Hacer un dispositivo a prueba de explosiones

Question

Estoy trabajando en el prototipo de un dispositivo detector de fugas de gas para ser utilizado en los hogares, debe tener dos pequeñas ventanas en la carcasa para permitir que el sonido salga y la otra ventana permite que el gas llegue al sensor.

¿Es suficiente la resina de silicona conformada para evitar que la placa de circuito impreso inicie una chispa que provoque un incendio?

¿A qué tipo de clasificación pertenece, es ex d clase 1?

Gracias de antemano

Answer 1

En primer lugar, deberías leer sobre las diferentes formas de mitigar el riesgo. Hay una algunos diferentes con diferentes implicaciones:

• Ex d
• Ex e
• Ex i
• Ex m
• Ex n

Esos son los principales. A menudo, un producto utilizará muchos de los métodos de protección.

Ex d es una caja aprobada, fabricada para soportar una explosión interna. Esto significa que se pueden utilizar equipos normales en su interior; y la explosión en el interior no se propagará al exterior. Esto significa metal pesado, brechas de llama y demás para asegurar que una explosión no se propague. Vale la pena señalar que Ex d no significa que lo que está dentro del armario funcionará después. Lo normal es que se destruya en la explosión.

Ex e es una mayor seguridad. Se trata, básicamente, de utilizar componentes con menor riesgo de ignición. En el caso de los terminales, puede tratarse, por ejemplo, de terminales de muelle que no se aflojen con las vibraciones, o de otras técnicas.

Ex i es intrínsecamente seguro. No contiene suficiente energía para encender los gases. Esto se consigue limitando la cantidad de energía en un dispositivo, de modo que una chispa no pueda encender ningún gas. Esto se suele conseguir limitando la corriente y la tensión, y controlando los inductores y condensadores.

Ex m está moldeando el dispositivo. Puede ser incrustándolo en resina, para que ningún gas pueda acceder a los componentes, o algo similar.

Este es un breve resumen. Su dispositivo probablemente no sea Ex d. En resumen, debe combinar muchas técnicas. Por ejemplo, puede incrustar la placa de circuito en epoxi, haciendo que esa parte sea Ex m, utilizar Ex i para el sensor real y quizás Ex e para la sirena. Un revestimiento conformado probablemente no sea suficiente para lograr Ex m, ya que, por ejemplo, un CI que se queme hará un buen agujero en ese revestimiento conformado.

También tendrá que definir si acepta las faltas. Como se trata de un detector de fugas, probablemente acabará en la zona 2, lo que reduce los requisitos. Tenga en cuenta que el propietario de la instalación (por ejemplo, el dueño de la casa) es responsable de la clasificación de las zonas - que dudo que muchos propietarios de viviendas realmente hacen.

Además, deberías mirar el grupo de gas. Probablemente IIA (propano y demás), y la temperatura T3 será aplicable a su uso. Esto es especialmente importante con el método de protección Ex i, ya que el hidrógeno, por ejemplo, causa estragos en la energía disponible.

Este PDF da una visión más amplia de los métodos de protección que yo en esta respuesta, pero se limita a tocar la superficie...

En resumen, a tenor de las preguntas que hace, no está cualificado para hacer tal dispositivo. La pregunta nos dice básicamente que usted no entiende las regulaciones Ex, y no tiene ningún conocimiento de los diferentes métodos de protección. Yo tengo algo de conocimiento, y he diseñado sistemas eléctricos en entornos Ex, pero me gustaría en de ninguna manera ser capaz de diseñar con seguridad un dispositivo complejo.

Answer 2

Estoy trabajando en el prototipo de un dispositivo detector de fugas de gas para ser utilizado en hogares

Si es para uso en el hogar y, nada más en el hogar está diseñado para ser Ex clasificado, entonces ¿qué le hace pensar que su dispositivo necesita ser Ex clasificado? Después de todo, si está diseñado de forma razonable (no produce chispas ni arcos y no puede producir temperaturas de ignición en las superficies internas), entonces lo que está proporcionando es una salvaguarda para el hogar, reduciendo así la posibilidad de ignición de gas y no aumentándola.

