Examen Final: 13 de diciembre de 2018 - Aula 317 de postgrado - 6.00 a 8.00 p.m. En el examen usted tendrá acceso a internet, por lo cual se le recomienda que traiga su laptop, tablet, celular, etc. Se recomienda también que cuente con una calculadora que sepa manejar adecuadamente.
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El presente curso es una guía teórica al cuerpo de conocimientos para el diseño eléctrico en lo que se conoce como “áreas o lugares clasificados de alto riesgo”, enfocándose a los riesgos relacionados a explosiones e incendios que puedan tener un origen de tipo eléctrico. Se estudiarán los sistemas eléctricos en industrias con manejo de materiales inflamables y/o combustibles, los modelos de protección contra explosiones, la clasificación de los lugares según la normativa americana (NFPA), así como europea (IEC), la clasificación de los ambientes (elementos ignitables) según MIC y MESG, clasificación de gases inflamables por grupo y temperatura, principios de la ignición, fundamentos de las explosiones, métodos de protección contra elementos eléctricos generadores de explosiones y los requerimientos de alambrado, canalización y equipamiento, basado en el conocimiento técnico-científico adquirido para los sistemas eléctricos industriales y su comportamiento en las diversas áreas clasificadas, así como las diversas posibilidades existentes en las cuales, a partir de estos sistemas, se pueden ocasionar daños al ser humano y a la propiedad. Se analizan en éste curso los principales puntos de falla que pueden tener las instalaciones eléctricas en áreas de riesgo de explosión, para que por medio de diseño prescriptivo o modelado basado en desempeño, puedan ser tomadas en cuenta a la hora de desarrollar este tipo de diseños eléctricos tan especiales.
II. Justificación
La incursión de nuestro país en grandes proyectos de tipo industrial con las características de áreas de alto riesgo de explosión; que utilizan sistemas eléctricos de potencia complejos, así como maquinaria industrial electromecánica de alta potencia y riesgo, ha traído consigo la necesidad de tener especialistas en temas de diseño eléctrico industrial de alto riesgo. La Universidad Tecnológica de Panamá, ante esta demanda oferta el presente curso a nivel de maestría y doctorado en ingeniería, con especialidad eléctrica en el área de potencia, y líneas de investigación en seguridad eléctrica, para brindar la formación académica pertinente al más alto nivel en el tema.
3.1. Objetivo General
Este curso tiene como finalidad identificar, describir, integrar, modelar y aplicar aquellos conocimientos que se requieren, y que deben considerarse para el adecuado diseño eléctrico en lugares clasificados de alto riesgo de explosión, utilizando información actual y real, analizada bajo un criterio de conocimientos científicos de ingeniería.
3.2. Objetivos Específicos
De manera específica, se pretende con éste curso que el estudiante:
- Domine los conceptos, terminología y técnicas generales dentro de la ingeniería de seguridad eléctrica.
- Obtenga conocimientos de diseño y modelado de sistemas eléctricos en instalaciones industriales de alto riesgo.
- Domine los fundamentos de la fiabilidad y seguridad industrial eléctrica, en caso de explosiones.
- Pueda realizar análisis de impactos externos de los procesos industriales, para la determinación de riesgos de explosión.
- Pueda realizar modelado de inflamabilidad para diferentes mezclas combustibles existentes en las áreas de alto riesgo.
- Conozca las aplicaciones, usos, normas y necesidades de mantenimiento de los diversos tipos y configuraciones de cableados de potencia eléctrica que son aplicables en áreas de alto riesgo.
- Conozca las consideraciones que hay que tener para la instalación de equipos de potencia, equipo electrónico e interruptores de circuito en áreas de alto riesgo de explosión.
- Obtenga conocimientos acerca de las características de los sistemas de tierra y otros sistemas especializados requeridos en áreas de alto riesgo de explosión.
- Conozca las consideraciones de diseño e instalación del alumbrado general, receptáculos y otros dispositivos finales en áreas de alto riesgo.
- Identifique los requerimientos de seguridad adecuados en la operación de equipamiento y sistemas eléctricos de potencia, en áreas de alto riesgo.
