Paradigmas de protección en atmósferas explosivas

El desarrollo de los procesos industriales modernos exige una integración sin precedentes de seguridad, eficiencia y conectividad. En sectores como el petroquímico, químico, minero y farmacéutico, la presencia de sustancias inflamables en forma de gases, vapores o polvos combustibles crea un entorno de riesgo latente donde cualquier fallo técnico puede tener consecuencias catastróficas. La ingeniería de protección para atmósferas explosivas, regida internacionalmente por la serie de normas IEC 60079 y en Brasil por las normas ABNT NBR correspondientes, ha evolucionado desde métodos puramente mecánicos hasta sofisticadas soluciones electrónicas. En el centro de esta evolución se encuentra el debate entre dos metodologías fundamentales: los recintos antiexplosivos (Ex d) y la seguridad intrínseca (Ex i). Con el auge del Internet industrial de las cosas (IIoT) y la consolidación del protocolo WirelessHART, la elección del método de protección se ha convertido en un factor determinante no solo para la seguridad, sino también para la viabilidad económica y la agilidad operativa de las plantas industriales.

Evolución histórica y contexto normativo de las zonas clasificadas.

La necesidad de proteger las instalaciones eléctricas en entornos peligrosos se remonta a los inicios de la electrificación industrial y la minería del carbón. Históricamente, el concepto de "a prueba de explosiones" surgió de la necesidad de contener las llamas dentro de lámparas y motores, utilizando la masa física de la carcasa para enfriar los gases resultantes de una posible combustión interna. Con el avance de la instrumentación electrónica, surgió la seguridad intrínseca, un paradigma que se centra en la prevención absoluta de la ignición mediante la limitación de la energía eléctrica y térmica.

Actualmente, el marco regulatorio está liderado por la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), específicamente por el comité TC 31, responsable de la serie IEC 60079. En Brasil, el cumplimiento se exige a través de la certificación INMETRO, que adopta de forma idéntica las normas internacionales, y por las Normas Regulatorias del Ministerio de Trabajo, como la NR-10, que establece directrices para servicios eléctricos, y la NR-20, centrada en la seguridad con materiales inflamables y combustibles. La clasificación de áreas es el primer paso crítico, dividiendo los ambientes en zonas (0, 1 y 2 para gases; 20, 21 y 22 para polvos) según la probabilidad de presencia de una atmósfera explosiva.

Fundamentos fisicoquímicos de la ignición y la protección

La comprensión del riesgo en áreas clasificadas se basa en el triángulo del fuego, que requiere la presencia simultánea de combustible, un oxidante (oxígeno) y una fuente de ignición. En los procesos industriales, el combustible y el oxígeno suelen ser inevitables, por lo que el control de la fuente de ignición es la única variable que puede ser manipulada por la ingeniería de seguridad. Las fuentes de ignición en equipos eléctricos incluyen chispas producidas por la apertura o el cierre de contactos, cortocircuitos y superficies calentadas que superan la temperatura de autoignición de la sustancia presente.

La clasificación de los grupos de gases (IIA, IIB y IIC) refleja la energía mínima de ignición (EMI) necesaria para encender cada sustancia. El hidrógeno, perteneciente al grupo IIC, requiere una energía de ignición extremadamente baja, lo que impone requisitos más estrictos en el diseño de los equipos. La clase de temperatura (T1 a T6) define la temperatura superficial máxima que puede alcanzar el equipo, la cual siempre debe ser inferior a la temperatura de autoignición del gas en el ambiente.

Metodología Ex d - Ingeniería de contención

El concepto de envolvente antiexplosiva, estandarizado por la norma IEC 60079-1, se basa en el principio de que una explosión interna está permitida, pero debe ser contenida para evitar su propagación al exterior. El equipo se aloja en una robusta envolvente metálica, diseñada para soportar la presión interna de la explosión sin deformarse. La característica técnica fundamental de la protección Ex d es el conducto de llama, que consiste en ranuras o roscas mecanizadas con precisión micrométrica.

