En refinerías, plantas químicas, instalaciones de gas, minería subterránea, plantas de celulosa o industrias que manejan polvos combustibles, la instrumentación debe operar en presencia de atmósferas potencialmente explosivas. Entre los modos de protección disponibles para equipos eléctricos, la seguridad intrínseca (Ex i) ocupa un lugar central en la instrumentación de campo, ya que actúa sobre el origen mismo de la ignición: la energía. Este artículo describe su principio de funcionamiento, sus características y beneficios, y el marco normativo internacional, europeo y estadounidense que la regula.
Principio de funcionamiento
Para que se produzca una explosión deben coexistir tres elementos: un combustible (gas, vapor o polvo) en concentración dentro de sus límites de explosividad, un comburente (habitualmente el oxígeno del aire) y una fuente de ignición con energía suficiente. La seguridad intrínseca elimina el tercer elemento, porque limita la energía eléctrica y térmica del circuito a niveles inferiores a los necesarios para encender la atmósfera presente.
La norma IEC 60079-11 [1] define la seguridad intrínseca como un modo de protección basado en la restricción de la energía eléctrica dentro del equipo y del cableado expuesto a la atmósfera explosiva, a un nivel inferior al que puede causar ignición por chispa o por calentamiento. Esto implica controlar dos mecanismos:
- Ignición por chispa: al abrirse, cerrarse o cortocircuitarse un circuito, la energía liberada en el arco no debe alcanzar la energía mínima de ignición de la mezcla. La norma establece curvas de ignición que relacionan tensión, corriente, capacitancia e inductancia para cada grupo de gas.
- Ignición térmica: la temperatura superficial de cualquier componente, incluso en condición de falla, no debe superar la temperatura de autoignición de la sustancia.
La energía almacenada en capacitancias e inductancias es tan relevante como la energía suministrada por la fuente, ya que puede liberarse de forma brusca ante una falla. Por ello, el análisis de seguridad intrínseca considera siempre el circuito completo, incluido el cable.
Clasificación de áreas: el concepto de zona
Antes de seleccionar un equipo, la instalación debe determinar dónde puede existir una atmósfera explosiva, con qué probabilidad y durante cuánto tiempo. Este proceso se denomina clasificación de áreas y se realiza conforme a IEC 60079-10-1 [2] para gases y vapores, y a IEC 60079-10-2 [3] para polvos combustibles. El análisis identifica las fuentes de escape (bridas, sellos de bombas, venteos, puntos de carga), clasifica cada escape según su grado (continuo, primario o secundario) y considera la ventilación disponible. El resultado es la división de la planta en zonas:
| Zona (gas) | Zona (polvo) | Presencia de la atmósfera explosiva | Ejemplo típico |
|---|---|---|---|
| Zona 0 | Zona 20 | Continua, durante largos períodos o con frecuencia | Interior de estanques de almacenamiento, silos y recipientes de proceso |
| Zona 1 | Zona 21 | Probable en operación normal, de forma ocasional | Entorno inmediato de venteos, puntos de llenado y toma de muestras |
| Zona 2 | Zona 22 | No probable en operación normal; si ocurre, solo por un período breve | Entorno de bridas, válvulas y sellos que solo liberan sustancia ante una falla |
Las áreas donde no se espera la presencia de una atmósfera explosiva en cantidades que requieran precauciones especiales se consideran no clasificadas o seguras. Allí se instalan, por ejemplo, los aparatos asociados que alimentan los circuitos intrínsecamente seguros.
La zona define el nivel de protección que debe ofrecer el equipo: cuanto mayor es la probabilidad de presencia de la atmósfera explosiva, mayor es el número de fallas que el equipo debe tolerar sin convertirse en fuente de ignición.
