Evaluación de las Tecnologías Fundation Fieldbus en ... · Evaluación de las Tecnologías Fundation Fieldbus en Ambientes Explosivos y Areas Clasificadas. Preparado para: Manuel

Evaluación de las Tecnologías Fundation Fieldbus en Ambientes Explosivos y Areas Clasif icadas.

Preparado para: Manuel Mera OvandoPreparado por: Victor Machiavelo Salinas

Julio de 2011Numero de Documento: TECFFIS0072011

REDCA Insurgentes Sur 1377 Mz 1 03920 Mexico DF T 5255-56114020 F 5255-56114749 [email protected] www.redinsafe.com

Redca Cursos y Sistemas S.A

mailto:[email protected]


http://www.redinsafe.com


Contenido

Resumen ejecutivo 1Objetivo 11. Definiciones. 12. Normas y Conceptos en la Clasificación de Areas Peligrosas. 33. Selección de Métodos de Protección. 124. Fundation Fieldbus y la Seguridad Intrínseca . 185. Conclusiones y recomendaciones. 296. Referencias. 30

Nombre del informe i


Resumen ejecutivo

ObjetivoEl presente reporte tiene como objetivo comentar y revisar las diferencias entre la instrumentación “Convencional” utilizando 4-20 ma/Hart y la instrumentación “Digital” utilizando Fieldbus Fundation para procesos que son considerados como “Peligrosos” ya sea por las cantidades de masa y energía que son manejadas en el proceso, así como por las condiciones ambientales y operativas.

Pero en particular nos orientaremos a revisar las tecnologías basadas en Fieldbus Fundation para áreas clasificadas en atmósferas explosivas, el objetivo es no solo revisar las diferentes tecnologías, también será la de fijar una posición para el proyecto de Mexichem considerando que debemos seleccionar una tecnología que sea probada, confiable y segura.

La primera parte del reporte describe las diferencias existentes en las normas internacionales para la clasificación de áreas peligrosas, esto con el objetivo de entender y justificar la selección de la tecnología a ser utilizada.

1. Definiciones.

Cuales son las Condiciones que pueden crear una Explosión?

Se requieren tres elementos para que se genere una explosión: 1) Oxigeno en el aire, 2) Que se encuentre presente una sustancia inflamable (definición: que se enciende con facilidad y desprende inmediatamente llamas) como son: Gas (metano, acetileno), Liquido (gasolina, solvente), Sólidos (azufre, madera, azúcar, polvos, plásticos, granos), y 3) Una fuente de Ignición: a) Con la suficiente energía como puede ser un arco eléctrico o una chispa, y/o b) Con una Temperatura requerida.

Que es una Atmósfera Explosiva?

Una Atmósfera Explosiva es el resultado de una mezcla de sustancias ininflamables en la forma de gas, vapor, aerosol, o polvo con aire en una cierta proporción, donde la temperatura, un arco eléctrico o una chispa o bien otra fuente de ignición puedan producir una explosión.

Que es una Atmósfera Potencialmente Explosiva?

Se define como una atmósfera potencialmente explosiva cuando la composición no es explosiva de forma normal, pero bajo ciertas circunstancias puede variar la composición y llevar a la mezcla a una condición explosiva (se dice que existe el potencial de una condición peligrosa) estas circunstancias están dadas por: Condiciones operativas, Incidentes o Accidentes (rupturas de tuberías, fugas, desfogues), Condiciones meteorológicas (altas temperaturas, movimientos de aire).

Instrumentos de Campo y Clasificación de Areas 1


Que es la Energía Mínima de Ignición?

Es la mínima cantidad de energía que debe de ser introducida de forma local (en forma de flama, chispa, choque, fricción) para causar una ignición en una atmósfera explosiva. Las mayores fuentes de ignición en la industria contienen niveles de energía mucho mas altos que la energía mínima de ignición, que en términos generales es siempre muy baja (decena de microjules para gas y vapor a cientos de milijules para polvos).

Que es la Temperatura de Auto Ignición?

La temperatura de auto ignición o temperatura de ignición espontánea, es la mínima temperatura en la cual una atmósfera explosiva puede crear una ignición de forma espontánea. La energía requerida para que se genera una flama puede cambiara una forma térmica con el incremento de temperatura en la mezcla.

Cual es el Limite de Explosión de un Producto Inflamable?

La ignición de un producto depende de su concentración en el aire y se produce en un rango definido entre dos limites: 1) Limite Explosivo Bajo (LEL) que es la mínima concentración en el aire que un gas, vapor, aerosol o polvo deben de tener para que se genere una ignición y 2) Limite Explosivo Superior (UEL) que es la máxima concentración en el aire que un gas, vapor, aerosol o polvo deben de tener para que se genere una ignición.

El objetivo al clasificar las áreas peligrosas (equipos de proceso) es la determinación de las concentraciones de gases, polvos, líquidos y productos que pudieran encontrarse entre los limites peligrosos, llamados LEL (Low Explosive Limit) y UEL ( Upper Explosive Limit), esto se muestra el la figura #1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

LEL UEL

MIE

Propano

Hidrogeno

Concentración en Volumen %

Energiade

IgniciónmJ

0.01

0.1

10

Figura #1 relación entre la energía de ignición y la concentración a la concentración de propano e hidrogeno.

Cual es el Punto de Flasheo o Destello de un Liquido?

Es la mínima temperatura en la cual un liquido inflamable emite suficiente vapor para alcanzar un valor LEL en una atmósfera explosiva.



2. Normas y Conceptos en la Clasificación de Areas Peligrosas.

La clasificación de áreas peligrosas no es un proceso sencillo, la determinación de estas debe estar basada en la selección de una norma o estándar, las recomendaciones del tecnólogo, las regulaciones y leyes locales, los objetivos de la compañía y principalmente a los trabajos desarrollados por un grupo multidisciplinario que tenga el conocimiento y las herramientas para clasificar las áreas peligrosas. Los resultados de la clasificación de áreas nos proporcionan información para seleccionar las tecnologías en los equipos eléctricos y para seleccionar la tecnologías de control e instrumentación así como los requerimientos eléctricos que la instalación deberá de tener, esto puede afectar significativamente los costos de los equipos, sistemas e instalación, por esta razón se deberá seleccionar con mucho cuidado las normas y estándares a seguir y la tecnología seleccionada.

Existen tres tipos de normas y estándares que determinan la clasificación de áreas:

• USA/Canada y una practica continua en México (NEC, CEC, NFPA).

• En el resto del mundo, incluyendo Mexico y Excluyendo parte de Europa (IEC).

• En Europa se utiliza la directiva 94/9/EC, coloquialmente llamada ATEX (Atmosphere Explosive).