Cuando se produce una ignición interna, los gases calientes se fuerzan a través de estas aberturas. El recorrido de la llama está diseñado de tal manera que, al recorrer esta distancia, el gas pierde energía térmica por conducción hacia la masa del recinto, saliendo al exterior a una temperatura inferior a la necesaria para inflamar la atmósfera circundante. Este método es indispensable para equipos de alta potencia, como motores grandes y actuadores eléctricos, donde la limitación de corriente y voltaje no es técnicamente factible. Sin embargo, para la instrumentación de campo, la protección Ex d presenta importantes desventajas operativas, como su elevado peso, la necesidad de herramientas especiales y la imposibilidad de realizar el mantenimiento con el circuito energizado.

Metodología Ex i - La ingeniería de la prevención intrínseca

A diferencia de la contención física, la seguridad intrínseca (Ex i), detallada en la norma IEC 60079-11, previene la ignición limitando la energía eléctrica y térmica disponible en el circuito a niveles inferiores a la energía mínima de ignición del combustible. El sistema está diseñado para ser incapaz de generar una chispa o un punto caliente suficiente para provocar una explosión, incluso en condiciones de falla severas como cortocircuitos o interrupciones en la línea.

Los equipos intrínsecamente seguros se clasifican en niveles de protección: "ia", "ib" e "ic". El nivel "ia" es el más estricto, ya que garantiza la seguridad incluso en caso de dos fallas independientes y simultáneas, y por lo tanto es el único método permitido para la instalación en la Zona 0 (entornos donde la atmósfera explosiva es permanente o frecuente). La implementación de Ex i requiere un análisis detallado de los parámetros de la entidad: Tensión máxima (V), Corriente máxima (C), Potencia máxima (P), Capacitancia interna (C) e Inductancia interna (I). Para sistemas cableados, es necesaria la inclusión de barreras Zener o aisladores galvánicos para limitar la energía enviada desde el área segura al área clasificada.

El surgimiento de WirelessHART en la automatización industrial

La tecnología inalámbrica ha revolucionado la automatización al eliminar la barrera física del cableado, que representa uno de los mayores costes en los proyectos industriales. WirelessHART, formalizado por la norma IEC 62591, fue el primer estándar abierto de comunicación inalámbrica diseñado específicamente para las necesidades críticas de la industria de procesos. Opera en la banda de 2,4 GHz utilizando la norma IEEE 802.15.4, pero añade capas esenciales de robustez para el entorno de fábrica, como el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para garantizar la precisión y el salto de frecuencia (salto de canal) para evitar interferencias y mitigar los efectos del desvanecimiento de la señal causado por estructuras metálicas.

Una red WirelessHART se estructura como una malla, donde cada sensor actúa no solo como punto de medición, sino también como enrutador que reenvía paquetes de datos desde otros nodos. Esta característica confiere a la red capacidad de autoorganización y autorreparación: si una ruta se bloquea por una obstrucción física o una interferencia temporal, el sistema encuentra automáticamente rutas alternativas para garantizar que la información llegue a la puerta de enlace y, por consiguiente, al sistema de control. La fiabilidad de los datos de una red WirelessHART bien diseñada puede superar el 99,9 %, lo que la hace idónea para la monitorización y, en ciertos casos, para el control de procesos.

Filosofía Smar: Estrategia técnica para la línea WirelessHART

Smar ha adoptado la filosofía de seguridad intrínseca (Ex i) como estándar para su línea de transmisores WirelessHART. Esta decisión estratégica se basa en la naturaleza intrínseca de los dispositivos inalámbricos alimentados por batería: al ser dispositivos de muy baja potencia y no tener cableado externo que pudiera introducir energías peligrosas en caso de fallo, el concepto Ex i es técnicamente el más adecuado y eficiente.

A diferencia de los transmisores convencionales de 2 hilos, donde la seguridad depende de barreras externas instaladas en el panel, los dispositivos WirelessHART de Smar son autosuficientes en cuanto a protección. Toda la energía necesaria para la medición y la transmisión de radio proviene de baterías internas adecuadas, cuyo circuito está diseñado para limitar la corriente y el voltaje internamente, garantizando la certificación Ex ia. La filosofía de Smar al optar por la seguridad intrínsecamente segura fue priorizar la seguridad, "previniendo la ignición interna", en lugar de "contener la explosión dentro de la carcasa".

