[Translate to Spanisch:] Explosionsschutz durch Eigensicherheit Ex i R. STAHL

Protección Ex mediante seguridad intrínseca

Seguridad intrínseca: el tipo de protección contra ignición indispensable

El tipo de protección contra ignición "seguridad intrínseca" cubre una amplia variedad de productos y hoy en día se utiliza en aplicaciones que van desde el cableado punto a punto hasta la automatización digital de la industria 4.0. Las soluciones de protección Ex i permiten el registro directo de los datos de procesos en el área potencialmente explosiva, reducen el trabajo de instalación y pueden examinarse y mantenerse durante el funcionamiento.

Desarrollo de soluciones de seguridad intrínseca

Hace más de 50 años se utilizaron por primera vez los primeros dispositivos de campo de seguridad intrínseca y sus barreras de seguridad intrínseca. La tecnología fue cambiando con los años, pero las señales típicas (como la señal analógica 4...20 mA) se siguen utilizando hoy en día. La variedad y diversidad de las aplicaciones no dejó de crecer. Actualmente, el tipo de protección de seguridad intrínseca (Ex i) está muy extendido.

Desde hace varias décadas se utilizan modelos de bus de campo de seguridad intrínseca Profibus DP y Modbus RTU, especialmente para la interconexión de E/S remotas, terminales de mando y aparatos de análisis. Las instalaciones de bus de campo de protección Ex i con PROFIBUS PA o Foundation Fieldbus H1 han demostrado su utilidad para la comunicación digital, incluyendo dispositivos de campo. Estos avances no se han detenido con la llegada de la tecnología inalámbrica; en este ámbito, la seguridad intrínseca ofrece un uso más flexible de las antenas. Actualmente, la tendencia está encaminada a desarrollar soluciones de seguridad intrínseca para Ethernet industrial. En la actualidad hay dos grupos de trabajo dedicados a desarrollar y preparar para el mercado los correspondientes estándares para la comunicación IP de seguridad intrínseca interoperable sobre la base de la tecnología 10BASE-T1L y 100BASE-TX-IS.

Manejo sencillo durante el funcionamiento

El principio de protección de la seguridad intrínseca se basa en limitar la cantidad de energía en un circuito eléctrico a un nivel no inflamable, de modo que las chispas y los efectos térmicos ya no representen una fuente de ignición. En este sentido, este tipo de protección contra ignición abarca siempre una combinación de fuentes de energía/tensión, cables y consumidores. Gracias a ello se logra un nivel de seguridad muy elevado que, con el diseño correspondiente, permite incluso su uso en áreas con gran peligro de explosión de la zona 0. Otra de las muchas ventajas del tipo de protección contra ignición "seguridad intrínseca" radica en que no se requiere ninguna envolvente especial, como ocurre por ejemplo en los tipos de protección Ex d o Ex p. No obstante, las envolventes deben corresponderse con los requisitos del entorno, que habitualmente se cumplen con el tipo de protección contra ignición Ex e. Normalmente, para los circuitos eléctricos de seguridad intrínseca pueden utilizarse pasos de cable y conectores enchufables industriales, lo que supone una gran ventaja al utilizar, por ejemplo, Ethernet o señales inalámbricas.

Además, la manipulación de los aparatos con protección Ex i es especialmente fácil durante el funcionamiento. Las ampliaciones o reparaciones en áreas potencialmente explosivas pueden realizarse con tensión (trabajo en caliente) y los aparatos pueden añadirse o retirarse (cambio en caliente) sin apagar completamente la instalación o partes de la misma. Esto resulta especialmente útil cuando es necesario buscar una avería o cambiar aparatos.