Pero si esto no le convence, intente buscar las categorías de zonas ATEX Ex, como esta: -

Y creo que estarás de acuerdo en que si está en el hogar en cae (en el peor de los casos) en una operación de Zona 2. Entonces, si usted explora a través de la columna de nivel de protección verá que dice "normal" para el tipo de equipo y esto significa: -

De acuerdo con la directiva ATEX, un certificado de examen de tipo CE no es no es obligatorio para los dispositivos de la categoría 3 especificados para su uso en la zona 2

Lo anterior tomado de este documento titulado "ATEX - Fuente IEx" y las frases que busca una "autocertificación".

En otras palabras, se requieren unas buenas prácticas básicas con una documentación adecuada para un expediente técnico CE normal. No hay una certificación formal por ley SIEMPRE y cuando suministre equipos en hogares regidos por la normativa ATEX (algo geográfico que abarca Europa y otras zonas).

Answer 3

A prueba de explosiones en la electrónica significa resistir el condensador electrolítico o el interruptor de arco en un contenedor sellado al vacío, pero básicamente significa diferentes grados de presión y fuerza, pero también puede significar no arcing con gas combustible, por lo que esto puede implicar sellos herméticos al gas que no permiten la penetración a diferencia de los sellos de teflón que liberan H2 de las cajas selladas con baterías SLA para aliviar la presión durante la carga controlada. Se puede imaginar que una aplicación al aire libre con electrónica con supresión de arco y respaldo de baterías SLA para un repetidor inalámbrico podría ser explosiva sin algún tipo de ventilación o un sello de teflón para resistir el agua pero permitir la liberación de H2.

Hay varios criterios específicos de diseño; Rigidez, sellado contra la humedad, sellado contra gases explosivos, evitación de arcos eléctricos, descarga parcial de ESD en el exterior, o descarga parcial (PD) en el interior por humedad y contaminantes que reducen el umbral de ruptura <1V/mm.

Los detectores de fugas de gas no implican que sean a prueba de explosiones

¡¡¡Normalmente, incluso los costosos detectores de gas domésticos advierten que hay que mantener alejadas las baterías de ventilación de gases combustibles !!!

Así que sus requisitos son vagos

¿Qué especificaciones quiere cumplir?

Las clasificaciones de seguridad compensan el riesgo de descarga parcial o ESD debido a la generación de polvo y estática y el nivel de exposición a los gases combustibles.

¿Qué gases quiere detectar? Un detector de fugas de gas combustible puede no detectar el monóxido de carbono tóxico, ya que los sensores son diferentes. Para evitar una fuga de gas se requiere un solenoide antes de la manguera flexible y no después como en el interior del horno, si la manguera flexible fue dañada por el impacto de un equipo pesado en movimiento, ¡la alarma de gas puede no evitar que una fuga explote! Aunque una fuga de gas dentro de un horno puede ser posible detectar y hacer sonar la alarma y cerrar la fuente de gas combustible.

Así que sus especificaciones son vagas.

Sin embargo, los gases combustibles semiconductores pueden detectar muchos, incluyendo alguno o todos los siguientes:

Acetona Alcohol Amoníaco Benceno Butano Óxido de etileno Gasolina-Petróleo Halón Sulfuro de hidrógeno Disolventes industriales Combustible para aviones Diluyentes de laca Metano Nafta Gas natural Propano Refrigerantes Tolueno

En el caso de los vapores de gas hidrógeno, el H2 tiene un límite inferior de explosividad (LEL) del 5%, por lo que hasta 1.000 ppm o el 0,1% "puede" considerarse seguro, aunque el límite de advertencia puede ser de 10.000 ppm y >=4% con cualquier descarga estática puede explotar. Otros gases pueden ser más volátiles. Así que la precisión no es uniforme para todos los gases.

