¿Están funcionando sus sistemas neumáticos sin los circuitos de seguridad adecuados, poniendo en peligro a los trabajadores y exponiendo sus instalaciones a costosas infracciones de la normativa? Los sistemas neumáticos de seguridad no conformes causan más de 15.000 lesiones en el lugar de trabajo al año, con multas que alcanzan los $140.000 por incidente de infracción de las normas de seguridad.
ISO 13849 Circuitos de seguridad para sistemas neumáticos1 requieren supervisión de doble canal, funciones de parada de emergencia, modos de fallo seguros y cálculos del nivel de rendimiento para alcanzar niveles de integridad de seguridad de Categoría 3 ó 4 que protejan al personal y a los equipos de la liberación de energía neumática peligrosa.
El mes pasado, recibí una llamada urgente de Robert, ingeniero de seguridad de una planta de fabricación de metales de Wisconsin, cuyas instalaciones se enfrentaban a una multa de $75.000 de la OSHA porque sus circuitos de seguridad para cilindros sin vástago no cumplían los requisitos de la norma ISO 13849 durante una inspección rutinaria.
Tabla de Contenido
- ¿Cuáles son los requisitos clave de la norma ISO 13849 para los circuitos neumáticos de seguridad?
- ¿Cómo se calculan los niveles de rendimiento de los sistemas neumáticos de seguridad?
- ¿Qué componentes de seguridad son esenciales para los circuitos neumáticos que cumplen la norma ISO 13849?
- ¿Qué errores comunes debe evitar al implementar circuitos neumáticos de seguridad?
¿Cuáles son los requisitos clave de la norma ISO 13849 para los circuitos neumáticos de seguridad?
Comprender los requisitos de la norma ISO 13849 es crucial para crear sistemas de seguridad neumáticos conformes.
Los circuitos neumáticos de seguridad ISO 13849 deben incluir canales de seguridad redundantes, cobertura de diagnóstico para la detección de fallos, análisis de fallos de causa común y verificación sistemática de la capacidad para alcanzar los niveles de rendimiento requeridos (PLa a PLe) basados en cálculos de evaluación de riesgos.
Categorías de seguridad y arquitectura
Requisitos de la categoría 3:
Arquitectura de seguridad de doble canal con vigilancia cruzada2 garantiza que los fallos aislados no comprometan las funciones de seguridad, lo que requiere sensores, lógica y elementos finales redundantes.
Normas de categoría 4:
Detección de fallos y cobertura de diagnóstico mejoradas más allá de la Categoría 3, con capacidad sistemática para detectar fallos acumulados antes de que afecten al rendimiento de la seguridad.
Marco de evaluación de riesgos
Determinación del nivel de rendimiento:
Calcule el nivel de prestaciones requerido utilizando la gravedad (S1-S2), la frecuencia de exposición (F1-F2) y la posibilidad de evitación (P1-P2) para determinar los requisitos de PLa a PLe.
Peligros específicos de la neumática:
Dirección liberación de energía almacenada3, el movimiento inesperado, las fuerzas de aplastamiento y las lesiones relacionadas con la presión específicas de los actuadores neumáticos y los cilindros sin vástago.
Requisitos de documentación
| Elemento ISO 13849 | Aplicación neumática | Documentación necesaria | Método de validación |
|---|---|---|---|
| Función de seguridad | Parada de emergencia del cilindro | Especificación funcional | Pruebas |
| Nivel de rendimiento | PLd por riesgo de aplastamiento | Matriz de evaluación de riesgos | Verificación de los cálculos |
| Categoría | Doble canal Cat 3 | Diagrama de arquitectura | Revisión del diseño |
| Cobertura diagnóstica | Detección de fallos 90% | Análisis FMEA4 | Pruebas de inyección de fallos |
Las instalaciones de Robert implantaron nuestro diseño de circuito de seguridad conforme con la norma ISO 13849 recomendado para sus aplicaciones de cilindros sin vástago, que no sólo resolvió sus problemas de conformidad, sino que también evitó tres posibles incidentes de seguridad durante el primer mes de funcionamiento.
