Industria 4.0 y la Prevención de Explosiones

Ing. José Luis Salinas
Vice Presidente Electo, Distrito 9, América Latina
Delegado ISA Sección Central México,
jose.salinas@isamex.org

Resumen:

El principio de la Industria 4.0 es crear la llamada “fábrica o industria inteligente“, la cual involucra a los sistemas cibernéticos, el Internet de las cosas IoT, la nube y la computación cognitiva. Uno de los principios de diseño y pilares para la Industria 4.0 es la asistencia técnica, o la capacidad de los sistemas para apoyar físicamente a las personas, mediante la realización de actividades que son desagradables, agotadoras o inseguras. Este enfoque, afectará entre alguno, al área de seguridad en los lugares de trabajo así como a la seguridad en máquinas, también en el área de la seguridad para evitar explosiones, por trabajos realizados en áreas clasificadas. En la actualidad, para la CEU la Directiva de ATEX es quien se encarga de la regulación de estas áreas, en el caso de USA, OSHA es quien dicta las regulaciones. Quizá uno de los desafíos en la implementación de la Industria 4.0 es la falta de regulaciones, estándares, certificaciones  y formas de certificación. El presente desarrollo, trata de aclarar si los requerimientos existentes sobre la seguridad en áreas explosivas, son adecuados para este concepto “Industria 4.0”.


PALABRAS CLAVES: Industria 4.0, área clasificada, ATEX, OSHA.


Industria 4.0

La industria 4.0, es la tendencia de automatización e intercambio de datos en tecnologías de fabricación, que se originó como el proyecto de estrategia de alta tecnología del gobierno Alemán, el cual promueve “la computarización de la fabricación”.

Fig, 1 Línea de ensamble de Robots

Entre los cuatro principios de diseño en la Industria 4.0 se puede encontrar la asistencia técnica, que se entiende como la capacidad de los sistemas ciber físicos para apoyar físicamente a los seres humanos, mediante la realización de una serie de tareas que son desagradables, agotadoras o inseguras. Un sistema ciber-físico integra capacidades de computación, almacenamiento y comunicación, junto con capacidades de seguimiento y/o control de objetos en el mundo físico. Los sistemas ciber-físicos están, normalmente, conectados entre sí y a su vez conectados con el “mundo virtual” de las redes digitales globales.

Las características esenciales de los sistemas ciber-físicos son:

  • La capacidad de relacionarse con los objetos físicos para monitorear y/o controlar, y
  • La utilización de la información disponible en el mundo virtual, pudiendo tener en algunos casos capacidad de aprender y evolucionar.
Fig, 2 Línea de ensamble de Robots – Humanos

Esta idea podría implementarse como una línea de ensamble sin operadores (Fig. 1) o como robots que cooperan con personal humano en ciertos lugares de trabajo (Fig. 2).

El efecto esperado de la Industria 4.0 en la economía global, será la elaboración de productos en condiciones de producción de alta flexibilidad y de producción en masa. Estos posibles beneficios, están asociados con importantes desafíos socioeconómicos, como pudieran ser: insuficientes empleados calificados, pérdida de puestos de trabajo en procesos altamente automatizados y los procesos controlados por TI, cuyo impacto se verá especialmente para la parte de la sociedad con un nivel educativo bajo.

Además, los beneficios esperados, están relacionados con el impacto de la Industria 4.0, en áreas como: la de seguridad en maquinaría y los lugares de trabajo, aquí la pregunta es: las regulaciones locales, procedimientos, estándares, normas e información adicional requerida, así como las diferentes formas y procesos de certificación actuales, son adecuados para las nuevas condiciones.

En el área o campo de la seguridad, está considerada la regulación en áreas con peligro de explosión, por lo que de la misma manera, la pregunta sigue vigente.

