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Segurança intrínseca 2004
Maurício Franco 1
Segurança intrínseca 2004
SEGURANÇA INTRÍNSECA- PROTEÇÃO CONTRA EXPLOSÃO -
1 –Introdução Desde que começou a produzir o fogo o homem vem se aprimorando na ciência de dominá-lo, a fim de que essa importantíssima ferramenta não se torne uma arma contra quem a usa. Ao armazenar madeira seca para usar como lenha já houve a necessidade de evitar que o fogo a atingisse, e na medida em que a quantidade de madeira armazenada cresceu o risco de incêndio cresceu também.
Quando passou a produzir carvão mineral e especialmente ao cavar minas para retirar carvão o risco aumentou e muito. No ambiente das minas havia não só o risco de incêndio mas também o risco de explosão por causa do pó e dos gases comuns nas minas denominados grisu. A suspensão de poeira de carvão e a presença de grisu não exigia uma chama para dar início à combustão: bastava uma fagulha para produzir o início de uma queima violenta do pó em suspensão.
Entre 1911 e 1913 diversos acidentes em minas de carvão na Inglaterra chamaram atenção para uma importante fonte de início de combustão: a fagulha elétrica.
Os estudos a respeito das causas e possíveis formas de evitá-las fez nascer a Segurança Intrínseca.
Para servir como fonte de conhecimentos básicos sobre essa importante e extensa área do conhecimento é que se escreveu essa apostila.
2 - Conceitos preliminares
Combustão: Propagação da reação química de oxidação exotérmica de um combustível.
Atmosferas explosivas: Podem ocorrer em determinadas áreas a mistura de gases, vapores ou poeiras inflamáveis com o ar que, em proporções adequadas, formam atmosferas explosivas.
A concentração é muito importante pois um gás ainda que muito inflamável não entra em combustão se não houver oxigênio bastante. Por outro lado se houver oxigênio demais o gás também não entra em combustão.
Área: Espaço limitado onde há risco de explosão (presença de atmosfera explosiva). É também conhecida como área classificada. Não é necessário que o espaço seja limitado fisicamente, de forma que podem haver diferentes classificações quanto ao risco de explosão em uma área aberta.
Deflagração: É uma reação química exotérmica que acontece com velocidade de combustão na ordem de cm/s em uma atmosfera explosiva e não ocorre sem que haja a ignição. Essa forma de combustão é a mais lenta de todas e ocorre quando a concentração está próxima dos pontos limites de explosividade, LEL e UEL, vistos mais adiante.
Explosão: Idem à deflagração, só que com velocidade na ordem de m/s
Detonação: Idem à explosão, só que com velocidade de combustão na ordem de km/s. Essa forma é a mais violenta das combustões e ocorre no ponto de concentração mais favorável à combustão ou seja próxima do ponto MIE visto posteriormente.
Ignição: É o início da combustão causada em uma mistura explosiva pelas possíveis fontes: Chama, Centelhamento, Efeito Térmico (superfícies quentes), Compressão / ondas de choque e Luz.
A ignição por compressão necessita de uma brusca variação na pressão de modo a causar também uma brusca variação de temperatura, conforme explica a lei dos gases, PV= RT, onde um aumento de pressão leva a um aumento de temperatura, mantendo-se o volume constante.
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Já a ignição por luz é muito rara e normalmente esta luz está fora da faixa visível. Aqui o processo de ignição pode ser Fotoquímico (combinação elétron - lacuna) ou Fototérmico (agitação molecular pelos fótons). Como exemplo podemos citar a mistura Clorine, Hidrogênio e Ar.
Energia de ignição: Seja qual for a fonte de ignição, esta sempre deverá energizar as moléculas da mistura a ponto de desencadear a reação química de oxidação da mesma. Energias muito baixas dissipam-se sem conseguir dar início à reação. Há portanto uma energia mínima para conseguir a ignição. Tal energia varia com diversos fatores como concentração da mistura, temperatura, concentração de oxigênio no ar comburente, pressão e tipo do gás.
Limites de Ignição: Existe um ponto ótimo de concentração de uma mistura para o qual ela se torna o mais combustível possível, o que significa que com uma energização mínima já se dá a ignição. Este ponto de concentração é denominado MIE (minimum ignition energie)
Há por outro lado concentrações ricas (pouco comburente, muito combustível) acima das quais, pela falta de oxigênio, não é possível se dar a ignição por mais que se energize a mistura: é a chamada concentração máxima para explosão. O ponto de tal concentração é chamado UEL (upper explosivity limit)
Há também concentrações pobres (pouco combustível, muito comburente) em que não se pode provocar a ignição pois não há combustível bastante. Essa concentração mínima para a ignição apresenta-se no gráfico no ponto denominado LEL (lower explosivity limit).
Substância Limite inferior
LEL (vol %)
Melhor concentração
MIE (vol %)
Limite superior
UEL (vol %)
ACETILENO 2,3 8,5 78
HIDROGÊNIO 4,0 27 77
GAS NATURAL 4,0 13,0
METANO 4,4 8,2 16,5
PROPANO 1,7 4,2 10,9
ETILENO 2,3 6,5 32,4
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O gráfico a seguir mostra a relação entre concentração e energia de ignição de duas misturas.
CONCENTRAÇÃO DO VOLUME ( % )
0,01
0,1
1
3010 50 70 90 100LEL UELMIE 27%
MIE 4,2%
EN
ER
GIA
D
E
IGN
IÇ
ÃO
(m
J)
PROPANO
HIDROGÊNIO
ACETILENO
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Temperatura de ignição espontânea: É a mais baixa temperatura na qual uma mistura sofre ignição sem atuação de uma fonte de ignição externa.
Número de evaporação: Indica o tempo que um líquido necessita para evaporar (ou vaporizar) completamente sem resíduos quando comparado com o éter (NE=1).
Difusão: Mistura espontânea de gases ou vapores com o meio.
Convecção: Mistura de gases ou vapores com o meio através de correntes de ar
Flash-Point de uma mistura: Temperatura ambiente na qual uma mistura (gás ou vapor e ar) se torna inflamável, porém sem capacidade para continuar a combustão. Essa mistura advém da vaporização de um líquido inflamável. É chamado também ponto de fulgor
Ponto de combustão: Temperatura ambiente, acima do Flash-Point, onde a combustão é mantida caso haja uma ignição.
MIC (Minimum Ignition Current): menor valor de corrente elétrica que flui em uma chave no instante imediatamente anterior ao instante em que tal chave se abre e que pode produzir fagulhamento capaz de iniciar a combustão da atmosfera explosiva.
Consideremos para análise o circuito a seguir (Fig. 1), onde R, L e C representam a resistência, indutância e capacitância equivalentes de um circuito elétrico qualquer, V é a tensão de alimentação instantânea e CH é um contato mecânico colocado na área explosiva (área classificada).
A MIC do circuito é definida como a mínima corrente instantânea, i, que circula na chave CH, exatamente antes do momento de abertura da mesma, que pode causar um centelhamento de magnitude suficiente para provocar a ignição da atmosfera explosiva. Tal valor serve como referência sobre o grau de periculosidade de uma mistura.
Sendo assim, podemos concluir que a MIC varia com o próprio tipo de circuito, ou seja, com os valores de R, L, C e V. A MIC também varia com a freqüência da tensão V (maior freqüência = maior MIC), com a qualidade dos contatos (melhor contato = menor MIC) e com a velocidade de separação dos contatos (maior velocidade = menor MIC, o que vai na contramão dos esforços de aperfeiçoamento nas técnicas de chaveamento).
Fig.1 - Circuito para determinação da MIC.
