UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
RONALD PIOLI FREITAS
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E EQUIPAMENTOS
EM ATMOSFEERAS EXPLOSIVAS
CURITIBA
2010
RONALD PIOLI FREITAS
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E EQUIPAMENTOS
EM ATMOSFEERAS EXPLOSIVAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do
grau de Engenheiro. Curso de Engenharia
Elétrica, Setor de Tecnologia, Universidade
Federal do Paraná.
Orientador: Profº Tibirçá Krüger Moreira
CURITIBA
2010
TERMO DE APROVAÇÃO
RONALD PIOLI FREITAS
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E EQUIPAMENTOS
EM ATMOSFEERAS EXPLOSIVAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito integral para obtenção
do grau de bacharel em Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia da Universidade
Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora:
Orientador:
Profº Tibiriçá Krüger Moreira, Esp.
Departamento de Eletricidade, UFPR
Profº Horácio Tertuliano dos Santos Filho, Ph. D.
Departamento de Eletricidade, UFPR
Profº Vilson Roiz Gonçalves Rebelo da Silva, M. Sc.
Departamento de Eletricidade, UFPR
Curitiba, 06 de julho de 2010.
Dedicatória
Aos meus familiares que estão ao meu lado e àqueles que
já não se encontram mais nesta vida.
Aos professores, mestres e amigos que estiveram e ainda estão ao meu lado.
AGRADECIMENTOS
É com grande satisfação que agradeço aos meus familiares e
aos grandes amigos, que nos momentos decisivos e difíceis estavam
ao meu lado e sempre estiveram dispostos a ajudar, mostrar uma nova
forma de encarar as adversidades e aconselhar sobre o melhor a fazer.
Aos docentes, em especial os do curso de Engenharia Elétrica.
Aos professores que no início e durante o curso demonstraram
estar dispostos a ajudar, mostrando que existia esperança nos
momentos difíceis e que deveria existir perspectiva em um futuro
promissor. Muitos desses professores, ao longo do curso, tornaram-se
muito mais que mestres de ensino, tornaram-se amigos.
A todos os obstáculos que foram impostos por diversas
pessoas, pois estas dificuldades representaram uma oportunidade.
Com muito estudo, esforço e entendimento foi possível transformar o
obstáculo em aprendizado, superação e evolução na vida.
Tenho muito a agradecer aos diversos profissionais que
encontrei ao longo desta jornada, os quais foram responsáveis por
apresentar diversas oportunidades e transmitirem conhecimentos
técnicos, práticos e muitas vezes ensinando valiosas lições de vida.
À Universidade Federal do Paraná – UFPR – por proporcionar
a formação em um curso superior com qualidade, corpo docente
qualificado e estrutura extracurricular favorável ao desenvolvimento
pessoal e profissional. Da mesma forma, tenho gratidão às diversas
empresas que possuem convênio com a instituição, pois representaram
uma oportunidade de complementar minha formação.
Aos diversos colegas que ao longo do curso estiveram junto
enfrentando a jornada.
Aos professores que constituem a banca e ao meu orientador,
por acreditar e incentivar o desenvolvimento do tema deste trabalho.
À Deus e a todos os emissários bondosos por Ele enviado a
Terra para nos auxiliar e ajudar em nossas vidas, tornando a jornada
de vida uma oportunidade de evolução e desenvolvimento.
“[...] O conhecimento liberta da ignorância.
Todavia, somente a aplicação do que se aprendeu liberta do sofrimento.
Há uma expressiva diferença entre a teoria e a prática, em todos os segmentos da
Humanidade.
A teoria ensina, mas a prática afere o valor.
Não basta saber.
É imprescindível utilizar o que se conhece.
O conhecimento amplia os horizontes do entendimento.
A sua aplicação alarga as paisagens da vida.
A mente conhecedora deve movimentar as mãos no uso desses preciosos recursos.
Conhecimento valioso é aquele que pode mover essas conquistas em favor do bem de seu
possuidor e do meio social em que este se encontra.
A informação que não produz bênçãos e nem dispõe à ação útil é nula. [...].”
(Joanna de Ângelis, livro „Momentos de Felicidade‟)
“[...] Eu venci o mundo,
Você comigo também vencerá [...]”
(Novo Testamento)
RESUMO
As instalações elétricas e os diversos tipos de equipamentos elétricos
podem ser encontrados em quase todos os locais onde vivemos, mesmo que
algumas vezes possamos não perceber que estão presentes. É fato que a energia
elétrica facilita as tarefas cotidianas e é de fundamental importância para a indústria.
No contexto da indústria produtiva é interessante ressaltar que em muitas situações
tanto as instalações quanto os equipamentos elétricos deverão operar sob
condições severas. Para operar sob estas circunstâncias existem normas,
recomendações e técnicas apropriadas que deverão ser aplicadas. O presente
trabalho tem como objetivo apresentar um estudo sobre a classificação de áreas,
abordando os principais conceitos relativos a esse assunto e também apresentar as
diversas técnicas de proteção para equipamentos e dispositivos que são utilizados
nessas áreas. Após estabelecer o tipo de área, relacionando os perigos e riscos que
o local apresenta, será possível determinar qual o tipo de proteção mais adequado
para aplicação nos equipamentos, dispositivos e sistemas elétricos que estarão
presentes na área. Neste ponto, é importante destacar que a correta determinação
do tipo de área e a definição da filosofia e técnica de proteção empregada terão
grande impacto na segurança das pessoas que utilizarão a instalação e na
segurança da própria instalação, sendo de grande importância e responsabilidade
para os engenheiros a correta especificação da área e dos tipos de proteção
empregadas nos dispositivos e equipamentos.
Palavras–chave: Área classificada. Proteção de equipamentos Ex. Instalações
elétricas.
ABSTRACT
The electrical installations and all kind of electrical equipment can be found
almost in all places that we live, even if sometimes we do not realize that they are
there. It is a fact that electrical energy makes all common tasks easy and it is almost
primary to modern industry. In the context of manufactory industry is very interesting
distinguishing that in a lot of situations electric installations or electric equipment will
be operating under tough conditions. To operate under this circumstance there are
specific standards, recommendations and appropriate techniques whose must be
apply. The present dissertation has the objective demonstrated a study of classified
locations, describing all principal notions relative to this subject and also present all
type of protection technique relative to equipments or devices appropriate to use on
this specific locations. After establish the specific hazardous classified area, listing
which type of dangerous or hazardous the locations present, will be possible
establish what kind of specific protection are more appropriate to use on equipments,
devices or electric systems installed on the area. At this point, is very important alert
that define a correct protection philosophy and appropriate technique will have a big
impact on personal security of who use and operate the equipments on the area and
to the own electric installation. All of this show the great importance and responsibility
that engineers have on specify the hazardous classification area and the type of
protection applied on devices and equipments.
Key words: Hazardous Classified Areas. Equipment Protection. Ex. Electrical
Installation.
LISTA DE SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANSI – American National Standards Institute
API – American Petroleum Institute
ASTM International – American Society of Testing and Materials International
BLEVE – Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion
CE – Comunidade Européia
CEPEL – Centro de Pesquisa de Energia Elétrica
CSA – Canadian Standard Association
EPL – Equipment Protection Level – Nível de Proteção do Equipamento
EUA – Estados Unidos da América
Ex – símbolo para equipamentos com alguma técnica de proteção
ICRS – Índice Comparativo de Resistência Superficial
IEC – International Electrotechnical Commission
IEEE – Instituto dos Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos
IMES – Intrínseco Máximo Experimental Seguro
IP – Ingress Protection, International Protection ou Index of Protection
ISA – International Society of Automation
ISO – International Organization for Standardization
LABEX – Laboratório de Acionamentos e Segurança em Equipamentos
Eletroeletrônicos do CEPEL
MESG – Maximum Experimental Safe Gap (Máximo Espaçamento Seguro)
MIC – Mínima Corrente de Ignição
NEC – National Electrical Code
NEMA – National Electrical Manufactory Association
NBR – Norma Brasileira – ABNT
NFPA – National Fire Protection Association
NR – Norma Regulamentadora
OSHA – Occupational Safety and Health Act
PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S/A
PTB – Physikalish Technische Bundesanstalt
SSST - Secretaria de Segurança e Saúde no Trabalho
UL – Underwriters Laboratories Inc.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO........................................................................................................................ 16
2 CONCEITOS BÁSICOS ............................................................................................................. 17
2.1 FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS .............................................................................................. 17
2.1.1 TEMPERATURA DE IGNIÇÃO DE UMA ATMOSFERA EXPLOSIVA ................................................................ 17
2.1.2 ATMOSFERA EXPLOSIVA .................................................................................................................. 17
2.1.3 OXIDAÇÃO .................................................................................................................................... 18
2.1.4 COMBUSTÃO (OU FOGO)................................................................................................................. 18
2.1.5 VELOCIDADE DE COMBUSTÃO .......................................................................................................... 18
2.1.6 DEFLAGRAÇÃO .............................................................................................................................. 19
2.1.7 DETONAÇÃO ................................................................................................................................. 19
2.1.8 EXPLOSÃO .................................................................................................................................... 19
2.1.9 EXPLOSÃO CONFINADA ................................................................................................................... 20
2.1.10 EXPLOSÃO NÃO CONFINADA.......................................................................................................... 20
2.1.11 EXPLOSÃO DE PÓ ......................................................................................................................... 21
2.1.12 EXPLOSÃO DE VAPOR EXPANDIDO DE LÍQUIDO FERVENTE (BLEVE – BOILING LIQUID EXPANDING VAPOR
EXPLOSION) .............................................................................................................................................. 21
2.1.13 COMBUSTÍVEIS ............................................................................................................................ 21
2.1.14 IGNIÇÃO ..................................................................................................................................... 21
2.1.15 FAIXA DE IGNIÇÃO ........................................................................................................................ 22
2.1.16 TEMPERATURA DE AUTO–IGNIÇÃO ................................................................................................. 22
2.1.17 FENÔMENO DE PRÉ-COMPRESSÃO ................................................................................................. 22
2.1.18 CORRENTE MÍNIMA DE IGNIÇÃO – CMI .......................................................................................... 22
2.1.19 MISTURA.................................................................................................................................... 22
2.1.20 MISTURA EXPLOSIVA PARA ENSAIO ................................................................................................. 22
2.1.21 MISTURA MAIS INFLAMÁVEL .......................................................................................................... 23
2.1.22 MISTURA MAIS EXPLOSIVA ............................................................................................................ 23
2.1.23 MISTURA MAIS PROPAGÁVEL ......................................................................................................... 23
2.1.24 VAPORIZAÇÃO (OU EVAPORAÇÃO) .................................................................................................. 23
2.1.25 PRESSÃO DE VAPOR ..................................................................................................................... 23
2.1.26 COEFICIENTE DE EVAPORAÇÃO ....................................................................................................... 24
2.1.27 DIFUSÃO .................................................................................................................................... 25
2.1.28 CONVECÇÃO ............................................................................................................................... 25
2.1.29 DENSIDADE RELATIVA ................................................................................................................... 25
2.1.30 ESTADO NORMAL DE AGREGAÇÃO .................................................................................................. 26
2.1.31 PONTO DE FULGOR (FLASH POINT) ................................................................................................. 26
2.1.31.1 Líquido Combustível ............................................................................................................. 27
2.1.31.2 Líquido Inflamável ................................................................................................................ 28
2.1.32 ALTERAÇÃO NO PONTO DE FULGOR ................................................................................................ 28
2.1.33 LIMITES DE INFLAMABILIDADE ........................................................................................................ 29
2.2 ÁREAS E ZONAS ..................................................................................................................... 32
2.2.1 ÁREA CLASSIFICADA ....................................................................................................................... 32
2.2.2 ÁREA NÃO CLASSIFICADA ................................................................................................................ 32
2.2.3 ÁREA PERIGOSA ............................................................................................................................ 32
2.2.4 FONTE DE RISCO ............................................................................................................................ 32
2.2.5 ESPAÇO CONFINADO ...................................................................................................................... 32
2.2.6 VENTILAÇÃO ................................................................................................................................. 33
2.2.6.1 Ventilação Natural ................................................................................................................. 33
2.2.6.2 Ventilação Artificial ................................................................................................................ 34
2.2.7 INERTIZAÇÃO................................................................................................................................. 34
2.3 CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS .............................................................................................. 34
2.3.1 INVÓLUCRO .................................................................................................................................. 34
2.3.2 CLASSIFICAÇÃO MECÂNICA DO INVÓLUCRO ........................................................................................ 35
2.3.3 INTRÍNSECO MÁXIMO EXPERIMENTAL SEGURO – IMES ....................................................................... 35
3 GASES DE INTERESSE – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS ............................................................. 35
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
ACETILENO – C2H2 .................................................................................................................. 36
AMÔNIA ANIDRA ................................................................................................................... 36
DIÓXIDO DE CARBONO – CO2.................................................................................................... 37
ETILENO OU ETENO – C2H4 ....................................................................................................... 37
HIDROGÊNIO – H2 .................................................................................................................. 37
NITROGÊNIO – N2 .................................................................................................................. 38
OXIGÊNIO – O2 ...................................................................................................................... 38
GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO – GLP ......................................................................................... 39
4 ENERGIA ELÉTRICA – OUTRAS FONTES DE IGNIÇÃO ................................................................ 40
4.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 40
4.2 CIRCUITO CAPACITIVO ............................................................................................................. 40
4.3 CIRCUITO INDUTIVO ................................................................................................................ 41
4.4 CIRCUITO RESISTIVO................................................................................................................ 41
4.5 FAÍSCA, ARCO ELÉTRICO E EFEITO CORONA ................................................................................... 42
4.5.1 FAÍSCA ......................................................................................................................................... 42
4.5.2 ARCO ELÉTRICO ............................................................................................................................. 43
4.5.3 EFEITO CORONA ............................................................................................................................ 44
4.6 CONTATO ELÉTRICO ................................................................................................................ 44
4.7 SOLDA E CORTE...................................................................................................................... 45
4.8 ELETRICIDADE ESTÁTICA ........................................................................................................... 45
4.9 CORRENTES PARASITAS ............................................................................................................ 46
4.10 RADIAÇÃO .......................................................................................................................... 46
4.11 OUTRAS FONTES DE IGNIÇÃO NÃO ELÉTRICA ............................................................................... 47
4.11.1 FORNALHA E FORNO .................................................................................................................... 47
4.11.2 TURBINA E CALDEIRA .................................................................................................................... 47
4.11.3 CHAMAS .................................................................................................................................... 48
4.11.4 SUPERFÍCIE QUENTE ..................................................................................................................... 48
4.11.5 FAÍSCA MECÂNICA ....................................................................................................................... 49
4.11.6 ONDAS DE CHOQUE ..................................................................................................................... 50
5 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS ..................................................................................................... 51
5.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 51
5.2 HISTÓRICO ............................................................................................................................ 51
5.3 CONCEITOS BÁSICOS PARA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS ...................................................................... 53
5.3.1 PERIGO ........................................................................................................................................ 53
5.3.2 GRAU DE PERIGO ........................................................................................................................... 53
5.3.3 PREJUÍZO...................................................................................................................................... 53
5.3.4 SEGURANÇA (SAFETY) ..................................................................................................................... 54
5.3.5 RISCO .......................................................................................................................................... 54
5.3.6 FONTE DE RISCO ............................................................................................................................ 54
5.3.6.1 Fonte de Risco de Grau Contínuo .......................................................................................... 54
5.3.6.2 Fonte de Risco de Grau Primário ........................................................................................... 54
5.3.6.3 Fonte de Risco de Grau Secundário ....................................................................................... 55
5.3.7 CONCEITO DOS TERMOS: ‘NORMAL’ E ‘ANORMAL’ .............................................................................. 55
5.3.8 VENTILAÇÃO DE AMBIENTES ............................................................................................................ 57
5.3.8.1 Ambiente Adequadamente Ventilado ................................................................................... 57
5.3.8.2 Ambiente com Ventilação Natural ......................................................................................... 57
5.3.8.3 Ambiente com Ventilação Limitada ....................................................................................... 57
5.3.8.4 Ambiente com Ventilação Impedida...................................................................................... 58
5.3.8.5 Ambiente com Ventilação Artifical ........................................................................................ 58
5.3.9 GRAU DE VENTILAÇÃO .................................................................................................................... 58
5.3.10 ÁREA PERIGOSA –‘CLASSIFICADA’ ................................................................................................... 58
5.3.10.1 O que não é área perigosa ................................................................................................... 58
5.3.10.2 O que é uma área perigosa .................................................................................................. 60
5.4 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS ......................................................................................................... 61
5.4.1 OBJETIVO DA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS ............................................................................................. 62
5.4.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE AS ETAPAS DA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS ........................................................... 63
5.4.3 CLASSIFICAÇÃO EM CLASSE, GRUPO E ZONA ....................................................................................... 64
5.4.3.1 Classe...................................................................................................................................... 64
5.4.3.1.1 Classe I................................................................................................................................. 65
5.4.3.1.2 Classe II................................................................................................................................ 65
5.4.3.1.3 Classe III............................................................................................................................... 67
5.4.3.2 MESG – Máximo Espaçamento Seguro Experimental............................................................ 67
5.4.3.3 Pressão da Explosão ............................................................................................................... 69
5.4.3.4 Temperatura de Ignição ......................................................................................................... 70
5.4.3.5 Grupos .................................................................................................................................... 71
5.4.3.5.1 Grupos A, B, C e D – NEC (Grupos I e II – IEC/NBR) ............................................................. 73
5.4.3.5.2 Grupos E, F e G – NEC (Grupos III – IEC/NBR) ..................................................................... 75
5.4.3.5.3 Grupo III – apenas para NBR IEC ......................................................................................... 76
5.4.3.6 Zonas ...................................................................................................................................... 77
5.4.3.6.1 Zona 0.................................................................................................................................. 81
5.4.3.6.2 Zona 1.................................................................................................................................. 82
5.4.3.6.3 Zona 2.................................................................................................................................. 82
5.4.4 CLASSES DE TEMPERATURA ............................................................................................................. 83
6 EQUIPAMENTOS ................................................................................................................... 86
6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 86
6.2 NÍVEL DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – EPL ............................................................................. 86
6.2.1 BREVE HISTÓRICO .......................................................................................................................... 86
6.2.2 MINAS DE CARVÃO – GRUPO I ......................................................................................................... 87
6.2.2.1 EPL Ma .................................................................................................................................... 87
6.2.2.2 EPL Mb.................................................................................................................................... 88
6.2.3 GASES – GRUPO II ......................................................................................................................... 88
6.2.3.1 EPL Ga..................................................................................................................................... 88
6.2.3.2 EPL Gb .................................................................................................................................... 88
6.2.3.3 EPL Gc ..................................................................................................................................... 88
6.2.4 POEIRAS – GRUPO III ..................................................................................................................... 89
6.2.4.1 EPL Da..................................................................................................................................... 89
6.2.4.2 EPL Db .................................................................................................................................... 89
6.2.4.3 EPL Dc ..................................................................................................................................... 89
6.3 EQUIPAMENTOS PROTEGIDOS POR INVÓLUCROS À PROVA DE EXPLOSÃO – EX-D..................................... 90
6.3.1 JUNTAS ........................................................................................................................................ 92
6.3.2 SELOS – UNIDADES SELADORAS ....................................................................................................... 92
6.4 EQUIPAMENTOS PROTEGIDOS POR INVÓLUCROS PRESSURIZADOS – EX-P ............................................. 94
6.4.1 TIPOS DE PRESSURIZAÇÃO ............................................................................................................... 95
6.4.1.1 Pressurização Tipo pz ............................................................................................................. 96
6.4.1.2 Proteção do Tipo py ............................................................................................................... 96
6.4.1.3 Proteção do Tipo px ............................................................................................................... 97
6.4.2 SISTEMA DE CONTENÇÃO ................................................................................................................ 97
6.4.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA PRESSURIZAÇÃO (EX-P) ................................................................... 98
6.5 PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR SEGURANÇA AUMENTADA – EX-E................................................. 99
6.5.1 CONCEITOS BÁSICOS ...................................................................................................................... 99
6.5.2 EX-E – DEFINIÇÃO E FUNCIONAMENTO............................................................................................ 100
6.5.3 DISTÂNCIA DE ESCOAMENTO MÍNIMA NO CIRCUITO (CREEPAGE) ......................................................... 101
6.5.4 DISTÂNCIA DE ISOLAÇÃO (CLEARANCE) ............................................................................................ 102
6.5.5 TEMPERATURA LIMITE .................................................................................................................. 103
6.5.6 APLICAÇÕES DA PROTEÇÃO EX-E..................................................................................................... 103
6.6 PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR IMERSÃO EM ÓLEO – EX-O ........................................................ 104
6.6.1 PARÂMETROS IMPORTANTES DE PROJETO ........................................................................................ 106
6.7 PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR IMERSÃO EM AREIA – EX-Q ...................................................... 107
6.7.1 GRAU DE PROTEÇÃO DO INVÓLUCRO – EX-Q .................................................................................... 108
6.7.2 FECHAMENTO DO INVÓLUCRO........................................................................................................ 108
6.7.3 MATERIAL DE PREENCHIMENTO - GRANULOMETRIA DO MATERIAL ...................................................... 109
6.7.4 PARÂMETROS IMPORTANTES PARA PROJETO ..................................................................................... 109
6.7.5 APLICAÇÕES ................................................................................................................................ 109
6.8 PROTEÇÃO PARA EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS ENCAPSULADOS – EX-M............................................... 110
6.8.1 CONCEITOS BÁSICOS ..................................................................................................................... 110
6.8.2 NÍVEIS DE PROTEÇÃO ................................................................................................................... 111
6.8.2.1 Nível de Proteção ‘Ex-ma’ .................................................................................................... 111
6.8.2.2 Nível de Proteção ‘Ex-mb’ .................................................................................................... 111
6.8.3 REQUISITOS GERIAS DE CONSTRUÇÃO PARA OS EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS .......................................... 112
6.8.4 CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES NA FASE DE PROJETO ........................................................................ 113
6.8.5 APLICAÇÕES ................................................................................................................................ 113
6.9 EQUIPAMENTOS E DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA – EX-I ................................................. 113
6.9.1 BREVE HISTÓRICO ........................................................................................................................ 113
6.9.2 CONCEITOS ................................................................................................................................. 114
6.9.3 SISTEMA..................................................................................................................................... 116
6.9.4 ENTIDADE ................................................................................................................................... 116
6.9.5 BARREIRA ZENER ......................................................................................................................... 118
6.9.6 CATEGORIAS DE PROTEÇÃO – CONFORMIDADE COM REQUISITOS DE IGNIÇÃO ........................................ 119
6.9.6.1 Categoria de Proteção ‘Ex-ia’ ............................................................................................... 119
6.9.6.2 Categoria de Proteção ‘Ex-ib’ ............................................................................................... 119
6.9.6.3 Categoria de Proteção ‘Ex-ic’ ............................................................................................... 120
6.9.6.4 Ignição por Faiscamento ...................................................................................................... 120
6.9.7 APLICAÇÕES ................................................................................................................................ 120
6.10 EQUIPAMENTOS COM PROTEÇÃO DO TIPO NÃO ACENDÍVEL – EX-N.................................................. 120
6.10.1 PROTEÇÃO NÃO ACENDÍVEL – EX-N .............................................................................................. 121
6.10.1.1 Dispositivos não centelhante – Ex-nA ................................................................................ 121
6.10.1.2 Dispositivos não acendível – Ex-nC .................................................................................... 121
6.10.1.3 Equipamento com energia limitada associada– Ex-nL ....................................................... 122
6.10.1.4 Equipamentos com energia limitada auto protegidos “nA nL” ......................................... 122
6.10.1.5 Invólucro com respiração restrita “nR”.............................................................................. 123
6.11 IGNIÇÃO CONTÍNUA ............................................................................................................ 123
6.11.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 123
6.11.2 SISTEMA DE FLARE ..................................................................................................................... 124
6.12 PROTEÇÃO ESPECIAL – EX-S .................................................................................................. 126
6.13 GRAUS DE PROTEÇÃO PARA INVÓLUCROS DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS – CÓDIGO IP ......................... 126
6.13.1 PRIMEIRO NUMERAL CARACTERÍSTICO .......................................................................................... 127
6.13.2 SEGUNDO NUMERAL CARACTERÍSTICO .......................................................................................... 129
6.13.3 A LETRA ADICIONAL ................................................................................................................... 130
6.13.4 LETRA SUPLEMENTAR ................................................................................................................. 131
6.14 DIRETIVA 94/9/EC – ATEX.................................................................................................. 132
6.14.1 ESCOPO DA DIRETIVA ................................................................................................................. 132
6.14.2 MARCAÇÃO CE – GRUPOS E CATEGORIAS ...................................................................................... 133
6.14.2.1 Grupo I – categoria M1 ...................................................................................................... 134
6.14.2.2 Grupo I – categoria M2 ...................................................................................................... 135
6.14.2.3 Grupo II – categoria 1 ......................................................................................................... 135
6.14.2.4 Grupo II – categoria 2 ......................................................................................................... 135
6.14.2.5 Grupo II – categoria 3 ......................................................................................................... 135
7 CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 136
8 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................................................................... 137
REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 139
GLOSÁRIO ................................................................................................................................ 146
16
1
INTRODUÇÃO
Indústrias que trabalham com produtos inflamáveis ou explosivos, na grande
maioria, estão concentradas nas atividades relacionadas com petróleo, gás natural,
petroquímicas e fabricantes de tinta e solvente. Todas estas indústrias necessitam
de algum tipo de equipamento, instalação ou instrumento elétrico. Alguns exemplos
de equipamentos elétricos são: motores que acionam bombas, ventiladores e
esteiras, lanternas de mão e luminárias e interruptores e disjuntores para controle e
proteção.
Muitos são os dispositivos elétricos e eletrônicos necessários para a
medição, monitoração, controle e automação dos diversos processos industriais.
Dessa maneira, cada simples componente elétrico operando em uma atmosfera
explosiva poderá ser uma fonte de ignição e, portanto, um perigo potencial para as
pessoas que trabalham na região e para a própria instalação.
Na época do surgimento dos primeiros dispositivos elétricos para o controle
de processo, a quantidade era reduzida e a utilização era restrita a áreas não
perigosas da instalação. Mesmo assim, foram desenvolvidas as primeiras técnicas
de proteção visando evitar incêndios e explosões. Uma das primeiras técnicas
desenvolvidas foi a proteção „a prova de explosão‟ ou „a prova de chama‟.
Como a quantidade de dispositivos era pequena, não era motivo suficiente
de preocupação, melhoria ou otimização das técnicas de segurança aplicadas e
desenvolvidas até aquele determinado momento. A solução para resolver o
problema do custo versus a necessidade de segurança começou a surgir após
pressões de interesses dos fabricantes e dos usuários. Porém, conforme foram
desenvolvidas as técnicas de proteção, e durante vários anos, cada usuário
desenvolveu um tipo de norma e uma padronização, ficando os fabricantes em uma
situação complicada, pois deveriam atender diversas normas e considerar as
diversas situações impostas pelos diversos usuários.
Necessariamente, com a obrigatoriedade em atender as diversas normas o
custo dos fabricantes voltou a subir, o que acabou direcionando uma conseqüente
unificação das normas. Após a padronização das normas e equalização das
informações, foi possível uma difusão maior das técnicas, filosofias e aplicações dos
dispositivos, instalações e equipamentos destinados às áreas classificadas.
17
2
2.1
CONCEITOS BÁSICOS
FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS
2.1.1 Temperatura de Ignição de uma Atmosfera Explosiva
A temperatura mais baixa de uma superfície aquecida na qual, sob certas
condições, ocorre a ignição de uma substância inflamável que estiver forma de uma
mistura de gás ou vapor com o ar. A referência [36] normaliza o método para
determinação desta temperatura.
2.1.2 Atmosfera Explosiva
É uma mistura com ar, sob condições atmosféricas, de substâncias
inflamáveis na forma de gás, vapor ou névoa, em tais proporções que pode ser
explodida devido à temperatura excessiva, arcos voltaicos, faíscas ou outras fontes,
sendo que representa um perigo grande.
Condições atmosféricas consideradas por norma:
pressão total de (0,8 a 1,1) bar
temperatura de (-20 a +60)ºC
Além disso, o risco de explosão existe quando duas outras condições são
satisfeitas ao mesmo tempo, sendo elas:
I - A proporção do material inflamável é tão alta de maneira que uma
mistura explosiva poderá ser formada;
II - Há uma fonte de ignição na mesma área da atmosfera explosiva
que poderá provocar a ignição da mistura.
Se, no evento de haver uma ignição de uma mistura explosiva, as pessoas
forem direta ou indiretamente ameaçadas, isto é então classificada como uma
atmosfera potencialmente explosiva. Decidir se uma atmosfera é potencialmente
explosiva ou não é algo aproximado.
Em ambientes fechados, independente do tamanho, a partir de 10 litros de
atmosfera explosiva são já considerados ambientes perigosos. Se o volume do local
é menor que 100 dm3, também será aplicado a quantidades menores.
18
2.1.3 Oxidação
É uma reação química na qual ocorre transferência de elétrons entre
elementos, podendo ocorrer de forma evidente ou sutil. A reação a seguir (1),
apresenta o modo evidente:
𝑍𝑛 + 𝐶𝑢2+ ⇔ 𝑍𝑛2+ + 𝐶𝑢
Equação 1
Enquanto que a reação abaixo (2), a oxidação-redução é mais sutil.
2𝐶𝑂 + O2 ⇔ 2CO2
Equação 2
Assim, é possível estabelecer uma generalização muito útil, afirmando que
uma substância química é oxidada quando perde elétrons. Na reação, o agente que
promove a redução é o elemento que perde elétrons, enquanto que o agende
oxidante é o elemento que recebe elétrons.
2.1.4 Combustão (ou fogo)
A combustão é uma forma especial de oxidação. Em qualquer instante,
durante todo o tempo em que ocorre contato, o oxigênio se combina com outros
elementos diversos. Alguns exemplos são: o ferro se combinando com o oxigênio
para formar o óxido de ferro, conhecido popularmente como ferrugem; a prata
escurecendo após oxidação e o cobre ficando com um revestimento esverdeado.
O oxigênio se combina rapidamente com certos tipos de combustíveis, tais
como carvão, óleo, gasolina, madeira etc. e ocorre a liberação de uma grande
quantidade de calor. A combustão é uma reação química na qual uma substância
combina com um oxidante e libera energia, na forma de calor e, às vezes, luz
(chama). Parte desta energia liberada é usada para sustentar a própria reação.
Quando a combustão envolve a presença de chama, é chamada de „fogo‟.
2.1.5 Velocidade de Combustão
A combustão acontece com velocidades diferentes. No caso de uma
combustão em regime estável, como por exemplo, num bico de Bunsen, a
velocidade de combustão é baixa, resultando numa leve elevação de pressão.
A velocidade de combustão cresce proporcionalmente na razão entre a
quantidade de substância inflamável e a quantidade de oxigênio no instante da
19
ignição. Conforme a velocidade da reação é possível classificar nos seguintes tipos:
„deflagração‟, „explosão‟ e „detonação‟.
2.1.6 Deflagração
É uma explosão com uma onda de choque resultante, movendo-se com uma
velocidade menor que a velocidade do som no meio não reagente. A velocidade de
combustão atinge a ordem de centímetros por segundo.
Resulta num ligeiro acréscimo de pressão e um efeito de ruído. Misturas que
estejam a uma temperatura próxima do ponto de inflamabilidade inferior ou superior
usualmente queimam na forma de deflagração.
2.1.7 Detonação
É uma explosão com uma onda de choque resultante, movendo-se com uma
velocidade maior que a velocidade do som no meio não reagente. A velocidade da
combustão é da ordem de quilômetros por segundo. A mistura explosiva se
decompõe quase instantaneamente, e o acréscimo de pressão pode ser superior a
20 bar. O ruído proveniente de uma detonação é extremamente forte.
A detonação pode ocorre de duas maneiras: explosão volumétrica e
concentrada. O primeiro caso representa uma reação de uma substância inflamável,
que está distribuída na forma de uma mistura, com o ar circulante na região.
O segundo caso, explosão concentrada, é a reação que ocorre com
explosivos, isto é, a substância contento o oxigênio necessário para a combustão já
está presente, mas na forma quimicamente combinada com o material.
Para exemplificar, é possível citar os seguintes casos:

