Protección sobre ruedas

El reto

Este proyecto para un importante fabricante de sustancias activas no podría haberse hecho realidad sin tener en cuenta los pequeños detalles, comenzando por la instalación que se debe proteger. Dentro de la producción de material granulado, en la que se requieren grandes cantidades de disolvente, la espectroscopia Raman se utiliza para el control de procesos online. Los analizadores Raman ofrecen información muy precisa sobre la composición química en un proceso. Para ello, la luz láser con una longitud de onda determinada interactúa con moléculas y provoca una dispersión que puede identificarse. Aquí cada elemento cuenta con una huella casi única, por lo que además se puede también determinar la cantidad. Lo más interesante de este proceso es que ofrece los valores en tiempo real, por lo que es posible realizar un control online. La cuestión consistía en instalar el analizador Raman en un lugar seguro desde el punto de vista de la protección contra explosiones, ya que se trata de un dispositivo analizador de los más caros. Otro de los retos surgió en este momento: el analizador debía ser móvil, ya que se utiliza para diferentes procesos dentro de la producción.

En este caso solo teníamos dos opciones. O bien instalar el dispositivo en una zona no protegida contra explosiones y trasladar las sondas protegidas contra explosiones a las áreas potencialmente explosivas. O bien dejar el propio dispositivo también en el área potencialmente explosiva de la producción, para lo que necesitaríamos contar con la correspondiente protección contra explosiones para el analizador. El problema de la primera opción era que las sondas (fabricadas con fibra óptica muy sensible) se debían tender por una distancia de hasta 40 metros. La segunda opción consistía en integrar de forma segura el dispositivo en un armario de mando con protección Ex-p.

La envolvente presurizada está en auge

Cada vez más usuarios deciden proteger sus dispositivos con el modo de protección de envolvente presurizada. Su gran ventaja: el concepto es seguro, robusto y sencillo. Si el dispositivo instalado de forma segura en el interior (es decir, instalado según las especificaciones de la protección contra explosiones), el usuario puede cerrar las puertas tranquilamente y relajarse. Además, este modo de protección también presenta algunas ventajas en lo que se refiere a su práctico manejo. De este modo se pueden utilizar tanto envolventes especiales hechas a medida, como también envolventes estándar o Ex e grandes y pequeñas. A modo de comparación: una envolvente Ex d típica pesa 180 kilogramos y la correspondiente envolvente Ex p, solo 40 kilogramos.

R. STAHL ofrece sistemas de control y supervisión con el modo de protección de envolvente presurizada en diferentes variantes. Cuentan con una estructura uniforme y se componen siempre de controlador Ex p, controladores de presión Ex p (salidas de aire), así como válvulas de purgado Ex p con regulación digital o proporcional. En función de la fase, a través de la válvula de purgado se suministra al interior de la envolvente Ex p una determinada cantidad de gas de protección contra ignición (aire comprimido o gas inerte) y se regula hasta alcanzar una sobrepresión específica. Además, el interior también cuenta con un sistema de monitorización y regulación de temperatura para su adecuada refrigeración.

Siempre disponible

Durante la implementación del proyecto tuvimos que aclarar algunos detalles relacionados con la movilidad. El fabricante de sustancias activas necesitaba una variante móvil para que el dispositivo pudiera estar disponible en diferentes instalaciones. Para hacerlo posible se requería un bastidor móvil para el armario de mando en el que, entre otras, las ruedas debían conducir la electricidad.

Esto suponía una gran ventaja, ya que de este modo el analizador podía instalarse directamente junto a la instalación y la longitud de las sondas podía reducirse a diez metros. Para que las delicadas sondas no resultaran dañadas durante el transporte a otra instalación, instalamos una protección mecánica para las sondas enrolladas. Si no se utilizan, dichas sondas quedan guardadas así de forma segura. Lo mismo se aplica a los conductos de suministro de aire comprimido y a las líneas eléctricas, ya que estos también se almacenan de forma segura en la parte trasera mientras no se utilizan.

También existe una solución para el extremo más ancho

Normalmente, para pasar los conductos desde el interior hacia el exterior se pueden utilizar prensaestopas Ex e. No obstante, el proyecto demostró tener sus particularidades también en este sentido, ya que el extremo más ancho de las sondas no se podía pasar por el armario simplemente utilizando unos prensaestopas. Por ello, decidimos utilizar un sistema especial de sellado de cables flexible y adaptable. Esta conexión Multi Cable Transit (MCT) con IP66 es un paso de cables plegable que evita que penetren gases potencialmente explosivos. La propia envolvente cumple por lo general todos los requisitos Ex e, como protección IP y resistencia al impacto. Además, era necesario tener también en cuenta las normas GMP, por lo que la rugosidad de la superficie es menor de 0,8 µm y, para las salidas de aire, en lugar de IP65 se escogió una clase superior. Por ello, encima de las salidas se colocó adicionalmente una cubierta protectora IP66.

