Puesta a tierra de instrumentación en sistemas de automatización industrial
- 〡
- 〡 por WUPAMBO
Comprendiendo el Papel de la Puesta a Tierra en Instrumentación
En la automatización industrial, la puesta a tierra proporciona un camino seguro y de baja resistencia para las corrientes de falla eléctrica. Protege tanto al equipo como al personal desviando la corriente excesiva directamente a tierra. Una puesta a tierra adecuada es fundamental para la confiabilidad de PLC, DCS y sistemas de control, asegurando una operación estable incluso bajo condiciones de falla.
Objetivos de un Sistema de Puesta a Tierra para Instrumentos
El propósito principal de una red de puesta a tierra en una planta industrial es mantener la seguridad operativa y la estabilidad eléctrica.
-
Proporciona un camino de baja impedancia durante condiciones de falla.
-
Evita diferencias de potencial peligrosas y protege al personal de mantenimiento.
-
Asegura el cumplimiento con las normas de Compatibilidad Electromagnética (CEM).
-
Minimiza riesgos de ignición en áreas peligrosas o explosivas.
Desde los instrumentos de campo hasta los gabinetes de control y bandejas portacables, cada componente conductor debe estar correctamente conectado a tierra para mantener un sistema unificado de seguridad y referencia.
Tipos Clave de Sistemas de Puesta a Tierra en Instrumentación
Los sistemas de instrumentación suelen incluir tres tipos distintos de puesta a tierra, cada uno con un propósito específico:
1. Tierra de Seguridad (TS) o Tierra Eléctrica
También conocida como Tierra de Protección, garantiza la seguridad eléctrica protegiendo equipos y operadores de fallas no detectadas. Cualquier corriente de fuga o cortocircuito se desvía de forma segura por este camino, previniendo descargas eléctricas y riesgos de incendio.
2. Tierra de Instrumentos (TI) o Tierra de Señal
La Tierra de Instrumentos minimiza interferencias de RFI/EMI y estabiliza las referencias de señales analógicas. Las mallas de los cables de señal—especialmente señales analógicas de 4–20 mA o señales digitales de bajo voltaje—se conectan a esta tierra limpia, asegurando la integridad de la señal y mediciones libres de ruido.
3. Tierra Intrínsecamente Segura (IS)
La Tierra IS se usa exclusivamente para circuitos intrínsecamente seguros en zonas peligrosas. Garantiza que los niveles de energía de falla se mantengan por debajo de los límites de ignición, cumpliendo con las normas IEC y ATEX.
Diseño de un Sistema de Puesta a Tierra Efectivo
Cada tipo de tierra debe permanecer aislado eléctricamente para mantener su función. La interconexión entre Tierra de Seguridad y Tierra de Instrumentos puede comprometer la inmunidad al ruido y causar bucles de tierra.
En una instalación típica, la puesta a tierra se divide en:
-
Sistemas Interiores: Para salas de control y áreas de tableros donde se instalan paneles, gabinetes PLC y servidores.
-
Sistemas Exteriores: Para instrumentos de campo, cajas de conexión, motores y equipos de proceso.
Diseño de Puesta a Tierra en Sala de Control
Los paneles de control como gabinetes de marshalling, gabinetes de sistema y paneles de distribución eléctrica deben incluir barras de tierra dedicadas para TS, TI e IS. La barra de Tierra de Instrumentos debe estar aislada de la barra de Tierra de Seguridad mediante soportes no conductores. Todas las barras TI se conectan a una malla de Tierra de Instrumentos común e aislada, que se enlaza con la tierra principal de la planta mediante cables de cobre.
Métodos de Conexión a Tierra
Se emplean dos filosofías principales de puesta a tierra en la práctica:
-
Conexión en Serie: Adecuada cuando múltiples paneles están interconectados a lo largo de una única ruta de tierra.
-
Conexión en Estrella o Punto a Punto: Preferida para sistemas de control para minimizar bucles de tierra y mantener la precisión de la referencia de señal.
El método elegido debe alinearse con la filosofía de puesta a tierra del proveedor del sistema de control, como las recomendaciones de Siemens, Rockwell Automation o ABB.
Directrices Prácticas para la Puesta a Tierra en Instrumentación de Campo
-
Mallas de Cables: Conectar la malla solo en el extremo del sistema de control (Tierra de Instrumentos) para evitar corrientes circulantes.
-
Circuitos IS: Terminar las mallas en la barra de Tierra IS para lazos IS certificados.
-
Cables Blindados: Poner a tierra ambos extremos para protección contra rayos y unión estructural.
-
Continuidad de Tierra: Asegurar la unión entre bandejas, accesorios de bandeja y estructuras de acero a intervalos de 25 metros.
-
Mantenimiento de Humedad: Mantener el suelo alrededor de los pozos de tierra húmedo para conservar baja resistividad y asegurar una descarga efectiva.
Una correcta terminación y conexiones libres de corrosión son vitales para mantener la continuidad y reducir problemas de mantenimiento a largo plazo.
Errores Comunes y Consideraciones de Diseño
En muchos proyectos, los ingenieros pasan por alto la importancia del aislamiento de tierra entre TS y TI. Esto puede causar desviaciones en las mediciones o errores de comunicación en los sistemas de control. Además, ignorar las variaciones en la resistividad del suelo puede hacer que la resistencia a tierra supere los límites de diseño, violando las recomendaciones de IEC 60364 y IEEE 142.
Como buena práctica, realizar pruebas regulares de resistencia a tierra y mantener documentación para cumplimiento de auditorías.
Perspectiva del Autor y Visión de la Industria
Basado en la experiencia de campo, una red de puesta a tierra bien diseñada suele determinar la confiabilidad a largo plazo de los sistemas de automatización. Muchas fallas en el control de plantas industriales se pueden rastrear a una puesta a tierra o terminación de mallas inadecuadas. Las instalaciones modernas integran cada vez más sistemas digitales de monitoreo de puesta a tierra para evaluar continuamente la integridad de las conexiones, un paso valioso hacia el mantenimiento predictivo en fábricas inteligentes.
Escenarios de Aplicación
-
Petróleo y Gas: La puesta a tierra previene la ignición por chispas en zonas peligrosas.
-
Farmacéutica: Asegura la transferencia limpia de señales para sistemas de control por lotes.
-
Manufactura: Apoya la automatización de fábricas estabilizando redes de PLC y sensores.
-
Centros de Datos: Protege la electrónica sensible de fallas transitorias.
Un diseño robusto de puesta a tierra forma la base de cualquier sistema de control industrial seguro y eficiente.
- Publicado en:
- control systems
- DCS
- factory automation
- grounding design
- instrumentation earthing
- intrinsic safety
- PLC systems
