¿Qué es un sistema instrumentado de seguridad?

Las organizaciones que manejan materiales peligrosos como parte de su actividad principal dependen de sistemas instrumentados de seguridad para mantener a los trabajadores seguros y reducir la probabilidad de incidentes catastróficos como incendios, explosiones, liberaciones de productos químicos tóxicos y fundiciones nucleares.

Los sistemas instrumentados de seguridad están estrechamente relacionados con otro tipo de sistema de procesos empresariales conocido como sistema básico de control de procesos (BPCS). Sin embargo, mientras que un BCPS se centra en mantener las operaciones normales del negocio, un SIS se centra exclusivamente en la seguridad. Cuando un SIS detecta condiciones peligrosas, inicia una respuesta predefinida, como liberar presión de una válvula o activar un sistema de parada de emergencia.

Los sistemas instrumentados de seguridad se utilizan principalmente en los sectores de procesos, que son sectores que fabrican productos transformando materias primas a través de procesos químicos, físicos, biológicos o térmicos. Estos sectores incluyen petróleo y gas, fabricación química, generación de energía, productos farmacéuticos y tratamiento de aguas. Para gestionar el riesgo, las empresas que operan en estos sectores implementan sistemas relacionados con la seguridad para detectar condiciones peligrosas y restaurar los sistemas a un estado seguro.

El objetivo principal de un SIS es restaurar un sistema o proceso a un estado seguro, que es la condición en la que una instalación o equipo individual vuelve a ser seguro después de un evento peligroso.

En el núcleo de cada sistema instrumentado de seguridad se encuentran una o más funciones instrumentadas de seguridad (SIF), acciones que el SIS realiza cuando detecta condiciones peligrosas. Por ejemplo, si un SIS detecta niveles peligrosos en un reactor químico, sus válvulas de parada de emergencia y controles de bombas pueden evitar automáticamente que fluya más material al reactor.

Todos los sistemas instrumentados de seguridad están estrictamente regulados mediante normas establecidas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Las normas IEC 61508 e IEC 61511 proporcionan marcos detallados que las organizaciones deben seguir al crear arquitecturas SIS.

Un sistema instrumentado de seguridad (SIS) funciona monitorizando sistemas y procesos y tomando medidas predefinidas cuando detecta condiciones peligrosas. Los diseños de los sistemas varían según la aplicación y el sector, pero la mayoría de las arquitecturas SIS constan de tres componentes principales:

• Sensores
• Solucionadores lógicos
• Elementos de control finales

La primera capa de un SIS consta de sensores y transmisores que miden constantemente cambios sutiles en la presión, la temperatura, el nivel y el flujo dentro de un sistema o proceso. Estos pequeños dispositivos proporcionan datos en tiempo real sobre las condiciones de funcionamiento y detectan desviaciones que pueden indicar que existen condiciones peligrosas.

La mayoría de las herramientas SIS modernas se basan en múltiples sensores para proporcionar redundancia y reducir la probabilidad de falsas alarmas. Las arquitecturas redundantes reducen la probabilidad de que un fallo de un solo dispositivo eluda la detección y ayudan a que los sistemas instrumentados por software sean más fiables.

El solucionador lógico es el componente de toma de decisiones de un SIS, responsable de recibir las entradas de los sensores y transmisores y de evaluar si los datos cumplen las condiciones de seguridad predefinidas. Si los datos que evalúa el solucionador lógico indican que existe una condición peligrosa, puede ejecutar automáticamente una respuesta de seguridad.

En la mayoría de los entornos modernos de automatización industrial, los solucionadores lógicos dependen de controladores especializados conocidos como controladores lógicos programables de seguridad (PLC) para recibir y evaluar señales e iniciar funciones de seguridad. A diferencia de los PLC convencionales, que se centran en optimizar la producción, los PLC de seguridad solo controlan las aplicaciones de seguridad funcional dentro de un SIS.

Los elementos finales de control son los componentes físicos reales (tecnología operativa) dentro del SIS que ejecutan cambios en un proceso y lo restauran a un estado seguro. Algunos elementos de control finales habituales son las válvulas, las válvulas de aislamiento, los arrancadores de motor, los relés, los reguladores de tiro y los actuadores. Cuando el solucionador lógico detecta condiciones peligrosas, los elementos de control finales toman una acción protectora predefinida.

Por ejemplo, cuando un sensor indica al control lógico que los niveles de material peligroso en una tubería superan los límites preestablecidos, el solucionador lógico implementa los actuadores para cerrar físicamente las válvulas y detener el flujo de material. Si se realiza correctamente, este proceso restaura el sistema a un estado seguro.

La gestión del ciclo de vida de la seguridad es un proceso estrechamente estructurado en el que las organizaciones confían para garantizar que un sistema instrumentado de seguridad (SIS) y sus funciones instrumentadas funcionen correctamente.

