Cap 2.1 Normas y Estandares para seguridad en Calderas

20 Noviembre 2009

 

2.1.1    Introducción

Existen hoy en día en todo el mundo muchas Normas o Estándares relacionados con la seguridad que poco a poco, sobre todo en los últimos años, están convergiendo hacia un único Estándar mundial que sea aceptado por todos o casi todos los países.

 

Existen diversidad de Asociaciones, Instituciones u Organismos públicos y privados cuya misión, entre otras, es la elaboración de Normas, enfocadas hacia distintos aspectos de la seguridad (proceso, sistema electrónico, instrumentación, software/hardware, etc.) y dependiendo de los intereses que defienden.

 

En el caso de las Calderas también existen varias Normas o Estándares aplicables, y con poco margen de error podemos decir que la más utilizada a nivel mundial es la americana NFPA (National Fire Protection Association). Desde el punto de vista de la funcionalidad del sistema de seguridades de caldera se utiliza cada vez más la nueva IEC 61508.

 

2.1.2    ¿Qué Ofrecen las Normas y Estándares?

 

Una de las razones por las que la industria escribe sus propias Normas y recomendaciones es la de evitar la regulación por parte de las autoridades públicas. Puesto que las industrias son responsables de sus accidentes, si no se regulan ellas mismas lo harían las autoridades. Normalmente estas intervienen cuando se detectan riesgos que producen alarma social.

 

Podemos citar las siguientes ventajas que nos ofrecen las Normas:

 

 

  • Experiencias en Todo el Mundo.
    • Los distintos Comités de cada Organismo van analizando las causas de los accidentes que se producen y como consecuencia revisan las Normas.
    • La tendencia en los últimos 25 años ha sido clara. Cada vez las Normas son más exigentes en la seguridad.
  • Permite la comparación imparcial de soluciones.
    • Son independientes de la tecnología utilizada.
    • Son valoradas y aprobadas por Organismos competentes (terceros)
  • Ahorro de Capital y Gastos Operacionales.
  • Confeccionar una buena especificación sobre seguridad no está al alcance de todos. Requiere personal muy especializado. En caso contrario lo más recomendable es exigir el cumplimiento de determinadas Normas que han sido elaboradas y consensuadas por Comités de expertos.
    • Sin costes inesperados
    • Principio del Ciclo Global de Seguridad
    • Sin gastos en Conocimiento Tecnológico
    • Metodología de Diseño
    • Experiencia en Validaciones
2.1.3   Aplicación de Normas y Estándares
 
Podemos dividir las Normas en dos grupos:
  • Estándares propios de la Compañía
Por desgracia es muy habitual encontrar especificaciones muy antiguas que han sido revisadas por personal no suficientemente cualificado con resultados nefastos. Podemos encontrarnos requisitos opuestos u obsoletos o requerimientos que contradicen las recomendaciones de Normas internacionales.
    • Basados en las experiencias de las empresas
    • Referenciados a Normas y Estándares internacionales (IEC, DIN, …)
    • Requieren la validación por autoridades de inspección (TÜV, UL, …)
  • Cuando no existen, entonces se aplican:
    • Estándares internacionales (ISO, IEC, …) o
    • Estándares nacionales (DIN, BS, ANSI, …) o
    • Normativas de Organizaciones (ISA SP84, TÜV booklet, …) y
    • Validación por una autoridad de inspección independiente (TÜV, UL, …)
En cualquiera de los casos el fin último es la reducción del Riesgo y del Coste.
 
2.1.4   Historia de los Estándares de Seguridad
  • 1984 Normativas TÜV: Orientadas hacia Tecnología de Microprocesadores
  • 1989 DIN 19250 / VDE 0801: Orientadas    hacia    las    Aplicaciones,    considerando    principalmente resoluciones lógicas
  • 1994 Apéndice a VDE 0801: Armonización con Estándares Internacionales Emergentes
  • 1996 ISA SP84: Ciclo de Vida de Seguridad, aproximación Cuantitativa
  • 1997 IEC-61508:  Orientada a Aplicaciones, considerando el lazo completo, Ciclo de Vida de Seguridad, aproximación Cualitativa y Cuantitativa.
En la siguiente figura se muestra la evolución histórica de los Sistemas de Seguridad.
 
Figura 2-1. Historia de los Estándares
Figura 2-1. Historia de los Estándares (Click en la imagen para agrandar)
 
2.1.5   Desarrollo de los Estándares de Seguridad
 
Que la tecnología sea cada vez más habitual en nuestra vida diaria hace que se produzcan cada vez más accidentes por fallos en esa tecnología. Esto hace que sea necesario establecer en los sistemas unos mínimos requerimientos de seguridad para la protección de:
 
■       Vidas humanas
■       Equipos y productos
■       Medio ambiente
 
Hay que asegurarse que se cumplen estos mínimos requerimientos de seguridad. La verificación debe ser:
 
■       Objetiva
■       De acuerdo a unas bases en general aceptadas
■       Fácilmente comprensible
■       Independiente del fabricante
 
De forma que los distintos productos y sistemas puedan ser comparados en relación a las mismas bases.
 
