Guía sobre seguridad técnica Soluciones neumáticas y eléctricas

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1 Guía sobre seguridad técnica Soluciones neumáticas y eléctricas STR STR SLS v 0 t t 0 t t t t 0 tt t 0 t v 0 t 0 t SS2 SSR SSR v s 0 t 0 t SLP SLS v s v s 0 v t SOS SS2 SOS SS1 STO t vs SBC v s v s SSR SLP v M s 0 0 SS2 SOS SDI SS1 STO v s 0 SLP SDI v s v s 0 STO v M v M s t t SBC t

2 Resumen de las medidas de seguridad Entrada Entrada Parada de emergencia Control bimanual Dispositivo de protección móvil, separable: puerta de seguridad Alfombra de seguridad Rejilla fotoeléctrica Cableado Solución neumática, segura Relé de seguridad PLC de seguridad Posición inicial, estado de reposo Modo de ajuste y modo de servicio Servicio normal Escáner láser Modo de emergencia Tecla de confirmación OFF Selector de modos de funcionamiento Sistema de visión Tenga en cuenta el aviso legal de la página 76. 2

3 Salida Salida Neumática Eléctrica Reducción de la velocidad v 0 SLS t Velocidad limitada segura (SLS) Reducción de la presión y la fuerza Descarga v 0 STO t Desconexión segura del par (STO) Inversión del movimiento v s 0 SDI t Dirección segura del movimiento (SDI) Detención, mantenimiento, bloqueo Detención, mantenimiento, bloqueo SS1 STO v s 0 t Parada segura 1 (SS1) v s 0 SS2 SOS t Parada segura 2 (SS2) Detención, mantenimiento, bloqueo Detención, mantenimiento, bloqueo v s 0 SOS t Parada de servicio segura (SOS) s SLP t Posición segura SPF (SLP) Protección contra arranque inesperado En las páginas siguientes verá con frecuencia estos símbolos. Se utilizan para indicar de forma rápida y clara la función de seguridad correspondiente. 3

4 Su proveedor de seguridad Para Festo, la calidad tiene muchas y muy diferentes facetas. La seguridad en la manipulación con máquinas es una de ellas. La consecuencia: nuestras soluciones de automatización seguras. Estas soluciones garantizan un máximo de seguridad en el puesto de trabajo. El presente folleto está concebido para servirle de guía. En él se tratan los aspectos fundamentales de los sistemas neumático y eléctrico orientados a la seguridad: deben tenerse en cuenta? Qué medidas de seguridad deben adoptarse en consecuencia? Cuáles son las medidas de seguridad más frecuentes? habituales en relación con los actuadores neumáticos y eléctricos, así como de las soluciones adecuadas de Festo. Con éstos se resuelven muchas funciones de seguridad. Por qué un sistema neumático orientado a la seguridad? Cómo identifico el riesgo de un equipo o máquina para el operario/usuario? Qué normas y directivas Sencillo y útil: En la primera parte del folleto, se tratan los aspectos básicos de las normativas. En la segunda parte, se ofrece un resumen de las funciones de seguridad más Por supuesto, nuestros especialistas están a su disposición si precisa cualquier tipo de información adicional. Índice Introducción... 5 Directivas y normas... 5 Funciones de seguridad mediante productos y soluciones Neumática Servoneumática Electricidad Ejemplos de aplicación y de programación Cursos y asesoría

5 Aminorar los riesgos y pensar en la prevención Las máquinas deben diseñarse de tal manera que no sean peligrosas para personas, animales, bienes materiales o el medio ambiente. La meta consiste en prevenir daños físicos de cualquier tipo. El uso de los componentes neumáticos y eléctricos de Festo orientados a la seguridad le garantiza que va a cumplir los requisitos de seguridad que figuran en la directiva de máquinas. De este modo se pueden evitar de manera fiable p. ej. colisiones o el rearranque incontrolado tras una parada de emergencia. Además, utilizando sistemas neumáticos seguros de Festo, disminuyen los riesgos implicados en indemnizaciones a terceros. Según la directiva para máquinas MRL 2006/42/CE, es obligatorio llevar a cabo el análisis y la evaluación de riesgos en todas las máquinas. Esta evaluación redunda en la definición de metas de protección. Sencilla, pero segura Estas metas se alcanzan recurriendo a diversos sistemas de seguridad. Las siguientes soluciones de Festo orientadas a la seguridad permiten cumplir las metas de protección con facilidad: Componentes Circuitos Ingeniería Es necesario tener en cuenta el funcionamiento seguro de la máquina, en cualquier modo y durante cualquier fase de su utilización. Las soluciones de Festo orientadas a la seguridad ofrecen propuestas para: Puesta en funcionamiento Modo automático/manual Puesta a punto Situaciones de peligro y funciones de emergencia, como, p. ej., detención o evacuación segura. Nueva puesta en marcha -> Protección contra puesta en marcha inesperada Asistencia técnica/mantenimiento Además, debe evitarse que los fallos no redunden en la anulación de las funciones de seguridad. Por norma general, cuanto más sencilla sea la técnica de seguridad empleada en la aplicación, más eficiente será. La complejidad de la técnica de seguridad radica en el número de combinaciones de estados y de transiciones entre ellos. Por esta razón, la implementación estándar de una técnica de seguridad parece casi imposible. Dada su extrema versatilidad, los accionamientos deben incluirse, según la aplicación, en el análisis y en la evaluación de riesgos de la máquina correspondiente. 5

6 Condiciones generales de seguridad En todo el mundo existen normativas legales que deben aplicarse para garantizar la construcción y el funcionamiento seguros de las máquinas. Casi todas estas normativas prescriben una evaluación de riesgos durante la que deben identificarse los riesgos para después adoptar medidas preventivas destinadas a reducirlos. Leyes, p. ej., directiva de máquinas MRL 2006/42/CE Evaluación del riesgo Análisis de riesgos Evaluación de riesgos Reducción de riesgos Medidas constructivas Medidas técnicas Información para el usuario Objetivo: máquinas seguras Objetivo: proceso estandarizado y lista de comprobación Función de seguridad Objetivo: reducción de riesgos Entrada Salida EN ISO IEC 61508/61511/62061 Festo Didactic: cursos y asesoría Soluciones de Festo Evaluación: PL PLr SIL SILr Objetivo: valoración de las medidas técnicas de seguridad Objetivo: valoración de la idoneidad de las medidas de reducción de riesgos 6