2.1 NEC y CEC en los Estados Unidos de Norteamérica y Canada.

La clasificación de las áreas es establecida de acuerdo a la NFPA 70 y a NEC articulo 50, la cual establece tres grupos de acuerdo al tipo de material:

Clase I Areas donde se pueden encontrar productos ininflamables como: Gases, Vapores producidos por Líquidos, Vapores producidos por Combustibles.

Clase II Areas que contienen Polvos Combustibles.

Clase III Areas que contienen Fibras o Partículas Suspendidas

También se establecen dos grupos dependiendo de la probabilidad de que el material se encuentre presente en el área:

Clase I Gases y Vapores Clase II Polvos Clase III Fibras o Partículas

División 1 Areas que contienen concentraciones peligrosos de productos inflamables como: gases, vapores, aerosoles, de

forma continua o bien ocasional durante condiciones normales de

operación.

Areas que contienen concentraciones peligrosas de polvos inflamables de forma

continua o bien ocasional durante condiciones normales

de operación

Areas que contienen concentraciones peligrosas de

fibras inflamables de forma continua o bien ocasional

durante condiciones normales de operación



Clase I Gases y Vapores Clase II Polvos Clase III Fibras o Partículas

División 2 Areas con baja probabilidad de encontrar concentraciones

peligrosos de productos inflamables como: gases, vapores, aerosoles durante condiciones normales de

operación.

Areas con baja probabilidad de encontrar concentraciones

peligrosos de polvos inflamables durante condiciones normales

de operación.

Areas con baja probabilidad de encontrar concentraciones

peligrosos de de fibras inflamables durante condiciones

normales de operación.

Las clases se dividen en sub-grupos dependiendo del tipo de gas o vapor inflamables presente:

Clase I

Grupo A Atmósferas que contienen Acetileno

Clase I

Grupo B Atmósferas que contienen Hidrogeno y gases de proceso inflamables con una concentración mayor al 30% de Hidrogeno en volumen, o gases o vapores que contienen un riesgo similar como Butadieno y Oxido de Etileno.

Clase IGrupo C Atmósferas como Eter, Etileno o gases o vapores con riesgo similar.

Clase I

Grupo D Atmósferas como Acetona, Amoniaco, Benceno, Butano, Ciclopentano, Etanol, Gasolinas, Hexano, Metanol, Metano, Gas Natural, Naftas, Propano o gases o vapores con riesgo similar.

Clase II

Grupo E Atmósferas que contienen Polvos Combustibles de Metal, incluyendo Aluminio, Magnesio y sus aleaciones comerciales, o polvos combustibles en los cuales el tamaño de las partículas, la abrasividad, y la conductividad sean equivalentes en peligro al uso de equipo electrónico.

Clase IIGrupo F Atmósferas que contienen Polvos Carburantes como: Carbon, Negro de Humo, Polvo

de Carbon que contienen mas del 8% de porcentaje de volátiles atrapados, o polvos que han sido sintetizados por otros materiales y que se encuentran presentes y en peligro de explosión.

Clase II

Grupo G Atmósferas que contienen polvos combustibles no incluidos en los Grupos E y F como son: Harina, Granos, Madera, Plásticos, Azúcar, y otros químicos.

Clase III:

La Clase III para áreas peligrosas son aquellas en la que la peligrosidad esta dada por la presencia de fibras o partículas inflamables, pero estas no están presentes en la cantidad necesaria para producir mezclas inflamables.

La Clase III División 1 es definida para áreas donde las fibras o partículas son manejadas o producidas y pueden fácilmente producir mezclas inflamables.

La Clase III División 2 es definida para áreas donde las fibras o partículas son almacenadas o manejadas y pueden fácilmente producir mezclas inflamables.



5

Dique

LiquidoInflamable

Sin Clasificación

Venteo

Area con poco venteo

Clase 1 Div 1

Clase 1 Div 2

La figura #2 nos muestra un ejemplo de la clasificación de áreas de acuerdo a las normas y estándares Norteamericanos.

En el año de 1988 Canada cambio la clasificación de áreas a clasificación por zonas, de acuerdo a las normas IEC, en 1996 los estándares Norteamericanos como NEC adoptaron esta nueva clasificación. Se han establecido también clasificaciones para las “Temperaturas de las Superficies”.

Temperatura MáximaTemperatura Máxima Clase de Temperatura en

NAoC oF

Clase de Temperatura en

NA450 842 T1

300 572 T2

280 536 T2A

260 500 T2B

230 446 T2C

215 419 T2D

200 392 T3

180 356 T3A

165 329 T3B

160 320 T3C

135 275 T4

120 248 T4A

100 212 T5

85 185 T6



2.2 IEC en el resto del mundo, incluyendo Mexico y Excluyendo parte de Europa.

La norma IEC 60079-0 ha determinado que en las áreas donde exista la probabilidad de encontrarse productos ininflamables ya sea gases, vapores, aerosoles o polvos, deben ser clasificadas de acuerdo al concepto de “Zonas” si bien estas también has sido adoptadas en Norteamérica aquí hay resistencia en el uso de zonas y se utiliza continuamente el concepto de “Clases”, las zonas son clasificadas:

Zona 0 Areas en las cuales las mezclas de aire/combustible es presente y continua o esta presente por periodos largos.

Zona 1 Areas en las cuales las mezclas de aire/combustible es posible que estén presentes durante la operación normal.

Zona 2 Areas en las cuales las mezclas de aire/combustible son poco probable que estén presentes, pero si se presenta es solo por periodos de tiempo cortos.

Zona 20 Areas en las cuales nubes de polvos combustibles en el aire pueden estar presentes de forma permanente o durante periodos de tiempo largos o frecuentes.

Zona 21 Areas en las cuales nubes de polvos combustibles en el aire son poco probable que estén presentes, pero si se presenta es solo por periodos de tiempo cortos en operación normal.

Zona 22 Areas en las cuales nubes de polvos combustibles en el aire ocurren de forma breve durante operación normal.

Dique

LiquidoInflamable

ZONA 0

Venteo

Area con Ventilación reducida

ZONA 1

ZONA 2

La figura #3 nos muestra un ejemplo de la clasificación de áreas de acuerdo a las normas y estándares IEC.



La norma IEC/EN 60079-0 requiere que los equipos sean subdivididos en dos grupos:

Grupo I Equipos para ser utilizados en minas donde el peligro es representado por gas metano y polvo de carbon

Grupo II Equipos para ser utilizados en industrias superficiales donde el peligro es representado por gas y vapores, que pueden ser subdivididos en tres grupos; A, B, y C. Estas subdivisiones están basadas en La Máxima Diferencia Segura Experimental (MESG- Maximum Experimental Safe Gap) para recintos a prueba de explosiones o para manejo de La Mínima Corriente de Ignición (MIC) para equipos intrínsecamente seguros.

