USD

Especificación y compra de la cortina de luz

Por Lisa Eitel

Colaboración de Editores de Digi-Key de América del Norte

Las cortinas de luz son dispositivos de seguridad que cierran los ejes de las máquinas peligrosas para evitar lesiones a los operarios y demás personal de la planta que trabajan cerca de la máquina o con ella. Las cortinas de luz emplean un emisor en forma de barra que genera haces de luz fotoeléctrica para ser detectados por un receptor (Figura 1). La interrupción de cualquier haz sirve como señal a los controladores de maquinaria de que ha habido movimiento en el espacio de trabajo y que las operaciones peligrosas deben cesar o disminuir a velocidades que no supongan un riesgo para el operador humano. El uso de las cortinas de luz de seguridad va en aumento, ya que son menos molestas y mucho más configurables que los límites basados en vallas.

La imagen de las actuales cortinas de luz imparten una seguridad sin precedentes a la maquinariaFigura 1: Las cortinas de luz de hoy en día imparten una seguridad sin precedentes a la maquinaria. Muchos están diseñados para simplificar el proceso de sustitución de los sistemas de seguridad basados en sensores de área. (Fuente de la imagen: Design World)

En este artículo se ofrece una visión general de las consideraciones a la hora de especificar e instalar las cortinas de luz. Dado que se trata de una actividad crítica para la seguridad, deben consultarse todas las normas nacionales e internacionales pertinentes antes de intentar la instalación. Mejor aún sería utilizar los servicios de un instalador profesional acostumbrado a trabajar de acuerdo con estas normas. El presente artículo debe considerarse como una introducción y una guía de algunas de las normas pertinentes, así como proporcionar algunos conocimientos de fondo para ayudar a examinar los requisitos de diseño con un instalador profesional de sistemas de seguridad.

Identificación de peligros y riesgos

Antes de especificar cualquier sistema de seguridad, debe realizarse una evaluación completa de los riesgos de la maquinaria peligrosa que se está protegiendo. Esto establecerá áreas peligrosas de la maquinaria y posibles puntos de entrada. El nivel de riesgo que presenta un peligro será una parte importante de la especificación de las salvaguardias apropiadas.

Capacidad mínima de detección del sensor

La capacidad mínima de detección del sensor es el tamaño mínimo del objeto que disparará la cortina de luz. Diferentes cortinas de luz tienen haces dispuestos a diferentes distancias. Si la distancia entre los rayos es de 5 mm de diámetro, entonces un dedo insertado en cualquier lugar a través de la cortina de luz resultará en un comando de parada. Sin embargo, una capacidad mínima de detección del sensor de 150 mm permitiría al personal de la planta llegar al interior de la zona de la cortina con un brazo entero sin necesidad de detener la maquinaria. El tamaño del objeto que una cortina de luz puede detectar determinará la distancia que debe colocarse de las partes peligrosas de la maquinaria.

Distancia mínima

A diferencia de los guardias, las cortinas de luz no impiden físicamente que una persona llegue a una zona de peligro. En cambio, la cortina de luz emite una orden para que una operación peligrosa se detenga o se reduzca a una velocidad segura. Esto significa que la cortina de luz debe colocarse lo suficientemente lejos del peligro para dar tiempo a la maquinaria para que se detenga antes de que la persona llegue a ella (figura 2). Esta distancia depende de tres parámetros: el rendimiento general del sistema de parada, la distancia de intrusión y la velocidad de aproximación.

Diagrama de la especificación adecuada de una cortina de luzFigura 2: La especificación adecuada de una cortina de luz requiere un cálculo exacto de la distancia de seguridad entre el área de detección de la cortina y el área de maquinaria peligrosa - y luego el mantenimiento de una distancia igual o superior a ese valor. Existen normas que ayudan a definir esas distancias y, de hecho, la norma sobre distancias de seguridad EN ISO 13855 se ha acortado para aprovechar las cortinas cada vez más capaces, permitiendo al mismo tiempo una maquinaria de producción más compacta. (Fuente de la imagen: Panasonic Industrial Automation Sales)

El rendimiento global de parada del sistema es el tiempo total entre que una persona pasa la cortina de luz y que la máquina se detiene realmente. Incluye el retraso en el sistema de control eléctrico y los efectos de inercia que determinan la rapidez con la que se puede detener la maquinaria en movimiento. El rendimiento general de la parada del sistema está representado por la variable T.

La distancia de intrusión es la distancia que una pequeña parte del cuerpo, como un dedo o una mano, podría recorrer pasando la cortina de luz hacia la zona de peligro antes de que se active la cortina de luz. Esto es más importante cuando la capacidad mínima de detección del sensor es grande, lo que quizás significa que solo el cuerpo de una persona activaría la orden de parada. En este caso, una persona podría alcanzar a través de la cortina de luz y su brazo no detendría la máquina.

