Confiabilidad y Seguridad

Carlos Jacobo Vargas, CFSE-TÜV, PHA Leader, Mario Pérez Marín, CFSE-TÜV, PHA Leader

 InTech México Automatización,
Edición Enero  – Marzo 2007

INTRODUCCIÓN

Cotidianamente oímos hablar de los términos confiabilidad, seguridad, disponibilidad, sobre todo tratándose de Controladores Lógicos Programables (PLC), en el entorno de los Sistemas Instrumentados de Seguridad (SIS). Sin embargo, pocas veces escuchamos términos como Probabilidad promedio de Falla en demanda (PFDavg), que se utiliza como parámetro del desempeño de un SIS ya que se relaciona directamente con los valores discretos de Nivel de integridad de Seguridad (SIL).

Puestas de esta manera las cosas, se cometen errores de interpretación o de asignación de los parámetros de comportamiento de un SIS o los elementos que lo conforman como el PLC. Trataremos aquí de plasmar algunas cuestiones básicas de la terminología mencionada para su mejor entendimiento e incentivar al lector a profundizar en la teoría de confiabilidad, utilizada en Sistemas Instrumentados de Seguridad en el sector proceso.

Comencemos por escudriñar que es la confiabilidad y la disponibilidad

La confiabilidad se utiliza para describir la probabilidad de éxito o bien funcionamiento de un dispositivo o sistema durante su un periodo de tiempo, éste puede ser por ejemplo, desde el instante en que se pone en operación un SIS digamos hasta 5 años. Durante este periodo no hay inspección, no hay reparación ya que la confiabilidad es un modelo aplicable a “cosas” que NO se puede reparar o resulta impráctico.

Una de la manera en que se describe la función confiabilidad es mediante la distribución probabilística exponencial cuyo parámetro es la tasa de falla A. Lo que nos indica esta función es que la probabilidad de que un sistema funcione con éxito tiene un decaimiento de tipo exponencial. La expresión es:

Por otro lado, la disponibilidad describe la probabilidad de funcionamiento exitoso cuando el sistema o dispositivo se puede reparar, desde luego para repararlo hay que saber que falló o se degradó por tanto, se tienen que hacer pruebas de funcionamiento para poder efectuar la acción correctiva necesaria.

La disponibilidad por tanto, permite reestablecer el desempeño de un sistema al estado original o tiempo cero de inicio de misión, en el caso ideal. Esto tiene que ver con intervalos de prueba, tasas de reparación y por supuesto con tasas de fallas.

El Modelo que describe a esta métrica para un componente simple es:

En teoría de confiabilidad siempre existen los complementos, matemáticamente hablando, nada es exitoso al 100%, el remanente es el complemento, en este caso la falla. Así el complemento de la confiabilidad es la No-confiabilidad o Probabilidad de Falla (PF) durante el tiempo de vida de un sistema. Para obtener este complemento sólo hay que restar 1 o 100, dependiendo de la base, al parámetro que se conozca, esto es:

El complemento de la disponibilidad es la No-disponibilidad o indisponibilidad. Seguridad es una percepción de libertad o distanciamiento de un peligro o riesgo y tiene que ver con diversas estrategias preventivas, de control y de mitigación. Una de estas estrategias es la seguridad funcional mediante Sistemas Instrumentados de Seguridad. (SIS).

El complemento de la seguridad es el peligro o el riesgo o la No-seguridad. La seguridad tiene que ver con que los sistemas funcionen bien y no existan daños en términos de pérdidas de vidas humanas, ambientales y económicas.

Siendo así, agrupemos los términos antes explicados, y sus complementos que significan lo contrario, en el siguiente esquema.

 

Se puede apreciar que seguridad, confiabilidad y disponibilidad son parámetros que indican un buen estado de las cosas, los parámetros del lado derecho indican exactamente lo contrario.

Teniendo esto en mente, analicemos porque en ciertas ocasiones se refieren descriptores de un SIS o un dispositivo como de “alta confiabilidad y alta seguridad” o “es muy seguro pero poco disponible”.

En el primer caso el sistema esta analizado como reparable dado que se aplica el término confiabilidad, como hemos visto podemos asociar la confiabilidad con una mejora en la seguridad, claro solo a lo que respecta en que no falle, entonces, con definir la confiabilidad tenemos una idea del grado de seguridad y establecer que un sistema tiene “alta confiabilidad y alta seguridad” resurta casi un pleonasmo.

En el segundo caso se asume que el sistema esta modelado como reparable, al indicar su disponibilidad, igualmente la disponibilidad está asociada a seguridad y por tanto resulta contradictorio indicar que el sistema es “muy seguro pero con baja disponibilidad”.

De acuerdo con ISA 84.00.01 parte 1, el desempeño de un SIS se mide en términos de su probabilidad de falla, en específico de su probabilidad de falla peligrosa promedio (PFDavg) para modo en demanda. ¿Esto querrá decir que también se puede fallar en forma segura?, la respuesta es sí, una falla puede llevar a que el SIS desempeñe su función de protección cuando el proceso no ha salido de su estado seguro, a esto se le conoce como falla segura ya que no se requería que actuara.

Por tanto también se puede calcular una probabilidad de falla en forma “segura” o tasa de disparos en falso. Cabe aclara r que este no es un parámetro normativo para establecer el nivel de integridad de seguridad (SIL).

El error común de los casos anteriormente planteados consiste en asociar el término probabilidad de falla segura con confiabilidad, pero aún con disponibilidad. De forma similar se presenta el mismo problema con la disponibilidad, al asociarla exclusivamente con la redundancia, tal pareciera que si a un dispositivo de tipo reparable no se le pudiera estimar su disponibilidad.

La redundancia tiene mucho que ver con la tolerancia a fallas, así como también con la disponibilidad si el sistema es reparable. Por ejemplo, un arreglo 1001 (voteo 1 fuera de 1) del subsistema sensores no tiene tolerancia a fallas pero si disponibilidad siempre y cuando lo pueda probar y reparar.

Lo correcto para evitar ambigüedades y mala interpretación, es establecer los parámetros normativos para describir el desempeño de un dispositivo o sistema para sus dos modos de falla, esto es, Probabilidad promedio de Falla en Demanda PFDavg y Probabilidad de Falla Segura o Tasa de disparos en falso.

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