Normalmente, no sirve cualquier revestimiento conformado para evitar la inflamación, ya que la mayoría de los plásticos son higroscópico Aunque prolongan la vida útil en algunos entornos difíciles.

Incluso los circuitos integrados de plástico sellados con epoxi fallaron una vez por debajo del punto de congelación. Absorbían la humedad y fallaban al congelarse, por lo que se ofrecieron CI de cerámica hasta que se desarrolló la formulación y el proceso de epoxi de Sumotomo. Cuando los circuitos integrados de plástico salieron al mercado, sólo podían funcionar de 0 a 70°C, pero las mejoras introducidas por la I+D japonesa permitieron cubrir un rango de temperaturas más amplio.

Otros datos

Resinas higroscópicas

Nylon, ABS, Acrílico, Poliuretano, Policarbonato, PET, PBT

Resinas no higroscópicas

Polietileno, polipropileno, poliestireno, PVC

Normalmente, un contenedor a prueba de explosiones es un robusto diseño de caja de aluminio fundido en arena para soportar altas presiones. Los mejores productos utilizan un revestimiento epoxi. Por lo tanto, el sellado contra la humedad no es suficiente para evitar una posible explosión por un fallo electrónico.

Si necesita el mejor recubrimiento conformado de baja capacitancia que bloquea la humedad, entonces en Aerospace utilizan Paralene, con la deposición de vapor, los CI utilizan formulaciones epoxi especiales y procedimientos de sala limpia. Los otros revestimientos, cuando son lo suficientemente gruesos, pueden prolongar la vida útil de un mal rendimiento, como los silicatos, los acrílicos y la silicona, pero pueden no funcionar tan bien, y si son demasiado finos, pueden causar diafonía y carga capacitiva.

La ciencia detrás de la prueba de explosión está determinada por el nivel de contaminación de un buen aislante degradado por la humedad /y o el polvo, donde el contaminante de baja constante dieléctrica se descompone aceptando cargas más rápidamente que el medio de mayor contenido dieléctrico, lo que resulta en lo que es bien conocido por aquellos que están familiarizados con la Descarga Parcial , PD que es el precursor de una descarga de ionización o arco o ruptura dieléctrica del aislamiento.

El método de prueba depende de los niveles de estrés ambiental de la humedad y las tasas higroscópicas de varios plásticos con contaminantes que pueden absorber la humedad que tiene una constante dieléctrica polar alrededor de 20x mayor que la mayoría de los plásticos. Los niveles de contaminantes sólo tienen que estar en las partes /millón o PPM para que se produzca la DP y esta tasa de fuga con la constante dieléctrica crea un oscilador similar a la unijunción que puede descargarse a bajas proporciones de la ruptura esperada kV/mm o V/um o mV/nm. Con tiempos de ciclo de muchos minutos, haciéndose más rápido con la relación de excitación relativa a Vbreakdown.

El método de prueba es sencillo y consiste en utilizar la contaminación ambiental en el peor de los casos (polvo, humedad, niebla salina) con una tensión de rampa lenta y determinar el ruido de chispa en una radio AM o SW cercana o utilizar una sonda de alcance en cortocircuito con su clip de tierra, envuelta alrededor del conductor para detectar el pulso de corriente de descarga parcial. El factor de reducción de potencia de las tensiones conducidas o inducidas a la actividad de descargas parciales determina el margen de seguridad después de la inmersión en alta temperatura/alta humedad para acelerar la entrada de humedad.

El procedimiento de prueba específico puede variar de esto, pero la ciencia de determinar el margen hasta el umbral de activación es el factor de seguridad clave.

Se utiliza exactamente la misma ciencia en los transformadores de potencia, ya sean secos o llenos de aceite y, sin embargo, sólo se comprueba el BDV o la tensión de ruptura en lugar de la prueba opcional para la DP. La actividad de la descarga parcial se controla mediante el gas disuelto H2 y, sin embargo, cada año estallan muchos transformadores que podrían evitarse con monitores de descarga parcial, que a menudo sólo se instalan en transformadores de un millón de dólares, aunque su control es muy barato.