Estándares internacionales
Una no tan breve historia de estándares internacionales NEC, ATEX e IECEx
Introduccion: una situacion complicada
No puedo imaginar una tarea mas desagradable para un ingeniero de aplicaciones en automatizacion de proceso, especialmente aquellos trabajando en America Central y Sudamerica, que tratar de armonizar las certificaciones requeridas por un dispositivo que deba ser instalado en un area clasificada (para los fines de este articulo, un “area clasificada” se entiende como un area que puede contener una atmosfera potencialmente explosiva).
Este desagrado tiene su origen en el hecho de que las regulaciones nacionales de muchos de estos paises suelen admitir el uso de los estandares NEC o IECEx simultaneamente.
Puesto que la eleccion del estandar se deja al usuario final, el cual habitualmente es una empresa internacional, una empresa con sede en los Estados Unidos generalmente seguira el codigo NEC, mientras que otra con base en cualquier otro pais preferira el uso de los estandares IECEx.
Figura 1.
En consecuencia, los profesionales que trabajan en la automatizacion de proceso deben estar fa- miliarizados en ambos estandares, y en muchos casos los resultados no son los deseados: plan- tas de proceso de una misma empresa pueden usar distintos estandares dependiendo de su ubicacion, otras plantas pueden usar distintos estandares en diferentes sectores, el personal de mantenimiento debe ser entrenado para prestar servicio en instalaciones realizadas siguiendo los procedimientos descritos en el Codigo NEC o en los estandares IECEx, y en muchos casos el en- trenamiento correspondiente no se realiza de la manera adecuada.
Y existe un problema adicional, quizas mas in- quietante: a veces, las personas que realizan las auditorias de areas clasificadas son competentes en el codigo NEC (los mas antiguos, por lo gene- ral) o en los estandares IECEx (los mas jovenes), pero raramente en ambos. La idea de que una auditoria sea realizada por una persona que no esta familiarizada con el estandar que se esta uti- lizando seguramente le quitaria a uno el sueno, si estuviera involucrado.
Figura 2. Primera edicion del codigo NEC, de 1897
El resultado obvio de este conjunto de factores es generar confusion, una inadecuada comprension de los metodos empleados para trabajar en areas clasificadas y una mayor probabilidad de eventos explosivos debidos, ya sea a la falta de entrenamiento, o al uso de procedimientos que pretenden cumplir con ambos estandares de manera simultanea.
Para comprender como se llego a esta situacion nada grata, debemos viajar en el tiempo a la se- gunda mitad del siglo XIX.
"A veces, las personas que realizan las auditorias de areas clasificadas son competentes en el codigo NEC (los mas antiguos, por lo general) o en los estandares IECEx (los mas jovenes), pero raramente en ambos"
Los origenes del codigo NEC 500
La primera edicion del Codigo Electrico Nacional (NEC, por sus siglas en ingles) fue publicada en 1897 (si, yo tambien me sorprendi con este dato) y fue redactada por los miembros de la Conferencia Nacional de Estandares Electricos (de Estados Unidos), la cual estaba compuesta por delegados de diversas asociaciones interesadas en este tema, tales como las aseguradoras y las empresas de construccion.
Estados Unidos fue un pais pionero en el uso de sistemas de distribucion de energia electrica puesto que la tecnologia se desarrollo inicialmente alli. Thomas Alva Edison (1847-1931) instalo la primera planta de generacion de electricidad en Nueva York en 1882, y la compania que fundo, despues de algunas compras y fusiones, se convirtio en la poderosa General Electric Company.
Durante esos anos, los conocimientos basicos sobre como funciona la electricidad y que tipo de medidas de seguridad deben tenerse en cuenta para su uso, eran practicamente desconocidos tanto para el publico general como para la industria.
Por este motivo, el peligro de los incendios ocasionados por fallas electricas se convirtio en un grave problema economico y social; por lo tanto, alento la intervencion de la Asociacion Nacional de Proteccion contra Incendios (NFPA, por sus siglas en ingles), originalmente creada para regular la implementacion de los sistemas rocia- dores usados para la prevencion de incendios en edificios.
Figura 3. William Henry Merrill, un joven electricista, fue con- tratado en 1893 para realizar la verificacion de seguridad de la extensa instalacion electrica de la Feria Mundial, presenta- da en Chicago durante ese mismo ano
Dos organizaciones y tres individuos
Dos reconocidas organizaciones estan ligadas a la historia del codigo NEC y sus origenes, por los logros alcanzados por tres individuos excepcio- nales.
