Aplicación en la Industria Farmacéutica de Procesos

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


RESUMEN:  Se dice que la industria está dividida en dos grandes áreas, las cuales se conocen como Procesos Industriales, la primera, y la segunda como Procesos de Manufactura. Para simplificar el concepto de estos dos grandes grupos, la primera se caracteriza en general por ser la generadora de la materia prima, que suministrara los insumos a ser transformados por la segunda, es decir, la Industria de Procesos genera la materia prima que va a ser manipulada y transformada en producto final por la Industria de la Manufactura. Esta definición es rápida y sencilla, no está escrita o definida, sin embargo es una manera fácil de entender la industria y su función. Siendo esta definición sencilla, lo que no es sencillo son las soluciones relacionadas con la automatización en cada una de estas áreas, mientras que en la industria de procesos el corazón del control se basa en algoritmos de regulación (del tipo PID), en la industria de la manufactura los algoritmos de control en su mayoría son del tipo ON/OFF. Otra gran diferencia es el tipo de área, mientras que en el área de procesos industriales las áreas son del tipo Peligros, en la industria de la manufactura son en su gran mayoría del tipo “usos generales” o no peligrosas; de aquí la importancia y relevancia de la implementación de soluciones en cada una de este tipo de industria. Sobre todo lo relacionado con procesos industriales, ya que al ser peligrosas las áreas, las requiere de soluciones especiales. Siendo el presente la descripción de una solución particular en la Industria Farmacéutica, la cual pertenece al área de Procesos Industriales.


Figura 1. Equipo Reactor.

Antecedentes

La planta para la fabricación de base para la industria farmacéutica cuenta con 4 reactores tipo “batch” para la producción. Producen 10 diferentes tipos de base para la producción de medicamentos. El proceso de producción es tipo exotérmico, la planta está clasificada como peligrosa, con áreas potencialmente explosivas.

Los reactores cuentan con un sistema de dosificación de productos, el control de la dosificación se lleva a cabo mediante válvulas de control.

Los reactores son “enchaquetados”, el inicio del batch se realiza metiendo agua caliente a la chaqueta del reactor, al final de la receta, se mete agua helada a la chaqueta.

Requerimiento

Figura 2. Función instrumentada de seguridad FIS.

Se requiere de instrumentación para áreas clasificadas de acuerdo al método de protección conocido como Seguridad Intrínseca.

Por el tipo de planta y aplicación, se requiere implementar adicional al área explosiva, soluciones de seguridad funcional que cumplan con un Nivel de Integridad de Seguridad “SIL”. Se realiza la medición de presión y se controlará la entrada de agua helada o agua caliente a la chaqueta del Reactor y la presión de sellos en la parte móvil de reactor, ver figura 1.

La clasificación de área es: Clase I, División 1, Grupo C y D. El Nivel de SIL requerido: SIL 2. Las Mediciones: Presión y Temperatura. Las Salidas: Electroválvula.

Monitoreo y control de Presión

Figura 3. Lazo de control.

Se realiza la medición de la presión del sello del agitador del reactor, cuando tiene una variación de ±0.5 kg/cm2, se manda paro del proceso, se requiere de instrumentos intrínsecamente seguros y que tengan la funcionalidad de formar parte de una función instrumentada de seguridad.

Se monitorea la temperatura del reactor, de acuerdo al proceso si se presenta una condición anormal se corta el suministro de agua caliente y se “inyecta” agua helada, se requiere de instrumentos intrínsecamente seguros y que tengan la funcionalidad de formar parte de una función instrumentada de seguridad.

De acuerdo a la condición del proceso, se envían comandos a una electroválvula para la apertura cierre de una válvula de corte tipo bola, la electroválvula es del tipo intrínsecamente segura para un lazo de seguridad funcional.

La función instrumentada de seguridad FIS” se requiere que cumpla con el SILobjetivo “2”, ver figura 2.

La solución

Para efectos del artículo, solo veremos la solución de la variable Presión. Los medidores de presión se especificaron para cubrir un rango de máximo el 60% de la máxima presión de operación, que fueran del tipo Intrínsecamente seguros y que cumplan con el requerimiento de ser implementados en una FIS hasta SIL 2. Las electroválvulas son del tipo 3-2 monoestables, del tipo intrínsecamente seguras y que cumplan con el requerimiento de ser implementados en una FIS hasta SIL 2.

Al ser una solución de Seguridad Intrínseca, se debe incluir lo que se conoce como Aislador Galvánico, por lo que se seleccionaron estos, para transmisores con señal 4-20 mA, con la opción de manejar señal HART y que de la misma manera, cumplan con el requerimiento de ser implementados en una FIS hasta SIL 2.

Figura 4. Suministro de agua caliente y suministro de agua helada.

Adicional a esto, como toda FIS, se requiere del “logic solver”, en este caso, se evaluó la posibilidad de incluir un PLC de Seguridad, que cumpliera con el nivel SIL requerido.

Figura 4. Solución para una función instrumentada de seguridad.

