Los limitadores de temperatura de seguridad evitan el sobrecalentamiento y, por tanto, son cruciales para proteger las plantas industriales. Su función preventiva protege las máquinas de posibles daños y evita lesiones personales. En esta sección de preguntas frecuentes encontrarás más información sobre estos dispositivos de seguridad inteligentes.
Un limitador de temperatura de seguridad es un dispositivo para controlar la temperatura que activa automáticamente una desconexión de protección del sistema cuando se supera un valor límite establecido. Está disponible en varias versiones, puede adaptarse a requisitos y entornos específicos y ayuda a cumplir las normas legales. Es habitual encontrarlo en instalaciones térmicas como plantas de aceite térmico, calderas y hornos.
Normalmente, un controlador de temperatura controla la temperatura del proceso. Si sube a un nivel inadmisible debido a un fallo técnico o a un funcionamiento incorrecto, interviene el limitador de temperatura de seguridad. En combinación con un termómetro eléctrico, controla la temperatura y conmuta la instalación a un estado de funcionamiento seguro antes de que se alcance la temperatura crítica. Esta condición suele alcanzarse desconectando la calefacción.
Funcionamiento de los limitadores de temperatura de seguridad
(1) controlador de temperatura (2) sonda de temperatura (3) calentador
(4) limitador de temperatura de seguridad (5) segunda sonda de temperatura
La imagen muestra un controlador de temperatura (1) que, junto con una sonda de temperatura (2) y un calentador (3), mantiene la temperatura en un horno a 650 °C. Cuando es necesario calentar, el regulador cierra el contacto mostrado y se activa el calentamiento. El limitador de temperatura de seguridad (4) mide la temperatura con otra sonda de temperatura (5). Por ejemplo, sólo cierra el contacto mostrado a temperaturas inferiores a 700 °C y sólo entonces activa el calentamiento. Si el limitador de temperatura de seguridad detecta una temperatura superior a 700 °C, abre su contacto (como se muestra en la figura) y se desconecta la calefacción.
El regulador y el limitador de temperatura de seguridad no conmutan directamente la alimentación de tensión (al contrario que en la figura simplificada) debido a las elevadas corrientes que hay que conmutar. En su lugar, el regulador controla un interruptor de potencia de tiristores y el limitador de temperatura de seguridad controla un relé mecánico; estos actuadores conmutan entonces el suministro de tensión en consecuencia.
La entrada analógica del limitador de temperatura de seguridad puede ajustarse a diferentes sensores y señales. Así, puede evaluarse una señal como, por ejemplo, de 4 a 20 mA. Todas las variables de proceso que se ponen a disposición a través de una señal de corriente se pueden supervisar para valores mínimos o máximos (presión, humedad, caudal, etc.).
Los limitadores de temperatura de seguridad están equipados con un mecanismo de rearme manual, y por una buena razón: una vez alcanzada la temperatura de desconexión, el sistema no debe reiniciarse automáticamente, sino que es necesario que personal autorizado lo compruebe y apruebe cuidadosamente. De este modo se garantiza que la causa del exceso de temperatura se ha identificado y eliminado antes de que la planta se reinicie. Este reinicio manual es obligatorio en aplicaciones relacionadas con la seguridad, como es el caso de muchas centrales térmicas, generadores de vapor o procesos industriales.
Los limitadores de temperatura de seguridad tienen un diseño redundante: la señal de un sensor se procesa en 2 canales en el limitador de temperatura de seguridad y se compara con la temperatura límite en cada canal. Cada canal dispone de un relé que sólo se activa cuando la variable de proceso evaluada se encuentra dentro del rango válido. Los circuitos eléctricos están conectados en serie, de modo que la calefacción sólo se conecta cuando se activan ambos contactos. Un canal de diagnóstico comprueba la plausibilidad de ambas señales evaluadas. Incluso en caso de error interno del hardware, la instalación no se desconecta, por lo que también en este caso sigue siendo posible un funcionamiento seguro. La estructura redundante confiere a los limitadores de temperatura de seguridad una mayor seguridad, lo cual es obligatorio para requisitos de alta seguridad.
