Bienvenido al Módulo Digital de Seguridad
Este módulo ha sido diseñado para que conozcas los riesgos, las normas de seguridad y los procedimientos de operación del Laboratorio de Instrumentación Industrial del Departamento de Tecnologías de Ingeniería (TEIN) de la Universidad de Puerto Rico en Carolina, antes de tu primera sesión práctica.
Tiempo estimado
45 – 60 minutos para completar todas las secciones y el cuestionario de verificación.
Requisito de aprobación
Debes obtener un mínimo de 8 de 10 en el cuestionario para ser autorizado a operar la estación. Tienes 2 intentos disponibles.
Estándares cubiertos
ANSI Z535 · OSHA 29 CFR 1910.147 · NEC · IEC 61511 · NFPA 70E · FDA 21 CFR Part 11
Badge de competencia
Los estudiantes que aprueben recibirán un badge digital de reconocimiento en Seguridad del Laboratorio de Instrumentación.
Criterio f
Acreditación — Criterio f de ABET
Al finalizar este módulo, el estudiante habrá trabajado con el Criterio f de ABET: "Familiaridad con y uso de códigos, especificaciones y estándares de la industria." Al interactuar con ANSI Z535, OSHA 29 CFR 1910.147 (LOTO), NEC, IEC 61511 y NFPA 70E, el estudiante desarrolla la familiaridad con documentación normativa que sustenta la práctica profesional responsable en los sectores farmacéutico y manufacturero de Puerto Rico.
Navega las secciones en orden usando los botones Siguiente al final de cada página. El instructor estará presente durante la primera reunión de laboratorio. Completa el cuestionario final con honestidad académica — los resultados son registrados.
Sección 1 — Alertas de Seguridad
Antes de comenzar cualquier actividad en este laboratorio, debes reconocer los siguientes niveles de alerta. Estas clasificaciones siguen el estándar ANSI Z535.
| Nivel | Símbolo | Significado |
|---|---|---|
| PELIGRO | ⛔ | Situación que CAUSARÁ muerte o lesión grave si no se evita. |
| ADVERTENCIA | ⚠️ | Situación que PUEDE CAUSAR muerte o lesión grave. |
| PRECAUCIÓN | ⚡ | Puede causar lesión leve o daño al equipo. |
| AVISO | ℹ️ | Información de seguridad importante. |
Alertas Críticas de Esta Estación
Los variadores PowerFlex 525 operan a 120 VAC / 60 Hz. Los capacitores internos RETIENEN CARGA después de apagar. Nunca abras el gabinete sin esperar el tiempo de descarga indicado por el instructor y sin usar guantes dieléctricos certificados.
El sistema de bombas puede mantener presión hidráulica residual después de apagarse. Nunca desconectes tuberías, válvulas ni sensores sin verificar despresurización completa.
La estación tiene 2 botones E-Stop (rojo, tipo hongo). Identifica su ubicación ANTES de operar. Ante cualquier anomalía — fuga, sonido inusual, error en pantalla — presiona E-Stop e informa al instructor.
Las bombas Dayton tienen ejes y acoples rotativos expuestos. Mantén manos, cabello y ropa suelta alejados en todo momento.
Los sensores de pH (CPF81E) y conductividad (CLS21E) pueden estar en contacto con soluciones buffer pH 4 y 7. Usa guantes nitrilo y gafas al manipularlos.
No modifiques parámetros del CompactLogix ni del PanelView Plus 7 sin autorización. Un cambio incorrecto puede causar comportamiento inesperado del sistema.
Este laboratorio usa agua como fluido de proceso en un tanque de 50 galones. Aplican todos los procedimientos de seguridad eléctrica — agua en contacto con equipos energizados es un riesgo severo.
Sección 2 — Descripción del Laboratorio y Equipos
El Laboratorio de Instrumentación Industrial del TEIN está ubicado en el salón MA-101, con capacidad para 15 estudiantes. Su propósito es desarrollar competencias en medición, control y mantenimiento de procesos industriales con tecnología IoT, aplicables a los sectores farmacéutico y manufacturero de Puerto Rico. Financiado por UPR Carolina (NSF Grant #2434808), Endress+Hauser y TriNova Corporation.
