Seguridad intrínseca

La seguridad intrínseca ( SI ) es una técnica de protección para el funcionamiento seguro de equipos eléctricos en áreas peligrosas, al limitar la energía, tanto eléctrica como térmica, disponible para la ignición. En circuitos de señal y control que pueden operar con bajas corrientes y tensiones, la seguridad intrínseca simplifica los circuitos y reduce los costos de instalación en comparación con otros métodos de protección. Las áreas con concentraciones peligrosas de gases o polvo inflamables se encuentran en aplicaciones como refinerías petroquímicas y minas. Como disciplina, es una aplicación de la seguridad inherente en instrumentación. Los circuitos de alta potencia, como los motores eléctricos o la iluminación, no pueden utilizar métodos de seguridad intrínseca para su protección.

Los dispositivos de seguridad intrínseca se pueden subdividir en:

• Aparatos intrínsecamente seguros
• Aparatos asociados

Los aparatos intrínsecamente seguros son dispositivos eléctricos que tienen circuitos conectados que son circuitos intrínsecamente seguros mientras se encuentran en el área peligrosa.

Los aparatos asociados son dispositivos eléctricos que cuentan con circuitos intrínsecamente seguros y no intrínsecamente seguros, y están diseñados de tal manera que los circuitos no intrínsecamente seguros no puedan afectar negativamente a los circuitos intrínsecamente seguros.

Un circuito intrínsecamente seguro está diseñado para no ser capaz de provocar la ignición de una atmósfera explosiva determinada, mediante ninguna chispa o ningún efecto térmico, en condiciones normales de funcionamiento y de fallo especificadas.

En condiciones normales de uso, los equipos eléctricos suelen generar pequeños arcos eléctricos (chispas internas) en interruptores, escobillas de motor, conectores y otros componentes. Los equipos eléctricos compactos también generan calor, que en determinadas circunstancias puede convertirse en una fuente de ignición.

Existen diversas maneras de garantizar la seguridad de los equipos en zonas con riesgo de explosión. La seguridad intrínseca (indicada con la letra "i" en las clasificaciones de explosión ATEX e IECEx) es uno de los métodos disponibles para equipos eléctricos. Consulte la sección Tipos de protección para obtener más información.

En el caso de los dispositivos electrónicos portátiles, la seguridad intrínseca es el único método viable para garantizar la protección contra explosiones de un dispositivo funcional. Un dispositivo denominado "intrínsecamente seguro" ha sido diseñado para ser incapaz de generar calor o chispas suficientes para encender una atmósfera explosiva, incluso si se ha deteriorado o dañado.

Existen varias consideraciones a tener en cuenta al diseñar dispositivos electrónicos intrínsecamente seguros:

• Reducción o eliminación de chispas internas.
• controlar las temperaturas de los componentes.
• eliminar el espacio entre componentes que podría permitir que el polvo provoque un cortocircuito.

La eliminación del potencial de chispa dentro de los componentes se logra limitando la energía disponible en cualquier circuito dado y en el sistema en su conjunto.

En determinadas condiciones de fallo, como un cortocircuito interno en un dispositivo semiconductor , la temperatura se convierte en un problema, ya que la temperatura de un componente puede elevarse hasta un nivel capaz de inflamar algunos gases explosivos, incluso en condiciones de uso normales.

Es necesario emplear medidas de seguridad, como la limitación de corriente mediante resistencias y fusibles, para garantizar que ningún componente alcance una temperatura que pueda provocar la autoignición de una atmósfera combustible. En los dispositivos electrónicos compactos actuales, las placas de circuito impreso suelen tener un espaciado entre componentes que crea la posibilidad de que se produzca un arco eléctrico si entra polvo u otras partículas en el circuito; por lo tanto, el espaciado, la ubicación y el aislamiento de los componentes son cruciales en el diseño.

El concepto fundamental de la seguridad intrínseca consiste en restringir la energía eléctrica y térmica disponible en el sistema para evitar la ignición de una atmósfera peligrosa (gas o polvo explosivos). Esto se logra garantizando que solo circulen voltajes y corrientes bajas en la zona peligrosa y que no sea posible un almacenamiento significativo de energía.

