Por qué las plataformas de petróleo y gas necesitan sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) a prueba de explosiones

CONSEJOS: Las plataformas petrolíferas y de gas en alta mar operan en entornos peligrosos en los que las atmósferas explosivas suponen una amenaza constante. Un sistema industrial de alimentación ininterrumpida (SAI) debe contar con las certificaciones ATEX e IECEx para las zonas 1 y 2 a fin de garantizar la seguridad. Estos sistemas SAI a prueba de explosiones protegen equipos críticos, como los sistemas de parada de emergencia y los de detección de incendios, durante los cortes de suministro eléctrico. Conocer las clasificaciones de las zonas peligrosas ayuda a los responsables de las instalaciones a seleccionar los sistemas de alimentación ininterrumpida adecuados que cumplan con la estricta normativa del sector del petróleo y el gas.

Ⅰ. Introducción

Las plataformas de petróleo y gas operan en algunos de los entornos más exigentes del mundo. Las ubicaciones marítimas remotas, el aire salino corrosivo, las temperaturas extremas y las vibraciones constantes suponen un reto para cada uno de los equipos. Y lo que es más importante, estas instalaciones manipulan gases y vapores inflamables que generan riesgos de explosión.

Un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) industrial en estos emplazamientos debe hacer algo más que proporcionar energía de reserva. Debe funcionar de forma segura en atmósferas peligrosas sin convertirse en una fuente de ignición. Norma UPS Estos sistemas no pueden cumplir estos requisitos. Es imprescindible disponer de un SAI a prueba de explosiones con certificación ATEX e IECEx.

Este artículo analiza por qué los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) destinados al sector del petróleo y el gas requieren una protección especializada contra explosiones. Analizamos las clasificaciones de zonas peligrosas, las normas de certificación y las aplicaciones críticas. Conocer estos requisitos garantiza una protección de la alimentación eléctrica segura y conforme a la normativa para plataformas marinas, refinerías y operaciones de perforación.

Figura 1: Requisitos críticos de carga de los SAI y duración de la autonomía en diferentes aplicaciones del sector del petróleo y el gas. Las plataformas de producción necesitan una autonomía de 24 horas para los sistemas de seguridad.

Ⅱ. Clasificaciones de zonas peligrosas

1. Entender las zonas ATEX

La Directiva ATEX 2014/34/UE establece los requisitos que deben cumplir los equipos destinados a atmósferas explosivas. La directiva clasifica las áreas peligrosas en zonas en función de la probabilidad de riesgo de explosión.

Zona 0 indica las zonas en las que hay mezclas de gases explosivas de forma continua o durante largos periodos de tiempo. Entre ellas se incluyen el interior de los recipientes de proceso y los depósitos de almacenamiento. En estas zonas solo se permite el uso de equipos intrínsecamente seguros (Ex ia).

Zona 1 Abarca las zonas en las que es probable que se produzcan mezclas explosivas durante el funcionamiento normal. En esta categoría se incluyen los alrededores de los equipos de proceso, los puntos de muestreo y las zonas de mantenimiento. Los sistemas SAI para la Zona 1 requieren protección antideflagrante (Ex d) o de seguridad aumentada (Ex e).

Zona 2 Incluye zonas en las que es poco probable que se produzcan mezclas explosivas durante el funcionamiento normal y, en caso de que se produzcan, estas solo duran un breve instante. Estas zonas rodean los emplazamientos de la Zona 1 e incluyen las salidas de ventilación. En ellas pueden funcionar los SAI con protección de tipo Ex n o Ex p.

La mayoría de los equipos industriales de alimentación ininterrumpida para el sector del petróleo y el gas se clasifican en las categorías de Zona 1 o Zona 2. La clasificación de Zona 1 ofrece una mayor protección y una mayor flexibilidad de aplicación.

2. Certificación global IECEx

Mientras que ATEX se aplica a los mercados europeos, IECEx ofrece reconocimiento internacional. El programa de certificación de equipos IECEx se rige por las normas de la IEC (serie IEC 60079). La certificación obtenida en un país miembro es reconocida en los demás.

IECEx utiliza las mismas clasificaciones de zonas que ATEX, pero añade los niveles de protección de los equipos (EPL). Estos especifican la fiabilidad de los equipos:

• EPL Ga: Apto para la Zona 0 (nivel de protección muy alto)
• EPL Gb: Apto para la Zona 1 (alto nivel de protección)
• EPL Gc: Apto para la Zona 2 (nivel de protección general)

Para los SAI en aplicaciones del sector del petróleo y el gas, suele exigirse la certificación EPL Gb. Esto garantiza que el equipo no provoque la ignición de atmósferas explosivas, ni siquiera en caso de avería.

