Grúa de plataforma marina: ATEX vs IECEx y Solución Técnica

Las plataformas de petróleo y gas en alta mar se encuentran entre los entornos industriales más exigentes del mundo en cuanto a protección contra explosiones para grúas. Las zonas de perforación, las áreas de procesamiento de hidrocarburos y las cabezas de pozo contienen gases combustibles como metano, propano y sulfuro de hidrógeno. Una mínima chispa en cualquier equipo eléctrico puede desencadenar una explosión catastrófica: el informe de investigación del accidente de la plataforma Piper Alpha en el Mar del Norte en 1988 (167 fallecidos) señaló explícitamente que los defectos en el diseño a prueba de explosión fueron un eslabón crítico en la cadena del siniestro. El diseño a prueba de explosión de las grúas de plataforma marina debe cumplir simultáneamente dos objetivos: evitar que los equipos eléctricos inflamen la atmósfera explosiva circundante y, en caso de fuga, garantizar la operación segura continua en situaciones de emergencia para permitir la evacuación del personal y el cierre de emergencia.

La clasificación de zonas peligrosas y la selección de equipos se basan en la serie de normas IEC 60079 y la Directiva ATEX 2014/34/EU. El diseño estructural de la propia grúa se rige por los requisitos de seguridad de la norma ISO 4301 / FEM 1.001.

ATEX vs IECEx: comparativa completa de los dos sistemas de certificación antiexplosión

ATEX (ATmosphères EXplosibles) es la directiva de protección contra explosiones de la Unión Europea (Directiva 2014/34/EU), de aplicación obligatoria en la UE y en las regiones que reconocen la Certificación CE. IECEx (IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres) es el sistema global de certificación antiexplosión de la Comisión Electrotécnica Internacional, ampliamente utilizado fuera de la UE (Asia-Pacífico, Oriente Medio, Sudamérica). Las normas técnicas de ambos sistemas (serie IEC 60079) están altamente convergidas; las diferencias principales residen en el proceso de certificación y en la supervisión del mercado.

Clasificación de Zonas Peligrosas: Zonas 0/1/2 y 20/21/22

Las plataformas marinas se clasifican en zonas peligrosas conforme a las normas IEC 60079-10-1 (gases) e IEC 60079-10-2 (polvos). En atmósferas de gas, la Zona 0 corresponde a áreas donde una atmósfera explosiva está presente de forma continua (>1000 h/año); la Zona 1, donde puede aparecer en condiciones normales de funcionamiento (10–1000 h/año); y la Zona 2, donde no es probable su presencia en funcionamiento normal o solo se manifiesta de forma breve (<10 h/año). En una plataforma marina, la zona de trabajo de la grúa suele clasificarse como Zona 1 o Zona 2: la zona del pozo y el área de perforación se consideran Zona 1 (requieren protección Ex db o Ex eb), mientras que las áreas de alojamiento y servicios comunes se clasifican como Zona 2 (donde puede emplearse protección Ex ec).

El criterio fundamental para delimitar las Zonas 1 y 2 es el análisis de dispersión de fugas (Gas Dispersion Analysis). Mediante software de dinámica de fluidos computacional (CFD), como FLACS o KFX, se simula la dispersión de gas combustible liberado desde posibles puntos de fuga (bridas, válvulas, puntos de muestreo). Combinando estos resultados con la distribución estadística de vientos y direcciones predominantes, se determina la probabilidad de presencia y la duración de la atmósfera explosiva en cada área. Las grúas de plataforma marina suelen instalarse en el borde de la plataforma (a más de 10 m de la fuente de fuga) y en barlovento; el análisis CFD permite justificar que su zona de trabajo se clasifique como Zona 2, lo que reduce sustancialmente el coste de la protección antiexplosión del equipo eléctrico (en Zona 2 se permite el uso de equipos Ex ec de seguridad aumentada, cuyo coste equivale aproximadamente al 40 %–60 % del de los equipos Ex db de Zona 1).

