinos |
| Sugar | 125 | El azúcar en polvo fino es altamente explosivo. |
| polvo de aluminio | 100 | Polvo metálico altamente reactivo |
| Lodos de aguas residuales | 250 | Depende de la sequedad y la composición. |
Tabla 1. Concentración mínima de explosivos
Los valores de la tabla se deben utilizar como referencia; los usuarios finales deben confirmar el MEC real para su aplicación. Normas de explosión recomiendo usar Valores medidos para su polvo específico, no sólo los genéricos, a la hora de diseñar sistemas de protección.
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Dispersión: Las partículas de polvo deben estar suspendidas en el aire en una concentración suficiente.
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Oxígeno: Es necesario que haya aire (u otro oxidante) presente para favorecer la combustión.
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Fuente de ignición: Energía suficiente para encender la nube de polvo dispersa (por ejemplo, chispas, superficies calientes, electricidad estática).
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Contención: Un recinto o espacio confinado que permite que se acumule presión.
La eliminación de cualquiera de estos elementos puede prevenir una explosión de polvo. Los equipos utilizados en estas áreas deben estar diseñados para evitar que se conviertan en una fuente de ignición.
2.2 ¿Dónde se encuentra el polvo combustible?
El polvo combustible representa un peligro en una gama sorprendentemente amplia de industrias y procesos. Cualquier actividad que genere o manipule partículas finas y secas de un material combustible puede suponer un riesgo.
Industrias propensas a riesgos de polvo:
Procesos comunes que generan polvo:
Tipos de polvos combustibles:
2.3. Factores clave que influyen en la explosividad del polvo
Si bien el "Pentágono de Explosiones de Polvo" describe las condiciones necesarias, varias características del polvo en sí y su entorno influyen significativamente en la probabilidad y la gravedad de una explosión. Comprender estos factores es crucial para la evaluación de riesgos y la implementación de medidas de seguridad eficaces.
| Característica | Descripción y significado | Impacto en la explosividad |
|---|---|---|
| Tamaño y forma de las partículas | Las partículas más pequeñas (<500 µm) tienen mayor área superficial, lo que aumenta la velocidad de combustión. Estas partículas finas tienen una mayor área superficial en relación con su masa, lo que las hace más reactivas en el aire: se encienden y arden más rápido. Las formas escamosas o fibrosas también pueden aumentar el riesgo. | Partículas más pequeñas/finas = Mayor riesgo y gravedad |
| Contenido de humedad | El polvo seco se dispersa y se enciende con mayor facilidad. La humedad puede retener partículas y absorber calor. | Menor humedad = mayor riesgo |
| Concentración Mínima Explosiva (MEC) | Concentración mínima de polvo en el aire que puede propagar una llama. Por debajo de esta concentración, es demasiado pobre para explotar. | Menor MEC = Mayor riesgo (se necesita menos polvo para una explosión) |
| Energía mínima de ignición (EMI) | Energía mínima (en mJ) necesaria para encender una nube de polvo en condiciones óptimas. | Menor MIE = Mayor riesgo (más fácil de encender) |
| Valor Kst (Índice de deflagración) | Mide la tasa de aumento de presión (bar·m/s) en una explosión de prueba. Se utiliza para clasificar polvos (St 0 a St 3). | Kst más alto = explosión más severa |
| Pmax (Presión máxima de explosión) | Presión máxima producida durante la explosión de una mezcla óptima de polvo y aire. Importante para el diseño de venteo y contención. | Mayor Pmax = Mayor fuerza destructiva |
| Temperatura de ignición de una nube de polvo (nube del MIT) | Temperatura más baja (°C) a la que una nube de polvo se enciende al entrar en contacto con una superficie caliente. |
2.4. Clasificación de áreas peligrosas para atmósferas de polvo
Las áreas peligrosas se clasifican en zonas según la probabilidad de presencia de una atmósfera explosiva. Para polvos combustibles, las clasificaciones típicas (según IEC Las normas) son:
| Zona | Mareas Ideales para Lecciones | Probabilidad de una atmósfera de polvo explosiva |
|---|---|---|
| Zona-20 | Hay una atmósfera de polvo explosivo continuamente, Para periodos largos, o frequently. | Muy Alta |
| Zona-21 | La atmósfera de polvo explosivo es que otros ocurrir durante funcionamiento normal ocasionalmente. | Alto |
| Zona-22 | La atmósfera de polvo explosivo es No es probable ocurrir en el funcionamiento normal; si ocurre, es breve | Bajo |
2.5. Niveles de protección del equipo (EPL)
A los equipos destinados a ser utilizados en áreas peligrosas se les asigna un Nivel de Protección del Equipo (EPL), que indica su idoneidad para diferentes zonas.
