Válvulas Solenoides Para Aplicaciones Peligrosas

Las válvulas solenoides son vitales para controlar el flujo de fluidos en entornos peligrosos como el procesamiento químico, la extracción de petróleo y gas, la minería y los servicios de fluidos inflamables. Estas aplicaciones, que a menudo contienen gases inflamables, vapores nocivos, fluidos corrosivos y polvos combustibles, presentan riesgos significativos debido a las propiedades físicas y químicas de los fluidos, así como a las presiones y temperaturas de operación. Las válvulas solenoides para estas áreas incorporan características de seguridad críticas para prevenir explosiones o fugas de medios mientras permiten un control de flujo preciso y automatizado. Las aplicaciones clave de las válvulas solenoides para ubicaciones peligrosas son:

• Regular el flujo de fluidos en sistemas de distribución de gas natural
• Gestionar el flujo de fluidos en plantas de procesamiento químico, incluyendo la mezcla y transferencia de productos químicos peligrosos
• Controlar líquidos volátiles en refinerías, instalaciones petroquímicas y tanques de almacenamiento de hidrocarburos
• Dosificación química en plantas de tratamiento de aguas residuales
• Control de flujo de polvos en operaciones mineras y silos de almacenamiento de granos

Tabla de contenidos

• Clasificaciones de ubicaciones peligrosas
• Problemas de las válvulas solenoides en ubicaciones peligrosas
• Factores de diseño
• Cómo mejorar la vida útil de las válvulas solenoides en áreas peligrosas

Clasificaciones de ubicaciones peligrosas

Las ubicaciones peligrosas son áreas donde existen riesgos de incendio o explosión debido a gases inflamables, vapores, líquidos, polvos o fibras. Diferentes industrias tienen estándares y regulaciones específicas, por lo que es crucial entender estas pautas para asegurar que el equipo de proceso y las válvulas seleccionadas proporcionen un control de fluidos adecuado y se ajusten a las clasificaciones de peligro. Por ejemplo, una válvula solenoide diseñada para polvo combustible puede no ser adecuada para controlar vapores peligrosos. La Tabla 1 explica las principales clasificaciones de ubicaciones peligrosas. Lea nuestro artículo sobre etiquetado ATEX para obtener más información sobre la selección y uso seguro de equipos en entornos potencialmente explosivos

Tabla 1: Clasificaciones de ubicaciones peligrosas para válvulas solenoides

Categoría	Tipo	Descripción	Ejemplos
Clases	Clase I	Ubicaciones con gases o vapores inflamables	Refinerías, plantas de gas
	Clase II	Ubicaciones con polvo explosivo o inflamable	Elevadores de granos, molinos de harina
	Clase III	Ubicaciones con fibras inflamables	Fábricas textiles, procesamiento de madera
Divisiones	División 1	Se espera el peligro	Ambiente de hidrógeno
	División 2	El peligro es inesperado	Tambor de almacenamiento con fugas
Grupos	Grupo A	Acetileno	-
	Grupo B	Hidrógeno	-
	Grupo C	Etileno	-
	Grupo D	Propano	-
	Grupo E	Polvos metálicos	-
	Grupo F	Polvos de carbón	-
	Grupo G	Polvos de granos	-

Problemas de las válvulas solenoides en ubicaciones peligrosas

• Arcos y chispas: Las válvulas solenoides pueden producir arcos y chispas durante su funcionamiento normal, lo que puede encender atmósferas inflamables. Esto es particularmente crítico en ubicaciones peligrosas donde hay presencia de gases, vapores o polvo.
• Altas temperaturas: La bobina de una válvula solenoide puede alcanzar altas temperaturas. Si estas temperaturas superan el punto de ignición del material peligroso circundante, puede causar una explosión. El Código Eléctrico Nacional (NEC) exige un marcado especial para las válvulas solenoides con temperaturas de carcasa de bobina superiores a 100°C (212°F).
• Fallo del equipo eléctrico: Fallos como quemaduras o cortocircuitos en la bobina del solenoide también pueden provocar la ignición. Las normas de diseño para equipos en ubicaciones peligrosas abordan estos posibles fallos para prevenir explosiones.