Protección Antiexplosión del Sistema de Control Eléctrico: Comparativa de Tres Tipos

①A prueba de llama Ex d (Flameproof) — Los componentes eléctricos se alojan en una envolvente robusta (generalmente de hierro fundido o acero fundido, con espesor de pared ≥10 mm) capaz de soportar una explosión interna sin sufrir daños. Las uniones a prueba de llama (holgura de brida <0,2 mm y anchura ≥13 mm) enfrían los gases de escape para que no puedan inflamar la atmósfera exterior. Ventajas: no requiere sistema externo de suministro de gas y su mantenimiento es sencillo. Inconvenientes: gran peso de la envolvente (la carcasa Ex d de un variador de frecuencia de 200 kW puede pesar entre 800 y 1200 kg), escasa disipación térmica (exige reducción de potencia del 30 %–50 %) y coste elevado (de 3 a 5 veces superior al de un equipo estándar). Adecuado para armarios de control pequeños y sensores.

②Seguridad aumentada Ex e (Increased Safety) — Se aplican medidas como el aumento de las distancias de aislamiento (línea de fuga ≥10 mm y distancia en el aire ≥8 mm), la mejora del grado de protección (≥IP54) y la limitación de la elevación de temperatura (10 K inferior a la de un equipo estándar) para garantizar que el equipo no genere arcos ni temperaturas peligrosas durante su funcionamiento normal. Ventajas: coste relativamente bajo (aproximadamente el 60 %–70 % del Ex d), peso reducido y buena disipación térmica. Inconvenientes: solo es aplicable a equipos que no producen arcos en funcionamiento normal (como cajas de conexiones, bloques de terminales o motores de jaula de ardilla); no puede utilizarse en variadores de frecuencia, PLC, contactores ni otros componentes con elementos de conmutación. En Zona 1 se exige nivel Ex eb (alta fiabilidad); en Zona 2 puede emplearse Ex ec.

③Presurización Ex p (Pressurized) — Se introduce de forma continua un gas protector limpio (aire comprimido o gas inerte) en un armario sellado, manteniendo una sobrepresión interna de al menos 50 Pa respecto al entorno exterior para impedir la entrada de atmósferas explosivas. El gas protector debe filtrarse (eliminación de niebla de aceite y partículas, conforme a la norma ISO 8573-1 Clase 2), secarse (punto de rocío al menos 10 °C por debajo de la temperatura ambiente) y someterse a detección de caudal. La principal ventaja del sistema Ex p es que en el interior del armario puede instalarse cualquier equipo eléctrico industrial estándar (variadores de frecuencia, PLC, HMI, relés, etc.) sin necesidad de certificación antiexplosión individual, ya que el armario completo actúa como envolvente de protección. Esta es la solución óptima para sistemas de control eléctrico de gran tamaño (potencia total >100 kW y más de 5 armarios de control). Además, el sistema Ex p ofrece una ventaja adicional en mantenimiento: cuando se requiere intervenir en el interior del armario (por ejemplo, para sustituir un módulo de potencia del variador o diagnosticar una avería en el PLC), el técnico no necesita desmontar las pesadas tapas a prueba de llama del sistema Ex d (una placa de cubierta individual puede pesar entre 50 y 80 kg y requerir 2 o 3 operarios). Basta con pulsar el modo «mantenimiento» en el HMI: el sistema ejecuta automáticamente el procedimiento estandarizado de purga, despresurización y desbloqueo de la puerta, que dura aproximadamente de 3 a 5 minutos en total; un solo operario puede abrir la puerta en menos de 30 segundos. Esta característica resulta especialmente valiosa en entornos marinos de alta salinidad y humedad, donde las superficies de unión a prueba de llama del sistema Ex d, una vez expuestas al aire, deben volver a ensamblarse en un máximo de 30 minutos; de lo contrario, la acumulación de salitre podría comprometer la holgura de la unión. El sistema Ex p multiplica la eficiencia y la seguridad de las operaciones de mantenimiento.