MESG (Maximum Experimental Safe Gap): Fator determinante do grau de periculosidade de uma mistura explosiva, o MESG é a distância máxima indicada na figura 2 seguinte, na qual a combustão da mistura contida na parte interior da câmara de explosão não é propagada para a câmara exterior, sendo que a ignição é causada por um eletrodo, estando a mistura na proporção ideal de explosão.
Para Gaps maiores que o MESG a detonação se propaga da câmara interior para a câmara exterior.
Fig. 2 - Câmara de explosão para determinação do MESG
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Para ilustração, a tabela a seguir mostra alguns gases em suas quantidades ideais de mistura com o ar, expressas na porcentagem do gás por unidade de volume de ar (%/V) e os respectivos valores do MESG expressos em milímetros (mm):
GÁS CONCENTRAÇÃO (%/V) MESG (mm)
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Metano 8.2% 1.14
Propano 4.2% 0.92
Hexano 2.5% 0.93
Ciclohexano 3.0% 0.95
Metanol 11.0% 0.92
Etileno 6.5% 0.65
Acetileno 8.5% 0.37
Hidrogênio 27, 0% 0.29
3 - Possibilidade de explosão
O risco de explosão existe se ocorrer simultaneamente:
A presença de um material inflamável, em condições normais de operação ou em caso de falhas, no local onde se encontra a fonte de ignição.
Estado, concentração e quantidade do material inflamável de forma que possa se formar a atmosfera explosiva. Existência de uma fonte de ignição com energia elétrica ou térmica suficiente para causar a ignição da atmosfera explosiva. Possibilidade da atmosfera explosiva alcançar a fonte de ignição.
Observações
Só ocorrerá uma explosão se estiverem presentes substâncias inflamáveis no processo de trabalho ou de produção, ou seja, se for utilizada pelo menos uma substância inflamável como matéria-prima ou auxiliar, ou se surgir pelo menos uma substância inflamável como produto residual, intermediário ou final, ou ainda se for possível a formação de pelo menos uma substância inflamável em conseqüência de uma falha habitual.
Exemplo: As substâncias inflamáveis podem também surgir de modo não intencional, por exemplo quando se armazenam ácidos fracos ou soluções alcalinas em recipientes de metal. Neste caso pode formar-se hidrogênio por reação eletroquímica, o qual se pode acumular na fase gasosa.
Substâncias e preparações (ainda) não classificadas mas que preencham os critérios de inflamabilidade ou que, de um modo geral, devam ser consideradas inflamáveis.
Exemplos:
1. Gases e misturas de gases inflamáveis, por ex.: gás liqüefeito (butano, buteno, propano, propeno), gás natural, gases de combustão (monóxido de carbono ou metano) ou diversas substâncias químicas gasosas inflamáveis (acetileno, óxido de etileno ou cloreto de vinilo, por ex.).
2. Líquidos inflamáveis, como, por ex., solventes, combustíveis, petróleo, fueloil, óleos lubrificantes ou óleos usados, vernizes, substâncias químicas insolúveis em água ou hidrossolúveis.
3. Poeiras de matérias sólidas inflamáveis, por ex. carvão, madeira, alimentos para consumo humano ou animal (açúcar, farinha ou cereais, por exemplo), matérias plásticas, metais ou substâncias químicas.
Nota: Algumas substâncias dificilmente inflamáveis em condições normais são explosivas em mistura com o ar quando a dimensão das partículas é suficientemente pequena ou a energia de ignição suficientemente elevada (poeiras de metais e aerossóis, por exemplo. Partículas menores que 0,5m).
Na avaliação dos riscos de formação de atmosfera explosiva devem ser observadas as várias formas de operação de cada uma das partes do processo e das suas instalações como principalmente:.
_ condições de funcionamento normais, incluindo trabalhos de manutenção,_ arranque/paragem,_ mau funcionamento e falhas previsíveis,_ uma má utilização razoavelmente previsível.
Os riscos de explosão devem ser avaliados globalmente. São elementos importantes:
_ os equipamentos de trabalho utilizados,_ as características de construção,_ as substâncias utilizadas,_ as condições de trabalho e especificidade dos processos,_ as possíveis interações entre estes elementos, bem como as interações com o ambiente de trabalho.
Em tais avaliações devem ser levados em conta detalhes que alteram os riscos de explosão:
O aumento de temperatura afasta os limites de explosividade O aumento de pressão também afasta tais limites e além disso multiplica a amplitude da onda de pressão resultante da
combustão, que é praticamente diretamente proporcional à pressão ambiente da atmosfera explosiva. A concentração de oxigênio reduz a energia necessária à ignição da atmosfera explosiva
4 – Proteção primária contra a explosão
Evitar líquidos ou vapores ou gases que possam formar atmosferas explosivas Variar a concentração da mistura; Desativação: mistura de substâncias inertes não explosivas ( nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água, etc); Ventilar;
5 - Classificação das áreas com atmosferas explosivas
Para a classificação de uma determinada área são analisados os seguintes parâmetros:
Quantidade e freqüência com que se apresenta a atmosfera explosiva; O tipo de material e suas características como MIE (menor energia de ignição), MIC (Mínima corrente de ignição) e
MESG (Máximo gap, ou interstício, experimental seguro) entre outros; A temperatura de ignição espontânea da mistura.
A análise de todos esses itens são necessários para que se defina a quantidade de energia máxima que se possa manipular sem que ocorra a ignição da atmosfera explosiva.
5.1 - Classificação segundo a legislação européia (IEC), adotada pela legislação brasileira (ABNT)
Esta legislação prevê o agrupamento das atmosferas explosivas em zonas e grupos e também através da temperatura de ignição expontânea da mistura.
Zonas: A classificação segundo as zonas baseia-se na freqüência e duração com que ocorre a atmosfera explosiva.
Zona 0 - ocorre atmosfera explosiva sempre ou por longos períodos. (mais perigosa)
Zona 1 - provável que ocorra atmosferas explosivas em condições normais de operação ( ocasionalmente).
Zona 2 - área onde é improvável o aparecimento da atmosfera explosiva em condições normais de operação ou, quando ocorre, é por curtos períodos ( raramente).
Zona 20 - ocorre atmosfera explosiva sempre ou por longos períodos, formada por poeiras combustíveis. (mais perigosa das atmosferas de poeira)
Zona 21 - ocorre atmosfera explosiva freqüentemente, formada por poeiras combustíveis.
Zona 22 - ocorre atmosfera explosiva raramente em condições de anormalidade, formada por poeiras combustíveis.
Classificação especial para centros cirúrgicos
Zona G (Enclosed medical gas system) - ocorre em centros cirúrgicos com gases analgésicos durante longos períodos.
Zona M (Medical environment) - ocorre em centros cirúrgicos em pequenos volumes com substâncias analgésicas ou anti-sépticos em curto espaço de tempo.
Grupos: A classificação segundo os grupos baseia-se no grau de periculosidade dos materiais.
Grupo I - ocorre em minas subterrâneas, onde há a existência de grisu (mistura de ar com metano). Estão nesta categoria as indústrias que processam o carvão com atmosfera de grisu ainda que instaladas na superfície;
Grupo II - ocorre em indústrias de superfície (químicas ou petroquímicas) e subdivide-se em:
Grupo II A – (menos explosivos) ocorre em atmosfera explosiva onde prevalece os gases da família do propeno.
Grupo II B - ocorre em atmosfera explosiva onde prevalece os gases da família do etileno.