7 Requisitos esenciales de seguridad en la industria de fabricación Coincidiendo con el nacimiento del mercado común europeo, se unificaron también las directivas sobre construcción de máquinas en la industria de fabricación. Libre circulación de mercancías en Europa Artículo 95 del Tratado CE (libre circulación de mercancías) Artículo 137 del Tratado CE (seguridad laboral) P. ej., máquinas Directiva marco Seguridad laboral 89/391/CEE Directiva de baja tensión 2006/95/CE Directiva de máquinas 2006/42/CE Directiva particular Uso de medios de trabajo 86/655/CEE Normas europeas armonizadas Disposiciones legales nacionales Responsabilidad Fabricante Operador Las directivas equivalen a leyes. La Directiva de máquinas regula, entre otras, la construcción de máquinas. El objetivo principal de la Directiva de máquinas consiste en definir requisitos esenciales de seguridad y de salud en relación con el diseño y la fabricación de máquinas. El cumplimiento de la Directiva de máquinas se confirma con el marcado CE exhibido en la máquina. Las normas armonizadas sirven como ayuda para respetar lo expuesto en la Directiva y figuran en el Diario Oficial de la UE. Al aplicarse, otorgan la presunción de conformidad, que refuerza la seguridad jurídica del operador y del fabricante. 7

8 Normas básicas para el diseño de funciones de mando Las normas armonizadas relativas a la seguridad de las máquinas ayudan a reducir a un mínimo aceptable los riesgos para la seguridad de acuerdo con la directiva de máquinas. Diseño y evaluación de los riesgos de la máquina EN ISO Seguridad de las máquinas Criterios generales de configuración Aspectos de seguridad relativos a la electricidad EN Seguridad de las máquinas Equipo eléctrico de las máquinas. Parte 1: Requerimientos generales Requisitos funcionales y orientados a la seguridad para sistemas de mando relativos a la seguridad Diseño e implementación de sistemas de mando relativos a la seguridad EN Seguridad de las máquinas Seguridad funcional en sistemas de mando eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relativos a la seguridad Arquitecturas libres Nivel de seguridad integral (SIL) SIL 1, SIL 2, SIL 3 DIN EN ISO Seguridad de las máquinas Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad. Parte 1: Principios generales para el diseño Arquitecturas previstas (categorías) Nivel de prestaciones (PL) PL a, PL b, PL c, PL d, PL e 8

9 Definición de riesgo Los riesgos se derivan de peligros y son una combinación de la gravedad del posible daño y de la probabilidad de que de produzca dicho daño. Riesgo bajo Riesgo alto Seguras Riesgo límite Peligro Riesgo residual Riesgo sin medidas de seguridad Reducción de riegos mínima necesaria Reducción real de riesgos Seguridad = riesgo residual aceptado Riesgo relativo al peligro observado = + Gravedad del posible daño Probabilidad de que se produzca el daño Frecuencia y tiempo de exposición al peligro Posibilidad de evitar el peligro o de limitar el daño Probabilidad de que ocurra un suceso que pueda causar el daño 9

10 Evaluación del riesgo Las normas describen el proceso de evaluación del riesgo. Todos los fabricantes están obligados a realizar una evaluación de riesgos. A continuación, se realiza una evaluación de riesgos y, en caso necesario, se adoptan las medidas que correspondan para minimizarlos. Énfasis en la reducción de riesgos En esta guía se trata específicamente el aspecto de la reducción de riesgos mediante la aplicación de medidas de seguridad. Como condición previa se supone que se han agotado las medidas de diseño. Evaluación del riesgo Fuente: EN ISO Análisis de riesgos Fuente: EN ISO Evaluación de riesgos Fuente: EN ISO Inicio Determinar los límites de la máquina Fuente: EN ISO Determinar la situación de peligro Fuente: EN ISO Estimación de riesgos Fuente: EN ISO Evaluación de riesgos de las medidas No de seguridad constructivas: máquina segura? Sí Evaluación de riesgos de las medidas técnicas de seguridad: máquina segura? No Determinar/contemplar los límites del sistema Límites de utilización Límites espaciales Límites temporales Determinación/definición de estados y transiciones de estado Intervención del personal Estados operativos Comportamiento involuntario o mal uso previsible Análisis preliminar de peligros (APP) Método Qué pasaría si...? Análisis de los modos de fallo y de sus efectos (AMFE) Simulación de defectos sobre sistemas de mando Método MOSAR Análisis del árbol de fallos; análisis del estado de fallos (FTA) Fuente: EN ISO Sí medidas instructivas agotadas No Sí Final 10 Fuente: directiva 2006/42/CE, anexo I, 1)

11 Medidas constructivas (p. ej., seguridad inherente) Fuente: EN ISO El grado de reducción del riesgo se fija durante la estimación del riesgo y la determinación del nivel de prestaciones requerido. La reducción del riesgo necesaria se alcanza si se cumplen los siguientes parámetros: Para todas las funciones de seguridad Medidas técnicas de seguridad y complementarias Selección de la función de seguridad Definición de las características de la función de seguridad Determinación del PL r Diseño y aplicación técnica de la función de seguridad Determinación del PL Categoría MTTF d DC CCF PL PL r Sí Reducción del riesgo Fuente: EN ISO ) Arquitectura de mando 2) Tiempo medio hasta fallo (MTTFd) 3) Cobertura del diagnóstico (DC) 4) Fallos de causa común (CCF) El nivel de prestaciones PL debe alcanzar siempre como mínimo el PL r requerido. No Fuente: DIN EN ISO , 4.2, Fig. 3 Información para el usuario en la máquina y en el manual de utilización Fuente: EN SO