Mistura de vapor de petróleo com ar, explode com uma velocidade de
combustão de (20 a 25) m/s (explosão volumétrica) e

Explosão de pólvora de um projétil de um revólver ocorre com uma
velocidade de combustão na ordem de 300 m/s (explosão
concentrada).
2.1.8 Explosão
Uma explosão é definida como uma reação repentina, envolvendo uma
oxidação rápida, física ou química, ou um decaimento, gerando um aumento na
20
temperatura, pressão ou ambos, simultaneamente. As reações mais conhecidas são
de gases, vapores e pós inflamáveis com o oxigênio contido no ar atmosférico.
A explosão pode ser considerada como uma expansão rápida de gases
resultando em uma onda de choque ou de pressão se movendo rapidamente. A
velocidade de combustão pode atingir a ordem de metros por segundo. O processo
de combustão ocorre de maneira instável, e ocorre um considerável aumento de
pressão (3 a 10) bar. O ruído gerado é forte, devido à expansão dos gases
provocada pela alta temperatura.
A expansão pode ocorrer de duas maneiras, sendo elas:
I.
Mecânica, como a ruptura repentina de uma vaso pressurizado, com
gás não reativo no interior e
II.
Química, como resultado de uma reação química rápida. O dano da
explosão será causado pela pressão ou pela onda de choque.
2.1.9 Explosão Confinada
Explosão que ocorre dentro de um local fechado (confinado), como por
exemplo, um vaso, uma torre ou edifício. Ela é mais comum e usualmente mais
perigosa que a não confinada para as pessoas que estão próximas ou presentes no
local confinado.
2.1.10 Explosão Não Confinada
A explosão não confinada ocorre ao ar livre. Esta explosão geralmente é
resultado de um vazamento de algum gás inflamável. O gás vai se dispersando e se
mistura com o ar, atingindo uma concentração perigosa; assim que a mistura
encontra uma fonte de energia, a explosão é iniciada.
A explosão não confinada é mais rara que a confinada, pois geralmente a
mistura é diluída pelo vento permanecendo a concentração abaixo do limite inferior
de inflamabilidade. A explosão não confinada geralmente tem maior poder destrutivo
que a confinada, pois há envolvimento de quantidade muito maior de gás e de maior
área.
21
2.1.11 Explosão de Pó
Explosão resultante da combustão rápida de partículas sólidas finas, na
forma de poeiras ou fibras. Muitos materiais sólidos, como ferro, alumínio e cereais,
se tornam muito inflamáveis quando reduzidos a um pó fino.
2.1.12 Explosão de Vapor Expandido de Líquido Fervente (BLEVE – Boiling Liquid
Expanding Vapor Explosion)
Explosão que ocorre quando um recipiente fechado, por exemplo, um vaso,
rompe e contém no interior um líquido, a uma temperatura acima do ponto de
ebulição, considerando esta temperatura à pressão atmosférica.
A explosão ocorre quando uma fonte externa aquece o conteúdo do tanque
contendo material volátil. Quando o conteúdo do tanque é aquecido, a pressão de
vapor do líquido dentro do tanque aumenta e a integridade estrutural dele diminui
devido ao calor. Caso o tanque rompa, o líquido quente irá vaporizar, causando
explosão (mecânica). Se a nuvem vaporizada for combustível, poderá haver outro
tipo de explosão (química).
2.1.13 Combustíveis
Diz-se que para um fogo começar basta um combustível, um comburente
(oxidante) e uma fonte de ignição. Isto é muito simplificado, pois o processo é mais
complexo.
A fonte de ignição deve ter uma energia suficiente para provocar e manter a
combustão. A mistura do combustível com o oxidante precisa estar em proporções
convenientes (estequiometria), em contato íntimo entre si, de maneira apropriada
para iniciar a reação e na quantidade suficiente para a combustão se manter.
O combustível é a substância que age como redutor, devolvendo elétrons
para um oxidante em uma combinação química.
2.1.14 Ignição
A ignição é um processo ou meio que inflama um material combustível. O
processo de ignição de uma mistura inflamável pode ser causado pelo contato da
mistura com uma fonte de ignição (como uma centelha elétrica, por exemplo) com
22
energia suficiente para iniciar o processo ou quando a mistura, atingindo uma
temperatura alta o suficiente, causa uma auto-ignição.
2.1.15 Faixa de Ignição
A faixa de ignição fica concentrada entre um limite inferior e um limite
superior de inflamabilidade. Abaixo do limite mínimo, a concentração dos gases e
vapores combustíveis (em percentagem de volume ou kg/m3) é muito baixa para
causar combustão ou explosão. Acima do limite superior de ignição, a mistura é
muito rica em frações combustíveis para ocorrer uma explosão.
2.1.16 Temperatura de Auto–ignição
É a temperatura fixa acima da qual uma mistura inflamável é capaz de
extrair energia suficiente do ambiente para entrar em combustão espontânea.
2.1.17 Fenômeno de Pré-Compressão
Resultado de uma ignição, em um compartimento ou em uma subdivisão de
um invólucro, de uma mistura gasosa pré-comprimida, através de uma ignição prévia
em outro compartimento ou subdivisão.
2.1.18 Corrente Mínima de Ignição – CMI
Corrente mínima que, em um equipamento de ensaio de faiscamento
específico para testes e sob condições específicas (conforme a referência [36]), é
capaz de causar a ignição da mistura inflamável.
2.1.19 Mistura
Associação de substâncias, distribuídas uniformemente, em processo que
deixa intactas as moléculas, resultando em um todo homogêneo; dissolução.
2.1.20 Mistura Explosiva para Ensaio
Mistura explosiva especificada utilizada para ensaio de equipamentos
elétrico para atmosferas explosivas.
23
2.1.21 Mistura mais Inflamável
Mistura que, sob condições especificadas, requer menor quantidade de
energia elétrica para ignição.
2.1.22 Mistura mais Explosiva
Mistura que, sob condições especificadas, produz a maior pressão de
explosão após a ignição.
2.1.23 Mistura mais Propagável
Mistura cuja chama, sob condições especificadas, propaga-se mais
facilmente através de uma junta.
2.1.24 Vaporização (ou Evaporação)
Uma atmosfera explosiva ocorre somente quando uma substância inflamável
está presente no estado gasoso e se mistura com o ar em proporções adequadas.
Caso a substância inflamável não ocorra, como por exemplo, a presença de um gás,
mas como um líquido, ela deve mudar o estado de agregação para a forma gasosa
antes que possa formar uma mistura explosiva.
Os líquidos mudam de estado de agregação pelo processo físico de
„vaporização‟ ou „evaporação‟. Como cada molécula de um líquido exerce uma força
de atração sobre as moléculas vizinhas, decorre então que aquelas localizadas no
interior do líquido são atraídas somente pelas que estão abaixo e ao lado de cada
uma, ocasionando desta forma um desequilíbrio de forças de tal modo que aparece
uma tensão superficial.
Por este motivo, elas podem, em função desse desequilíbrio de forças,
ganhar o espaço imediatamente acima do líquido, sendo assim o líquido „vaporiza‟
ou „evapora‟.
2.1.25 Pressão de Vapor
Os esforços das moléculas do líquido para ganhar o espaço acima da
superfície são denominados „pressão de vapor‟. Esta é uma constante física e, da
mesma maneira, que a vibração natural das moléculas varia com a temperatura, o
24
fenômeno da vaporização também varia fortemente com a temperatura. O grau de
evaporação é caracterizado pelo „coeficiente de evaporação‟.
2.1.26 Coeficiente de Evaporação
O coeficiente de vaporação de uma substância é uma característica que
pode ser utilizada como fator de segurança. Como a vaporização varia com a
pressão de vapor e o calor latente de vaporização, o coeficiente de evaporação é
uma expressão que engloba todos os efeitos principais de significância para a
velocidade de evaporação de um líquido sob condições normais.
Sendo assim, este coeficiente é definido como a relação entre o período de
evaporação da substância e o período de evaporação do éter. Logo, o coeficiente de
evaporação indica o tempo necessário que um líquido leva para evaporar
completamente sem deixar resíduo, expresso em relação ao tempo de evaporação
do éter.
Para contextualizar esta ordem de grandeza da velocidade de evaporação,
podemos citar como exemplo a acetona (coeficiente de evaporação 2,1) distribuída
numa superfície de um metro quadrado a uma temperatura de 25ºC, desenvolve em
um minuto uma quantidade tal (77 gramas) de vapor de acetona capaz de formar
uma atmosfera explosiva de dois metros cúbicos de volume. A tabela 1 apresenta
mais alguns outros valores do coeficiente de evaporação de outras substâncias
químicas.
TABELA 1 – COEFICIENTE DE EVAPORAÇÃO, DENSIDADE RELAIVA E PONTO DE
FULGOR DE ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS INFLAMÁVEIS.
Substância
Metano CH4
Coeficiente de
evaporação
(éter=1)
-
Densidade
Relativa (ar = 1)
Ponto de
Fulgor [ºC]
0,55
-
Benzeno C6H6
3
2,7
-11
Éter Etílico (C2H5)2O
1
2,55
-40
Álcool Etílico C2H5OH
8,3
1,59
12
Dissulfeto de Carbono CS2
1,8
2,64
< -30
Hidrogênio H2
-
0,07
-
Acetileno C2H2
-
0,91
-
~120
-7
> 55
Óleo Diesel
FONTE: p. 7, [38].
25
2.1.27 Difusão
Quando os líquidos estão situados em ambiente aberto para a atmosfera
eles evaporam completamente numa taxa que será rápida ou lenta, em função da
capacidade de difusão do vapor e do movimento do ar, considerando quando não
existe equilíbrio entre a pressão de vapor líquido em evaporação e o volume do ar
acima do líquido.
A difusão é a propriedade que os gases e vapores possuem de se misturar,
devido ao movimento intrínseco das moléculas.
2.1.28 Convecção
Considerando o contexto citado no item 2.1.17 (um líquido situado em
ambiente aberto para a atmosfera), a convecção é o movimento do ar que,
resultante da existência de pelo menos uma pressão diferencial ou uma diferença de
temperatura, torna os gases e vapores capazes de se misturarem.
2.1.29 Densidade Relativa
Considerando o conceito de convecção apresentado no item 2.1.28, um fator
torna-se muito importante para a ocorrência de tal fenômeno, a „densidade relativa‟
dos gases e vapores. Considerando a densidade do ar como igual a um, é possível
perceber que existem poucos gases e vapores com densidade relativa menor do que
a do ar.
No contexto de gases mais leves que o ar é possível exemplificar citando
exemplos como: o hidrogênio, o metano, a amônia, o acetileno e o eteno. Os outros
gases inflamáveis são mais pesados que o ar, e, em locais fechados, onde não
existe a possibilidade de ocorrer forte convecção, eles podem ocupar as partes
inferiores do local, formando nuvens de gás e espalhando-se por grandes distâncias,
sempre próximos ao solo.
Neste caso, eles estarão subordinados ao processo de difusão. Entretanto,
caso o gás seja de alta velocidade de difusão, tal como o hidrogênio, que pelo fato
de ser mais leve que o ar não se acumula nas regiões baixas, é possível uma
mistura com o ar no ambiente e, neste caso, a formação de uma mistura explosiva
torna-se particularmente minimizada.
26
2.1.30 Estado Normal de Agregação
Sabe-se que um gás pode ser transformado em líquido pela aplicação de um
acréscimo de pressão e um decréscimo de temperatura. Sendo assim, o estado de
agregação em que o material se encontra varia com a pressão e temperatura.
O estado no qual uma substância existe sob condições normais, ou seja,
0ºC de temperatura e 1,013 bar de pressão é chamado de „Estado Norma de
Agregação‟. Assim, se uma substância se encontra no estado gasoso em condições
normais de temperatura e pressão ela é chamada de gás. Caso a substância seja
líquida ou sólida sob condições normais de temperatura e pressão, o estado gasoso
criado por aquecimento ou redução da pressão, geralmente chamado de vapor.
Na prática, a diferença física entre gases e vapores é que os vapores se
desviam consideravelmente dos gases ideais. Acima das temperaturas e pressões
críticas as substâncias gasosas são consideradas como gases, e abaixo das
condições críticas, quando as substâncias não são nem sólidas nem líquidas, são
consideradas como vapor. Do ponto de vista prático, todos os materiais que estão
no estado gasoso em condições ambientais de temperatura e pressão são
considerados como gases.
No caso, devido à aplicação externa de calor, a temperatura de um líquido é
elevada e a pressão de vapor do líquido é acrescida até a pressão externa, o líquido
desenvolve bolhas de vapor no próprio interior. Esse processo é chamado de
„Ebulição‟, e a temperatura na qual a ebulição se inicia é chamada de „Ponto de
Ebulição‟. O desenvolvimento de vapor em líquidos em ebulição é muito mais
violento do que os líquidos em evaporação.
2.1.31 Ponto de Fulgor (Flash Point)
O fato de existir uma mistura de vapor e ar acima da superfície do líquido por
si só não significa que esta mistura seja inflamável. Quando a evaporação é devida
a difusão e a convecção ocorrida é fraca, o enriquecimento do ar com vapor acima
da superfície do líquido pode ser tão desprezível que não resulte em uma mistura
inflamável capaz de representar grande perigo.
Quando a temperatura do ambiente é suficientemente alta, o líquido
desenvolve uma grande quantidade de vapor por evaporação, que é capaz de
formar uma mistura inflamável acima da superfície do líquido. A temperatura na qual
27
isto ocorre é chamada de „Ponto de Fulgor‟. Assim, o ponto de fulgor, segundo [38] é
definido como:
“... menor temperatura na qual um líquido libera vapor em quantidade
suficiente para formar uma mistura inflamável...”.
Considerando esta temperatura, a quantidade de vapor desenvolvida não é
suficiente para assegurar uma combustão contínua. Após atingir o ponto de fulgor, a
pequena quantidade de vapor formada pode ser inflamada na forma de uma chama
rápida (flash). Essa chama irá se extinguir, uma vez que a temperatura na superfície
do líquido ainda não é bastante elevada para que seja capaz de produzir vapor em
quantidade suficiente para manter a combustão. Então, a menor temperatura na qual
a mistura de vapor com ar é inflamada por uma fonte externa de ignição continua
que queima constantemente acima da superfície do líquido chama-se „Ponto de
Combustão‟.
As definições de líquido inflamável e líquido combustível baseadas nos
valores do ponto de fulgor e pressão de vapor são definidas pela referência [23], a
qual adotou as mesmas definições que contam na referência [41]. Conforme o
conteúdo destas normas é possível, de maneira resumida, apresentar as seguintes
definições:
2.1.31.1
Líquido Combustível
Líquido que possui ponto de fulgor igual ou maior do que 37,8ºC (100ºF)
quando determinado pelo método do vaso fechado (conforme descreve o método
que consta na referência [25]). Os líquidos combustíveis são classificados como
Classe II ou Classe III, conforme a seguir:
a. Líquido Classe II – qualquer líquido que possua ponto de fulgor igual ou
superior a 37,8ºC (100ºF) e abaixo de 60ºC (140ºF);
b. Líquido Classe IIIA – qualquer líquido que tenha ponto de fulgor igual ou
superior a 60ºC (140ºF) e abaixo de 93ºC (200ºF);
c. Líquido Classe IIIB – qualquer líquido que possua ponto de fulgor igual
ou acima de 93ºC (200ºF).
Nota: o limite superior de 93ºC (200ºF) é fornecido como última classificação devido à norma não se
aplicar a líquidos com ponto de fulgor acima de 93ºC. Isto não significa que líquidos com ponto de
fulgor acima de 93ºC sejam não combustíveis.
28
2.1.31.2
Líquido Inflamável
Líquido que possua ponto de fulgor inferior a 37,8ºC (100ºF) quando
determinado pelo mesmo método citado anteriormente. Os líquidos inflamáveis são
denominados de Classe I, conforme a classificação a seguir:
Líquido Classe I – líquidos que tenham ponto de fulgor inferior a 37,8ºC
(100ºF) e pressão de vapor (reid pressure) que não exceda 2068,6 mmHg (40 psi) a
37,8ºC (100ºF) quando determinado pelo método descrito na referência [27]. Os
líquidos da Classe I são subdivididos conforme abaixo:
a. Líquido Classe IA – líquidos que tenham ponto de fulgor abaixo de
22,8ºC (73ºF) e ponto de ebulição inferior a 37,8ºC (100ºF);
b. Líquido Classe IB – líquidos que tenham ponto de fulgor inferior a 22,8ºC
(73ºF) e ponto de ebulição igual ou superior a 37,8ºC (100ºF);
c. Líquidos Classe IC – líquidos que tenham ponto de fulgor igual ou
superior a 22,8ºC (73ºF), porém inferior a 37,8ºC (100ºF).
Nota 1: os líquidos com ponto de fulgor igual ou superior a 22,8ºC acondicionados em tambores ou
outros recipientes portáteis, fechados, que não ultrapassam a capacidade individual de 250 l, não são
considerados para efeitos desta classificação;
Nota 2: a volatilidade dos líquidos aumenta com a temperatura. quando aquecidos acima do ponto de
fulgor, os líquidos das Classes II e III estarão sujeitos ao mesmo comportamento que os líquidos das
Classes I e II respectivamente. O mesmo raciocínio vale para os líquidos que possuam ponto de
fulgor acima de 93ºC, desde que sejam aquecidos acima do ponto de fulgor quando serão
considerados líquidos da Classe III.
2.1.32 Alteração no Ponto de Fulgor
O ponto de fulgor de substâncias inflamáveis pode ser alterado pela adição
de outros materiais. Se a adição é feita com líquidos não inflamáveis, geralmente
ocorre uma elevação no ponto de fulgor. Particularmente com materiais inflamáveis
solúveis em água é possível elevar o ponto de fulgor através da adição de água.
Uma elevação de temperatura até 5 K acima da temperatura ambiente é um
processo usualmente aceito como suficiente para evitar o aparecimento de uma
atmosfera inflamável. O ponto de fulgor é decrescido quando o líquido inflamável
existe na forma de gotículas ou na forma pulverizada.
29
2.1.33 Limites de Inflamabilidade
Existe uma grande quantidade de gases e vapores que são capazes de
reagir com o oxigênio do ar. Os gases que não se queimam (sofrem processo de
combustão) são relativamente poucos e são chamados de „gases inertes‟. Exemplos
de gases inertes são: nitrogênio, hélio, dióxido de carbono, vapor d'água e tetra
cloreto de carbono.
Também existem gases oxidantes diferentes do oxigênio que podem
propagar chama quando misturados com gases combustíveis, como por exemplo, o
cloro. Todos os gases, líquidos inflamáveis e combustíveis aquecidos acima do
ponto de fulgor podem entrar em ignição.
Para a maioria dos materiais, existe uma concentração mínima e uma
concentração máxima no „ar‟ (oxigênio) ou em outro oxidante, para poder ocorrer a
combustão quando a mistura entra em contato com algum tipo de fonte de energia
(início da ignição).
Durante o processo de evaporação de um líquido inflamável, com formação
de uma mistura acima da superfície livre do líquido, acontecem fases diferentes de
concentração, de tal modo que com baixa concentração a mistura ainda não é
inflamável, ela é dita „Mistura Pobre‟. Somente à temperatura correspondente à do
ponto de fulgor (ponto de combustão) a mistura se torna inflamável, sendo que nesta
concentração a mistura é inflamável sob certas condições específicas. A mínima
concentração na qual a mistura se torna inflamável é chamada de „Limite Inferior de
Inflamabilidade‟ e a temperatura a ela associada é chamada de „Ponto Inferior de
Inflamabilidade‟.
Se a concentração continua se elevando pelo acréscimo de temperatura, é
atingindo um grau de concentração em que a mistura possui uma alta porcentagem
de gases e vapores de modo que a quantidade de oxigênio é tão baixa que uma
eventual ignição não conseguirá se propagar pelo meio. Esta concentração é
chamada de „Limite Superior de Inflamabilidade‟ e a temperatura a ela associada é
chamada de „Ponto Superior de Inflamabilidade‟, acima desta concentração a
mistura é chamada „Mistura Rica‟.
Entre o limite inferior de e o limite superior de inflamabilidade existe uma
faixa denominada „Faixa de Inflamabilidade‟, a qual geralmente é expressa
considerando condições ambientais de temperatura e pressão, respectivamente, a
30
20ºC e à pressão de 1 bar. As substâncias que possuem faixas de inflamabilidade
amplas apresentam maior risco, quando comparadas com outras que possuem
faixas de inflamabilidade menores, pois no caso de liberação para a atmosfera, o
tempo de permanência como mistura inflamável será tanto maior quanto for a faixa
de inflamabilidade da substância, considerando-se as mesmas condições de
liberação em ambos os casos. A tabela a seguir apresenta algumas substâncias e
as características próprias.
TABELA 2 – LIMITES DE INFLAMABILIDADE DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS MAIS COMUNS
Limites de Inflamabilidade
Substância
Inferior
Superior
Inferior
Superior
(% vol.)
(% vol.)
[g/m3]
[g/m3]
5
15
33
100
Benzeno C6H6
1,2
8
39
270
Éter Etílico (C2H5)2O
1,7
36
50
1.100
Álcool Etílico C2H5OH
3,5
15
67
290
Dissulfeto de Carbono CS2
1
60
30
1.900
Hidrogênio H2
4
75,6
3,3
64
Acetileno C2H2
1,5
82
16
880
Metano CH4
FONTE: p. 13, [38].
Geralmente, os limites explosivos são indicados em porcentagem por
volume. A porcentagem por volume, abreviado como „%.vol.‟, significa a
porcentagem de volume da substância combustível na mistura. Por exemplo, o limite
inferior explosivo do Hidrogênio é 4,0%.vol. e o limite superior é 75,6%.vol.. Os
coeficientes de segurança definem quantitativamente os dados acerca das
propriedades da maioria dos produtos conhecidos.
Não há combustão quando o gás é puro (concentração igual a 100%) ou
quando não existe gás (0%). Nas condições de gás puro ou ar ambiente puro, a
energia de ignição seria infinita ou a velocidade de ignição seria zero. Uma mistura
gasosa somente provoca a propagação da chama se a porcentagem de gás estiver
acima de um valor mínimo e abaixo de um valor máximo de concentração, são os
limites superior e inferior, conforme apresentado anteriormente.
Todos os gases, vapores, suspensões de pó combustíveis e inflamáveis
possuem limites definidos de concentrações em ar, dentro dos quais é possível a
31
propagação após uma ignição. Fora dos limites de inflamabilidade (abaixo do
mínimo ou acima do máximo), a energia de ignição requerida é tão elevada que não
se consegue uma chama auto-sustentável e conseqüente propagação.
Quando se fornece energia a uma mistura que tem concentrações fora dos
limites, pode haver a queima de algum material, porém, não haverá propagação da
combustão. Os limites de inflamabilidade dependem do tipo do gás combustível, das
condições ambientes de pressão e temperatura, da concentração de oxigênio e do
nível de energia disponível para inflamar a mistura.
O efeito da temperatura ambiente é alargar os limites de inflamabilidade, isto
é, o aumento da temperatura ambiente diminui o limite mínimo e aumenta o limite
máximo. O efeito da pressão, na qual está submetido à mistura gasosa, também é o
de alargar estes limites.
Porém, o aumento da pressão estática não altera o limite mínimo. O
aumento da pressão faz aumentar o limite máximo de inflamabilidade. Quando
ocorre aumento do oxigênio na mistura, o limite superior sobe muitíssimo,
aumentando potencialmente o perigo da área.
Um método eficiente para diminuir e eliminar a capacidade dos gases de
entrar em combustão ou explodir é pela diluição do gás perigoso com um gás inerte.
Teoricamente isto é conseguido através dos seguintes procedimentos:
I.
diminuição da quantidade de oxigênio disponível e
II.
aumento da quantidade do gás inerte introduzido, diminuindo o limite
inferior da mistura.
A porcentagem de gás inerte necessária para produzir uma atmosfera
segura varia com relação à natureza do gás combustível considerado e do gás inerte
que será utilizado. Por exemplo, o hidrogênio no ar se torna não inflamável quando a
mistura contém 62% de CO2 ou 75% de N2. Misturas de metano e ar são não
inflamáveis quando há 38% de N2.
Sob o ponto de vista de segurança, os limites inferiores de inflamabilidade
são mais interessantes que os superiores, pois eles indicam as concentrações
mínimas em que a combustão começa. Porém, certas substâncias como acetileno,
hidrazina e n-propil nitrato tem limites superiores de 100%. Estas substâncias
queimam sem oxidante (ar – oxigênio). As substâncias que queimam na ausência de
oxigênio, como os combustíveis de foguete, são chamados de ‘mono propelentes’.
32
2.2
ÁREAS E ZONAS
2.2.1 Área Classificada
Conforme [9] é possível definir a área classificada devido à atmosfera de pó
da seguinte maneira:
Área na qual uma atmosfera gasosa explosiva está presente ou na qual é
provável sua ocorrência, a ponto de exigir precauções especiais para a
construção, instalação e utilização de equipamentos elétricos. ([9], 2009, p.2)
No
desenvolvimento
deste
trabalho,
serão
apresentadas
maiores
explicações sobre o assunto constante, principalmente, na série de normas da ABNT
NBR IEC60079.
2.2.2 Área Não Classificada
Conforme [9] a definição de área não classificada devido à atmosfera
explosiva formada por gases é a seguinte:
Área na qual não é provável a ocorrência de uma atmosfera explosiva a
ponto de exigir precauções especais para a construção, instalação e
utilização de equipamento elétrico. ([9], 2009, p.3)
2.2.3 Área Perigosa
É a área na qual a atmosfera circundante pode se tornar explosiva devido à
fatores diversos, representando risco para as instalações e para as pessoas.
