¿Qué es un sistema instrumentado de seguridad?

Las organizaciones que manejan materiales peligrosos como parte de sus procesos de actividad principal confían en 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 fusiones nucleares.

Los sistemas instrumentados de seguridad están estrechamente relacionados con otro tipo de sistema de procesos de negocio conocido como sistema básico de control de procesos (BPCS). Sin embargo, mientras que un BCPS se centra en mantener las operaciones de negocio normales, 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 apagado de emergencia.

Los sistemas instrumentados de seguridad se utilizan principalmente en industrias de procesos, que son aquellas que fabrican productos transformando materias primas a través de procesos químicos, físicos, biológicos o térmicos. Estas industrias incluyen petróleo y gas, fabricación, generación de energía, productos farmacéuticos y tratamiento de aguas. Para gestionar el riesgo, las empresas que operan en estas industrias despliegan 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 un sitio o equipamiento 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 apagado de emergencia y controles de bomba pueden evitar automáticamente que más material fluya hacia el reactor.

Todos los sistemas instrumentados de seguridad están estrictamente regulados a través de normas establecidas por la International Electrotechnical Commission (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 monitoreando sistemas y procesos y tomando acciones predefinidas cuando detecta condiciones peligrosas. Los diseños de sistemas varían según la aplicación y la industria, pero la mayoría de las arquitecturas SIS constan de tres componentes principales:

• Sensores
• Solucionadores lógicos
• Elementos finales de control

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 dependen de múltiples sensores para proporcionar redundancia y reducir la probabilidad de falsas alarmas. Las arquitecturas redundantes reducen la probabilidad de que se produzca una falla en un solo dispositivo que elude la detección y ayudan a que los sistemas instrumentados por software sean más confiables.

El solucionador lógico es el componente de toma de decisiones de un SIS, responsable de recibir entradas de sensores y transmisores y evaluar si los datos cumplen con 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 se basan en 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 finales de control comunes son válvulas, válvulas de aislamiento, arrancadores de motor, relés, amortiguadores y actuadores. Cuando el solucionador lógico detecta condiciones peligrosas, los elementos finales de control realizan una acción de protección predefinida.

Por ejemplo, cuando un sensor indica al control lógico que los niveles de material peligroso en una tubería exceden los límites preestablecidos, el solucionador lógico despliega 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 estrictamente estructurado en el que las organizaciones confían para garantizar que un sistema instrumentado de seguridad (SIS) y sus funciones instrumentadas se desempeñen correctamente.

Tres componentes críticos son fundamentales para gestionar eficazmente el ciclo de vida de la seguridad y garantizar que un SIS sea eficaz:

• Niveles de integridad de la seguridad: los niveles de integridad de la seguridad (SIL) son el nivel de reducción del riesgo requerido por una función instrumentada de seguridad específica en un SIS. Los SIL van de SIL 1 a SIL 4, y los niveles más altos indican una mayor confiabilidad. Para la mayoría de las organizaciones, SIL 2 y SIL 3 son aceptables porque proporcionan una reducción significativa del riesgo sin dejar de ser prácticos y rentables.
• Especificaciones de los requisitos de seguridad: una especificación de requisitos de seguridad (SRS) define la confiabilidad y los requisitos operativos para una función de seguridad específica en un SIS. Al configurar 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 operadores y técnicos de máquinas a determinar las medidas de seguridad adecuadas para tener en torno a procesos potencialmente peligrosos.
• Pruebas de comprobación: finalmente, las organizaciones que diseñan un SIS y lo ponen en marcha deben realizar pruebas constantes para verificar que sus funciones se desempeñen correctamente. Las pruebas de comprobación implican inspecciones periódicas de los sistemas instrumentados de seguridad y pruebas cuidadosamente coordinadas para verificar que el SIS funcionará correctamente cuando surja una condición peligrosa. Además de las pruebas de comprobación, las organizaciones también realizan un seguimiento de métricas clave en torno al equipamiento involucrado en procesos peligrosos como la tasa de fallas y la probabilidad de falla bajo demanda (PFoD).

Las instalaciones industriales modernas dependen cada vez más de complejas tecnologías de automatización 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 de negocio. Por ejemplo, el mal funcionamiento de un solo equipamiento 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 confiabilidad 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 5.260 millones de dólares que se proyecta que alcance los 7.320 millones en los próximos 5 años.

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

Un SIS mejora la gestión de la seguridad de procesos mediante el monitoreo continuo 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 rastrear automáticamente las variables e iniciar acciones de protección, los sistemas instrumentados de seguridad ayudan a reducir la probabilidad de accidentes y fallas catastróficas.