3. Grupos de gases y clases de temperatura

La protección contra explosiones debe adaptarse a los gases específicos presentes. Las normas definen los grupos de gases:

• Grupo IIA: Propano y gases similares (los menos peligrosos)
• Grupo IIB: Etileno y gases equivalentes
• Grupo IIC: Hidrógeno y acetileno (los más peligrosos)

La mayor parte del procesamiento de hidrocarburos utiliza certificaciones del Grupo IIB o IIB+H₂. La presencia de hidrógeno requiere la certificación del Grupo IIC.

Las clases de temperatura indican las temperaturas máximas en superficie:

• T1: 450 °C como máximo
• T2: 300 °C como máximo
• T3: 200 °C como máximo
• T4: 135 °C como máximo
• T5: 100 °C como máximo
• T6: 85 °C como máximo

Los equipos de UPS suelen requerir una clasificación T3 o T4 para el sector del petróleo y el gas. La clasificación T6 rara vez es necesaria, pero ofrece un margen de seguridad adicional para los gases con baja temperatura de ignición.

Figura 2: Zonas peligrosas según ATEX/IECEx y requisitos de certificación para sistemas UPS industriales en instalaciones de petróleo y gas.

Ⅲ. Requisitos técnicos para los SAI a prueba de explosiones

1. Métodos de protección (Ex d, Ex e, Ex p)

Las distintas técnicas de protección contra explosiones se adaptan a diferentes aplicaciones. Conocer estos métodos ayuda a seleccionar los sistemas SAI adecuados.

Caja antideflagrante (Ex d): La carcasa del SAI contiene cualquier explosión interna. Las paredes gruesas y las juntas herméticas impiden que las llamas se propaguen al exterior. Esta es la protección más habitual para los SAI de Zona 1. El equipo funciona a la potencia nominal con total seguridad.

Mayor seguridad (Ex e): Las características de diseño mejoradas evitan la formación de arcos eléctricos, chispas y temperaturas excesivas durante el funcionamiento normal. Los SAI de tipo Ex e también deben estar certificados para condiciones de fallo. Este método es adecuado para aplicaciones de baja potencia y en los límites de las zonas 1 y 2.

Presurización (Ex p): El aire limpio o el gas inerte mantienen una presión positiva en el interior de la carcasa del SAI. El flujo de aire hacia el exterior impide la entrada de cualquier gas. Esto permite utilizar un SAI estándar en su interior, pero requiere sistemas de soporte complejos. La clasificación Ex p es adecuada para potencias elevadas en las que la construcción antideflagrante resulta poco práctica.

En el ámbito de los sistemas de alimentación ininterrumpida industriales para el sector del petróleo y el gas, la clasificación Ex d (a prueba de llama) domina el mercado. Ofrece una protección sólida sin necesidad de sistemas de apoyo externos.

2. Adaptación a las condiciones ambientales

Las plataformas marinas plantean retos medioambientales que van más allá de los riesgos de explosión. Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) requieren características de diseño especiales.

Resistencia a la corrosión: El aire salino corroe los componentes electrónicos estándar. Los SAI a prueba de explosiones utilizan carcasas de acero inoxidable (grado 316) o de aluminio con recubrimientos de grado marino. Los componentes internos cuentan con una protección mediante recubrimiento conformado.

Rango de temperatura: Las plataformas marinas se enfrentan a temperaturas ambientales que oscilan entre los -40 °C y los +55 °C. Las operaciones en el Ártico requieren elementos calefactores, mientras que las ubicaciones desérticas exigen una refrigeración reforzada. El SAI debe mantener su plena funcionalidad en todas estas condiciones extremas.

Tolerancia a las vibraciones: Las operaciones de perforación generan vibraciones constantes. Los sistemas SAI deben cumplir con las normas de vibración de la norma IEC 60068-2-6. Los soportes antivibratorios y la estructura interna reforzada evitan que se produzcan daños.

Protección contra la humedad: La humedad 100% es habitual en alta mar. Las cajas selladas evitan la entrada de humedad. Los respiraderos desecantes y las juntas selladas mantienen el interior seco.

3. Aspectos a tener en cuenta sobre la batería

Las baterías plantean retos específicos en zonas peligrosas. Las baterías de plomo-ácido liberan hidrógeno durante la carga, un gas explosivo. Es obligatorio tomar precauciones especiales.

