Seguridad Funcional en Maquinaria: IEC 61508, IEC 60061, EN 954-1 y la Directiva 2006/48/CE-EN ISO 13849-1  

José Luis Salinas
InTech México Automatización,
Edición  Abril –  Junio  2010.


Requisitos esenciales de seguridad y de salud relativos al diseño y fabricación de las máquinas y de los componentes de seguridad.


La seguridad funcional en maquinaria o aplicaciones en Procesos de Manufactura, al igual que la seguridad funcional en Procesos Industriales, tienen el objetivo “alcanzar niveles de riesgo aceptable“, para cumplir con el principio fundamental de:

  • Proteger la vida
  • Proteger el Medio Ambiente
  • Proteger la Inversión

Sin embargo la aplicación de la normatividad no es tan directa como parece y más aún en aplicaciones de Procesos de Manufactura, esto debido a la cantidad de normas existentes en la actualidad.

Mientras en Europa entra en vigor en Diciembre del 2009 la nueva directiva (2006/ 48/CE) y con esta el uso de la Norma EN ISO 13849 (y como “norma armonizada” la lEC 61062), está en la decisión de los especialistas en seguridad para maquinaria el uso de estas o de la norma internacional lEC 61508 o de la norma EN 954-1 cuando se trata de países que no forman parte de la comunidad Europea ó de los estándares Americanos aplicados para seguridad en maquinaria.

Por qué mencionamos que estamos en la disponibilidad de usar la normatividad que mejor consideremos, bueno es porque tenemos diferente motivación, uso o costumbre de usar algún estándar y/o obligatoriedad de seguir las normas según el reglamento interno de nuestro ámbito laboral. Mientras que para algunos usuarios es recomendable hacer uso de la reglamentación Europa, para otros la normatividad internación es suficiente y cumple con sus requerimientos.

Cabe recordar que las normas son consideradas como “recomendaciones” y no existe obligatoriedad de usarlas por parte de los usuarios. En principio las normas que aplican en el territorio nacional son las NOM, que para el caso de maquinaria tenemos la NOM-004- STPS: 1999 y la NOM-020-STPS:2004.

Cabe hacer mención que mientras para los estados miembros de la comunidad Europea las Directivas (Leyes) hacen obligatorio el uso de normas específicas ó Estándar (state of the art) y para USA la Ley Federal OS HA hace obligatorio la aplicación de los estándares Americanos, en México no estamos obligados a seguir esta reglamentación, sin embargo la adopción y cumplimiento de algún estándar en nuestras aplicaciones es necesario para asegurar el buen desempeño de las medidas de seguridad implementadas en nuestras instalaciones. Esto nos da como resultado:

Dado que tenemos la libertad de elegir el estándar a usar, continuaremos con una breve descripción del origen de las normas aplicables en seguridad de Maquinaria, así como sus diferencias básicas y su rango de aplicación / ejecución / verificación.

EL ORIGEN:

Estándar:


  • lEC 61511 Estándar Internacional: Seguridad funcional – Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de las industrias de procesos
  • lEC 61508 Estándar Internacional: Seguridad funcional de los sistemas eléctricos/ electrónicos/electrónicos programables relacionados con la seguridad
  • EN 954 Estándar Europeo: Seguridad de las máquinas – Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad
  • EN ISO 13849 Estándar Internacional: Seguridad de las máquinas – Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad
  • EN/lEC 62061 Estándar Internacional: Seguridad de las máquinas – Seguridad funcional de los sistemas eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relacionados con la seguridad

Si bien tenemos la posibilidad de elegir el estándar a aplicar, nos abocaremos a analizar los estándares que aplican bajo las Directivas Europeas.

El estándarEN 954 tiene un enfoque “Determinístico”, del cual se basa el uso de componentes probados y aprobados para funciones de seguridad. Para determinar el nivel de seguridad requerido, el estándar EN954 hace uso de 5 niveles de seguridad, estos definidos como categorías, las cuales son; Categoría B, 1, 2, 3 Y 4. Estos se pueden encontrar haciendo uso del análisis de riesgo gráfico.

El estándar define la selección y diseño de las medidas de seguridad a considerar. El procedimiento sigue 5 pasos, los cuales son: 1) Análisis y Valoración del riesgo, 2) Determinar las medidas para reducir el riesgo, 3) Requerimientos específicos de seguridad a ser aprobados, 4) Diseño y 5) Validación.

Así mismo proporciona las funciones típicas de seguridad; 1) Paro, 2) Paro por emergencia, 3) Reset manual, 4) Arranque y re arranque, 5) Tiempo de res puesta, 6) Parámetros relacionados a la seguridad, 7) Funciones de control local, 8) Fluctuaciones, pérdida y restauración de las fuentes de poder, 9) Muting y 10) Suspensión manual de las funciones de seguridad.

Las categorías definen el comportamiento de las partes de seguridad relacionadas con los sistemas de control (SRP /CS), siendo la categoría B la menor donde no se requieren medidas especiales para la seguridad y la categoría 4 la mayor, donde una simple falla puede llevar a la perdida de las funciones de seguridad, donde una falla simple tiene que ser detectada.