Se han establecido también clasificaciones para las “Temperaturas de las Superficies”.

Temperatura MáximaTemperatura Máxima Clase de Temperatura en

NAoC oF

Clase de Temperatura en

NA450 842 T1300 572

T2280 536

T2260 500 T2

230 446

T2

215 419

T2

200 392

T3180 356

T3165 329

T3

160 320

T3

135 275T4

120 248T4

100 212 T585 185 T6

Las diferencias entre las normas Norteamericanas y IEC son mínimas, básicamente encontramos que no hay una equivalencia en las normas norteamericanas para la Zona 0, lo que nos indica que para un equipo en Zona 0 es inaceptable la generación o acumulación de suficiente energía para generar la ignición de una mezcla explosiva.

La siguiente tabla nos muestra las diferencias básicas entre estas dos normas:



Peligro Continuo Peligro Intermitente Condición Anormal de Peligro

Norteamérica División 1División 1 División 2

IEC/Europa Zona 0 Zona 1 Zona 2

Algunos ejemplos para diferentes tipos de productos:

Material Calcificación de EquiposCalcificación de Equipos Energía de Ignición

IEC Norteamérica micro jules

Metano Grupo I minas Clase I, Grupo D

Acetileno Grupo IIC Clase I, Grupo A >20

Hidrogeno Grupo IIC Clase I, Grupo B >20

Etileno Grupo IIB Clase I, Grupo C >60

Propano Grupo IIA Clase I, Grupo D >180

Polvo Conductivo- Metal Grupo IIIC Clase II, Grupo E

Polvo No Conductivo-Carbon Grupo IIIB Clase II, Grupo F

Cereales, Harina Grupo IIIB Clase II, Grupo G

Fibras, Partículas Suspendidas Grupo IIIA Clase III

2.3 En Europa se utiliza la directiva 94/9/EC, coloquialmente llamada ATEX (Atmosphere Explosive).

En el año de 1976 se legislo en Europa la identificación y certificación de equipos para ser utilizados en atmósferas potencialmente explosivas, en un principio esta fue aceptada de forma voluntaria. La directiva Europea 94/9/EC la cual fue conocida como ATEX 95 (también llamada ATEX 100a) esta no esta directamente relacionada con la seguridad de los equipos.

Una segunda directiva fue desarrollada, 199/92/EC, también llamada ATEX 137, la cual esta dirigida a equipos relacionados con la seguridad, y establece las categorías para equipos a ser utilizados en atmósferas explosivas.

La directiva 94/9/EC establece que los equipos deberán ser divididos en tres grupos:

• Grupo I (Minas)

• Grupo II (Todas las Industrias)

• Grupo III (Combustibles en forma de Polvos)



Los Grupos son divididos en Categorías:

Grupo Categoría

Grupo I Minas M1

Grupo I Minas M2

Grupo II Industrias Superficiales

1

Grupo II Industrias Superficiales 2Grupo II Industrias Superficiales

3

Las categorías del Grupo I dependen entre otros factores de la condición que deberá mantener el equipo al detectarse un evento en una atmósfera explosiva (des-energizado).

Categoría Acción

M1 El equipo se mantiene su función (energizado) en la detección de gas.

M2 El suministro eléctrico es aislado en la detección de gas.

Las categorías para el Grupo II dependen del lugar donde se utilizara el equipo y si hay potencial de atmósfera explosiva, si siempre esta presente o si ocurre por periodos largos o cortos de tiempo.

CategoríaZonaZona

Definición de la ZonaCategoríaGas Polvo

Definición de la Zona

1 0 20Atmósferas Explosivas presentes en la operación normal y por largos periodos de tiempo.

2 1 21Atmósferas Explosivas podrían estar presentes en la operación normal pero solo por periodos cortos de tiempo.

3 2 22Atmósferas Explosivas solo están presentes en condiciones de falla y solo por periodos muy cortos de tiempo..

ATEX incorpora el concepto de Niveles de Protección que deberán tener los equipos de acuerdo a su categoría y grupo.



Nivel de Protección

CategoríaCategoríaDesempeño de la Protección Condiciones de Operación

Nivel de Protección Grupo I Grupo II

Desempeño de la Protección Condiciones de Operación

Muy Alto M1

Dos medidas de protección independientes o condición segura aun y cuando dos fallas ocurran de forma independiente una de otra.

El equipo se mantiene energizado y funcionando cuando una atmósfera explosiva este presente.

Muy Alto 1


El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 0, 1, 2 (G), y/o 20, 21, 22 (D)

Alto M2

Adecuando para operación normal y condiciones severas de operación. Si aplica también es adecuado para disturbios frecuentes o fallas que pueden ser consideradas como normales.

Cuando se reconoce una atmósfera explosiva el equipo se debe des-energizar.

Alto 2

Adecuando para operación normal, es adecuado para disturbios frecuentes o fallas que pueden ser consideradas como normales.

El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 1, 2 (G), y/o, 21, 22 (D)

Normal 3 Adecuando para operación normal. El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 2 (G), y/o 22 (D)

Después de que ATEX introdujo el concepto de Niveles de Protección, la IEC introdujo un concepto equivalente llamado Niveles de Protección en Equipos, los cuales aplican para el resto del mundo que sigue la norma IEC.

Nivel de Protección

CategoríaCategoríaCategoríaDesempeño de la Protección Condiciones de Operación

Nivel de Protección Grupo I Grupo II Grupo II

Desempeño de la Protección Condiciones de Operación

Muy Alto M1


El equipo se mantiene energizado y funcionando cuando una atmósfera explosiva este presente.

Muy Alto Ga Da


El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 0, 1, 2 (G), y/o 20, 21, 22 (D)



Alto M2

Adecuando para operación normal y condiciones severas de operación. Si aplica también es adecuado para disturbios frecuentes o fallas que pueden ser consideradas como normales.

Cuando se reconoce una atmósfera explosiva el equipo se debe des-energizar.

Alto Gb Db

Adecuando para operación normal, es adecuado para disturbios frecuentes o fallas que pueden ser consideradas como normales.

El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 1, 2 (G), y/o, 21, 22 (D)

Normal Gc DcAdecuando para operación normal.

El equipo se mantiene energizado y funcionando en Zonas 2 (G), y/o 22 (D)

Conclusiones:

• Es necesario determinar la norma o estándar que se desea utilizar para la determinación de áreas clasificadas.

• Las normas Norteamericanas han sido adaptadas para cubrir la clasificación por zonas, sin embargo una practica común que aun continua es la utilización de clases.

• Las normas ATEX son obligatorias en gran parte de Europa.

• Las normas IEC son frecuentemente utilizadas fuera de Europa por el resto del mundo.