Separación de la caja de la batería: Las baterías suelen instalarse en cajas Ex e independientes de los componentes electrónicos del SAI. De este modo, se aíslan las fuentes de hidrógeno de posibles fuentes de ignición. Los sistemas de ventilación eliminan cualquier acumulación de gas.

Tipos de baterías: Las baterías de plomo-ácido selladas (VRLA) reducen las emisiones de gases en comparación con las de tipo abierto. Las baterías de níquel-cadmio ofrecen una mayor tolerancia a la temperatura, pero su coste es más elevado. Los sistemas de iones de litio están en auge, pero requieren una certificación rigurosa en materia de gestión térmica.

Compensación de temperatura: La carga de la batería debe adaptarse a la temperatura ambiente. En entornos calientes, la vida útil de la batería se reduce si se sobrecarga. En entornos fríos, es necesario reducir la intensidad de carga. El controlador del SAI debe proporcionar una compensación automática.

Ⅳ. Aplicaciones críticas en el sector del petróleo y el gas

1. Sistemas de parada de emergencia (ESD)

Los sistemas de parada de emergencia constituyen la carga más crítica del SAI. Estos sistemas detectan situaciones de peligro e inician la parada de la plataforma. Una interrupción del suministro eléctrico podría impedir la respuesta de emergencia en momentos críticos.

Los sistemas ESD incluyen:

• Válvulas de cierre del proceso
• Sistemas de aislamiento de cabezales de pozo
• Controles del preventor de reventones (BOP)
• Sistemas de detección de incendios y de gas
• Sistemas de megafonía y de alarma

Estos sistemas requieren una autonomía del SAI que oscila entre los 30 minutos y las 24 horas, dependiendo del tipo de plataforma. Las plataformas de perforación necesitan una autonomía más corta, ya que la evacuación de emergencia es la respuesta principal. Las plataformas de producción necesitan una autonomía mayor para gestionar las secuencias de apagado controlado.

Los requisitos de certificación del IESD son muy estrictos. El SAI debe cumplir con los niveles de integridad de seguridad (SIL) cuando alimenta funciones instrumentadas de seguridad. Los puntos únicos de fallo no deben comprometer la capacidad de respuesta ante emergencias.

2. Detección de incendios y gases

Los sistemas de detección de incendios y gases protegen al personal y los activos. Estos sistemas de vigilancia continua no pueden permitirse interrupciones en el suministro eléctrico.

Dispositivos de detección: Los detectores de humo, los detectores de calor y los sensores de gas combustible necesitan alimentación eléctrica continua. Las unidades de procesamiento de señales analizan los datos de los sensores y activan las alarmas. El sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) garantiza que la detección continúe durante los cortes de corriente.

Sistemas de alarma: Las alarmas acústicas, las luces de señalización y los sistemas de megafonía advierten al personal de cualquier peligro. Estos sistemas deben funcionar durante las emergencias, cuando pueda producirse un corte en el suministro eléctrico habitual.

Los sistemas SAI contra incendios y fugas de gas suelen requerir una autonomía de 24 horas. Esto garantiza que los cortes de suministro eléctrico nocturnos no pongan en peligro la seguridad. Además, los sistemas deben resistir incidentes extremos, como explosiones o incendios, que puedan dañar la red de distribución eléctrica habitual.

3. Control de procesos e instrumentación

Las plataformas modernas de petróleo y gas dependen en gran medida de los sistemas de control automatizados. Los sistemas de control distribuido (DCS) gestionan los procesos de producción. La pérdida de control provoca interrupciones en la producción y riesgos para la seguridad.

Componentes del sistema de control: Los controladores, los módulos de E/S, los conmutadores de red y las estaciones de operador requieren alimentación mediante un SAI. Aunque no son críticos para la seguridad, como los sistemas ESD, estos sistemas garantizan un funcionamiento estable.

Instrumentación: Los caudalímetros, los transmisores de presión, los sensores de nivel y los analizadores proporcionan datos del proceso. El suministro eléctrico ininterrumpido garantiza una supervisión y un control precisos.

Los SAI para control de procesos suelen ofrecer una autonomía de entre 30 minutos y 2 horas. Esto permite un apagado ordenado de los procesos de producción. Rara vez se necesita una autonomía mayor, ya que el apagado controlado se completa dentro de este intervalo de tiempo.

4. Navegación y comunicación

Las plataformas marinas necesitan ayudas a la navegación para el tráfico marítimo. Las luces de aterrizaje para helicópteros facilitan las evacuaciones médicas de emergencia. Los sistemas de comunicación mantienen el contacto con las operaciones en tierra y los servicios de emergencia.