¿Cómo se calculan los niveles de rendimiento de los sistemas neumáticos de seguridad?
Los cálculos adecuados del nivel de rendimiento garantizan que sus circuitos neumáticos de seguridad cumplan los requisitos normativos.
Los cálculos del nivel de rendimiento combinan los valores de tiempo medio hasta fallo peligroso (MTTFd), cobertura de diagnóstico (DC) y fallo de causa común (CCF) mediante fórmulas ISO 13849 para determinar si su circuito neumático de seguridad alcanza el nivel de integridad de seguridad requerido de PLa a PLe.
Cálculos MTTFd
Datos de fiabilidad de los componentes:
Utilice los valores B10d proporcionados por el fabricante para los componentes neumáticos, normalmente 20.000.000 de ciclos para las válvulas de seguridad de calidad y 10.000.000 de ciclos para los actuadores estándar.
Cálculos a nivel de sistema:
Para los sistemas de Categoría 3 de doble canal, calcule el MTTFd equivalente utilizando fórmulas de fiabilidad paralelas que tengan en cuenta las ventajas de la redundancia.
Evaluación de la cobertura diagnóstica
Supervisión del sistema neumático:
Implementar la monitorización de la presión, la retroalimentación de posición y la verificación de la respuesta de la válvula para lograr la CC ≥ 90% requerida para los Niveles de Rendimiento superiores.
Métodos de detección de fallos:
Utilice la comparación cruzada entre canales redundantes, las comprobaciones de verosimilitud y la supervisión temporal para detectar fallos de componentes neumáticos.
Análisis de fallos por causas comunes
Requisitos de separación:
La separación física, eléctrica y de software entre canales de seguridad evita los fallos de modo común en los sistemas de control neumático.
Factores medioambientales:
Tenga en cuenta los efectos de la temperatura, las vibraciones, la contaminación y las interferencias electromagnéticas en la fiabilidad de los componentes neumáticos de seguridad.
Verificación del nivel de prestaciones
Herramientas de cálculo:
Utilice herramientas informáticas ISO 13849 o cálculos manuales para comprobar si el nivel de rendimiento alcanzado coincide con el nivel exigido en la evaluación de riesgos.
Pruebas de validación:
Realizar pruebas sistemáticas que incluyan la inyección de fallos, la medición del tiempo de respuesta y la verificación del modo de fallo para confirmar el nivel de rendimiento calculado.
En Bepto, proporcionamos datos detallados sobre la fiabilidad de nuestros cilindros sin vástago y componentes de seguridad, lo que permite realizar cálculos precisos del nivel de rendimiento de los sistemas que cumplen la norma ISO 13849.
¿Qué componentes de seguridad son esenciales para los circuitos neumáticos que cumplen la norma ISO 13849?
Seleccionar los componentes de seguridad adecuados es fundamental para cumplir la norma ISO 13849. ⚙️
Los componentes esenciales de seguridad neumática ISO 13849 incluyen válvulas de seguridad de doble canal clasificadas para SIL 3/PLe5El sistema de control de energía peligrosa incluye sensores de posición redundantes con tecnología diversa, dispositivos de control de presión con clasificación de seguridad y válvulas de escape de emergencia con capacidad de restablecimiento manual para un control completo de la energía peligrosa.
Selección de válvulas de seguridad
Válvulas de seguridad de doble canal:
Utilice válvulas de seguridad 5/2 o 5/3 con enlace mecánico positivo entre canales, asegurando que ambos canales se activen simultáneamente para paradas de emergencia.
Capacidad de flujo de escape:
Dimensione las válvulas de seguridad para un alivio rápido de la presión, necesitando normalmente 2-3 veces la capacidad de caudal normal para conseguir los tiempos de parada requeridos.
Sistemas de control de posición
Tecnología de sensores redundantes:
Implemente diversos tipos de sensores (magnéticos + inductivos) para evitar fallos de causa común y alcanzar los niveles de cobertura de diagnóstico requeridos.
Sensores de seguridad:
Utilice sensores certificados para aplicaciones de seguridad funcional con índices de fallo documentados y capacidad de diagnóstico.