Grupo II C – ocorre em atmosfera explosiva onde prevalece os gases da família do hidrogênio, incluindo-se o acetileno. (mais perigosa)
Temperatura: A temperatura de ignição expontânea da mistura classifica-se em:
T1 - 450 graus centígrados;
T2 - 300;
T3 - 200;
T4 - 135;
T5 - 100;
T6 - 85. (mais perigosa)
5.2 - Classificação segundo a legislação americana (NEC)
Esta legislação prevê o agrupamento das atmosferas explosivas em classes, divisões, grupos e temperaturas.
Classes: A classificação segundo as classes baseia-se na natureza dos materiais.
Classe I - mistura de gases ou vapores com o ar.
Classe II - mistura de poeira combustível com o ar.
Classe III - mistura de fibras em suspensão no ar (fácil ignição).
Divisão: A classificação segundo a divisão baseia-se na freqüência e duração que ocorre a atmosfera explosiva.
Divisão 0 - ocorre a atmosfera explosiva sempre ou por longos períodos (ainda não oficializada pela norma americana).
Divisão 1 - provável que ocorra a atmosfera explosiva em condições normais de operação ou em reparos freqüentes. (mais perigosa)
Divisão 2 - área onde não é provável o aparecimento da atmosfera explosiva em condições normais de operação ou, se ocorrer, é por curtos períodos. Por exemplo em caso de ruptura de equipamento, falha no sistema de ventilação ou em áreas adjacentes à divisão 1.
Grupos: A classificação segundo os grupos baseia-se no grau de periculosidade dos materiais.
Grupo A - ocorre em atmosferas explosivas onde prevalecem os gases da família do acetileno. (mais perigosa)
Grupo B - ocorre em atmosferas explosivas onde prevalecem os gases da família do hidrogênio.
Grupo C - ocorre em atmosferas explosivas onde prevalecem os gases da família do etileno (vapores de éter-etílico, ciclo propano).
Grupo D - ocorre em atmosferas explosivas onde prevalecem os gases da família do propano (gasolina, hexano, nafta-benzina-butano, álcool, acetona, solventes e vernizes).
Grupo E - poeiras de metais combustíveis (poeiras de alumínio, magnésio, etc com .resistividade menor que 105cm)
Grupo F - poeiras de carvão (poeiras condutoras de carvão mineral ou vegetal, coque, negro de fumo, etc).
Grupo G - poeiras de grãos depositadas e não condutoras ( farinha, amido e outras ou algodão, estopa, rayon, pó de serragem, pó de cortiça, etc com .resistividade maior que 105cm)
Obs.: Os equipamentos de segurança intrínseca se trabalharem em atmosferas de poeira combustível devem ter invólucro IP-6X, pelo risco de acúmulo de poeira em seu interior. Devem portanto ser estanques à poeira.
Temperatura : É a classificação segundo a temperatura de ignição expontânea da mistura em graus centígrados:
T1 - 450 graus centígrados;
T2 - 300; T2A - 280; T2B - 260; T2C - 250; T2D - 215;
T3 - 200; T3A - 180; T3B - 165; T3C - 160;
T4 - 135; T4A - 120;
T5 - 85. (mais perigosa)
Obs.: Os equipamentos de segurança intrínseca se trabalharem em atmosferas de poeira combustível devem obedecer ao seguinte padrão:
Em classe I (grisu) a temperatura deve ser limitada a 450oC
Em classe II grupos E e F : 200oC ;
Em classe II grupo G ou classe III: 165 oC
Mina: classe II grupo G (pó de carvão) a temperatura limite é 150oC
5.3 - Equivalência entre as legislações
Vários são os critérios empregados na elaboração das normas e leis, porém tais critérios visam ao mesmo fim e, portanto, produzem resultados equivalentes.
A tabela abaixo mostra a equivalência entre as normas Européia e Americana no que diz respeito à divisão de áreas:
LEGISLAÇÃO AMERICANA/ LEGISLAÇÃO EUROPÉIA ( quanto à periodicidade)
LEGISLAÇÃO AMERICANA/ LEGISLAÇÃO EUROPÉIA (continuação, quanto ao grupo gasoso)
NEC IEC/NBR Condições
Divisão 1Zona 0 Longos períodos
Zona 1 Pode ocorrer, breves períodos , condições normais
Divisão 2 Zona 2 Só ocorre, breves períodos , condições anormais
NEC IEC/NBR Material
Grupo DGrupo I Metano (grisu)
Grupo IIA Propano
Grupo C Grupo IIB Eteno
Grupo BGrupo IIC
Hidrogênio
Grupo A Acetileno
6 - Tipos de proteção usadas em equipamentos elétricos utilizados em áreas classificadas
Os equipamentos elétricos a serem instalados em atmosferas explosivas requerem alguns passos a se tomar durante o projeto, fabricação e instalação desses equipamentos, de modo a evitar a ignição da atmosfera.
Essas características especiais irão definir os tipos de proteção:
6.1 - Powder Filling - Equipamento elétrico com enchimento de pó (Ex q):
Evita o contato de atmosferas explosivas com as partes perigosas do aparelho, através do enchimento do seu invólucro com areia. É usado em equipamentos que dissipam baixa potência, não possuem partes móveis e onde não ocorrem centelhamentos em regime normal de operação. No caso de falha (centelhas ou outra elevação de temperatura), a energia térmica não se propagará para o exterior.
Usada em leitos de condutores localizados no solo.
6.2 - Encapsulation - Equipamento elétrico encapsulado (Ex m):
Tem a mesma finalidade, aplicação e características do tipo anterior (Ex q), porém apresenta maior eficiência devido ao material utilizado para o encapsulamento oferecer maior vedação que a areia ou similar..
6.3 - Oil Immersion - Equipamento elétrico com imersão em óleo (Ex o):{ NBR 8601 }
Também com a finalidade de evitar o contato entre a atmosfera explosiva e as partes perigosas do aparelho, estas são total ou parcialmente imersas em óleo (tipicamente óleo mineral). É usado em equipamentos onde ocorrem centelhamentos em regime normal e que possuem partes móveis ou dissipam alta potência. Esse tipo de proteção é usado em transformadores
6.4 - Pressurized Apparatus - Equipamento elétrico pressurizado (Ex p): { NBR 5420 }
Tem a mesma finalidade, aplicação e características do tipo anterior (Ex o), porém apresenta maior eficiência no que tange a partes móveis. Aqui tipicamente são utilizados o ar, nitrogênio e outros gases inertes.
Tal pressurização, embora pouco acima da pressão atmosférica, exige um alto grau de estaqueidade do invólucro e por isso prefere-se na maior parte das vezes utilizar um sistema , chamado de “cem fluxo constante” no qual o ar é usado para pressurizar o equipamento que no entanto tem aberturas que permite a saída permanente do ar. Em qualquer caso é de boa prática a utilização de um sistema de alarme que anuncie a queda da pressão interna do equipamento.
Em salas de cirurgia, salas de controle, CCMs e painéis elétricos a pressurização com fluxo constante é muito utilizada.
Em casos em que o próprio equipamento ou sala produz a atmosfera explosiva, a pressurização com fluxo constante consegue promover uma diluição constante, mantendo as atmosfera com concentração abaixo do MIE da mistura.
6.5 - Increased Safety - Equipamento elétrico com segurança aumentada (Ex e): { NBR 9883 }
Tipo de proteção utilizada em equipamentos onde não ocorrem centelhamentos freqüêntes, mas há altas temperaturas no equipamento quando em condições de sobrecarga. Aqui a atmosfera explosiva se encontra em contato com as partes perigosas do equipamento, mas o tipo de construção (blindagens mecânicas, reforços, fatores de segurança aumentados, etc) prevê distúrbios e falhas evitando assim o sobreaquecimento e possível ignição. Este tipo é muito utilizado como complemento do tipo (Ex d). Por exemplo podemos citar luminárias, painéis e motores.
