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Diseño de potencia para seguridad

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La seguridad de los productos de conversión de potencia resulta vital y abarca mucho más que la protección ante la descarga eléctrica. Este artículo pretende explicar algunos de los aspectos básicos necesarios para realizar un diseño de potencia en el campo de la seguridad.

Aspectos básicos de la conversión de potencia

Diseño de potencia para seguridad
Héctor García, Ingeniero para aplicaciones de potencia en campo de AVNET Abacus

Una fuente de alimentación que se enchufa a «la red» hace mucho más que la conversión de corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) para una carga – ofrece una barrera entre una tensión letal y cualquier cosa que se pueda tocar – la cubierta del equipo o cualquier salida de potencia o conexión de señal.

Tampoco debe producir otros peligros por sí misma, incluyendo fuego, humos, liberación de sustancias químicas peligrosas, emisión de radiación dañina y posibilidad de lesiones físicas por bordes afilados y objetos que caen o vuelan o quemaduras por superficies calientes.

Así pues, en el diseño de una fuente de alimentación, hay que tener en cuenta y evaluar todos estos efectos en instalaciones de pruebas reconocidas para poder cumplir los estándares internacionales antes de la llegada del producto al mercado.

Por ejemplo, el marcado europeo (CE) está condicionado a que se cumplan todas las «directivas» pertinentes, con la responsabilidad del fabricante de identificar cuál aplicar. La Tabla 1 está tomada de la norma EN 62368-1, el estándar de seguridad más común para las fuentes de alimentación, que establece los diversos peligros y sus efectos.

DeEjemplo de daños corporales y materialesCausa
Energía eléctrica (descarga) ESDolor, fibrilación auricular, paro cardíaco, paro respiratorio, quemaduras en la piel y quemaduras de órganos internos5
Energía eléctrica (incendio) PSIncendio de origen eléctrico que provoca dolor o lesiones relacionados con quemaduras y daños a la propiedad6
Quemadura química –Daños en la piel, pulmones y otros órganos dañados o envenenamiento7
Energía cinética (mecánica) MSLaceración, pinchazo, abrasión, confusión, choque térmico, amputación o pérdida de una extremidad, ojo, oreja, etc.8
Energía térmica (abrasión) TSQuemaduras en la piel (provocadas por las altas temperaturas)9
Energía radiada RSPérdida de visión, quemaduras en la piel o pérdida de audición10
Tabla 1: Riesgos potenciales de una fuente de alimentación

Los impulsores de la ingeniería de la seguridad

El diseño de potencia para un producto tiene que ser seguro para los usuarios, los operarios y el personal de mantenimiento, pero la ingeniería de la seguridad posee un alcance mucho más amplio, abarcando la “protección” del medio ambiente y de otros productos de las inmediaciones. RoHS (Restriction of Hazardous Substances), la normativa de restricción de sustancias peligrosas en aparatos eléctricos y electrónicos es un buen ejemplo, donde actualmente diez sustancias deben estar restringidas en su uso (no necesariamente prohibidas) porque están identificadas como peligrosas para el medio ambiente y la salud.

RoHS es una directiva de la Unión Europea de producto específico “vertical”. Va de la mano con WEEE (Waste from Electrical and Electronic Equipment), la directiva que controla cómo deben tratarse los productos al final de su vida (residuos de aparatos eléctricos y electrónicos).

REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals – Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias y Mezclas Químicas) tiene un efecto paralelo, que requiere que los fabricantes controlen los químicos utilizados en sus productos. REACH es una regulación de la UE “horizontal” que gestiona los riesgos asociados a las sustancias químicas empleadas en un proceso de fabricación, a lo largo de todo su ciclo de vida.

En un escenario más amplio, el medio ambiente queda protegido por los límites a las pérdidas sin carga y en standby de las fuentes de alimentación, junto con los objetivos de eficiencia bajo carga.

La Directiva de Ecodiseño de la Unión Europea para productos energéticos establece dichos límites, de igual forma que lo hace el Departamento de Energía de Estados Unidos (DoE) con sus estrictos requisitos de Nivel VI. Las áreas de productos particulares tienen sus propios objetivos voluntarios, como el programa de certificación 80+ para fuentes de alimentación de servidor.

La Compatibilidad Electromagnética (Electromagnetic CompatibilityEMC) es un aspecto importante en los equipos de conversión de potencia. Aquí deben cumplirse los estándares de emisiones conducidas y radiadas para evitar efectos poco deseados en otros equipos y, por el contrario, las fuentes de alimentación deben ser inmunes a las interferencias. Se aplica la directiva EMC de la UE. A pesar de que estos aspectos acarrean problemas de seguridad solo en términos de efectos en los equipos, los filtros EMC tienen consideraciones de seguridad eléctrica – específicamente la corriente de fuga a tierra, por lo que al diseñar pensando en la seguridad del producto hay que adoptar un enfoque holístico.

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