Para no tener que utilizar un cable de comunicación, se integraron en el armario de mando dos antenas para la conexión WLAN. De este modo los datos de análisis pueden transmitirse al sistema de control de inmediato. Además, una HMI con vidrio de seguridad en la puerta del armario de mando ofrece una vista general de los datos dando mediciones actuales para que el proceso pueda monitorizarse adecuadamente in situ. Para que todos los componentes (y no solo aquellos relacionados con la protección contra explosiones) puedan instalarse de forma segura en el armario de mando, el analizador Raman se ha girado dentro del armario.

Mantener la refrigeración

Por lo general, en el modo de protección de envolvente presurizada es necesario asegurarse de que los componentes instalados dentro de la envolvente no se calienten en exceso. Dado que muchos de estos sistemas se utilizan en zonas muy cálidas, en aproximadamente tres de cada cuatro aplicaciones Ex p se requiere climatización. Incluso aquí se pueden alcanzar temperaturas elevadas en verano, algo que supone un reto principalmente para el analizador Raman, ya que este dispositivo simplemente se desconecta si en el armario de mando se alcanzan temperaturas superiores a 35 grados. No obstante, en principio en este proyecto se prescindió de una refrigeración adicional, ya que un termostato monitoriza la temperatura en el interior del dispositivo. Si las temperaturas aumentan, la válvula de purgado se abre brevemente para dejar entrar aire frío. Si esto no fuera suficiente, el armario de mando y cuenta con dispositivos para una refrigeración Vortex adicional. Sin embargo, los responsables hubieran preferido poder prescindir también de la refrigeración Vortex, ya que lleva aparejado un cierto nivel de ruido y su funcionamiento resulta más costoso. Para poder hacerlo, se requeriría una presión de 5 bar en lugar de los 2 bar actuales.

Perspectivas

Aunque en R. STAHL ya nos habíamos enfrentado con éxito a muchos encargos poco comunes relacionados con el modo de protección de envolvente presurizada, este armario de mando hecho a medida para el sensible analizador Raman resultó algo totalmente nuevo. Además de las especificaciones de la protección contra explosiones y los requisitos particulares de una producción farmacéutica, también la compleja cadena de suministro con varios socios europeos enfrentó a los responsables del proyecto a nuevos retos. La sorpresa más grata surgió al finalizar el proyecto: los compañeros del área de fabricación de comprimidos de dicha empresa farmacéutica quedaron tan entusiasmados con el armario de mando móvil y protegido contra explosiones que encargaron la misma solución para su analizador Raman.

Tres pasos para la protección

El funcionamiento de una envolvente presurizada Ex p clásica se divide en tres pasos:

Fase de preparación: a través de la válvula de purgado se suministra aire comprimido o gases inertes a la envolvente presurizada Ex p y se genera sobrepresión. Cuando se genera dicha sobrepresión, comienza la llamada fase de purga previa, que se regula por medio del controlador Ex p.

Fase de purga previa: antes de la puesta en marcha de los equipos que se encuentran en el interior del armario de mando, se debe expulsar la mezcla potencialmente explosiva que pueda encontrarse dentro de la envolvente. Una vez alcanzada la presión interna previamente ajustada en la envolvente, se abre la válvula de purgado. A continuación se realiza un barrido con gas de protección contra ignición. Estas válvulas de salida de aire (controlador de presión) se colocan en zonas diferentes para garantizar unas condiciones de corriente controladas. Los tiempos de purga muy cortos suponen una ventaja con presiones muy reducidas (hasta 15 mbar). De este modo se pueden utilizar grosores de pared menores en el armario de mando (normalmente 2 mm). Esto permite reducir los costes. Cuando haya finalizado esta fase de purga previa, se cierra la válvula de purgado y se detiene el flujo de purga. La presión interna de la envolvente se ajusta de nuevo en el valor predefinido y la válvula de salida de aire se cierra.

Fase de funcionamiento: comienza el funcionamiento normal y la unidad de control controla y regula la presión interna de la envolvente para evitar que los gases o polvos explosivos puedan penetrar en ella. Las fugas se compensan de inmediato por medio de la válvula de purgado.