Mantenimiento simplificado y reducción de riesgos operativos.

El mantenimiento de activos en áreas clasificadas es uno de los procesos más críticos y burocráticos en una planta industrial. Según las directrices de las normas NR-10 y NR-20, cualquier intervención en equipos Ex d requiere la desenergización completa del circuito o la emisión de un Permiso de Trabajo (PT) para "trabajos en caliente", lo que a menudo requiere una parada parcial del proceso y un monitoreo continuo de la atmósfera con explosímetros.

La elección de la seguridad intrínseca en la línea WirelessHART de Smar transforma esta realidad operativa. Gracias a la certificación Ex ia, el mantenimiento, incluido el reemplazo de la batería, puede realizarse con el instrumento en el campo, sin necesidad de desconectar el nodo de red ni obtener permisos de seguridad especiales. El reemplazo de la batería es un procedimiento sencillo y seguro que reduce drásticamente el tiempo de intervención y la exposición de los técnicos a zonas peligrosas.

Impacto en la eficiencia global y la gestión de activos (IIoT)

La adopción de WirelessHART, intrínsecamente seguro, no es solo una decisión de seguridad, sino un pilar fundamental de la excelencia operativa dentro del concepto IIoT. La automatización moderna busca minimizar el tiempo de inactividad por mantenimiento correctivo y optimizar el uso de la mano de obra. Los transmisores inteligentes proporcionan diagnósticos continuos a los que se puede acceder de forma remota a través de una puerta de enlace.

Esta visibilidad permite al equipo de mantenimiento adoptar un enfoque predictivo, monitorizando el estado de la batería y de los sensores sin necesidad de desplazarse físicamente al terreno para realizar inspecciones manuales. La capacidad de realizar diagnósticos y configuraciones remotas mediante el protocolo HART 7 en una infraestructura inalámbrica acelera la puesta en marcha y permite identificar desviaciones del proceso antes de que provoquen paradas no planificadas.

Como complemento a esta estrategia, Smar ofrece la solución AssetView, una plataforma inteligente de gestión de activos que integra datos de dispositivos WirelessHART en tiempo real. Con AssetView, es posible visualizar el estado de los instrumentos, recibir alertas de fallos, monitorizar las tendencias de rendimiento y planificar intervenciones basadas en indicadores fiables. Este enfoque optimiza el mantenimiento predictivo y aumenta la disponibilidad de la planta, acercando la producción real a la capacidad nominal.

Análisis del costo total de propiedad (TCO)

Si bien la inversión de capital (CAPEX) de un transmisor WirelessHART puede ser mayor que la de un transmisor tradicional de 4-20 mA, un análisis del costo total de propiedad revela ahorros considerables. En instalaciones cableadas Ex d, el costo de la infraestructura (conductos de acero galvanizado, cables apantallados, bandejas portacables, unidades de sellado y mano de obra especializada para el montaje) suele superar el valor del propio instrumento.

En el modelo WirelessHART Ex i de Smar, la infraestructura es prácticamente inexistente. La instalación se limita al montaje mecánico del soporte, eliminando los costes asociados a cables y conexiones eléctricas complejas. Además, los costes operativos (OPEX) se reducen gracias a la facilidad de mantenimiento y a la ausencia de paradas de planta para intervenciones sencillas en los instrumentos. Se estima que el ahorro en la instalación oscila entre el 50 % y el 90 %, dependiendo de la distancia y la complejidad del entorno.

Cumplimiento normativo y certificación INMETRO

La línea WirelessHART de Smar cuenta con certificaciones de reconocidos organismos internacionales como Underwriters Laboratories (UL) y la certificación INMETRO 

obligatoria en Brasil. El cumplimiento de la norma ABNT NBR IEC 60079-11 exige que el fabricante someta el diseño de la placa de circuito impreso (PCB) a análisis de espaciado de pistas (distancia de fuga y separación), verificación de componentes a prueba de fallos y pruebas de chispas.

