La protección de equipos, la salvaguarda del medio ambiente y la minimización de pérdidas de producción constituyen los pilares fundamentales que justifican la existencia de un sistema de paro de emergencia (ESD, por sus siglas en inglés). Este sistema está diseñado para garantizar la continuidad operativa al reducir tiempos muertos innecesarios, actuando como una red de seguridad automatizada y autónoma en contextos de alto riesgo industrial.

El diseño de un sistema ESD contempla una estructura jerárquica de paros manuales —ESD-0, ESD-1 y ESD-2— que permiten la detención escalonada de instalaciones completas, áreas de dispositivos o equipos individuales. La lógica del sistema se fundamenta en la detección automática de condiciones externas anómalas, operaciones fuera de parámetros y estados críticos del equipo, lo cual conduce a una respuesta inmediata orientada a aislar secciones específicas de la planta, reducir fuentes potenciales de ignición y mitigar consecuencias peligrosas mediante sistemas de alivio manual de presión.

Este sistema no opera en el vacío. Se integra con el sistema de control de procesos para emitir alarmas visuales y sonoras, y con los sistemas de difusión pública que advierten al personal operativo. No obstante, y a pesar de estas interacciones, la independencia del sistema ESD es una condición no negociable. Todos sus componentes —sensores de campo, actuadores y circuitos asociados— deben ser exclusivos, sin compartir interfaces ni conexiones de comunicación con otros sistemas de control, supervisión o alarma.

El ESD debe ejecutar de manera autónoma las funciones críticas de detección, aislamiento, paro, y liberación de presión, además de facilitar aislamiento o ventilación manual cuando sea necesario. Puede ser activado manualmente mediante botones físicos estratégicamente ubicados y protegidos contra activaciones accidentales, o bien de forma automática en respuesta a señales críticas.

Incluso cuando ciertos equipos operan en modo local, el ESD tiene la capacidad de forzar su paro remoto. En el caso de sistemas montados sobre patines —compresores de gas, antorchas, sistemas térmicos—, las señales de paro o disparo remoto se comunican con sus respectivos paneles de control locales (LCP o UCP), que ejecutan la orden de forma directa, asegurando una trazabilidad al subir los registros correspondientes al sistema central de control distribuido (DCS).

Una vez que se ha activado el ESD, el sistema mantiene el proceso en estado seguro hasta que se aclare la causa del evento. No se permite el reinicio hasta que se confirme y se elimine dicha causa. Existen dos métodos de reinicio: arranque suave por grupo y reinicio manual en campo. Las válvulas clave del sistema deben restablecerse individualmente, y sólo tras la verificación completa se puede proceder a su reapertura secuenciada desde la interfaz hombre-máquina (HMI). Todo reinicio en campo debe estar cableado directamente al sistema ESD, sin posibilidad de manipulación remota.

Las válvulas de paro de emergencia (ESDV) presentan características técnicas específicas: tipo on/off, sellado hermético, protección contra fallos si se encuentran en áreas de incendio, actuadores resistentes al fuego, interruptores de fin de carrera y dispositivos de detección integrados. Su disposición estratégica contempla límites de sistemas con presiones distintas y áreas con potencial riesgo de incendio.

El sistema incorpora además funciones de anulación para arranque y mantenimiento. La anulación de arranque permite encender equipos que se encuentran en condiciones no estándar —como bajo nivel de fluido— sin comprometer la seguridad. Estas anulación no interfieren con las funciones de alarma del sistema de control, y los operadores siguen recibiendo advertencias hasta que los parámetros se estabilicen. La anulación de mantenimiento, por su parte, permite el testeo de sensores en línea sin activar un paro no deseado, pero está restringida a señales de entrada y nunca puede eludir permisos de arranque.

Un elemento crítico en el diseño del sistema ESD es la prevención del efecto cascada, fenómeno en el cual el paro de un equipo genera una cadena de fallos en otros dispositivos o sistemas. Para evitar este riesgo sistémico, se prioriza un diseño que limite esta propagación; si no es posible eliminarla, el ESD debe anticiparse y forzar el paro de todos los equipos potencialmente afectados para evitar consecuencias mayores.

La lógica jerárquica del sistema se traduce en distintos niveles de protección según la gravedad del evento, desde una simple desconexión de un equipo aislado hasta la evacuación completa de la planta. El ESD-0 representa el nivel más alto: una parada total, despresurización completa y abandono de instalaciones, solo accionable manualmente en casos extremos como guerra, sismos o ataques terroristas. En este caso, se activan todas las alarmas y se apagan todos los equipos, excepto los sistemas de sellado de tanques y purga de antorchas.