Uno de los métodos más comunes de protección consiste en limitar la corriente eléctrica mediante resistencias en serie (que siempre fallan en circuito abierto) y limitar la tensión con múltiples diodos Zener . En las barreras Zener, los potenciales peligrosos se conectan a tierra; en las barreras de aislamiento galvánico , no existe conexión directa entre los circuitos de las zonas seguras y peligrosas, ya que se interpone una capa de aislamiento entre ambos. Las normas de certificación para diseños de seguridad intrínseca (principalmente IEC 60079-11, pero desde 2015 también IEC TS 60079-39) generalmente exigen que la barrera no supere los niveles aprobados de tensión y corriente, evitando daños específicos en los componentes limitadores.

Los equipos o instrumentos destinados a su uso en zonas peligrosas estarán diseñados para funcionar con baja tensión y corriente, y carecerán de grandes condensadores o inductores que puedan provocar una descarga eléctrica. El instrumento se conectará, mediante cableado homologado, a un panel de control ubicado en una zona no peligrosa con barreras de seguridad. Estas barreras garantizan que, en condiciones normales de funcionamiento y con la aplicación de fallos conforme al nivel de protección del equipo (EPL), incluso en caso de contacto accidental entre el circuito del instrumento y otras fuentes de alimentación, no se filtre a la zona peligrosa más tensión y corriente de la permitida.

Por ejemplo, durante las operaciones de transferencia marítima de productos inflamables entre la terminal marítima y los buques cisterna o barcazas, es necesario mantener una comunicación por radio bidireccional constante en caso de que la transferencia deba interrumpirse por motivos imprevistos, como un derrame. La Guardia Costera de Estados Unidos exige que la radio bidireccional esté certificada como intrínsecamente segura.

Otro ejemplo son los teléfonos móviles intrínsecamente seguros o a prueba de explosiones que se utilizan en atmósferas explosivas, como las refinerías. Estos teléfonos deben cumplir con criterios especiales de diseño de batería para obtener la certificación UL, la directiva ATEX o la certificación IECEx para su uso en atmósferas explosivas.

Solo los dispositivos autónomos alimentados por batería y diseñados correctamente pueden ser intrínsecamente seguros por sí mismos. Otros dispositivos de campo y el cableado solo son intrínsecamente seguros cuando se utilizan en un sistema intrínsecamente seguro diseñado adecuadamente. Los requisitos para sistemas eléctricos intrínsecamente seguros se especifican en la serie de normas IEC 60079.

Cabe destacar la diferencia entre seguridad intrínseca y protección antideflagrante o antiexplosiva, ya que a menudo se utilizan como sinónimos. La seguridad intrínseca (Ex i) se diferencia de los métodos de protección antideflagrante (Ex d) en la forma en que se controlan los riesgos de ignición. Los equipos intrínsecamente seguros están diseñados para prevenir la ignición limitando la energía eléctrica y térmica disponible en un circuito, de modo que las chispas o los efectos de calentamiento no puedan inflamar una atmósfera peligrosa, incluso en condiciones de fallo específicas. ^{[ 1 ]}

Por el contrario, los equipos antideflagrantes o a prueba de explosiones permiten que la ignición se produzca dentro de una carcasa robusta diseñada para resistir y contener una explosión interna sin permitir que las llamas o los gases calientes se propaguen a la atmósfera peligrosa circundante. ^{[ 2 ]}

La seguridad intrínseca se utiliza comúnmente en instrumentación, sensores, equipos de comunicación y dispositivos electrónicos portátiles, ya que permite que los equipos sigan funcionando minimizando el riesgo de ignición. La protección antideflagrante se aplica con mayor frecuencia a equipos de alta potencia, como motores, sistemas de iluminación y aparamenta eléctrica, donde limitar la energía del circuito resulta poco práctico.

A diferencia de los métodos de protección ignífugos, los equipos intrínsecamente seguros pueden certificarse para su uso en zonas peligrosas de Zona 0, donde existen atmósferas explosivas de forma continua.