2.2.4 Fonte de Risco
É o ponto ou local no qual um gás, vapor, névoa ou líquido inflamável poderá
ser liberado em um ambiente, formando uma atmosfera explosiva. Também poderá
ser considerada uma fonte de risco, as fontes de ignição presentes em uma área
com presença de atmosfera explosiva.
2.2.5 Espaço Confinado
O espaço confinado é definido na [34] como sendo:
Qualquer área ou ambiente não projetado para ocupação humana contínua
que possua meios limitados de entrada e saída, cuja ventilação existente é
33
insuficiente para remover contaminantes ou onde possa existir a deficiência
ou enriquecimento de oxigênio. ([34], 2006, p. 1)
2.2.6 Ventilação
A ventilação é um dos meios capazes de minimizar ou evitar a formação de
uma atmosfera explosiva. É primordial que esse tipo de proteção assegure que em
qualquer ponto do ambiente considerado, assim como em qualquer momento, não
haverá a formação de uma mistura inflamável. Observe que é de fundamental
importância uma boa avaliação das condições locais da instalação, e da quantidade
máxima de gás ou vapor inflamável que pode ser liberado no ambiente.
A ventilação é uma das variáveis muitas vezes difícil de avaliar. Quando a
instalação é a céu aberto, ou seja, não existem obstáculos ou regiões muito
fechadas que caracterizem um ambiente confinado, é possível dizer que a ventilação
é do tipo adequada ou natural. Porém, quando existem barreiras à ventilação natural,
tais como prédios, paredes ou qualquer outro tipo de obstáculo, dizemos que a
ventilação é inadequada ou limitada.
2.2.6.1 Ventilação Natural
No caso de prédios situados acima do nível do solo sem nenhuma abertura
especial para trocas de ar (entrada e saída) é considerando que no mínimo ocorre
uma troca de ar por hora, isto é, o ar nesses ambientes é trocado totalmente uma
vez a cada hora, influenciado apenas por correntes de convecção.
Para ambientes do tipo porão (abaixo do nível do solo), apenas 0,4 trocas de
ar por hora é esperada nesses locais, uma vez que existe uma menor convecção
natural. Se forem instaladas aberturas para entrada e saída do ar, esses valores
podem ser aumentados para aproximadamente o dobro.
Em ambientes abertos, a velocidade do ar usualmente é maior do que 2 m/s
e raramente abaixo de 0,5 m/s. Caso ocorra menos de uma troca de ar por hora, o
ambiente é considerado como não ventilado. Esse problema é mais facilmente
avaliado quando a quantidade de produto inflamável que flui por unidade de tempo é
conhecida e os gases liberados se misturam plenamente, diluindo-se com a corrente
de ar que entra.
34
2.2.6.2 Ventilação Artificial
Quando comparada com a ventilação natural (item 2.2.6.1), a ventilação
artificial é o emprego de grandes quantidades de ar através da utilização de máquina
dedicadas, com o objeto de promover uma circulação forçada de ar. Entretanto, é
importante assegurar que os dispositivos responsáveis pela ventilação artificial, tais
como ventiladores, dutos, difusores e aberturas, não se tornem inoperantes ou
sejam suscetíveis às falhas freqüentes. A eficiência e manutenção deverão ser
avaliadas e realizadas verificadas por pessoal qualificado.
A perda da ventilação deve ser evitada a qualquer custo, principalmente
enquanto perdurar o risco de formação de uma atmosfera explosiva. A ventilação
artificial também pode promover a pressurização da área.
2.2.7 Inertização
A inertização é um meio muito conhecido e tradicional que pode ser
empregado como proteção primária. Exemplos de gases como: nitrogênio, dióxido
de carbono, vapor d‟água, hidrocarbonetos hidrogenados ou ainda substâncias em
pó, são normalmente empregados nos processos inertização.
É conhecido que uma atmosfera contendo menos de 10% em volume de
oxigênio não se torna explosiva. Quando a razão volumétrica entre gás inerte e o
gás inflamável é de no mínimo 25, não existe á possibilidade de se formar uma
atmosfera inflamável, independentemente da quantidade de ar que esteja misturada
com os gases ou vapores inflamáveis.
2.3
CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS
2.3.1 Invólucro
O invólucro de equipamentos elétricos é o conjunto de paredes que
envolvem as partes vivas1 de um equipamento elétrico, incluindo portas, tampas e
entradas de cabos, eixos, hastes e apoios.
1
– definição consta no glossário apresente no final do trabalho.
35
2.3.2 Classificação Mecânica do Invólucro
A classificação mecânica do invólucro de um equipamento elétrico e não
elétrico é a classificação da proteção que garante o correto funcionamento do
equipamento no ambiente em que estiver instalado, dependendo da classificação,
mesmo no caso da presença de atmosfera explosiva.
A classificação mecânica pela norma americana NEMA inclui um número
que varia de zero (sem proteção) até treze (maior grau de proteção).
A classificação mecânica pela norma internacional IEC é a proteção de
ingresso (IP) a qual possui dois dígitos. O primeiro digito, que varia de 0 a 6 indica a
proteção contra o contato acidental e corpos sólidos estranhos. O segundo digito
que varia de 0 a 8 indica a proteção contra água. Quanto maior o número, maior é o
grau de proteção proporcionado pelo invólucro.
Os tipos de proteção citados anteriormente, assim como as normas, serão
explicados
e
contextualizados
com
maiores
detalhes
posteriormente
no
desenvolvimento deste estudo em um tópico específico sobre normas e padrões e
sobre equipamentos com segurança intrínseca.
2.3.3 Intrínseco Máximo Experimental Seguro – IMES
É considerado como o valor do intrínseco máximo da junta de duas partes
da câmara interna de um equipamento de ensaio que, quando provocada a ignição
da mistura de gás na região interna, sob condições específicas, evita a ignição da
mistura de gás no ambiente externo devido a propagação da chama através de uma
junta de 25 mm de comprimento, qualquer que seja a concentração no ar do gás ou
vapor ensaiado.
Nota: a publicação IEC-60079 normaliza um aparelho e um método de ensaio.
3
GASES DE INTERESSE – CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
Este tópico apresenta as características de diversos gases, os quais são
relevantes para o desenvolvimento deste estudo, pois em diversas situações e
análises estes gases serão mencionados, assim como algumas características
particulares de cada um deles.
36
3.1
ACETILENO – C2H2
O acetileno é um gás inflamável, extremamente reativo que não pode ser
armazenado em estado comprimido sozinho sem a possibilidade de se dissociar em
carbono e hidrogênio, com liberação de energia. Ele é armazenado em cilindros que
contém uma massa monolítica muito porosa feita de cimento, asbestos, terra
diatomácia e carvão. A massa de enchimento anidro, contendo cerca de 80% de
espaço vazio, é preenchida com acetona. Um cilindro típico de acetileno para solda
contém cerca de 30 litros, com aproximadamente 19 kg de acetona e 9 kg de
acetileno.
O acetileno é extremamente inflamável, com uma faixa de concentração
compreendida entre 2,5% e 81%. Sob certas condições, ele se dissocia em
concentrações de gás de 81% a 100%, liberando energia de calor no processo. Por
isso, muitos consideram que o acetileno entra em ignição em qualquer percentagem
acima de 2,5% até 100%.
Devido à altíssima reatividade e método não convencional de armazenagem,
todos os tanques de acetileno são providos de plugues fusíveis que se abrem em
torno de 100ºC.
3.2
AMÔNIA ANIDRA
A amônia anidra é um gás transportado na fase líquida ou gasosa sob
pressão. Ela é razoavelmente perigosa com relação à combustão e à explosão, nas
faixas de concentração entre 16% e 25% em volume de ar e é tóxica para os tecidos
humanos, devido à rápida solubilidade em água para produzir hidróxido de amônia
cáustico.
A amônia é usada como fertilizante, refrigerante e fonte de hidrogênio pela
decomposição em altas temperaturas. É interessante destacar que a amônia não
necessariamente é utilizada no estado fundamental, ela poderá ser processada ou
fazer parte de um composto – formando um produto final que possui as
características muito semelhantes a da amônia.
37
3.3
DIÓXIDO DE CARBONO – CO2
O dióxido de carbono (CO2) ou gás carbônico é um gás inerte. É
transportado em cilindros e em containeres nas fases líquida ou gasosa sob pressão.
Ele é não tóxico, mas é um perigoso asfixiante em quantidades maiores do que 5%
a 7% em volume de ar.
É um gás mais pesado que o ar (maior densidade) e em temperaturas acima
de 30ºC o dióxido de carbono existe somente na fase gasosa. Ele é usado em
extintores de incêndio, pois quando descarregado de maneira rápida e com pressão
ocorre resfriamento do próprio dióxido de carbono, assim como da região por ele
preenchida, formando partículas sólidas (um tipo de neve).
O monóxido de carbono (CO) não é inerte, mas inflamável, pois ainda pode
reagir com oxigênio (oxidar ou queimar) transformando-se em CO2.
3.4
ETILENO OU ETENO – C2H4
O etileno é transportado como um gás comprimido em alta pressão e é
usado no amadurecimento de frutas em concentrações muito baixas. É altamente
inflamável na faixa de concentração entre 2,7% e 36% em volume de ar; reage
violentamente com gases oxidantes e como a densidade é aproximadamente igual à
do ar, ele se mistura rapidamente quando liberado na atmosfera, podendo formar
misturas explosivas.
3.5
HIDROGÊNIO – H2
O hidrogênio é um gás permanente elementar, sem cheiro, mais leve que o
ar e tem uma alta relação de difusão. Ele é extremamente inflamável, com uma faixa
de inflamabilidade larga, concentrações de 4,0% a 75% por volume; queima com
uma chama quase não luminosa e entra em ignição com baixo nível de energia,
como faísca de fricção.
Quando misturado em proporções estequiométricas corretas com o oxigênio
(2 volumes de H2 e 1 volume de O2), ele reage com intensidade, gerando vapor
d'água.
38
3.6
NITROGÊNIO – N2
O gás nitrogênio é inerte, não reage com outras substâncias, exceto em
condições especiais de temperatura e pressão. Ele é transportado em forma
criogênica (extrema baixa temperatura) e comprimido (alta pressão) – transportado
como um gás comprimido em cilindros em alta pressão; não é tóxico, exceto quando
substitui rapidamente o oxigênio, asfixiando as pessoas. Também pode ser usado
para produzir atmosferas gasosas para impedir combustão - inertização.
3.7
OXIGÊNIO – O2
O gás oxigênio não é inflamável, quando na forma pura e isolada, mas é
capaz de manter e acelerar chamas e explosões. Ele reage com um grande número
de substâncias e é especialmente reativo com materiais de todos os tipos que
contenham carbono e hidrogênio.
O oxigênio muda circunstancialmente as tendências de combustão das
substâncias até o ponto que elas possam se queimar em explosões. As
características de facilitar e promover a combustão tornam o oxigênio perigoso,
mesmo que ele não seja inflamável em si (forma pura).
A quantidade de oxigênio presente no ar atmosférico é somente suficiente
para oxidar ou queimar certa quantidade do material inflamável. A relação de
equilíbrio para reagir com determinada quantidade de material pode ser determinada
teoricamente, e é chamada de mistura estequiométrica. Quando a quantidade da
substância inflamável e a de oxigênio atmosférico disponível estão próximas da
relação correta, o efeito da explosão – aumento da temperatura e da pressão – é
mais violento.
Se a quantidade do material inflamável é muito pequena, a combustão irá se
espalhar com dificuldade ou cessará. A situação é similar quando a quantidade do
material inflamável é muito grande para a quantidade de oxigênio disponível no ar.
Todos os materiais inflamáveis têm uma faixa explosiva, a qual também
depende da energia de ignição disponível. Isto é usualmente determinado
provocando a ignição da mistura com uma faísca elétrica, conforme apresentado
anteriormente, são os limites superior e inferior de inflamabilidade, os quais são
determinados através de ensaios específicos e normalizados.
39
3.8
GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO – GLP
O gás liquefeito de petróleo é uma mistura de propano e butano com
menores quantidades de etano. Eles são transportados em bujões ou cilindros nas
fases líquida e gasosa sob alta pressão. O gás e o liquido são altamente inflamáveis
e explosivos na faixa de concentração de 1,55% a 9,60% em volume de ar. Não é
possível armazenar GLP em tanques pressurizados devido à possibilidade de
escape da fase liquida – por isso são utilizado estruturas específicas (esferas). O
liquido produz cerca de 260 volumes de gás inflamável por volume de liquido.
Os recipientes de GLP estão sujeitos ao fenômeno de fogo conhecido como
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion), quando estes são aquecidos
pela combustão do gás que acidentalmente escapa de um ponto, o aquecimento do
recipiente faz surgir novas fraturas.
Quando isso acontece, a fase gasosa escapa e queima em uma grande bola
de fogo e a fase liquida imediatamente ferve e expande para volumes inflamáveis de
260 vezes (relação do estado gasoso para o líquido do GLP) a quantidade de líquido
presente.
O GLP possui uma larga utilização, desde isqueiros a grandes fornalhas
industriais. Para detectar vazamentos, os gases possuem um cheiro artificial à base
de enxofre (mercaptano). O gás liquefeito do petróleo é diferente do gás natural
liquefeito.
O gás natural tem predominância de metano e sua faixa de inflamabilidade
está entre 5,3% a 14% em volume de ar. As composições típicas de gás natural
usado como combustível são variáveis e as faixas típicas estão mostradas na tabela
3 apresentada abaixo.
TABELA 3 – COMPOSIÇÃO BÁSICA DO GÁS NATURAL.
CONTINUA
Substância
Porcentagem do Total [%]
Metano
70 – 96
Etano
1 – 14
Propano
0–4
Butano
0–2
Pentano
0 – 0,5
Hexano
0–2
40
CONTINUAÇÃO
TABELA 3 – COMPOSIÇÃO BÁSICA DO GÁS NATURAL
Dióxido de Carbono
0–2
Oxigênio
0 – 1,2
Nitrogênio
0,4 – 17
FONTE: [38].
4
ENERGIA ELÉTRICA – OUTRAS FONTES DE IGNIÇÃO
Seguindo a mesma proposição de apresentação do tópico anterior (“Gases
de Interesse – Características Químicas”), este item apresentará os conceitos de
algumas formas de ignição com energia elétrica e demais fontes comumente
encontradas no ambiente industrial, as quais serão citadas diversas vezes ao longo
deste trabalho.
4.1
INTRODUÇÃO
Na prática, a ignição de um gás inflamável pode ser provocada por
dispositivos elétricos quando ocorrer, principalmente, algum dos seguintes eventos:
1. aparecimento de faísca ou fagulha (spark);
2. aparecimento de arco voltaico;
3. alta temperatura de superfícies ou de componentes elétricos e
4. efeito corona.
Os circuitos elétricos podem ser resistivos, capacitivos e indutivos. No caso
dos circuitos resistivos, eles apenas podem dissipar energia na forma de calor. Já os
circuitos capacitivos e indutivos, permitem o armazenamento de energia.
4.2
CIRCUITO CAPACITIVO
A energia elétrica é armazenada no circuito capacitivo é devido ao campo
elétrico, a energia é liberada quando o contato do circuito é fechado. Quanto maior a
for a tensão, maior a energia armazenada, pois conforme a equação 3 abaixo:
𝐸𝑐 =
Onde:
1
2
𝐶𝑉 2
EC – energia armazenada no circuito capacitivo;
Equação 3
41
C – valor da capacitância, efetiva e parasita,
V – tensão aplicada ao circuito.
Quanto mais lento for o fechamento do contato no circuito capacitivo, maior
o perigo de aparecer o arco voltaico, representando maior nível de energia.
4.3
CIRCUITO INDUTIVO
No caso dos circuitos indutivos também ocorre a formação do arco voltaico
na abertura dos contatos. A energia elétrica é armazenada no circuito indutivo
devido ao campo magnético e será liberada quando o contato do circuito for aberto,
interrompendo a corrente.
Outro modo de explicar o arco voltaico, segundo a lei de Lenz, quando se
pretende interromper (desligar) a corrente do circuito indutivo, aparece uma tensão
induzida, que tenta impedir a variação da corrente elétrica; é a tensão induzida que
provocará o arco voltaico. Quanto maior a corrente, maior a será a energia
armazenada, pois analisando a equação 4 abaixo:
𝐸𝑙 =
Onde:
1
2
𝐿𝐼 2
Equação 4
EL – energia armazenada no circuito indutivo;
L – valor da indutância, efetiva e/ou parasita e
I – corrente que circula no circuito indutivo.
Quanto mais rápido for a abertura do circuito indutivo, maior o perigo de
aparecimento do arco voltaico e conseqüente formação de uma fonte de ignição.
4.4
CIRCUITO RESISTIVO
Nos casos limites, quando a capacitância e indutância tendem para um valor
próximo de zero, resta apenas o circuito resistivo. Embora seja muito pouco provável,
é possível o aparecimento de arco voltaico no fechamento e abertura de um circuito
puramente resistivo (consideração teórica).
Considerando que os componentes indutivos e capacitivos, inerentes ao
circuito, são muito pequenos, não existirá tensão induzida para manter o arco. Mais
42
freqüentemente e de mesma natureza que a abertura de um contato, é a queima de
um fusível, a qual pode provocar o aparecimento de faísca ou gerar aquecimento.
Um dispositivo elétrico também pode ser considerado uma fonte térmica,
através do efeito Joule, ou seja, componentes e condutores, percorridos por uma
corrente elétrica podem dissipar energia térmica suficiente para se aquecerem e
aquecerem a região circundante, representando risco à área onde estão instalados.
Na seqüência é apresentado um item explanando melhor o tema „superfícies
quentes‟.
Quando a temperatura dos componentes ou dos condutores atingirem a
temperatura de auto-ignição da mistura inflamável presente na região, pode ocorrer
a ignição e a explosão. Obviamente, um condutor elétrico que se aquece, só poderá
atingir uma temperatura menor que a própria temperatura de fusão do material que é
formado. Ao atingir a temperatura de fusão, o condutor se rompe, interrompendo a
circulação de corrente elétrica, mas este rompimento poderá provocar o
aparecimento de um arco voltaico ou uma faísca.
4.5
FAÍSCA, ARCO ELÉTRICO E EFEITO CORONA
Os arcos, faíscas e coronas destroem as propriedades de isolação dos
materiais isolantes. A ionização do ar produzirá óxido nitroso, devido ao nitrogênio
atmosférico; o óxido em conjunto com a umidade forma um ácido, que afeta a
isolação.
No caso do efeito corona, a destruição é menos aparente e mais lenta,
porém é mais perigoso, pois diminui a isolação do material gradativamente, não
sendo possível identificar facilmente tal falha, ocorre o surgimento de faíscas ou
flash, mas apenas quando a isolação começa a ficar muito comprometida.
Os arcos, faíscas e coronas também geram ruído eletromagnético, o que
reduz a eficiência do equipamento elétrico e gera interferência nos dispositivos que
estão nas proximidades. Porém, o pior efeito dos arcos e faíscas é a causa de
ignição ou explosão de atmosferas explosivas.
4.5.1 Faísca
A faísca é uma descarga rápida e elevada de elétrons. Ela pode ser uma
simples descarga que consome toda a energia em um circuito elétrico ou pode ser
43
uma série, quando a energia da descarga acarreta o surgimento de outras
descargas subseqüentes, culminando em uma falha generalizada.
Não é necessário o contato físico inicial entre condutores energizados para
provocar uma faísca. Pode ocorrer uma faísca quando um caminho ionizado é
completado entre dois condutores ou entre um condutor energizado e o potencial de
terra.
As faíscas elétricas visíveis e luminosas devem ser normalmente
consideradas fontes de energia perigosas. Somente faixas com muito baixa energia,
apenas micro joules, podem ser consideradas incapazes de iniciar uma explosão.
Mas ainda assim deverão ser evitadas. Por isso, medidas apropriadas devem ser
adotadas para evitar estas fontes de ignição. Alguns exemplos são: faíscas de
chaveamento e faíscas em coletores ou comutadores.
4.5.2 Arco Elétrico
O arco elétrico é um jato sustentado de elétrons através de um espaçamento
criado quando duas superfícies metálicas, devidamente energizadas, estavam em
contato e são separadas.
Embora o arco seja também chamado de „faísca de abertura‟, o arco é
usado para indicar que uma corrente está fluindo através de uma pequena distância
de maneira contínua, ou seja, um tempo de duração maior que uma faísca. Quando
a distância aumenta, o comprimento do arco aumenta até haver uma separação tão
grande que o arco se extingue. A energia para manter um arco é menor que a
necessária para iniciar o arco (energia de ionização do caminho pelo qual o arco se
estabelece).
A formação de um arco elétrico depende principalmente dos seguintes
fatores: distância entre as superfícies, tensão, corrente, pressão, constante dielétrica
do meio e os materiais das superfícies. Por exemplo, a pressurização pode evitar ou
controlar o aparecimento de arco em um sistema elétrico (exemplos são os
disjuntores utilizados em sistemas de potência).
Os arcos podem até ser intencionalmente produzidos ou podem ser
inconvenientes. No caso do arco de uma máquina de solda, é desejável e serve para
provocar calor e fundir metais; já os arcos provocados no fechamento e abertura de
contatos, são inconvenientes, pois danificam as superfícies de contato (soldam e
44
removem materiais), podem gerar ruídos no sistema de potência e representam uma
fonte de ignição para uma região com presença de atmosfera explosiva.
4.5.3 Efeito Corona
O efeito corona ocorre em circuitos de alta tensão, quando ocorre a ruptura
do dielétrico na região ao redor do condutor ou próximo aos isoladores que
sustentam a linha. A tensão á muito elevada, mas insuficiente para provocar arco ou
faíscas, mas suficiente para ionizar o gás (ar) ao redor.
A “descarga” do tipo corona começa mais facilmente nas proximidades de
pontas e protuberâncias (ponto de ancoragem do condutor no isolador). Este efeito
pode produzir brilho no escuro, ruído sibilante e interferência eletromagnética.
Em casos severos, o brilho é tão intenso em torno da superfície que é
chamado de fogo de Santelmo. Quando o potencial entre as superfícies aumenta,
pode haver uma ruptura completa do dielétrico e o aparecimento de faísca ou arco
elétrico.
4.6
CONTATO ELÉTRICO
Como explicado anteriormente, o fechamento e a abertura de contatos
elétricos podem provocar faíscas e arcos voltaicos. Estes fenômenos dependem dos
seguintes fatores:
i.
material dos contatos e dos eletrodos;
ii.
níveis de tensão e de corrente dos circuitos;
iii.
freqüência das tensões e das correntes alternadas e
iv.
velocidade de abertura ou de fechamento dos contatos.
Existe interesse no conhecimento profundo dos fenômenos de ignição
provocada por contatos elétricos para quem executa testes de aprovação e de
certificação de equipamentos. Para aplicação nas técnicas de proteção de
dispositivos elétricos em áreas perigosas, é importante ressaltar o seguinte:
a. nem toda faísca provocada por fonte elétrica é suficiente para provocar e
manter a ignição de uma mistura especifica de gás ou vapor. Há faíscas
elétricas, provocadas por curtos-circuitos ou mau contato elétrico, que
45
não possuem níveis de energia suficientes para provocar e manter a
ignição, e
b. a mínima energia de ignição somente é atingida em fenômenos
presentes nas tensões mais elevadas – acima de 127 Vac.
No caso, da maioria dos dispositivos de controle e comunicação, eles
manipulam níveis de sinais elétricos de baixa potência: tensão de alimentação típica
de 24 Vcc e corrente de transmissão padrão de (4 a 20) mAcc.
Atualmente, com a aplicação de circuitos a microprocessadores digitais, a
tendência é a de se usar níveis de tensão menores, próximos de 5 V cc; os arcos
voltaicos ocorrem em tensões acima de 300 Vcc.
4.7
SOLDA E CORTE
As operações a quente, de solda e corte de chapas metálicas ou outras
formas de metais, feitas impropriamente, são provavelmente a causa mais comum
de explosões em locais perigosos.
A chama aberta ou o arco exposto é uma fonte de ignição explícita. Muitas
vezes, o que provoca a ignição é a temperatura quente da chapa, após a operação
de solda e um resfriamento insuficiente do metal.
É clássico o acidente provocado com solda ou corte de tanque “vazio”
(considerando um tanque utilizado para armazenar líquido combustível), provocado
por falta de purga ou por purga mal feita. Não há técnica automática de proteção;
somente o controle dos serviços realizados pode ser efetivo para evitar ignição ou
explosão devida à solda ou corte.
4.8
ELETRICIDADE ESTÁTICA
A descarga eletrostática é a liberação de cargas elétricas acumuladas em
algum material; as descargas ocorrem de um material carregado para outro que
tenha resistência mais baixa para o potencial de terra. Independentemente de existir
ou não uma fonte de alimentação elétrica, faíscas elétricas também podem ser
causadas por eletricidade estática.
A energia armazenada poderá ser liberada na forma de faíscas ou arcos e
funcionar como uma fonte de ignição. Como esta fonte de ignição pode aparecer
46
independentemente de uma fonte de alimentação elétrica, ela também deve ser
considerada em equipamentos não elétricos.