| EPL | Zona(s) adecuada(s) | Nivel de protección |
|---|---|---|
| Da | Zona-20 | Muy Alta |
| Db | Zona-21 | Alto |
| Dc | Zona-22 | Mejorado |
2.6. Principios de protección contra explosiones
Se utilizan varias técnicas de protección para garantizar la seguridad de los equipos en áreas peligrosas. Para Rheonics sensores, el método principal es Seguridad intrínseca (“Ex i”).
Otros métodos de protección comunes incluyen envolventes ignífugas (“Ex d”), seguridad aumentada (“Ex e”), encapsulamiento (“Ex m”), etc., cada uno con principios y aplicaciones específicos.
| Método de protección | Principio | Adecuación de la zona | Contexto de aplicación de viscosidad/densidad | Caso de uso típico en entornos con polvo | Ventajas clave |
|---|---|---|---|---|---|
| Protección por envolvente (Ex t) | La carcasa hermética al polvo (IP6X) evita la entrada de polvo; controla la temperatura de la superficie para evitar la ignición del polvo. | Zona 20 / 21 / 22 | Ideal para el cerramiento de Rheonics Transmisores en entornos polvorientos. Protege la electrónica durante el embalaje, la molienda o la manipulación de polvos. | Se utiliza en alimentos, cereales, productos farmacéuticos y productos químicos, donde el polvo en el aire es constante o frecuente. | Simple, resistente, ampliamente aceptado para el polvo. |
| Seguridad intrínseca (Ex i) | Limita la energía eléctrica y térmica en los circuitos, evitando la ignición, incluso en condiciones de falla. | Zona 20 (Ex ia), Zona 21 (Ex ib) | Rheonics Los sensores SRV/SRD utilizan protección Ex ia, lo que permite un uso seguro dentro de reactores, silos o tuberías con polvos finos. | Perfecto para el monitoreo de viscosidad/densidad en línea de líquidos con sólidos suspendidos o durante la evaporación de solventes. | Alta seguridad, permite servicio en vivo. |
| Presurización (Ex pD) | Una ligera sobrepresión dentro de la carcasa impide la entrada de polvo. Normalmente se purga antes del encendido. | Zona 21 / 22 | ¿Puede albergar el estándar? Rheonics Transmisores o convertidores en paneles. Requiere controlador de purga. | Se utiliza en grandes armarios eléctricos o paneles de control para sistemas de mezcla por lotes. | Permite el uso de componentes no Ex. |
| Encapsulación (Ex m) | Los componentes electrónicos críticos están sellados en un compuesto para aislarlos de la atmósfera. | Zona 21 / 22 | Puede proteger pequeños módulos de interfaz o acondicionadores de señal en áreas polvorientas. | Se utiliza en transmisores compactos o dispositivos electrónicos personalizados dentro de recipientes confinados y polvorientos. | Compacto y protector. |
| A prueba de ignición por polvo (DIP) | El gabinete sellado evita que la ignición interna encienda la atmósfera de polvo externa. | Clase II, División 1/2 (NFPA/NEC) | Comparable a Ex t. Se utiliza con gabinetes NEMA 9 para electrónica de sensores en América del Norte. | Elevadores de granos, polvo de madera, molinos de harina. A menudo con sensores de densidad en línea en silos. | Reconocido en los códigos de América del Norte. |
| Mayor seguridad (Ex e) | Sin chispas ni altas temperaturas en condiciones normales de funcionamiento. No apto para componentes que puedan causar arcos eléctricos o chispas. | Zona 21 / 22 | Se puede utilizar para cajas de conexiones o bloques de terminales de Rheonics sensores en ubicaciones secundarias seguras. | Ideal para equipos pasivos donde se mantienen conexiones de baja energía. | Diseño sencillo y de bajo coste. |
| NEMA Tipo 9 | Norma norteamericana para envolventes en entornos polvorientos. Evita que la ignición interna alcance el polvo exterior. | Clase II, División 1 | Tipo de carcasa para transmisores o convertidores de sensores donde se necesita una carcasa a prueba de explosiones. | Adecuado para procesos de aditivos plásticos o alimentos y bebidas polvorientos. | Carcasa homologada por UL/CSA para polvo. |