Por el contrario, los limitadores de temperatura no tienen una estructura redundante y sólo se utilizan para requisitos de seguridad más bajos.
Dependiendo de la tecnología del sensor, los limitadores de temperatura de seguridad pueden supervisar un amplio rango de temperaturas. Los termómetros de resistencia con sensores Pt100 y Pt1000 se suelen utilizar para temperaturas de hasta 600 °C. Los termopares se utilizan para temperaturas superiores. El termopar de tipo B puede utilizarse para controlar las temperaturas más altas, normalmente hasta 1500 °C.
El control de la temperatura hasta 650 °C puede realizarse de forma relativamente económica con componentes electromecánicos. Hay disponibles limitadores de temperatura de seguridad y limitadores de temperatura rellenos de gas o líquido, incluidas variantes con certificación SIL 2 y aptas para zonas Ex.
La precisión del punto de conmutación de los limitadores de temperatura de seguridad está sujeta a tolerancias y el punto de conmutación sigue estando influido por la temperatura ambiente. Si el punto de conmutación debe ajustarse con precisión en una aplicación, este tipo de limitador de temperatura de seguridad no es adecuado.
Limitador de temperatura de seguridad diseñado como termostato de superficie (izquierda) y termostato trifásico de panel (derecha)
A menudo es necesario medir la temperatura en una zona en la que puede formarse una atmósfera explosiva. En este caso, se utilizan limitadores de temperatura de seguridad con homologación ATEX, que sólo alimentan la sonda de temperatura con una potencia eléctrica muy baja. De este modo se evita que la sonda de temperatura se caliente en exceso y se convierta en una fuente de ignición.
Dependiendo de la aplicación, el lugar de funcionamiento y la industria, se aplican diferentes directivas al uso de limitadores de temperatura de seguridad. La selección, instalación y comprobación conforme a estas normas es obligatoria y a menudo se verifica parcialmente mediante procedimientos de comprobación o aceptación llevados a cabo por expertos (por ejemplo, TÜV, DEKRA).
Esta norma se aplica a los dispositivos de control de temperatura eléctricos o no eléctricos utilizados para regular la temperatura en plantas generadoras de calor. Describe las características que deben tener los dispositivos de control de temperatura y los limitadores de temperatura en estas plantas. La norma es obligatoria en muchos países europeos.
La serie DIN EN 61508 «Seguridad funcional de los sistemas eléctricos/electrónicos/electrónicos programables» está concebida como norma básica de seguridad. Independientemente de la aplicación, se ocupa de la seguridad funcional de los sistemas. Es la norma central para la seguridad funcional de los sistemas de control. La norma define los requisitos para los sistemas de seguridad en la seguridad de las instalaciones.
En este contexto, desempeña un papel importante el nivel de integración de seguridad (SIL), que la norma DIN EN 61508 define como la «probabilidad media de fallos peligrosos» (PFDavg). El sistema general de clasificación consta de 4 niveles (SIL 1 a SIL 4). En un sistema con SIL 4, la probabilidad de fallo (es decir, el valor PFDavg) es extremadamente baja. En un sistema con SIL 1, la probabilidad de fallo es significativamente mayor. Si se requiere una clasificación SIL para las plantas de proceso, suele ser SIL 2 - raramente SIL 3.
La clasificación SIL se basa siempre en una «probabilidad media de fallos peligrosos». Un ejemplo es un dispositivo de seguridad diseñado para desconectarse en caso de temperaturas excesivas. Este tipo de sistema suele constar de varios componentes, como una sonda de temperatura, un limitador de temperatura de seguridad y un actuador, para los que los fabricantes deben certificar las respectivas probabilidades de fallo. El ingeniero de proyecto de la planta tiene que calcular la probabilidad global de fallo a partir de estas probabilidades individuales y asegurarse de que es inferior a 10-2 (por requisito) para SIL 2, por ejemplo.