Em geral, a eletricidade estática está ligada a processos de separação, pois
o atrito que ocorre durante a operação normal de separação pode ser causa de
formação de cargas eletrostáticas. A eletricidade estática deverá ser evitada através
de medidas apropriadas, evitando se tornar uma fonte perigosa de ignição.
Alguns exemplos de condições propícias para formação de eletricidade
estática: esteiras de transmissão feitas de material plástico (isolante); invólucros de
equipamentos portáteis; roupas de material sintético; processos de separação
(enrolamento de papel ou plástico); sistemas de tubulação de plástico e
esvaziamento ou enchimento de tanques com fluidos.
4.9
CORRENTES PARASITAS
Ocorrem principalmente devido à diferença de potencial entre dois pontos
(ponto de tensão e terra) e as características elétricas intrínsecas dos materiais
envolvidos (principalmente a resistência. Por este motivo, existe a necessidade de
se ter uma conexão altamente condutiva para todas as partes eletricamente
condutivas do equipamento, de modo que a diferença de potencial seja reduzida a
um nível seguro.
Estruturas de linhas elétricas e outros elementos aterrados que estão
relacionados diretamente às fontes de tensão, são alguns exemplos de itens que
necessitam de proteção contra corrosão elétrica (galvânica). Para minimizar estes
efeitos, também pode ser utilizada a proteção catódica contra corrosão, na qual é
utilizado um eletrodo de sacrifício, o qual será oxidado protegendo a estrutura de
interesse.
4.10 RADIAÇÃO
Entre as fontes de ignição, deve-se considerar também a energia da
radiação. Este tipo de energia poderá entrar em contato com uma mistura
potencialmente explosiva através dos seguintes tipos de radiação:
i.
Ultra-sônica – medidores de densidade ou nível;
ii.
Radiação eletromagnética – ondas de rádio;
iii.
Radiação eletromagnética – infravermelho, ultravioleta e luz visível e
47
iv.
Radiação de ionização – fontes radioativas.
Se algumas destas formas de radiação são utilizadas em equipamentos que
possuem controle sobre os parâmetros de emissão e estes são limitados de modo
permanente, seguro, testado e certificado, os sistemas ou equipamentos que
utilizam radiação destes tipos poderão ser operados em zonas com perigo de
explosão. Caso contrário, a radiação deverá ser evitada de modo confiável, não
penetrando a área com perigo de explosão.
Alguns exemplos de equipamentos utilizados na indústria que são ou
possuem fontes de radiação são s seguintes: equipamentos de transmissão e
recepção (radiocomunicadores), telefones móveis (celulares) e equipamentos de
radiografia industrial.
4.11 OUTRAS FONTES DE IGNIÇÃO NÃO ELÉTRICA
4.11.1 Fornalha e Forno
Fornalhas, fornos e caldeiras são fontes de ignição óbvias, devido à alta
temperatura envolvida. No caso da fornalha ou do forno, estes ainda podem
funcionar com a queima de óleo combustível, de modo que sempre existirá a
presença de atmosferas perigosas em seu redor.
O perigo é maior durante a partida ou parada da fornalha, quando se reduz
ou ocorre o corte no suprimento de ar (podendo ser utilizado oxigênio puro – O2),
permitindo a formação de misturas de ar atmosférico e de vapores inflamáveis
dentro da faixa de inflamabilidade.
Porém, caso o forno ou fornalha seja adequadamente instalado, mantido e
operado, não será uma fonte incontrolada de ignição para o óleo fóssil ou seus
vapores. A segurança que deve ser adotada é o controle correto das proporções,
mantendo a vazão de ar de modo que os vapores inflamáveis estejam sempre
abaixo do limite mínimo de inflamabilidade.
4.11.2 Turbina e Caldeira
Devido ao grande volume de ar passando através da turbina a gás e da
câmara de combustão, apenas a turbina normalmente não é considerada uma fonte
de ignição. Os locais onde estão montadas a turbina, normalmente, não são
classificados como perigosos, considerando apenas a turbina, mas mesmo assim,
48
os componentes elétricos externos devem ter alguma proteção. Como, geralmente,
a turbina, a câmara de combustão e a caldeira estão localizadas no mesmo
ambiente ou não possuem uma segregação adequada, torna-se necessária analisar
cuidadosamente cada caso, prevendo que uma atmosfera explosiva poderá se
formar, sendo assim, existe a necessidade da classificação da área e utilização de
equipamentos e dispositivos adequados para este tipo de local.
No controle de uma caldeira é clássico a utilização de limites dependentes,
ou seja, controlam-se as vazões de ar e do combustível em uma relação fixa. Neste
controle, quando a carga da caldeira aumenta, aumenta-se primeiro a vazão de ar;
quando a carga da caldeira cai, diminui-se primeiro a vazão do combustível. Em
ambos os casos, evita-se a formação de excesso do combustível.
4.11.3 Chamas
As chamas, gases e partículas quentes podem ocorrer dentro das máquinas
de combustão, durante a operação normal ou quando ocorrer alguma falha. Medidas
de proteção são necessárias para evitar, de maneira permanente que as chamas e
gases quentes deixem os invólucros.
Alguns exemplos são: produtos liberados de máquinas de combustão interna
e partículas formadas pelas faíscas de chaveamento de chaves de potencial,
erodindo o material dos contatos das chaves.
4.11.4 Superfície Quente
Superfície quente é uma fonte de ignição potencial. Em geral, se a
temperatura de uma superfície excede a temperatura de ignição do material
presente na região, ela poderá ser considerada como uma fonte de ignição.
Porém, outras considerações devem ser feitas, caso o material inflamável se
movimente mais rapidamente através da superfície quente, como no caso de uma
mistura de gás e ar em uma condição turbulenta ou em um jato que passa sobre a
superfície, a mistura não será aquecida o suficiente para alcançar a temperatura da
superfície quente e possível ignição.
Caso a superfície quente seja pequena em comparação com a área em que
está localizada, a superfície quente não é capaz de aquecer a mistura até a
temperatura necessária para ocorrer uma ignição. Esta é a situação mais comum de
49
luminárias e motores instalados em locais perigosos abertos. Um exemplo extremo
de superfície pequena é um condutor que sofre aquecimento em uma pequena parte
de toda a extensão.
As superfícies quentes são o resultado de perdas de energia do sistema, de
equipamentos ou de componentes durante a operação normal. No caso de
aquecedores, o efeito é desejado e as temperaturas podem, usualmente, ser
controladas.
Na condição de um defeito – por exemplo, a sobrecarga ou mancais que
estão muito apertados – a perda de energia provoca um inevitável aumento da
temperatura. Alguns exemplos são de dispositivos que geram muito calor durante a
operação normal são: bobinas de motores, resistores, lâmpadas e freios ou
rolamentos.
As normas recomendam evitar o uso de equipamentos tendo uma
temperatura de operação maior do que a temperatura de ignição da mistura
especifica envolvida; tipicamente a temperatura de operação não deve exceder a 70%
ou 80% da temperatura de ignição.
4.11.5 Faísca Mecânica
A faísca mecânica pode ocorrer sempre que duas superfícies se chocam ou
mantém contato permanente, sob condições normais, no caso de operações de
esmerilhamento, onde se forma um chafariz de faíscas, ou em condições anormais,
quando uma peça móvel entra em contato acidental com outra peça móvel ou
estacionária.
Faíscas mecânicas podem ser geradas através de equipamentos de corte e
acabamento, durante a operação normal, e por isso elas devem ser proibidas em
áreas classificadas. Quebras de partes rotativas, partes deslizantes entre si sem
lubrificação suficiente e situações similares também podem gerar tais faíscas
repentinamente quando o equipamento está com defeito ou ocorre uma falha.
O uso de metal não-faiscador, como o bronze a algumas ligas de alumínio e
de materiais não metálicos podem reduzir a probabilidade da criação de faísca
mecânica.
50
4.11.6 Ondas de Choque
A compressão adiabática e as ondas de choque, quando ocorridas dentro de
estruturas tubulares sob pressão podem se tornar fonte de ignição. Alguns exemplos:
quebra de uma lâmpada fluorescente tubular, a qual está cheia de uma atmosfera de
hidrogênio e ar (além de alguns outros metais em quantidade muito menor).
51
5
5.1
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS
INTRODUÇÃO
Classificar uma área significa elaborar um mapa que define, entre outras
coisas, o volume e o nível de risco dentro do qual pode ocorrer uma mistura
inflamável. Neste tópico, „Classificação de Áreas‟, serão apresentados os critérios e
as recomendações utilizadas para execução da classificação de áreas.
A primeira idéia que nos surge quando é abordado o tema „classificação de
áreas‟ é a execução de um desenho, em geral em planta, contendo as classificações
das áreas de interesse, o que realmente é verdadeiro. Mas o pré-requisito para
quem elabora este tipo de desenho é possuir conhecimentos a respeito do
comportamento das substâncias inflamáveis (propriedades físicas e químicas), quais
as substâncias estarão presentes na área (conhecimento de processo), quais são as
fontes de ignição presentes no local e, principalmente, o que e como ocorre no
processo de combustão destas substâncias.
5.2
HISTÓRICO
No início, nas minas de carvão devido à ocorrência de metano e devido ao
pó de carvão, que são altamente inflamáveis e explosivos. Foi então desenvolvido o
método básico de proteção contra explosão das atmosferas perigosas, presentes no
local, para permitir a utilização dos equipamentos elétricos.
Foi realizado um trabalho intensivo para encontrar meios de evitar, de modo
confiável, o contato entre a atmosfera potencialmente explosiva e as fontes de
ignição, originadas do uso de equipamentos elétricos, e assim, evitar explosões.
Após experiências amargas no início, as explosões em minas ficaram mais
raras e os equipamentos elétricos passaram a ser montados e projetados utilizandose normas mais rígidas e exigindo certificados e testes para garantir uma segurança
muito mais alta.
No Brasil, o início da indústria, há mais de 40 anos, foi caracterizado
basicamente pela importação de projetos, e na grande maioria de origem americana.
Neste cenário, é natural que o executante do projeto forneça (venda em conjunto) a
tecnologia utilizada e com isso o adquirente assuma essa tecnologia, a menos que
alguma interferência ocorra, existe forte tendência de não modificá-la e além de não
52
modificar o conteúdo original, manter a aplicação deste tipo de tecnologia e prática
em novos projetos, mesmo os que venham a ser desenvolvidos nacionalmente.
No que se refere às instalações elétricas em atmosferas explosivas, o mais
comum era a orientação da normalização técnica americana, destacando-se os
documentos da NEC – National Electrical Code e as publicações do API – American
Petroleum Institute.
O início da década de 80 foi marcado pela implantação na ABNT –
Associação Brasileira de Normas Técnicas – uma comissão técnica encarregada de
elaborar as normas nacionais sobre „equipamentos e instalações elétricas em
atmosferas explosivas‟. Seria muito provável que nada de diferente tivesse
acontecido se não fosse o fato de que a comissão recebeu o encargo de elaborar as
normas brasileiras baseadas em normas internacionais da IEC – International
Electrotechnical Commission, que é o órgão internacional de normalização para o
setor elétrico.
Quando se começou a manusear as normas internacionais, foi possível
verificar uma evolução tecnológica muito significativa quando comparado a
totalidade de instalações existentes no país com o conteúdo das normas, que
alteravam de maneira radical os conceitos até então utilizados, conceitos estes que
eram transferidos juntamente com os equipamentos adquiridos – tecnologia já
superada.
As mudanças se refletiram de uma maneira geral, abrangendo a construção
dos equipamentos, a classificação das áreas e a maneira como eram executadas as
montagens das instalações. O que tinha ocorrido era uma influência muito grande da
normalização técnica européia, principalmente da Alemanha, devido à incorporação
de técnicas desenvolvidas naquele país.
É possível identificar que existe uma tendência universal no sentido de
adaptar as normas de cada país, sejam nacionais ou estrangeiras, às normas
internacionais. Nesse aspecto o Brasil está à frente de muito outros países, pois já
são adotadas um grande número de normas harmonizadas com a IEC.
53
5.3
CONCEITOS BÁSICOS PARA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS
5.3.1 Perigo
É uma condição com potencial que causar ferimento em pessoas, danos ou
falhas em equipamentos ou estruturas, perdas de material ou redução da
funcionalidade. Quando existe um perigo, existe a possibilidade de ocorrer diversos
efeitos subseqüentes.
5.3.2 Grau de Perigo
Expressa a exposição relativa a um tipo de perigo. O perigo pode estar
presente, mas pode existir um pequeno risco devido às precauções existentes. Para
exemplificar é possível considerar a seguinte situação: um transformador de alta
tensão possui um perigo inerente de eletrocutar pessoas, quando energizado –
existe um alto grau de perigo se o transformador não estiver protegido e colocado
em uma área movimentada com grande fluxo de pessoas.
O mesmo perigo está presente mesmo quando o transformador é
completamente fechado e colocado em um cubículo subterrâneo isolado. Porém, o
grau de perigo é quase zero para as pessoas devido à localização e medidas de
proteção adotadas. No caso de uma instalação acima do chão, protegida e trancada,
possui um grau de perigo intermediário entre as duas anteriores.
5.3.3 Prejuízo
É a severidade da perda física, funcional ou monetária que resulta quando
se perde o controle do perigo e as condições que deveriam ser evitadas acontecem.
Um exemplo real é a condição de uma pessoa sem equipamentos de proteção
individual cai de uma altura de um metro, podendo quebrar um braço ou deslocar o
ombro.
Porém, analisando a mesma situação, se ela cair de uma altura de 20
metros, é muito provável que venha a morrer. O perigo (possibilidade) e o grau de
perigo (exposição) de cair são os mesmos, mas os resultados finais das duas
quedas são totalmente diferentes, da mesma maneira são as conseqüências. Sendo
assim, os prejuízos – resultado final – é diferente nas duas condições, o segundo
caso sendo muito mais severo que o primeiro.
54
5.3.4 Segurança (safety)
É a ausência de perigo. Porém, é praticamente impossível eliminar
completamente todos os perigos. A segurança é um assunto de proteção que está
muito relacionado à exposição ao perigo. É possível analisar por analogia que a
segurança é a definição inversa de risco de perigo.
5.3.5 Risco
É a representação da possibilidade da perda de segurança, durante um
determinado período, tempo ou número de ciclos operacionais. O risco pode ser
indicado pela probabilidade de um acidente ocorrer vezes o prejuízo em vidas
humanas, dólares ou tempo perdido com a planta parada.
5.3.6 Fonte de Risco
Para o propósito da classificação de áreas, uma „fonte de risco‟ é definida
segundo [9] como: “um ponto ou local no qual uma substância pode ser liberada
para formar uma atmosfera inflamável/explosiva.”.
A fonte de risco é classificada em função da freqüência e duração dessa
liberação, como por exemplo: a abertura de um equipamento de processo para troca
de filtros. Considerando isso, a divisão é realizada conforme itens subseqüentes.
5.3.6.1 Fonte de Risco de Grau Contínuo
Conforme a referência [9] a fonte de grau contínuo é definida como “quando
a liberação de uma substância ocorre continuamente por longos períodos de tempo
ou freqüentemente, por curtos períodos.”.
Um exemplo é a superfície de um líquido inflamável situada em tanque de
armazenamento de teto fixo (tanque), sem inertização.
5.3.6.2 Fonte de Risco de Grau Primário
Conforme definido em [9], é a “liberação que pode ser esperada para ocorrer
periodicamente ou ocasionalmente durante operação normal.”. A liberação da
substância ocorrerá periodicamente ou ocasionalmente, em condições normais de
operação, ou poderá ser causada por operações de reparo, manutenção freqüente,
55
rompimento, falha no equipamento de processo ou condições que sejam anormais,
porém previstas.
Alguns exemplos são os seguintes:
i.
Selo de bomba, compressor ou válvula, desde que seja esperada a
liberação de produto inflamável em condições normais de operação;
ii.
Pontos de drenagem de água em vasos que contém líquidos
inflamáveis e que podem liberar produto inflamável para o meio
externo durante a drenagem de água, considerando condições
normais de operação e
iii.
Pontos de coleta de amostras, em que há liberação de produto
inflamável em condições normais de operação.
5.3.6.3 Fonte de Risco de Grau Secundário
A referência [9] define a fonte de risco de grau secundário como: “liberação
que não é esperada para ocorrer em operação normal e, se ocorrer, é somente de
forma pouco freqüente e por curtos períodos.”.
Neste tipo de fonte de risco ocorre a liberação da substância em condições
anormais de operação ou ela é causada por rompimento ou falha em um
equipamento de processo, que sejam anormais, porém previstas, ou por curtos
períodos.
As seguintes situações podem ser citadas como exemplos:
i.
Selo de bomba, compressor ou válvula, flanges, conexões e
acessórios de tubulação, onde a liberação de material inflamável para
o meio externo não é esperada acontecer em condições normais de
operação e
ii.
Pontos de coleta de amostras, válvulas de alívio, respiros e outras
aberturas em que não é esperada a liberação de material inflamável
em condições normais de operação.
5.3.7 Conceito dos termos: „Normal‟ e „Anormal‟
Os termos „normal‟ e „anormal‟ requerem algumas explicações para serem
utilizados e compreendidos de maneira clara. Normal é o oposto de anormal; mas o
normal não pretende significar ou ser equivalente a ideal, perfeito ou outra
56
conotação similar; normal significa atual ou real, aplicado às condições existentes
em uma dada planta.
Em
plantas
modernas,
e
principalmente
em
plantas onde
ocorre
manipulação de materiais inflamáveis, o principal objetivo do projeto, da manutenção
e da operação é garantir que existam poucas maneiras de ocorrer uma atmosfera
inflamável em condições anormais ou não previstas. Isto será conseguido através da
adoção das seguintes medidas:
i.
escolha correta do equipamento de processo;
ii.
ventilação especial;
iii.
layout adequado, considerando produtos e equipamentos;
iv.
manutenção executada de maneira correta;
v.
supervisão de produção adequada e
vi.
outras precauções especiais, pertinentes à segurança das pessoas,
instalações e equipamentos.
Anormal não se refere a eventos catastróficos ou extremos, como por
exemplo, a explosão de um vaso, de um reator ou de uma grande tubulação. Até
mesmo porque a classificação de áreas não considera tais eventualidades drásticas
como as mencionadas anteriormente.
Entre estas duas condições extremas, a catástrofe e a operação perfeita, se
situa o evento anormal, que pode ocorrer em alguma ocasião, porém não tão
freqüentemente. Exemplos de condições anormais de uma planta industrial moderna
seriam: colapso do selo de uma bomba; falha na gaxeta de uma válvula; perda do
controle da operação manual da drenagem de um tanque; fratura de um pequeno
trecho de uma tubulação ou vazamento acidental de pequenas quantidades de
líquido inflamável para o ambiente.
Uma condição anormal é indesejável, imprevisível, pouco freqüente e não
catastrófica (conforme explicado anteriormente). Geralmente a condição anormal
pode ser evitada através de um projeto bem realizado e pela execução da
manutenção preventiva e corretiva de maneira eficiente. Considerando estas
estratégias, no caso da ocorrência de uma condição anormal, ela poderá ser
rapidamente consertada e sob condições bem controladas, a condição anormal é um
evento pouco freqüente e de curta duração.
57
5.3.8 Ventilação de Ambientes
A ventilação é um parâmetro fundamental na classificação de área, servindo
até como meio de desclassificar uma área como sendo perigosa. Os conceitos
principais e fundamentais foram devidamente apresentados e detalhados em itens
anteriores neste mesmo trabalho. No presente tópico serão apresentados apenas a
classificação dos ambientes conforme as condições de ventilação que são
disponibilizados no ambiente, seguindo os conceitos presentes nas referências [24]
e [9].
5.3.8.1 Ambiente Adequadamente Ventilado
Localidade podendo ser, por exemplo, salas, prédios ou invólucros de
equipamentos que possuem ventilação natural ou artificial.
5.3.8.2 Ambiente com Ventilação Natural
Conforme definido em [24] a ventilação natural é “Movimentação do ar e a
renovação dele por ar fresco devido aos efeitos do vento e/ou de um gradiente de
temperatura.”. São considerados ambientes com ventilação natural:
a. ambiente aberto para o meio externo em todas as direções e
b. ambiente protegido por telhado (cobertura), parede ou tela e com área
livre, sem fechamento nas paredes laterais ou superiores, maior ou igual
a 60% da área obtida multiplicando-se o perímetro (em metros) do
ambiente por 2,5. No caso de gases ou vapores mais pesados que o ar,
as áreas livres devem considerar as partes inferiores e para gases mais
leves que o ar, considerar as partes superiores.
5.3.8.3 Ambiente com Ventilação Limitada
Ambiente que possui obstáculos que dificultam, porém não impedem a
circulação natural do ar.
58
5.3.8.4 Ambiente com Ventilação Impedida
Ambiente com ausência de movimentação de ar e como conseqüência,
existirá a probabilidade de acúmulo de gases ou vapores inflamáveis formando uma
atmosfera explosiva.
5.3.8.5 Ambiente com Ventilação Artificial
Ambiente com sistema artificial de ventiladores ou exaustores de ar para
evitar a formação de mistura inflamável. O sistema artificial deve ser capaz de
efetuar, no mínimo, 12 trocas de ar por hora ou ser capaz de fornecer um fluxo de ar
de 0,46 m3/min por m2 de área do ambiente considerado, o que for maior, nas
condições de pressão atmosférica e temperatura entre (-10 e 40)ºC.
5.3.9 Grau de Ventilação
Independentemente do tipo de ventilação, existe outro fator muito importante
a ser considerado, é o „Grau de Ventilação‟. Este conceito qualitativo expressa se a
intensidade da ventilação existente no local é suficiente para diminuir ou não o grau
de risco daquela área. Este conceito está relacionado com a velocidade do vento e
com o número de trocas de ar realizadas por unidade de tempo.
5.3.10 Área Perigosa –„Classificada‟
5.3.10.1
O que não é área perigosa
Para entender o que seja uma área perigosa, é interessante definir primeiro
o que não é uma área perigosa. No caso da simples presença ou probabilidade da
presença de um material combustível ou inflamável não classifica automaticamente
um local como uma área perigosa. Por exemplo, a cozinha de uma residência que
possui um fogão a gás liquefeito de petróleo (GLP) poderia ser classificada como um
local perigoso, pois podem ocorrer vazamentos através dos diversos componentes
que compõe o sistema do fogão, como por exemplo, as conexões, as válvulas de
bloqueio, mangueiras e queimadores, e ainda devem ser consideradas as falhas,
como no caso de válvulas ou outros componentes ou dispositivos que podem falhar.
59
Porém, considerando o número de ocorrências críticas, o número é muito
pequeno, quando comparado com o número de residências que possuem fogão a
gás (GLP ou gás natural). Além disso, a ignição da mistura inflamável de gás e ar é
geralmente provocada por uma fonte não elétrica, como fósforos, cigarros ou
acendedores de fogão. Deste modo, a cozinha com simples um fogão a gás não é
classificada como área perigosa, pois considerando a retirada do equipamento
elétrico (fonte de ignição elétrica) do local, ocorreria uma redução muito pequena na
probabilidade de ocorrer um acidente.
A presença de materiais pirofóricos, como por exemplo, o elemento químico
fósforo (P4), pó de zircônio, solução de alquila alumínio e a presença de explosivos,
como a dinamite, pode não significar que uma área deverá ser classificada como
perigosa. Onde existe um material pirofórico, o perigo de ocorrer uma explosão
provocada por uma fonte elétrica é muito pequena, quando comparado com o perigo
de ocorrer uma explosão provocada por outra fonte de energia, como, por exemplo,
radiação ou uma superfície quente. Para este tipo de área, existem normas que
regulam e determinam as exigências para instalação de dispositivos elétricos.
Por analogia, é possível estabelecer que qualquer local que não seja
classificado como área perigosa, é uma área segura, porém muitas autores preferem
utilizar a expressão “área não perigosa” por razões semânticas e legais. Nas áreas
não-perigosas podem ser usados equipamentos elétricos e dispositivos de uso
comum, sem nenhuma técnica adicional proteção. Considerando uma indústria
petroquímica com diversos processos, são consideradas áreas seguras os seguintes
locais:

