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Tecnología de Equipos a prueba de Explosión

Evite utilizar sistemas de seguridad intrínseca indiferentemente

 

Berreras de Seguridad Intrínseca y estación de campo

No se amarre a la conclusión que un equipo de seguridad intrínseca funciona donde sea...

No es así

 

Con tan amplia variedad de equipos Intrínsecamente Seguros (S.I.),

¿Cómo seleccionar el mejor cuando se necesita proteger uno o cientos de circuitos?
¿Qué factores se deben considerar?
¿Qué prioridad debería asignárseles?
¿Cuál es la diferencia existente entre las interfases?
¿Es importante dicha diferencia?

¿Sabía que los equipos portátiles S.I. aprobados (multímetros, calibradores, radio, comunicadores, handhelds, etc.) no requieren de una interfase S.I. pues ellos de por sí son intrínsecamente seguros?

 ¿Está consciente de que los instrumentos de campo, sensores y señales de comunicación o proceso instalados en áreas peligrosas y llevados hasta las áreas no peligrosas deberán ser cableados a través de una interfase S.I. aprobada?

Esto es debido a que cada conductor que penetra un área peligrosa necesita protección de una interfase aprobada o una conexión a tierra.

¿Sabía que los elementos de campo no almacenadotes de energía, que no requieren de aprobación, proveen una mayor flexibilidad en la selección de interfases, pero los elementos de campo almacenadores de energía requieren de la aprobación?

¿Alguien le ha dicho que la certificación de los esquemas de control gobierna la selección de interfases?

 Un sistema (o lazo) aprobado, que no puede cambiar sin la revisión de una Agencia, establece una solución específica mediante la identificación del modelo de la interfase. Pero la aprobación de identidad para instrumentos de campo es aún más flexible, pues se puede seleccionar de un gran número de opciones comparando los valores de seguridad que se encuentran en los esquemas de control, determinados por las agencias, con los valores específicos de las interfases S.I. (también determinado por las agencias, pero sin subsecuentes aprobaciones).

Examinemos los diseños básicos o tecnologías para interfases.

¿Que es una interfase?
Una interfase es la barrera o equipo de protección que provee conexiones S.I. al instrumento de campo y los conductores dentro del área peligrosa para prevenir una explosión

Barreras son la interfase clásica.

La interfase clásica es la flexible, confiable, pasiva, aterrada, barrera de seguridad con diodo Zener tipo Shunt, comúnmente llamada "Barrera" en ella, los diodos limitan el voltaje, resistencias limitan la corriente, y un fusible protege a los diodos.

Algunos fabricantes poseen barreras activas más costosas para aplicaciones específicas, típicamente para circuitos de carga alta o fuentes de alimentación altamente irreguladas.

Parecidas a gigantescos bloques de terminales, las barreras son el más común, barato y conocida solución disponible para la mayoría de las aplicaciones. Simples de especificar e instalar, ellas vienen en paquetes de un canal, doble y múltiples canales de conductores. La mayoría son montadas y aterradas en rieles DIN. Aunque algunas son multicanales, barreras con panel de montaje trasero son utilizadas en grandes proyectos para ahorrar espacio y reducir el costo de cableado y conexiones.
Las barreras vienen con fusibles internos reemplazables o no, con rangos de 50 a 160 mA. Algunas de ellas son a prueba de corto circuito; otras no, dependiendo del rango de la resistencia y fusible.
La principal inquietud es la resistencia y su efecto en la señal, así como la necesidad de un buen aterramiento S.I. o de equipos (<1 Ohm). La barrera es más precisa para señales análogas ± 0.025% comparado con el 0,1% para los aisladores galvánicos. Además, el tiempo de respuesta es típicamente 103 veces más rápido que los aisladores.

 
¿Cuantos tipos de interfases S.I. existen?
En Norteamérica se utilizan 6 tipos de soluciones interfase. Compañías comúnmente conocidas como "intrinsic safety barrier companies" (compañías de barreras de seguridad intrínseca) proporcionan la mayoría de la siguientes soluciones:

 

  • Barreras de seguridad con diodos Shunt para montaje en riel DIN

  • Aisladores Galvánicos para montaje en rieles DIN

  • Barreras de seguridad con panel de montaje trasero

  • Aisladores galvánicos con panel de montaje trasero

  • I/O Remota con aislamiento galvánico incorporado, de los cuales los nuevos productos i/o remotos S.I. pueden montarse en rieles DIN

  • Cualquier sistema así como cualquier control distribuido o controlador lógico programable que incorpore circuitos S.I. (Ej: Diodos Shunt o aisladores galvánicos)

  • En Europa son comúnmente utilizadas tarjetas S.I con aislamiento galvánico insertadas es sistemas de armario (racks) de 19".
  • Tarjetas de barreras Zener para sistemas de armario son utilizadas, pero con menos frecuencia

 

Los aisladores protegen equipos.