Componentes de la Estación
| Tag | Equipo | Fabricante | Modelo | Función |
|---|---|---|---|---|
| PT-102 | Sensor de presión | Endress+Hauser | PMP21 | Presión manométrica en la línea |
| — | Sensor de presión | Endress+Hauser | PMP43 | Presión en punto secundario |
| FT-104 | Caudalímetro Coriolis | Endress+Hauser | Promass E100 (8E1C) | Flujo másico, volumétrico, densidad, temperatura |
| LT-103 | Sensor de nivel radar | Endress+Hauser | FMR43 | Nivel del tanque sin contacto |
| AT-105 | Sensor de pH Memosens | Endress+Hauser | CPF81E | pH del fluido en proceso |
| CT-106 | Sensor de conductividad | Endress+Hauser | CLS21E | Conductividad del fluido |
| — | Transmisor multiparámetro | Endress+Hauser | CM442 Liquiline | Procesa señales AT-105 y CT-106 |
| — | Variadores de frecuencia ×3 | Allen-Bradley | PowerFlex 525 | Velocidad de las 3 bombas |
| — | Bombas ×3 | Dayton | PP2LTAC23SCG | Circulan el fluido |
| — | PLC | Allen-Bradley | CompactLogix L27ERM | Lógica del proceso |
| — | HMI | Allen-Bradley | PanelView Plus 7 | Interfaz de operación |
| — | Válvula Automatizada | Promation Engineering | P1-120PN4 | Actuador final del lazo PID |
| — | Stack Light G/Y/R + Buzzer | Allen-Bradley | — | Indicador visual/sonoro del estado |
| — | E-Stop ×2 | — | — | Paro de emergencia |
| — | Tanque de recirculación | — | 50 galones | Almacena el fluido de proceso |
Sección 3 — Peligros por Equipo
Cada equipo de la estación presenta riesgos específicos. Identifícalos antes de operar.
3.1 — Riesgos Eléctricos
| Equipo | Riesgo | Consecuencia | Nivel |
|---|---|---|---|
| PowerFlex 525 (VFDs) | Capacitores cargados | Paro cardíaco, quemaduras | ⛔ PELIGRO |
| Fuente de alimentación | Contacto con bornes AC | Choque eléctrico | ⛔ PELIGRO |
| Breakers Chtaixi | Arco eléctrico bajo carga | Quemaduras | ⚠️ ADVERTENCIA |
| PLC CompactLogix | Cortocircuito por mala manipulación E/S | Daño al equipo | ⚠️ ADVERTENCIA |
| Terminal Blocks | Conexiones sueltas / humedad | Arco eléctrico | ⚠️ ADVERTENCIA |
| PanelView Plus 7 | Fallo de aislamiento | Choque eléctrico leve | ⚡ PRECAUCIÓN |
3.2 — Riesgos Mecánicos
| Equipo | Riesgo | Consecuencia | Nivel |
|---|---|---|---|
| Bombas ×3 | Eje/acople rotativo sin guarda | Atrapamiento, lesión severa | ⚠️ ADVERTENCIA |
| Válvula Automatizada | Golpe de ariete, fuga por sello | Proyección de fluido | ⚡ PRECAUCIÓN |
| Caudalímetro E100 | Vibración excesiva, fugas internas | Derrame | ⚡ PRECAUCIÓN |
3.3 — Riesgos por Proceso (Fluido / Presión)
| Equipo | Riesgo | Consecuencia | Nivel |
|---|---|---|---|
| Tuberías PVC | Presión residual al abrir | Proyección de fluido | ⚠️ ADVERTENCIA |
| Sensor FMR43 | Desbordamiento por falla | Derrame + riesgo eléctrico | ⚠️ ADVERTENCIA |
| PMP21 / PMP43 | Sobrepresión si VFDs mal configurados | Daño al sensor, fuga | ⚡ PRECAUCIÓN |
3.4 — Riesgos Químicos
| Equipo | Riesgo | Consecuencia | Nivel |
|---|---|---|---|
| CPF81E (pH) | Contacto con buffer ácido/básico pH 4 y 7 | Irritación ocular o de piel | ⚡ PRECAUCIÓN |
| CLS21E (conductividad) | Deterioro del sensor por el fluido | Medición incorrecta | 📝 NOTA |
3.5 — Stack Light e Indicadores HMI
| Indicador | Estado | Significado | Acción |
|---|---|---|---|
| Stack Light | 🟢 Verde | Operación normal | Ninguna |
| Stack Light | 🟡 Amarillo | Condición anormal | Revisar HMI |
| Stack Light | 🔴 Rojo | Falla o alarma activa | Detener y reportar |
| Stack Light | 🔔 Buzzer | Alarma crítica | Atender INMEDIATAMENTE |
| HMI — Bomba | 🔴 STOP | Bomba detenida | Verificar causa |
| HMI — Bomba | 🟢 AUTO | Operación automática | Normal |
| HMI — Bomba | 🟡 MANUAL | Operación manual | Solo bajo supervisión |
| HMI — Bomba | ⚫ DISABLED | Bomba deshabilitada / falla activa | No arrancar. Revisar alarmas. |
Sección 4 — Equipo de Protección Personal (PPE)
Todo estudiante debe usar como mínimo GAFAS DE SEGURIDAD y BATA DE LABORATORIO en todo momento dentro del laboratorio.