sistemas fechados, mas sem nenhuma probabilidade de ocorrer
vazamentos, mesmo que não exista ventilação forçada;

sistemas fechados, mesmo contendo tubulações com válvulas,
flanges e medidores etc., desde que exista ventilação aplicando uma
pressão positiva;

áreas para armazenamento de produtos em locais seguros;

áreas onde existem outras fontes de ignição permanentes não
elétricas, com exceção de queimadores, como por exemplo,
maçaricos e tochas e
60

Áreas nas quais tubos ou dutos contendo pós inflamáveis são
instalados sem juntas ou com juntas fortes, projetadas para não
vazar, desde que o risco de danos seja considerado desprezível.
A sala de controle do processo de uma planta industrial deve ser
considerada área segura, mesmo quando situada dentro dos limites de outras áreas
classificadas. Para ser considerada não perigosa, principalmente as seguintes
exigências devem ser satisfeitas:

Pressurização na sala através de compressor, ventilador ou exaustor
de ar limpo, localizado em área segura – considerando a pressão
necessária para realizar isolamento de poeiras e gases;

vedação nas portas e janelas;

prensa-cabos ou dispositivos selantes em todos os cabos e
eletrodutos que se comunicam com as áreas classificadas;

controle nas entradas e saídas de ar e

ventilação e temperatura adequadas e controladas por sistemas
confiáveis, sendo possível, sistemas redundantes.
Há ainda uma confusão gramatical acerca do termo „não classificada‟. Uma
área perigosa, antes de ser classificada, ou seja, ser avaliada seguindo critérios,
normas e recomendações referentes à classificação de áreas, pode ser chamada de
„não classificada‟ – no sentido de não possui estudo de classificação de áreas.
Depois de realizada a classificação – realização do estudo da área, ela
poderá ser considerada „perigosa‟ ou „classificada‟. Quando esta área é considerada
segura, significará „não-perigosa‟ ou „não classificada‟ – mas neste caso o termo
„não classificada‟ aqui indica que o estudo foi realizado e a área de interesse
recebeu a denominação de „não classificada‟.
5.3.10.2
O que é uma área perigosa
Locais perigosos são aquelas áreas onde pode existir perigo de explosão,
devido a gases, vapores ou líquidos inflamáveis, pós combustíveis ou fibras
inflamáveis. De modo geral, diz-se que uma área é perigosa quando nesse local é
processado, armazenado, transportado e manuseado material que possua ou forme
vapores, gases, pós ou fibras inflamáveis ou explosivas.
A norma [9] define área classificada da seguinte maneira:
61
... área na qual uma atmosfera explosiva está presente ou pode ser prevista
para estar presente, em quantidades tais que requeiram precauções
especiais para construção, instalação e utilização de equipamentos... ([9],
2008, p. 2)
As áreas classificadas, quando tratadas de maneira corretamente, não são
necessariamente
mais
perigosas
para
trabalhos
quando
comparado
com
consideradas como áreas seguras. No Brasil, muito mais pessoas sofrem acidentes
em áreas comuns do que acidentes com explosões em áreas perigosas.
Na prática, em diversas normas, artigos, publicações e recomendações,
área perigosa, área de risco e área classificada são termos utilizados com o mesmo
significado. Também são intercambiáveis os termos área, local e espaço, mas
sempre que o termo for usado, deve-se assumir um espaço tridimensional (volume)
e não uma simples área bidimensional.
5.4
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS
Indústrias onde gases, vapores, líquidos ou pós inflamáveis estão presentes,
apresentam a possibilidade de formação de atmosferas inflamáveis, quando ocorre
liberação destes elementos. Também poderá existir uma atmosfera inflamável
dentro de equipamentos caso ar (oxigênio) estiver presente junto com um material
inflamável.
No projeto do layout da planta e posicionamento dos equipamentos
associados, torna-se uma premissa básica evitar, sempre que possível, a criação de
atmosferas inflamáveis. Quando não for possível a ausência completa desta
atmosfera, devem-se empregar métodos de proteção ou salvaguarda nos
equipamentos elétricos para reduzir, a proporções aceitáveis, a probabilidade da
ocorrência da atmosfera inflamável e de ignições.
Para ocorrer uma ignição, deve-se ter simultaneamente uma atmosfera
inflamável (mistura de oxigênio e um combustível) e uma fonte de ignição.
Reduzindo a probabilidade da existência de um destes fatores permite que a
probabilidade do outro co-existir seja maior, isto sem aumentar o risco final. Porém,
na
ausência
de
dados
suficientes
para
a
avaliação
quantitativa
destas
probabilidades, o julgamento baseado em históricos e na experiência do projetista
62
deve ser aplicado na seleção dos métodos apropriados de salvaguarda a serem
usado em dada situação, não se esquecendo de considerar os critérios e
parâmetros estabelecidos em normas e recomendações nacionais e internacionais.
O primeiro passo neste julgamento é a classificação da planta em „zonas
onde a probabilidade da existência da atmosfera é grosseiramente assumida.
5.4.1 Objetivo da Classificação de Áreas
A classificação de áreas é um método de análise e classificação do
ambiente onde uma atmosfera explosiva de gás pode ocorrer, de modo a facilitar a
adequada seleção e instalação de equipamentos a serem utilizados com segurança
em tais ambientes. A classificação também considera as características de ignição
dos gases e vapores, tais como energia de ignição (grupo do gás) e temperatura de
ignição (classe de temperatura).
Na maioria das situações práticas, onde produtos inflamáveis são utilizados,
é difícil assegurar que a presença de uma atmosfera explosiva nunca ocorrerá. Pode
também ser difícil assegurar que os equipamentos nunca se constituirão em fontes
de ignição. Desta forma, em situações onde exista uma alta probabilidade de
ocorrência de uma atmosfera explosiva de gás, a confiabilidade será obtida pela
utilização de equipamentos que possuam uma baixa probabilidade de se tornarem
fontes de ignição. Por outro lado, onde existir uma baixa probabilidade de ocorrência
de uma atmosfera explosiva de gás, equipamentos construídos com requisitos
menos rigorosos podem ser utilizados.
Após a conclusão da classificação de área, uma avaliação de risco pode ser
realizada para avaliar se as conseqüências da ignição de uma atmosfera explosiva
requerem a utilização de equipamentos com um nível de equipamento (EPL –
Equipment Protection Level) mais elevado ou possa justificar a utilização de
equipamentos com nível de proteção de equipamento mais baixo do que aquele
normalmente considerado.
Raramente é possível, através de uma simples análise de uma planta
industrial ou de um projeto de uma planta, decidir quais partes daquela planta
podem ser enquadradas na definição de zonas (zonas 0, 1 e 2). É necessário um
estudo mais detalhado e aprofundado, e isto envolve a análise das probabilidades
básicas de ocorrência de uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis e da
avaliação conjunta do processo industrial que será realizado na planta.
63
5.4.2 Considerações sobre as etapas da Classificação de Áreas
O primeiro passo é avaliar a probabilidade de acordo com as definições de
zona 0, zona 1 e zona 2. Uma vez que se tenha determinado a probabilidade da
freqüência e duração de uma liberação (bem como o grau de risco), a taxa de
liberação, concentração, velocidade, ventilação e outros fatores que afetam o tipo
e/ou a extensão da zona, existe então uma base confiável para a determinação da
probabilidade de presença de uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis nas
áreas ao redor.
Esta abordagem requer que análises detalhadas sejam feitas para cada item
do equipamento de processo que contenha um produto inflamável, e que poderia se
tornar uma fonte de risco.
Em particular, as áreas de zona 0 ou zona 1 necessitam ser minimizadas em
quantidade e extensão, seja por projeto ou por procedimentos operacionais
adequados, ou seja, plantas e instalações devem possuir principalmente áreas de
zona 2 ou áreas não classificadas. Quando a liberação de material inflamável for
inevitável, é recomendado que os itens dos equipamentos de processo sejam
limitados àqueles que dão origem a fontes de risco de grau secundário ou, na
impossibilidade (isto é, onde for inevitável terem-se fontes de risco de grau primário
ou contínuo), as fontes de risco necessitam que sejam limitadas, ao máximo, em
quantidade e taxas de liberação.
Ao se desenvolver um estudo de classificação de áreas, estes princípios
devem receber considerações prioritárias. Quando necessário, recomenda-se que o
projeto, a operação e a localização dos equipamentos de processo assegurem que,
mesmo quando estejam operando de forma anormal, a quantidade de material
inflamável liberado para a atmosfera seja minimizada, de forma a reduzir a extensão
da área classificada.
Uma vez que a planta tenha sido classificada e que todos os registros
necessários tenham sido efetuados, é importante que nenhuma modificação nos
equipamentos ou nos procedimentos de operação seja feita sem discussão prévia
com os responsáveis pela classificação da área. Ações não autorizadas podem
invalidar a classificação de áreas e tornar uma área potencialmente perigosa.
Torna-se necessário assegurar que todos os equipamentos que afetam a
classificação de área e que tenham sido submetidos a procedimentos de
64
manutenção sejam cuidadosamente inspecionados durante e após a montagem, de
forma a garantir que a integridade original de projeto, relativa à segurança, esteja
mantida, antes que os equipamentos retornem à operação.
5.4.3 Classificação em Classe, Grupo e Zona
A classificação de área é uma das exigências básicas para projeto,
construção e operação de processo em indústrias trabalham com substâncias
inflamáveis. Esta classificação realizada de maneira adequada também é um
requisito legal, pois na prática, a classificação de área é o elo mais fraco na cadeia
da segurança. Os principais critérios de classificação de área de plantas industriais
ou locais com possibilidade de formação de atmosfera explosiva são:
i.
a natureza da atmosfera perigosa e
ii.
a probabilidade da presença desta atmosfera.
A classificação de áreas perigosas pode diferir de um pais para outro, mas
na essência deverá ser obtido o mesmo resultado. Classificar uma área é lhe atribuir
números e letras, convencionados por normas, acordos e recomendações
internacionais, que estão relacionados, na grande maioria, com os seguintes
parâmetros:
1. classe;
2. grupo e
3. zona.
A partir da classificação das áreas de uma planta industrial, é realizada a
especificação do equipamento com classificação elétrica compatível, tornando a
presença do equipamento no local segura. Os critérios de classificação do
equipamento são, principalmente, a máxima energia da faísca que pode ser
produzida e a máxima temperatura da superfície que pode ser alcançada.
5.4.3.1 Classe
A classe da área está relacionada com o estado físico da substancia
inflamável. A classe denota a natureza do material perigoso e está relacionada com
a apresentação física, ou seja, os materiais podem estar nas seguintes formas: gás
65
ou vapor, poeira (pó) ou fibras. Nas normas brasileiras e internacionais são aceitas e
definidas três classes distintas:
Classe I - locais onde existem gases ou vapores com a presença de ar
atmosférico (oxigênio) em quantidades suficientes capazes de produzir misturas
explosivas e inflamáveis;
Classe II - locais onde o perigo é devido à presença de pó (poeiras)
combustível e
Classe III - locais onde estão presentes fibras e partículas sólidas.
TABELA 4 – TIPOS DE CLASSES E MATERIAL PRESENTE NO AMBIENTE
Classe I
Gases e Vapores
Classe II
Poeiras (pó)
Classe III
Fibras
FONTE: p. 24, [38]
5.4.3.1.1 Classe I
Os locais „Classe I‟ representam a presença de gases e vapores de líquidos
voláteis inflamáveis. É geralmente aceito que o perigo apresentado pelo gás é maior
que o do pó e fibra e requer uma proteção mais rigorosa. Por isso, quando se tem
um local com a presença simultânea de gás e pó ou gás e fibras sólidas, é suficiente
aplicar apenas proteção para o gás, considerando a situação mais crítica.
No caso de um líquido não volátil, não faz sentido classificar o local por
devido à presença do líquido, porém, torna-se necessário classificar a área vizinha
ao armazenamento de um líquido volátil, pois o vapor liberado também será
inflamável.
É interessante ressaltar que as substancias não necessariamente precisam
estar no estado gasoso (vapor) para, após uma fonte de ignição, ocorrer a explosão.
5.4.3.1.2 Classe II
Áreas marcados como „Classe II‟ são aquelas perigosas devido à presença
de poeira combustível, conforme é possível identificar na tabela 4. O objetivo da
classificação nestes locais será evitar explosões e ignições causadas pela presença
de poeiras (pó).
66
Os locais onde são manipulados materiais como, por exemplo: papeis,
tecidos, carpetes e tapetes são locais onde existe grande possibilidade de formação
de uma atmosfera explosiva e uma conseqüente explosão. Nas industriais que
realizam este tipo de atividade, é importante considerar que o atrito gerado e a
energia estática são fontes de ignição em potencial.
Para que ocorra a propagação de uma chama a partir do ponto onde ocorre
a ignição, é necessária uma determinada concentração mínima de poeira
combustível, sendo assim, deve-se realizar uma avaliação criteriosa sobre os locais
que serão classificados ou não como da tipo classe II.
Em refinarias de petróleo e indústrias petroquímicas, o manuseio de pós
durante o processo produtivo propriamente dito é muito difícil de ocorrer. As
aplicações típicas de sistemas de proteção relacionados com pós perigosos (áreas
classificadas como Classe II) são mais freqüentes no setor de siderurgia, mineração,
indústrias
que
trabalham
processando
grãos
(setor
alimentício)
e
nos
processamentos de pós petroquímicos e farmacêuticos.
As características de ignição de pó são mais facilmente compreendidas,
quando comparadas às da queima de gases e vapores, pois as diferenças básicas
entre explosões de pós e de gases são devidas às diferenças físicas (granulometria)
dos materiais combustíveis, podendo ser algumas delas enumeradas da seguinte
maneira:
a. Em geral, as nuvens de pó possuem energia mínima de ignição, cerca de
10 a 20 vezes maior que aquelas da Classe I – Grupo D; a exceção são
os pós metálicos (condutores de eletricidade), como alumínio e magnésio;
b. A Classe II possui menor limite mínimo explosivo, porém o limite superior
é muito mais elevado;
c. A condição de distribuição e diluição dos gases e dos vapores são muito
mais uniforme quando comparados com pós e poeiras;
d. Pós não são partículas uniformes, nem no tamanho e nem na distribuição;
e. Os pós podem se acumular, principalmente, em superfícies e não se
dissiparem, podendo localizar-se nesta superfície de maneira desigual;
por este motivo são freqüentes explosões múltiplas e seqüenciadas em
instalações que operam e processam pós perigosos e
f. as características de ignição dos pós dependem de alguns fatores
principais, sendo eles: tamanho e formato das partículas, umidade
67
relativa, o conteúdo e concentração das substâncias voláteis que possam
existir.
5.4.3.1.3 Classe III
Áreas do tipo Classe III são aquelas que apresentam perigosos devido à
presença de fibras ou poeiras que entram facilmente em ignição, mas tais fibras são
pouco prováveis de estarem presentes no ar (suspensão) em quantidades
suficientes que possam produzir misturas inflamáveis.
Não existe subdivisão para as localidades do Grupo na Classe III. Os grupos
de materiais organizados nas Classes I e II estão separados por materiais
semelhantes e com características de ignição que são facilmente afetadas pelo
modo de construção do equipamento elétrico. Para o caso de locais da Classe III
isto não ocorre, pois as fibras são muito grandes em relação aos espaços existentes
para que elas possam penetrar nos equipamentos.
Os exemplos mais comuns de materiais são: algodão, rayon, sisal, juta, fibra
de coco e serragem de madeira (embora o pó de madeira também seja classificado
como pertencente à Classe II). O principal perigo dos materiais da Classe III não é a
explosão propriamente dita, mas o perigo e risco de iniciar um incêndio, pois após as
fibras entrarem em ignição elas facilmente se queimam.
5.4.3.2 MESG – Máximo Espaçamento Seguro Experimental
É possível evitar a ignição de uma atmosfera explosiva através da
separação da atmosfera explosiva e a fonte de ignição. Considerando um sistema
de iluminação muito simples (lanterna), o procedimento de segregação pode ser
realizado com a utilização de uma tela perfurada com aberturas muito pequenas,
segregando as duas partes, mistura inflamável e fonte de ignição.
Este método foi utilizado nos trabalhos em minas, onde o gás metano (grisu)
é um perigo constante. Os mineiros utilizavam lanternas simples a gás, nas quais a
fonte de iluminação era uma pequena chama. Mesmo com a utilização da chama na
presença da atmosfera explosiva não ocorria a ignição da mistura, pois a tela
possuía delgados furos os quais não permitiam o contato direto da atmosfera
explosiva com a fonte de ignição – chama.
68
Este tipo de dispositivo de iluminação foi utilizado como detector da
presença de uma atmosfera explosiva, pois o gás quando penetra à região do
interior da luminária, região próxima da chama, entrava em combustão e criava uma
chama com forma mais alongada, indicando a presença do gás.
Diversas pesquisas foram realizadas visando determinar a dimensão da
máxima dos furos da tela de maneira a impedir a propagação da chama de um lado
para outro da tela. Este princípio foi muito utilizado a partir do momento em que se
introduziu a eletricidade dentro das minas na forma de equipamentos ou dispositivos
elétricos que facilitavam as tarefas dos trabalhadores de minas.
Assim, o pequeno diâmetro das aberturas da tela entre as duas atmosferas é
a única barreira contra a propagação da possível explosão, evitando contatos da
atmosfera do interior com o a do exterior, mesmo existindo uma mistura explosiva na
região próxima. Esta caminhão percorrido pelo gás até a fonte de ignição ficou
conhecido como „caminho da chama‟.
Muitas pesquisas foram realizadas visando determinar o diâmetro das
aberturas. Também foram desenvolvidos vários métodos para determinar este
espaçamento seguro entre as superfícies. Assim que o valor foi determinado ficou
conhecido como „MESG – Maximum Experimental Safe Gap‟ ou „Máximo
Espaçamento Seguro Experimental‟.
Em alguns tipos de proteção contra atmosferas explosivas ocorre a entra da
atmosfera externa no interior do equipamento, porém, todo o conjunto (invólucro,
componentes, dispositivos de segurança etc.) é capaz de suporta a “explosão” que
ocorre internamente. É importante destacar que a palavra explosão é utilizada no
sentido de uma pequena quantidade de mistura que adentra o invólucro e sofre uma
pequena ignição.
Outro ponto a ser destacado é que ocorre o processo de resfriamento dos
gases, resultantes da ignição interna, antes de alcançarem a região externa. Para
determinar o MESG são importantes os seguintes parâmetros:
a. tamanho e formato do espaçamento das juntas;
b. valor da pressão que força a ejeção do material;
c. duração da ejeção dos gases quentes;
d. temperatura final (valor no exterior) dos gases quentes ejetados;
e. grau de turbulência interna e
f. condutividade térmica da mistura.
69
O valor da pressão que força o jato de material para fora do invólucro
através do espaçamento da junta está relacionada principalmente com a
composição da mistura que pode inflamar no interior do invólucro, formato do
invólucro e volume do material ignitado.
O método usado para classificação de materiais de Classe I em Grupos pelo
NEC e pelo NFPA é o desenvolvido pelo Underwriter Laboratories Inc. – UL – e está
descrito, em detalhes, na procedimento UL 58 e o equipamento utilizado para
realização dos testes é conhecido como o „Vaso de Teste de Explosão de
Westerberg‟.
5.4.3.3 Pressão da Explosão
Mesmo depois de realizar a classificação através do MESG, a classificação
obtida por através deste método é revista, mas agora se baseando nas pressões de
explosão que serão quantificados, pois o MESG é um método puramente
experimental. Em geral, são verificados os materiais com menor MESG e maior
pressão de explosão.
Este fenômeno consiste na propagação da pressão resultante da explosão
através de caminhos que estão ligados ao equipamento, dispositivo ou invólucro. O
método de quantificação é realizado com o auxílio de um tubo delgado e longo, no
qual é medida a pressurização realizada imediatamente após a ignição em dos lados,
sendo que o valor da desta pressurização é resultante da pressão exercida pela
onde de choque que se propaga no interior do tubo devido à ignição da mistura
inflamável.
Alguns materiais podem receber duas classificações, um para uso normal e
outro para a condição da existência de propagação.
Por exemplo, o butadieno tem um MESG de 0,787 mm, grupo D, para