Prevención y protección contra explosiones

Los principios básicos fundamentales de prevención y protección contra explosiones son:

  1. Prevención por diseño: evitar o reducir la atmósfera explosiva, modificando la concentración del combustible, a un valor fuera del rango de explosión o llevar a la mezcla con oxígeno, a un valor por debajo de la concentración límite
  2. Prevención por diseño: Evitar cualquier posible fuente de ignición (energía)
  3. Prevención por contención: Detener la explosión y/o limitar el rango de liberación de energía, a un nivel seguro, esto mediante métodos de protección, por ejemplo: aislamiento, ventilación, supresión y contención, a diferencia de lo expuesto como prevención por diseño, aquí se acepta la ocurrencia de una explosión, en las anteriores se previene mediante el diseño.

La correcta evaluación del peligro, de acuerdo con los procedimientos de clasificación de áreas, así como las medidas preventivas, aunados a los métodos de protección, además de informar de la posibilidad de que se presente una explosión y el comportamiento de las sustancias durante la combustión (descritas en una memoria técnica del estudio de clasificación de áreas), se debe informar lo siguiente:


Propiedades físico/químicas

  • punto de inflamación, límites de explosividad (LEL, UEL), % de O2 en la mezcla
  • mínima energía de ignición mínima (MIE), temperatura de mínima de ignición mínima, temperatura mínima de ignición de una capa de polvo, comportamiento de ignición espontánea de las acumulaciones de polvo

Proceso de explosión

  • presión máxima de explosión (pmax), tasa máxima de aumento de presión ((dp / dt) máx.), máxima separación experimental de seguridad “MESG” o “GAP”

Para una mayor y mejor comprensión y aplicación de los métodos de protección estándar en áreas con peligro de explosión, los resultados y procedimiento de pruebas de los combustibles ya sea en forma de gases y vapores o en forma de polvos, se conformaron recientemente en los documentos ISO/IEC 80079-20-1 e ISO/IEC 80079-20-2 respectivamente.

Las regulaciones

Evitar o reducir la atmósfera explosiva como método preventivo en un proceso industrial, en particular depende en gran medida de las condiciones del proceso y puede lograrse mediante el diseño adecuado o “diseño inherentemente seguro”, el equipo utilizado y sus condiciones de operación, así como un mantenimiento adecuado forman parte de las regulaciones a nivel mundial.

Para conseguir esto, es crucial el conocimiento y la experiencia del diseñador; del responsable de los análisis de riesgo para clasificación de áreas peligrosas, de la información de respaldado, por ejemplo sobre las propiedades de combustión (físico/químicas) de una sustancia o sustancias particulares utilizadas en el proceso, de las consideraciones para clasificar un área, así como de su influencia en las demás áreas y esta solo puede ser obtenida de los estándares, normas, códigos y regulaciones aprobadas en la región de aplicación.

Adicional a esto, es necesario que el personal esté plenamente capacitado, para entender que son áreas explosivas, que métodos de protección están permitidos, las limitaciones y/o restricciones del uso de estos, sin dejar de mencionar, que la parte de mantenimiento es indispensable en una atmósfera potencialmente explosiva, como lo es el caso de ambientes que contiene o pueden contener polvos combustibles.

Siempre va a ser mejor evitar que contener, por lo que un diseño seguro es posiblemente el primer camino a explorar.

Cabe hacer mención que la industria en general, está dividida en dos grandes grupos, el primero se conoce como Industria de Procesos Industriales y el segundo como Industria de Procesos de Manufactura, por su principio de operación y producto final es que se ven las diferencias, podríamos generalizar diciendo que los procesos industriales son los encargados de elaborar la materia prima, que va a ser usada en los procesos de transformación o manufactura de esta.

También es recomendable recordar, que en los Procesos Industriales se caracterizan por tener áreas potencialmente explosivas, se dice que alrededor de del 80% caen dentro de esta característica, no así los procesos de manufactura, donde el 90% de las áreas son consideradas como no explosivas. Quizá la última gran diferencia pudiera ser la forma de controlar los procesos, el 80% de las estrategias de control en procesos de manufactura es del tipo ON/OFF, mientras que en procesos industriales, el 80% de las estrategias de control son del tipo regulatorio.

