Seguridad intrínseca es un método de protección contra explosiones que mantiene la energía eléctrica y térmica en un circuito tan baja que no puede generar una chispa ni una superficie caliente capaz de encender una atmósfera inflamable, incluso cuando el circuito presenta una falla.
A diferencia de los encapsulados a prueba de explosiones que contienen una ignición después de que ocurre, la seguridad intrínseca impide que la fuente de ignición llegue a formarse.
Todos los demás conceptos de protección principales, como los encapsulados a prueba de explosiones (Ex d) o la seguridad aumentada (Ex e), asumen que puede producirse una chispa o arco y o bien contienen la explosión resultante o eliminan las condiciones que permiten que aparezcan chispas.
La seguridad intrínseca (Ex i) adopta un enfoque distinto: limita tensión y corriente en la fuente de modo que incluso un cable roto, un cortocircuito o un componente en cortocircuito no puedan liberar suficiente energía para encender el gas, vapor o atmósfera de polvo circundante.
Los instrumentos de campo, como transmisores, interruptores y pequeños actuadores, normalmente funcionan a niveles de potencia lo suficientemente bajos como para que este enfoque sea práctico, por lo que la seguridad intrínseca domina la instrumentación de proceso en áreas peligrosas.
La IEC/EN 60079-11 define subniveles de seguridad intrínseca según cuántas fallas independientes debe tolerar el circuito mientras sigue siendo incapaz de provocar ignición:
La norma distingue las fallas "contabilizables", fallos verosímiles como el cortocircuito de un componente o un circuito abierto que deben contarse para el cómputo de fallas ia o ib, de las fallas tratadas como no contabilizables porque el espaciado, las distancias de fuga y las separaciones en la construcción del equipo las hacen lo suficientemente improbables.
Solo las fallas contabilizables se usan para dimensionar el caso de tolerancia a fallas para ia, ib o ic.
La tolerancia a fallas que proporciona un circuito determina la zona más exigente a la que puede acceder:
| Nivel de protección | Equipment Protection Level (EPL) | Zona de gas típica | Tolerancia a fallas |
|---|---|---|---|
| Ex ia | Ga | Zona 0 | Dos fallas |
| Ex ib | Gb | Zona 1 | Una falla |
| Ex ic | Gc | Zona 2 | Sin fallas (solo operación normal) |
La Zona 0 abarca áreas donde una atmósfera explosiva está presente de forma continua o durante largos periodos, por lo que el equipo allí debe seguir funcionando de forma segura incluso después de que ocurran dos fallos independientes
razón por la cual Ex ia es el nivel mínimo requerido para Zona 0 (el equipo certificado Ex ia también puede instalarse en Zona 1 o Zona 2, ya que cumple o excede lo que esas zonas requieren).
La Zona 1 cubre áreas donde la atmósfera es probable durante la operación normal, y la Zona 2 cubre áreas donde se espera solo de forma breve o en condiciones anormales.
Esta misma lógica de limitación de energía sustenta otras decisiones de clasificación de áreas que toman los equipos de planta alrededor del riesgo de arco eléctrico y la protección contra fallas a tierra , donde el objetivo es igualmente evitar que una falla eléctrica se convierta en un evento de ignición o lesión.
Una barrera Zener es una red pasiva de diodos Zener, resistencias y un fusible instalada en el límite entre el área segura y el área peligrosa. En operación normal, las resistencias limitan la corriente y el circuito transmite la señal del instrumento sin obstáculos.
Si una falla en el equipo del área segura eleva la tensión por encima del umbral Zener, los diodos recortan la tensión y desvían la corriente de falla excesiva a una puesta a tierra intrínsecamente segura dedicada, mientras que el fusible protege a los diodos de daños térmicos.
Las barreras Zener son simples y económicas, pero requieren una conexión a tierra IS de baja resistencia y verificada para funcionar, y esa puesta a tierra debe mantenerse y probarse como parte del lazo.
Un aislador galvánico logra la misma limitación de energía sin una ruta eléctrica compartida. Internamente utiliza un transformador, relé u optoacoplador para separar el circuito del área peligrosa del circuito del área segura mientras aún transmite la señal de medida o control a través de la barrera.
Debido a que no existe una conexión eléctrica directa entre ambos lados, los aisladores galvánicos no dependen de una puesta a tierra IS dedicada, lo que simplifica la instalación y elimina una fuente común de fallas molestas.
Generalmente cuestan más que las barreras Zener, pero por esta razón son ahora la elección más habitual en instalaciones nuevas.
Cada aparato asociado (la barrera o el aislador) y cada aparato de campo intrínsecamente seguro (el transmisor, interruptor u otro dispositivo) lleva un conjunto de parámetros de entidad certificados en su placa de características o ficha técnica. Para que el lazo sea intrínsecamente seguro, estos parámetros deben compararse y coincidir antes de cablear el sistema:
Este concepto de entidad permite a los ingenieros combinar barreras y dispositivos de campo certificados de distintos fabricantes sin una prueba de certificación a nivel de sistema, siempre que cada comprobación de parámetros pase y la potencia de salida combinada se mantenga dentro de los límites certificados para el grupo de gases y la clase de temperatura implicados.
Equivocarse en este emparejamiento, o saltárselo al cambiar un dispositivo de campo, es una de las formas más comunes en que un lazo intrínsecamente seguro queda comprometido de forma no intencionada.
Los lazos intrínsecamente seguros todavía fallan como cualquier otro circuito de instrumentación: se funden fusibles de barrera, las puestas a tierra IS se corroen, el aislamiento de los cables se degrada y los dispositivos de campo se desvían o fallan por completo.
Como estas fallas a menudo se manifiestan primero como una pérdida sutil de rendimiento en lugar de una alarma evidente, la visibilidad basada en la condición de la línea importa tanto en áreas peligrosas como en cualquier otra parte de la planta.
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No. El equipo a prueba de explosiones (Ex d, “flameproof”) permite que ocurra una ignición interna pero la contiene dentro de un encapsulado robusto para que no pueda escapar. La seguridad intrínseca limita la energía para que nunca se forme una chispa o una superficie caliente capaz de provocar ignición.
Sólo después de volver a comprobar la comparación de parámetros de entidad del nuevo dispositivo frente a la barrera o aislador instalado. Un recambio con mayor Ci o Li, o con menor Vmax o Imax, puede invalidar el lazo certificado aunque encaje físicamente.
El cableado IS normalmente se instala en cables separados, claramente identificados (a menudo de color azul claro) o segregados de conductores no IS, y debe cumplir los requisitos de aislamiento y separación en la norma de instalación correspondiente para que una falla en un circuito no IS no pueda acoplar energía al lazo IS.
Ex ia solo es obligatorio donde el equipo debe operar en Zona 0. En Zona 1, Ex ib cumple el nivel de protección requerido normalmente a un coste y complejidad de diseño menores, por lo que especificar ia en todas partes sería sobreingeniería en lugar de mayor seguridad.
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