Factores de diseño

• Ubicaciones de Clase I (Gases/Vapores):
  • Resistencia: La válvula solenoide debe ser lo suficientemente robusta para contener una explosión interna. Estas válvulas cuentan con carcasas a prueba de explosiones para la bobina y los componentes eléctricos, carcasas selladas o mecanismos de ventilación especiales para mayor seguridad. Las paredes del cuerpo de la válvula deben ser gruesas para soportar la presión interna.
  • Carcasa a prueba de explosiones: La carcasa de la bobina debe ser a prueba de explosiones para evitar que los gases o vapores se enciendan si entran en la carcasa.
  • Control de temperatura: La bobina de la válvula solenoide debe funcionar a una temperatura inferior a la temperatura de ignición de la atmósfera circundante.
  • Vías de llama: En algunos diseños, debe haber una forma de que los gases en combustión escapen de la carcasa después de enfriarse para evitar la ignición de la atmósfera externa. Esto se puede lograr a través de una vía de llama de superficie a tierra, donde superficies precisamente rectificadas y acopladas permiten que los gases escapen solo después de enfriarse, o a través de una vía de llama roscada, donde los gases viajan a través de juntas roscadas, enfriándose a medida que escapan.
• Ubicaciones de Clase II (Polvo):
  • Sellado contra polvo: La carcasa del solenoide debe evitar la entrada de polvo para evitar explosiones internas.
  • Temperatura superficial: La temperatura de la superficie de la carcasa debe estar por debajo de la temperatura de ignición del polvo.
  • Manta de polvo: El diseño debe tener en cuenta la acumulación de polvo en la válvula, lo que puede hacer que se sobrecaliente y encienda la atmósfera circundante.
• Ubicaciones de Clase III (Fibras/Partículas volantes):
  • Prevención de fibras y partículas volantes: La carcasa debe minimizar la entrada de fibras y partículas volantes y evitar la salida de chispas o partículas calientes.
  • Control de temperatura: La válvula solenoide debe funcionar a una temperatura que evite la ignición de las fibras acumuladas.
  • Idoneidad para múltiples clases: Algunas válvulas solenoides están diseñadas para cumplir con los requisitos de múltiples clases. Por ejemplo, una válvula solenoide de Clase I que puede contener una explosión también debe evitar la entrada de polvo para ser adecuada para la Clase II. Las tolerancias estrechas requeridas para las vías de llama en las válvulas de Clase I también pueden mantener el polvo fuera, eliminando la necesidad de juntas adicionales.

Otras consideraciones

• Consideraciones eléctricas: Los circuitos eléctricos están diseñados para ser intrínsecamente seguros, utilizando barreras o aisladores certificados para limitar la energía a niveles no inflamables, incluso en caso de fallo. Un diseño cuidadoso minimiza la energía eléctrica dentro de la válvula, reduciendo el riesgo de chispas, y aborda posibles fallos como quemaduras o cortocircuitos para prevenir explosiones.
• Materiales de alta calidad: Las válvulas solenoides industriales de alta calidad cuentan con cuerpos de válvula resistentes a la corrosión y componentes internos fabricados con materiales como Hastelloy, Inconel o revestimientos de PTFE. Las carcasas externas robustas de acero inoxidable, plástico o latón protegen contra daños ambientales. Los sellos y juntas fabricados con Viton, EPDM o Kalrez previenen fugas y aseguran la integridad de la válvula, siendo compatibles con productos químicos y temperaturas específicas en entornos peligrosos.
• Clasificaciones de temperatura y presión: Las válvulas solenoides deben funcionar de manera confiable dentro de un rango de temperatura especificado, utilizando bobinas térmicamente aisladas y materiales resistentes a la temperatura para prevenir la degradación. Están diseñadas para soportar altas presiones, incluyendo un margen de seguridad, y se prueban bajo picos de presión y fluctuaciones del mundo real. La bobina de la válvula solenoide debe funcionar por debajo de la temperatura de ignición de la atmósfera circundante para prevenir explosiones. Si las temperaturas de la bobina superan el punto de ignición de los materiales peligrosos, puede causar una explosión.
• Mecanismos a prueba de fallos: Estas válvulas están diseñadas con mecanismos a prueba de fallos, como retorno por resorte o configuraciones de doble bobina, para volver a una posición segura (abierta o cerrada) en caso de fallo de energía o avería. Los componentes eléctricos están blindados para prevenir interferencias electromagnéticas (EMI) que podrían causar un mal funcionamiento.
• Diagnóstico y accionamiento manual auxiliar: Las válvulas solenoides avanzadas pueden incluir bobinas redundantes o sensores para mejorar la fiabilidad. Los diagnósticos incorporados pueden monitorear la salud de la válvula y proporcionar una advertencia temprana de posibles problemas, reduciendo el riesgo de fallos inesperados. Un mecanismo de accionamiento manual auxiliar permite la operación manual de la válvula en caso de fallo eléctrico, diseñado para asegurar que no comprometa la integridad a prueba de explosiones de la válvula.
• Cumplimiento de normas: La válvula debe cumplir con los estándares y certificaciones de la industria para entornos peligrosos, como UL, CE, ATEX, CSA, IECEx, NEMA, y clasificaciones IP.

Cómo mejorar la vida útil de las válvulas solenoides en áreas peligrosas

Para extender la vida útil de las válvulas solenoides en aplicaciones peligrosas, se pueden implementar varias medidas:

• Mejorar los acabados superficiales para prevenir la acumulación de residuos y el desgaste.
• Utilizar acabados superficiales adicionales y tratamientos de materiales para mejorar la resistencia a la corrosión.
• Realizar pruebas rigurosas de compatibilidad y seguridad.
• Realizar inspecciones y mantenimiento regulares para eliminar residuos, identificar sellos desgastados y reemplazar válvulas dañadas.