| Actividad | PPE Requerido |
|---|---|
| Trabajo con sensores pH / conductividad (soluciones buffer) | Gafas + Guantes nitrilo + Bata |
| Operación de bombas | Gafas + Guantes de trabajo + Bata |
| Configuración de VFDs / trabajo cerca del gabinete eléctrico | Gafas + Guantes dieléctricos (recomendado) + Bata |
| Manipulación de PLC, panel de control, terminal blocks | Gafas + Guantes de seguridad + Bata |
| Mantenimiento de sensores de presión y flujo | Gafas + Guantes de trabajo + Bata |
| Trabajo general en el laboratorio | Gafas de seguridad + Bata de laboratorio |
El PPE no elimina el riesgo — solo lo mitiga. Un guante dieléctrico deteriorado o una gafa rayada no ofrecen la protección certificada. Inspecciona tu PPE antes de cada sesión.
Sección 5 — Procedimientos de Operación Segura
Secuencia Universal Antes de Operar
5.1 — Código de Colores del Cableado (NEC)
| Conductor | Color | Calibre |
|---|---|---|
| L1 (línea AC) | 🔴 Rojo | AWG 18 |
| Común (neutral) | ⚪ Blanco | AWG 18 |
| Tierra (ground) | 🟢 Verde | AWG 14 |
| 24 VDC (+) | 🔵 Azul | AWG 16 |
| 24 VDC (−) | 🔵 Azul c/ línea blanca | AWG 16 |
5.2 — Sensores (PMP21, PMP43, FMR43, CPF81E, CLS21E, Promass E100)
- Verifica la instalación correcta antes de energizar.
- No golpees ni fuerces los conectores — especialmente el M12 del FMR43.
- Opera dentro de los rangos del fabricante (presión, temperatura, flujo).
- Al terminar: limpia los sensores de proceso (pH, conductividad) según instrucciones del instructor.
- Reporta cualquier lectura anormal en el PanelView — no la ignores.
5.3 — Bombas Dayton PP2LTAC23SCG (×3)
- Inspecciona visualmente las conexiones de tubería antes de encender.
- Verifica que el tanque tenga fluido suficiente (nunca arrancar en seco).
- Arranca siempre desde el PanelView — nunca manipules directamente los VFDs sin autorización.
- Nunca acerques manos, cabello o ropa al eje o acople rotativo durante la operación.
- Sonido inusual o vibración: apaga e informa al instructor.
5.4 — Variadores de Frecuencia PowerFlex 525 (120 VAC, 60 Hz)
- Verifica cableado correcto antes de energizar.
- Configura parámetros solo bajo supervisión del instructor.
- Mantén el área seca — ningún líquido cerca del gabinete.
- Después de apagar: espera el tiempo de descarga antes de abrir el gabinete.
- Rango operacional: 0 a 60 Hz. No excedas este límite.
5.5 — PLC CompactLogix y PanelView Plus 7
- HMI requiere usuario y contraseña. NUNCA compartas tus credenciales.
- Opera el PanelView con manos secas.
- No modifiques el programa del PLC sin autorización escrita del instructor.
- Ante una alarma en pantalla: documéntala y notifica al instructor antes de continuar.
- No abras el gabinete del PLC con el sistema energizado.
5.6 — E-Stop: Paro de Emergencia (×2)
- Verifica funcionamiento al INICIO de cada sesión (prueba funcional).
- Mantén acceso libre — nunca coloques objetos frente al botón.
- Úsalo ante: fuga activa, sonido inusual, humo, error crítico en pantalla, persona en riesgo.
- Después de activarlo: notifica al instructor ANTES de desengancharlo y reiniciar el sistema.
Sección 6 — Lockout / Tagout (LOTO)
Basado en OSHA 29 CFR 1910.147 — Control de Energía Peligrosa.
Procedimiento que aísla todas las fuentes de energía antes de realizar mantenimiento, inspección o reparación. Garantiza que el equipo NO PUEDA energizarse accidentalmente mientras alguien trabaja en él.
Ignorar el procedimiento LOTO es la causa más común de lesiones graves y muertes en mantenimiento industrial. Equipos sujetos a LOTO OBLIGATORIO: bombas, VFDs, breakers, sistema de presión y PLC.