12 Valoración de las medidas de seguridad: determinación del nivel de prestaciones En la figura se muestra el procedimiento simplificado para determinar el nivel de prestaciones (PL) de una función de seguridad. El PL es una función de las categorías B a 4, del grado de cobertura de diagnóstico bajo a alto, de diferentes gamas MTTF d y del fallo de causa común. El PL puede asignarse a un nivel SIL determinado. Sin embargo, no es posible determinar el PL a partir del SIL. Además de calcular la probabilidad media de un fallo peligroso por hora, la norma DIN EN ISO prevé la aplicación de otras medidas para alcanzar un PL determinado (p. ej., en la arquitectura). Determinación del PL = nivel de prestaciones a b c d e DC < 60% Ninguna DC < 60% Ninguna Cat. B Cat. 1 CCF sin relevancia Gráfico del riesgo: qué nivel de prestaciones se requiere? PL r a hasta e Cómo es la estructura de la cadena de mando o de la función de seguridad? Cat. B hasta 4 Determinación MTTF d = tiempo medio hasta fallo 60% DC < 90% Baja Cat % DC < 99% Media 60% DC < 90% Baja Cat. 3 Evaluación Baja Media Alta CCF 65 % 90% DC < 99% Media 99% DC Alta Cat. 4 MTTF d años MTTF d < 10 años Fuente: DIN EN ISO , capítulo PFH d < x 10 6 PFH d < PFH d < 3 x PFH d < PFH d < años MTTF d < 30 años 30 años MTTF d < 100 años Determinación del SIL = nivel de integridad de la seguridad Fiabilidad de los componentes de la cadena de mando: determinación del MTTFd de toda la cadena de procesos, desde el sensor hasta el actuador. Cobertura del diagnóstico: qué fallos peligrosos se detectan? Fallos de causa común (CCF): medidas para evitar los CCF DIN EN ISO Capítulo

13 Determinación del nivel de prestaciones necesario El gráfico para determinar el nivel de prestaciones necesario se basa en la determinación del riesgo y en la necesidad resultante de reducirlo a un nivel aceptable. Un nivel de riesgo bajo da como resultado un PL = a (escasas medidas de reducción de riesgos). Un nivel de riesgo alto da como resultado un PL = e (amplias medidas para reducir los riesgos). S1 S2 F1 F2 F1 F2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 Riesgo reducido Riesgo elevado a b c d e Fuente: DIN EN ISO , Anexo El PL r (requerido) es, en el sentido técnico, un valor nominal mínimo que debe alcanzar la estructura mediante la aplicación de medidas determinadas. DIN EN ISO S S1 S2 Gravedad de la lesión Lesión leve (por lo general, reversible) Lesión grave (por lo general irreversible, o incluso mortal) Especificaciones de otras normas EN Lesión irreversible (4 puntos) (muerte, pérdida de un ojo o de un brazo) Lesión irreversible (3 puntos) (rotura de extremidades, pérdida de dedos) Lesión reversible (2 puntos) (requiere tratamiento médico) Lesión reversible (1 punto) Para facilitar la estimación de los riesgos, aquí se citan también especificaciones de la Norma El riesgo se valora siempre de forma semejante: la severidad del daño potencial y la probabilidad de que ocurra ese daño. F F1 F2 P P1 P2 Frecuencia y/o duración de la exposición al peligro De rara a poco frecuente y/o corta De frecuente a continua y/o larga Posibilidad de evitar el peligro Posible en condiciones determinadas Posible en raras ocasiones Frecuencia (con una duración de > 10 min) < 1 h (5 puntos) > 1 h a < 1 día (5 puntos*) > 1 día < 2 semanas (4 puntos*) > 2 semanas a < 1 año (3 puntos*) > 1 año (2 puntos*) * Si la duración es menor que 10 minutos, puede reducirse un paso Imposible (5 puntos) Raramente (3 puntos) Probable (1 punto) 13

14 Resumen de las arquitecturas de mando Deben cumplirse los principios fundamentales de seguridad (DIN EN ISO , pto /DIN EN ISO , tab. A 1/B.1/D.1) Diseño adecuado para influencias externas (DIN EN ISO , pto ) 1 canal 0 Seguridad contra defectos (DIN EN ISO , pto ) Categoría B Categoría B o 1 I im L 1 canal im SRP/CS: deben cumplirse los principios fundamentales de seguridad (DIN EN ISO B.4; v. DIN EN ISO , tab. A.2/B.2/D.2) Componentes de las SRP/CS probados (DIN EN ISO A.4/B.4/D.4) 0 Seguridad contra defectos (DIN EN ISO pto ) Cumplimiento de los principios de seguridad fundamentales y de eficacia probada. Cumplimiento de las normas aplicables Categoría 1 O Componentes de eficacia probada. Ya utilizados en aplicaciones similares (v. la norma DIN EN ISO , B.4) 1 canal Comprobación de la función antes de que el sistema de mando de la máquina active una demanda (DIN EN ISO , pto ) 0 Seguridad contra defectos entre las fases de comprobación Categoría 2 2 canales (Norma DIN EN ISO , pto ) Algunos defectos, pero no todos, se detectan en el momento de, o antes de, la siguiente solicitación de la función de seguridad 1 Seguridad contra defectos La acumulación de defectos no detectados conduce a la pérdida de la función de seguridad 2 canales (v. DIN EN ISO , pto ) Todos los defectos deben detectarse en el momento de, o antes de, la siguiente solicitación de la función de seguridad >1 Seguridad contra defectos Categoría 4 Categoría 3 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 I im L im O I1 im L1 m im O1 I1 im L1 m im o1 m c c TE im OTE I2 im L2 m im o2 I2 im L2 im m O2 14

15 Aplicación de categoría 2: Pick & Place Implementación neumática de una solución de categoría 2 En el ejemplo siguiente, las partes relevantes para la función de seguridad se utilizan también para el sistema de mando normal de la instalación. Con ellas se realiza la comprobación. Si esto no es posible, en muchas soluciones de los mandos de seguridad neumáticos es más sencillo implementar una categoría 3, aunque con la categoría 2 sería suficiente. Señal de retorno del sistema de mando a través de los PLC Interruptor de seguridad PLC Diagnóstico S-SPS Señal de retorno del interruptor de la puerta de protección al PLC de seguridad Interruptor de seguridad La comprobación del circuito debe llevarse a cabo como mínimo 100 veces, hasta que se solicite la función de seguridad. La comprobación de los componentes neumáticos debe ejecutarse sin causar peligros. Intervención esporádica tras más de 100 ciclos. Intervención a través de la puerta de seguridad. 15