El primero es William Henry Merrill, un joven electricista que fue contratado en 1893 para realizar la verificacion de seguridad de la extensa instalacion electrica existente en la Feria Mundial, presentada en Chicago durante ese mismo ano.
Este evento fue significativo por dos motivos: a) Edison sufrio su primera derrota ante George Westinghouse, el dueno de la Westinghouse Electric Company, la cual gano el contrato de la Feria al basar su oferta en el uso de un sistema de corriente alterna (CA) en lugar del sistema de corriente continua (CC) promocionado por Edison. El sistema de corriente alterna puso en practica diversos conceptos que habian sido desarrollados en Europa durante los anos previos.
Era el resultado del trabajo acumulado de inventores del Reino Unido y Hungria, y de la invencion en paralelo del generador de corriente alterna, del ingeniero italiano Galileo Ferraris y del inventor de origen serbio, antiguo empleado de Edison, llamado Nicola Tesla.
"Merrill concibio la idea de que todo equipamiento electrico recien desarrollado debia ser examinado y ensayado antes de salir a la venta publica."
Despues de esta experiencia, Merrill concibio la idea de que todo equipamiento electrico recien desarrollado debia ser examinado y ensayado antes de salir a la venta publica.
En esa epoca, el factor de riesgo que implicaba cualquier nuevo invento que funcionara con energia electrica era un tema dejado en las manos de las aseguradoras (underwriters) contra incendios y la ocasional buena voluntad de los fabricantes.
Con su financiamiento, Merrill fundo el Bureau de Aseguradoras Electricas en 1894 el cual, siete anos mas tarde y despues de sucesivas expansiones, se convirtio en los Laboratorios de las Aseguradoras (Underwriters Laboratories o UL), la primera organizacion establecida para el ensayo de seguridad y certificacion de materiales electricos en los Estados Unidos. UL sigue operando hasta el dia de hoy.
Otro personaje notable es Zachariah Allen. Hasta el ano 1835, cualquier negocio contaba solamente con un metodo para enfrentar eventos talescomo incendios, inundaciones y otros desastres: reconstruir desde cero y esperar tener mas suerte la proxima vez.
Entonces entro en escena Zachariah Allen, el dueno de una fabrica de telas ubicada en Rhode Island (Estados Unidos). Allen era, ademas, un cientifico, abogado, inventor y un ciudadano activo en su comunidad. Invento, desarrollo e implemento numerosas medidas de seguridad en su fabrica con la esperanza de bajar las primas de su seguro, pero su aseguradora no acepto su pedido.
"Hasta el ano 1835, cualquier negocio contaba solamente con un metodo para enfrentar eventos tales como incendios, inundaciones y otros desastres: reconstruir desde cero y esperar tener mas suerte la proxima vez."
En lugar de aceptar este resultado, Allen reunio a otros fabricantes de telas y creo una compania de aseguradora de caracter mutual, la cual solo aseguraba fabricas que demostraran seguir practicas de produccion seguras.
Este grupo de companias se hizo conocido como las Mutuales de Fabricas (Factory Mutuals) y el metodo de trabajo adoptado por ellas fue el Sistema de Mutuales de Fabricas (Factory Mutuals System).
El tercer personaje es John Freeman, un ingeniero civil que empezo a trabajar en el departamento de Inspecciones de Factory Mutuals en 1886, y durante los siguientes diez anos trabajo para implementar metodologias cientificas de trabajo en la organizacion, creando los Factory Mutuals Laboratories.
Despues fue nombrado presidente de la Mutual de Empresas Aseguradoras contra Incendios para Fabricantes y Mecanicos de Rhode Island y Providence (Manufacturers, Rhode Island, and Mechanics Mutual Fire Insurance Companies of Providence).
Este fue el primer paso del proceso de unificacion de numerosas companias aseguradoras dentro de lo que se denomino posteriormente como el ‘Sistema de Mutuales de Fabricas’ (Factory Mutuals System), cuyo primer logro fue el desarrollo de un conjunto unico y consistente de reglas para la fabricacion de sistemas rociadores automaticos para la prevencion de incendios en edificios.
Esta organizacion continuo trabajando despues de su partida y finalmente se transformo en la empresa aseguradora FM Global, la cual sigue en operaciones hasta estos dias.