Sistemas de seguridad a presión
Monitorización de presión de doble canal:
Supervise la presión de suministro y la presión del actuador con transmisores redundantes para detectar condiciones de presión peligrosas o fallos de los componentes.
Niveles de presión seguros:
Establecer presiones máximas de funcionamiento seguras e implantar el alivio automático de presión cuando se superen los límites.
Comparación de componentes
| Tipo de componente | Grado estándar | Grado de seguridad | Ventaja Bepto | Factor de coste |
|---|---|---|---|---|
| Válvula de seguridad | Válvula básica 3/2 | SIL 3 de doble canal | Certificación ISO 13849 | 3x estándar |
| Sensor de posición | Proximidad estándar | Diversos redundantes | Diagnóstico integrado | 2,5x estándar |
| Monitor de presión | Medidor simple | Transmisor de seguridad | Salida de doble canal | 4x estándar |
| Lógica de control | PLC básico | PLC/relé de seguridad | Seguridad preconfigurada | 2x estándar |
Sarah, directora de planta de una planta de montaje de automóviles de Michigan, actualizó sus sistemas de seguridad neumáticos con nuestros componentes conformes con la norma ISO 13849 y obtuvo la certificación PLd, al tiempo que redujo la complejidad de los circuitos de seguridad en 40% en comparación con su diseño anterior.
¿Qué errores comunes debe evitar al implementar circuitos neumáticos de seguridad?
Evitar los errores de aplicación más comunes garantiza el cumplimiento de la norma ISO 13849. ⚠️
Entre los errores más comunes en los circuitos neumáticos de seguridad se incluyen cálculos inadecuados de cobertura de diagnóstico, análisis inadecuados de fallos de causa común, documentación insuficiente de las funciones de seguridad, mezcla de circuitos de seguridad y no de seguridad, y no validar el logro real del Nivel de Rendimiento mediante procedimientos de prueba sistemáticos.
Errores en la fase de diseño
Evaluación de riesgos inadecuada:
Si no se identifican correctamente todos los peligros neumáticos, los requisitos del nivel de prestaciones serán insuficientes y las medidas de seguridad inadecuadas.
Pensamiento monocanal:
Aplicar conceptos de seguridad eléctrica sin tener en cuenta requisitos específicos de la neumática, como la energía almacenada y las características del flujo.
Errores de aplicación
Arquitectura de circuitos mixtos:
Combinar funciones de seguridad y de control estándar en el mismo circuito neumático compromete la integridad de la seguridad y complica la validación.
Separación insuficiente:
Una separación física y funcional inadecuada entre canales de seguridad redundantes permite fallos de causa común.
Supervisión de la validación
Lagunas en la documentación:
Las especificaciones incompletas de las funciones de seguridad, la ausencia de análisis modal de fallos y los procedimientos de mantenimiento inadecuados impiden el éxito de la certificación.
Deficiencias en las pruebas:
Unas pruebas insuficientes, la falta de validación de la inyección de fallos y una verificación inadecuada del tiempo de respuesta comprometen la fiabilidad del sistema de seguridad.
Consideraciones sobre el mantenimiento
Requisitos de las pruebas periódicas:
Establecer calendarios sistemáticos de pruebas basados en los datos de fiabilidad de los componentes y en el mantenimiento del Nivel de Rendimiento requerido.
Gestión de piezas de recambio:
Mantenga los componentes de repuesto con certificación de seguridad y evite sustituir las piezas estándar por componentes con certificación de seguridad durante el mantenimiento.
Nuestro equipo técnico de Bepto proporciona asistencia completa para la implantación de la norma ISO 13849, ayudando a los clientes a evitar estos errores comunes y a conseguir con éxito la certificación del sistema de seguridad para sus aplicaciones de cilindros sin vástago.
Conclusión
La implementación de circuitos neumáticos de seguridad conformes con la norma ISO 13849 protege al personal al tiempo que garantiza el cumplimiento de la normativa y la fiabilidad operativa. ️
Preguntas frecuentes sobre los circuitos neumáticos de seguridad
P: ¿Qué nivel de prestaciones se suele exigir a los sistemas neumáticos de seguridad?