• En Mexico no existe una Norma Mexicana propia para la clasificación de áreas, Pemex ha desarrollado la norma de referencia NRF-036-PEMEX-2003, la cual se basa en la utilizaron de clases, aun cuando incorpora el concepto de zonas.

• Las normas ATEX e IEC son muy similares.

• Las normas ATEX son las mas actualizadas y si es posible se recomienda el uso de estas.



3. Selección de Métodos de Protección.

La selección del método de protección depende del grado de seguridad que se requiere de acuerdo al estudio de clasificación de áreas, se deberá seleccionar el método que proporcione un mejor nivel de protección considerando el tipo de producto manejado, la presencia de fuentes de energía, la filosofía de mantenimiento de los equipos, el nivel técnico del personal y las consideraciones técnicas y económicas del proyecto.

Ningún método es cien por ciento efectivo, pero hay algunas consideraciones que son comunes y que debemos considerar como son:

• Debemos considerar que los equipos deberán estar funcionando de forma normal.

• Debemos considerar que pasara si en determinado momento un equipo funciona de forma inadecuada.

• Debemos considerar que se pueden presentar condiciones accidentales como son; Fugas, Rupturas, Corto Circuito, Circuitos Abiertos, Fallas en el Alambrado, Problemas con Tierras.

Existen tres métodos de protección contra la ignición:

Confinamiento:

Este método permite que ocurra la explosión pero la confina en un área bien definida, esto evita la propagación de la ignición en la atmósfera. Los métodos son reconocidos como “A Prueba de Explosión” y “A Prueba de Fuego”.

Segregación:

Este método realiza una separación física o aislamiento de las partes eléctricas o superficies calientes de una mezcla explosiva. Este método incluye varias técnicas como son la de Presurizar, y Encapsular, etc.

Prevención:

Este método limita la cantidad de energía, tanto eléctrica como térmica a niveles seguros en operación normal y condiciones de falla. La seguridad Intrínseca es el método mas representativo.

Tanto la IEC y CENELEC en Europa como la NEC 505 en Norteamérica utilizan símbolos para identificar los diferentes métodos de protección:

Inmersión en Aceite Ex o

Llenado de Arena Ex q

Encapsulación Ex m

Presurización Ex p

Seguridad Incrementada Ex e

A prueba de Flama Ex d



Intrínsecamente Segura Ex i

Protección contra Ignición n Ex n

Sistemas Intrínsecamente Seguros Ex i

Aparatos con Radiación Optica op

3.1 A Prueba de Flama y/o A Prueba de Explosión Ex d:

Principio Básico: Confinamiento.

Aplicación: Motores, Bombas, Equipos Eléctricos, Gabinetes para Sistemas de Control Local, Luces.

Limitación: No es permitido para Zonas 0.

Ventajas: Es un método conocido utilizado por muchos años.

Desventaja: No todas las personas conocen como trabaja, Los confinamientos son grandes, pesados y en particular complicados cuando manejas cables eléctricos, No se puede trabajar en vivo, se requieren herramientas especiales para abrir los gabinetes, errores en el mantenimiento o en la instalación pueden ocasionar condiciones peligrosas.

Confinamientos: Deben de sostener la sobre presión generada dentro de este, los materiales plásticos solo son aceptados en volúmenes menores a 3 dm3, las juntas y dimensiones entre espacios dependerán del tipo de grupo de gases.

Pricipio Basico"Confinamiento"

Ancho de la Junta

Diferencia

3.2 Presurización Ex p:

Principio Básico: Segregación.

Aplicación: Para grandes volúmenes como son gabinetes, paneles o cuartos de control.

Limitación: Permitido en Zona 1 con sistema de desconexión de energía automático y Zona 2 con alarmas audibles y visibles.

Ventajas: La única solución cuando otros métodos no aplican.



Desventaja: Complejo y muy costoso tanto en la instalación como en el mantenimiento. Se requieren otros métodos adicionales cuando se esta en contacto con mezclas flamables. No se puede trabajar en vivo.

Confinamientos: Se requiere la presencia de aire o gases inertes como presión positiva en el gabinete, se deben de implementar sistemas de purga antes de suministrar energía al sistema y se deben de implementar interlocks de seguridad si se pierde la presión positiva o si falla el sistema de purga.

Q

P

Pricipio basico: "SEGREGACION"

3.3 Encapsulacion Ex m:


Aplicación: Para circuitos pequeños y componentes sin partes en movimiento.

Limitación: Permitido en Zona 1.

Resina

Principio Básico: "SEGREGACION"

3.4 Inmersión en Aceite Ex o:


Aplicación: Para transformadores y switchgear.




OILPrincipio Básico"SEGREGACION"

3.5 Llenado de Arena Ex q:


Aplicación: Para instrumentos sin partes móviles.


POWDERPrincipio Básico"SEGREGACION"

3.6 Seguridad Incrementada Ex e:

Principio Básico: Prevención.

Aplicación: Cajas de conexiones, motores, baterías, calentadores, conexiones, es común que este método se complemente con los métodos a prueba de flama Ex d.


Características: Se obtiene un buen factor de seguridad con este método, la selección de los materiales y encapsulado depende del tipo de: Alambrado, componentes, distancias, resistencia mecánica, impactos físicos, vibración, etc.



Principio Básico:

"Prevención"

3.7 Seguridad Intrínseca Ex i:

Principio Básico: Prevención.

Aplicación: Para instrumentos y electrónica de campo y cuartos de control .

Limitación: Permitido en Zona 0 con categoría “ia” y Zona 1 con categoría “ib”

Ventajas: No se requiere cableado especial, es segura para el personal y principalmente “Permite el Trabajo en Vivo”.

Desventaja: No se puede utilizar para equipos que requieren requerimientos eléctricos altos “Alta Potencia”.

Características: Las técnicas de baja energía limitan el voltaje y la corriente y la energía almacenada a niveles menores del mínimo requerido para que se realice la ignición. Los componentes se representan en dos categorías “ia” Permite dos fallas y “ib” permiten una falla.

V

R L

C Uo

IoPrincipio Básico:

"Prevención"

3.8 Protección contra Ignición Ex n:

Principio Básico: Seguridad durante operación normal.

Aplicación: Para instrumentos y electrónica de campo, luces, motores, conexiones.

Limitación: Para Zona 2.

Ventajas: No se requiere certificación, es el método mas económico en Zona 2.

Desventaja: Menos segura que la seguridad intrínseca, no se permite trabajo en vivo.



Características: Se basa en el diseño seguro en operación normal (no fallas) aplicando otros métodos de protección (“d”, “p”, “e”, y “i”) en forma simplificada. Aparatos con buena calidad pueden ser utilizados sin certificación, pero debe de cumplir con los estándares y requerimientos necesarios.