Ayudas a la navegación: Las balizas de radar, las sirenas antiniebla y los sistemas de iluminación señalan la ubicación de los muelles. Estos sistemas deben funcionar de forma ininterrumpida, especialmente durante las tormentas, cuando es probable que se produzcan cortes de electricidad.

Iluminación de la plataforma de aterrizaje de helicópteros: La iluminación de la zona de aterrizaje, la iluminación perimetral y la señalización luminosa de obstáculos sirven de guía a los helicópteros. El sistema de alimentación de emergencia (UPS) garantiza que las evacuaciones médicas puedan llevarse a cabo incluso en caso de cortes de electricidad.

Comunicaciones por radio y por satélite: Las radios VHF permiten la comunicación en situaciones de emergencia. Las conexiones por satélite garantizan la transmisión de datos operativos. El SAI garantiza que estos sistemas sigan estando disponibles durante las crisis.

Los SAI para navegación y comunicaciones suelen ofrecer entre 4 y 8 horas de autonomía. Esto cubre la duración habitual de los cortes de suministro eléctrico, al tiempo que se mantienen las capacidades de emergencia.

Ⅴ. Certificación y cumplimiento de las normas

1. Directiva ATEX 2014/34/UE

Las instalaciones europeas de petróleo y gas deben cumplir los requisitos de la Directiva ATEX. La directiva aborda tanto el diseño de los equipos como la seguridad en el lugar de trabajo.

Los equipos deben llevar el marcado CE con la designación «Ex»:

• Símbolos «CE» y «Ex» en la etiqueta del equipo
• Número de categoría (1 para la Zona 0, 2 para la Zona 1, 3 para la Zona 2)
• G de gas (D de polvo)
• Nivel de protección (Ga, Gb o Gc)
• Número de certificado expedido por el organismo notificado

Se exige una notificación de garantía de calidad (QAN) para los equipos de las categorías 1 y 2. Los fabricantes deben contar con sistemas de gestión de la calidad certificados. La producción se lleva a cabo siguiendo estrictos protocolos de calidad y está sujeta a auditorías realizadas por terceros.

Cada sistema SAI debe ir acompañado de la documentación de la declaración de conformidad. Este documento acredita que el equipo cumple todos los requisitos esenciales de salud y seguridad.

2. Requisitos del programa IECEx

IECEx garantiza el reconocimiento de la certificación a nivel mundial. El programa incluye:

Equipos con certificación IECEx: Ensayos realizados por organismos de certificación IECEx (ExCB) en los países miembros. Los certificados gozan de reconocimiento internacional, lo que evita la repetición de ensayos.

Informe de evaluación de la calidad (QAR) de IECEx: Confirma que los sistemas de calidad del fabricante cumplen los requisitos de la IECEx. Las auditorías del QAR verifican el cumplimiento continuo.

Informes de ensayo de IECEx (ExTR): Documentación detallada de las pruebas que respalda la certificación. Estos informes aportan pruebas técnicas del cumplimiento de los requisitos.

Para los fabricantes de sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), la certificación IECEx les abre las puertas de los mercados mundiales. Un único proceso de certificación cumple los requisitos de Australia, Singapur, los Emiratos Árabes Unidos y muchas otras regiones productoras de petróleo y gas.

3. Normas regionales

Hay distintas regiones que imponen requisitos adicionales a los de ATEX/IECEx:

Estados Unidos (UL/NEC): Las clasificaciones de Clase I, Divisiones 1 y 2 corresponden a las Zonas 0/1 y 2. Se aplican las normas UL 1203 y UL 1012. La clasificación de zonas se rige por el artículo 500 del Código Eléctrico Nacional (NEC).

Canadá (CSA): Al igual que los requisitos de EE. UU. en relación con la certificación CSA, el Código Eléctrico Canadiense, Parte I, regula las instalaciones.

Brasil (INMETRO): Se requiere una certificación nacional además de la IECEx. La Orden Ministerial 179/2010 establece los requisitos.

Rusia (GOST-R y TR CU): Se aplican las normas técnicas de la Unión Aduanera. El marcado EAC es obligatorio.

Oriente Medio (SASO, GOST): Arabia Saudí, los Emiratos Árabes Unidos y otros Estados del Golfo reconocen la certificación IECEx, pero pueden exigir una certificación local adicional.

Para que la implantación de un SAI sea satisfactoria, es necesario conocer todas las normas aplicables. Las estrategias de certificación múltiple permiten dar respuesta a los diversos requisitos del mercado.

Figura 3: Comparación de métodos de protección contra explosiones y requisitos de MTBF para aplicaciones críticas de SAI en el sector del petróleo y el gas. La protección Ex d (a prueba de explosiones) ofrece la mayor idoneidad para la Zona 1.