Los trabajadores de instalaciones industriales, por ejemplo, a menudo manejan productos químicos peligrosos y combustibles como parte de su trabajo diario. Los sistemas de apagado de seguridad, iniciados por un SIS, pueden alertarlos sobre una posible exposición y tomar medidas correctivas. Cuando las condiciones superan ciertos umbrales de tolerancia, un SIS puede responder más rápido y de manera más congruente que un humano.

Muchos de los procesos y sistemas que monitorea un SIS son fundamentales para la gestión de operaciones, el diseño y la optimización de los procesos del negocio para facilitar la eficiencia y la resiliencia. Además de presentar problemas de seguridad, las fallas de los activos pueden generar pérdidas financieras significativas.

Al prevenir daños a reactores, tuberías, compresores, turbinas y otros activos críticos, un SIS puede reducir los costos de reparación y el tiempo de inactividad no planificado. Por ejemplo, los grandes compresores centrífugos son algunos de los activos más críticos y costosos en la industria del gas natural. Los técnicos y operadores de máquinas programan sistemas instrumentados de seguridad para monitorear el caudal, la presión y los niveles de vibración para evitar una condición llamada sobretensión, en la que el gas que fluye a través del compresor se vuelve inestable y puede dañar el activo.

Diseñar y operar un SIS ayuda a las organizaciones a mejorar sus capacidades de monitoreo de cumplimiento de varias maneras. En primer lugar, las industrias de procesos suelen estar sujetas a estrictas normas y estándares de seguridad debido a los materiales que son fundamentales para sus procesos de negocio. 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 mejores prácticas para la gestión de la seguridad funcional.

En segundo lugar, los organismos reguladores y los proveedores de seguros a menudo exigen que las instalaciones mantengan programas de seguridad documentados que incluyan el diseño de su SIS, la documentación de las pruebas de comprobación y las actividades de mantenimiento registradas.

Un SIS confiable ayuda a una organización a reducir la probabilidad de un apagado falso al detener el equipamiento solo cuando las condiciones son realmente peligrosas. Sin un SIS, los operadores de máquinas deben confiar en el apagado manual, lo que aumenta la probabilidad de apagados falsos porque los procesos manuales no son tan confiables como los automatizados.

Además, operar equipamiento en condiciones inseguras aumenta la probabilidad de fallas. Un SIS diseñado correctamente evita daños catastróficos al equipamiento y ayuda a reducir el número de reparaciones de emergencia, fallas colaterales e interrupciones no planificadas.

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

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

• Incapacidad de las válvulas de control para regular los niveles de sustancias químicas tóxicas
• Incapacidad de los sistemas de control de procesos para mantener condiciones seguras
• Incapacidad de los operadores para reconocer las condiciones peligrosas cuando existen
• Falla en los rodamientos, tuberías, motores y otros componentes de hardware

Los sistemas instrumentados de seguridad se utilizan principalmente en industrias 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 depende de sistemas instrumentados de seguridad para monitorear refinerías, plataformas de perforación en alta mar, oleoductos y plantas de procesamiento. Los sistemas instrumentados de seguridad diseñados específicamente para petróleo y gas realizan regularmente paradas de alta presión, detectan productos químicos peligrosos y realizan aislamiento automatizado del equipamiento.
• Fabricación de productos químicos: los fabricantes de productos químicos dependen de sistemas instrumentados de seguridad para controlar líquidos y gases reactivos, tóxicos o inflamables. En una planta de fabricación de productos químicos, un SIS monitorea las temperaturas del reactor, las presiones de líquidos y gases y las concentraciones químicas para mantener la seguridad de los trabajadores y evitar fallas catastróficas.
• Plantas de energía: los operadores de centrales eléctricas utilizan sistemas instrumentados de seguridad para proteger activos valiosos como turbinas, calderas y sistemas auxiliares. Las funciones de seguridad para un SIS en una central eléctrica suelen incluir protección contra sobrevelocidad de la turbina, apagado de calderas y monitoreo de sistemas de enfriamiento.
• Fabricación farmacéutica: en la industria farmacéutica, los sistemas instrumentados de seguridad ayudan a garantizar la operación segura de los equipamientos de producción y sistemas críticos. Muchas plantas farmacéuticas usan solventes 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 cuidadosamente los sistemas de dosificación de productos químicos, almacenamiento y estaciones de bombeo. Las funciones de seguridad para el tratamiento de aguas residuales ayudan a prevenir una amplia gama de incidentes potencialmente peligrosos, como mal funcionamiento del sistema transportador, fugas de gas y productos químicos tóxicos, incendios y explosiones.