Durante alrededor de 100 años se han establecido diversas regulaciones y estándares siguiendo al avance tecnológico. Uno de los estándares de seguridad más conocido fue el DIN VDE 0116 ("Electrical Equipment of Furnaces"). Contiene instrucciones en relación al diseño de los controles de hogares en quemadores de gas y fuel-oil.
 
Debido al progresivo aumento del uso de microprocesadores en sistemas de seguridades, TÜV-Alemania publicó en 1984 "Microcomputers in Safety-Related Technology". Las normas existentes fueron subdivididas en 5 clases de seguridad dependiendo de la severidad de los requerimientos, desde la Clase 1 (nivel más alto) a la Clase 5 (nivel más bajo).
 
El Estándar DIN V 19250 ("Fundamental Safety Considerations of Protective Equipment for Instrumentation and Control") fue publicado en 1990. Describe los procedimientos de clasificación, independientes de la aplicación, y está basado en las consideraciones sobre el riesgo realizadas en DIN 31000. Esto resultó en la creación de 8 Clases de Requerimientos (AK1…AK8) según se muestra en la Figura 2-2.
 
Este estándar fue complementado por el DIN V VDE 0801 ("Fundamentales of Computers in Safety-Related Systems") que describe los pasos posibles en sistemas de seguridad basados en microprocesadores de acuerdo a las Clases de requerimiento.
 
Al mismo tiempo, la IEC en su TC65 ("Technical Committee 65, Industrial Process and Measurement Control") elaboró tres estándares internacionales considerando los ya existentes alemanes (DIN) y otros estándares nacionales y recomendaciones. Basados en las 8 Clases de requerimientos de DIN, se establecieron cuatro Niveles de Integridad de Seguridad ("Safety Integrity Levels"; SIL 1 a SIL 4) a los que se asignaron distintos límites de fallos.
 
Los resultados obtenidos por el TC65 fueron los siguientes estándares:
 
■       IEC-61508 "Functional Safety of Safety-Related Systems"
■       IEC-61511 "Implementation of IEC-61508 for Process Industries"
■       IEC-61131-3 " Standardization in Industrial Programming"
 
 
2.1.6   Estándar de Seguridad IEC-61508
 
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha estado trabajando durante los últimos años en un estándar que cubriera el uso de los relés, electrónica de estado sólido y los sistemas programables, incluyendo los dispositivos de campo.
 
El Estándar aplica a todas las industrias, tales como el transporte, medicina, nuclear, etc. y por este motivo no ha sido bien aceptado en algunos sectores. En estos momentos la Comisión está trabajando en el estándar IEC-61511 (Implementación de la IEC-61508 para las Industrias de Proceso).
 
El IEC-61508 es un estándar básico sobre seguridad. Su objetivo es facilitar la elaboración de estándares específicos a la aplicación.
 
El estándar describe los sistemas de control relativos a la seguridad (sistemas con funciones de seguridad) incluyendo sistemas/dispositivos eléctricos/electrónicos/ electrónicos y programables, llamados E/E/PES.
Está basado en 2 conceptos:
 
■       Ciclo global de vida de seguridad, para el sistema E/E/PES y para el software.
■       Niveles de requerimientos de seguridad (SIL= Safety Integrity Levels)
 
 
2.1.6.1   Partes del Estándar IEC-61508
 
Por su interés reproducimos a continuación las 7 partes de que consta el estándar según se indica en las páginas de la Web en inglés de la IEC en el momento actual (Octubre 2000):
 
IEC 61508-1 (1998-12): Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems - Part 1: General requirements.
Sets out a generic approach for all safety lifecycle activities for systems comprised of electrical and/or electronic and/or programmable electronic components (electrical/electronic/programmable electronic systems (E/E/PESs)) that are used to perform safety functions. This unified approach has been adopted in order that a rational and consistent technical policy be developed for all electrically-based-safety-related systems. Is intended to facilitate the development of application sector standards. Has the status of a basic safety publication in accordance with IEC Guide 104.
 
IEC 61508-1 Corr. 1 (1999-05):  Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 1: General requirements.
 
IEC 61508-2 (2000-05): Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems - Part 2: Requirements for safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems.
 
IEC 61508-3 (1998-12): Functiontal safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 3: Software requirements.
Applies to any software forming part of a safety-related system or used to develop a safety-related system within the scope of IEC 61508-1 and 61508-2. Provides requirements: - for safety lifecycle phases and activities; - for information relating to the software safety validation; - for the preparation of information and procedures concerning software; - to be met by the organisation carrying out modifications to safety-related software; - for supporting tools. Has the status of a basic safety publication in accordance with IEC Guide 104.
 