El ESD-1 corresponde a una parada de emergencia del proceso que mantiene

¿Cómo Funciona una Válvula de Seguridad y Cuándo Debe Configurarse?

El funcionamiento de una válvula de seguridad está basado en un sistema de control que asegura la protección de equipos y sistemas frente a sobrepresiones, que podrían comprometer la integridad de las instalaciones. En términos generales, cuando la presión del sistema supera un umbral determinado, se activa un mecanismo que libera la presión en exceso, evitando daños o rupturas en los componentes críticos.

En una válvula de seguridad piloto-operada, el proceso comienza cuando la presión del sistema vence la fuerza de resorte de la válvula piloto. Esto provoca que la válvula piloto se abra, y el shuttle (dispositivo de control) cierra la entrada de aire a la válvula piloto, liberando la presión en la cámara de la válvula principal. Al mismo tiempo, dado que la presión del sistema es superior a la presión en el asiento trasero, el shuttle bloquea el flujo de fluido hacia la válvula piloto. Esto resulta en una caída abrupta de la presión dentro de la cámara de la válvula principal, lo que permite que el disco de la válvula principal se abra por completo, liberando así el fluido a través de la válvula principal y reduciendo la presión en el sistema.

A medida que el fluido continúa siendo descargado, la presión en el sistema disminuye gradualmente. El resorte de la válvula piloto sobrepasa la fuerza de reacción generada por el fluido que actúa sobre el shuttle, provocando que el shuttle se mueva hacia abajo, lo que permite que el fluido ingrese nuevamente a la cámara de la válvula principal a través de la válvula piloto. Finalmente, el disco de la válvula principal se mueve hacia abajo, cerrando la válvula principal.

Este ciclo de operación asegura que la válvula de seguridad no solo active la liberación de presión en el momento adecuado, sino que también permita el retorno a condiciones de operación normales una vez que el exceso de presión haya sido aliviado. La válvula se cierra automáticamente cuando la presión baja lo suficiente, restableciendo el equilibrio dentro del sistema.

Configuración de la Válvula de Seguridad

Las válvulas de seguridad deben instalarse en una variedad de contextos para garantizar la protección contra sobrepresiones. Esto incluye la protección de recipientes a presión, intercambiadores de calor, hornos de calefacción, bombas, compresores y sistemas de tuberías. En cada uno de estos casos, las válvulas de seguridad deben ser seleccionadas y configuradas cuidadosamente para que puedan actuar de manera eficaz en situaciones de sobrepresión, ya sea por condiciones operativas normales o debido a fallas inesperadas en el sistema.

Recipientes a presión: Todos los sistemas de presión independientes deben tener dispositivos de alivio de presión instalados. En sistemas complejos donde se protejan múltiples recipientes, se debe asegurar que no existan válvulas o reguladores en las tuberías que puedan desconectar el equipo de la válvula de seguridad.

Intercambiadores de calor: En aquellos casos en los que el intercambiador de calor está diseñado para soportar presiones cuando la válvula de salida de la bomba está cerrada, no es necesario instalar una válvula de seguridad en ese lado. Sin embargo, en sistemas de baja temperatura o cuando se manejan grandes diferencias de presión, una válvula de seguridad es esencial para prevenir daños o fallos.

Bombas: Las bombas recíprocas y centrífugas requieren válvulas de seguridad para proteger sus componentes de las sobrepresiones que pueden producirse si las válvulas de salida se cierran o si hay condiciones anormales de succión.

Compresores: Los compresores recíprocos también requieren válvulas de seguridad, especialmente en cada etapa de descarga, para evitar que la presión en el sistema supere los límites de diseño.

Sistemas de tuberías: Las tuberías de los sistemas industriales deben ser cuidadosamente protegidas, especialmente aquellas que transportan líquidos a temperaturas extremas. Las válvulas de seguridad deben instalarse en puntos críticos para proteger contra la expansión del líquido por calor o contra posibles aumentos de presión por condiciones anormales.

En cuanto a la presión de alivio de las válvulas de seguridad, es esencial que esta esté configurada correctamente para no exceder los límites especificados en las normativas correspondientes. Durante las condiciones normales de no incendio, la presión de alivio no debe exceder el 10% de la presión máxima de trabajo permitida, y durante las condiciones de incendio, este valor puede llegar hasta el 21%.

El ajuste de la válvula debe considerar una diferencia de presión mínima operativa para evitar fugas micro en la válvula, lo que podría generar depósitos o incluso fallos completos en el mecanismo.