Los limitadores de temperatura de seguridad sólo deben ser instalados por empresas especializadas autorizadas. La sonda de temperatura se instala cerca de la fuente de calor (por ejemplo, en la caldera o en el intercambiador de calor), idealmente en el lugar donde se alcanza la temperatura más alta prevista. La sonda se introduce en un termopozo adecuado o directamente en el medio.
La conexión eléctrica debe realizarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante y la normativa aplicable. Generalmente se realiza mediante un contacto normalmente abierto libre de potencial que sólo se cierra cuando la temperatura es inferior al valor límite. Cuando se supera la temperatura límite, el contacto está abierto y se interrumpe el control de la calefacción.
Para garantizar un funcionamiento correcto, es obligatorio realizar una prueba de funcionamiento después del montaje. El disparo se realiza generalmente mediante un pulsador de prueba en el limitador de temperatura de seguridad, o bien calentando la instalación.
El limitador de temperatura de seguridad debe someterse a un mantenimiento periódico para garantizar la seguridad de funcionamiento. Esto incluye inspecciones visuales, una prueba anual de funcionamiento y, si es necesario, la sustitución en caso de envejecimiento, daños o mal funcionamiento. Las pruebas deben documentarse.
La elección del limitador de temperatura de seguridad adecuado depende en gran medida de los requisitos de la aplicación específica. Los criterios más importantes son:
En el caso de las instalaciones para calefacción, la temperatura de desconexión está siempre por encima de la temperatura normal de funcionamiento, pero por debajo de la temperatura máxima admisible de la instalación. Si las temperaturas (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento y el punto de desconexión) están demasiado próximas, se requieren limitadores electrónicos de temperatura de seguridad debido a las tolerancias del punto de desconexión, que conmutan con precisión a la temperatura ajustada.
Los termostatos diseñados como limitadores de temperatura de seguridad pueden limitarse a una temperatura máxima de 600 °C. Las temperaturas superiores excluyen estos sistemas.
En el caso de instalaciones con subidas rápidas de temperatura, el limitador de temperatura de seguridad también tiene que determinar la temperatura lo más rápidamente posible; de lo contrario, las instalaciones sólo se desconectarán cuando la temperatura sea demasiado alta. En este caso, se necesitan sondas de temperatura que respondan con rapidez. Esto se consigue, por ejemplo, utilizando sondas de temperatura con poca masa y evitando termopozos adicionales.
Los limitadores de temperatura de seguridad suelen controlar un contactor de potencia y sólo conmutan cantidades muy pequeñas de energía eléctrica. Sin embargo, también conmutan la potencia total para calefacción en instalaciones muy pequeñas (por ejemplo, 10 A a 230 V CA). En este caso, debe garantizarse que no se supere la corriente máxima.
Los limitadores electrónicos de temperatura de seguridad contienen un fusible de desconexión que está conectado a lo largo del mismo recorrido que el contacto normalmente abierto. Si se conduce una corriente inadmisiblemente alta a través del contacto y el cortacircuito fusible, éste se destruye y el limitador de temperatura de seguridad ya no puede conectar la calefacción a través de su contacto. Esta estructura impide que el contacto se destruya por sobrecorriente y, por tanto, se cierre permanentemente, por ejemplo. Si se destruye el fusible, la calefacción permanece desconectada, pero el limitador de temperatura de seguridad queda inutilizado y debe sustituirse.
Los limitadores de temperatura de seguridad suelen ser integrados por los fabricantes de instalaciones por iniciativa propia para proteger la instalación contra posibles daños. Sin embargo, en muchos casos también son obligatorios y deben contar con determinadas homologaciones y certificaciones. El cumplimiento de la norma DIN EN 14597 es clave para las plantas generadoras de calor en Europa.
En zonas potencialmente explosivas, como la industria química o las instalaciones de gas, también es obligatoria la homologación ATEX.
La certificación UL o CSA también puede ser necesaria para exportar a EE.UU. o Canadá.
Otras marcas de homologación importantes son CE, VDE, TÜV o EAC, que certifican el cumplimiento de las normas nacionales e internacionales, así como la idoneidad del limitador de temperatura de seguridad para la aplicación correspondiente.