Niveles de protección
En coherencia con la clasificación de áreas, IEC 60079-11 [1] define tres niveles de protección según el número de fallas que el circuito debe tolerar sin perder su condición segura. Cada nivel se asocia a un nivel de protección del equipo (EPL, equipment protection level) definido en IEC 60079-0 [4]:
| Nivel | Condición de evaluación | EPL (gas) | Zona de uso |
|---|---|---|---|
| Ex ia | Seguro con hasta dos fallas contables | Ga | Zonas 0, 1 y 2 |
| Ex ib | Seguro con hasta una falla contable | Gb | Zonas 1 y 2 |
| Ex ic | Seguro en operación normal | Gc | Zona 2 |
Ex ia es uno de los pocos modos de protección aptos para Zona 0, donde la atmósfera explosiva está presente de forma continua o durante largos períodos, como el interior de un estanque de almacenamiento.
Componentes de un sistema intrínsecamente seguro
Un sistema intrínsecamente seguro se compone de tres elementos:
- Aparato intrínsecamente seguro: el instrumento de campo instalado en el área clasificada, como un transmisor, un sensor o una válvula solenoide.
- Aparato asociado: el equipo instalado en el área segura que limita la energía hacia el área clasificada. Puede ser una barrera de diodos Zener, que requiere una conexión a tierra de seguridad intrínseca de baja impedancia, o un aislador galvánico, que separa eléctricamente ambos lados y no depende de esa conexión.
- Cableado de interconexión: cuyos parámetros de capacitancia e inductancia forman parte del cálculo del sistema.
La compatibilidad entre estos elementos se verifica mediante el concepto de entidad (entity concept), que compara los parámetros de salida del aparato asociado con los parámetros de entrada del aparato de campo:
| Aparato asociado (salida) | Condición | Aparato de campo (entrada) y cable |
|---|---|---|
| Tensión máxima de salida Uo | ≤ | Tensión máxima de entrada Ui |
| Corriente máxima de salida Io | ≤ | Corriente máxima de entrada Ii |
| Potencia máxima de salida Po | ≤ | Potencia máxima de entrada Pi |
| Capacitancia externa máxima Co | ≥ | Ci + capacitancia del cable |
| Inductancia externa máxima Lo | ≥ | Li + inductancia del cable |
La norma IEC 60079-25 [5] establece los requisitos para los sistemas eléctricos intrínsecamente seguros, incluida su documentación descriptiva.
Para las redes de comunicación, existen conceptos que simplifican esta verificación. El modelo FISCO (fieldbus intrinsically safe concept) permite conectar varios dispositivos certificados a un mismo segmento de bus de campo, como PROFIBUS PA, sin cálculos individuales de capacitancia e inductancia. De forma análoga, el concepto 2-WISE (2-wire intrinsically safe Ethernet), definido en IEC TS 60079-47 [6], extiende este principio a Ethernet-APL, lo que permite llevar comunicación Ethernet, incluido PROFINET, hasta instrumentos en Zona 0, siempre que todos los equipos del segmento cuenten con certificación 2-WISE.
Clasificación y marcado
El marcado de un equipo intrínsecamente seguro informa dónde y con qué sustancias puede utilizarse. Sus elementos principales son:
- Grupo de equipo: Grupo I para minería subterránea con grisú; Grupo II para gases y vapores, subdividido en IIA, IIB y IIC según la facilidad de ignición, siendo IIC (hidrógeno, acetileno) el más exigente; Grupo III para polvos, subdividido en IIIA, IIIB y IIIC.
- Clase de temperatura: máxima temperatura superficial del equipo, de T1 (450 °C) a T6 (85 °C). Debe ser inferior a la temperatura de autoignición de la sustancia presente.
- EPL: Ga, Gb o Gc para gases; Da, Db o Dc para polvos.
Un ejemplo de marcado es Ex ia IIC T4 Ga: equipo intrínsecamente seguro de nivel ia, apto para todos los grupos de gas, con temperatura superficial máxima de 135 °C y adecuado para Zona 0.
Beneficios de la seguridad intrínseca
De las características descritas se derivan beneficios concretos para el diseño y la operación de plantas:
- Mantenimiento con equipo energizado: como el circuito no puede liberar energía suficiente para la ignición, es posible conectar, desconectar y calibrar instrumentos en el área clasificada sin desenergizar el lazo, siempre dentro de los procedimientos de trabajo de la planta.