Criterios de Diseño del Sistema de Presurización Ex p

El núcleo del diseño de un sistema de presurización Ex p reside en garantizar la «lógica de seguridad en cinco fases»: ①Fase de purga previa: antes de la energización del equipo eléctrico, se introduce gas protector en el armario a un caudal ≥5 veces el volumen del armario (la duración se calcula dividiendo el volumen total del armario entre el caudal de purga, con un mínimo de 5 renovaciones de aire), diluyendo cualquier gas combustible residual hasta un nivel inferior al 25 % del LEL (límite inferior de explosividad). El caudal y la presión de purga se monitorizan mediante un medidor de caudal de placa de orificio y un transmisor de presión diferencial, con los datos integrados en un PLC de seguridad. ②Fase de presurización: una vez completada la purga, se regula la válvula de admisión para reducir el caudal hasta el nivel de mantenimiento (aproximadamente 1 o 2 veces la tasa de fuga del armario), manteniendo la presión interna en un rango de 50 a 200 Pa. ③Fase de funcionamiento normal: el transmisor de presión diferencial supervisa continuamente la diferencia entre la presión interna y la externa. Si desciende por debajo de 25 Pa, se activa una alarma (indicando que se debe revisar el sellado de la puerta o el circuito de suministro de gas); si cae por debajo de 10 Pa, se desconecta automáticamente la alimentación principal del armario tras un retardo de 3 segundos, constituyendo la última barrera de seguridad antiexplosión. ④Protección contra sobrepresión: en la parte superior del armario se instala una válvula de alivio de presión a prueba de explosión (calibrada a 300–500 Pa) para evitar que un fallo en el sistema de suministro de gas dañe las juntas de sellado por sobrepresión. ⑤Parada de emergencia: cuando se activa el sistema ESD (Emergency Shut Down) de la plataforma, el controlador Ex p recibe la señal de contacto seco, desconecta inmediatamente la alimentación del armario y cierra la válvula solenoide de admisión, aislando el interior del armario de la atmósfera explosiva exterior.

Cables y conexiones: el eslabón más descuidado en la cadena antiexplosiva

En el diseño antiexplosivo de las grúas de plataforma marina, la selección del cable y el método de conexión suelen pasarse por alto. Sin embargo, las estadísticas indican que aproximadamente el 35% de los fallos en la protección antiexplosiva se originan por una instalación incorrecta del dispositivo de entrada de cable (prensaestopas). Todos los cables que acceden a un armario Ex d o Ex e deben pasar por dispositivos de entrada de cable certificados (Ex d debe cumplir con los requisitos de unión antideflagrante de EN 60079-1; Ex e debe cumplir con los requisitos de sellado de EN 60079-7). La tolerancia entre el diámetro exterior del cable y el diámetro interior del anillo de sellado del dispositivo de entrada debe ser compatible (si está demasiado holgado, no sella; si está demasiado apretado, daña la funda del cable). La capa de armadura de los cables blindados debe conectarse a tierra de forma fiable en el punto de entrada (Resistencia de puesta a tierra <4Ω). Para cables no blindados que entran en un armario Ex d, se debe mantener una longitud antideflagrante de al menos 3m (longitud del cable antes de los terminales de conexión dentro del armario Ex d).

Todo el cableado debe ser de tipo marino, retardante de llama, libre de halógenos y de baja emisión de humos (FR-LSZH, según Norma IEC 60092-359), con un Voltaje nominal de 0,6/1kV, temperatura de trabajo de -40°C a +90°C, y debe superar el Ensayo de combustión en haz según IEC 60332-3-22. Para los cables entre el Variador de Frecuencia y el Motor, se debe utilizar una estructura de blindaje simétrico (configuración 3+3, cobertura del blindaje ≥85%) para suprimir la radiación Electromagnética de los armónicos de alta frecuencia y evitar interferencias con los sistemas de comunicación de la plataforma.

Además, es crucial distinguir entre la Certificación de Componentes y la Certificación de Sistema para equipos antiexplosivos. Una grúa, como sistema que integra decenas de componentes Eléctrica antiexplosiva (Motores, Variadores de Frecuencia, Sensores, cajas de conexión, iluminación, alarmas), no puede considerarse segura únicamente porque cada componente posea un certificado ATEX/IECEx. El inspector de la sociedad de clasificación exigirá una Declaración de Conformidad del sistema completo emitida por un organismo certificador, que demuestre que la interconexión entre los componentes (Cables, dispositivos de entrada, Conexión Equipotencial (Trenza Cobre≥25mm²)) también cumple con los requisitos antiexplosivos.

Preguntas frecuentes sobre grúas antiexplosivas

Kelude ofrece el diseño de soluciones con doble Certificación ATEX/IECEx para sistemas de grúa de plataforma marina a prueba de explosión, que abarca la delimitación de Zonas peligrosas, la selección del tipo de protección contra explosión y el Proyecto Llave en Mano del sistema de presurización por ventilación. Para más detalles sobre la Solución Técnica, contacte con el equipo de ingeniería.