Fundamentos de la seguridad intrínseca

Para los circuitos eléctricos de seguridad intrínseca se aplican los requisitos de EN IEC 60079-11 y 60079-25 tanto en materia de protección de los aparatos como en lo que se refiere a la estructura y la inspección de los aparatos eléctricos de seguridad intrínseca. Los valores máximos de tensión e intensidad de corriente admisibles para mantener la seguridad intrínseca se han determinado con ayuda de las curvas del límite de ignición. Para cada grupo de explosión existe una curva. Se considera que un circuito eléctrico tiene seguridad intrínseca cuando los pares de valores de tensión e intensidad de corriente se encuentran por debajo de la curva que determina el límite de ignición para la atmósfera explosiva. Para las zonas 1 o 0, el valor admisible debe reducirse adicionalmente con un factor de seguridad de 1,5. De este modo, por ejemplo, un equipo eléctrico de seguridad intrínseca con una corriente eléctrica de 30 V que se va a utilizar en una atmósfera explosiva del grupo de explosión IIC debe alimentarse con un máximo de 102 mA en la zona 1.

Para el uso en la zona 0, estos valores de corriente y tensión en un aparato con circuito eléctrico de seguridad intrínseca deben seguir manteniéndose incluso aunque se produzcan dos errores. En los circuitos eléctricos de la zona 1 esto se aplica en caso de un error. En la zona 2 es suficiente con mantener estos valores durante el funcionamiento normal.

Dependiendo del ámbito de aplicación previsto (zona 0, 1 o 2), el marcado Ex i se completa añadiendo las letras "a", "b" o "c". La misma adición especifica también el nivel de protección del aparato (Equipment Protection Layer – EPL) para equipos homologados para las zonas 0, 1 o 2. El EPL identificado como Ga, Gb o Gc aparece en el certificado de examen de tipo y en la placa de características del aparato.

Selección de los aparatos

Durante la planificación se seleccionan los aparatos en función de la clasificación en zonas y de las características previstas de la atmósfera explosiva (clase de temperatura, grupo de explosión). Esta parte no se diferencia en gran medida del procedimiento que se sigue al utilizar equipos que recurren a otros tipos de protección contra ignición. No obstante, una particularidad consiste en que en una conexión eléctrica entre un dispositivo de campo de seguridad intrínseca y el sistema de automatización, por lo general se requiere un aparato que separe el circuito eléctrico de seguridad intrínseca del circuito eléctrico "normal". Esto implica que es necesario ajustar entre sí dos aparatos.

Verificación de la seguridad intrínseca

Antes de poner en marcha un circuito eléctrico de seguridad intrínseca debe realizarse la llamada verificación de la seguridad intrínseca conforme a DIN EN 60079-14 con el fin de asegurarse de que la fuente, el cable y el consumidor cumplen los requisitos de la norma en la interconexión. Para esta verificación se evalúan los valores de tensión, intensidad de corriente y potencia, así como las capacidades e inductancias de los acumuladores de energía. Mientras los valores de salida de la fuente de tensión, intensidad de corriente y potencia (Uo, Io, Po) no superen los valores de entrada del consumidor conectado (Ui, Ii, Pi) y las capacidades e inductancias de los consumidores (Ci, Li) y los cables (Cc, Lc) no excedan los valores límite de Co y Lo, la verificación de la seguridad intrínseca puede obtenerse fácilmente.

Esta verificación debe documentarse. Los valores para la verificación se encuentran en el manual de instrucciones del aparato correspondiente. Los valores para el cable pueden consultarse en la hoja de datos, o pueden utilizarse los valores estándar de la norma. Los datos definitivos para el cable se determinan a partir de la longitud.

La verificación de los consumidores con inductancias Li y capacitancias Ci activas a la vez es algo más difícil. En tales circunstancias, los usuarios pueden recurrir a los valores de la fuente homologados para estos casos o dividir entre dos los valores límite para Co y Lo de acuerdo con la llamada "regla del 50 %". Para los casos individuales especialmente complejos, como circuitos eléctricos alimentados con varias fuentes, es necesario realizar cálculos detallados que R. STAHL ofrece como servicio adicional y que se explican en los seminarios sobre seguridad intrínseca.