La mayoría de las aplicaciones neumáticas requieren niveles de rendimiento PLc o PLd, y las aplicaciones de alto riesgo, como los grandes actuadores o los sistemas de alta presión, suelen requerir PLd o PLe para proteger adecuadamente contra lesiones graves o la muerte.
P: ¿Con qué frecuencia deben comprobarse los circuitos neumáticos de seguridad para cumplir la norma ISO 13849?
Los intervalos de comprobación dependen de los valores MTTFd calculados, pero suelen oscilar entre mensuales para los sistemas PLe y anuales para los sistemas PLc, con funciones de diagnóstico supervisadas continuamente durante el funcionamiento.
P: ¿Pueden actualizarse los sistemas neumáticos existentes para cumplir los requisitos de la norma ISO 13849?
Sí, la mayoría de los sistemas existentes pueden modernizarse con componentes de seguridad, supervisión redundante y una arquitectura de control adecuada, aunque un rediseño completo puede resultar más rentable en el caso de sistemas complejos.
P: ¿Qué documentación se requiere para la certificación ISO 13849 de circuitos neumáticos de seguridad?
La documentación requerida incluye la evaluación de riesgos, las especificaciones de las funciones de seguridad, los diagramas de arquitectura, el análisis FMEA, los cálculos del nivel de rendimiento, los resultados de las pruebas de validación y los procedimientos de mantenimiento para una demostración completa de la conformidad.
P: ¿Cuánto suelen costar los sistemas neumáticos de seguridad que cumplen la norma ISO 13849 en comparación con los sistemas estándar?
Los sistemas neumáticos que cumplen las normas de seguridad suelen costar inicialmente 150-300% más que los sistemas estándar, pero evitan costosos accidentes, multas reglamentarias y reclamaciones de seguros que superan con creces la inversión adicional.
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“ISO 13849-1:2023 Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad - Parte 1”,
https://www.iso.org/standard/73481.html?browse=tc. La norma ISO 13849-1 especifica la metodología y los requisitos para el diseño y la integración de las partes relacionadas con la seguridad de los sistemas de control, incluidas las tecnologías neumáticas en modos de alta demanda y continuos. Función de la evidencia: general_support; Tipo de fuente: standard. Soportes: ISO 13849 circuitos de seguridad para sistemas neumáticos. ↩ -
“ISO/DIS 13849-2 Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad - Parte 2”,
https://www.iso.org/standard/87709.html. El borrador de revisión de ISO de la Parte 2 proporciona requisitos y orientación para el diseño y la validación de sistemas de control mecánicos, neumáticos, hidráulicos y eléctricos relacionados con la seguridad. Función de la evidencia: general_support; Tipo de fuente: standard. Soportes: Arquitectura de seguridad de doble canal con supervisión cruzada. ↩ -
“29 CFR 1910.147 - El control de la energía peligrosa (bloqueo/etiquetado)”,
https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147. La norma de bloqueo y etiquetado de OSHA identifica la energía neumática como una fuente de energía peligrosa y exige que la energía almacenada o residual peligrosa se alivie, desconecte, restrinja o se haga segura de otro modo. Función de la evidencia: general_support; Tipo de fuente: government. Soportes: stored energy release. ↩ -
“Directrices para el análisis de los modos de fallo y sus efectos y la evaluación de riesgos”,
https://standards.nasa.gov/standard/GSFC/GSFC-HDBK-8004. El manual de la NASA proporciona un enfoque uniforme para realizar el análisis de modos de fallo, efectos y criticidad como un documento vivo de evaluación de riesgos. Función de la evidencia: general_support; Tipo de fuente: government. Soporte: Análisis FMEA. ↩ -
“IEC 62061:2021 Seguridad de las máquinas - Seguridad funcional de los sistemas de mando relativos a la seguridad”,
https://webstore.iec.ch/en/publication/59927. La norma IEC 62061 especifica los requisitos y recomendaciones para el diseño, integración, validación y verificación de sistemas de control relacionados con la seguridad para maquinaria. Función de la evidencia: general_support; Tipo de fuente: standard. Soportes: SIL 3/PLe. ↩