6.6 - Flameproof Enclosure - Equipamento elétrico a prova de explosão (Ex d): { NBR 5363 }
A atmosfera explosiva está em contato com o interior do equipamento, mas uma eventual ignição não se propaga ao exterior, pois o invólucro do aparelho não possui GAP suficiente para transmitir a combustão e pode suportar a pressão desenvolvida pela explosão. Como exemplo podemos citar a instalação de cabos dentro de tubos metálicos conectados a caixas a prova de explosão, exemplo este que é indispensável nas instalações de equipamentos como luminárias, motores e outros equipamentos de potência em áreas classificadas. As caixas à prova de explosão não podem ser instaladas em ambientes consigam levar a temperatura da caixa a valores superiores a 280oC para gases do grupo A e B, 160oC para gases do grupo C e 280oC para gases do grupo D (classificação IEC, americana).
6.7 - Intrinsic Safety - Equipamento elétrico intrinsecamente seguro (Ex i): { NBR 8447 }
A atmosfera explosiva se encontra em contato como o equipamento (ou parte dele), mas limita-se a energia do mesmo abaixo da mínima necessária à ignição, mesmo em caso de centelhamento, temperaturas excessivas, em regime normal ou em caso de falhas. É este o tipo de proteção mais utilizado e confiável.
6.8 - Conclusão:
De acordo como que foi visto até aqui, pode-se fazer uma tabela resumo do tipo de proteção utilizada em função da classificação da área:
CLASSIFICAÇÃO TIPO DE PROTEÇÃO / CÓDIGO
ZONA 0 Segurança Intrínseca / Ex ia ; Proteção especial para zona 0 / Ex s
ZONA 1 Qualquer tipo p/ zona 0; Segurança Intrínseca/ Ex ib ; À prova de explosão/ Ex d ; Segurança aumentada/ Ex e ;
Pressurizado/ Ex p ; Imerso em óleo/ Ex o ; Com enchimento de areia/ Ex q ; Proteção especial p/ zona 1 /Ex s
ZONA 2 Qualquer tipo p/ zona 1; Não Incendiáveis/ Ex n
Notas: As categorias Ex ia e Ex ib estão sendo discutidas no subitem 7.5 - Categorias de proteção, à frente.
Os códigos Ex s e Ex n são definições da norma brasileira para proteções especiais e proteções não-incendiáveis (não-acendíveis).
7 - Equipamento elétrico Intrinsecamente Seguro (Ex i)
7.1 - Características:
O principal fundamento da segurança intrínseca é manipular baixas energias elétricas e controlar o efeito térmico. Sua principal vantagem em relação a outros sistemas é de não permitir que ocorra a ignição, baseada em características de projeto e não baseada em conter a explosão.
No aspecto prático elimina os dutos e caixas metálicas, facilitando sua instalação e manutenção dos equipamentos de controle e instrumentação.
Os equipamentos elétricos intrinsecamente seguros dividem-se em dois grupos:
7.2 - Equipamentos Elétricos Intrinsecamente Seguros:
Equipamentos em que todos os circuitos são intrinsecamente seguros, ou seja, circuitos nos quais nenhuma centelha elétrica ou efeito térmico, produzido em condições de operação normal ou sob falhas, possua energia suficientemente capaz de causar ignição de uma dada atmosfera explosiva.
O equipamento intrinsecamente seguro é instalado na área classificada e não requer em sua instalação eletrodutos a prova de explosão ou pressurizados. São eles sensores de proximidade, termostatos, transmissores de pressão, etc.
7.3 - Equipamentos Intrinsecamente Seguros Associados:
São equipamentos que possuem circuitos intrinsecamente seguros e circuitos não intrinsecamente seguros conectados àqueles que podem afetar a segurança dos circuitos seguros conectados a estes últimos e, assim sendo, devem ser instalados fora da área classificada (ou dentro, se adicionados a outro tipo de proteção).
Como exemplo podem-se citar circuitos que possuem as barreiras de segurança tanto para contatos mecânicos ou sensores de proximidade quanto para os sinais analógicos de transmissores.
O equipamento intrinsecamente seguro associado é que permite que os equipamentos intrinsecamente seguros possam ser instalados na área sem colocá-la em risco mesmo que ocorra a abertura do circuito, curto circuito, ou contato à terra.
7.4 - Fundamentos:
Para a limitação de energia pode-se utilizar limitadores resistivos (Barreiras Zener) ou dispositivos eletrônicos limitadores de corrente (semicondutores).
A seguir está o esquema de uma Barreira Zener, que é um circuito destinado à conexão entre circuitos intrinsecamente seguros e não seguros, com a finalidade de limitação da energia enviada à área classificada.
.
ONDE:
R limita o valor da corrente na área explosiva (Ex i) no caso de curto circuito entre 3 e 4.
Z limita o valor da tensão enviada à área explosiva. O número de zeners é determinado pelo fator de segurança imposto para as categorias ia e ib como será visto no item 7.5 a seguir.
F tem como função proteger os zeners no caso de sobretensão nos pontos 1 e 2.
G ponto de aterramento que garante um caminho de retorno à terra para a corrente dos diodos zeners.
7.5 - Categorias de Proteção:
Define o nível de segurança de equipamentos eletrônicos intrinsecamente seguros ou parte do equipamento associado, determinado pelo número de falhas e fatores de segurança aplicados.
Define-se Falha como sendo um defeito em qualquer componente ou conexão entre componentes, dos quais a segurança intrínseca depende.
Categoria ia: Equipamento intrinsecamente seguro incapaz de provocar a ignição da atmosfera explosiva em operação normal, com até duas falhas e com os fatores de segurança aplicados:
- 1,5 para operação normal ou com uma falha;
- 1,0 para operação normal e duas falhas.
Categoria ib: Equipamento intrinsecamente seguro incapaz de provocar a ignição da atmosfera explosiva em operação normal ou com uma falha e com os fatores de segurança:
- 1,5 para operação normal e uma falha ;
- 1,0 para operação normal e uma falha auto-indicada (sinalização da falha através de alarme).
Barreira Zener típica
Área perigosa
F
ZÁrea segura
R
G
7.6 – Aterramento
O aterramento deve garantir:
- um caminho de baixa impedância para correntes de descargas atmosféricas;
- eqüipotencialização eletrostática entre a estrutura metálica ou solo e a carcaça do equipamento;
Na segurança intrínseca o aterramento garantirá a eficiência da barreira de zener na limitação da tensão que é enviada área classificada.
O padrão exige que a resistência medida entre qualquer ponto da linha de terra do circuito de segurança intrínseca e o ponto de ligação dessa linha com o terra deve ser menor que 1.
Visando a evitar que mais de uma parte do sistema tenha contato com o terra, deve haver uma isolação maior que 500V entre o circuito de segurança intrínseca e o ponto (único) de terra, exceto é claro no ponto de aterramento.
Não pode haver dois pontos de aterramento para evitar que, sendo de diferentes impedâncias, possam gerar, na ocorrência de altas correntes, diferenças de potencial perigosas ao sistema.
No caso de dois pontos de aterramento se fazerem necessários então o circuito deve ser separado por isoladores galvânicos, ficando um único ponto de aterramento para cada parte isolada.
7.6.1 Equipotencialidade de terras:
Se não houver equipotencialidade dos terras, uma possível falha de isolação poderá colocar em risco a instalação, pois ocorrerá centelhamento devido à diferença de potencial entre o "terra do circuito" da área explosiva em relação ao mesmo na área segura, conforme pode ser visto na figura 4 abaixo.
Fig. 4 - Situação de não equipotencialidade de terras.