- Identifique y modele los diferentes tipos de explosiones que pueden darse en los lugares clasificados de alto riesgo.
- Identifique la aplicación de normativas internacionales que conforman los estándares de aplicación en temas de diseño de sistemas eléctricos industriales en lugares clasificados de alto riesgo, entre ellas, las dadas por NFPA, IEEE, BS, UNE, CEC, ATEX e IEC
1. Conceptos fundamentales en lugares clasificados de alto riesgo. (1ra – 3ra semanas)
i. Definición del lugar de alto riesgo.
ii. Conceptos necesarios para lugares de alto riesgo.
a) Ignición
b) Explosión
c) A prueba de ignición
d) A prueba de explosión
e) Sellado hermético
f) Componente no incendiario e incendiario
g) Inflamabilidad
h) Triángulo de fuego
i) Tetraedro de fuego
iii. Condiciones de la ignición
a) Condiciones generales
b) Condiciones especiales
iv. Tipos de ignición
a) De acuerdo a la existencia de un elemento ignitor piloto
b) De acuerdo al estado físico del combustible a ignitar
a. Ignición de mezclas gaseosas
b. Ignición con combustibles líquidos
c. Ignición con combustibles sólidos
v. Modelado de los límites de inflamabilidad
a) Cálculo del LFL
b) Cálculo del UFL
c) Dependencia de los límites de inflamabilidad con la temperatura
d) Dependencia de los límites de inflamabilidad con la presión
e) Modelos de límites de inflamabilidad con más de un combustible
f) Diagramas de inflamabilidad
vi. Temperaturas de inflamación (flashpoint), fuego (firepoint) y autoignición.
vii. Clasificación de líquidos combustibles e inflamables.
viii. Energía de ignición
ix. Retraso o latencia de la ignición
x. Estática
xi. Formas de obtención de energía de ignición a partir de ignición a partir de los sistemas eléctricos
a) Arco
b) Termoconducción
c) Radiación electromagnética intensa no ionizante
d) Radiación ionizante
xii. Principios de control contra igniciones de tipo eléctrico
a) Confinamiento de explosión
b) Limitación de la energía
c) Aislamiento del riesgo
2. Clasificación de lugares de alto riesgo. (4ta semana)
i. Clasificación de la NFPA
a) Clase
b) División
c) Grupo
d) Clasificación de temperatura
ii. Clasificación de la IEC
a) Tipo de riesgo – Grupo y subdivisión
b) Temperatura de autoignición – T Rating
c) Probabilidad del riesgo – Zona
iii. Identificación de equipamiento eléctrico clasificado según NFPA
iv. Identificación de equipamiento eléctrico clasificado según IEC
3. Requerimientos de diseño e instalación de sistemas eléctricos en lugares clasificados de alto riesgo de explosión (5ta y 6ma semanas)
i. Bajo el principio de confinamiento de la explosión
a) Cajas eléctricas NEMA para lugares de alto riesgo
a. Cajas a prueba de explosión
b. Cajas a prueba de ignición de polvos
b) Cajas eléctricas IP para lugares de alto riesgo
c) Canalizaciones y sellado de cables
a. Canalizaciones
b. Cableado de potencia
c. Cableado de control
d. Cableado flexible
e. Accesorios
ii. Bajo el principio de limitar la energía
a) Equipamiento intrínsecamente seguro
b) Equipamiento neumático
c) Equipamiento de fibra óptica
iii. Bajo el principio de aislamiento del riesgo
a) Presurización de equipamiento eléctrico
b) Purga de equipamiento eléctrico con gas inerte
c) Inmersión en aceite
d) Sellado hermético
e) Encapsulado
f) Sello con gaskets (restricted breathing)
iv. Análisis de ventajas y desventajas del uso de las diferentes técnicas para el diseño de instalaciones eléctricas en lugares clasificados de alto riesgo.