Al ser en principio solo cuatro señales que deberían cumplir con este requerimiento, no se veía viable la inclusión de un PLC de seguridad, por lo que se propuso que los Aisladores Galvánicos fueran de los que se conocen como “trip amplifier”, estos como función adicional al manejo de la señal de seguridad intrínseca, pueden ser programados para proporcionar valores límite o “disparos”. En este caso los trip amplifier van a ser la función del logic solver.

Esta solución fue aceptada por el cliente, por lo que la implementación queda como sigue.

Para la parte de seguridad intrínseca, el lazo se ve de la siguiente manera para la parte de medición, ver figura 3:

  1. Es el transmisor de presión intrínsecamente seguro + funcionalidad SIL 2
  2. Es el cable de interconexión, color azul claro para identificar que es un lazo de seguridad intrínseca y
  3. Es la barrera de seguridad intrínseca con funcionalidad SIL 2 y Trip Amplifier.

Para la parte de corte del suministro de agua caliente y suministro de agua helada en caso de falla, se tiene, (ver figura 4):

  1. es la válvula de corte tipo bola, con electroválvula intrínsecamente segura + funcionalidad SIL
  2. es el cable de interconexión, color azul claro para identificar que es un lazo de seguridad intrínseca y
  3. es la barrera de seguridad intrínseca con funcionalidad SIL 2.

Con estos arreglos solucionamos la parte de la protección en áreas clasificadas, ahora pasamos al requerimiento de seguridad funcional, por lo que la solución para una función instrumentada de seguridad, esta se compone de “un sensor”, un “logic solver” y un “elemento final de control”, por lo que la solución completa, se muestra a continuación.

Tabla 1. Parámetros de entidad.

Con esto tenemos resulto el requerimiento en forma parcial, ya que tanto para los lazos de seguridad intrínseca como para las FIS, se deben comprobar que cumplen el requerimiento, para la seguridad intrínseca que se cumple con los valores de entidad y para la seguridad funcional que el SILobjetivo es alcanzado. Por lo que el siguiente paso antes de la implementación es la confirmación de estos dos requisitos.

La confirmación

Figura 5. Evaluación para el transmisor de presión

Para la evaluación de la seguridad intrínseca, se hace uso de los valores conocidos como “parámetros de entidad”, estos son los valores eléctricos tanto del instrumento de campo, del cable de interconexión y de la barrera de seguridad intrínseca. Siendo estos, ver tabla 1.

La evaluación de los valores de entidad nos arroja el cumplimiento del método de protección así como la máxima longitud del cable permitida para este lazo.

El resultado de esta evaluación para el transmisor de presión es, ver figura 5. Resultado de la evaluación: Cumple con el requerimiento de seguridad intrínseca y la máxima longitud permitida del cable en este lazo es de 2,610 metros. Para la válvula de corte, el resultado de la evaluación es, ver figura 6.

Resultado de la evaluación: Cumple con el requerimiento de seguridad intrínseca y la máxima longitud permitida del cable en este lazo es de 3,200 metros.

Figura 6. Evaluación para la válvula de control.

Para finalizar se comprueba la Función Instrumentada de Seguridad, (cálculo de PFD), para la cual se tiene que:

Una solución confiable, simple pero a la vez segura. En ocasiones como ingenieros, nos vamos a las soluciones que hemos implementado en nuestra vida profesional por años, el buscar innovar y soluciones nuevas, que sean confiables, que nos den la seguridad y funcionalidad, puede ser el resultado del origen de la palabra Ingeniero, esto es, INGENIO.

El conocimiento del mercado en lo relacionado con las soluciones disponibles nos proporcionan las herramientas para implementar soluciones con cierto grado de innovación. Al platicar con algunos ex compañeros, que se vieron involucrados en esta solución, me comentan que el cliente está completamente satisfecho con la implementación y que para ellos es la primera que han visto implementada en su planta de este tipo, sencilla, confiable y les proporciona la seguridad requerida, desde el punto de vista de Seguridad Funcional como del de Áreas Clasificadas.

Figura 7. Cálculo de PFDavg para Sensor, Interface y Controlador del Solenoide

Referencias

  1. NEC (NFPA70), National Electrical Code
  2. IEC 60079-11, Explosive atmospheres – Part 11: Equipment protection by intrinsic safety “i”
  3. IEC 60079-25, Explosive atmospheres – Part 25: Intrinsically safe electrical systems
  4. ANSI/ISA RP 12.06.01 Recommended Practice for Wiring Methods for Hazardous (Classified) Locations Instrumentation Part 1: Intrinsic Safety
  5. IEC 61508-1, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems – Part 1: General requirements
  6. IEC 61511-1, Functional safety – Safety instrumented systems for the process industry sector – Part 1: Framework, definitions, system, hardware and application programming requirements

Acerca del Autor

Ing. José Luis Salinas. Con más de 30 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.

 

 

 

 

0
Compartir:

Dejar un comentario

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.