| A prueba de fuego (Ex d) | Contiene explosión internamente; evita la ignición de la atmósfera exterior de polvo o gas. | Principalmente para gas (limitado en polvo) | No se recomienda su uso directo en entornos polvorientos debido a problemas de ventilación y enfriamiento con la acumulación de polvo. | Se puede combinar con carcasas herméticas al polvo, pero rara vez se utiliza para aplicaciones de viscosidad/densidad en áreas polvorientas. | Fuerte protección física, apto para gas. |
| NEMA Tipo 10 | Recinto para seguridad minera: contiene explosión internamente. | Específico de la minería | No se utiliza con Rheonics sensores; más aplicable a controladores de minería de servicio pesado. | Diseñado para la minería subterránea de carbón o áreas con polvo de roca combustible. | Certificado para minería. |
3. Rheonics Soluciones: Monitoreo de procesos en línea intrínsecamente seguro
Rheonics Se especializa en tecnología innovadora de detección de fluidos. Nuestros viscosímetros en línea (SRV) y medidores de densidad y viscosidad (SRD) están diseñados para condiciones de proceso exigentes y están disponibles con certificaciones Ex globales, lo que los hace ideales para su implementación en entornos peligrosos en diversas industrias.
Ventajas Clave del Rheonics Sensores certificados Ex:
4. Rheonics Cartera de sensores con certificación Ex
4.1. Rheonics SRV – Viscosímetro en línea
El SRV Es un viscosímetro de proceso en línea robusto y confiable que proporciona mediciones de viscosidad y temperatura en tiempo real.
Principio de operación
Utiliza un resonador torsional patentado, simétricamente equilibrado. Se mide la resistencia viscosa del fluido sobre el elemento resonante, a partir de la cual se calcula la viscosidad dinámica. Un sistema integrado Pt1000 El sensor proporciona lecturas de temperatura precisas.
Características Clave:
- Medición de viscosidad continua y en tiempo real.
- Medición de temperatura integrada de alta precisión (Pt1000).
- Sin piezas móviles, sellos ni cojinetes: prácticamente no requiere mantenimiento.
- Insensible al caudal, turbulencias y vibraciones.
- Amplio rango de viscosidad.
- Compacto y fácil de instalar.
- Varias conexiones de proceso disponibles.
| Parámetro | Rango de valores | Monitoreadas |
|---|---|---|
| Rango de viscosidad | p. ej., 0.1 – 10 000+ (Consultar modelo específico) | cP |
| Rango de temperatura | p.ej., -40 a +300 (Consultar modelo específico) | ° C |
| Rango de presión | p.ej. Hasta 500 (Consultar modelo específico) | de caramelos |
| Materiales mojados | Acero inoxidable 316L, Hastelloy C22 (opciones) | - |
| Conexiones de proceso | NPT, Brida, Tri-Clamp, etc. (opciones) | - |
| Certificaciones Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia CII/IIB/IIA T6 … T1 Ga o II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx:Ex ia CII/IIB/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
- JPEx: Ex ia CII/IIB/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85 °C … 435 °C Da (certificación Ex de Japón)
- KC: Ex ia IIIC T200 85 °C…435 °C Da (Certificación de Corea para protección contra explosiones)
- Idoneidad de la zona:
- Zona 0, 1, 2 (gases, vapores)
- Zona 20, 21, 22 (polvos)
Procesamiento de alimentos
Monitoreo de viscosidad de masas, recubrimientos de confitería, consistencia de productos lácteos donde se manipulan polvos (harina, azúcar, leche en polvo).
Farmacéuticos
Procesos de granulación, recubrimiento y producción de API que involucran sustancias en polvo.
Productos químicos
Polimerización, producción de resinas, manipulación de catalizadores o aditivos en polvo.
Pinturas y Recubrimientos
Monitoreo de la viscosidad en etapas de mezcla y aplicación donde hay pigmentos y cargas.
Minería y minerales
Control de viscosidad de lodos donde se generan polvos minerales finos.
Pulpa y papel
Recubrimiento de cocinas, preparación de almidón.