Ⅵ. Consideraciones sobre el diseño del sistema

1. Estrategias de redundancia

Las aplicaciones críticas del sector del petróleo y el gas no pueden permitirse un fallo del SAI. Las estrategias de redundancia garantizan una protección continua.

Redundancia N+1: Un SAI de reserva da servicio a varias cargas críticas. Si una unidad falla, la de reserva asume la carga. De este modo se logra un equilibrio entre el coste y la fiabilidad.

Redundancia 2N: Duplicación completa de los sistemas SAI. Cada carga crítica cuenta con dos fuentes de alimentación independientes. Los conmutadores de transferencia automática seleccionan la fuente activa.

Redundancia paralela: Varias unidades de SAI funcionan en paralelo y se reparten la carga. Si una de ellas falla, las unidades restantes asumen la carga sin interrupción.

En el caso de los sistemas ESD y de detección de incendios y gases, la redundancia 2N suele ser obligatoria. Los sistemas de control de procesos pueden utilizar la configuración N+1. Los sistemas de navegación suelen admitir un único SAI con batería de respaldo.

2. Duración de la batería de reserva

La capacidad de la batería determina la duración de la autonomía. Los requisitos varían en función de la aplicación y del tipo de plataforma.

Factores de cálculo:

• Potencia de carga (kW)
• Obligatorio tiempo de respaldo (horas)
• Tensión al final de la descarga
• Factor de envejecimiento de la batería (normalmente 0,8)
• Factor de reducción por temperatura

Las salas de baterías requieren ventilación y control de la temperatura. Los sistemas de detección de hidrógeno controlan la acumulación de gas. El acceso para el mantenimiento debe permitir la sustitución segura de las baterías sin tener que entrar en zonas peligrosas.

3. Supervisión y gestión remota

Los sistemas UPS modernos ofrecen amplias funciones de supervisión. La gestión remota es esencial para las plataformas no tripuladas.

Parámetros críticos:

• Tensión y corriente de entrada/salida
• Tensión de la batería y estado de carga
• Lecturas de temperatura (ambiental e interna)
• Estado de los ventiladores y funcionamiento del sistema de refrigeración
• Condiciones de alarma y códigos de avería

Los protocolos Modbus, OPC-DA u OPC-UA se conectan con los sistemas de control de la plataforma. La integración con SCADA permite una supervisión centralizada. Los diagnósticos remotos reducen las visitas de mantenimiento a zonas peligrosas.

Ⅶ. Conclusión

Las plataformas petrolíferas y de gas requieren sistemas industriales especializados de alimentación ininterrumpida. El riesgo de explosión exige el uso de equipos con certificación ATEX e IECEx, diseñados para entornos de Zona 1 y Zona 2. Los sistemas UPS estándar no pueden cumplir estos rigurosos requisitos de seguridad.

El carácter crítico de los sistemas de protección contra descargas electrostáticas (ESD), la detección de incendios y el control de procesos hace que SAI fiable Es fundamental. Los cortes de corriente durante las emergencias podrían inutilizar los sistemas de seguridad justo cuando más se necesitan. Los SAI a prueba de explosiones ofrecen protección tanto contra los cortes de corriente como contra los riesgos de ignición.

Para garantizar una implementación satisfactoria, es necesario comprender las clasificaciones de las zonas peligrosas, los métodos de protección y los requisitos de aplicación. La construcción antideflagrante Ex d domina el mercado por su sólida protección y su relativa simplicidad. Los sistemas de baterías requieren una atención especial debido a la generación de hidrógeno durante la carga.

A medida que las operaciones petroleras y gasísticas se adentran en entornos cada vez más hostiles —aguas más profundas, regiones árticas, temperaturas más elevadas—, aumentarán las exigencias a las que se ven sometidos los sistemas SAI. Las normas de certificación evolucionarán para hacer frente a los nuevos retos. Solo los sistemas SAI especializados y a prueba de explosiones pueden cumplir estos requisitos cada vez más exigentes.

Referencias

1. Comisión Electrotécnica Internacional (CEI)Sitio web oficial: www.iec.ch
2. Underwriters Laboratories (UL)Sitio web oficial: www.ul.com
3. Comité Europeo de Normalización (CEN)Sitio web oficial: www.cen.eu
4. Administración de Normalización de China (SAC)Sitio web oficial: www.sac.gov.cn
5. Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance (CNESA)Página web oficial: www.cnESA.org
6. Organización Internacional de Normalización (ISO)Sitio web oficial: www.iso.org