Conclusiones

Las regulaciones existentes en el ámbito de la seguridad en ambientes potencialmente explosivos en los lugares de trabajo, se centran en la seguridad de los trabajadores (humanos) en forma primordial. El nivel exigido de seguridad (nivel de riesgo laboral aceptable) se obtiene mediante la aplicación de las regulaciones locales, así como los estándares, prácticas y reportes técnicos relacionados.

Por supuesto, este método no está cerrado, se desarrolla junto con los desafíos derivados del desarrollo industrial. En la actualidad, parece ser suficiente con lo que se cuenta, aunado al conocimiento, experiencia, el razonamiento y el sentido común de los diseñadores y usuarios, puede cubrir todas las situaciones predecibles relacionadas con el trabajo en áreas con atmósferas potencialmente explosivas.

La industria 4.0 incluye los sistemas cibernéticos, el Internet de las cosas, la nube y la computación cognitiva. Crea una “fábrica inteligente” modular y estructurada, en la que los sistemas cibernéticos supervisan los procesos “físicos”, crean una copia virtual del mundo físico y toman decisiones descentralizadas. A través del Internet de las cosas, los sistemas cibernéticos se comunican y cooperan entre sí y con los humanos en “tiempo real”, a través de la nube, los participantes de la cadena de valor ofrecen y utilizan servicios internos y de organización cruzada.

Por este también se dice que la Industria 4.0 es la cuarta revolución industrial. Sin embargo, todas las características se alcanzan (o se pretenden alcanzar) con el uso de los dispositivos disponibles actualmente. El equipo, si está diseñado para trabajar en áreas con atmósferas potencialmente explosivas, debe cumplir con todos los requisitos para este tipo de ambientes.

La “fábrica inteligente” de la Industria 4.0 también tiene que ser segura para los trabajadores, incluso si son robots autónomos. Por supuesto, en caso de explosión en una planta sin operadores (no tripulada), no habrá problema de pérdidas humanas (probablemente las regulaciones no serán tan importantes), sin embargo está presente o pudiera estar presente el problema de la contaminación ambiental, que es frecuente cuando se presentan problemas en plantas de proceso, así mismo el problema de las pérdidas materiales continúa (y las pérdidas materiales en tal caso podrían ser más severa que en una planta “típica” de manufactura).

Por lo tanto, el equipo para la “fábrica inteligente”, donde se esperan o evalúan las zonas de riesgo de explosión, deben cumplir los mismos requisitos que para la planta “típica” con zonas de riesgo de explosión. El sistema de regulaciones y estándares en esta área de seguridad existe y funciona correctamente y es de esperar que no sea necesario establecer nuevas reglas o nuevos estándares, los nuevos equipos deben diseñarse, construirse, certificado y, finalmente, utilizarse de acuerdo con los requisitos y regulaciones vigentes.

Para concluir, recomendamos:

Electrical Instruments in Hazardous Locations,

4th Edition,

Autor: Ernest Magison,

Disponible en www.isa.org

 

REFERENCIAS

  1. [1] NOM 001-SEDE-2012
  2. [2] National Electrical Code (NEC) ed 2017
  3. [3] American Petrolium Institute (API) RP 501
  4. [4] American Petrolium Institute (API) RP 505
  5. [5] IEC 60079-10-1 ed2 2015
  6. [6] IEC 60079-10-2 ed2 2015

ACERCA DEL AUTOR

Ing. José Luis Salinas. Con más de 29 de años de experiencia en el área de Ingeniería, Servicio y Ventas, atendiendo a Pemex, CFE e iniciativa Privada, en el área de Instrumentación y Control, enfocado a la Seguridad Intrínseca, Fieldbus Foundation y comunicación Wireless para la automatización de procesos industriales. Acreditado por UL University en “Hazardous Locations” y Certificado por Lee College como Certified Foundation Fieldbus Specialist. Es miembro del comité mexicano revisor de estándares IEC, Instructor oficial y Delegado de ISA Sección Central México, así como Vice President Elect ISA Disctric 9 (America Latina) Cuenta con experiencia en las Áreas de Desarrollo de Ingeniería, Comisionamiento, Puesta en Servicio, Capacitación, Instrucción, Ventas y Marketing.

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