Un solo fallo en un prensaestopas puede poner en peligro todo un sistema de seguridad con clasificación SIL. Comprender cómo afectan los componentes mecánicos a la seguridad funcional es fundamental para prevenir catástrofes industriales.
Los prensaestopas repercuten en la seguridad funcional a través de sus modos de fallo, capacidades de protección ambiental y niveles de capacidad sistemática, lo que requiere una evaluación SIL adecuada, un análisis de datos de tasa de fallos y la integración en el diseño general del sistema instrumentado de seguridad para mantener los niveles de integridad de la seguridad requeridos.
El mes pasado, Hassan me llamó urgentemente desde su planta petroquímica. Su sistema de parada de emergencia SIL 2 había fallado durante las pruebas porque la entrada de agua a través de un prensaestopas en mal estado había provocado el mal funcionamiento del sensor. Este incidente me recordó por qué los componentes mecánicos merecen la misma atención en el diseño de la seguridad funcional.
Índice
- ¿Qué es la seguridad funcional y cómo encajan los componentes mecánicos?
- ¿Cómo afectan los prensaestopas al rendimiento de los sistemas instrumentados de seguridad?
- ¿Cuáles son los requisitos SIL para los prensaestopas en aplicaciones de seguridad?
- ¿Cómo seleccionar y especificar prensaestopas para sistemas con clasificación SIL?
¿Qué es la seguridad funcional y cómo encajan los componentes mecánicos?
Seguridad funcional1 se centra en la prevención de fallos peligrosos en sistemas críticos para la seguridad. Aunque la atención suele centrarse en los componentes electrónicos, las piezas mecánicas como los prensaestopas desempeñan papeles igualmente cruciales.
La seguridad funcional requiere que todos los componentes de la cadena de seguridad cumplan los niveles de integridad especificados, incluidos los componentes mecánicos que proporcionan protección medioambiental, integridad de la señal y fiabilidad del sistema a través de sus modos de fallo, requisitos de mantenimiento y evaluaciones sistemáticas de la capacidad.
Comprensión de los niveles de integridad de la seguridad (SIL)
Definiciones y requisitos SIL:
| Nivel SIL | Factor de reducción del riesgo | Probabilidad de fallo a demanda (PFD) | Ejemplos de aplicación |
|---|---|---|---|
| SIL 1 | De 10 a 100 | 10-¹ a 10-² | Paradas de procesos no críticos |
| SIL 2 | De 100 a 1.000 | 10-² a 10-³ | Sistemas de parada de emergencia |
| SIL 3 | De 1.000 a 10.000 | 10-³ a 10-⁴ | Sistemas de detección de incendios y gases |
| SIL 4 | De 10.000 a 100.000 | 10-⁴ a 10-⁵ | Protección de reactores nucleares |
Nota: Niveles de integridad de la seguridad (SIL)2 cuantificar el nivel objetivo de reducción del riesgo proporcionado por una función de seguridad. La dirección Probabilidad de fallo a demanda (PFD)3 es una métrica clave para los sistemas que funcionan en modo de baja demanda.
El papel de los componentes mecánicos
Funciones críticas en los sistemas de seguridad:
- Protección del medio ambiente: Evitar la penetración que podría causar fallos peligrosos
- Integridad de la señal: Mantenimiento de la continuidad y el aislamiento eléctricos
- Fiabilidad mecánica: Garantizar la seguridad de las conexiones bajo presión
- Capacidad sistemática: Apoyo a los requisitos generales de la arquitectura del sistema
David compartió recientemente: "Chuck, nunca nos dimos cuenta de hasta qué punto nuestra selección de prensaestopas afectaba a nuestros cálculos SIL hasta que hicimos un análisis adecuado. El impacto fue significativo".
Marco IEC 61508 para componentes mecánicos
Requisitos del ciclo de vida:
- Fase de concepción: Análisis de riesgos, incluidos los modos de fallo mecánico
- Fase de diseño: Evaluación sistemática de la capacidad de las piezas mecánicas
- Aplicación: Procedimientos adecuados de instalación y configuración
- Operación: Protocolos de mantenimiento y ensayo
- Desmantelamiento: Procedimientos seguros de retirada y eliminación
En IEC 615084 proporciona un marco completo para gestionar la seguridad funcional a lo largo de todo el ciclo de vida de un sistema.
Niveles de capacidad sistemáticos:
- SC 1: Prácticas básicas de diseño y documentación
- SC 2: Mejora de la gestión y verificación de la calidad
- SC 3: Procesos formales de desarrollo y evaluación independiente
- SC 4: Máximo nivel con gestión integral del ciclo de vida
¿Cómo afectan los prensaestopas al rendimiento de los sistemas instrumentados de seguridad?