Una delas divisiones de FM Global es FM Approvals, descendiente directo de los Laboratorios Factory Mutuals fundados por Freeman.
La NFPA se hace cargo del codigo
La Conferencia Nacional de Estandares Electricos dejo de funcionar en 1911, cuando sus miembros decidieron que los objetivos iniciales busca- dos habian sido alcanzados.
A partir de ese ano, la publicacion del Codigo NEC se realiza bajo el auspicio de la Asociacion Nacional de Proteccion contra Incendios, de Estados Unidos (NFPA, por sus siglas en ingles, bajo el nombre oficial de Estandar ANSI/NFPA 70. Tambien empezo a contar con el soporte del Instituto Nacional de Estanda- res de Estados Unidos (ANSI, por sus siglas eb in- gles) desde el ano 1920.
Figura 6. Aparato de prueba de Westerberg
La primera referencia sobre el tema de las areas con peligro de explosion (clasificadas) aparecio en la edicion 1923 del Codigo NEC. En la edicion de ese ano, el Codigo presento un nuevo articulo titulado "Areas extra peligrosas". Este articulo describe los riesgos y las practicas de prevencion recomendadas para ambientes y compartimen- tos empleados para la fabricacion, el uso o el almacenamiento de gases, liquidos, mezclas o cualquier otro material altamente inflamable.
"La primera referencia sobre el tema de las areas con peligro de explosion (clasificadas) aparecio en la edicion 1923 del Codigo NEC."
Las clasificaciones y el MESG
Esos anos vieron el comienzo del desarrollo de dispositivos electricos "a prueba de explosiones" (explosion proof), los cuales tenian una envoltura protectora capaz de contener las chispas creadas por estos dispositivos y, por lo tanto, tambien la posterior explosion, al interior del recinto. La idea surgio despues de aceptar el hecho de que, si se usaba equipamiento electrico estandar en un area clasificada como peligrosa, eventual mente tendria lugar una explosion.
"El concepto de “Clasificaciones” requeria que cualquier parte electrica capaz de producir chispas debia estar encerrada en un recinto a prueba de explosiones durante su funcionamiento normal."
1931 fue el ano en que el Codigo introdujo el concepto de “Clasificaciones para areas peligrosas”. La idea era clasificar los componentes electricos, de acuerdo con la posibilidad de generar chispas de cada pieza, y especificar posteriormente el tipo de envolvente adecuada.
El concepto de “Clasificaciones” requeria que cual- quier parte electrica capaz de producir chispas debia estar encerrada en un recinto a prueba de explosiones durante su funcionamiento normal.
Este requisito reconocia el hecho de que no es posible fabricar un recinto absolutamente hermetico en la vida real y, por lo tanto, debe suponerse que el interior del recinto estara ocupado por la misma atmosfera potencialmente explosiva que el entorno circundante.
Por lo tanto, el metodo a prueba de explosiones dependia del calculo experimental de la brecha maxima experimental segura (MESG, por sus siglas en ingles) segun lo determinado por el aparato de prueba de Westerberg. Este dispositivo proporciona un metodo para medir la altura de una ranura dis- ponible en la envolvente necesaria para enfriar los gases generados por la explosion, disipar su presion y apagar las llamas generadas por cada sustancia inflamable ensayada.
Los resultados del metodo a prueba de explosiones fueron sustanciales, y dado que la robustez de un recinto a prueba de explosiones ofrecia ventajas adicionales en algunas industrias, como la mineria y la industria del gas y petroleo, se convirtio en el metodo usado por defecto para la instalacion de equipos electricos en areas cla- sificadas en los Estados Unidos y su area de in- fluencia.
El codigo NEC hoy en dia
Desde ese ano, el Codigo NEC ha sido actualizado, reorganizado y renovado de manera continua. Tambien ha incorporado nuevos desarrollos tecnologicos y avances en la proteccion contra incendios y explosiones, con ediciones nuevas cada tres anos. La ultima disponible es de 2020.
El Codigo NEC es un texto masivo, el cual contiene alrededor de mil paginas en su version original en ingles. Cubre un rango de temas tan amplio, que la NFPA publica de manera simultanea con cada nueva edicion, una guia de lectura conocida como el Manual del Codigo NEC/NFPA 70.
Figura 7. Ultima edicion del Codigo NEC, de 2020
Este manual incluye el Codigo NEC y anade numerosos graficos y comentarios para ayudar a la comprension de los conceptos tratados.
