Guía práctica para el profesional de instrumentación
La temperatura es la magnitud física más medida en la industria y los profesionales pueden elegir entre una innumerable variedad de instrumentación para cualquier rango y condición de uso. Cada vez más se están imponiendo las sondas de temperatura con un transmisor incorporado. Este transmisor constituye el interfaz entre el proceso (sensor) y el puesto de control y por lo tanto debe satisfacer los requisitos específicos de ambos lados. Los requisitos más importantes son: protección antiexplosiva (ATEX), seguridad funcional (SIL) señalización estandarizada (p.ej. 4…20 mA), así como los protocolos (Hart, Fieldbus).
Protección antiexplosiva
Los transmisores de aplicación en áreas clasificadas deben cumplir la normativa 94/9/CE con el fin de eliminar el riesgo de explosión en zonas de atmósfera inflamable.
Cálculo de la seguridad intrínseca
Las instalaciones utilizan a menudo instrumentos de seguridad intrínseca, es decir que la potencia para alimentar el transmisor se reduce mediante un alimentador/barrera zener. El usuario debe verificar los valores de seguridad y comprobar si se puede conectar varios componentes.
La construcción modular del transmisor de temperatura permite la consideración de las interrelaciones Ex desde dos perspectivas, desde el transmisor hacia el sensor o desde el transmisor en dirección del puesto de mando. En el cálculo se debe tomar en cuenta el calentamiento propio del sensor o de su punta, el tipo del sensor (TC/RTD) y el diámetro, la construcción de la vaina y la potencia del transmisor en caso de una avería. En caso de avería los termopares presentan un calentamiento mucho inferior que las termorresistencias. La tabla muestra que la conexión de sensor, transmisor de temperatura y alimentador sería admisible. Sin embargo el usuario debería considerar además los valores de inductividad y la capacidad de los cables de conexión.
Safety integrity level (SIL), Sistemas instrumentados de seguridad (SIS)
Otro criterio de selección del transmisor “idóneo” es el cumplimiento de la normativa IEC 61508/61511 para aplicaciones críticas de seguridad. Una aplicación crítica de seguridad implica que un fallo del instrumento o del circuito de seguridad en su totalidad provocaría un daño a instalaciones y/o personas. El cálculo del riesgo cuantifica el riesgo y reduce el mismo mediante la selección de los componentes adecuados. En consecuencia, estos requisitos definidos por SIL (SIS) limitan la selección de posibles transmisores de temperatura. En la industria de proceso se certifican según SIS únicamente transmisores Hart/4…20 mA. El SIS se limita en este caso solamente a la salida de señal 4…20 pero no la emisión de los valores vía protocolo Hart. Los transmisores con solo salida digital no pueden certificarse para SIS.
Familia de transmisores de temperatura
Tras comprobación del riesgo en las instalaciones y realizar una homologación según SIS, el usuario debe escoger el transmisor, normalmente nivel SIS2, aplicando siguientes criterios:
- ¿El transmisor es adecuado para aplicaciones SIS?
- ¿Para qué nivel máximo?
- ¿El transmisor permite sistemas redundantes?
- ¿Qué valores PFD/SFF ofrece el transmisor y con qué sensor y conexión?
(SFF: Safe Failure Fraction, describe la cuota de errores sin peligro. Este valor debe ser muy alto. PFD:Probality of Failures on Demand, describe la probabilidad de un error al aparecer una funcionalidad de seguridad. Este valor debe ser muy bajo).
- ¿Qué valores de intervalo TProof están indicados (intervalo TProof: Comprobación de función periódica)
El concepto SIS significa que se debe considerar el circuito de seguridad en su totalidad como sistema integrado, incluyendo los sensor/transmisor, unidad lógica y actor. Los cálculos SIS se basan en una ponderación de 35% para el sensor/transmisor, 15% para la unidad lógica y 50% para el actor. Además se suman los valores PFD y SFF de todos los componentes del sistema. Para todo ello, el profesional necesita la FMEDA (Failure Modes, Effects and Diagnosis Analysis ) y el certificado SIL del fabricante del transmisor de temperatura. El resultado del cálculo debe compararse con el nivel SIL previamente elegido y los valores de la norma IEC61511.
Señales de salida y protocolos de comunicación
Sonda temperatura
Otro factor importante para la selección del transmisor de temperatura adecuado es la señal de salida o el protocolo digital, considerando las posibles limitaciones, condicionadas por SIS. En la industria de proceso se han establecido las señales 4…20 mA, Hart, Foundation Fieldbus y Profibus PA. Para las señales habituales existen numerosas variantes de transmisores de temperatura. Un factor importante de decisión para el profesional son los dispositivos de incorporación en el sistema desde dos puntos de vista:
- Incorporación en el sistema de control de proceso: Los protocolos Profibus PA requieren la implementación previa de los archivos GSD y los protocolos los archivos cff. La señal de 4…20 mA de un transmisor Hart no necesita un fichero específico.
- Para la integración de los protocolos digitales Hart, Profibus PA y Foundation Fieldbus existen las dos tecnologías EDD (Electrical Device Description) y FDT (Field Device Type). Desafortundadamente algunos sistemas están limitados a una tecnología y no son compatibles con la otra. Actualmente hay iniciativas para convergir las dos tecnologías pero hoy por hoy no se aprecia una solución a corto plazo.
El profesional de instrumentación debe elegir un transmisor que soporta todas las condiciones del sistema. Una gran ventaja aportan aquellos transmisores de temperatura si soportan tanto la tecnología EDD como FDT.
Fácil manejo
Adaptador
Otro criterio de selección es el fácil manejo para montar y desmontar. Por supuesto, las dimensiones tienen que ser acorde con las normativas de la DIN 73735 y DIN EN 50446 para montar en cabezal, unidad extraíble etc.y deben facilitar la conexión fácil de los cables de conexión. Un problema, a menudo comentado entre los profesionales, es la conexión de las herramientas de diagnosis a los cables de conexión en caso de mantenimiento o calibración. Habitualmente se utilizan pinzas de cocodrilo difíciles de acceder y que se sueltan fácilmente. Con un nuevo adaptador con contacto magnético los transmisores de temperatura y otros instrumentos de proceso pueden conectarse rápidamente y con gran facilidad. Con este sistema se evita la búsqueda de las pinzas o interrupciones de corriente.
Autor: Hubert Jakob, Product manager WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, Klingenberg, Alemania www.wika.es