Los prensaestopas influyen en el rendimiento del SIS a través de múltiples mecanismos de fallo que pueden comprometer las funciones de seguridad. Comprender estos impactos es esencial para un diseño adecuado del sistema.
Los prensaestopas afectan al rendimiento del SIS a través de fallos peligrosos no detectados (entrada de agua que provoca la desviación del sensor), fallos peligrosos detectados (fallo completo del sellado), fallos seguros (fugas evidentes) y fallos sistemáticos (instalación o especificación inadecuadas), cada uno de los cuales requiere diferentes estrategias de mitigación.
Análisis modal de fallos en prensaestopas
Fallos peligrosos no detectados (DU):
- Degradación gradual del sellado que permite la entrada de humedad
- Pérdida parcial del apantallamiento CEM que provoca interferencias
- Corrosión lenta de los componentes internos
- Micromovimientos que provocan conexiones intermitentes
Fallos Detectados Peligrosos (DD):
- Fallo completo de la junta con fuga evidente
- Daños mecánicos que impiden un sellado adecuado
- Corrosión o deterioro visibles
- Tracción o desplazamiento del cable
Fallos seguros (S):
- Apriete excesivo que causa daños evidentes
- Pérdida total de la calificación medioambiental
- Avería mecánica que impide la instalación
- Indicación clara de compromiso
Impacto en el rendimiento de la función de seguridad
Efectos sobre la integridad de la señal:
- La entrada de agua puede provocar desviaciones en la medición del sensor
- La corrosión aumenta la resistencia de los contactos
- La degradación CEM permite interferencias
- Los ciclos de temperatura afectan al calibrado
me dijo Hassan: "Descubrimos que la entrada de humedad a través de los prensaestopas hacía que nuestros transmisores de presión se desviaran 2%, lo que era suficiente para impedir el correcto funcionamiento del disparo".
Evaluación cuantitativa del impacto
Contribuciones a la tasa de fracaso:
- Tasas de fallo de los prensaestopas: De 10-⁶ a 10-⁴ fallos por hora.
- Factores ambientales: Multiplicador de 2x a 10x
- Calidad de instalación: multiplicador de 1,5x a 5x
- Eficacia del mantenimiento: multiplicador de 0,5x a 2x
Ejemplo de cálculo de PFD:
Para un sistema de válvula de seguridad de presión SIL 2:
- Sensor PFD: 1×10-³
- Solver lógico PFD: 5×10-⁴
- PFD del elemento final: 2×10-³
- Aportación de prensaestopas: 1×10-⁴
- PFD total del sistema: 3,6×10-³ (aún dentro del rango SIL 2)
Causas comunes de los fallos
Factores de estrés ambiental:
- Ciclos de temperatura que afectan a varias glándulas
- Exposición química que provoca una degradación sistemática
- La vibración afloja las conexiones de todo el sistema
- La radiación UV degrada los materiales de sellado
Estrategias de mitigación:
- Diversos tipos y materiales de prensaestopas
- Métodos de sellado redundantes
- Programas periódicos de inspección y mantenimiento
- Medidas de protección del medio ambiente
En Bepto, proporcionamos análisis detallados del modo de fallo y datos de fiabilidad de todos nuestros prensaestopas para respaldar sus cálculos SIL. Nuestro equipo de ingeniería puede ayudarle a optimizar el diseño de su sistema de seguridad 😉.
¿Cuáles son los requisitos SIL para los prensaestopas en aplicaciones de seguridad?
Los prensaestopas utilizados en sistemas con clasificación SIL deben cumplir requisitos específicos de capacidad sistemática, índices de fallo y documentación. Estos requisitos varían según el nivel SIL y la aplicación.
Los requisitos SIL para los prensaestopas incluyen la certificación sistemática de la capacidad (SC 2 como mínimo para aplicaciones SIL 2), datos documentados sobre la tasa de fallos, procedimientos de prueba, intervalos de mantenimiento e integración en los procesos generales de gestión del ciclo de vida de la seguridad.
Requisitos sistemáticos de capacidad
Requisitos SC 2 (Mínimo para SIL 2):
- Sistema de gestión de la calidad (ISO 9001 o equivalente)
- Procedimientos de gestión de la configuración
- Procesos de verificación y validación
- Sistemas de documentación y trazabilidad
- Gestión de las competencias del personal
Requisitos SC 3 (Recomendado para SIL 3):
- Ciclo de vida formal del desarrollo
- Actividades de verificación independientes
- Medidas avanzadas de garantía de calidad
- Protocolos de pruebas exhaustivos
- Evaluación y certificación por terceros
Requisitos de documentación
Paquete de documentación esencial:
- Manual de seguridad con análisis modal de fallos
- Procedimientos de instalación y mantenimiento
- Instrucciones e intervalos de las pruebas
- Limitaciones medioambientales y factores de reducción de potencia
- Certificado sistemático de capacidad
Requisitos de los datos de tasa de fallos:
- Valores lambda (λ) para distintos modos de fallo
- Factores de estrés ambiental
- Intervalos de confianza y fuentes de datos
- Duración de la misión y desgaste
- Análisis de fallos por causas comunes
David comentó: "Contar con la documentación SIL adecuada de Bepto nos facilitó mucho la evaluación TÜV. El evaluador quedó impresionado con la exhaustividad del caso de seguridad".