"El Codigo NEC ha sido actualizado, reorganizado y renovado de manera continua. Tambien ha incorporado nuevos desarrollos tecnologicos y avances en la proteccion contra incendios y explosiones, con ediciones nuevas cada tres anos. La ultima disponible es de 2020."
Durante la primera mitad del siglo XX, ningun conjunto de estandares sobre proteccion con- tra explosiones tuvo tanta influencia como el articulo 500 del Codigo NEC. Tambien conocido como el NEC 500, era el conjunto de regulacio- nes probado en el campo mas grande y mas ampliamente aceptado disponible en el continente americano.
Gracias a la fuerte influencia de Estados Unidos en los paises de Latinoamerica, los trabajos de estandarizacion locales se basaron inicialmente en los creados en este pais.
Las desventajas de una larga herencia
El Codigo NEC/NFPA70 cuenta con una larga historia, y su exito no puede ser ignorado, pero debe cargar con la herencia de haber sido desarrollado de acuerdo con las necesidades y carac- teristicas especificas de un solo pais.
Cuenta con desventajas en el mercado internacional: fue originalmente creado basado en el uso del sistema imperial de unidades y aun cuando hoy en dia haya adoptado el sistema metrico decimal, todavia emplea tablas de conversion de unidades entre ambos sistemas, por lo que requiere gran cuidado si se usa en un am- biente de trabajo mixto.
Otra desventaja consiste en la naturaleza descentralizada de las regulaciones en Estados Unidos.
El Codigo NEC no tiene el caracter de ley y no puede ser usado de modo obligatorio. Por este motivo, su aceptacion y uso no es uniforme entre estado y estado, y en algunos casos, entre localidad y localidad. Hay casos en los cuales un estado o una localidad se demora en la adop- cion de las ultimas versiones del Codigo o simplemente ignora las recomendaciones que no sean del agrado de los votantes locales.
La naturaleza de una economia globalizada, la cual favorece cada vez mas la adopcion de estandares internacionales, obligo a la NFPA a publicar la version NEC 505 del Codigo, la cual es un intento de armonizar la metodologia y nomenclatura empleada por IECEx, con las utilizadas en la version NEC 500. Esto se hizo principalmente para permitir que los fabricantes estadounidenses pudieran exportar sus productos a los paises que han adoptado el esquema IECEx.
Eso significa que una persona que trabaja en la industria relacionada con las areas clasificadas en Estados Unidos requiere contar con conocimientos sobre tres conjuntos diferentes de estandares: NEC 500, NEC 505 e IECEx. Y tambien significa que los productos aptos para uso en areas clasificadas requieren estar certificados bajo tres conjuntos diferentes de estandares.
"La naturaleza de una economia globalizada, la cual favorece cada vez mas la adopcion de estandares internacionales, obligo a la NFPA a publicar la version NEC 505 del Codigo, la cual es un intento de armonizar la metodologia y nomenclatura empleada por IECEx, con las utilizadas en la version NEC 500."
Desde la perspectiva del usuario final, eso tambien se traduce en la presencia de etiquetas de certificacion extremadamente complejas en los productos, lo que requiere contar con una gran familiaridad con todos los estandares aplicables.
Por supuesto que no hay una solucion facil a esta dicotomia. Mover a todo un pais de un conjuno de normas a otro es una tarea enorme y compleja, especialmente uno con un gran mercado interno. Pero a medida que la economia mundial avance cada vez mas hacia un sistema interconectado a nivel mundial, la necesidad de unificar los estandares se volvera imperativa.
Addendum
Podran encontrar mas informacion sobre la relacion entre los estandares NEC, ATEX e IECEx en el articulo de 2016 disponible en https://www.linkedin.com/pulse/nec-vs-atexiecex-en-5-rounds- desde-una-perspectiva-de-mirko/
Resulta interesante, ademas, ver el estado de las cosas hace cinco anos.
Acerca del autor
Mirko Torrez Contreras es un consultor y capacitador especializado en la automatizacion de procesos. Desde el momento que descubrio el vasto y turbulento oceano de los estandares sobre proteccion contra explosiones, no ha dejado de zambullirse en ellos cada vez que puede. Quizas lo haga debido a que, en la vida real, sea un pesimo nadador.
Este articulo cuenta con el auspicio de Phoenix Contact. Las opiniones expresadas en este articulo son estrictamente personales.
Toda la informacion empleada en este articulo es de conocimiento publico.