4.2. Rheonics SRD – Medidor de densidad y viscosidad en línea
El SRD amplía las capacidades del SRV proporcionando medición simultánea en línea de densidad, viscosidad y temperatura.
Principio de operación
Similar a la SRV, SRD Utiliza un resonador torsional balanceado patentado. Algoritmos avanzados analizan el comportamiento del resonador en el fluido para determinar de forma independiente la densidad y la viscosidad, junto con la temperatura, a partir de un sensor integrado. Pt1000.
Características Clave:
- Medición simultánea en tiempo real de densidad, viscosidad (dinámica y cinemática) y temperatura.
- Todas las características del SRV (robustez, ausencia de piezas móviles, precisión, etc.). La única diferencia es el rango de viscosidad.
- Proporciona datos críticos para la medición de concentración, control de calidad y detección de fases.
- Amplio rango operativo para densidad y viscosidad.
| Parámetro | Rango de valores | Monitoreadas |
|---|---|---|
| Rango de densidad | p.ej., 0 – 4 (Consultar modelo específico) | g / cc |
| Rango de viscosidad | p. ej., 0.1 – 10 000+ (Consultar modelo específico) | cP |
| Rango de temperatura | p.ej., -40 a +300 (Consultar modelo específico) | ° C |
| Rango de presión | p.ej. Hasta 500 (Consultar modelo específico) | de caramelos |
| Materiales mojados | Acero inoxidable 316L, Hastelloy C22 (opciones) | - |
| Conexiones de proceso | NPT, Brida, Tri-Clamp, etc. (opciones) | - |
| Certificaciones Ex | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia CII/IIB/IIA T6 … T1 Ga o II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx:Ex ia CII/IIB/IIA T6 … T1 Ga o Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
Idoneidad de la zona:
- Zona 0, 1, 2 (gases, vapores)
- Zona 20, 21, 22 (polvos)
Procesamiento de alimentos
Reconstitución de leche en polvo, disolución de azúcar, mezcla de ingredientes donde la densidad indica concentración.
Productos químicos
Monitoreo de concentración de soluciones, puntos finales de reacción y calidad del producto donde se utilizan materias primas en polvo.
Minería y minerales
La densidad y la viscosidad de la pulpa se utilizan para optimizar el transporte y el procesamiento.
Materiales de construcción
Consistencia de la lechada de cemento, aditivos en la producción de hormigón.
Agricultura
Monitoreo de consistencia de mezcla de alimento, producción de fertilizantes.
5. Garantizar la seguridad: diseño, calidad y cumplimiento
Rheonics está dedicada a los más altos estándares de seguridad y calidad en sus productos.
6. Instalación y mantenimiento en áreas peligrosas
La instalación adecuada es crucial para mantener la seguridad y el rendimiento de los equipos con certificación Ex.
7. Servicio y soporte
Rheonics Ofrece soporte integral a sus clientes, que abarca consultas iniciales, selección de sensores, guía de instalación y servicio posventa. Nuestro equipo de expertos está disponible para responder a sus consultas sobre aplicaciones y garantizar el rendimiento óptimo de nuestros sensores en su entorno de proceso específico.
8. Acerca de Rheonics
Rheonics es líder mundial en el desarrollo y la fabricación de innovadores viscosímetros y densímetros en línea. Nuestra misión es dotar a las industrias de soluciones de detección de fluidos fiables y precisas que impulsen la eficiencia, la calidad y la seguridad. Centrados en la investigación y el desarrollo, nos esforzamos continuamente por ofrecer tecnología de vanguardia que satisfaga las necesidades cambiantes de nuestros clientes en todo el mundo.
9. Contacto Rheonics
Para más información sobre Rheonics Sensores y soluciones con certificación Ex para entornos peligrosos, contáctenos:
Rheonics GmbH
Suiza
Rheonics Inc.
USA
Renuncia de responsabilidad:
Este documento es solo para fines informativos. Consulte siempre la información oficial. Rheonics documentación del producto, certificados y manuales de instalación para obtener detalles técnicos específicos, instrucciones de seguridad y condiciones de funcionamiento aprobadas antes de instalar o usar cualquier producto. Rheonics El producto se utiliza en un entorno peligroso. El usuario es responsable del cumplimiento de todas las normativas de seguridad locales y nacionales aplicables.