IEC 61508-3 Corr. 1 (1999-04): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 3: Software requirements.
 
IEC 61508-4 (1998-12): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 4: Definitions and abbreviations.
Contains the definitions and explanation of terms that are used in parts 1 to 7 of this standard. Intended for use by technical commitees in the preparation of standards in accordance with the principles contained in IEC Guide 104 and ISO/IEC Guide 51. IEC 61508 is also intended as a stand-alone standard. Has the status of a basic safety publication in accordance with IEC Guide 104.
 
IEC 61508-4 Corr. 1 (1999-04): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 4: Definitions and abbreviations.
 
IEC 61508-5 (1998-12): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 5: Examples of methods for the determination of safety integrity levels.
Provides information on the underlying concepts of risk and the relationship of risk to safety integrity (see annex A); a number of methods that will enable the safety levels for the E/E/EPE safety-related systems, other technology safety-related systems and external risk reduction facilities to be determined (see annexes B, C, D and E). Intended for use by technical committees in the preparation of standards in accordance with the principles contained in IEC Guide 104 and ISO/IEC Guide 51. IEC 61508 is also intended as a stand-alone standard.
 
IEC 61508-5 Corr. 1 (1999-04): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 5: Examples of methods for the determination of safety integrity levels.
 
IEC 61508-6 (2000-04): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 6: Guidelines in the application of IEC 61508-2 and IEC 61508-3.
 
IEC 61508-7 (2000-03): Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 7: Overview of techniques and measures.
 
IEC 61508: work in progress
 
IEC 61508-3 Amd. 1 Ed. 1.0 : Maintenance procedure on IEC 61508-3: Functional safety of electrical/electronic/programable electronic safety-related systems - Part 3: Software requirements.
 
 
2.1.6.2   Partes del Estándar IEC-61511
 
Por su interés reproducimos a continuación las 3 partes de que consta el estándar según se indica en las páginas de la Web en inglés de la IEC en el momento actual (Octubre 2000):
 
IEC 61511: work in progress
 
IEC 61511-1 Ed. 1.0: Functional safety instrumented systems for the process industry sector - Part 1: General framework, definitions system software and hardware requirements.
 
IEC 61511-2 Ed. 1.0: Functional safety instrumented systems for the process industry - Part 2: Guidelines in the application of Part 1.
 
IEC 61511-3 Ed. 1.0: Functional safety: Safety instrumented systems for the process industry sector -Part 1: Guidelines in the application of hazard and risk analysis.
 
Figura 2-2. Clasificación
Figura 2-2. Clasificación (Click en la imagen para agrandar)
 
El riesgo de una planta se evalúa exactamente igual que en la DIN V 19250, es decir, las 48 teóricas posibles combinaciones correspondientes al grado de consecuencia (4 niveles), a la presencia en área peligrosa (2 niveles), a la posibilidad de prevención de fallos (2 niveles) y a la probabilidad de situación peligrosa (3 niveles), se reducen a 8 clases de riesgo.
 
Para el nivel de riesgo más bajo (clase 1) no se especifica ningún nivel de requerimiento de seguridad y para el nivel de riesgo más alto (clase 8) no es suficiente con un sistema E/E/PES. Agrupando las clases 2 a 7 llegamos a los 4 niveles SIL (Safety Integrity Level) que contempla la IEC-61508.
 
 
2.1.7   Normas de Calderas
 
Como ya dijimos anteriormente existen muchas Normas y además de distinto tipo. Aquí sólo citaremos las que consideramos más utilizadas y mundialmente aceptadas por usuarios e ingenieros.
 
Desde el punto de vista del proceso:
 
■       NFPA 8501 - Single Burner Boiler Operation
■       NFPA 8502 - Furnace Explosions/Implosions in Multiple Burner Boilers
■       NFPA 8504 - Atmospheric Fluidized-Bed Boiler Operation
■       NFPA 8506 - Heat Recovery Steam Generators
■       TRD 411-415 - Oil Firing Systems on Steam Boilers
■       DIN 4787, 4788 - German Standard for Gas/Oil-Burners
 
 
Desde el punto de vista del sistema de seguridades:
 
■       IEC-61508 - Functional Safety-Related Systems
■       ISA SP-84.01  - Application of Safety Instrumented  Systems for the Process Industries
■      DIN  V  19250   -   Fundamental   Safety  Considerations  of  Protective Equipment for Instrumentation and Control
■      DIN V VDE 0801 - Fundamentals of Components in Safety-Related Systems
NFPA (Capítulos "Burner Management System Logic")
 
Normas españolas:
 
■   UNE-9-109-86   -   Equipos   de   Instrumentación,   Control,   Alarma   y Seguridades para Calderas.
■   RAP - Reglamento de Aparatos a Presión.

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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