4. Fundation Fieldbus y la Seguridad Intrínseca .

Existen cuatro tecnologías que pueden ser utilizadas cuando se utiliza la tecnología de “Protocolos de Comunicación” o Buses de Campo (Fundation Fieldbus y Profibus) en áreas clasificadas como peligrosas.

1. Entity.

2. FISCO (Redundante).

3. High Power Trunk.

4. DART.

La organización Fieldbus Fundation, en su documentación reconoce las dos primeras como parte del estándar y se encuentra documentando las tecnologías 3 y 4. A continuación realizaremos una breve análisis de cada una de estas tecnologías.

4.1 Modelo Entity.

Este modelo fue definido en el estándar IEC 60079-11, es un método que permite la validación de una instalación que utilizada la seguridad intrínseca como un método de protección para áreas clasificadas como peligrosas y que esta asociada al uso de instrumentos y equipos en estas áreas.

Ademas de tener en cuanta a los instrumentos y equipos este método considera también la capacitancia del cable y la inductancia como factores de riesgo.

Este método fue el primero en ser utilizado y se basa en la aplicación de los conceptos de seguridad intrínseca en un protocolo de comunicaciones, es decir debemos limitar la cantidad de energía necesaria para producir una ignición, esto considera tomar en cuenta tres factores, a) El voltaje, b) La corriente y c) El almacenamiento de energía en el cable y en los equipos.

El método Entity toma en cuenta las curvas de ignición para considerar la mínima energía de ignición.



Page 18 Copyright by the Fieldbus Foundation 1996-2004. All rights reserved

2.1.2 Ignition Curves for ENTITY Model The energy required to ignite the most easily ignitable mixture of a given gas with air is called the Minimum Ignition Energy of that gas. The current required to sustain ignition varies with the voltage level in the circuit. Curves of permitted voltage and current for each gas group in a purely resistive circuit are published as Ignition Curves in each of the intrinsic

safety standards. They result from experi-ments over several years and the results are agreed upon internationally. Typical curves (taken from IEC 60079-11) are shown in Figure 2.1.2.1. A 1,5 factor of safety has to be applied to the currents shown in these curves when they are applied in practice.

Figure 2.1.2.1: Ignition Curves

Este modelo utiliza el concepto de protocolos de comunicación con canal o bus lineal, como se muestra en la siguiente figura.

D

Ph Th Th

Db DbDb

Interfase deSeguridad Intrínseca

Canal o BusH1

Area Segura Area Peligrosa

D = Dispositivo de Control o Adquisición de DatosPh = Fuente de Poder con Circuito de Seguridad IntrínsecaTh = Terminador Certificado de Seguridad IntrínsecaDb = Dispositivo o Instrumento de Campo

La principal desventaja de este modelo es la baja confiabilidad, es decir no puede utilizar redundancia en ninguno de sus componentes, otra característica es que es necesario que todos los dispositivos en el canal se encuentren certificados, pero en términos de implementación la principal problemática radica en que es necesario certificar la instalación, calcular la corriente, voltaje y capacidad de almacenamiento de energía en el cable, otro factor a considerar es que el numero de dispositivos que pueden estar en el canal se reducen dependiendo de la distancia en que estos se encuentren.

Si bien una ventaja es que puede ser operado u mantenido en linea, el principal obstáculo en las instalaciones industriales es el echo que al fallar cualquier dispositivo de campo el canal o bus queda fuera de servicio, perdiendo la comunicación o Instrumentos de Campo y Clasificación de Areas 19


el control del sistema. Si bien este modelo fue utilizado inicialmente prácticamente ya nadie lo utiliza debido a las nuevas tecnologías existentes en el mercado.

4.2 FISCO (Redundante)

FISCO, significa Fieldbus Intrinsically Safe Concept, fue desarrollado basado en los conceptos de la seguridad intrínseca de la IEC, y se baso en la evidencia experimental y teórica de la organización certificadora Alemana PTB.

FISCO incorpora varios conceptos que han sido la base para la utilización en la industria entre ellos:

✓ Permite utilizar fuentes de poder redundantes.

✓ Incrementa la cantidad de corriente en el bus, lo cual permite mayor cantidad de instrumentos.

✓ Utiliza los llamados Megabloques que vienen a ser una especie de switch que permiten que los dispositivos de campo sean alambrados y operar en una configuración en estrella (pata de pollo), esto permite desconectar un instrumento sin que el canal o bus salga fuera de operación.

✓ No requiere de la certificación de la instalación.

✓ Simplifica los cálculos y la instalación.

✓ Permite la utilización de cable normal de instrumentos.

✓ Permite el trabajo en Vivo sin necesidad de medidas especiales de seguridad.

✓ Incorpora diagnósticos.

FISCO permite la instalación de dispositivos en Zona 1/Div 1, tanto para aparatos Clase IIC (110 mA máximo 5 Instrumentos) como Clase IIB (250 mA máximo 12 instrumentos), pero debemos recordar que la distancia y el consumo de cada tipo de instrumento y válvula de control determinaran cuantos instrumentos pueden ser colocados en cada segmento.



Fuentede

PoderFISCO

A

Fuentede

PoderFISCO

B

A B

MegaBloque

BPCS/DCS/SCADA

BA

Fuente de Poder "A" 24 DC

Fuente de Poder "B" 24 DC

Alarma

Diagnostico

InstrumentosFF

Cables y MegabloquesIntrinsicamente Seguros

Area SeguraCuarto de Control

FISCO incorpora la redundancia en las fuentes de poder y en los sistemas de transferencia, esto permite incrementar la disponibilidad del sistema.

En la arquitectura FISCO el consumo de espacio se encuentra en los gabinetes, dependiendo del numero de segmentos (numero de instrumentos en un canal de comunicaciones) se deberán de tener las fuentes de poder redundantes.

La siguiente figura muestra un gabinete típico para albergar un sistema con 32 segmentos ( aproximadamente 320 instrumentos y válvulas).

Consideraciones en FISCO.

✓ FISCO es particularmente efectivo para industrias que requieren instrumentación en Zona 1/Div 1 y Grupos IIC (Hidrogeno) y IIB (Etileno).

✓ Procesos que no pueden tolerar la falla de un instrumento que ocasione la falla de todo el segmento.

✓ Industrias que requieren mantenimiento en Vivo (Instrumentos operando).

✓ Industrias con áreas clasificadas como peligrosas.



✓ No se desea utilizar otro método de protección (seguridad incrementada o a prueba de explosión o flama), esto permite que los cables de los segmentos sean colocados en charolas abiertas (reduciendo el costo de la instalación).

✓ La empresa cuenta con personal calificado y entrenado en la seguridad intrínseca.