El estándar lEC 61508 es un estándar internacional que fue liberado en Diciembre de 1998 por la Comisión Internacional de Electrotecnia (lEC), el cual consiste de las siguientes partes bajo el titulo general: Functional safety of electrical/ electronic/ programmableelectronic (E/E/PE) safety-relatedsystems. El estándar está dividido en 6 partes, las 4 primeras son las publicaciones básicas que facilitan el desarrollo de las aplicaciones del sector y habilitan al desarrollo de sistemas E/E/PE (electrical/ electronic/ programable electronic) relacionados a la seguridad.

Sin embargo estas publicaciones no aplican en el contexto de baja complejidad de los E/E/PE. El estándar define un sistema de baja complejidad como un sistema en el cual los modos de falla de cada componente individual están definidos y el comportamiento del sistema bajo condiciones de falla puede ser determinado completamente. Los sistemas relacionados a la seguridad para maquinaria son considerados como de “baja complejidad”.

Él estándar lEC 61508 puede ser usado para desarrollar sistemas relacionados a la seguridad para aplicaciones donde se requieran sistemas más complejos.

Estándar EN ISO 13849. La nueva directiva tiene un enfoque “probabilístico”, este es un primer cambio que encontramos en el uso de los estándares, el segundo cambio es que se incorporan además de las categorías parámetros cuantitativos que se definen como “Performance Level” o PL’s a los sistemas de control relativos a la seguridad.

Este nivel de desempeño (confiabilidad) se determina a través de los siguientes parámetros:

  • Categoría: Se basa en la norma EN 954-1
  • Tiempo medio hasta una falla peligrosa (MTTFd): se determina el tiempo medio hasta una falla peligrosa del sistema de mando definido. Para ello se debe considerar el MTTFd de los equipos de entrada, control y salida utilizados en el sistema. El valor del MTTFd de cada uno de los equipos utilizados será proporcionado por el fabricante de los mismos. En caso contrario, la norma dispone de un método para la estimación del mismo. Para componentes electromecánicos y neumáticos se dispone de un valor B 1 Od, que es el número de operaciones de conmutación en que el 1 0% de la muestra falla y es usado en lugar del valor MTTFd.
  • Cobertura de Diagnóstico (DC): es la medida de la efectividad del diagnóstico realizado, expresada como la relación entre la probabilidad de fallas peligrosas detectadas y las fallas peligrosas totales. Al igual que en el caso anterior, el fabricante proporcionará los valores de la DC de cada uno de los componentes utilizados en el sistema de mando definido, calculando posteriormente el DC del sistema completo.
  • Fallas de causa común (CCF): Analiza el proceso seguido a la hora de definir y estimar el PL del sistema de mando relativo a la seguridad. Para ello, la norma proporciona una tabla que permite calcular las CCF del sistema de control.

Con la determinación de los cuatro parámetros, la norma define un proceso que permite estimar el PL del sistema de mando relativo a la seguridad.

Paralelamente se determina el Performance Level requerido (PLr) por nuestro sistema. Al igual que en el caso de la norma EN 954-1, el PLr se calcula en función de la severidad del daño, de la frecuencia o tiempo de exposición al peligro y de la probabilidad de evitar o limitar el peligro. El PLr se divide en cinco niveles, de la “a” a la “e”, siendo el “a” peligro bajo y “e” peligro alto.

Finalmente, se debe comparar el Performance Level del sistema definido (PL) con el Performance Leve requerido (PLr). Sólo en el caso de que sea PL ≥PLr se podrá utilizar el sistema de mando relativo a la seguridad definido en el diseño de la máquina.

Estándar lEC 61062

Los procedimientos en el estándar lEC 61061 son diferentes, sin embargo los métodos y evaluaciones son muy similares, la probabilidad de falla se calcula en forma similar, aunque en este caso no usa el MTTFd, en su lugar hace uso de la Probabilidad de Falla Peligrosa por hora o PFHd. En este caso el uso de valores B10d es usado nuevamente en el caso de componentes electromecánicos, sin embargo no existe una descripción de cómo usar estos valores, para este caso es necesario referirse a otras normas. Quizá otra desventaja del estándar es la imposibilidad de evaluar componentes neumáticos e hidráulicos. Por último quizá una desventaja adicional es que el esquema de estructuras es diferente a las Categorías y esto hace necesario una nueva evaluación.

Directiva 2006/48/CE, Diciembre del 2009, relativa a la aproximación de legislaciones de los Estados miembros sobre máquinas

Directiva: es una Ley que aplica “exclusivamente” a los Estados Miembros de la Comunidad Económica Europea, por lo que el ámbito de cobertura se aplica únicamente en Europa como “LEY”, siendo adoptada como “recomendación” en los Países fuera de la comunidad Europea.
Aun y cuando la entrada en vigor es Diciembre del 2009, se ha extendido el uso del estándar EN 954-1 hasta el 31 de Diciembre del 2011 y se mantendrá como Norma Armonizada con la nueva directiva. Se ha especulado el uso de la nueva directiva y por ende del estándar, esto debido a que no todos los proveedores de dispositivos de seguridad cuentan con los valores actuales requeridos tales como DC, MTTF, PFH y B10, esto por supuesto complica la evaluación del PLr, de aquí que se ha extendido como se mencionó arriba la aplicación del nuevo estándar, esto como primer argumento, como segundo tenemos que para nuestro caso, en México no estamos obligados a seguir este estándar, por lo que queda a criterio de los usuarios la decisión de que estándar se va a implementar como método de Seguridad.

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