aplicações comuns, mas em aplicação com propagação de pressão é classificado
como grupo C (mais perigoso). Outros materiais com dupla classificação são: óxido
de etileno (CH2OCH2), óxido de propileno (OCH2CHCH3) e acroleína (CH2:CHCHO),
que pertencem ao grupo C (normal) e grupo B (com propagação de pressão).
70
5.4.3.4 Temperatura de Ignição
Por definição, a temperatura de ignição de uma substância, no estado sólido,
líquido ou gasoso, é a temperatura mínima requerida para iniciar ou causar uma
combustão, independente do elemento de ignição. Conforme definido em [44], a
temperatura de ignição também é chamada de „temperatura de auto-ignição‟ ou
„temperatura de ignição aparente‟.
A determinação do valor da temperatura de ignição pode variar, pois para
ser determinada existe dependência de fatores diversos que interferem diretamente
no resultado final. Algum deste parâmetros que interferem na determinação do valor
são os seguintes:
i.
composição da mistura gás e ar;
ii.
formato e tamanho do espaço onde ocorre a ignição;
iii.
duração do aquecimento;
iv.
tipo e temperatura da fonte de ignição;
v.
efeito catalítico dos materiais presentes e
A grande maioria das informações encontradas nas diversas publicações foi
obtida de através da realização dos ensaios descritos em [29]. Como os ensaios
realizam aquecimento da mistura inflamável, deverá ser considerado uma fator de
segurança, pois na condição real (em geral, aplicação industrial) a mistura é
aquecida quando entra em contato com uma superfície aquecida, sendo assim, é
necessário considerar que os movimentos devido, principalmente, a convecção,
movimente a mistura e evitando que uma mesma quantidade fique por muito tempo
em contato com a superfície em questão. No caso de uma região confinada, as
condições deverão ser consideradas de uma forma diferente, pois a mesma
quantidade de mistura já aquecida pode retornar a entrar em contato com a
superfície aquecida.
Antes do ano de 1971, a temperatura de ignição de um material inflamável
era parte integrante do processo de classificação em Grupos. Os equipamentos
projetados para locais dos Grupos A, B e D eram limitados a uma temperatura de
superfície de 280ºC; no caso dos equipamentos para utilização em áreas do Grupo
C era limitada a temperatura de 180 ºC. O valor que fora estabelecido para o Grupo
71
C era correspondente a temperatura de ignição do éter etílico, porém, novos testes
mais criteriosos determinaram que real temperatura de ignição era de 160ºC.
Este problema foi solucionado e o NEC, a partir de 1971, deixou de incluir a
temperatura de ignição do material como critério primordial para a classificação de
grupos. Para não desprezar por completo este tipo de informação, foi determinado
que seria registrada a temperatura do equipamento elétrico, ou seja, é realizado a
marcação do valor da temperatura máxima que a superfície pode alcançar. Com isso,
um determinado equipamento ou dispositivo não poderá ser utilizado em uma área
onde a temperatura de ignição da mistura seja menor que a temperatura máxima da
superfície do equipamento.
5.4.3.5 Grupos
O grupo constitui uma subdivisão da classe, sendo que a designação do
grupo representa uma condição mais específica. O grupo, associado à classe é uma
especificação de natureza química da substância inflamável, sendo a que
classificação em grupos é fundamental para correta especificação de um
equipamento. Quando foi publicada a edição de 1937 do NEC, a Classe I das áreas
perigosas ainda não era dividida em grupos, sendo que todos os gases e vapores
inflamáveis eram classificados como um único grau de perigo. Foi reconhecido que
os graus de perigo variavam, como por exemplo, os equipamentos que eram
adequados somente para o uso em áreas de manipulação de gasolina, não eram
adequados para uso em locais onde o hidrogênio, acetileno ou GLP eram
manipulados.
Também foi identificado que a fabricação de equipamentos e invólucros para
uso em atmosferas de hidrogênio era muito complexo, e mesmo que se fabricasse o
equipamento, ele era muito caro. Assim, não era lógico, sob o ponto de vista técnico
e econômico, o equipamento à prova de explosão para uso em local com vapores de
gasolina também fosse seguro para uso em atmosfera de hidrogênio.
A solução foi dividir os locais perigosos, até então divididos apenas em
Classes, em grupos, com cada um deles reunindo materiais com características
iguais e relacionadas com a explosão. Isto permitiu a construção de equipamentos
que não fossem mais caros que o necessário para certos tipos de aplicação. Os
grupos são selecionados utilizando-se três critérios fundamentais, sendo eles:
i.
máximo espaçamento seguro experimental (MESG);
72
ii.
pressão de explosão e
iii.
temperatura de ignição.
Cada um dos critérios relacionados anteriormente já foram previamente
explicado no itens 5.4.3.2, 5.4.3.3 e 5.4.3.4. Cada um dos agrupamentos dos
materiais é usualmente especificado em normas e códigos específicos. No caso das
normas americanas, existe uma diferença quando comparadas com as européias, o
NEC (órgão americano) estabeleceu o seguinte critério:
i.
Classe I com subdivisão nos Grupos A, B, C e D;
ii.
Classe II com subdivisão nos Grupos E, F e G e
iii.
Classe III não possui grupo associado.
No sistema europeu (IEC) os grupos são diferentes, e foram agregados da
seguinte maneira:
i.
Grupo I: minas subterrâneas, onde podem existir gases – assume-se,
na prática, que o perigo é causado pelo gás metano (grisu);
ii.
Grupo II: utilização de equipamentos em locais com atmosfera
explosiva de gás que não minas suscetíveis ao grisu e
iii.
Grupo III: utilização de equipamentos em locais com atmosfera
explosiva de poeiras, que não minas suscetíveis ao grisu.
A tabela 5 apresenta uma co-relação de equivalências entre as
classificações realizadas pelos órgãos normativos americanos e europeus. Também
é apresentada uma coluna com a divisão adotada no Brasil (ABNT), que mesmo
utilizando como base a normativa européia, ainda assim possui algumas
particularidades.
TABELA 5 – EQUIVALÊNCIAS E CO-RELAÇÃO ENTRE CLASSES E GRUPOS ESTABLCIDOS
PELOS DIVERSOS ÓRGÃOS DE NORMATIZAÇÃO
Classe
I
Grupo
NEC (EUA)
ABNT NBR IEC (Brasil)
A
IIC
B
IIC
C
D
CONTINUA
IEC (Europa)
I / II
IIB
IIA
I
73
CONTINUAÇÃO
TABELA
5
EQUIVALÊNCIAS
E
CO-RELAÇÃO
ENTRE
CLASSES
E
GRUPOS
ESTABLCIDOS PELOS DIVERSOS ÓRGÃOS DE NORMATIZAÇÃO
E
II
F
equivalente IIIB
III
equivalente IIIC
G
IIIA
IIIA
III
Não possui
Não possui
IIIB
IIIC
FONTE: O Autor, 2010.
Uma questão que deve ser levantada freqüentemente é: „como classificar
uma área contendo um material desconhecido ou não referenciado nas
bibliografias?‟. Existem várias publicações da NFPA com listas de produtos e
procedimento de ensaio que podem auxiliar na determinação dos parâmetros
básicos para classificação, como por exemplo: a referência [43] que fornece as
informações relacionadas com os perigos de explosão e fogo, perigo de vida,
proteção pessoal e combate a incêndio; a [44] que inclui informação acerca do ponto
de fulgor, temperatura de ignição, limites de inflamabilidade, densidade do vapor,
densidade relativa, ponto de ebulição, métodos de extinguir o fogo e a identificação
do perigo e a [45] que informa a identificação dos grupos e a temperatura de ignição.
Os itens a seguir apresentam as características individuais de cada um dos
grupos, os quais estão apresentados conforme a divisão da classificação americana,
pois a Tabela 5 demonstra de maneira didática as divisões e equivalências entre a
divisão americana, européia e brasileira. Além disso, a divisão americana apresenta
de maneira mais clara e organizada cada uma das divisões.
5.4.3.5.1 Grupos A, B, C e D – NEC (Grupos I e II – IEC/NBR)
Os critérios para agrupar os gases da Classe I estão baseados na pressão
de explosão, temperatura de ignição, MESG e MIC. A seguir são apresentados os
parâmetros de cada um dos grupos da Classe I.
a. Grupo A – constituído apenas pelo elemento „Acetileno‟. O acetileno
quando não dissolvido em acetona, pode deflagrar com uma pressão um
pouco maior que 760 mm Hg absolutos e tornar-se instável em pressões
74
elevadas; reagem com metais (como por exemplo: cobre, prata e
mercúrio) formando compostos explosivos de acetileno;
b. Grupo B – formado por gases inflamáveis, vapores produzidos por
líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal
modo que possam provocar incêndio ou explosão. Possuem um MESG
menor ou igual a 0,45 mm ou MIC menor ou igual a 0,40;
c. Grupo C – composto por gases inflamáveis e vapores produzidos por
líquidos inflamáveis ou combustíveis com MESG maior que 0,45 e menor
ou igual a 0,75 ou MIC maior que 0,40 e menor ou igual a 0,80 e
d. Grupo D – integrado por gases ou vapores produzidos por líquidos
inflamáveis ou combustíveis com MESG maior que 0,75 ou MIC maior
que 0,80.
A tabela 6 apresenta de maneira resumida os parâmetros para determinar a
classificação de uma substâncias em dos grupos pertencentes à Classe I.
TABELA 6 – PARÂMETROS PARA DETERMINAÇAO DO GRUPO DA SUBSTÂNCIA
Classe
Grupo
MESG [mm]
A
MIC [mA]
Acetileno
B
≤ 0,45
≤ 0,40
C
0,45 ≤ MESG ≤ 0,75
0,40 ≤ MIC ≤ 0,80
D
≥ 0,75
≥ 0,80
I
FONTE: [1].
Para contextualizar cada um dos grupos que foram apresentados, na
seqüência é apresentada a Tabela 7 contendo alguns exemplos de elementos
pertencentes a cada um dos grupos explicados anteriormente (Grupo A, B, C e D).
Os elementos de cada grupo que estão em destaque são utilizados como uma
referência (elemento citado como referência em normas, recomendações e códigos)
para o grupo correspondente.
75
TABELA 7 – EXEMPLOS DE ELEMENTOS REPRESENTATIVOS DE CADA GRUPO
Grupo
Exemplos de elementos
A
apenas o „Acetileno‟
B
Butadieno, óxido de Etileno, Acroleína e Hidrogênio.
C
Ciclopropano, Éter Etílico, Etileno e Sulfeto de Hidrogênio.
D
Acetona, Álcool, Amônia, Benzeno, Benzol, Butano,
Gasolina, Hexano, Metano, Nafta, Gás Natural e Propano.
FONTE: p. 26, [38].
5.4.3.5.2 Grupos E, F e G – NEC (Grupos III – IEC/NBR)
Os critérios que são utilizados para agrupar os pós da Classe II são
baseados nos seguintes parâmetros: tipo do material, resistividade elétrica, tamanho
do pó e o efeito térmico causado pelas camadas de pós nos equipamentos elétricos.
A subdivisão da Classe II é composta pelos seguintes grupos: E, F e G, sendo que
os parâmetros para classificação de um elemento em determinado grupo são
apresentado na seqüência.
a. Grupo E – reúne atmosferas que contenham pós metálicos, incluindo
alumínio, magnésio e ligas, sendo metais com características de
resistividade menor ou igual a 102 Ω.cm;
b. Grupo F – agrega atmosferas contendo pós de carvão ou negro-de-fumo,
tendo mais de 8% de material volátil ou atmosferas contendo estes pós
misturados com outros materiais, conformando uma resistividade total
maior que 102 Ω.cm e menor ou igual a 108 Ω.cm e
c. Grupo G – conjunto de atmosferas contendo pós agrícolas (cereais e
grãos), de produtos químicos, plásticos ou madeiras, todos combustíveis,
tendo uma resistividade maior que 108 Ω.cm ou pós combustíveis que
não se enquadrem nos grupos anteriores.
Os valores apresentado para a resistividade das poeiras condutoras foram
extraídos de [1]. No caso de pós metálicos, é exigido maior cuidado, pois são
duplamente perigosos, são inflamáveis e combustíveis, além de eletricamente
condutores. Existem dois critérios básicos importantíssimos para classificar um pó
em um dos três grupos: o tipo do material (o mais importante) e a resistividade
76
elétrica. Tradicionalmente, os pós metálico têm sido classificados no Grupo E, pois
apresentam dois problemas:
i.
mecanicamente abrasivos, entrando em contato com rolamentos
mecânicos, o aquecimento resultante, pode provocar ignição na
camada de pó do lado externo do equipamento e no caso deste
rolamento for parte de um equipamento elétrico, pode haver ignição
ou explosão e
ii.
eletricamente condutores, ou seja, se eles entrem em caixas
contendo partes vivas (presença de tensão), podem provocar curto
circuito, provocando ignição.
Para o Grupo G, é necessário destacar a necessidade de atenção e maiores
cuidados na proteção contra a geração de eletricidade estática, que ocorre devido à
movimentação (atrito) deste tipo de material, que não conduz eletricidade. Este tipo
de classificação é muito comum nos setores com as seguintes atividades industriais:
farmacêutica, químicas, alimentícia e carbonífera (minas – porém é necessário
maiores estudos e cuidados para este tipo de local).
A tabela 8 apresenta alguns exemplos de substâncias que compõem cada
um dos grupos apresentados anteriormente, todos pertencentes à Classe II.
TABELA 8 – ELEMENTOS PERTENCENTES À CLASSE II
Grupo
Exemplos de substâncias
E
Pós metálicos como alumínio, magnésio, titânio e as ligas comerciais.
F
Pós de carvão de grafite, coque, carbono coloidal, negro-de-fumo, coque.
G
Pós de açúcar, ovo em pó, farinha de trigo, goma arábica, celulose,
vitamina B1 e C, aspirina e algumas resinas termoplásticas.
Fonte: p. 27, [38].
5.4.3.5.3 Grupo III – apenas para NBR IEC
Este grupo é apresentado apenas nas classificações das normas brasileiras,
sendo dividido em: IIIA, IIIB e IIIC. Os grupos IIIB (poeiras não condutoras) e IIIC
(poeiras condutoras) são contemplados pela equivalência nos grupos E e F,
respectivamente, sendo estes últimos, elementos resultantes da divisão apresentada
nas normas americanas (NEC), conforme apresentado anteriormente na Tabela 5.
77
O grupo IIIA (fibras combustíveis) indica que os equipamentos elétricos que
estão sujeitos a este tipo de atmosfera não poderão iniciar a ignição. As fibras
combustíveis ou material leve flutuante de fácil ignição não são muito prováveis de
serem encontrados em suspensão no ar em quantidades suficientes para formar
uma mistura explosiva, mas o acúmulo na superfície dos equipamentos pode
representar o risco de incêndio para esta área.
É possível relacionar os grupos anteriores (IIIB e IIIC) com o grupo IIA da
seguinte maneira: equipamentos marcados com grupo IIIB são adequados para
aplicações que requerem equipamentos do grupo IIIA. Similarmente, o equipamento
marcado com IIIC é adequando para aplicações que requerem equipamentos do
grupo IIIA ou IIIB.
Alguns exemplos de fibras combustíveis são: rayon, algodão, sisal, juta,
fibras de madeira outras de risco similar.
5.4.3.6 Zonas
A classificação de áreas em zonas considera os diferentes perigos de
atmosferas explosivas e permite a implementação de medidas de proteção contra
explosão que refletem a situação que atende, tanto as exigências do engenheiro, da
mesma forma que as do economista, pois uma região definida por uma zona com
exigências mais rígidas impacta diretamente em equipamentos elétricos mais
robustos e resistentes, os quais, geralmente, são muito mais caros quando
comparados com equipamentos menos preparados ou de uso comum.
O tipo de zona dependerá da probabilidade da presença de uma atmosfera
explosiva, dependendo principalmente do grau da fonte de risco e da ventilação. As
„Zonas‟ possuem as classificações: „zona 0‟, „zona 1‟ e „zona 2‟. A probabilidade
pode variar de zero (local seguro) até dois (local onde a presença é certa e contínua,
como no interior de um tanque contendo líquido volátil).
Uma fonte de risco de grau contínuo normalmente leva a uma „zona 0‟, uma
fonte de risco de grau primário a uma „zona 1‟ e por conseqüência, uma fonte de
risco de grau secundário leva a uma „zona 2‟. Conforme [9] as características de
cada uma das zonas é a seguinte:
Zona 0 – local em que uma atmosfera explosiva consistindo de
uma mistura inflamável de gás, vapor ou nevoa com ar está presente
continuamente, por longos períodos ou freqüentemente;
78
Zona 1 – local em que uma atmosfera explosiva composta de uma
mistura inflamável de gás, vapor ou nevoa é provável ocorrer em operação
normal ocasionalmente e
Zona 2 – local em que uma atmosfera explosiva consistindo de
uma mistura inflamável de gás, vapor ou nevoa é provável ocorrer em
operação normal, mas se ocorrer persistirá por um período curto de tempo
somente. (FONTE: [9], 2009, p. 3)
A Figura 1 apresenta a representação das áreas classificadas de um tanque
de armazenamento de líquidos inflamáveis. Para realizar a classificação das regiões
internas e externas ao tanque, conforme [9], é considerado um tanque com teto fixo
e sem teto interno do tipo flutuante.
FIGURA 1 – ÁREAS CLASSIFICADAS EM UM TANQUE (FONTE: [9], p.11).
A Tabela 9 apresenta a relação entre a zona qual a freqüência ocorre a
presença da atmosfera explosiva.
TABELA 9 – RELAÇÃO DA FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DE ATMOSFERA EXPLOSIVA E
ZONA CORRESPONDENTE
Zona
Ocorrência de mistura inflamável
0
Presença contínua
1
Provável ocorrência
2
Pouco provável em condições normais de operação.
FONTE: p. 170, [38].
79
Com a diminuição das concentrações à medida que ocorre aumento da
distância da fonte de risco, chegando a um nível seguro, o local da fonte de risco
torna-se de maior importância para a classificação em Zona. O termo fonte de risco
é entendido como o local onde os líquidos, gases, vapores ou névoas combustíveis
aparecem ou onde as misturas explosivas podem se formar. O NEC utiliza o termo
„Divisão‟, equivalente ao termo „Zona‟, que é utilizado nas normas internacionais
(com exceção das normas americanas), incluindo as normas brasileiras.
Do ponto de vista de engenharia, maiores precauções são necessárias se
um particular conjunto de circunstâncias é provável de acontecer, como por exemplo,
a presença de uma mistura inflamável. No caso de menores precauções, é
necessário ser improvável acontecer esta mistura perigosa no local. É importante
destacar que as precauções não podem deixar de existir, mesmo em condições de
baixíssimas probabilidades de acontecer um evento, como exemplo, a área
classificada como Zona 2.
Considerando o apresentado no parágrafo anterior, é possível considerar
como uma razão pertinente para implementar a subdivisão dos locais em outras três
divisões. Porém, surgem divergências entre as normas americana e européia, pois
as normas americanas definem duas divisões apenas: „Divisão 1‟ e „Divisão 2‟, no
caso das normas brasileiras e européias, são consideradas três divisões: „Zonas 0‟,
„Zona1‟ e „Zona 2‟. A Tabela 10 apresenta a relação existente entre estas divisões.
TABELA 10 – RELAÇÃO ENTRE AS DIFERENÇAS DE DIVISÕES DAS ZONAS
CLASSIFICADAS CONFORME NORMAS AMERICANAS E EUROPÉIAS / BRASILEIRAS
Ocorrência de mistura
inflamável
Contínua
Operação Normal
Condição Anormal
NEC (EUA)
Divisão 1
Divisão 2
ABNT / IEC
(Brasil / Europa)
0
1
2
FONTE: p. 501, [38].
Seguindo na linha de análise indicações das normas IEC, torna-se adequado
subdividir as zonas em partes com características particulares, resultando na
seguinte divisão: „Zona20‟, „Zona 21‟ e „Zona 22‟. Neste contexto é importante
destacar que para ambientes com a presença de poeiras combustíveis surgem as
80
seguintes definições: DIP – Dust Ignition Protection – invólucro protegido contra a
ignição de poeiras; Dust-tight enclosure – invólucro estanque a poeira e Dustprotected Enclosure – invólucro protegido contra poeira. Na seqüência estão
descritos individualmente cada uma das zonas que foram subdivididas, sendo elas:
Zona 20, Zona 21 e Zona 22.
Zona 20 – local em que uma atmosfera explosiva na forma de uma nuvem
de pó combustível no ar está presente continuamente, por longos períodos ou
freqüentemente. Nestes locais podem ser formadas camadas de poeira de forma
incontrolada e de espessura excessiva. Alguns exemplos deste tipo de área são:
interior de um sistema de contenção de poeiras, funis, silos, correias transportadoras,
misturadores, moinhos, secadores, ensacadores etc.;
Zona 21 – área não classificadas como „Zona 20‟, mas na qual poeiras
combustíveis, na forma de uma nuvem de pó combustível, são prováveis de ocorrer
ocasionalmente durante a operação normal. O seguinte local pode ser citado como
exemplo deste tipo de área:

áreas externas ao sistema de contenção de poeira e nas
proximidades de portas de acesso para freqüentes remoções de pós,
ou que necessitem ser abertas por necessidade operacional quando
internamente uma mistura explosiva poeira/ar estiver presente;
Zona 22 – zona não classificada em nenhuma das duas anteriores (zona 20
e zona 21). É o local onde a atmosfera explosiva na forma de uma nuvem de pó
combustível é provável de ocorrer, em operação normal, mas se ocorrer, ela
permanecerá apenas por um curto período. Caso após ocorrer uma condição
anormal, a remoção do acúmulo de poeira ou das camadas depositadas não puder
ser garantida, então a área deve ser classificada como Zona 21. Alguns exemplos
para as áreas classificadas como Zona 21 são:

Saídas de filtros de mangas que, em caso de mau funcionamento,
possam emitir misturas explosivas de poeira e ar;

Locais próximos a equipamentos que são abertos eventualmente, ou
que pelo histórico de operação, apresentem vazamentos que, por
trabalhar em uma pressão acima da atmosférica, venham a expelir
pós, como equipamentos pneumáticos, conexões flexíveis danificadas
etc. e
81