4. Modelado de fiabilidad de elementos en instalaciones industriales con componentes eléctricos y/o electromecánicos con riesgo explosivo (7ma y 8va semana)
i. Modelos de distribución de fallos
a) Distribución binomial
b) Distribución de Poisson
c) Distribución Exponencial
d) Distribución de Weibull
e) Distribución Log-Normal
ii. Análisis de riesgos
a) Estudios de riesgo de operatividad
b) Análisis HazOp
c) Análisis FMEA (plantas nucleares)
d) Análisis de Pareto
e) Análisis de Markov
f) Análisis de árbol de Fallos (FTA)
g) Análisis por árbol de sucesos (ETA)
5. Criterios para switchboards, switchgears y subestaciones. (9na semana)
i. Fundamentos de las subestaciones en industrias
a) Aisladores y aislantes
b) Conductores
c) Air-Disconnecting Switches (desconectadores en aire)
ii. Switchboards y switchgears
iii. Interruptores de circuito
a) Breaker (rompe-arco) de aire
b) Breaker (rompe-arco) de vacío
c) Breaker (rompe-arco) de aceite
d) Breaker (rompe-arco) de SF6
e) Switch-interruptor
f) Fusibles
g) Breaker termomagnético
iv. Otros elementos
a) Capacitores
b) Supresores de sobretensión
c) Baterías y cargadores
d) Transformadores de instrumentación y auxiliares
e) Sensores de alarma
f) Relees, medidores e instrumentos
g) Enclavamientos (interlocks) y dispositivos de seguridad
h) Aterrizaje del equipo
i) Detectores de tierra
j) Protectores de red
6. Transformadores de potencia. (9na semana)
i. Transformadores inmersos en líquido
a) Pruebas y análisis
ii. Transformadores secos
a) Pruebas y análisis
7. Cableado de potencia en instalaciones de alto riesgo. (10va - 12va semana)
i. Modos de falla de conductores eléctricos de potencia
a) Ruptura dieléctrica
b) Termoconducción
c) Modelos de falla por arco
d) Modelado por termoconducción
ii. Impacto de las condiciones de instalación
a) Instalaciones al aire libre
b) Instalaciones en conduits
c) Instalaciones soterradas
iii. Tipos de arreglos de elementos porta conductores
a) Canalizaciones
b) Bandejas portacables
c) Ductos portacables
iv. Accesorios requeridos en instalaciones de alto riesgo
v. Pruebas de los conductores
a) Aislamiento
b) Inductancia
c) Disipación
d) Ciclo de vida
8. Consideraciones para el Equipo Electrónico. (13va semana)
9. Consideraciones para el alumbrado general. (13va semana)
10. Consideraciones de los dispositivos finales y receptáculos. (13va semana)
11. Explosiones (14va - 15va semana)
i. Tipos de explosiones
a) Detonaciones
b) Deflagraciones
c) De vapores confinados
d) De nube de vapor no confinado (VCEs)
e) Por fallas de recipiente
f) Por ignición de polvos combustibles
g) Flashover
h) Backdraft
i) BLEVEs
ii. Modelos de estimación de explosiones de nubes de vapor
a) Modelo de propagación de onda explosiva
b) Método del TNT equivalente
c) Método multienergía
d) Otros modelos
iii. Modelado de BLEVEs
a) Condiciones de existencia
b) Modelado de efectos
c) Métodos de prevención
iv. Aplicación del modelado y caracterización de explosiones a los sistemas eléctricos industriales de alto riesgo.
12. Requerimientos de seguridad y fiabilidad en la operación del equipamiento y sistemas eléctricos de potencia, en áreas de alto riesgo. (15va semana)
Componente
Proyecto/Artículo
Tareas y trabajos
Examen Final
Porcentaje
40
20
40
VI. Recursos tecnológicos disponibles
Al tener este curso un espectro tan amplio de posibilidades y aplicaciones, no podemos ceñirnos simplemente a su desarrollo en horas de contacto; el mismo requerirá de aportaciones originales de los estudiantes por medio del desarrollo de proyectos e investigación, para los cuales se requerirá comunicación continua con su profesor. Se utilizará la dirección del sitio web del profesor, la plataforma Moodle de la UTP, un sitio de carga de mega-archivos (www.wetransfer.com) para la transferencia de información de mayor peso; páginas de descarga de información, libros y revistas virtuales; folletos en físico, revistas indexadas y técnicas y libros en físico. En horas-clase presenciales estarán disponibles equipo de data show y tablero blanco con marcadores para la facilidad de la exposición tanto de su profesor como de los estudiantes en el momento que sea requerido.