16 Determinación de la cobertura del diagnóstico (DC) Productos Fuentes de error Modificación de los tiempos de conmutación No conmuta/no conmuta a la posición inicial Conmutación espontánea Fugas Modificación de las fugas tras un largo periodo de uso Reventón del cuerpo/elemento de unión/tubo flexible Modificación espontánea del caudal (ajustable) Modificación espontánea del caudal (orificio fijo) Modificación espontánea del comportamiento En caso de válvulas reguladores de caudal proporcionales: cambio imprevisto del valor ajustado Cambio espontáneo en el dispositivo de regulación En la tabla se muestra un resumen de las fuentes de errores que figuran en la norma DIN EN ISO en lo que respecta a la neumática. El error puede excluirse en determinadas circunstancias. Las condiciones para descartar fallos se describen con detalle en la norma DIN EN ISO Dependiendo del diseño y de la ejecución de los componentes, es posible que se obtengan resultados diferentes en diversas aplicaciones. Ello significa que un producto determinado puede ser apropiado para una aplicación, pero no para otra. La comprobación es responsabilidad del ingeniero diseñador de la instalación. Válvulas distribuidoras Válvulas de cierre/válvulas antiretorno/válvulas de escape rápido/ válvulas selectoras de circuito Válvulas de regulación de caudal propiamente dichas Válvulas reguladoras de presión Tubos rígidos Tuberías flexibles Elementos de unión Transmisores y transductores de presión Filtro Lubricador Silenciadores Acumuladores y recipientes a presión Sensores Componentes lógicos (Y/O) Temporizadores Convertidores (presostatos, interruptores de posición y amplificadores) Cilindro 16

17 Aflojamiento imprevisto de los órganos de ajuste del dispositivo de regulación Fallo a nivel de conector (desgarro, fugas) Obstrucción (bloqueo) Retorcimiento Modificación de detección o de las características de salida Fallo de la amortiguación de fin de recorrido Aflojamiento de la unión émbolo/vástago Subida de presión Fallo de presión Fallo de la red eléctrica Leyenda No es relevante para este componente La ausencia de fallos en este componente queda garantizada sólo en parte (v. norma DIN EN ISO ) La ausencia de fallos no queda garantizada para este componente (fallo peligroso detectado) DC 1 = (fallo total peligroso) DC avg = DC 1 DC + 2 DC N MTTF d1 MTTF d2 MTTF dn MTTF d1 MTTF d2 MTTF dn 17

18 Cálculo del Mean Time To Failure (MTTF d ) El tiempo medio hasta un fallo peligroso (Mean Time To Failure o MTTF d ) se calcula primero para cada canal redundante. A continuación, se calcula un valor MTTF d total a partir de los valores de los dos canales. Este valor se expresa en tiempo (p. ej., en años), y proporciona un dato sobre la calidad de la función de seguridad. Según la norma, se distinguen tres niveles al evaluar la protección: bajo, medio y alto. Entrada Señal de entrada Señal de mando Valores característicos de vida útil de los productos relevantes Salida B 10 Datos de la aplicación MTTF d MTTF d MTTF d 1 = N 1 MTTF d i=1 MTTF d,i Evaluación MTTF d Baja 3 años MTTF d < 10 años Media 10 años MTTF d < 30 años Alta 30 años MTTFd < 100 años Fuente: DIN EN ISO , capítulo

19 Valor B 10 Definición: Momento en el que, estadísticamente, el 10% de las muestras han fallado (los valores se calculan de acuerdo con la norma DIN EN ISO 19973). Según la definición, en este momento ya ha fallado el 10% de las muestras de ensayo. Así, un componente también puede fallar antes de que se alcance el valor B 10. La vida útil no puede garantizarse. Fallos peligrosos: En lo que respecta a la seguridad de las máquinas/a la directiva de máquinas/a la norma DIN ISO , sólo son relevantes los fallos peligrosos. Si un fallo es peligroso o no, depende de la aplicación correspondiente.. Si no existen o no es posible proporcionar datos sobre el número de fallos peligrosos, la norma DIN ISO permite estimar peligroso uno de cada dos fallos. Se puede suponer que B 10 d = 2*B 10 : B 10 : Probabilidad estadística de fallo B 10 d : Probabilidad estadística de fallo peligroso Para qué productos se necesita un valor B 10 d? Para todos los productos que sufren desgaste, que se utilizan en piezas relacionadas con la seguridad de un sistema de mando y que contribuyen directamente a ejecutar la función de seguridad, por ejemplo, válvulas, cartuchos de bloqueo. Esto no es aplicable a racores, tubos flexibles, escuadras, sujeciones, etc. Para qué productos se necesita un valor MTTFd? Para todos los productos que se utilizan en piezas relacionadas con la seguridad de un sistema de mando y que contribuyen directamente a ejecutar la función de seguridad, por ejemplo, sistemas de mando, nodos de bus de campo; aquellos que sirven para detectar situaciones peligrosas; sensores (canal de comprobación de categoría 2). Se necesita un valor MTTF d o B 10 para los componentes que se utilizan para controlar piezas relacionadas con la seguridad de los sistemas de mando? No para las SRP/CS de categorías 3 y 4. Sí para las SRP/CS de la categoría 2 en el canal de comprobación. Cálculo del valor MTTF d a partir del B 10 d El valor MTTF d depende de la aplicación, y define el tiempo que transcurre de media hasta que se produce un fallo peligroso en una pieza de la instalación. Siendo: Fórmula para calcular el valor MTTF d de un elemento mecánico en un canal MTTF d = B 10 d 0,1 n op B 10 d [ciclos] = número medio de ciclos hasta que en el 10 % de los componentes se producen daños peligrosos. B 10 d = 2xB 10 Número medio de accionamientos anuales n op del elemento mecánico n op = d op h op 3600s/h t cycle hop [h/d]: horas de utilización/día dop [d/anno]: días de utilización/año tcycle [s]: tiempo de ciclo Cálculo total del MTTF d para dos canales distintos 2 MTTF = d 3 MTTF dc1 + MTTF dc2 1 MTTF dc MTTF dc2 MTTF dc1 y MTTF dc2 : Valores para dos canales con redundancias distintas. Si el MTTFd de un canal es superior a 100 años, se sigue calculando con 100 años. 19