Requisitos de las pruebas
Objetivos de la prueba:
- Detectar fallos peligrosos no detectados
- Verificar la capacidad continua de la función de seguridad
- Restaurar el sistema a un estado seguro conocido
- Actualizar los datos sobre la tasa de fallos en función de la experiencia
Procedimientos de prueba de prensaestopas:
- Inspección visual para detectar daños o deterioros
- Verificación del par dentro de los márgenes especificados
- Pruebas de resistencia del aislamiento
- Pruebas de presión para aplicaciones selladas
- Verificación de continuidad para aplicaciones CEM
Integración con el ciclo de vida de la seguridad
Integración en la fase de diseño:
- Incluir prensaestopas en Estudios HAZOP5
- Considerar los modos de fallo en el análisis FMEA
- Especificar los requisitos sistemáticos de capacidad
- Definir estrategias de prueba
Requisitos de la fase de explotación:
- Programas de inspección periódica
- Programas de mantenimiento preventivo
- Informes y análisis de incidentes
- Supervisión del rendimiento y tendencias
Hassan me dijo recientemente: "Integrar los requisitos de los prensaestopas en nuestro sistema de gestión del ciclo de vida de la seguridad nos ayudó a identificar posibles problemas antes de que se convirtieran en problemas."
¿Cómo seleccionar y especificar prensaestopas para sistemas con clasificación SIL?
La correcta selección y especificación de los prensaestopas para aplicaciones SIL requiere una evaluación sistemática de los requisitos de seguridad, las condiciones ambientales y las consideraciones relativas al ciclo de vida.
La selección de prensaestopas para los sistemas SIL requiere la evaluación del nivel de capacidad sistemática, la compatibilidad de los datos de la tasa de fallos con los objetivos de seguridad, la idoneidad medioambiental, la viabilidad de las pruebas de ensayo y la disponibilidad a largo plazo para cumplir los requisitos del ciclo de vida del sistema.
Matriz de criterios de selección
Requisitos de seguridad:
- Nivel SIL requerido y capacidad sistemática
- Objetivos y asignación del porcentaje de fracasos
- Compatibilidad del intervalo de prueba
- Consideraciones sobre los fallos de causa común
- Requisitos de accesibilidad para el mantenimiento
Especificaciones técnicas:
- Tipos de cables y tamaños
- Grados de protección ambiental (IP, NEMA)
- Compatibilidad del material con los fluidos de proceso
- Temperatura y presión nominales
- Requisitos CEM y conexión a tierra
Consideraciones sobre el ciclo de vida:
- Vida útil prevista (normalmente más de 20 años)
- Disponibilidad de piezas de recambio
- Estabilidad y apoyo a los proveedores
- Gestión de la obsolescencia
- Flexibilidad de actualización y modificación
Proceso de elaboración de especificaciones
Etapa 1: Análisis de los requisitos de seguridad
- Revisar el diseño del SIS y la especificación de los requisitos de seguridad
- Identificar las ubicaciones y funciones de los prensaestopas
- Determinar las asignaciones por porcentaje de fracaso
- Especificar los requisitos sistemáticos de capacidad
Paso 2: Evaluación medioambiental
- Analizar las condiciones del entorno de instalación
- Considerar los requisitos de compatibilidad química
- Evaluar los factores de tensión mecánica
- Evaluar la accesibilidad del mantenimiento
Paso 3: Especificación técnica
- Definir los requisitos de rendimiento
- Especificar las necesidades de ensayo y certificación
- Establecer requisitos de calidad y documentación
- Incluir disposiciones de apoyo al ciclo de vida
Criterios de evaluación de proveedores
Capacidad técnica:
- Certificación SIL y capacidad sistemática
- Calidad y fuentes de los datos sobre la tasa de fracaso
- Capacidad de ensayo y validación
- Asistencia técnica y recursos de ingeniería
Sistema de calidad:
- Certificación ISO 9001 como mínimo
- Procesos de gestión de la configuración
- Procedimientos de control de cambios
- Sistemas de trazabilidad y documentación
Consideraciones empresariales:
- Estabilidad financiera y longevidad
- Capacidad de asistencia mundial
- Disponibilidad de piezas de recambio
- Alineación de la hoja de ruta tecnológica
David me dijo: "El uso de su proceso de selección sistemático nos ayudó a elegir prensaestopas que no sólo cumplían nuestros requisitos SIL actuales, sino que también ofrecían flexibilidad para futuras modificaciones."