Caso especial: equipo sencillo

Con el concepto de protección de seguridad intrínseca pueden utilizarse determinados equipos considerados "sencillos" sin necesidad del certificado de examen de tipo de la UE. Sin embargo, se debe tener cuidado con esta opción, ya que requiere una evaluación interna a fondo de dichos aparatos y de componentes como interruptores, LED, termoelementos o termómetros de resistencia eléctrica Pt100 de conformidad con IEC EN 60079-0 y 60079-11. Dependiendo del tipo de construcción, esto implica la evaluación de factores como el comportamiento de calentamiento, el aislamiento a tierra, la protección IP, entre otros, y el resultado de la evaluación debe registrarse por escrito. En R. STAHL también ofrecemos apoyo en este ámbito con informes periciales y evaluaciones de equipos sencillos de acuerdo con las normas.

Variantes de instalación de seguridad intrínseca

Entre los requisitos de instalación principales para circuitos eléctricos de seguridad intrínseca recogidos en la norma IEC EN 60079-14 se incluye la protección frente a la penetración de energía adicional, por ejemplo por inducción de tensión de corte o por otros acoplamientos electromagnéticos. Además de la correcta identificación y tendido de los cables e hilos, se deben tener también en cuenta las distancias de separación entre las piezas conductoras de electricidad de los circuitos eléctricos de seguridad intrínseca y sin seguridad intrínseca.

Fibra óptica inherentemente segura

Para transmitir señales digitales en largas distancias se ofrece un cableado de fibra óptica como alternativa a los conductores de cobre. En función de la fibra óptica utilizada se pueden sortear distancias de hasta 30 km de forma extremadamente segura. Hay disponibles varios tipos de protección contra ignición para utilizar en áreas potencialmente explosivas. Las características fundamentales de la radiación inherentemente segura (Ex op is) son muy similares a las de la seguridad intrínseca. Con este tipo de protección contra ignición, la energía óptica potencialmente inflamable se limita a un nivel no inflamable también en condiciones de fallo. Dado que los conductores de fibra óptica protegidos contra explosiones de las áreas potencialmente explosivas pueden conectarse y desconectarse durante el funcionamiento, los trabajos de instalación, reforma y mantenimiento pueden realizarse de forma sencilla y económica.

Tecnología inalámbrica en las áreas potencialmente explosivas

La comunicación inalámbrica es una solución muy eficaz, especialmente en instalaciones temporales, a la hora de modificar las redes existentes y para el intercambio de datos con dispositivos móviles. Sobre la base de una amplia gama de sistemas de envolventes y componentes, R. STAHL fabrica soluciones adaptadas a las aplicaciones y con las que se pueden reforzar, en muy poco tiempo, los puntos de acceso WLAN y otros componentes de red para su uso en áreas potencialmente explosivas. Con el aislador HF de la serie 9730, R. STAHL también ofrece una solución que convierte la señal inalámbrica en una señal de seguridad intrínseca para que los aparatos con transmisión inalámbrica puedan utilizarse también en áreas potencialmente explosivas con cualquier tipo de antena habitual en la industria.

Conclusión

El manejo sencillo, el gran nivel de protección y las diversas opciones de instalación hacen de la seguridad intrínseca un tipo de protección contra ignición imprescindible para la automatización de procesos y la comunicación de datos en áreas potencialmente explosivas. Con las soluciones con protección Ex i, desde los diferentes aisladores hasta la conexión de bus y la comunicación Ethernet, pasando por los sistemas E/S, R. STAHL ofrece una amplia gama de productos para todo tipo de aplicaciones. Además, como especialista en protección contra explosiones, R. STAHL diseña e instala soluciones a medida y asesora a las empresas explotadoras en el contexto de la verificación de la seguridad intrínseca conforme a las normas.