VII. El Facilitador
Postdoctorado en programa de radiación y disipaciones energéticas en la Universidad de Texas en Austin. Doctorado en Ingeniería, especialidad en modelado de incendios eléctricos, por la Universidad Politécnica de Catalunya (BARCELONATECH), España; con tesis e investigación loada en especial reconocimiento por su aportación al modelado matemático de los incendios eléctricos. DEA (diploma de estudios avanzados de investigación) en el Programa de Ingeniería de Proyectos, Medio Ambiente, Seguridad, Calidad y Comunicación, por la Universidad Politécnica de Catalunya (BARCELONATECH). Especialista Certificado en Protección Contra Incendios (CFPS) por la NFPA de Estados Unidos, miembro del International Association of Arson Investigators (IAAI) de Estados Unidos, miembro del National Fire Protection Association (NFPA) de Estados Unidos, miembro del Sistema Nacional de Investigación (SNI) de SENACYT; Ingeniero Electromecánico por la UTP. El facilitador cuenta con amplia experiencia en el modelado, diseño, gestión, dirección y técnicas de instalación de sistemas eléctricos y mecánicos para edificaciones de tipo industrial. Ostenta múltiples especialidades técnicas de parte de diversas instituciones, organizaciones y universidades extranjeras, públicas y privadas. Tiene varias publicaciones en revistas científicas e indexadas de alto impacto, así como también en medios de prensa sociales. Consultor de ingeniería de varias compañías de diseño e instalación. Profesor de pregrado y postgrado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica de Panamá.
VIII Referencias Bibliográficas
Ang, A.H.S.; Tang, W.H. (1984). Probability Concepts in Engineering Planning and Design; Volume II – Decisions, Risk and Reliability, John Wiley & Sons Inc., New York.
ANSI C2, National Electrical Safety Code, Part I, Rules for the Installation and Maintenance of Electric Supply Stations and Equipment, 1993
ANSI C84.1-1995, Electric Power Systems and Equipment-Voltage Ratings (60 Hertz)
ANSI/IEEE 43 (R.1991), Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery.
ANSI/IEEE 62, Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus—Part 1: Oil Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors, 1995.
ANSI/IEEE 141, Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants (Red Book)
ANSI/IEEE 142, Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems (Green Book)
ANSI/IEEE 242 (Reaff. 1991), Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (Buff Book)
ANSI/IEEE 399, Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis (Brown Book)
ANSI/IEEE 493, Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems (Gold Book)
ANSI/IEEE 519, Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, 1992.
ANSI/IEEE C57.104, Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers, 1991.
ANSI/IEEE 1100, Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment (Emerald Book)
ANSI/IEEE C57.110 (Reaff. 1993), Recommended Practice for Establishing Transformer Capability When Supplying Nonsinusoidal Load Currents, 1986
ANSI/IEEE C37.13, Standard for Low-Voltage AC Power Circuit Breakers Used in Enclosures, 1990.
ANSI Z244.1, Personnel Protection — Lockout/Tagout of Energy Sources — Minimum Safety Requirements, 1982.
ASTM D 924, Standard Test Method for Dissipation Factor (or Power Factor) and Relative Permittivity (Dielectric Constant) of Electrical Insulating Liquids, 1992.
ASTM D 3284 REV A, Test Methods for Combustible Gases in the Gas Space of Electrical Apparatus in the Field, 1990.
ASTM D 3612, Standard Test Method for Analysis of Gases Dissolved in Electrical Insulating Oil by Gas Chromatography, 1993.
Canadian Electrical Code 1998, Canadian Standard, Etobikoke, ON, Canada, 18 edition.
ECKHOFF, R.K. Dust Explosions in the Process Industries. Butterworth – Heinemann. 1991.