- Aplicabilidad en Zona 0: el nivel ia permite instrumentar los puntos de mayor riesgo de una instalación.
- Instalación más simple y liviana: no requiere envolventes antideflagrantes ni sellos especiales de canalización; se emplean cables de instrumentación convencionales, identificados y segregados de los circuitos no intrínsecamente seguros.
- Protección independiente de la envolvente: la seguridad se basa en la limitación de energía, por lo que no depende de la integridad mecánica de juntas, tapas o prensaestopas.
- Inspección y verificación documentadas: la compatibilidad del sistema se demuestra por cálculo, lo que facilita las auditorías y la gestión de cambios.
- Integración digital: FISCO y 2-WISE permiten llevar buses de campo y Ethernet industrial a áreas clasificadas, con acceso a diagnósticos del instrumento.
Normativa internacional
La serie IEC 60079 constituye la base técnica de la seguridad intrínseca a nivel mundial:
- IEC 60079-0 [4]: requisitos generales para todos los equipos destinados a atmósferas explosivas, incluido el marcado y la definición de los EPL. Su octava edición fue publicada en 2026.
- IEC 60079-11 [1]: requisitos de construcción y ensayo del modo de protección Ex i.
- IEC 60079-25 [5]: sistemas eléctricos intrínsecamente seguros.
- IEC TS 60079-47 [6]: concepto 2-WISE para Ethernet de dos hilos.
- IEC 60079-14 [7]: diseño, selección y montaje de instalaciones eléctricas en atmósferas explosivas, incluida la inspección inicial.
- IEC 60079-10-1 [2]: clasificación de áreas para atmósferas de gas explosivas en Zonas 0, 1 y 2.
- IEC 60079-10-2 [3]: clasificación de áreas para atmósferas de polvo explosivas en Zonas 20, 21 y 22.
El sistema de certificación IECEx [8] permite certificar equipos y competencias de personal conforme a estas normas, con reconocimiento en numerosos países.
Normativa europea
En la Unión Europea, la Directiva 2014/34/UE, conocida como ATEX [9], regula la comercialización de equipos destinados a atmósferas potencialmente explosivas. Clasifica los equipos del Grupo II en categorías 1, 2 y 3, que corresponden a los EPL a, b y c, y exige el marcado CE junto con el símbolo Ex hexagonal, por ejemplo: II 1 G Ex ia IIC T4 Ga. Las normas de la serie EN IEC 60079 son las normas armonizadas que otorgan presunción de conformidad con los requisitos esenciales de la directiva.
La Directiva 1999/92/CE [10] complementa este marco desde la perspectiva del empleador: exige clasificar las áreas en zonas, evaluar los riesgos de explosión y seleccionar los equipos según la categoría correspondiente a cada zona.
Normativa estadounidense
En Estados Unidos, el Código Eléctrico Nacional (NEC, NFPA 70) [11] regula las instalaciones en áreas clasificadas y admite dos sistemas de clasificación:
- Sistema de clases y divisiones (Artículo 500): Clase I para gases y vapores, Clase II para polvos y Clase III para fibras; Division 1 cuando la atmósfera peligrosa puede estar presente en condiciones normales y Division 2 cuando solo se presenta en condiciones anormales. Los gases se agrupan en Grupos A, B, C y D.
- Sistema de zonas (Artículos 505 y 506): equivalente al sistema IEC, con Zonas 0, 1 y 2 para gases y Zonas 20, 21 y 22 para polvos.
El Artículo 504 del NEC establece los requisitos de instalación de los sistemas intrínsecamente seguros, entre ellos la instalación conforme al plano de control (control drawing) del fabricante, la separación respecto de otros circuitos y la identificación del cableado. Para la certificación de equipos se emplean UL 913 [12], en el sistema de divisiones, y ANSI/UL 60079-11 [13], adopción nacional de IEC 60079-11 para el sistema de zonas. En el ámbito laboral, la norma OSHA 29 CFR 1910.307 [14] establece los requisitos para equipos e instalaciones en ubicaciones peligrosas.