Según la norma de distancia de seguridad EN ISO 13855 establecida por la Organización Internacional de Normalización y utilizada a nivel mundial la distancia mínima a la zona de peligro S se calcula (en mm) utilizando la ecuación:

Ecuación 1

donde K es la velocidad máxima de aproximación humana (brazo o cuerpo) en mm/seg, T es el rendimiento general de parada en segundos, y C es la distancia de intrusión en mm. Con respecto a K, la EN ISO 13855 define K como 2,000 mm/seg. para lo más rápido que un brazo humano puede moverse y 1,600 mm/seg. para lo más rápido que un cuerpo humano puede moverse.

Por ejemplo, supongamos que una celda de trabajo tiene una cortina de luz capaz de detectar objetos tan pequeños como 40 mm de diámetro. La distancia mínima debe ser calculada primero usando K = 2,000 mm/seg. Si esto da como resultado una distancia inferior a 100 mm (como se define en la norma EN ISO 13855), entonces este valor resultante inferior debe ser ignorado - y se debe utilizar un valor de 100 mm. Si el valor resultante excede los 500 mm (como se define en la norma EN ISO 13855) entonces la distancia debe calcularse de nuevo utilizando K = 1,600 mm/seg (para evitar lesiones del personal que camine en una zona peligrosa) y puede utilizarse la nueva distancia inferior; siempre que no sea inferior a 500 mm. Los valores para otras capacidades de detección de sensores también se dan en la ISO 13855.

Al calcular la distancia mínima de un robot, se debe tener en cuenta el alcance máximo del mismo. Al hacer esto, no se debe confiar en el programa del robot para limitarlo a un subconjunto de su volumen de trabajo completo. Sin embargo, se pueden utilizar interruptores de límite en los ejes del robot como parte de un sistema de enclavamiento que limita el alcance del robot de forma segura.

¿Es apropiada una cortina de luz?

Durante la etapa inicial de especificación del sistema de seguridad, es importante establecer si una cortina de luz es apropiada. Aquí, las clasificaciones de las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) e ISO son indispensables. Estas categorizan las normas de seguridad como normas de seguridad básicas de tipo A, normas de seguridad de tipo B de funcionamiento general y normas de seguridad de tipo C específicas de la máquina.

La primera consideración es si existe una norma de tipo C para el funcionamiento de la máquina en cuestión, y exactamente qué tipo de salvaguarda requiere para esa aplicación en particular. De hecho, las normas de tipo C suelen ser específicas tanto para el tipo de máquina en cuestión como para la industria, y pueden ser definidas por la NFPA, la BN, la ANSI, la RIA u otros organismos reguladores que han adoptado a lo largo de los años el sistema EN ISO de clasificación de normas según un sistema A-B-C. Si se aplica una norma de tipo C para el funcionamiento de la máquina, deben seguirse las directrices de esa norma (incluidas las relativas a las cortinas de luz). Esto se debe a que las normas de tipo C cuantifican claramente todos los peligros y las medidas de mitigación de riesgos necesarias para la función de la máquina en cuestión, y suplantan el uso de todas las normas menos específicas. Si no existe una norma de tipo C que se aplique a la función de la máquina en cuestión y una cortina de luz parece ser una buena opción, se debe calcular la distancia mínima. Si la distancia mínima es práctica, el ingeniero de diseño puede continuar con la especificación de una cortina de luz. Sin embargo, si el espacio es limitado o si una máquina tarda mucho tiempo en detenerse, entonces debe considerarse otra forma de protección (como una guardia física).

Tipos de cortina de luz

La norma internacional IEC 61496 clasifica las cortinas de luz como Tipo 2 o Tipo 4. Las cortinas de luz de tipo 2 son más baratas con una electrónica más lenta y menos fiable. Si se produce un fallo en los circuitos de seguridad de una cortina de luz de tipo 2, puede transcurrir un período de tiempo antes de que se detecte el fallo cuando no proporciona ninguna protección. Por el contrario, las cortinas de luz de tipo 4 emplean una continua comprobación cruzada automatizada de fallos y errores. Si se produce un error, inmediatamente emite una señal de parada, lo que significa que hay una protección de seguridad continua.

Las cortinas de luz de control de puntos de operación (POC) están diseñadas para ser instaladas cerca de un peligro, donde los operadores interactúan frecuentemente con una máquina. Por lo tanto, están diseñados para la detección de dedos, manos y brazos. Es común que la protección física se utilice en los laterales de una máquina y una cortina de luz POC instalada en la parte delantera.