7.7 - Isolação galvânica
A isolação galvânica aplicada junto às barreiras zener as completa, pois desta forma não é necessário conectá-las ao equipotencial dos terras, tornando a instalação mais simples e segura. E caso seja necessário fazê-lo, não haverá risco de ocorrer centelhamento na área classificada, desde que a não equipotencialidade seja menor que a tensão de isolação galvânica, o que quase sempre ocorre.
Dentre os sistemas para se promover a isolação galvânica, podemos citar o acoplamento óptico e o a transformador, estando este último ilustrado na figura 5 a seguir.
Fig. 5 - Exemplo de isolação galvânica por Trafo.
7.8 - Parâmetros de componentes:
Nos circuitos intrinsecamente seguros são analisadas as características dos componentes eletrônicos sempre aplicando-se fatores de segurança em seus pontos de trabalho.
São verificadas distâncias de isolação (via ar ou outro isolante) e escoamento (via substrato ou placa de circuito impresso), aterramentos de relés, núcleo de transformadores, etc.
NOTAS:
As distâncias de escoamento entre trilhas dependem diretamente do tipo de PCI utilizada, do tipo de cobertura da PCI (verniz, etc) e podem ser menores quando entre as partes a serem isoladas existir uma malha de aterramento ou um orifício de separação.
Já as distâncias de isolação são as distâncias entre os corpos dos componentes e similares das partes a serem isoladas. Dependem do tipo de meio entre eles (resinas, ar, tipo de cola quando houver, etc).
Todos esses tópicos são regidos e monitorados por normas (inclusive brasileiras) e são comprovados na prática através de testes realizados pelo órgão certificador do equipamento Ex i.
Existem ainda exigências especiais para os componentes infalíveis, tais como: Transformadores de alimentação e acoplamento, resistores limitadores de corrente de barreiras zener, capacitores de bloqueio, fusíveis, etc, podendo ser estes pertencentes a circuitos intrinsecamente seguros e associados.
OBS.: Componente Infalível é aquele considerado como não sujeito a defeitos que afetem a segurança intrínseca do circuito, durante a operação e armazenagem.
7.9 - Parametrização:
Os equipamentos intrinsecamente seguros são parametrizados, ou seja, possuem uma marcação com os dados técnicos que permite associar equipamentos intrinsecamente seguros com seus associados, mesmo que tendo sido certificados isoladamente ou forem de fabricantes diferentes.
Marcação:
Um - Tensão máxima: Máxima tensão RMS ou DC que pode ser aplicada aos terminais não Intrinsecamente seguros de um equipamento associado, sem afetar o tipo de proteção.
Uo - Tensão máxima de circuito aberto: Máxima tensão (pico ou DC) que aparece nos terminais intrinsecamente seguros de saída, em circuito aberto, quando este será alimentado por "Um".
Io - Corrente máxima de curto circuito: Máxima corrente (pico ou DC) que pode ser obtida nos terminais intrinsecamente seguros de saída, quando em curto circuito.
Po - Potência máxima de saída: Máxima potência que pode ser obtida nos terminais intrinsecamente seguros de um equipamento elétrico.
Co - Capacitância externa máxima: Máxima capacitância que pode ser conectada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção.
Lo - Indutância externa máxima: Máxima indutância que pode ser conectada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção.
Ui - Tensão máxima de entrada: Máxima tensão que pode ser aplicada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção.
Ii - Corrente máxima de entrada: Máxima corrente que pode ser aplicada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção.
Pi - Potência máxima de entrada: Máxima potência de entrada que pode ser seguramente dissipada internamente no equipamento intrinsecamente seguro.
Ci - Capacitância interna máxima: Máxima capacitância interna vista através dos terminais intrinsecamente seguros de entrada.
Li - Indutância interna máxima: Indutância interna máxima vista através dos terminais intrinsecamente seguros de entrada.
7.10 - Certificado de conformidade:
Todo equipamento elétrico para ser instalado em atmosfera explosiva precisa ter um certificado que regulamenta as condições para sua instalação segura.
O certificado de conformidade é emitido pelo órgão certificador ( INMETRO), o qual se baseia no relatório de ensaio feito pelo laboratório credenciado (CEPEL - LABEX).
No relatório de ensaio, o laboratório credenciado verifica as condições de projeto conforme as normas e ensaia o protótipo determinando a marcação do equipamento.
7.11 - Entidade:
O conceito de entidade permite a conexão de equipamentos intrinsecamente seguros com equipamentos associados.
A tensão (ou corrente) que o equipamento seguro pode receber e manter-se ainda intrinsecamente seguro deve ser maior ou igual à tensão (ou corrente) máxima fornecida pelo equipamento associado.
Adicionalmente, a máxima capacitância (e indutância) do equipamento intrinsecamente seguro, incluindo os parâmetros dos cabos de conexão, deve ser menor ou igual à máxima capacitância (e indutância) que pode ser conectada com segurança ao equipamento associado.
Se esses critérios forem empregados, então a conexão pode ser implantada com segurança.
Assim:
Uo < ou = a Ui
Io < ou = a Ii
Po < ou = a Pi
Co > ou = a (Ci + capacitância do cabo)
Lo > ou = a (Li + indutância do cabo).
Para exemplificar, suponha a conexão de um equipamento intrinsecamente seguro (sensor de proximidade indutivo) com o seu associado (driver para sensor indutivo com saída a relé) de acordo com os dados do relatório de ensaio apresentados a seguir:
SENSOR DRIVER CABO
Pi = 160 mW Um = 220 VAC L = 0.25 mH/Km
Ui = 15V Po = 107 mW C = 30 nF/Km
Ii = 43 mA Uo = 13.8 V Comprimento =5km
Li = 0.5 mH Io = 31 mA
Ci = 30 nF Lo = 2.0 mH
Co = 300 nF
Solução:
L cabo = 0.25 x 5 = 1,25 mH
C cabo = 30 x 5 = 150 nF
Aplicando-se o conceito de entidade, temos:
107mW < 160 mW => Po < Pi
13.8 V < 15 V => Uo < Ui
31 mA < 43 mA => Io < Ii
2.0 mH > 1.25 mH + 0.5 mH => Lo > L cabo + Li
300 nF > 150 nF + 30 nF => Co > C cabo + Ci
Conclui-se então que é possível a conexão destes equipamentos, mantendo-se a instalação segura mesmo com um cabo de 5 km de comprimento.
7.12 - Temperatura máxima de superfície:
Todo equipamento intrinsecamente seguro possui na marcação a sua temperatura máxima de superfície conforme a tabela de temperatura de ignição mostrada nos itens 5.1 e 5.3. Esta temperatura não deve ser superior à temperatura de ignição da atmosfera explosiva a qual o equipamento está sujeito e é apresentada para uma temperatura ambiente de 40 graus centígrados.
7.13 - Cablagem:
Sistema por eletrodutos (conexão direta):
Uma grande parte das instalações elétricas, em termos mundiais, são executadas neste sistema. A base válida é dada pela Norma Americana (NEC), que prevê eletrodutos metálicos (capazes de conter as possíveis faíscas ou arcos) envolvendo a fiação de cabos com isolamento mineral ou cabos armados e não armados dependendo da classificação da área. Nos dispositivos de manobras são requeridas, ainda, unidades seladoras para evitar a pressão de uma eventual explosão interna no eletroduto.
É importante lembrar que, devido a variações de temperatura, pode-se formar "água de condensação" que deve ser drenada para não ocasionar curto circuito. Outra característica desse sistema é a corrosão que pode afetar sua integridade. Deve-se ressaltar que este é o sistema mais caro para implantação e manutenção e exige responsáveis inspeções periódicas.