Servicios de apoyo SIL de Bepto
Comprendemos la complejidad de las aplicaciones SIL y ofrecemos una asistencia completa:
- Certificación SIL para niveles de capacidad sistemáticos
- Datos detallados sobre la tasa de fallos con intervalos de confianza
- Elaboración del manual de seguridad para sus aplicaciones específicas
- Formación técnica sobre los requisitos y la aplicación del SIL
- Apoyo al ciclo de vida incluida la gestión de la obsolescencia
Errores comunes en las especificaciones
Errores técnicos:
- Subespecificación de los requisitos sistemáticos de capacidad
- Ignorar los factores de estrés ambiental
- Procedimientos de prueba inadecuados
- Falta el análisis de fallos por causa común
Errores comerciales:
- Centrarse sólo en el coste inicial
- Ignorar los requisitos de soporte del ciclo de vida
- Calificación inadecuada de los proveedores
- Estrategia sobre la falta de piezas de recambio
Problemas de documentación:
- Desarrollo incompleto del caso de seguridad
- Falta el análisis del modo de fallo
- Procedimientos de mantenimiento inadecuados
- Procesos de control de cambios deficientes
comentó Hassan: "La inversión en prensaestopas SIL adecuados se amortizó cuando evitamos un fallo importante del sistema de seguridad que podría haber paralizado toda nuestra planta."
Conclusión
Los prensaestopas desempeñan un papel fundamental en los sistemas de seguridad funcional y requieren una evaluación SIL adecuada, una certificación de capacidad sistemática y una gestión del ciclo de vida para mantener los niveles de integridad de la seguridad.
Preguntas frecuentes sobre SIL y prensaestopas
P: ¿Todos los prensaestopas de un sistema SIL deben tener certificación SIL?
A: No necesariamente. Sólo los prensaestopas que pueden provocar fallos peligrosos de las funciones de seguridad necesitan una evaluación SIL. Sin embargo, a menudo es más sencillo utilizar productos con calificación SIL en todo el sistema de seguridad para garantizar la coherencia y simplificar la documentación.
P: ¿Cómo calculo el impacto de los fallos de los prensaestopas en mi clasificación general SIL?
A: Incluya las tasas de fallo de los prensaestopas en sus cálculos de PFD utilizando los mismos métodos que otros componentes. Tenga en cuenta tanto los fallos de hardware aleatorios como los sistemáticos. En Bepto, proporcionamos una guía de cálculo detallada y datos de tasas de fallo para apoyar su análisis.
P: ¿Qué diferencia hay entre los prensaestopas SC 2 y SC 3?
A: SC 3 requiere procesos de desarrollo más rigurosos, verificación independiente y gestión formal del ciclo de vida. SC 2 es suficiente para la mayoría de las aplicaciones SIL 2, mientras que SC 3 se recomienda para SIL 3 y se exige para aplicaciones SIL 4.
P: ¿Con qué frecuencia deben probarse los prensaestopas en aplicaciones SIL?
A: Los intervalos de prueba dependen de la PFD requerida y de los índices de fallo de los prensaestopas. Los intervalos habituales oscilan entre 1 y 5 años. La clave está en equilibrar los requisitos de seguridad con consideraciones prácticas de mantenimiento.
P: ¿Puedo utilizar prensaestopas industriales estándar en aplicaciones SIL?
A: Los prensaestopas estándar pueden ser adecuados si cumplen los requisitos de capacidad sistemática y se dispone de datos adecuados sobre la tasa de fallos. Sin embargo, los productos SIL diseñados específicamente para aplicaciones de seguridad suelen ofrecer mejor documentación y asistencia durante el ciclo de vida.
-
Conozca la definición oficial y los principios básicos de la seguridad funcional de una autoridad internacional de normalización. ↩
-
Obtenga un desglose detallado de los distintos niveles de integridad de la seguridad (SIL) y sus requisitos de reducción de riesgos. ↩
-
Comprender cómo se calcula la Probabilidad de Fallo bajo Demanda (PFD) y cómo se utiliza para determinar las clasificaciones SIL. ↩
-
Acceda a una visión general de la norma internacional IEC 61508 sobre seguridad funcional. ↩
-
Explorar la metodología estructurada de un estudio de peligros y operatividad (HAZOP) para identificar los riesgos potenciales del sistema. ↩
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