20 Valores característicos de la técnica de seguridad: bibliotecas de Sistema Sistema: el software del Instituto alemán de seguridad ocupacional (IFA) El asistente del software SIS- TEMA (seguridad de sistemas de mando de máquinas) ofrece ayuda para valorar la seguridad de SRP/CS en conformidad con la norma DIN EN ISO La herramienta de Windows simula la estructura de las partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad (SRP/CS, Safety-Related Parts of a Control System) basándose en las denominadas arquitecturas tipo y calcula los valores de fiabilidad a diferentes niveles de detalle incluyendo el nivel de prestaciones (PL) alcanzado. El software se puede descargar de manera gratuita en el siguiente enlace: ifa/de/pra/softwa/sistema/ index.jsp Banco de datos del software Sistema de Festo El software Sistema es simplemente una herramienta concebida para realizar evaluaciones de seguridad. Para ayudarle a llevar a cabo estas evaluaciones, incluye bancos de datos con información sobre los productos y las soluciones relevante para la seguridad. una gran cantidad de bibliotecas. Las bibliotecas sobre los valores característicos de seguridad de Festo se pueden descargar en la página de web de Festo: sicherheitstechnik En la página web del IFA hay 20

21 Opciones de diagnóstico en la neumática Verificación de plausibilidad Un PLC comprueba si ha habido un intercambio de señales dentro de un periodo t determinado, y si se ha producido el cambio de estado deseado. La comprobación de la verosimilitud detecta defectos debidos a diferentes causas Las bobinas magnéticas, el elemento final o el pulsador generan una señal Elemento conmutador de energía, aquí, la válvula Interruptores de cilindros (S1, S2) Sistemas de medición de recorrido Cambio de estado De 0 a 1 o de 1 a 0 Verificación de plausibilidad t PLC Sensores de presión Medidores de caudal Sensores P. ej., el cambio de la posición de conmutación se puede registrar con la detección de la posición del émbolo, el sensor de presión, el detector de final de carrera, el sistema de medición de recorrido, el caudalómetro o los sensores. Señal de salida Detección de la posición de conmutación Estado 1 t t Señal ( bobina, elemento final de control, pulsador) Sensor (detección de la posición del émbolo, sensor de presión, detector de final de carrera, medidores de caudal, palancas con rodillo) 21

22 Efecto de los impulsos de prueba en las electroválvulas Los módulos de salida sin fallos de los mandos de seguridad y de los aparatos electrónicos de conexión de protección activan estímulos en sus salidas para llevar a cabo el diagnóstico. Estos estímulos sirven para detectar contactos entre dos canales o para comprobar el funcionamiento de las salidas y su aptitud para la desconexión. Los estímulos tienen una amplitud de impulso variable (en función del fabricante), de hasta varios milisegundos. Así, por ejemplo, un fabricante de sistemas de mando desconecta sus salidas con una señal de conexión (ON) durante un periodo de varios milisegundos. Con una señal de desconexión (OFF), las salidas se desconectan hasta 4 ms para comprobar si éstas pueden desconectarse con seguridad si así lo solicita una función de seguridad. 22 Cómo reacciona una electroválvula a estos estímulos? Si una electroválvula se conecta a una salida sin defectos, suele ocurrir que los estímulos hacen centellear los LED de la electroválvula al ritmo de los impulsos y se oye un clic en la electroválvula. Esto demuestra inequívocamente que los estímulos afectan a la electroválvula. Muchas electroválvulas modernas se componen de un sistema magnético que controla una válvula de pilotaje a través de un inducido. A su vez, la válvula controla el nivel principal, que sirve para controlar los actuadores. Aunque los tiempos de conmutación de la conexión y de la desconexión, expuestos en las especificaciones técnicas, son considerablemente más largos que la duración de los estímulos, el inducido reacciona mucho antes. En algunas electroválvulas, reaccionan ya a intervalos de 0,1 ms o más. La electroválvula se desconecta involuntariamente cuando se emite una señal de conexión (ON)? Por lo general, esta reacción en el inducido significa que la fuerza de mantenimiento del inducido se reduce. Como consecuencia, las condiciones desfavorables por vibraciones y golpes en la máquina pueden causar una desconexión involuntaria de la válvula de pilotaje y, por lo tanto, de la válvula de trabajo. La electroválvula se conecta involuntariamente cuando se emite una señal de desconexión (OFF)? La activación con estímulos positivos de varios milisegundos hace que los LED del sistema magnético centelleen al ritmo de los estímulos, pero raramente que se conmute la electroválvula. En algunas electroválvulas, el inducido reacciona desde los 0,4 ms. Es decir, el inducido del sistema magnético, que controla la válvula de pilotaje de dichas electroválvulas, se mueve. Por lo general, esta reacción en el inducido significa que la fuerza de arranque del inducido se reduce. Como consecuencia, las condiciones desfavorables por vibraciones y golpes en la máquina pueden causar una desconexión involuntaria de la válvula de pilotaje y, por lo tanto, de la válvula de trabajo. Sigue estando mi sistema de mando en conformidad con la Directiva de máquinas? Su máquina sigue estando en conformidad con la Directiva de máquinas de la CE si cumple los requisitos esenciales de seguridad y de salud en ella expuestos. No habría peligro aunque la desconexión de la electroválvula fuese el estado seguro de la función en las SRP/CS. Resumen: Festo ha realizado todas las mediciones en las peores condiciones. En el caso de la desconexión, con una presión y una tensión de salida mínimas. Al aproximar los valores de la presión y de la tensión de salida a los límites superiores, la sensibilidad de las electroválvulas se reduce. En el caso de la conexión, esto se ha aplicado a la inversa. En conclusión, el uso