Gabinete típico para 32 Segmentos en FISCO.

El numero de instrumentos en FISCO varia dependiendo del área clasificada donde se instalaran los instrumentos y de las distancias t consumos de cada instrumento y válvula.



(Entity), IIC/IIB Gas Groups

FISCO, IIC Gas Groups

FISCO, IIB Gas Groups

80mA disponible típicamente 3 a 4 instrumentos.

120mA disponible típicamente 6 Instrumentos.

265mA disponibles, típicamente 12 Instrumentos.

Zona 1División 1

Arquitectura típica de un sistema con FISCO:

Fuentes de Poder Redundantes FISCO

CAMPOZona 1

CUARTO DE CONTROL

24Vdc24Vdc

BPCS/DCS/SCADA

Fuentes de Poder

Instrumentos FF

Concertador o Megabloque con Seguridad Intrínseca

Cable y Spurs con Seguridad Intrínseca

4.3 High Power Trunk Concept (HPTC)

El concepto de HPTC, fue introducido en el 2002, la idea de este concepto es el poder llevar a campo una mayor cantidad de energía para poder tener mas instrumentos por segmento.

El cable que lleva la energía a campo deberá estar protegido utilizando Seguridad Incrementada Ex e, este debe ser protegido mecánicamente y contra desconexiones no intencionales.



Este método utiliza las llamadas “Barreras de Campo” (FieldBarrier) que sirven como distribuidores hacia los instrumentos de campo, tambien contienen los aisladores galbanicos certificados como IIC. En general se pueden colocar hasta 4 Barreras de campo por segmento, cada barrera puede contener 4 instrumentos FF, para un total de hasta 16 instrumentos y distribuidos en campo hasta por 1900 metros.

Las fuentes de poder pueden ser redundantes, generalmente son colocadas en paralelo para que compartan la carga, esto hace mas segura la operación ya que no requieren de un sistema de transferencia (como FISCO).

Ejemplos de dos tipos de Arquitecturas con HPTC:

IS spurs IS spurs IS spurs IS spurs

Seguridad Incrementada (Ex e)HETC

Fuente de PoderFieldbus de

Propósitos Generales

BPCS/DCS/SCADA

Cuarto deControl

Area Segura

Hasta 1,900 metros

Instrumentos FF

Barreras de Campo

Representación de 1 Segmentocon 4 Barreras de Campo



Seguridad Incrementada (Ex e)HETC

Fuente de PoderFieldbus de

Propósitos Generales

BPCS/DCS/SCADA

Cuarto deControl

Area Segura

Hasta 1,900 metros

Instrumentos FF

Representación de 1 Segmentocon 4 Barreras de Campo

en un sistema

Intrinsically safe FISCO or Entity Fieldbus Devices

Características del Modelo HPTC:

✓ Pude manejar mayores distancias.

✓ Maneja mayor numero de instrumentos por segmento.

✓ Niveles de diagnostico avanzados que incluye la integridad física e instrumentos.

✓ Puede ser instalado en Zona 1 Div 2 (no es posible instalar estos dispositivos en Zona 1 Div 1).

✓ Hay mas componentes en cada Barrera de Campo, esto incrementa la probabilidad de Falla sobre demanda.

✓ Las Barreras de campo permiten la operación y mantenimiento en Vivo, pero no así el cable que condice la energía, al estar instalado en clasificación de seguridad incrementada no es posible su operación en Vivo.

✓ Se deben de combinar dos métodos Seguridad Intrínseca Ex i y Seguridad Incrementada Ex e, en cada instalación.

✓ la instalación de las fuentes de poder requiere de menor espacio que las requeridas en FISCO.



Gabinete típico para fuentes de poder con HPTC, 18 fuentes de poder, 63A, 144 segmentos.

4.4 DART- Dynamic Arc Recognition and Termination.

El concepto básico de la Seguridad Intrínseca, es la de la limitación de la energía para producir una ignición, esta limitación de potencia, típicamente es menor a 2 W.

El concepto de DART es la instantánea desconexión de la energía al detectar dinámicamente una condición indeseable o una falla en la instalación eléctrica, la desconexión se realiza antes de que se presente una condición insegura, la



característica principal de DART es la detección de las condiciones de falla y la detección de la relación de incremento de corriente.

Con DART, los sistemas pueden operar con corrientes mayores comparadas a otros métodos de seguridad intrínseca. Mas potencia significa mayores instrumentos por segmento.

La potencia que suministra DART es de 4 a 25 mayor que otros métodos (de 8 a 50 W). Dart detecta de una manera instantánea cuando ocurre una falla o incidente, esto lo hace monitoreando el incremento de corriente en el circuito y desconectando las fuentes de poder, esto lo realiza en microsegundos, evitando que se pueda generar una chispa o un arco eléctrico con la energía necesaria para generar una ignición.

Esto se puede lograr al al detectar el cambio de corriente en el tiempo di/dt, esto se desarrolla en aproximadamente 1.4 microsegundos, estas reacciones tan rápidas también requieren de la consideración de la propagación de la energía en el cable, esto se logra considerando la energía almacenada en el cable en cierto punto donde se encuentra la falla y la integración del tiempo para la desconexión, los siguientes parámetros son responsables de esto:

✓ La potencia- determinada por el suministro de voltaje y la corriente de la carga.

✓ El tiempo- Considerando la propagación de la señal y el retraso en el cable y el tiempo de reacción para desconectar las fuentes de poder.

✓ La energía Almacenada en el cable.

✓ La carga y sus condiciones.

La energía liberada en forma de chispa es determinada por la potencia disponible integrada en el tiempo, de manara gráfica podemos observar esto en la siguiente figura:

!"#$%&'()$*+,)-$.$/)0-1+-2$3455$

!$.$#6,2-'7&($8$!"#$!9:';6-2$<-61,$.$!"#=)0>?6@$

"#$%&'#'"()*+,-'#../0*-1'20'3)2/,)4,-'5*672('

!"#$%#&'$(#)*+,'-*%.(/$0'#12$3/%.4-5$6(5$7#5*8%-'-*%$.%9$!#(4-%.'-*%$:367!;2$ #+-4-%.'#0$ '"#$ !"#$%$ 1(*<+#4$ *=$ -%'(-%0-5$ 0.=#'/$>-'"$ .$ 5*4?1+#'#+/$ %#>$ .11(*.5"$ '*$ $&$%'($ +-4-'.'-*%@$ !"#$ 5*%5#1'$ .++*>0$ =*($5*%0-9#(.<+/$"-8"#($9-(#5'$1*>#(2$>"-+#$4.-%'.-%-%8$ +-4-'.'-*%0$*%$ -%?'(-%0-5.++/$0.=#$#%#(8/$)-.$(.1-9$9-05*%%#5'-*%@$$