- Notifica a todos en el laboratorio (MA-101) que se iniciará un bloqueo.
- Identifica todas las fuentes de energía: eléctrica (120 VAC y 24 VDC) y presión hidráulica.
- Apaga el sistema desde el PanelView siguiendo el procedimiento de parada segura.
- Verifica que los E-Stop estén accesibles como respaldo.
- Abre los breakers Chtaixi correspondientes al equipo a intervenir.
- Desconecta la fuente de alimentación principal del sistema.
- Coloca el candado de bloqueo (Lockout) en el punto de desconexión.
- Coloca la etiqueta (Tagout): ⛔ NO OPERAR / Nombre del responsable / Fecha y hora.
- Para bombas/válvulas: verifica despresurización completa antes de abrir conexiones.
- Intenta arrancar el equipo desde el PanelView para confirmar que NO responde.
- Solo entonces comienza el trabajo de mantenimiento o inspección.
- Retira todas las herramientas del área de trabajo.
- Verifica que las guardas de los motores estén en su lugar.
- Retira candado y etiqueta — SOLO quien los instaló puede retirarlos.
- Confirma voltaje correcto antes de reconectar (120 VAC monofásico, 60 Hz).
- Notifica a todos antes de reenergizar el sistema.
Sección 7 — Conceptos de Seguridad Funcional
7.1 ¿Qué es la Seguridad Funcional?
La seguridad funcional es la parte de la seguridad de un sistema que depende del correcto funcionamiento de dispositivos de control automático. Se rige por la norma IEC 61511 para plantas de proceso farmacéuticas y petroquímicas. Definición clave: Seguridad = Ausencia de riesgo inaceptable.
7.2 El Modelo de Riesgo
Evalúa cada escenario multiplicando la probabilidad de ocurrencia por la severidad del daño potencial.
| Escenario | Probabilidad | Severidad | Riesgo |
|---|---|---|---|
| Desbordamiento del tanque (FMR43 falla) | Media | Alta (piso mojado + riesgo eléctrico) | ALTO |
| Descarga en VFD por capacitor cargado | Baja | Muy alta (puede causar muerte) | ALTO |
| Bomba sin fluido en tanque | Media | Media (daño al equipo) | MEDIO |
| Lectura incorrecta del sensor de pH | Media | Baja (en laboratorio) | BAJO |
7.3 Tipos de Fallas
| Tipo de Falla | Descripción | Ejemplo en la Estación |
|---|---|---|
| Sistemática | Causa identificable y reproducible | PLC mal programado arranca bomba a 70 Hz |
| Aleatoria | Sin patrón predecible | Transistor defectuoso en el VFD |
| Por selección incorrecta | Dispositivo inadecuado | Sensor de presión fuera de su rango |
| Por operación incorrecta | Procedimiento mal ejecutado | Abrir conexión con sistema presurizado |
La mayoría de los accidentes en laboratorio son fallas SISTEMÁTICAS o POR OPERACIÓN INCORRECTA — prevenibles con los procedimientos correctos.
7.4 El E-Stop como Función de Seguridad
| Componente SIS | Rol en el E-Stop |
|---|---|
| 🔎 Sensor | El operador detecta una condición peligrosa. |
| 🧠 Lógica | El operador toma la decisión de activar el paro. |
| ⚙️ Actuador Final | El E-Stop corta la energía al sistema. |
7.5 Análisis HAZOP — Palabras Guía
| Palabra Guía | Significado | Ejemplo en la Estación |
|---|---|---|
| NO | La variable no ocurre | No hay flujo — bomba no arrancó o válvula cerrada |
| MÁS | Valor mayor al normal | Presión excesiva — VFD a frecuencia máxima |
| MENOS | Valor menor al normal | Nivel bajo — tanque casi vacío, bomba en seco |
| INVERTIDO | Lo contrario de lo esperado | Flujo inverso — válvula de retención falla |
Sección 8 — Plan de Emergencias
Salón MA-101 — Procedimiento de Evacuación
NO LA TOQUES DIRECTAMENTE. Corta la energía primero (E-Stop o breaker principal). Llama al 787-257-0000 (UPR Emergencias) o al 911.
Números de Emergencia
| Número | Servicio |
|---|---|
| 787-257-0000 | UPR Carolina — Emergencias |
| 911 | Policía / Bomberos / EMS |
| 787-726-5674 | Control de Envenenamiento de Puerto Rico |
Sección 9 — Cuestionario de Verificación
Se requiere un mínimo de 8 de 10 correctas para ser autorizado a operar la estación. Las preguntas se seleccionan aleatoriamente de un banco.
Datos del Estudiante
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