Locais de armazenamento de sacos contendo pós – a eventual
ruptura dos sacos pode ocorrer durante o manuseio, causando a
emissão de pós.
Os locais de trabalho contendo áreas com perigo de explosão são
normalmente classificadas, na maioria, como zona 1 ou 2 ou zonas 21 ou 22. As
Zonas 0 e 20 são restritas a áreas inacessíveis e muito pequenas, quando
localizadas em locais de trabalho, ou são usualmente atribuídas ao interior do
equipamento ou tanques.
A Figura 2 apresenta a representação das áreas classificadas de um tanque,
porém, neste exemplo os critérios utilizados foram os estabelecidos nas normas
americanas (NEC), ou seja, utilização da divisão em Divisão 1 Divisão2.
FIGURA 2 – ÁREAS CLASSIFICADAS DE UM TANQUE CONFORME DIVISÕES
ESTABELCIDAS NO NEC (FONTE: [2], p.43).
5.4.3.6.1 Zona 0
Com base em [9] é possível definir a Zona 0 como a área onde a presença
da mistura de gás está presente de maneira contínua ou por longos períodos de
tempo. Exemplos de áreas da Zona 0 são:
i.
interior de um tanque e
ii.
espaços dentro de equipamentos.
82
A Zona 0 é estabelecida em regiões onde a presença da atmosfera
explosiva é praticamente permanente, exigindo um alto grau de proteção nos
equipamentos e dispositivos que são utilizados nestes locais.
5.4.3.6.2 Zona 1
Compreende a região na qual a atmosfera explosiva de gás existe
probabilidade alta de ocorrer durante as condições normais de operação da planta
industrial. A definição exata deste tipo de área está em [9]. Algumas situações
podem ser descritas para exemplificar as condições deste tipo de zona, sendo:
i.
operações de reparo e manutenção nos equipamentos da plantas
industriais;
ii.
condição de vazamentos freqüentes e
iii.
falhas do equipamento ou do processo ocorrem freqüentemente e
provocam, simultaneamente, o desprendimento de gases e defeitos
elétricos.
Na Zona 1 é provável haver a presença de gases inflamáveis mesmo
durante a operação normal da planta. A probabilidade da presença de uma
atmosfera perigosa na Zona 1 é relativamente elevada e, na prática, é considerada
igual a 1. A zona 1 é a área de maior perigo, pela classificação das normas
americanas (Divisão 1).
Para os condições de manipulação de pós inflamáveis, a classificação de
Zona 1 geralmente é aplicada em áreas reduzidas, devido às condições especiais da
formação de atmosferas explosivas com pós, poeiras e fibras, como foi explicado em
itens anteriores. No caso de proximidade entre diversas áreas classificadas como
Zona 1, é recomendado que uma área mais abrangente e que englobe todas as
áreas menores seja utilizada.
5.4.3.6.3 Zona 2
A regiões classificadas como Zona 2, com base em [9], são locais onde o
surgimento de uma atmosfera explosiva de gás é pouco provável durante a
operação normal dos equipamentos. Alguns exemplos deste tipo de região são os
seguintes:
83
i.
locais onde líquidos voláteis e gases inflamáveis são manipulados,
usados ou transportados, porém estão confinados em sistema
fechados;
ii.
áreas não consideradas como perigosas devido à existência de
ventilação forçada e
iii.
áreas adjacentes a zona 1, sem ventilação e com garantia que não
existirá falha no sistema de ventilação forçada.
A Zona 2 pode ser a área que separa a zona 1 de áreas seguras; sendo uma
área mais segura que a zona 1, porém, ainda é um local perigoso e classificado. A
probabilidade de ocorrer condições de perigo é pequena, quando comparada a
probabilidade da Zona 1 ou Zona 2, porém não é nula.
Outra característica da zona 2 é a curta duração da presença do gás
perigoso, o qual é pouco provável e quando ocorre a presença a duração é mínima.
Tipicamente, em uma planta petroquímica ou em uma refinaria de petróleo, 90% das
áreas classificadas são zona 2.
Exemplos típicos de zona 2, quando considerado atmosferas de poeiras, são
as áreas em torno de equipamento que manipule pó e do qual é pouco provável de
haver liberação de pó durante a operação normal do equipamento.
5.4.4 Classes de Temperatura
Conforme explicado no itens 5.4.3.2, 5.4.3.3 e 5.4.3.4 existe correlação entre
a temperatura de superfície de um equipamento e a temperatura de ignição da
mistura presente no local.
Para o uso comercial de equipamento com proteção contra explosão, as
máximas temperaturas de sua superfície devem ser conhecidas e são estabelecidas
classes de temperatura. Os equipamentos elétricos devem ser projetados
considerando
uso
em
uma
faixa
de
temperatura
ambiente
de
trabalho
correspondente de (-20 a +60)ºC, e sendo assim, para esta faixa normal de
temperatura, nenhuma marcação adicional é necessária, conforme estabelece [3].
Conforme estabelece [42] existem seis classes de temperatura, as quais são
numeradas de T1 a T6, incluindo subdivisões entre algumas das temperaturas. A
classe de temperatura T1 é referente a temperatura de superfície mais alta,
enquanto T6 representa a mais baixa. Neste tópico também existem diferenciação
84
entre a divisão realizada entre as normas americanas (NEC) e as européias /
brasileira (IEC / ABNT). A seguir estão descritas as temperatura principais, ou seja, a
divisão realizada pelo padrão IEC, pois no caso da NEC, apenas são inclusos
temperaturas classificas intermediariamente. A Tabela 11 apresenta a relação geral
entre todas as temperaturas, relacionadas tanto no padrão NEC quanto no padrão
IEC / ABNT.

Classe de Temperatura T1
Misturas com uma temperatura de ignição maior que 450ºC e temperatura
de superfície máxima 450ºC. Exemplos substâncias da classe T1 inclui: propano,
monóxido de carbono, amônia, acetona, benzeno, metano, tolueno, hidrogênio e gás
natural.

Classe de Temperatura T2
Misturas com temperatura de ignição maior que 300ºC e temperatura de
superfície máxima de 300ºC. Alguns exemplos desta classe de temperatura são:
isopentano, acetato de butil, álcool etílico e acetileno.

Classe de Temperatura T3
Misturas com temperatura de ignição maior que 200ºC e temperatura de
superfície máxima de 200ºC. São exemplos da classe T3: cobre, benzeno e os
derivados correspondentes.

Classe de Temperatura T4
Misturas com temperatura de ignição maior que 135ºC e temperatura de
superfície máxima de 135ºC. A classe T4 inclui principalmente o éter etílico e o
acetaldeído.

Classe de Temperatura T5
Misturas com temperatura de ignição maior que 100ºC e temperatura de
superfície máxima de 100ºC. Os principais exemplos deste tipo de proteção são
substâncias utilizadas na fabricação de fibras têxteis.
85

Classe de Temperatura T6
Misturas com uma temperatura de ignição maior que 85ºC e temperatura de
superfície máxima de 85ºC.
TABELA 11 – CLASSES DE TEMPERATURA
NEC (EUA)
Classe de
Temperatura
ABNT / IEC
Temperatura
máxima de
superfície [ºC]
Classe de
Temperatura
Temperatura
máxima de
superfície [ºC]
Temperatura de
ignição dos gases
e vapores [ºC]
T1
450
T1
450
> 450
T2
300
T2
300
> 300
T2A
280
> 280
T2B
260
> 260
T2C
230
> 230
T2D
215
> 215
T3
200
T3A
180
> 180
T3B
165
> 165
T3C
160
> 160
T4
135
T4A
120
T5
100
T5
100
> 100
T6
85
T6
85
> 85
FONTE: p. 29, [38].
T3
T4
200
135
> 200
> 135
> 120
86
6
6.1
EQUIPAMENTOS
INTRODUÇÃO
A abordagem de avaliação do risco para a aceitação de equipamentos com
marcação Ex tem sido introduzida como um método alternativo e complementar para
a classificação dos equipamentos utilizando alguns critérios mais flexíveis quando
comparado com a técnica tradicional de classificação por zonas. Porém, é
importante destacar que a maior flexibilidade indica que o nível de proteção não será
tão rígido, para condições severas, quanto à classificação tradicional por zonas, ou
seja, esta nova avaliação visa complementar a classificação do tipo de proteção.
Visando facilitar este método, uma sistemática de níveis de proteção de
equipamentos foi criada para claramente indicar o risco de ignição inerente do
equipamento, independentemente do tipo de proteção que for utilizado.
6.2
NÍVEL DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – EPL
Consiste em um método complementar de avaliação do risco existente para
equipamentos com proteção Ex que serve como classificação adicional para os
equipamentos sujeitos a operação em locais com atmosferas explosivas. A seguir
estão descritos os diversos conceitos relativos a este método de avaliação de risco e
quais as subdivisões existentes, assim como a correlação existente com
classificação de áreas em zonas (método tradicional de proteção – Ex).
6.2.1 Breve Histórico
Historicamente, é conhecido que nem todos os tipos de proteção fornecem o
mesmo nível de proteção contra a possibilidade da ocorrência de uma condição de
ignição. As normas da ABNT, IEC e NFPA estabelecem tipos específicos de
proteção para zonas específicas, considerando que quanto mais provável ou
freqüente for a ocorrência de uma atmosfera explosiva, maior deverá ser o nível de
segurança exigido no equipamento.
Áreas classificadas (com a exceção de minas de carvão – presença de grisu)
são dividas em zonas, conforme apresentado em itens anteriores. Cada uma das
classificações anteriores leva em consideração, que é definido conforme a
probabilidade de ocorrência de atmosferas explosivas no local onde o equipamento
87
estará instalado. Na grande maioria das vezes, o projetista não leva em
consideração as conseqüências potenciais de uma possível explosão no local
devido à presença de uma atmosfera explosiva, assim como, também não são
considerados outros fatores, como por exemplo, a toxicidade das substâncias
presentes no processo ou no ambiente.
Um equipamento é dimensionado para certo tipo de zona de acordo com o
tipo de proteção que ele possui. Em alguns casos, este tipo de proteção poderá ser
dividido em diferentes níveis de proteção mais específicos, os quais estão
relacionados às zonas. Por exemplo, a proteção de equipamentos por segurança
intrínseca (Ex-i) é dividida em níveis de proteção „ia‟, „ib‟ e „ic‟ e no caso da proteção
por encapsulamento (Ex-m) estão inclusos dois níveis de proteção „ma‟ e „mb‟.
Projetistas e operadores de plantas industriais de processo fazem
considerações muitas vezes exageradas na extensão (ou restrição) das zonas, de
maneira a compensar a omissão realizada nas normas do fato de não considerarem
as conseqüências de uma explosão. Um exemplo típico é a instalação de um
equipamento do tipo Zona 1 em áreas do tipo Zona 2, visando permitir que o
funcionamento do equipamento mesmo na presença de uma emissão prolongada de
gás, considerando esta emissão totalmente imprevista.
6.2.2 Minas de Carvão – Grupo I
6.2.2.1 EPL Ma
Conforme a definição de [15], “equipamento para instalação em minas de
carvão, possuindo um nível "muito alto" de proteção”, ou seja, o equipamento deverá
possuir segurança durante e após a operação normal, de maneira a garantir que
seja improvável que ele se torne uma fonte de ignição na presença de atmosfera
explosiva.
No caso de circuitos de comunicação e equipamentos de detecção de gás
(função de proteção contra formação da atmosfera explosiva) deverão ser
construídos para atingir os requisitos Ma, como, por exemplo, circuitos de telefone
Ex ia.
88
6.2.2.2 EPL Mb
Conforme a definição de [15], “equipamento para instalação em minas de
carvão, possuindo um nível "alto" de proteção”, ou seja, será muito pouco provável
que o equipamento se torne uma fonte de ignição no espaço de tempo entre o
desligamento do equipamento e o surgimento de algum tipo de gás inflamável no
ambiente onde ele esteja instalado.
Os equipamentos para a extração de carvão, normalmente, são construídos
para atingir estes requisitos Mb. Exemplos de equipamentos que possuem este tipo
de proteção são: motores e conjuntos dispositivos de manobra com nível de
proteção Ex d.
6.2.3 Gases – Grupo II
6.2.3.1 EPL Ga
A referência [15] define este tipo proteção como: “Equipamentos para
atmosferas explosivas de gás, possuindo um nível de proteção "muito alto”.”, ou seja,
o equipamento elétrico não representará uma fonte de ignição nas seguintes
condições: operação normal, possíveis falhas esperadas ou falhas raras (do tipo não
esperadas).
6.2.3.2 EPL Gb
Na referência [15] este tipo de tipo proteção é definido como: “Equipamentos
para atmosferas explosivas de gás, possuindo um nível de proteção "alto”.”, ou seja,
o equipamento elétrico não se tornará fonte de ignição quando da operação normal
do processo ou quando ocorrerem falhas que poderão ser previstas, porém podem
diferir no tipo de falha esperada normalmente.
6.2.3.3 EPL Gc
A referência [15] define este tipo proteção como: “Equipamentos para
atmosferas explosivas de gás, possuindo um nível de proteção "elevado”.”, ou seja,
o equipamento ou dispositivo não representará uma risco de ignição o caso de
ocorrências normais de operação, e além disso, é necessário que após a ocorrência
o dispositivo permaneça inativo – desligado. Um exemplo prático para ilustrar este
89
tipo de proteção é o caso da falha de uma lâmpada; neste caso o dispositivo
necessitará ter proteção do tipo Ex-n.
6.2.4 Poeiras – Grupo III
6.2.4.1 EPL Da
A definição que consta em [15] é a seguinte: “Equipamento para atmosferas
explosivas de poeira, possuindo um nível de proteção "muito alto".”, ou seja, o
equipamento com este tipo de proteção não será uma fonte de ignição durante a
operação normal ou quando ocorrerem falhas raras.
6.2.4.2 EPL Db
A definição que consta em [15] é a seguinte: “Equipamento para atmosferas
explosivas de poeira, possuindo um nível de proteção "alto".”, ou seja, o
equipamento não será considerado uma fonte de ignição durante a operação normal
ou quando ocorrerem falhas previstas, porém diferentes das falhas que ocorrem
normalmente.
6.2.4.3 EPL Dc
A definição que consta em [15] é a seguinte: “Equipamento para atmosferas
explosivas de poeira, possuindo um nível de proteção "elevado".”, ou seja, o
equipamento não será considerado como uma fonte de ignição durante a operação
normal e deverá possuir proteção adicional que garanta a inatividade do sistema
como um todo, assegurando que após a falha o equipamento será desligado, assim
permanecendo, não representando um risco (fonte de ignição).
Considerando a grande maioria das situações envolvendo atmosferas
explosivas e considerando as conseqüências de uma eventual explosão da
atmosfera no local, é recomendado que seja observado a correlação presente na
tabela 5, abaixo, a qual relaciona o tipo de proteção com a zona mais indicada. No
caso de minas de exploração de carvão (geralmente ocorre a presença de grisu), as
correlações apresentadas na tabela devem ser avaliados criteriosamente, pois estes
tipos de zonas possuem considerações especiais.
90
TABELA 12 – RELAÇÃOENTRE NÍVEL DE PROTEÇÃO (EPL) E AS ZONAS
Nível de Proteção do Equipamento - EPL
Zona
Ga
0
Gb
1
Gc
2
Da
20
Db
21
Dc
22
FONTE: p. 14, [15].
6.3
EQUIPAMENTOS PROTEGIDOS POR INVÓLUCROS À PROVA DE
EXPLOSÃO – EX-D
A proteção chamada de „à prova de explosão‟ ou „à prova de chama‟ é
possivelmente o mais comum método de proteção aplicado a equipamentos elétricos
utilizados em locais com atmosferas explosivas. O conceito foi desenvolvido no
início do século XX, aproximadamente no ano de 1908, existindo uma controvérsia
sobre quem efetivamente inventou o invólucro, se foram os ingleses ou os alemães.
O termo em alemão „druckfeste kapselung‟, significa aquele que suporta
pressão interna, de onde se originou a letra utilizada como símbolo neste tipo de
proteção, a letra „d‟. O Dr. Ing Carl Beyling foi quem produziu um documento, na
época, descrevendo a aplicação do que mais tarde foi chamado de „druckfeste
kapselung‟ („flame proof‟, em inglês, para os europeus e americanos), o qual era
referente a motores elétricos, sendo que em 1938 ele foi agraciado com uma
medalha do United Kingdom Institution of Mining Engineers.
Nos Estados Unidos este tipo de proteção é chamada de „à prova de
explosão‟, já na Europa, de „à prova de chama‟. A escolha do nome implica
inicialmente em algumas diferenças nos conceitos básicos, embora o resultado final
seja equivalente, pois em ambos os casos existe uma proteção efetiva, através do
confinamento da explosão no interior do equipamento ou do resfriamento da chama
quando ela escapa para o exterior.
A definição que consta em [4] para invólucro à prova de explosão, ou seja,
proteção do tipo „d‟, é a seguinte:
91
... invólucro no qual as partes que podem causar a ignição de uma
atmosfera explosiva de gás são confinadas, e que é capaz de suportar a
pressão desenvolvida durante uma explosão interna de uma mistura
explosiva, e que impede a transmissão da explosão para a atmosfera
explosiva de gás ao redor do invólucro... ([4], 2009, p. 2)
É possível afirmar que nesta definição estão inclusos diversos critérios e
conceitos, sendo possível destacar os seguintes pontos:

O circuito elétrico ou dispositivo deverá ser envolvido por um invólucro
(invólucro a prova de explosão);

A caixa deverá ser capaz de suportar as pressões geradas por uma eventual
ignição no interior, sendo que o invólucro deverá resistir às conseqüências da
explosão permanecendo praticamente intacta;

No interior do invólucro ocorrem “explosões freqüentes”, porém, o termo
„explosões‟ é referente à pequeníssimas explosões, controladas e confinadas
ao interior do invólucros;

O acesso da mistura perigosa dentro da caixa, através dos espaços entre
suas peças, entradas de conduítes, espaçamentos entre eixo e suporte,
espaços entre roscas, interstícios etc., são calculados e projetados
especificamente para fazer o resfriamento da chama;

O resfriamento da chama representa que a proteção evita a transferência da
ignição do interior para o exterior. O que não poderá ocorrer é uma explosão
ou combustão na área interna, com propagação para a atmosfera explosiva
externa, o que seria uma catástrofe e representa uma situação quase
incontrolável;

Os circuitos elétricos, utilizados no interior da caixa, são de circuitos comuns e
podem conter energia elétrica com níveis perigosos, além disso, a
temperatura que operação poderá ser superior, até certo limite, a temperatura
de ignição da mistura explosiva presente no exterior;

É importante ressaltar que o valor da ignição considerado no projeto do
invólucro é para uma mistura explosiva determinada, pois não é possível
projetar um invólucro utilizável em qualquer tipo de área com qualquer tipo e
nível de mistura explosiva e
92