Para equipos alimentados por batería, como el LD400WH y el TT400WH, la norma también impone requisitos estrictos en cuanto a la seguridad de las celdas de litio, garantizando que no se sobrecalienten ni se rompan en caso de un cortocircuito interno. Smar utiliza baterías adecuadas, configuradas para proporcionar la autonomía necesaria manteniendo la seguridad intrínseca total del sistema. La obtención del sello INMETRO es la máxima garantía para el usuario de que el equipo funcionará de forma segura en las áreas más críticas de la planta.

Conclusión

El paradigma de la prevención como base de la Industria 4.0

La transición de la protección Ex d a la seguridad intrínseca Ex i en las redes WirelessHART representa más que un cambio técnico; es una evolución en la filosofía de seguridad industrial. Al adoptar Ex ia para su línea inalámbrica, Smar no solo cumple con los estándares de seguridad más exigentes (lo que permite su uso en la Zona 0), sino que también logra mayores niveles de eficiencia productiva.

La superioridad del concepto Ex i para instrumentación de baja potencia es indiscutible desde las perspectivas de seguridad, instalación y mantenimiento. Si bien Ex d sigue siendo fundamental para maquinaria de alta potencia, la agilidad que exige la automatización digital moderna encuentra su socio ideal en Ex io. Al eliminar los riesgos asociados con la integridad mecánica de las carcasas pesadas y permitir un mantenimiento simplificado en tiempo real, Smar se posiciona a la vanguardia del IIoT, ofreciendo soluciones que protegen a las personas, los activos y el medio ambiente, al tiempo que impulsan los resultados financieros a través de la excelencia operativa.

Referencias bibliográficas

1. Sensycal. "Seguridad intrínseca (Ex i): qué es, cómo funciona y ventajas estratégicas."
2. Sistema Shield. "Áreas clasificadas y NR 20: Gestión de riesgos con materiales inflamables".
3. Nova Smar / Luís Henrique Camargo. "Instalaciones a prueba de explosiones e intrínsecamente seguras: diferencias técnicas para WirelessHART".
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5. Extronics. "Normas que rigen las áreas peligrosas y descripción general del Comité Técnico 31 de la IEC".
6. EletroAlta / Meromed. "Marco regulatorio: Áreas clasificadas, NR-10 y NR-20 integradas en el PGR".
7. Instrumento de monitorización industrial de puesta a cero. "Guía de selección de instrumentación para áreas peligrosas: Ex d frente a Ex i".
8. Smar / ABB. "IIoT y automatización industrial: productividad y seguridad operativa".
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10. FieldComm Group/Smar. "Tecnología WirelessHART: redes malladas y fiabilidad industrial".
11. Pepperl+Fuchs / LX Antenna. "Comunicación inalámbrica y requisitos de antenas en ubicaciones peligrosas".
12. ABNT NBR IEC 60079-11 / ISO/IEC 80079-34. "Protección de equipos mediante seguridad intrínseca 'i' y gestión de la calidad".
13. ABNT NBR IEC 60079-17. "Atmósferas explosivas: Inspección y mantenimiento de instalaciones eléctricas".
14. UL / INMETRO. "Certificación obligatoria para equipos en atmósferas explosivas".
15. Tractian / SafetyCulture. "Mantenimiento e inspección de activos en áreas clasificadas: prácticas y listas de verificación".
16. ByteSnap Design. "Requisitos de diseño de PCB intrínsecamente seguros y de prueba de baterías (IEC 60079-11)".
17. Portafolio técnico de Smar. "Línea de transmisores WirelessHART: LD400WH, TT400WH, TP400WH y DT400WH".

ADRIANO MARCELO CORTEZE  
NOVA SMAR S/A  
20/MAR/2026

Links

LD400WH - Transmisores de Presión, Nivel y Flujo WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TT400WH - Transmisor de Temperatura WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TT481WH - Transmisor de Temperatura de 4 o 8 Canales WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TP400WH - Transmisor de Posición WirelessHART™ - SMAR Technology Company

DF100G2 - Gateway WirelessHART™ - SMAR Technology Company