23 de nuestras electroválvulas en salidas sin defectos no cumple en todos los casos el uso previsto de nuestras electroválvulas. Los movimientos mínimos que provocan los estímulos pueden causar el envejecimiento del sistema magnético. A su vez, esto puede afectar negativamente al ciclo de vida de la electroválvula. Qué alternativas existen para la operación segura de las electroválvulas? Asegúrese siempre de cumplir las especificaciones técnicas indicadas en la ficha técnica o en la información para la utilización. Si es posible, desconecte los estímulos. Tenga en cuenta los valores MTTF de la salida sin defectos para calcular la probabilidad de fallo de la parte del sistema de mando relacionada con la seguridad (SRP/ CS). Compruebe si se sigue alcanzando el nivel de seguridad de su SRP/CS al desactivar los estímulos de la salidas sin defectos. El MTTF de la cadena de mando completa debe coincidir con el MTTF requerido. Esta solución es sencilla, práctica y, sobre todo, no requiere invertir tiempo adicional. Controle la electroválvula mediante una salida sin impulsos de un PLC estándar. Conmute, por ejemplo, un contacto de trabajo de un relé de desconexión de seguridad (que garantice la función de seguridad en caso de solicitación) entre la electroválvula y la salida. Desacople la electroválvula de los estímulos controlándola mediante un contacto de relé alimentado por una tensión no pulsada. El relé es controlado por la salida segura (aquí también debe observar los estímulos). Utilice abrazaderas de filtro montadas lo más cerca posible de la electroválvula para filtrar los estímulos. La longitud o la sección del cable utilizado tienen un efecto amortiguador (como un condensador) en la reacción de la electroválvula al estímulo: un cable corto tiene un efecto negativo (el estímulo llega íntegro a la bobina de la electroválvula); un cable largo tiene un efecto positivo (el estímulo llega amortiguado a la bobina de la electroválvula). Cómo obtengo la duración máxima del impulso de una electroválvula? Póngase en contacto con el fabricante de la electroválvula en la fase de diseño de una parte relativa a la seguridad de un sistema de mando y consulte la amplitud máxima admisible de impulso de los estímulos. 23

24 Determinación de fallos de causa común Fallo de causa común CCF (Common Cause Failure) N Medida contra CCF Puntos S 1 Separación / Aislamiento Separación física entre los caminos de las señales, p. ej., separación del cableado, distancias de aislamiento y pistas de fuga suficientes en tarjetas para circuitos impresos 15 2 Diversidad Se utilizan distintas tecnologías/diseños o principios físicos. p. ej., en el primer canal electrónica programable y en el segundo canal con cableado fijo, tipo de activación p. ej., presión y temperatura: medición de la distancia y de la presión p. ej., digitales y analógicos: componentes de distintos fabricantes 20 3 Diseño / Aplicación / Experiencia 3.1 Protección contra sobretensión, sobrepresión, exceso de corriente, etc Los componentes utilizados funcionan desde algunos años considerando las condiciones del entorno 5 4 Evaluación/análisis Se han analizado los resultados de un tipo de fallo y sus efectos para evitar fallos de causa común en la fase de diseño? 5 5 Competencia profesional / nivel de capacitación Han recibido los diseñadores y los operarios de las máquinas los cursos apropiados para detectar las razones y las consecuencias de los fallos de causa común? 5 6 Entorno 6.1 Compatibilidad electromagnética (EMC) Se ha verificado la compatibilidad electromagnética del sistema? (Por ejemplo, tal como se establece en las normas relevantes sobre productos) Otras influencias Se consideraron todos los criterios respecto a la resistencia frente a todas las condiciones relevantes del entorno, tales como temperatura, impactos, vibraciones, humedad (tal como se prevé en las normas relevantes)? Total [máx. posible: 100] Medidas para evitar los CCF, puntuación total S Exigencias cumplidas en un Puntuación total S 65 % o más Proceso fallido; se deben seleccionar medidas adicionales Menos del 65 % Qué fallos de causa común pueden producirse? Las medidas contra estos fallos se recogen en una escala de puntuación. Por cada una de las medidas enumeradas solo puede obtenerse la puntuación completa o cero. Es decir, si una medida se cumple solo parcialmente, se le atribuyen cero puntos. 24

25 Combinación o conexión en serie de SRP/CS para obtener un nivel de prestaciones total Las funciones de seguridad se pueden realizar conectando en serie varias SRP/CS. El nivel de prestaciones de cada SRP/CS es determinado por el usuario o, en el caso ideal, es especificado por el fabricante del componente en la hoja de características del componente con certificación. Diseño del usuario Selección de la arquitectura MTTF d Valor B 10 Sensores Utilización de componentes con certificado Diseño del usuario Selección de la arquitectura MTTF d Valor B 10 Utilización de componentes con certificado Diseño del usuario Selección de la arquitectura MTTF d Valor B 10 Actuadores Utilización de componentes con certificado Para determinar el PL global, debe determinarse el nivel de prestaciones más bajo para, a continuación, determinar el nivel PL global de acuerdo con la norma. Datos de aplicación nop Cobertura del diagnóstico 0 a 99 % Valor CCF Fallo de causa común Datos de aplicación nop Cobertura del diagnóstico 0 a 99 % Valor CCF Fallo de causa común Datos de aplicación nop Cobertura del diagnóstico 0 a 99 % Valor CCF Fallo de causa común PL a, b, c, d o e PL a, b, c, d o e PL a, b, c, d o e PL a, b, c, d o e PL a, b, c, d o e PL a, b, c, d o e Resultado parcial sensores Resultado parcial lógica Resultado parcial actuadores Calculado el constructor de la máquina Indicado por el fabricante PL Procedimiento simplificado para determinar el PL en SRP/CL con PL Para el alineamiento en serie, se determina el número de PL más bajo. Con este resultado y recurriendo a la tabla, es posible determinar el valor PL global. PL más bajo PLbajo Número de los PL más bajos Nbajo Sistema completo PL A,3 No autorizado 3 a b,2 a 2 b c,2 b 2 c d,3 c 3 d e,3 d 3 e 25