FACEL (2010), “Clasificación Temática de las Normas UNE en Vigor”, Asociación Española de Fabricantes de Cables y Conductores Eléctricos y de Fibra Optica,
[en línea],
http://www.facel.es/docs/PF-01+02%20UNE%20BT%20y%20MT%20Rev%202010-03-31.pdf
Hickey, R.B. (2002), Electrical Construction Databook, McGraw Hill, 2da edición, internacional.
IEC 204-1, Electrical equipment of industrial machines.
IEC 60079-0 a 18, Material eléctrico para atmosferas de gas explosivas. Parte 0: Requisitos generales.
IEC 60079-14, Material eléctrico para atmosferas de gas explosivas. Parte 14: Instalaciones eléctricas en emplazamientos peligrosos.
IEC 60529, Grados de protección proporcionados para las envolventes.
IEC 61241-14, Material eléctrico para uso en presencia de polvo inflamable.
IEEE 27, Standard for Switchgear Assemblies including Metal-Enclosed Bus, 1987.
LONDICHE, H., GUILLEMET, R. "Comparison of three protective devices for BLEVE prevention". Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries, vol. 1, pp. 551-564. 1991.
McPartland J, McPartland B. Handbook of Practical Electrical Design, 2da edición, U.S.A., McGraw-Hill, 1995
Milatovich, R. M.(2008); “Electrical Systems and Appliances”, Fire Protection Handbook, 20th Edition, Quincy Massachusets, National Fire Protection Association, p.8-127 8-173.
Ministerio de Ciencia y Tecnología, Guia BT Anexo 2: Guía Técnica de Aplicación –Anexo – Cálculo de las Caídas de Tensión, Revisión 1, España, sep. 2003
NEMA AB 1-86, Molded Case Circuit Breakers and Molded Case Switches; 1993.
NEMA AB 4, Guidelines for Inspection and Preventive Maintenance of Molded-Case Circuit Breakers Used in Commercial and Industrial Applications, 1996.
NEMA SG 3, Power Switching Equipment, 1995.
NEMA 250, Enclosures for Electrical Equipment.
National Fire Protection Association; NFPA 68, Explosion Protection by Deflagration Venting (2008).
National Fire Protection Association; NFPA 69, Standard on Explosion Prevention Systems (2007).
National Fire Protection Association; NFPA 70, National Electrical Code (2008).
National Fire Protection Association; NFPA-70E, Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces.
National Fire Protection Association; NFPA-77, Recommended Practice on Static Electricity.
NFPA 499, “Recommended Practice for the Classification of Combustible Dusts and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas,” National Fire Protection Association, 2008.
NFPA 654, “Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids,” National Fire Protection Association, 2006.
SATYANARAYANA, K.; BORAH, M.; RAO, P. G. "Prediction of thermal hazards from fireballs". J. Loss Prev. Process Ind., vol. 4, pp. 344-347. 1991.
Stein B, Reynolds J. (2005); Mechanical and Electrical Equipment for Buildings, Wiley, 10th edition.
UL Publication 698, Standard for Industrial Control Equipment for Use in Hazardous Locations.
UL 913, “Standard for Safety, Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II, and III, Division 1, Hazardous (Classified) Locations,” Underwriters Laboratories, 1997.
UL 1203, Explosionproof and Dust-Ignitionproof Electrical Equipment for Hazardous (Classified) Locations, Underwriters Laboratories, 1994.
Van den BERG, A.C.; LANNOY, A. "Methods for vapour cloud explosion blast modelling". Journal of Hazardous Materials, 34, pp. 151-171. 1993.
¿DONDE PUBLICAR?
https://www.revistacomunicar.com/pdf/revistasJCR.pdf
https://www.researchgate.net/publication/320410854_Scopus_indexed_journals_updated_list_2018
https://www.scimagojr.com/
¿DONDE BUSCAR ESTADO DEL ARTE?
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CONSULTA RECURRENTE:
https://webbook.nist.gov/chemistry/
https://www.symmetrymagazine.org/standard-model/
https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/53/jresv53n1p49_A1b.pdf
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