Sistemas de cabos (conexão indireta):
Instalação comum na Europa, onde se encontra mais desenvolvido o Sistema de Segurança Aumentada (conforme normas internacionais IEC).
Para instalações deste tipo utilizam-se cabos do tipo industrial comum (com capa de borracha, material sintético ou chumbo), que são introduzidos através de "prensa-cabos" em caixas de ligações (Segurança Aumentada).
Estes cabos são instalados com eletrodutos metálicos somente em locais onde existe possibilidade de ocorrer danos mecânicos aos cabos, como por exemplo nos afloramentos. Nos demais locais os cabos caminham em leitos de calhas.
Sistema de cablagem direta:
Sistema utilizado na Europa e também reconhecido pelo IEC, que prevê que os cabos entrem diretamente nos invólucros à prova de explosão através de prensa-cabos à prova de explosão.
É importante lembrar ainda que a integridade do tipo de segurança depende da resistência mecânica, química e térmica do material de vedação que constitui a capa externa do cabo.
Cablagem de equipamentos intrinsecamente seguros:
A norma IEC 79-14 não detalha o suficiente os requisitos de construção e instalação dos fios e cabos em circuitos intrinsecamente seguros.
Este tópico é encontrado em recomendações e normas de alguns países, embora existam pequenas diferenças. Porém podemos citar alguns pontos comuns:
Requisitos de construção:
A rigidez dielétrica deve ser maior que 500 V rms;
O condutor deve ser recoberto com material isolante de espessura mínima 0.2 mm;
Quando o condutor possui blindagem para aterramento, esta deve cobrir no mínimo 60% da superfície.
Requisitos de instalação:
Circuitos SI (segurança intrínseca) e NSI (Não segurança intrínseca) não devem passar por um mesmo cabo multivias;
Quando o cabo SI e NSI correm pelo mesmo eletroduto ou bandeja, pelo menos os SI devem possuir blindagem aterrada ou serem separados por uma barreira física ou por uma distância mínima de 50 mm e presos para evitar movimentos;
Quando o cabo possuir malha metálica ou similar, esta deve ser conectada ao condutor equipotencial no mesmo ponto que o circuito SI do qual ele faz parte;
Cabo multivias com vários circuitos SI não deve ser usado em zona 0, sem antes um estudo das combinações das possíveis falhas;
Cabo multivias fixo, com proteção externa adicional contra danos mecânicos, com cada circuito SI correndo em núcleos adjacentes e, não operando a mais de 60 V de pico, pode ser considerado como não sujeito a falhas;
Quando um cabo multivias possui uma malha de aterramento individual para cada circuito SI e com isolação para 500 V rms entre elas, as restrições para cabos multivias não se aplicam.
OBS.: Estudos têm mostrado que a indução entre cabos de conexão, que poderá levar a condições inseguras, é improvável. Medidas como cabos blindados, par trançado ou manter a distância de escoamento suficiente devem ser adotadas quando um cabo conduzindo correntes altas passar próximo a um cabo SI, mais por motivos operacionais do que por motivos de segurança.
Parâmetros de cabos:
Como mostramos anteriormente, a indutância e a capacitância estão relacionadas com o armazenamento de energia.
A capacitância total depende de seu comprimento e, normalmente, o fabricante fornece o valor por metro e deve-se analisar como um capacitor concentrado.
A indutância é um parâmetro que é menos acentuado, devido ao seu baixo valor nos cabos normalmente utilizados. Também deve-se tomar a indutância total do cabo por um indutor concentrado como no caso anterior.
Com relação ao aterramento, a utilização de circuitos totalmente isolados do terra é preferível em instalações intrinsecamente seguras. Porém, quando isto não for possível, o aterramento correto da instalação é importante para a segurança. O condutor deve apresentar impedância menor que 1.0 ohm e deve-se promover a equipotencialidade dos terras, pois estas são muito perigosas. O circuito SI deve ser aterrado (condutor equipotencial) apenas na área segura e no ponto mais próximo do equipamento associado. O equipamento da área classificada deve possuir isolação maior que 500 V rms em relação às partes aterradas.
Multicabos
Os multicabos ou cabos multivias podem ser utilizados pelo sistema intrinsecamente seguro desde que com cuidados especiais. São estudados em quatro tipos conforme as possibilidades de ligação entre os cabos que os compõem:
Tipo D – Quando deve ser considerada qualquer quantidade de curtos ou aberturas antes das falhas previstas.
Tipo C – Quando a tensão nominal do cabo é a mesma do circuito e cada par de cabos suportar tensão de 1000Vrms entre si e 500Vrms para a malha terra, será necessário considerar dois curtos e quatro aberturas, para então se aplicarem as falhas previstas.
Tipo B - Quando a tensão nominal do cabo for de pelo menos o dobro da tensão do circuito (que não deve ultrapassar 60V) e o cabo for fixado (garantindo proteção a danos mecânicos) então não se consideram curtos e aberturas.
Tipo A – Aqui consideram-se cabos com condutores ou grupos de condutores com malha (shield) individual. Nesse caso estudam-se as interconexões entre condutores de uma mesma malha e entre cada um e sua malha, antes das aplicações das falhas.
8 - Tipos de barreiras de segurança intrínseca
Resistivas Lineares
Esses tipos são os mais simples e mais seguros pois sua característica construtiva garante que valores maiores de corrente exigidos pela carga (circuito SI) produzirão consequentemente menores valores de tensão e por isso enviam menor potência à área classificada.
A seguir vê-se um diagrama U por I e um circuito exemplo desse tipo de barreira.
Resistivas Não Lineares
Além da limitação de corrente feita com o resistor e a de tensão feita com o zener, é feita uma estabilização com circuito típico de zener.
A seguir vê-se um diagrama U por I (que no caso é trapezoidal) e um circuito exemplo desse tipo de barreira.
Eletrônica
P=UI
P =
UMÁ
X2
IMÁX
2X
P = UM
ÁX
IMÁ
X4
UMÁX
UMÁX
2
IMÁXIMÁX
2
Um
I
UMÁX
UMÁX
2
IMÁXIMÁX
2
Um
I
UO
UmáxR
RF
D1 D2
Um UO
RF
D1Um UO
Se Uo>0,5Umáx
Se Uo<0,5Umáx P =
UMÁX
R(Umáx-Uo)X
P =UMÁX X IMÁX
4
P=UI
Nesse tipo de barreira a limitação de corrente é conseguida a partir de circuitos eletrônicos mais complexos o que garante uma saída retangular como visto abaixo.
Tal tipo de barreira entrega ao equipamento intrísecamente seguro uma potência quatro vezes maior que a potência entregue pela barreira resistiva, por isso a aplicação desse tipo de barreira é apenas para equipamentos do tipo ib.
A seguir vê-se um diagrama U por I (que no é caso retangular)
IMÁX
Um
I
UO
PO=UOIO
9 –Aplicações típicas de equipamentos intrinsecamente seguros e associados:
9.1 - Modelos digitais ON/OFF:
Neste caso, o elemento de campo apresenta somente dois estados lógicos (ON/OFF). Como exemplo podemos citar: Contatos mecânicos, sensores de proximidade indutivos, pressostatos, válvulas solenóides, sirenes, etc.
Funções repetidoras:
As barreiras com esta função repetem sinais ON/OFF do elemento de campo que pode ser um contato seco (botoeiras, termostatos, fim-de-curso, etc) ou de um sensor indutivo com configuração elétrica padrão NAMUR (DIN 19234).
O estágio de saída pode ser ainda em transistor para conexão direta em circuito eletrônico, CLP ou SDCD.