26 Componente de seguridad Qué es un componente de seguridad? Art. 2 c) 2006/42/CE Sirve para garantizar una función de seguridad Se comercializa por separado Si falla y/o no funciona correctamente, pone en peligro la seguridad de las personas, y puede ser reemplazado por componentes utilizados normalmente para el funcionamiento de la máquina. En la Directiva de máquinas de la CE se define cuándo un componente es de seguridad, esto depende de si se comercializa por separado. Por lo general, el término componente de seguridad no proporciona información alguna sobre el nivel de seguridad ni la fiabilidad de un componente. La Directiva de máquinas de la CE tampoco prescribe el uso de componentes de seguridad. En ella solo se describen los procedimientos de evaluación de la conformidad para componentes cuya definición coincide con la de los componentes de seguridad. Los fabricantes de los componentes de seguridad deben cumplir los procedimientos de evaluación de la conformidad para poder comercializar los componentes de seguridad en el EEE. Para el usuario, no hay diferencia entre implementar una función de seguridad con un componente de seguridad comprado o con una pieza relacionada con la seguridad de un sistema de mando desarrollada y evaluada por sí mismo según la norma EN ISO Qué diferencia hay entre un componente de seguridad y una pieza relacionada con la seguridad de un sistema de mando (SRP/CS)? La función de seguridad de un componente de seguridad la evalúa el fabricante de dicho componente. Una pieza relacionada con la seguridad de un sistema de mando (SRP/CS) se desarrolla por el fabricante de una máquina, y su nivel y función de seguridad se evalúan durante su fabricación. Ejemplos de componentes de seguridad Barrera fotoeléctrica Relé de desconexión de emergencia Interruptor de puerta de seguridad Unidad de mando de parada de emergencia Relé de seguridad Entran las válvulas con detección de la posición de conmutación dentro de la definición de válvula con detección de fallo? Deben comercializarse entonces como componentes de seguridad? No. La detección de la posición de conmutación puede emplearse para implementar una detección de fallo, pero sin la conmutación ni evaluación adicionales de un PLC no detecta el fallo. 26

27 Neumática Salida Entrada Salida Bloque de control bimanual Observaciones El bloque de control bimanual no es una solución de seguridad completa. Sin embargo, sí puede utilizarse como parte de una solución. Cat. PL DC Si se toma una serie de medidas adicionales, se puede utilizar en sistemas de categorías superiores. Todos los valores indicados son los valores máximos que se pueden alcanzar si las SRP/CS se utilizan y se conectan conforme a lo previsto. Símbolo de circuito 2 3 Canales 1 DIN EN 574 IIIA 1 1 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE Sí N. de artículo Tipo ZSB-1/8-B Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

28 Conmutación de las funciones de seguridad Salida Observaciones Utilizando dos sensores con el diagnóstico correcto, se puede asegurar una detección de posiciones segura. A continuación, es posible conmutar entre diferentes funciones de seguridad. Consulta mediante detectores Cat. 3 PL DC Utilización de dos sensores con el diagnóstico correcto d Media CCF >65 % Canales 2 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE No Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. Los interruptores disponen de uniones positivas, proporcionan seguridad de manipulación y son imperdibles. Ejemplo de aplicación: En el funcionamiento a dos manos, el cilindro se extiende hasta una posición no crítica a partir de la que no se requiere utilizar ambas manos. Aquí se puede soltar el interruptor de control bimanual. N. de artículo Tipo SAMH-S-N8-S-MK Kit de fijación (completo) SAMH-S-N8-L-MK Kit de fijación (completo) SAMH-S-N8-S-SC Cubierta (repuesto) SAMH-S-N8-L-SC Cubierta (repuesto) Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

29 Cilindro para el accionamiento de la puerta Salida Consulta mediante detectores Cat. 3 PL DC d Media CCF >65 % Canales 2 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE N. de artículo No Utilización de dos sensores con el diagnóstico correcto Tipo SAMH-S-N8-S-MK Kit de fijación (completo) SAMH-S-N8-L-MK Kit de fijación (completo) SAMH-S-N8-S-SC Cubierta (repuesto) SAMH-S-N8-L-SC Cubierta (repuesto) Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página 76. Observaciones Si se utilizan dos sensores con el diagnóstico correcto, la posición de la puerta de seguridad de accionamiento neumático se puede comunicar de forma segura (SAMH-S) y directa a través del actuador. Se puede prescindir de la consulta adicional a través del transmisor de posición EN Un cilindro abre la puerta de seguridad. Si la puerta está abierta, el cilindro no está en la posición inicial. Los transmisores de posición lo detectan, y la instalación permanece parada. Los interruptores son de manipulación segura, y están montados de manera que no se pueden perder. 29

30 Entrada Entrada Salida Regulador de simultaneidad Observaciones El regulador de simultaneidad no es una solución de seguridad completa. Sin embargo, sí puede utilizarse como parte de una solución. Cat. PL DC Canales 1 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE Si se toma una serie de medidas adicionales, se puede utilizar en sistemas de categorías superiores. No Especificaciones técnicas Presión de salida P2 L 0, bar L M Q Presión de entrada P1 1, bar Caudal hasta 1300 l/min Margen de temperatura 10 a +60 C Características especiales Válvula reguladora de presión con membrana, con dos ventilaciones secundarias para el ajuste de dos presiones de salida diferentes en un mismo equipo. La conmutación del valor bajo al alto se efectúa de forma eléctrica. Símbolo 1 2 N. de artículo Tipo LR-D-MINI-ZD-V24-SA LR-D-MINI-ZD-V24-UK-SA Tenga en cuenta el aviso legal de la página