Hay tres componentes clave que resultan críticos para gestionar eficazmente el ciclo de vida de la seguridad y garantizar la eficacia de un SIS:

• Niveles de integridad de la seguridad: los niveles de integridad de la seguridad (SIL) son el nivel de reducción del riesgo que exige una función instrumentada de seguridad específica de un SIS. Los SIL van de SIL 1 a SIL 4, y los niveles más altos indican una mayor fiabilidad. Para la mayoría de las organizaciones, el SIL 2 y el SIL 3 son aceptables porque proporcionan una reducción significativa del riesgo y, al mismo tiempo, son prácticos y rentables.
• Especificaciones de requisitos de seguridad: una especificación de requisitos de seguridad (SRS) define los requisitos de fiabilidad y funcionamiento para una función de seguridad específica en un SIS. Al establecer un SIS, las organizaciones suelen realizar diferentes tipos de evaluaciones de peligros y riesgos. Los más comunes son los estudios de peligros y operabilidad (HAZOP) y el análisis de capas de protección (LOPA). Estas metodologías, ampliamente aceptadas, ayudan a los operarios de maquinaria y a los técnicos a determinar las medidas de seguridad adecuadas que deben aplicarse en torno a los procesos potencialmente peligrosos.
• Pruebas de verificación: por último, las organizaciones que diseñan un SIS y lo ponen en funcionamiento deben realizar pruebas de forma constante para comprobar que sus funciones de seguridad funcionan correctamente. Las pruebas de verificación consisten en inspecciones periódicas de los sistemas instrumentados de seguridad y en pruebas cuidadosamente coordinadas para comprobar que dichos sistemas funcionarán correctamente cuando se produzca una situación de peligro. Además de las pruebas de calidad, las organizaciones también realizan un seguimiento de las métricas clave en torno a los equipos implicados en procesos peligrosos, como la tasa de fallos y la probabilidad de fallo bajo demanda (PFoD).

Las instalaciones industriales modernas dependen cada vez más de tecnologías de automatización complejas como la inteligencia artificial (IA) y el Internet de las cosas (IoT). Aunque estas tecnologías mejoran la eficiencia y aumentan la productividad, también introducen nuevos riesgos para el medio ambiente, la salud y la seguridad (EHS) y la continuidad del negocio. Por ejemplo, el mal funcionamiento de un solo equipo en una instalación moderna puede convertirse en un evento peligroso si no se implementan las medidas de seguridad adecuadas.

La implementación de un sistema instrumentado de seguridad (SIS) ayuda a las organizaciones a aumentar la fiabilidad de sus procesos, mejorar la seguridad de los trabajadores y proteger mejor sus activos más importantes. Según un informe reciente, la demanda de herramientas SIS está aumentando, con un mercado actual de 5260 millones de USD que se proyecta que alcance los 7320 millones en los próximos 5 años.

A continuación, se presentan algunos de los beneficios comunes de implementar un SIS a nivel empresarial.

Un SIS mejora la gestión de la seguridad de procesos mediante la monitorización continua de procesos y sistemas que pueden provocar condiciones peligrosas. Según un informe, un SIS puede reducir los incidentes en el lugar de trabajo hasta en un 80 % gracias a sus capacidades de detección y respuesta. Al supervisar automáticamente las variables y poner en marcha medidas de protección, los sistemas de seguridad instrumentados contribuyen a reducir la probabilidad de que se produzcan accidentes y fallos catastróficos.

Los trabajadores de instalaciones industriales, por ejemplo, suelen manipular productos químicos peligrosos y combustibles como parte de su trabajo diario. Los sistemas de parada de seguridad, activados por un SIS, pueden alertarles de una posible exposición y permitirles adoptar medidas correctivas. Cuando las condiciones superan ciertos umbrales de tolerancia, un SIS puede responder más rápido y de manera más consistente que un humano.

Muchos de los procesos y sistemas que un SIS monitoriza son fundamentales para la gestión de operaciones empresariales, el diseño y la optimización de procesos empresariales para facilitar la eficiencia y la resiliencia. Además de presentar problemas de seguridad, los fallos de los activos pueden provocar importantes pérdidas financieras.

Al evitar daños en reactores, tuberías, compresores, turbinas y otros activos críticos, un SIS puede reducir los costes de reparación y el tiempo de inactividad no planificado. Por ejemplo, los compresores centrífugos de gran tamaño se encuentran entre los activos más críticos y costosos del sector del gas natural. Los técnicos y los operarios de maquinaria programan sistemas instrumentados de seguridad para supervisar el caudal, la presión y los niveles de vibración, con el fin de evitar una situación denominada "sobretensión", en la que el gas que circula por el compresor se vuelve inestable y puede dañar la instalación.