Equivalencias entre sistemas de clasificación
| Concepto | IEC / Unión Europea | Estados Unidos (NEC) |
|---|---|---|
| Atmósfera presente de forma continua | Zona 0 (EPL Ga / Categoría 1) | Class I, Division 1 o Zona 0 |
| Atmósfera probable en operación normal | Zona 1 (EPL Gb / Categoría 2) | Class I, Division 1 o Zona 1 |
| Atmósfera solo en condición anormal | Zona 2 (EPL Gc / Categoría 3) | Class I, Division 2 o Zona 2 |
| Grupo de gas más exigente | IIC | Grupos A y B |
| Grupo de gas intermedio | IIB | Grupo C |
| Grupo de gas menos exigente | IIA | Grupo D |
| Polvos | Grupo III, Zonas 20, 21 y 22 | Class II y Class III, o Zonas 20, 21 y 22 |
| Certificación del equipo | IECEx / ATEX (EN IEC 60079-11) | UL 913 (divisiones) / ANSI/UL 60079-11 (zonas) |
La correspondencia entre Division 1 y las Zonas 0 y 1 explica por qué un equipo certificado para Division 1 no es automáticamente apto para Zona 0: la selección debe basarse en la certificación específica del equipo y en el sistema de clasificación adoptado por la instalación.
Conclusión
La seguridad intrínseca protege las instalaciones en atmósferas explosivas mediante la limitación de la energía, lo que la convierte en la opción natural para la instrumentación de campo. Sus niveles ia, ib e ic, el concepto de entidad y los modelos FISCO y 2-WISE permiten diseñar sistemas verificables, mantenibles en servicio y compatibles con las comunicaciones digitales modernas. La serie IEC 60079 constituye la base técnica común, que la Unión Europea aplica a través de las directivas ATEX y Estados Unidos a través del NEC y las normas UL, lo que facilita especificar equipos y sistemas válidos en distintos mercados.
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Este artículo es parte de nuestra guía de comunicaciones industriales.
Referencias
[1] IEC 60079-11:2023. Explosive atmospheres – Part 11: Equipment protection by intrinsic safety «i». International Electrotechnical Commission.
[2] IEC 60079-10-1:2020. Explosive atmospheres – Part 10-1: Classification of areas – Explosive gas atmospheres. International Electrotechnical Commission.
[3] IEC 60079-10-2:2015. Explosive atmospheres – Part 10-2: Classification of areas – Explosive dust atmospheres. International Electrotechnical Commission.
[4] IEC 60079-0:2026. Explosive atmospheres – Part 0: Equipment – General requirements. International Electrotechnical Commission.
[5] IEC 60079-25:2020. Explosive atmospheres – Part 25: Intrinsically safe electrical systems. International Electrotechnical Commission.
[6] IEC TS 60079-47:2021. Explosive atmospheres – Part 47: Equipment protection by 2-wire intrinsically safe Ethernet concept (2-WISE). International Electrotechnical Commission.
[7] IEC 60079-14:2024. Explosive atmospheres – Part 14: Electrical installations design, selection and installation of equipment, including initial inspection. International Electrotechnical Commission.
[8] IECEx. IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres. International Electrotechnical Commission.
[9] Directiva 2014/34/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, relativa a los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas. Diario Oficial de la Unión Europea.
[10] Directiva 1999/92/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de 1999, relativa a las disposiciones mínimas para la mejora de la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas. Diario Oficial de las Comunidades Europeas.
[11] NFPA 70:2026. National Electrical Code. National Fire Protection Association. Artículos 500, 504, 505 y 506.
[12] UL 913. Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II, and III, Division 1, Hazardous (Classified) Locations. UL Standards & Engagement.
[13] ANSI/UL 60079-11. Explosive Atmospheres – Part 11: Equipment Protection by Intrinsic Safety «i». UL Standards & Engagement.
[14] Occupational Safety and Health Administration. 29 CFR 1910.307, Hazardous (classified) locations.