Las cortinas de luz de control de acceso al perímetro (PAC) crean un perímetro de seguridad alrededor de una máquina que no necesita operadores para acercarse a ella. Normalmente solo ofrecen detección de cuerpo entero.

También se puede utilizar un control de acceso al área (AAC) para realizar esta función. Los PAC a menudo usan espejos para reducir el hardware de la cortina de luz necesaria para crear un perímetro completo.

Normas internacionales relacionadas con la instalación de la cortina de luz

Hay una serie de normas pertinentes para la correcta instalación de las cortinas de luz. Si una planta está instalando una cortina de luz para una aplicación de seguridad crítica, entonces debe referirse directamente a estas normas. La norma ISO 13857 se ocupa de establecer distancias de seguridad para evitar que las extremidades de las personas lleguen a zonas de peligro. La distancia de seguridad depende de una estimación del riesgo. Por ejemplo, cuando se alcanza hacia arriba, una persona no debería poder acercarse a menos de 700 mm de un peligro, o 500 mm si el riesgo de daño es bajo. La ISO 12100 trata de establecer la gravedad y la probabilidad del daño. Un nivel bajo de daño sería un daño reversible, como moretones o uñas rotas, o la temperatura y la duración del contacto que no alcanza un valor umbral de quemadura. Los umbrales de quema se indican en la norma ISO 13732, y la norma ISO 14121 ofrece más detalles sobre la estimación del riesgo.

Como se ha detallado anteriormente, la norma ISO 13855 describe el posicionamiento de las salvaguardias teniendo en cuenta las velocidades de aproximación de las diferentes partes del cuerpo humano. En general, esto es más pertinente que la norma ISO 13857 para las cortinas de luz, porque las cortinas de luz no impiden que una persona entre en la zona de peligro, sino que más bien detienen las operaciones peligrosas. Por lo tanto, es importante considerar cuán lejos podría viajar una persona en el tiempo que transcurre entre la cortina de luz que envía la señal de parada y la máquina que se detiene realmente. El rendimiento global del sistema de parada y la máxima velocidad de aproximación humana posible, juntos, dictan la distancia mínima de seguridad de la guardia de luz con respecto al proceso peligroso.

La ISO 14119 cubre la especificación y el diseño de los dispositivos de enclavamiento asociados a las protecciones físicas. Aunque no menciona explícitamente las cortinas de luz, muchos de los principios son relevantes, como el diseño para minimizar las posibilidades de derrota.

La norma ISO 14120 abarca la especificación y el diseño de las propias protecciones físicas y, por lo tanto, es menos relevante para las instalaciones de cortinas de luz. Sin embargo, las cortinas de luz se combinan a menudo con guardias físicas. Por ejemplo, se pueden utilizar protecciones físicas para impedir el acceso a una zona de peligro desde los lados; con una cortina de luz en la parte delantera de la zona. Por consiguiente, tal vez sea necesario consultar también la norma ISO 14120.

Conclusión:

Las cortinas de luz pueden mejorar enormemente la conveniencia de operar la maquinaria. Permiten una visión clara del volumen de trabajo de la máquina y permiten a los operarios llegar al interior para retirar piezas e instalar herramientas sin el inconveniente de tener que abrir las protecciones.

Sin embargo, las cortinas de luz no siempre ofrecen el mismo nivel de protección, especialmente contra los proyectiles que son expulsados por las operaciones de las máquinas.

También es importante recordar que, debido a la necesidad de permitir un rendimiento de parada general, las cortinas de luz suelen estar instaladas más lejos de la zona de peligro que los guardias. Todas estas son consideraciones importantes a la hora de seleccionar una salvaguardia apropiada.

Descargo de responsabilidad: Las opiniones, creencias y puntos de vista expresados por los autores o participantes del foro de este sitio web no reflejan necesariamente las opiniones, las creencias y los puntos de vista de Digi-Key Electronics o de las políticas oficiales de Digi-Key Electronics.

Acerca de este autor

Lisa Eitel

Lisa Eitel ha trabajado en la industria del movimiento desde 2001. Sus áreas de interés incluyen motores, accionamientos, control de movimiento, transmisión de potencia, movimiento lineal y tecnologías de detección y retroalimentación. Es licenciada en ingeniería mecánica y es miembro de la sociedad de honor de ingeniería Tau Beta Pi, miembro de la Sociedad de Mujeres Ingenieras (Society of Women Engineers) y jueza de los Regionales de Robótica FIRST Robotics Buckeye Regional. Además de sus contribuaciones a motioncontroltips.com, Lisa también dirige la producción de las publicaciones trimestrales de movimiento de Design World.

Acerca de este editor

Editores de Digi-Key de América del Norte