Funções de Controle :
São barreiras cujas funções de comando e controle estão incorporadas. Abaixo citamos alguns tipos:
a) Monitoração de Movimento : Neste caso é possível detectar o aumento ou redução de velocidade de equipamentos rotativos, tais como: agitadores, misturadores, ventiladores, etc.
b) Sentido de Movimento : Neste caso é possível detectar o sentido do movimento ( horário/anti-horário ) de equipamentos rotativos, tais como : medidores de vazão, motores, turbinas, etc.
c) Conversor F/I : Este dispositivo tem como função obter um sinal de saída em corrente ( 4-20 mA ) proporcional à freqüência do sinal de entrada. Pode ser utilizado na medição de velocidade de motores, ventiladores, turbinas, etc.
Modelos para Acionamentos :
São barreiras para acionamento de elementos de comandos situados dentro das áreas classificadas, tais como : válvulas solenóides, LEDs e sirenes.
9.2 - Modelos Analógicos:
As barreiras para sinais analógicos possuem elementos de medição e controle instalados em áreas classificadas.
Repetidores analógicos:
Ideais para alimentação e transferência dos sinais de transmissores que convertem grandezas físicas (vazão, temperatura, pressão) em corrente (4 a 20 mA).
Podem também apresentar o sinal de saída de 0 a 5 V apenas acrescentando-se um resistor ao circuito.
Driver analógico:
São barreiras que servem para acionar conversores (tipo conversor eletropneumático I/P).
10 - Comentários a respeito dos testes laboratoriais para certificação:
Convém aqui ressaltar alguns fatores a serem levados em conta na etapa de desenvolvimento de equipamentos intrinsecamente seguros que são fortemente verificados nos testes de certificação do produto.
Existem critérios, todos previstos por normas elaboradas pela ABNT, que regem, principalmente a escolha dos componentes que possam comprometer a segurança do equipamento, por exemplo:
A potência dissipada nos resistores considerados infalíveis deve ser no máximo 2/3 da sua potência nominal no pior caso e tolerância;
A potência dissipada nos diodos zener deve ser no máximo 2/3 da sua potência nominal no pior caso e tolerância;
Dependendo do caso, é exigida a colocação de barreiras zener no lado não seguro do circuito a fim de evitar sobretensão e conseqüente sobreaquecimento na região do transformador de isolação galvânica;
A corrente de interrupção dos fusíveis considerados infalíveis é testada durante o processo de certificação, através de ondas de choque de corrente geradas por bancos de capacitores carregados normalmente com 300 VCC. Também são testadas as suas correntes nominais e tempos de queima, sendo que estes últimos devem estar de acordo com os dados do fabricante e não devem permitir o sobreaquecimento dos diodos zener.
O aquecimento do transformador de isolação galvânica é provocado durante os testes e não deve haver perda de isolação entre primário(s) e secundário(s), sendo esta última maior ou igual a 1500 VDC.
Todas as distâncias entre trilhas e corpos de componentes SI e NSI também são normalizadas e a isolação entre SI e NSI deve ser mantida.
11 - Exemplo de marcação de equipamentos de segurança intrínseca:
No invólucro do equipamento, devem obrigatoriamente conter as marcações fornecidas no relatório de conformidade expedido pelo órgão competente, o tipo de proteção, categorias, classes, o logotipo que identifica o equipamento de segurança intrínseca e uma identificação visível para identificação dos lados SI e NSI (às vezes feita por cores : azul = lado SI e cinza = lado NSI).
A seguir está apresentado um exemplo típico de marcação de equipamento associado:
Marcação padrão
Tipo de proteção, categoria e grupos
Dados do relatório de conformidade
CEPEL INMETRO [BR – Ex i b] II C / II B / IIA
Io=98mAcc IIC IIB IIAUo=28VccPo=0,7W Co
Lo
65nF 12nF 1,4FUm=250VTam=40oC 3,2H 320H 32mH
Além da marcação conforme a zona, tipo de atmosfera e temperatura, há também uma marcação para aparelhos destinados a funcionar em atmosferas explosivas de acordo com a Diretiva 94/9/CE que segue a seguinte regra: Primeiro: a marca exagonal
Segundo: o grupo, conforme tabela anteri (I para mina e II para superfície)
Terceiro: a categoria, seguindo a tabela a seguir:
GrupoI categoria M1 nível de proteção muito elevado * categoria M2 nível de proteção elevado** categoria 1 nível de proteção muito elevado *
GrupoII categoria 2 nível de proteção elevado **
categoria 3 nível de proteção normal***
Adicionalmente ao número da categoria, a marcação para o grupo II traz ainda o tipo de atmosfera, a saber:
G -> atmosfera de gases;D -> atmosfera de poeiras;F -> atmosferas de fibras
Exemplos:
I M 2 produto para minas, proteção elevada II 1 G produto para indústria de superfície, proteção muito elevada, atmosfera de gases II 1 D produto para indústria de superfície, proteção muito elevada, atmosfera de poeira
II (1) G D produto para ser utilizado como equipamento associado para indústria de superfície, proteção muito elevada, atmosfera de gases e ou poeira.
Em minas e indústrias que utilizam o grisu e poeiras de carvão
Em indústrias de superfície
* Seguros mesmo na ocorrência de dois defeitos;** Seguros mesmo na ocorrência de um defeito.*** Seguros na ausência de defeitos
Os aparelhos da categoria M2 devem poder ter sua alimentação cortada no caso de aparecimento de atmosfera potencialmente explosiva.
EXERCÍCIOS
1. Qual é a definição de:
Explosão
Ignição
Área Classificada
Atmosfera Explosiva
2. Quais são as classificações de áreas de risco segundo Norma IEC? Defina-as
3. Quais são as classificações de áreas de risco segundo a NEC? Defina-as
4. Que é temperatura de ignição?
5. Que é temperatura de superfície?
6. Quais são as condições necessárias e suficientes para que haja uma explosão?
7. Defina quais são os métodos utilizados para proteção de equipamentos em atmosferas explosivas. Cite exemplos de cada método.
8. Que é e energia mínima de ignição (MIE)?
9. De que forma limita-se a energia armazenada em elementos armazenadores de energia?
10. Quais são as categorias de proteção existentes para equipamentos intrinsecamente seguros? Defina-as
11. Qual é o valor limite de resistência ôhmica para aterramento de circuitos intrinsecamente seguros?
12. Que são equipamentos intrinsecamente seguros? E quais são sua parametrizações?
13. Que são equipamentos intrinsecamente seguros associados? E quais são sua parametrizações?
14. Qual é o Conceito de Entidade?
15. Quais são os critérios adotados no conceito de Entidade?
16. Considerando os seguintes equipamentos e acessórios:
Transmissor 1: Ui = 38 V; Li = 103 mA; Pi= 0,98 W; Li = 0 mH; Ci = 30 nFTransmissor 2 : Ui = 52 V; Li = 80 mA; Pi = 1,1 W; Li = 0 mH; Ci = 40 nF
Repetidor 1: Uo = 40 V; Lo = 79 mA; Pi = 0,9 W; Lo = 5 mH; Ci = 70 nFRepetidor 2: Uo = 37 V; Lo = 85 mA ; Pi = 0,8 W; Lo = 6 mH; Ci = 75 nF
Cabo de interconexão: Lcabo = 2 mH/Km; Ccabo = 20 nF/Km
Sabendo-se que a distância entre repetidor e transmissor é de 500 metros, quais são asconexões ( transmissor/repetidor) intrinsecamente segura que podemos ter com os equipamentos listados anteriormente?