Además de la configuración técnica de las válvulas, es crucial que los operadores comprendan los principios de seguridad relacionados con los sistemas presurizados. Si bien las válvulas de seguridad son componentes esenciales para la protección, deben integrarse correctamente con el resto de los dispositivos de control y monitoreo del sistema para garantizar una respuesta rápida y efectiva ante cualquier cambio de presión que supere los valores preestablecidos.

¿Cómo prevenir retrocesos de llama y explosiones en sistemas de antorchas industriales?

En los sistemas de antorchas industriales, una de las amenazas más críticas es la entrada de aire u oxígeno, que puede conducir a la formación de mezclas inflamables dentro del sistema. Cuando estas mezclas son encendidas por la llama piloto ubicada en la cabeza de la antorcha, se produce una combustión no deseada. Si la velocidad de retroceso de la llama supera la velocidad de eyección de la misma, se desencadena una explosión. En cambio, si ambas velocidades son similares, puede sostenerse una combustión interna prolongada, capaz de sobrecalentar el tubo de la antorcha y provocar daños mecánicos. Esto suele ocurrir si el flujo de gas de purga es insuficiente para impedir la entrada de aire.

Existen múltiples escenarios que favorecen la formación de mezclas inflamables: cuando un sistema de vacío se conecta a la antorcha; cuando gases más ligeros que el aire, como el hidrógeno, acceden al sistema; cuando se produce condensación o enfriamiento rápido dentro del sistema; si se elimina una válvula de alivio de presión; si varias antorchas comparten un colector sin sello líquido intermedio; o cuando el equipo de proceso conectado a la antorcha emplea aire u oxígeno.

Para evitar la propagación de la llama hacia el interior del sistema, es necesario asegurar que la velocidad de eyección sea mayor que la de retroceso. Para lograr esto, se puede introducir un gas de purga o un gas inerte. El gas de purga incrementa la velocidad de eyección, mientras que el gas inerte disminuye la velocidad de propagación de la llama. La introducción del gas inerte debe hacerse lo más cerca posible de la cabeza de la antorcha y debe mezclarse completamente con el gas de antorcha. Sin embargo, es imprescindible que el poder calorífico de la mezcla resultante supere el mínimo requerido, de lo contrario, la llama piloto puede extinguirse. Además, debe evaluarse si la fuente de gas inerte es fiable y económicamente viable.

La combinación de sellado por velocidad y el uso de gas inerte proporciona ventajas frente al retroceso de llama, aunque también presenta desventajas, como la reducción del poder de combustión cuando el caudal del gas de antorcha es bajo. La emisión de gases tóxicos o con olores ofensivos no quemados podría derivar en contaminación ambiental o riesgos para el personal.

En condiciones de operación de antorchas, cualquier gas sin oxígeno que no alcance el punto de rocío puede usarse como gas de purga. Gases como el nitrógeno, el gas natural o gases combustibles ricos en metano son ideales. Cuando la masa molecular del gas de purga es inferior a 28, se requiere mayor volumen para asegurar su eficacia. El vapor de agua no se recomienda como gas de purga, ya que su condensación reduce el volumen interno, lo cual favorece la entrada de aire y genera riesgos como congelamiento, bloqueo y corrosión acelerada.

En antorchas de alta velocidad o que manejan gases con amplios límites de explosividad, como hidrógeno, acetileno o óxido de etileno, así como en antorchas de gases ácidos o tóxicos, el uso de gases combustibles como purga puede mejorar las características de combustión y aumentar la seguridad. La purga en capas puede reducir el consumo de gas combustible. El sellador de velocidad debe instalarse cerca de la brida de entrada en la mitad inferior de la cabeza de antorcha, fuera de zonas de alta temperatura y en una posición que facilite el mantenimiento y evite la entrada profunda de aire.

Cuando el flujo del gas de antorcha disminuye y debido a las fluctuaciones térmicas, puede ocurrir condensación de fracciones recombinadas, generando vacío y permitiendo la entrada de aire por la parte superior del sistema. Si el gas contiene oxígeno, podría alcanzarse el rango de explosividad. En presencia de una fuente de ignición, como una llama piloto, esto provocaría una explosión. Por ello, es necesario mantener un flujo constante de gas de purga en la salida de la cabeza de antorcha. El sistema de purga debe contar con válvula reguladora de presión, placa de orificio e instrumentos de detección de presión. En caso de caída de presión, se activará una alarma para mantener la operatividad segura del sistema.

En cuanto al sello de agua, su diseño debe resistir explosiones retroactivas. Una explosión de

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