El diseño y la operación de un SIS ayudan a las organizaciones a mejorar sus capacidades de monitorización del cumplimiento de diversas maneras. En primer lugar, los sectores de procesos suelen estar sujetos a estrictas normas y estándares de seguridad debido a los materiales que son fundamentales para sus procesos empresariales. El cumplimiento de las normas IEC 61508 e IEC 61511 demuestra el compromiso de una organización con la seguridad de los trabajadores y demuestra que han implementado correctamente las buenas prácticas para la gestión de la seguridad funcional.

En segundo lugar, los reguladores y los proveedores de seguros suelen exigir que las instalaciones mantengan programas de seguridad documentados que incluyan el diseño de su SIS, la documentación de las pruebas de calidad y las actividades de mantenimiento registradas.

Un SIS fiable ayuda a una organización a reducir la probabilidad de un apagado falso al detener el equipo solo cuando las condiciones son realmente peligrosas. Sin un SIS, los operarios de las máquinas deben recurrir a la parada manual, lo que aumenta la probabilidad de que se produzcan paradas erróneas, ya que los procesos manuales no son tan fiables como los automatizados.

Además, operar el equipo en condiciones inseguras aumenta la probabilidad de fallo. Un SIS correctamente diseñado evita daños catastróficos en los equipos y ayuda a reducir el número de reparaciones de emergencia, fallos colaterales e interrupciones imprevistas.

Los sistemas instrumentados de seguridad ayudan a mejorar las iniciativas de gestión de riesgos al proporcionar una capa de protección (ILP) independiente contra los eventos peligrosos. Si bien los procedimientos adecuados y la intervención del operador ayudan a reducir el riesgo durante el entrenamiento, un SIS puede monitorizar activamente las condiciones e intervenir cuando pasan a ser inseguras.

Estos son algunos ejemplos comunes de eventos peligrosos que los sistemas instrumentados de seguridad ayudan a prevenir:

• Fallo de las válvulas de control para regular los niveles de sustancias químicas tóxicas
• Fallo de los sistemas de control de procesos para mantener condiciones seguras
• Falta de reconocimiento por parte de los operadores de condiciones peligrosas cuando existen
• Fallo de rodamientos, tuberías, motores y otros componentes de hardware

Los sistemas instrumentados de seguridad se utilizan principalmente en los sectores de procesos para proteger los procesos que transforman materias primas como el petróleo, el agua y los productos químicos en productos. Estos son cinco de sus casos más comunes:

• Petróleo y gas: el sector del petróleo y el gas recurre a sistemas instrumentados de seguridad para monitorizar refinerías, plataformas de perforación marítimas, oleoductos y plantas de procesamiento. Los sistemas instrumentados de seguridad diseñados específicamente para el petróleo y el gas realizan regularmente paradas de alta presión, detectan productos químicos peligrosos y realizan el aislamiento automatizado de los equipos.
• Fabricación de productos químicos: los fabricantes de productos químicos confían en los sistemas instrumentados de seguridad para controlar los líquidos y gases reactivos, tóxicos o inflamables. En una planta de fabricación de productos químicos, un SIS monitoriza las temperaturas del reactor, las presiones de líquidos y gases y las concentraciones químicas para mantener la seguridad de los trabajadores y evitar fallos catastróficos.
• Centrales eléctricas: los operadores de centrales eléctricas utilizan sistemas instrumentados de seguridad para proteger activos valiosos como turbinas, calderas y sistemas auxiliares. Las funciones de seguridad de un SIS en una central eléctrica suelen incluir la protección contra el exceso de velocidad de la turbina, la parada de la caldera y la supervisión de los sistemas de refrigeración.
• Fabricación farmacéutica: en el sector farmacéutico, los sistemas instrumentados de seguridad ayudan a garantizar el funcionamiento seguro de los equipos de producción y los sistemas críticos. Muchas plantas farmacéuticas utilizan disolventes inflamables, productos químicos tóxicos y sistemas de alta presión. Un SIS diseñado para la carga de trabajo de una planta farmacéutica ayuda a regular los reactores de síntesis, los sistemas de almacenamiento de solventes, las unidades de destilación y los reactores de alta presión.
• Instalaciones de tratamiento de aguas residuales: las instalaciones de tratamiento de agua utilizan la tecnología SIS para gestionar con cuidado los sistemas de dosificación de productos químicos, los tanques de almacenamiento y las estaciones de bombeo. Las funciones de seguridad para el tratamiento de aguas residuales ayudan a prevenir una amplia gama de incidentes potencialmente peligrosos, como fallos en el sistema transportador, fugas de gases y productos químicos tóxicos, incendios y explosiones.