$

%17'897-2/,-*9':1*/*-27/,42,-4'06'*'5.*/;<''

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

E%$ %*(4.+$ *1#(.'-*%2$ .$ 367!?5*41+-.%'$ 1*>#($ 0,11+/$ =##90$ '"#$ =,++$%*4-%.+$ 1*>#($ *=$ F$ '*$ GH$>.''0@$ !"-0$ -0$4.%/$ '-4#0$ 8(#.'#($ '".%$ '"#$%*(4.++/$ 1#(4-00-<+#$ +#)#+$ *=$ .<*,'$ '>*$ >.''0$ =*($ -%'(-%0-5$ 0.=#'/@$D"*,+9$.$=.,+'$*55,(2$=*($#&.41+#$9,#$'*$.$>-(#$<(#.C$*($9-05*%%#5'2$'"#$1*'#%'-.+$01.(C$I0+*>+/J$"#.'0$,12$<,'$(#4.-%0$%*%?-%5#%9-)#$9,(-%8$'"#$-%-'-.+$1".0#@$

El ejemplo nos indica como se genera una chispa, en un comienzo la chispa tiene un voltaje UF = 0V, y generalmente termina con el voltaje dado por el circuito abierto UF = UO, en este estado el incremento de voltaje de la chispa esta



asociado a la disminución de corriente en la chispa IF, en un circuito lineal. El periodo de tiempo depende del circuito y es referido como duración de la chispa tF y típicamente es de entre 5 microsegundos a 2 milisegundos.

Al inicio de la chispa el voltaje en la chispa UF brinca en un espacio de tiempo corto (<= 1 microsegundo) de 0V a 10V. El voltaje cambia esta directamente ligado al cambio de corriente di/dt. Después de este brinco el voltaje y la corriente permaneces constantes por un tiempo aproximado de 1 a 5 microsegundos, en este tiempo no es posible una ignición debido a la pequeña cantidad de energía disponible WF, esta fase es llamada “Fase Inicial”, después de esta fase se presenta un periodo largo llamado “Fase Critica” en la cual se puede producir una ignición, en esta fase la chispa tiene la energía posible para una ignición, esta energía es alimentada del cable, del dispositivo y de la carga.

DART opera durante la fase Inicial, al detectar esta fase se desconecta la fuente de poder, limitando la energía necesaria para la ignición, esta reacción se genera en menos de 5 microsegundos.

!"#$%&'()$*+,)-$.$/)0-1+-2$3455$

#6,2-'7&($8$!"#$!9:';6-2$<-61,$.$!"#=)0>?6@$.$!$

!

"#$%&'()*+(,-&+./&0.1,12+/,*-+*2&03,,/)+&",(4&56*76+8&1)6&9:*+2./-&;<<&=(:/,&>/<(,/&+./&0,*+*21?&=.1-/&*-&$/12./6@&

"#$%! &'(')(*! (+'! ,'*-.(/01! )+201'! /0! )-,,'0(! !"#!$! 20&! /33'&/2('.4!*5/()+'*!677!(+'!865',!*-88.49!:/(+/0!60.4!2!7'5!3/),6*')60&*;!(+'!'0<

',14! 7,63! (+'! '.')(,/)2.! *4*('3! /*! ,'&-)'&! (6! 2! *27'! .'='.;! ,6>>/01! 2!

*82,?!67!(+'!'0',14!0''&'&!(6!/10/('!+2@2,&6-*!12**'*9!A6,(-02('.4;!(+'!

)+201'!/0!)-,,'0(!!"#!$!/*!+/1+.4!)+2,2)(',/*(/);!*6!360/(6,/01!(+/*!32?'*!*-)+!72-.(*!'2*/.4!&'(')(2>.'9!!

"#$%&#44?*21+*()&AB1C4?/&

%+'!76..65/01!'B238.'!/..-*(,2('*!+65!"#$%!(')+06.614!)20!>'!-*'&!(6!

&'./=',!865',!(6!2!&'=/)'!/0!2!86('0(/2..4!+2@2,&6-*!2,'2!&'*8/('!/0(,/0<

*/)!*27'(4!./3/(2(/60*9!C0!(+/*!'B238.';!2!3'2*-,/01!&'=/)'!2((2)+'&!(6!2!

>482**!8/8'!360/(6,*!8,6&-)(!82,23'(',*!67!2!./D-/&!/0!2!(20?!*-)+!2*!

(+'!8E!=2.-'9!%6!(2?'!2!3'2*-,'3'0(;!(+'!(20?!/*!)600')('&!('386,2,/.4!

(6!(+'!>482**!(6!2..65!2!*238.'!67!(+'!./D-/&!(6!82**!(+,6-1+!(+'!3'2*<

-,/01!&'=/)'9!#7(',! (+'!3'2*-,'3'0(;! (+'!>482**! /*! ,'36='&!20&! (+'0!

).'20'&!>'76,'!(+'!0'B(!-*'9!!

%6!865',!(+'!&'=/)'!5/(+/0!(+'!+2@2,&6-*!'0=/,603'0(!,'D-/,'*!2!F8,6<

(')('&! /0*(2..2(/60G;! 3'20/01! (+2(! (+'! 865',! )2>.'! 3-*(! >'! 8,6(')('&!

212/0*(!/07.-'0)'*!(+2(!)6-.&!)2-*'!2!72-.(!.'2&/01!(6!2!*82,?9!%+'*'!/0<

7.-'0)'*! /0).-&'! 3')+20/)2.! 6,! )+'3/)2.! &2321';! )6,,6*/60;! 6,! +/1+!

('38',2(-,'*9!!

:+/.'! (+/*! 3'(+6&! '0*-,'*! )638./20)'! 5/(+! 'B8.6*/60! 8,6(')(/60! ,'<

D-/,'3'0(*!H7.23'8,667!'0).6*-,'I;!(+'!-*'!67!(+'!>482**!8/8'!324!.'2&!

(6!6(+',!8,6>.'3*!*-)+!2*!.'2?*!6,!(+'!/0(,6&-)(/60!67!)60(23/020(*!(+2(!

324!&/*(6,(!(+'!8,6)'**9!#&&/(/602..4!/(!)2-*'*!*/10/7/)20(!)6*(*!67!).'20<

/01!6,!+41/'0'9!!

Arquitectura de DART:

!"#$%&'()$*+,)-$.$/)0-1+-2$3455$

!$.$#6,2-'7&($8$!"#$!9:';6-2$<-61,$.$!"#=)0>?6@$

!

!!

"#$%&'("%)*+,$-.%'//*01%23,#%456#$7%8*0$7%9$:$/1%;+<%&$:5,$%)*3+.1%5+%4;=;7<*31%'7$;1%)*>-;7$<%.*%?@A)B%

!!!!!