17. De que forma um armazenador de energia pode ser certificado?
18. Equipamentos de marcadores diferentes podem ser seguramente interconectados?
Justifique.
19. Quais são os requisitos utilizados na construção de cablagem para equipamentos
20. intrinsecamente seguros?
21. Quais são os requisitos de instalação para cablagem de equipamentos intrinsecamente
22. seguros?
23. O que é isolação galvânica?
24. Quais são os tipos de isoladores galvânicos encontrados em circuitos intrinsecamenteseguros?
25. ANEXO ISUBSTÂNCIA TEMPERATURA DE IGNIÇÃO CLASSE (IEC) GRUPO (IEC)Acetadehyde 140 ºC T4 IIAAcetic acid 485 ºC T1 IIAAcetone 535 ºC T1 IIAAcetylacetone 340 ºC T2 IIAAcetyl chloride 390 ºC T2 IIAAcetylene 305 ºC T2 IICAcrylonitrite 480 ºC T1 IIBAllyl Chloride 485 ºC T1 IIAAllylene - - IIBAmmonia 630 ºC T1 IIAAmphetamine - - IIAAmyl Acetate 375 ºC T2 IIAAmyl Methyl Ketone - - IIAAniline 617 ºC T1 IIABenzene 560 ºC T1 IIABenzaldehyde 190 ºC T4 IIABenzyl Chloride 585 ºC T1 IIABlue water gas - T1 IICBromobutane 265 ºC T3 IIABromoethane 510 ºC T1 IIAButadiene 430 ºC T2 IIBButane 365 ºC T2 IIAButanol 340 ºC T2 IIAButene 440 ºC T2 IIBButyl Acetate 370 ºC T2 IIAButalamine 312 ºC T2 IIAButydigol 225 ºC T3 IIAButyl Methyl Ketone 530 ºC T1 IIAButyraldehyde 230 ºC T3 IIACarbon Disulphide 100 ºC T5 *Carbon Monoxide 605 ºC T1 IIAClhlorodimethyl Ether - - IIAChlorobenzene 637 ºC T1 IIAChlorobutane 460 ºC T1 IIAChloroethane 510 ºC T1 IIAChloroethanol 425 ºC T2 IIAChloroethylene 740 ºC T1 IIAChloromethane 625 ºC T1 IIAChloropropane 520 ºC T1 IIACoal Tar Naphthe 272 ºC T3 IIACoke Oven Gas - - ICrenol 555 ºC T1 IIACyclobutane - - IIACyclohexane 259 ºC T3 IIACyclohexanol 300 ºC T2 IIACyclohexanone 419 ºC T2 IIACyclohexone 310 ºC T2 IIACyclohexylamine 290 ºC T3 IIA
Cyclopropane 495 ºC T1 IIBDeashydronaphthalene 260 ºC T3 IIADiacetone Alcohol 640 ºC T1 IIADiaminoethane 385 ºC T2 IIADiamyl ether 170 ºC T4 IIADibutyl ether 185 ºC T4 IIBDichlorobenzene 640 ºC T1 IIADichloroethane 440 ºC T2 IIADicloroethylene 440 ºC T2 IIADichloropropane 555 ºC T1 IIADiethylamine 310 ºC T2 IIADiathylaminoethanol - - IIADiathyl Ether 170 ºC T4 IIBDiathyl Oxilate - - IIADiethyl Sulphate - - IIADihexyl Ether 185 ºC T4 IIADi-isobutylene 305 ºC T2 IIADimathylamine 400 ºC T2 IIADimethylaniline 370 ºC T2 IIADimethyl Ether - - IIBDipropyl Ether - - IIBDioxane 379 ºC T2 IIBDioxolane - - IIBEpoxypropane 430 ºC T2 IIBEthane 515 ºC T1 IIAEthanol 425 ºC T2 IIAEthananolamine - - IIAEthoxyethanol 235 ºC T3 IIBEthyl Acetate 460 ºC T1 IIAEthyl Acrylate - - IIBAthylbenaene 431 ºC T2 IIAEthyldigol - - IIAEthylene 425 ºC T2 IIBEthylene Oxide 440 ºC T2 IIBEthyl Formate 440 ºC T2 IIAEthyl Mercaptan 295 ºC T3 IIAEthyl Methyl Ether 190 ºC T4 IIBEthyl Methyl Ketone 505 ºC T1 IIAFormaldahyde 424 ºC T2 IIBFormalmethyllamide 440 ºC T2 IIAHexane 233 ºC T3 IIAHexanol - - IIAHeptane 216 ºC T3 IIAHydrogen 550 ºC T1 IICHydrogen Sulfide 270 ºC T3 IIBLaopeopynitrate 175 ºC T4 IIBKerosene 210 ºC T3 IIA
Metaldahyde - - IIAMethane (firedamp) 596 ºC T1 IMethane (insdustrial) - T1 IIAMethanol 466 ºC T1 IIAMethoxyathanol 286 ºC T3 IIBMethyl Acetate 476 ºC T1 IIAMethyl Acetoacetate 280 ºC T3 IIAMethyl Acrylate - - IIBMethylamine 430 ºC T2 IIAMethylcyclohexane 260 ºC T3 IIAMethylcyclohexanol 295 ºC T3 IIAMethyl Formate 450 ºC T1 IIANaphtha 280 ºC T3 IIANaphtalane 528 ºC T1 IIANitrobenzeno 480 ºC T1 IIANitroethene 410 ºC T2 IIBNitromethane 410 ºC T2 IIBNitropapane 415 ºC T2 IIANonane 420 ºC T2 IIBNonanol 205 ºC T3 IIBOctaldehyde - - IIAOctanol - - IIBParafornaldehyde - - IIAParaldehyde 300 ºC T2 IIAPenatne 236 ºC T3 IIAPetanol 285 ºC T3 IIAPotatium 300 ºC T2 IICPhanol 605 ºC - IIBPropane 470 ºC T1 IIBPropanol 405 ºC T1 IIAPropylamine 320 ºC T2 IIAPropyiene 455 ºC T1 IPropyl Methyl Ketone 606 ºC T1 IIAPyrydina 550 ºC T1 IIAStyrene 490 ºC T1 IIBTetrahydrofuran 260 ºC T3 IIATetrahydrofurfuryl 280 ºC T3 IIAToluene 535 ºC T1 IIBToluidine 480 ºC T1 IIATown Gas (Coal Gas) - T1 IIATriethylamine - - IIATrimethylamine 190 ºC T4 IIATrimethylbenzene 470 ºC T1 IIATrioxane 410 ºC T2 IIATurpentine 254 ºC T3 IIAXylene 464 ºC T2 IIB
ANEXO II
ASSUNTO: NORMA BRASILEIRA / INTERNACIONAL / AMERICANA / CENELEC
À Prova de Explosão NBR-5363 IEC-79-1 NFPA-496 EN50018Pressurizados NBR-5420 IEC-79-2 e 13 - EN50016Imerso em Óleo NBR-8601 IEC -79-6 - EN50015Segurança Aumentada NBR-9883 IEC-79-7 - EN50019Enchimento de Areia - IEC-79-5 - EN50017Encapsulado - - - -Não Acendível - IEC-79-15 - -Segurança Intrínseca NBR-8446 IEC-79-3 e 11 NFPA-493UL-913 EN50020Instalação - IEC-79-14 - -Requisitos NBR-9518 IEC-79-0 NFPA-70 EN50014Classificação de Áreas PNB-158 IEC-70-10 e 12 NFPA- -Class.por Temepratura - IEC-79-4, 4A e 8 - -Marcação NBR-8369 IEC-79-9 - -
Fontes de pesquisa:
Apostila Senai e diversas páginas da internet a respeito do assunto.