Los teléfonos inteligentes y las tabletas se utilizan en áreas peligrosas para la inspección de campo, la elaboración de informes de mantenimiento y la recopilación de datos. ^{[ 3 ]}

Existen dos enfoques para certificar dispositivos móviles en áreas clasificadas. En el primero, el dispositivo completo se diseña específicamente para su uso en áreas peligrosas: la placa de circuito , la batería , la pantalla y la carcasa están diseñadas para cumplir con los requisitos de seguridad intrínseca, y el dispositivo se certifica como una unidad completa según normas como la IEC 60079-11. ^{[ 4 ]}

En el segundo caso, se utiliza una carcasa protectora certificada (funda) con un teléfono inteligente de consumo estándar, como un iPhone o un Samsung Galaxy . La carcasa limita la transferencia de energía y la emisión térmica, y la combinación de teléfono y funda se prueba y certifica conjuntamente bajo el concepto de protección correspondiente, normalmente Ex ib para la Zona 1 o Ex ic para la Zona 2. ^{[ 5 ]}

Ambos enfoques requieren la certificación por un organismo notificado (en la UE bajo la directiva ATEX ) o a través del sistema IECEx para los mercados internacionales. Las pruebas abarcan la temperatura superficial máxima bajo carga sostenida del dispositivo, el comportamiento ante fallos de la batería y las características de descarga electrostática de los materiales de la carcasa. ^{[ 6 ]}

Algunos dispositivos móviles para áreas peligrosas utilizan métodos de protección de seguridad intrínseca, mientras que otros dependen de carcasas certificadas a prueba de llamas o explosiones diseñadas para contener las fuentes de ignición dentro de la carcasa del dispositivo. ^{[ 7 ]}

Las normas para la protección intrínseca son desarrolladas principalmente por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), ^{[ 8 ]} pero diferentes agencias también desarrollan normas para la seguridad intrínseca. Las agencias pueden ser dirigidas por gobiernos o estar compuestas por miembros de compañías de seguros, fabricantes e industrias con interés en las normas de seguridad. Las agencias certificadoras permiten a los fabricantes colocar una etiqueta o marca para identificar que el equipo ha sido diseñado de acuerdo con las normas de seguridad de producto pertinentes. Ejemplos de dichas agencias en Norteamérica son Factory Mutual Research Corporation, que certifica radios, Underwriters Laboratories (UL), que certifica teléfonos móviles, y en Canadá la Canadian Standards Association . ^{[ 9 ]} En la UE, la norma para la certificación de seguridad intrínseca es la norma CENELEC ^{[ 10 ]} EN 60079-11 y debe certificarse de acuerdo con la directiva ATEX , mientras que en otros países del mundo se siguen las normas IEC. Para facilitar el comercio mundial, los organismos de normalización de todo el mundo participan en actividades de armonización para que los equipos intrínsecamente seguros fabricados en un país puedan ser aprobados para su uso en otro sin necesidad de pruebas y documentación redundantes y costosas.

• Directiva ATEX

• Herramienta de evaluación en línea de la seguridad intrínseca
• IEC 60079-11:2023

• Redding, RJ, Seguridad intrínseca: Uso seguro de la electrónica en lugares peligrosos . McGraw-Hill, Programa técnico e industrial europeo. 1971. ISBN 978-0-07-094224-0
• Paul, V., «Conexión a tierra de barreras intrínsecamente seguras en equipos transportables en alta mar». IMarEST. Actas de IMarEST - Parte A - Revista de Ingeniería y Tecnología Marina , Volumen 2009, Número 14, abril de 2009, pp.  3–17(15)
• Resumen de conceptos y estándares de seguridad intrínseca (documento técnico en PDF) , Aegex Technologies.
• "AN9003 - Guía del usuario para la seguridad intrínseca" (PDF) . Cooper Crouse Hinds . Consultado el 25 de septiembre de 2012 .
• Conceptos esenciales de seguridad intrínseca (Documento técnico en PDF) , Spark Institute.