?@A)B% &'("% 48")%

4;=;7<*31%'7$;% A6B)$4C5D$E':>$5$ A6B)$5$ A6B)$4C5D$E':>$5C3$

C;1%C7*3-% FF#$ FF#$ FF#$

B3.-3.%8*0$7% 5>3G$%+((;$ H$%+((;$ 5I$%+((;$

B3.-3.%D;/3$1% 53>G$J$D$544$@!$ 33>I$J$D$KG4$@!$ 3H$J$D$L44$@!$

);E/$%9$+6.#% M&6-($ N)9'1@$ O6B7$

&$:5,$%)*3+.% M@+PP$ N)9'1@$ O+-7)$

@+.75+15,;//F%A;G$%?5$/<E31%H:*/3.5*+I%)*>-;75+6%8;7;>$.$71%

!



Características de DART:

✓ La seguridad intrínseca se logra en todo el segmento incluyendo el cable que suministra la energía.

✓ Las fuentes de poder pueden ser redundantes.

✓ Maneja distancias de hasta 1000 metros.

✓ Incorpora Diagnósticos avanzados.

✓ Mayos suministro eléctrico significa mayor cantidad de instrumentos hasta 16 por segmento.

✓ Menos dispositivos mayor confiabilidad en el sistema (menor a HPTC).

✓ Menor numero de fuentes de poder (menor a FISCO).

✓ Puede ser instalado en Zona 1 Div 2 (no es posible instalar estos dispositivos en Zona 1 Div 1).

✓ Puede operar y ser mantenido en Vivo.

Desventaja:

DART es una tecnología nueva, no se ha probado en grandes instalaciones, es soportada únicamente por Pepperl-Fuchs, no se ha cumplido aun en ciclo de vida en un sistema para evaluar su factibilidad, confiabilidad y operación.

5. Conclusiones y recomendaciones.

1. La tecnología llamada Entity, es la primer tecnología que hubo en el mercado para buses de campo, esta ya no es utilizada y no es recomendada su evaluación ya que representa desventajas significativas como el numero de dispositivos en un segmento, la imposibilidad de operar y mantener en vivo así como sus altos costos.

2. FISCO es una tecnología probada y confiable, permite trabajar y mantener los equipos en Vivo, las fuentes de poder son redundantes y la energía entregada por estas siempre esta limitada, por lo cual toda la instalación puede ser utilizada en clasificación Zona 1/Clase 1 IIC (5 instrumentos) y IIB (12 instrumentos), es fácil de instalar con la utilización de Megabloques, los cuales pueden ser instalados en gabinetes en campo y no requieren de Seguridad Incrementada Ex e, se puede utilizar cable de instrumentos y este no requiere ser enviado por tubería a prueba de explosión, los cables pueden ser instalados en racks abiertos, esto facilita el mantenimiento y reparación del sistema, cuenta con diagnósticos del estado del sistema.

3. HPTC, es un buen concepto para áreas clasificadas como Zona 1 Div 2, requiere que el cable de energía este protegido por medio de Seguridad Incrementada Ex e, las distancias a las que se pueden instalar los instrumentos



y segmentos son mayores (hasta 1900 metros) y puede haber hasta 16 instrumentos por segmento, las fuentes de poder pueden ser instaladas en paralelo, compartiendo carga, esta configuración es mas confiable que la utilizada por FISCO, utiliza menos fuentes de poder (reducción de gabinetes en cuarto de control), permite trabajar en vivo en las barreras de campo, pero no así en el cable de energía, requiere de mas cuidado en el mantenimiento del sistema y mayor capacitación de los operadores, cuenta con diagnósticos muy avanzados (mayores a FISCO), mayor numero de componentes en las barreras de campo incrementando la posibilidad de falla, se requiere de mas partes de repuesto.

4. DART en una tecnología nueva, podría ser una buena solución a futuro cuando esta pruebe su confiabilidad, no es recomendada para un proyecto nuevo con gran numero de señales, las distancias en las que puede estar el segmento son de 100 metros, puede manejar hasta 16 instrumentos por segmento, es un buen concepto para áreas clasificadas como Zona 1 Div 2, no es clara la información si debe combinarse con otra tecnología de protección como Seguridad Incrementada, probablemente su precio sea competitivo con FISCO.

5. Se recomienda que las señales analógicas sean enviadas por Fundation Fieldbus.

6. Se recomienda que las señales digitales sean alambradas punto a punto con aisladores galvánicos en gabinetes de cuarto de control, la reducción en precio por llevarlas en Fundation Fieldbus no es grande y se requieren velocidades mucho mas altas para realizar secuencias de control que las que podrían ser realizadas por Fundation Fieldbus.

7. Las señales de Termopares y RTD pueden ser multiplexadas y enviadas por Fundation Fieldbus, siempre y cuando no sean para funciones de control, en tal caso se deberá considerar transmisores con Fundation Fieldbus.

6. Referencias.

1. ARC White Paper • February 2011, DART Ushers in the Next Generation of Intrinsic Safety.

2. TECHNICAL WHITE PAPER, DART – THE NEW DIMENSION IN INTRINSIC SAFETY. Udo Gerlach, Thomas Uehlken, Ulrich Johannsmeyer Physikalisch Technische Bundesanstalt. Martin Junker, Andreas Hennecke Pepperl+Fuchs. Paper presented at the 2008 5th European Conference on Electrical and Instrumentation Applications in the Petroleum and Chemical Industry, Weimar, Germany, June 11-12, 2008.

3. Appleton ARMOURED & NON-ARMOURED CABLE GLANDS GUIDE FOR USE OF ELECTRICAL PRODUCTS IN HAZARDOUS LOCATIONS.

4. MTL, FISCO Intrinsically Safe Fieldbus Systems, Application Note AN9026.

5. GM International, Presentation_IS_E. Presentación PPT.

6. MTL, Seg Intrínseca MTL. Presentación PPT.

Un agradecimiento especial al Ing Daniel Zamorano por transmitir su experiencia y conocimiento para realizar este documento.



Los comentarios de este documento expresan el punto de vista de:

Victor Machiavelo SalinasTUV FS Expert ID-141/09Redca Cursos y Sistemas SA de CVInsurgentes Sur 1377 Mz 1Col Insurgentes Mixcoac 03920 Mexico DFTel: 5255-56114020Mobil: [email protected]

Agradeceremos cualquier comentario.

Mexico 24 de Julio del 2011







Documents

Evaluación de las Tecnologías Fundation Fieldbus en ... · Evaluación de las Tecnologías Fundation Fieldbus en Ambientes Explosivos y Areas Clasificadas. Preparado para: Manuel