La mayoría de los aisladores son activos y utilizan transformadores, opto acopladores, relés, u otros componentes para aislar entradas y salidas (I/O). Aisladores Galvánicos poseen conexiones S.I., que los diferencian de los aisladores de uso general los cuales son inaceptables para áreas peligrosas.

La mayoría de los aisladores S.I. son montados en rieles DIN e instalados en el mismo riel DIN que las barreras u otros equipos. Aisladores no requieren conexión de tierra, sin embargo, algunas veces se necesita de aterramiento para prevenir choques eléctricos o interferencia electromagnética.
Los aisladores son más grandes y generalmente más costosos que las barreras. Una excepción es una entrada para múltiples contactos digitales donde los aisladores multicanales típicamente son menos costosos. Los Aisladores pueden presentarse con montaje en un panel trasero para grandes proyectos y pueden ser un producto estándar ofrecido por un vendedor de control distribuido dentro de sus armarios y cajas de control.
La mayoría de los aisladores son de aplicación dedicada (las barreras típicamente no) y algunos proveen acondicionamiento de señal.
Hay aisladores disponibles para aplicaciones de automatización de procesos y fabricación, desde entradas de corriente alterna hasta fuentes de alimentación S.I de corriente directa para computadores de flujo de voltaje de línea para monitoreo de niveles utilizando interruptores flotantes. La mayoría de estos aisladores poseen un período entre fallas (100 años) menor a las barreras (700 años).
Potencialmente los aisladores incluyen características únicas como monitoreo de conductores, indicadores de estado, salidas múltiples, etc. Pero estas características complican su estructura interna haciéndolos más costosos.
Algunas aplicaciones utilizan únicamente aisladores. Por ejemplo, debido a que no existe conexión a tierra para el circuito, estos equipos poseen una alta inmunidad a la interferencia de radio frecuencias o fuerzas electromagnéticas de esta forma evitan problemas surgidos debido a la falta o insuficiencia de sistemas de aterramiento que pueden encontrarse en plantas antiguas.
Un aspecto básico de las barreras y los aisladores S.I. es el costoso cableado punto a punto con innumerables pares de cables desde los instrumentos hasta el cuarto de control. Pero con la tecnología de bus de campo digital, es factible minimizar la cantidad de cableado donde haga sentido. Este concepto esta representado por la nueva interfase S.I. para montaje en campo.

 

I/O Remota: Un híbrido flexible

La más reciente innovación es un híbrido flexible que combina la tecnología para montaje en riel DIN con el típico I/O (Entrada / Salida) modular donde el I/O es Intrínsecamente seguro. En algunos sistemas, incluso los módulos I/O son intrínsecamente seguros. Esto permite instalaciones dentro de la División 1 en cajas a prueba de intemperie.
Mediante la construcción directa de conexiones aisladas S.I. y bloques de terminales dentro de los módulos I/O, los diseñadores eliminaron la necesidad de barreras o aisladores S.I. por separado. Este diseño ahorra espacio y cableado, reduciendo el costo de materiales, ingeniería, instalación, y tiempo de arranque. Los circuitos S.I. y no S.I. pueden coexistir para permitir la estandarización.
Debido a que la interfase I/O se encuentra en el campo, sin restricciones de espacio, en un área División 1 o 2 y existen sólo uno o dos pares de cables dirigidos a la sala de control bajo un bus de campo digital S.I., se libera espacio en la sala de control. Estos sistemas manejan señales análogas y digitales, I/O y señales inteligentes o estándares para comunicarse con el sistema de automatización por medio de interfaces abiertas estándares y programas manejadores para diferentes protocolos de comunicación.
La estación de campo provee conexiones S.I. y alimentación para los instrumentos de campo. Sin embargo, la alimentación del sistema al bus de Campo debe ser concordante con el área (EJ: Tubería rígida para división 1). Los más viejos diseños de sistemas de alimentación utilizan cajas a prueba de explosión; los más nuevos diseños eliminan esa necesidad. Para instalaciones costa afuera, la descentralización en estaciones de campo (en donde hay menos cableado, peso y espacio) es el principal beneficio.
Los sistemas remotos eliminan las cajas terminales. Sistemas de diagnóstico reducen el mantenimiento.
Esta innovadora tecnología compacta es mucho más rentable en proyectos con 20 o más lazos de control. Las expectativas de ahorro para proyectos medios y largos es de 30% a 40% comparado con los sistemas de interfase punto a punto.

 

Una interfase no cubre todas las necesidades

Para circuitos con cableado convencional, la barreras para riel DIN es seguramente la mejor opción, pero prefiera aisladores para riel DIN de surgir problemas técnicos con las barreras (Ejemplo: Niveles de aterramiento). Recuerde que puede mezclar barreras y aisladores e un mismo riel DIN para diferentes aplicaciones.
En nuevos proyectos que envuelvan muchos lazos, evalúe el ahorro y ventaja de la arquitectura distribuida utilizando productos de I/O remota. Pero recuerde... No existe una solución universal.

 


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Para más información: Seleccionando la interfase de seguridad intrínseca adecuada

 

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