31 Entrada Entrada Válvulas de seguridad MS6-SV-E y MS6-SV-E-ASIS Cat. 4 PL DC e Canales 2 Certificado Componente de seguridad MRL 2006/42/CE N. de artículo Alta, integrada, detección interna de la posición del émbolo IFA Sí Tipo MS6-SV MS6-SV-1/2-E-10V24-AD MS6-SV-1/2-E-10V24-AG MS6-SV-1/2-E-10V24-SO-AG UOS-1 Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente Conector multipolo NECA-S1G9-P9-MP Conector multipolo NECA-S1G9-P9-MP Conector multipolo NECA-S1G9-P9-MP3-SA MS6-SV-1/2-E-ASIS-SO-AG Especificaciones técnicas Tensión P 24 V DV L Q M Presión de servicio 3,5 a 10 bar Margen de temperatura 10 a +50 C Caudal (escape) hasta 9000 l/min Conector especial opcional NECA-MP3-SA El NECA-MP3-SA permite activar la MS6-SV con salidas orientadas a la seguridad. Las señales de activación EN1 y EN2 están separadas galvánicamente de la alimentación de la MS6-SV. La separación galvánica debe quedar garantizada mediante dos optoacopladores. Símbolo Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

32 Entrada Entrada Salida Válvulas de seguridad MS6-SV-C y MS9-SV-C Cat. 1 PL DC Canales 1 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE c Depende del diagnóstico No Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. Símbolo N. de artículo Tipo MS6-SV-1/2-C-10V MS9-SV-G-C-V24-S-VS MS9-SV-NG-C-V24-S-VS Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

33 Entrada Entrada Salida Válvula de cierre con detección de la posición del émbolo Nota La válvula de cierre con detección de la posición del émbolo no es una solución de seguridad completa. Sin embargo, sí puede utilizarse como parte de una solución. Cat. PL DC Canales 1 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE Si se toma una serie de medidas adicionales, se puede utilizar en sistemas de categorías superiores. Detección de la posición de conmutación No Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se integra correctamente en el sistema completo. Especificaciones técnicas Tensión 24 V DC L Q P Presión de funcionamiento 2, bar Margen de temperatura C Características especiales Con bobina del tipo MSSD-EB con conector de forma A, sin caja tomacorriente, con 3 márgenes de tensión seleccionables, detección de posiciones Pueden utilizarse sensores convencionales con contacto Reed para ranura en T: tipos SME-8M, SMT-8M, SME-8, SMT-8 Salida sin contacto o con contacto Reed Símbolo N. de artículo Tipo HEE-D-MIDI-...-SA HEE-D-MAXI-...-SA Tenga en cuenta el aviso legal de la página

34 Entrada Entrada Purga mediante válvulas antirretorno Dos canales En las soluciones de varios canales, compruebe siempre si todos los canales cumplen su propia función de seguridad. Diagnóstico El diagnóstico de los dos canales debe realizarse con el software. Cat. 3 PL DC d Media CCF >65 % Canales 2 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE No Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. Características especiales Las válvulas antirretorno requieren una diferencia de presión para descargar. Si se produce un fallo, puede quedar presión residual en el sistema. En este caso, debe comprobarse si el circuito se puede utilizar en la aplicación. Función de seguridad Con este circuito se purgan las dos cámaras del cilindro por los dos canales. Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

35 Entrada Entrada Válvula de arranque progresivo y de escape, tipo VABF De dos canales En las soluciones de varios canales, compruebe siempre si todos los canales cumplen su propia función de seguridad. Cat. 3 PL DC CCF >65% Canales 2 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE d En combinación con una segunda válvula de vías Presurizar Detección de la posición de conmutación No Protección de la instalación contra una nueva puesta en marcha Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. Función de seguridad El esquema neumático representado muestra un ejemplo básico. La función válvula de arranque progresivo y otras funciones de válvulas pueden configurarse en el terminal de válvulas VTSA. El presostato para controlar el estado descargado debe atornillarse por separado. El cálculo de los PL deben adaptarse en correspondencia. La válvula de arranque progresivo no es una solución de seguridad completa por sí sola. La protección contra el accionamiento manual auxiliar accidental debe garantizarse en todos los modos de funcionamiento. Diagnóstico El diagnóstico de ambos canales debe llevarse a cabo con el software del mando de la máquina del cliente. N. de artículo Tipo VABF-S6-1-P5A4-G P Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

36 Entrada Entrada VOFA: válvula de seguridad para prensas de 5/2 vías Símbolo de circuito Cat. 4 PL DC CCF >65% Canales 2 Certificado Componente de seguridad MRL 2006/42/CE e Detección de la posición de conmutación con un interruptor de proximidad inductivo PNP/NPN IFA Sí Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se integra correctamente en el sistema completo. Diagnóstico El diagnóstico mediante la evaluación de las señales de activación y retorno debe realizarse con el software Para analizar las señales de retorno debe integrarse una unidad de control de la máquina. N. de artículo Denominación Versión VOFA-L26-T52-M-G14-1C1-APP Bloque de control completo 2 x 5/2, conector eléctrico individual, sensor PNP VOFA-L26-T52-M-G14-1C1-ANP Bloque de control completo 2 x 5/2, conector eléctrico individual, sensor NPN Característica Característica En la referencia figura SP En la referencia figura "SP" Bloque de control completo 2 x 5/2, integración en terminal de válvulas VTSA, sensor PNP Bloque de control completo 2 x 5/2, integración en terminal de válvulas VTSA, sensor NPN Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página

37 Entrada Entrada Parada con válvulas de cierre Observaciones Compruebe siempre si, en las soluciones de varios canales, todos los canales cumplen correctamente su propia función de seguridad. Si el aire comprimido encerrado puede suponer un peligro, deben tomarse medidas adicionales. En el estado seguro no entra ni sale más aire. Cat. PL DC 3 d Media CCF >65% Canales 2 Componente de seguridad MRL 2006/42/CE No Todos los valores indicados son valores máximos que se pueden alcanzar si el componente se utiliza correctamente. La evaluación del diagnóstico debe efectuarse con el soporte lógico. El cilindro se detiene con aire comprimido. Por lo tanto, en el sistema todavía queda energía acumulada en forma de aire comprimido. Deben tomarse medidas adicionales para poder purgar las cámaras de los cilindros si fuera necesario. Tras detenerse, el cilindro puede moverse en función de las fugas de los componentes individuales. Ello puede provocar un escape del aire de las cámaras de los cilindros. Tenga esto en cuenta también para la nueva puesta en marcha. Para obtener información detallada, consulte las fichas técnicas de los distintos productos. Tenga en cuenta el aviso legal de la página