o equipamento contido em um invólucro com proteção do tipo Ex-d deverá
continuar operando após uma ignição interna.
Após as considerações acima é possível obter duas premissas básicas
sobre o princípio da proteção Ex-d, sendo elas: a primeira diz que o invólucro tem
que ser capaz de suportar uma pressão de explosão interna sem se romper, e a
segunda diz que essa explosão interna não poderá se propagar para o meio externo.
Alguns exemplos de equipamentos que podem receber aplicação deste tipo
de invólucro são: caixas e invólucros de instrumentos; motores tipo gaiola de esquilo
trifásicos; disjuntores ; caixa de fusíveis; resistores e luminárias. A figura 3 apresenta
um desenho representando um invólucro com proteção do tipo Ex-d.
FIGURA 3 – DESENHO REPRESENTANDO INVÓLUCRO EX-D (FONTE: [59], p. 2).
6.3.1 Juntas
Os invólucros à prova de explosão geralmente possuem juntas para a
redução da alta pressão do gás que é gerada devido à uma possível ignição no
interior do invólucro. Estas juntas possuem duas funções principais: reduzir a
pressão gerada e reduzir a temperatura do gás da explosão que está sendo liderado
através da junta, evitando que a atmosfera exterior sofra o processo de ignição.
6.3.2 Selos – Unidades Seladoras
As unidades seladoras são previstas para serem instaladas em eletrodutos e
sistemas de cabos com a finalidade de minimizar a passagem de gases ou vapores
e evitar a passagem da chama de uma parte da instalação elétrica para outra
através do eletroduto. Tal comunicação através do cabo tipo MI é inerentemente
evitada tendo em vista a própria construção do cabo. A figura 4 apresenta o corte de
uma unidade seladora, neste corte é possível identificar que o eletroduto é roscado
93
na unidade seladora,o preenchimento pela massa seladora e a maneira como o
condutor fica disposto no interior.
FIGURA 4 - UNIDADE SELADORA EM CORTE (FONTE: [59], p. 1).
Este sistema utilizando a unidade seladora possui a desvantagem de ser um
sistema fisicamente rígido e selado, no caso de necessidade de manutenção existe
a perda de material devido a impregnação. A passagem de gás ou vapor e a
propagação de chamas podem ocorrer através dos interstícios entre os fios que
compõem os cabos flexíveis de bitola maior que 35 mm 2. Nestes casos, construções
especiais para estes condutores tronam-se necessárias, ou seja, torna-se
necessário a utilização de unidades de selagem individuais ou prensa cabos.
A massa utilizada na seladora é relativamente porosa, de modo que alguns
gases, principalmente sob pressões e os que possuem moléculas muito pequenas,
como por exemplo, o hidrogênio, podem muito vagarosamente passar através da
massa seladora. Além disso, a selagem é feita ao redor da camada externa isolante
do condutor, deixando os espaços mínimos no interior do condutor (interstícios) sem
a devida proteção.
A figura 5 apresenta um prensa cabos representado em corte, sendo um
sistema de fácil e rápida instalação, porém, é necessário atenção na utilização de
prensa cabos adequados a bitola do cabo, evitando folgas que possam comprometer
o conjunto como um todo, da mesma forma que uma cabo muito grande não
permitirá o aperto do contra corpo, podendo comprometer o sistema com proteção
do tipo Ex.
94
FIGURA 5 – PRENSA CABO EM CORTE (FONTE: [59], p. 2).
6.4
EQUIPAMENTOS PROTEGIDOS POR INVÓLUCROS PRESSURIZADOS –
EX-P
Com base nas definições constantes em [5] e as orientações de [38], é
possível afirmar que esta técnica de proteção consiste em de manter presente, no
interior do invólucro, uma pressão positiva superior a pressão atmosférica, de
maneira que no caso de ocorrer a presença de uma mistura inflamável nas
redondezas do equipamento ou dispositivo esta não entrará e em contato com
partes que possam causar uma ignição da mistura explosiva.
A pressurização (Ex-p) também é um dos mais importantes métodos de
proteção de equipamentos elétricos usados em atmosferas explosivas, cujo princípio
de funcionamento está baseado no controle da atmosfera dentro do invólucro, em
geral através da pressurização positiva. Esta técnica de proteção também é
conhecida como „diluição continua‟. A figura 6 apresenta um desenho representando
um invólucro com proteção do tipo Ex-p.
FIGURA 6 – DESENHO REPRESENTANDO A PROTEÇÃO EX-P (FONTE: [59], p.2).
A diluição consiste em suprir de maneira contínua para o interior do invólucro
um gás de proteção, porém, somente após ser realizada a purga, numa vazão tal
95
que seja capaz de manter a um valor fora dos limites de inflamabilidade a
concentração de gases no interior do invólucro.
Os conceitos de purga e de pressurização são distintos, a purga está
relacionada com a passagem de gás inerte ou vapor (com alta pressão e
temperatura) em locais onde existe a vazão de algum tipo de produto inflamável. A
pressurização consiste em realizar a aplicação de uma pressão positiva em um
volume que não possui substâncias inflamáveis.
Os dispositivos elétricos no interior de um equipamento pressurizado são
normalmente de uso comum, podendo inclusive atingir temperaturas elevadas. Para
esta técnica de proteção, o projeto pode incluir volumes enormes, diferente de
outros tipos de proteção. Estes volumes podem atingir as dimensões de uma sala
(por exemplo, sala de painéis de uma subestação), mas nestes casos os sistemas
de ventilação devem ser projetados para atender a demanda do volume a proteger e
devem garantir os valores das pressões necessárias para a proteção.
A fonte de ar ou gás inerte utilizado deverá ser livre de gases inflamáveis e
deverá ser confiável, podendo ser necessário limpar ou secar o ar ou gás antes de
ser utilizado na pressurização, no caso de gás inerte, o mais comum é o nitrogênio.
Os equipamentos e invólucro com proteção do tipo Ex-p devem conter uma
advertência colocada externamente de maneira visível, alertando que o equipamento
só poderá ser aberto após duas condições satisfeitas:
i.
fonte de energia elétrica de alimentação esteja desligada e
ii.
atmosfera vizinha a caixa é segura, garantida por analisadores de gás.
6.4.1 Tipos de Pressurização
Existem dois tipos de pressurização:
i.
Pressurização com purga contínua
ii.
Pressurização com compensação de vazamento
Com ambos os tipos de pressurização, o invólucro do equipamento e todos
os acessos que chegam até ele deverão ser purgados antes da pressurização.
Dependendo da classificação de zona onde é utilizado o equipamento com a
técnica de proteção Ex-p (Zona 1 ou Zona 2) e conforme o tipo de circuito elétrico
que esta contido na caixa, a norma americana defini três tipo de proteção, sendo
elas:
96
i.
Tipo pz – reduz a classificação do interior do equipamento de Zona 2
para não-classificada;
ii.
Tipo py – reduz a classificação do interior do invólucro de Zona 1 para
Zona 2 e
iii.
Tipo px – reduz a classificação do interior do equipamento de Zona 1
para não-classificada ou Grupo I para não classificada.
6.4.1.1 Pressurização Tipo pz
Conforme a referência ([5], 2009, p.9) a definição de pressurização do tipo
pz é a seguinte: “pressurização que reduz o nível de proteção do equipamento
dentro de um invólucro pressurizado de Gc para área não classificada.”.
Utilizando a referência da indicação „Gc‟, explicada em detalhes no item
6.2.3.3 deste trabalho, é possível estabelecer que este tipo de pressurização reduz a
classificação da Zona 2 para uma área não classificada, sendo assim, dispositivos
comuns podem ser utilizados no interior. Para ocorrer uma explosão serão
necessárias duas falhas, uma na pressurização, a qual é muito remota de ocorrer
devido a confiabilidade do sistema de pressurização, e a outra falha é a formação de
uma atmosfera explosiva no exterior do sistema protegido.
6.4.1.2 Proteção do Tipo py
A definição apresentada a referência ([5], 2009, p. 9) para pressurização py
é a seguinte: “pressurização que reduz o nível de proteção do equipamento dentro
de um invólucro pressurizado de Gb para Gc.”.
Analisando o item 6.2.3.2 do presente trabalho, é possível afirmar que este
tipo de pressurização consegue reduzir a classificação no interior do invólucro de
Zona 1 para Zona 2. Com o emprego deste tipo de proteção é possível a utilização
de tipos diferentes de proteção no mesmo invólucro, ou seja, é possível, por
exemplo, utilizar um dispositivo Ex-e e outro sistema Ex-e dentro do mesmo
invólucro. É importante ressaltar que estes dois tipos de proteção possuem
condições de falha e utilização diferentes, mas com o invólucro com pressurização
py é possível limitar a restrição com o invólucro e com a pressurização.
97
6.4.1.3 Proteção do Tipo px
A referência ([5], 2009, p. 4) apresenta a seguinte definição para
pressurização do tipo px: “pressurização que reduz o nível de proteção do
equipamento dentro de um invólucro pressurizado de Gb para área não classificada
ou de Mb para área não classificada.”.
Considerando a definição acima e o conceito de Mb apresentado no item
6.2.2.2, é possível afirmar que a pressurização do tipo px reduz a classificação no
interior do invólucro de Zona 1 para área não classificada. Neste tipo de
pressurização, em geral, como a pressurização é o único modo de proteção, outro
dispositivo externo realiza o desligamento da energia elétrica do equipamento no
caso de falha na pressurização. Neste caso, somente será possível ocorre ignição
da atmosfera externa no caso da ocorrência de duas falhas.
6.4.2 Sistema de Contenção
Uma parte do equipamento, mesmo que pequena, que contenha uma
substância inflamável pode se constituir numa fonte de risco interna ou invólucro.
Estes materiais inflamáveis transportados para o interior do invólucro podem estar
na forma de gases, vapores ou líquidos e com temperatura acima do ponto de fulgor,
e por isso, podem formar uma mistura inflamável.
No caso de situações conhecidas de poças de líquido que possam se formar
no interior do invólucro, é necessário conhecer a razão de vaporização do material, o
que tem influência na vazão de ar necessária para evitar a formação da atmosfera
explosiva. No caso da vazão não ser suficiente para evitar a formação do acúmulo
de líquido, torna-se necessário utilizar o método de drenagem.
A drenagem deve ser dirigida para um sistema de contenção seguro, a área
classificada na qual o mesmo está localizado. Para isto, uma solução similar à que é
aplicada em pontos de coleta de amostras (manifold) poderá ser apropriada.
No caso do sistema de contenção ter possibilidade de vazar, é necessário
considerar a situação de que, embora os circuitos elétricos dentro do invólucro
estejam isolados, no caso de falha no sistema de pressurização, podem existir itens
no interior do invólucro que permanecem capazes de provocar uma ignição devido a
cargas armazenadas ou altas temperaturas.
98
Depois de apresentados os conceitos relativos à proteção de equipamentos
através de invólucros pressurizados, é possível agrupar as informações de quais os
tipos mais adequados para as diversas situações (diferentes classificações de área).
A Tabela mostra a forma a relação entre o tipo de Zona e qual o tipo de
pressurização é mais adequado para determinada aplicação.
TABELA 13 – DETERMINAÇÃO DO TIPO DE PRESSURIZAÇÃO
Substância
Tipo do Invólucro – Ex-p
Classificação
Inflamável
da Área
Possui Fonte de
Não Possui Fonte de
Externa
Ignição Interna
Ignição Interna
Sem Sistema
Zona 1
Tipo px
Tipo py
Sem Sistema
Zona 2
Tipo pz
Gás ou Vapor
Zona 1
Tipo px
Tipo py
Gás ou Vapor
Zona 2
Tipo px1
Tipo py
Líquido
Zona 1
Tipo px (inerte)2
Tipo py
Líquido
Zona 2
Tipo pz (inerte)2
no Sistema de
Contenção
Pressurização
não necessária
Pressurização
não necessária
1
– Tipo px e o dispositivo capaz de causar ignição não está locado na área de diluição.
2
– O gás de proteção deve ser inerte.
FONTE: p. 319, [38].
6.4.3 Vantagens e Desvantagens da Pressurização (Ex-p)
A
seguir
são
apresentadas
algumas
vantagens
e
desvantagens,
respectivamente, do sistema de proteção de equipamento através da técnica de
pressurização – Ex-p. As vantagens são as seguintes:
i.
Para alguns casos, é a única solução;
ii.
Pode proteger grandes volumes, como por exemplo, painéis, salas de
controle e subestações e
iii.
Permite elevada margem de erro antes de resultar em perigo.
No caso das desvantagens, podem ser enumerar as seguintes:
i.
O ar utilizado deve ser limpo e seco;
99
ii.
Sistema de controle necessário é complexo, incluindo outras formas
alternativas de proteção e
iii.
Não é possível acessar ou realizar manutenção enquanto o
equipamento está em operação.
6.5
PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR SEGURANÇA AUMENTADA – EX-E
Esse tipo de proteção nasceu na Alemanha e depois se espalhou por toda a
Europa, tendo aceitação nos Estado Unidos somente após o ano de 1996, através
da revisão do NEC, que a partir daquela data passou a permitir naquele país o uso
de proteções previstas pelas normas internacionais.
A proteção do tipo Ex-e exige que os equipamentos tenham tensão de
operação inferior a 11 kVrms e que não tenham internamente qualquer componente
que produza tensão superior a este valor.
Antes de iniciar a apresentação deste tópico é de grande importância
apresentar alguns conceitos que serão mencionados do decorrer do texto, pois são
termos e definições aplicados diretamente neste tipo de proteção e que podem
dificultar o entendimento geral caso não sejam apresentados antecipadamente.
6.5.1 Conceitos Básicos
Com base nas referências [8] e [38] é possível estabelecer as seguintes
definições para os termos:
i.
distância de isolação – menor distância no ar entre duas partes
condutoras;
ii.
distância de escoamento – menor distância entre duas partes
condutoras ao longo da superfície de um material isolante;
iii.
corrente inicial de partida Ia – corrente inicial de partida IA - valor
eficaz mais elevado da corrente absorvida por um motor de corrente
alternada quando em repouso quando alimentado pela tensão e
freqüência nominais. Os fenômenos transitórios são desconsiderados;
iv.
tensão nominal – valor da tensão declarado pelo fabricante para um
componente, dispositivo ou equipamento e para o qual todas as
características de operação e desempenho são efetivamente
dimensionadas,
100
tensão de trabalho – maior valor eficaz da tensão, em corrente
v.
alternada ou contínua, que pode ocorrer através de qualquer
isolamento quando o equipamento é alimentado à tensão nominal.
Transientes são desprezados;
tempo te – tempo em segundos, necessário para o enrolamento do
vi.
rotor ou de um estator, alimentado em corrente alternada, atingir a
temperatura-limite a partir da temperatura de serviço nominal
considerando a condição de rotor bloqueado.
6.5.2 Ex-e – Definição e Funcionamento
Conforme apresenta a referência [8] a definição de proteção Ex-e é a
seguinte:
Tipo de proteção aplicado a equipamentos elétricos nos quais medidas
adicionais são aplicadas de forma a proporcionar segurança aumentada
contra a possibilidade de temperaturas excessivas e a ocorrência de arcos e
centelhas em serviço normal ou sob condições anormais especificadas.
(FONTE: [8], 2008, p.4).
Sendo assim, o tipo de proteção Ex-e é o tipo aplicado a equipamentos
elétricos nos quais as medidas adicionais visam evitar temperaturas elevadas e
ocorrência de centelhas perigosas que podem provocar a ignição da atmosfera
explosiva ao redor do equipamento.
A técnica está baseada na construção especial dos equipamentos (fiação,
terminais, isolação, prensa cabos etc.), no tipo de materiais utilizados na fabricação,
projeto e montagem.
Para garantir que a temperatura do equipamento permaneça dentro de
limites aceitáveis e seguros, os equipamentos têm atribuídas uma dissipação de
potencia. O aumento da temperatura depende principalmente dos seguintes fatores:
i.
terminais
e
condutores
utilizados,
aquecimento interno local e
ii.
Aquecimento de terminais individuais.
podem
produzir
101
6.5.3 Distância de Escoamento Mínima no Circuito (creepage)
A distância de escoamento (também chamada de distância de isolação,
distância mínima no circuito ou creepage) é a distância entre duas partes condutoras
ao longo de uma superfície isolante. Nos equipamentos com proteção Ex-e as
distâncias entre as partes condutores variam conforme a tensão utilizada. A Tabela
14 apresenta a relação existente entre a distância física (afastamento) e a tensão.
TABELA 14 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ISOLAÇÃO E ESCOAMENTO
Distância Mínima de Escoamento [mm]
Tensão Nominal [Vrms]
Material
Material
Material
Grupo I
Grupo II
Grupo IIa
0 < V ≤ 15
1,6
1,6
1,6
15 < V ≤ 30
1,8
1,8
1,8
30 < V ≤ 60
2,1
2,6
3,4
60 < V ≤ 110
2,5
3,2
4,0
110 < V ≤ 175
3,2
4,0
5,0
175 < V ≤ 275
5,0
6,3
8,0
275 < V ≤ 420
8,0
10,0
12,5
420 < V ≤ 550
10,0
12,5
16,0
550 < V ≤ 750
12,0
16,0
20,0
750 < V ≤ 1100
20,0
25,0
32,0
1100 < V ≤ 2200
32,0
36,0
40,0
2200 < V ≤ 3300
40,0
45,0
50,0
3300 < V ≤ 4200
50,0
56,0
63,0
4200 < V ≤ 5500
63,0
71,0
80,0
5500 < V ≤ 6600
80,0
90,0
100,0
6600 < V ≤ 8300
100,0
110,0
125,0
8300 < V ≤ 11000
125,0
140,0
160,0
FONTE: p.288, [38].
O dimensionamento das distâncias de isolação depende da tensão,
resistência da isolação e da conformação da isolação. Materiais isolantes elétricos
são especificados de acordo com o índice comparativo de resistência superficial
102
(ICRS). A Tabela 15 apresenta a relação do ICRS com a classificação do material,
conforme é apresentado na referência [8]. No caso de matérias elétricos inorgânicos,
como por exemplo, vidros e cerâmicas, não precisam ser submetidos aos critérios de
ICRS, pois são materiais que não são afetados significativamente pelo fenômeno do
trilhamento.
Tabela 15 - Índice comparativo de resistência superficial de materiais
Classe do Material
Índice Comparativo de Resistência Superficial
I
ICRS > 600
II
400 ≤ ICRS < 600
IIIa
175 ≤ ICRS < 400
FONTE: p. 14, [8].
6.5.4 Distância de Isolação (clearance)
Conforme estabelece a referência [8], corresponde a menor distância
existente entre duas partes condutoras de energia elétrica, sendo que a distância
está diretamente ligada em função da tensão utilizada. A Tabela 16 apresenta a
distância mínima necessária conforme o intervalo do nível de tensão.
TABELA 16 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ISOLAÇÃO
Tensão Nominal [Vrms]
Distância Mínima de Isolação [mm]
0 < V ≤ 15
1,6
15 < V ≤ 30
1,8
30 < V ≤ 60
2,1
60 < V ≤ 110
2,5
110 < V ≤ 175
3,2
175 < V ≤ 275
5,0
275 < V ≤ 420
6,0
420 < V ≤ 550
8,0
550 < V ≤ 750
10,0
750 < V ≤ 1100
14,0
CONTINUA
103
CONTINUAÇÃO
TABELA 16 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ISOLAÇÃO
1100 < V ≤ 2200
30,0
2200 < V ≤ 3300
36,0
3300 < V ≤ 4200
44,0
4200 < V ≤ 5500
50,0
5500 < V ≤ 6600
60,0
6600 < V ≤ 8300
80,0
8300 < V ≤ 11000
100,0
FONTE: p. 10, [8].
6.5.5 Temperatura Limite
Conforme apresentado no item 6.5.2, um dos principais objetivos Ex-e é
evitar a elevação da temperatura do equipamento. A temperatura limite é definida
como a mais alta temperatura de operação permitida para o equipamento elétrico,
sendo considerada como a menor de duas seguintes temperaturas:
i.
Máxima temperatura da superfície do equipamento e
ii.
Máxima temperatura determinada pelo limite de estabilidade térmica
materiais isolantes utilizados no equipamento.
6.5.6 Aplicações da proteção Ex-e
Uma vantagem da proteção Ex-e é a econômica, ou seja, em geral este tipo
de proteção é mais barata e simples quando comparada com outros tipos, como por
exemplo, proteção Ex-i (intrinsecamente seguro – será abordado na seqüência do
trabalho). A seguir estão listados alguns exemplos de equipamentos que podem ser
construídos utilizando a proteção Ex-e, sendo eles:
i.
Motores de indução (gaiola de esquilo);
ii.
Luminárias (desde que a potência e o tipo da lâmpada não gerem alta
temperatura), um exemplo são as lâmpadas fluorescentes;
iii.
Caixas contendo terminais de ligação;
iv.
Transformadores de controle e medição e
v.
Instrumentos de medição.
104
A figura 7 apresenta o desenho representando o tipo de proteção Ex-e –
segurança aumentada.
FIGURA 7 – DESENHO REPRESENTADO A PROTEÇÃO EX-E (FONTE: [59], p. 2)
A figura 8 apresenta um prensa cabos com proteção do tipo Ex-e, é possível
notar que a especificação deste dispositivo também apresenta outras informações
como Grau IP (será explicado no item 6.13), o tipo da Zona onde é permitido ser
utilizado e o EPL (item 6.2).
FIGURA 8 – EXEMPLO DE PRENSA CABO – MODELO POLIAMIDA CG/E (Fonte: [56]).
6.6
PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR IMERSÃO EM ÓLEO – EX-O
Conforme [7] a definição da proteção do tipo Ex-o é a seguinte:
Tipo de proteção no qual o equipamento elétrico ou partes do equipamento
elétrico são imersas em um líquido de proteção, de forma que uma
atmosfera explosiva de gás ou vapor que possa estar acima da superfície
do líquido ou no interior do invólucro não possa entrar em ignição. ([7], 2009,
p. 2)
Esse tipo de proteção somente é utilizado em equipamentos fixos, além
disso, o óleo utilizado neste tipo de proteção deve ser de origem mineral, no caso da
utilização de outro líquido, este deverá atender as seguintes exigências:
i.
ponto de combustão de 300 ºC (mínimo), determinado pelo método
de ensaio da IEC;
ii.
ponto de fulgor de 200 ºC (mínimo);
105
iii.
viscosidade cinemática de 100 cSt (máximo) a 25 ºC;
iv.
rigidez dielétrica de ruptura de 27 kV (mínima);
v.
resistividade volumétrica a 25ºC de 1 x 1012 Ω.m (mínima);
vi.
ponto de fluidez deve ser de 30ºC (máximo);
vii.
acidez (valor de neutralização) deve ser de 0,03 mg KOH/g (máximo);
viii.
o líquido de proteção não pode possuir efeito adverso nas
propriedades dos materiais com os quais este está em contato e
ix.
para equipamentos do grupo I, óleos minerais não são aceitáveis.
A figura 9 apresenta um desenho que representa a proteção de
equipamentos através da proteção por imersão em óleo – Ex-o.
FIGURA 9 – DESENHO REPRESENTANDO A PROTEÇÃO EX-O (FONTE: [59], p. 2).
O equipamento com proteção à óleo deve ser construído de forma que a
deterioração do líquido de proteção por poeira ou umidade do meio ambiente seja
evitada, com base nas definições contidas em [7], dois tipo de equipamentos são
possíveis de serem construídos, sendo eles:

Equipamentos Selados: são aqueles projetados e construídos de
modo a evitar o ingresso da atmosfera externa durante a expansão e
contração do óleo durante a operação normal, como por exemplo, por
meio de uma câmara de expansão;

Equipamentos Não Selados: equipamentos projetados e construídos
de modo a permitir a entrada e saída, de certas quantidades limitadas,
da atmosfera externa durante a expansão do óleo no interior, em
condições de operação normal.
Conforme é regulamentado pela norma [7], procedimentos específicos
deverão ser adotados para evitar a deterioração do óleo. Dentre todos os cuidados,
ensaios e teste necessários enumerados na referência, é possível relacionar de
106
maneira resumida algumas das medidas mais importantes para manter o nível de
proteção adequado, sendo as seguintes:
i.
equipamentos selados, devem ser fornecidos um dispositivo de alívio
de pressão, o qual deve ser montado e selado pelo fabricante do
equipamento;
ii.
saída de dispositivos de alívio de pressão, no caso de equipamentos
selados, deve possuir grau de proteção mínimo do nível IP231;
iii.
o equipamento selado deverá possuir um grau de proteção de pelo
menos IP661 e
iv.
equipamento não selado, a saída do respiro deve possuir grau de
proteção mínimo IP231.
1
– no item 6.13 constam as explicações sobre este tipo de proteção.
6.6.1 Parâmetros importantes de projeto
A seguir são apresentadas, em resumo, as principais diretrizes que devem
ser atendidas no momento do projeto de equipamentos com proteção do tipo Ex-o.
Estas diretrizes podem ser listadas resumidamente, sendo:

caixa do invólucro metálica;

nível do óleo deve ser indicado por um visor, com graduações que
indiquem o nível;

Deve–se monitorar o nível do óleo, visando identificar os possíveis
vazamentos;

dreno, quando existir, deverá ser provido de tampão;

não é permitido utilizar fusíveis dentro de caixas;

é importante os seguintes dados estarem marcados externamente:
o identificação do fabricante e do modelo do equipamento;
o classe, grupo e zona de uso permitido;
o máxima temperatura de operação e
o advertência para desligar o equipamento da alimentação antes
de se abrir a caixa.
É importante salientar o fato que transformadores imersos em óleo não
necessariamente são adequados para aplicação em áreas classificadas, ou seja, o
107
simples fato de o equipamento estar imerso em óleo não o torna com proteção do
tipo Ex-o. Para que este equipamento seja denominado de Ex-o, é necessário que
ele tenha uma certificação de conformidade para este tipo de proteção.
6.7
PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR IMERSÃO EM AREIA – EX-Q
A referência [6] define a proteção do tipo Ex-q como sendo:
Tipo de proteção na qual as partes que podem provocar uma ignição da
atmosfera explosiva estão em posição fixa e envoltas completamente pelo
material de preenchimento para prevenir a ignição de uma atmosfera
explosiva externa. O material de preenchimento pode ser o quartzo ou
partículas de vidro. (FONTE: [6], 2006, p. 2).
Este tipo de proteção somente é aplicável a equipamentos elétricos ou
partes desses e componentes com segurança Ex que satisfaçam as seguintes
condições:

possuir corrente menor ou igual a 16 A e

consumo nominal menor ou igual a 1000 VA, ligada à uma rede de
alimentação com tensão não superior a 1000 V.
Este tipo de proteção pode não impedir totalmente a penetração da
atmosfera explosiva no interior do equipamento do mesmo modo, pode não impedir
a ignição da atmosfera explosiva. Porém, uma possível explosão externa é impedida
de entrar no equipamento ou área interna com este tipo de proteção, pois devido ao
pequeno volume livre no material utilizado para preencher a faixa de transição e ao
resfriamento da chama ao se propagar através do material de preenchimento, o qual,
devido a composição química, consegue absorver grandes quantidades de calor,
evitando assim a propagação da chama. Na fase de projeto e especificação, deve-se
ter atenção aos parâmetros que estão envolvidos neste tipo de proteção, alguns
destes requisitos de construção são os seguintes:

Distância de escoamento sob o revestimento – menor distância medida
entre dois condutores através da superfície de um meio isolante recoberta
por um revestimento isolante;

Distância através do material de enchimento – menor distância através do
material de enchimento entre duas partes condutoras e
108

Característica nominal de fusível (In) – corrente nominal do fusível, em
conformidade com as normas vigentes ou com as especificações do
fabricante.
De
maneira
análoga
aos
outros
tipos
de
proteção
anteriormente
apresentados, a Figura 10 apresenta um desenho representando a proteção por
imersão em areia.
FIGURA 10 – DESENHO REPRESENTANDO PROTEÇÃO EX-Q (FONTE: [59], p.2).
6.7.1 Grau de Proteção do Invólucro – Ex-q
O invólucro ou as partes dele que são preenchidas com material devem ter
grau de proteção mínimo IP541, no caso do grau de proteção ser igual ou superior
ao IP55, o invólucro deverá ser provido de respiro, e neste caso o equipamento
deverá ser IP541.
No caso do invólucro ser projetado e especificado para instalação somente
em ambiente abrigado, limpo e seco, ele deverá ter grau de proteção mínimo
IP431 ,uma vez que diversos fatores estão limitados a proteção pode possuir um
grau menor.
A maior abertura (interstício) no invólucro, destinado ao preenchimento com
material (em geral, areia), deverá ser de no mínimo 0,1 mm menor que a menor
dimensão do material de preenchimento, não podendo exceder o diâmetro 0,9 mm,
de maneira a impedir perda do material de preenchimento.
1
– no item 6.13 constam as explicações sobre este tipo de proteção.
6.7.2 Fechamento do invólucro
Os invólucros de equipamento preenchido com areia ou outro material com
características similares ou componentes Ex preenchidos deverão ser selados na
fase de fabricação e não devem permitir abertura do invólucro sem a destruição do
selo de fechamento, garantindo assim o fechamento original.
109
6.7.3 Material de Preenchimento - Granulometria do Material
As dimensões dos grãos de material utilizado no preenchimento devem estar
situados no seguinte limite de crivo:

Limite superior – tela ou chapa metálica perfurada com tamanho
nominal de abertura da malha de 1 mm e

Limite inferior – tela ou chapa metálica com tamanho nominal de
abertura da malha de 0,5 mm.
6.7.4 Parâmetros importantes para projeto
Aqui são apresentados alguns pontos que merecem destaque e atenção no
momento do projeto ou da especificação de equipamentos ou proteções do tipo Ex-q.
As recomendações são as seguintes:
i.
O preenchimento como areia ou pequenas esferas de vidro, deve
atender as especificações de tamanho mínimo das partículas;
ii.
O material de preenchimento não poderá sair da caixa durante a
operação normal ou da ocorrência de algum evento (por exemplo,
curto-circuito);
iii.
O invólucro preferencialmente deverá ser de metal, porém, outros
materiais são permitidos, desde que atendam as condições
mecânicas e térmicas;
iv.
Dispositivos elétricos deverão ser isolados, mesmo considerando que
o material de preenchimento é isolante e
v.
O material de enchimento deverá ser comprimido, sendo assim, os
dispositivos imersos devem suportar as condições mecânicas para
este tipo de esforço e pressão.
6.7.5 Aplicações
Algumas aplicações da proteção por imersão em areia são as seguintes:
Cabos elétricos enterrados, onde o preenchimento com areia servirá como
um material adequado na extinção de faíscas ou arcos, na eventualidade da ruptura
do cabo e condições onde existem faíscas constantes ou aquecimento de superfície,
porém, nas condições em que o preenchimento com areia ou material similar não
prejudique o funcionamento normal.
110
6.8
PROTEÇÃO PARA EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS ENCAPSULADOS – EX-M
A norma [13] define a proteção do tipo Ex-m é a seguinte:
É o tipo de proteção no qual as partes que são capazes de provocar ignição,
considerando uma atmosfera explosiva, por faiscamento ou aquecimento,
são encapsuladas em um composto de tal maneira que a atmosfera
explosiva não possa sofrer ignição sob condições de operação. (FONTE:
[13], 2007, p. 2).
Para o entendimento deste tipo de proteção são necessários alguns
conceitos básicos, os quais são apresentados na seqüência. A proteção para
equipamentos elétricos encapsulados é dividida em duas, sendo „Ex-ma‟ e „Ex-mb‟,
cada uma delas com uma particularidade e com características específicas, as quais
também serão apresentadas em seguida.
6.8.1 Conceitos básicos
Utilizando como base a norma [13] e a referência [38], é possível
estabelecer os conceitos descritos abaixo.
i.
Composto ou resina – material termo fixo, termoplástico, resina epóxi
ou elastômero com ou sem adição de aditivos, solidificado após
aplicação;
ii.
Temperatura de trabalho contínuo da resina (TSC) – máxima
temperatura que a resina poderá receber durante o período de
trabalho do equipamento, sendo que até o valor máximo da
temperatura, as propriedades do material deverão ser mantidos
integralmente;
iii.
Encapsulamento - processo de aplicação da resina de maneira a
preencher por completo um invólucro que contenha o circuito ou
dispositivo elétrico;
iv.
Superfície livre - superfície exposta da resina a uma atmosfera
explosiva
v.
Embutimento – processo de envolver completamente o equipamento
elétrico derramando a resina sobre ele em um molde e removendo o
conjunto (dispositivo elétrico e resina solidificada) após solidificação
completa da resina e
111
vi.
Moldagem – processo de embutimento no qual o molde permanece
fixado ao equipamento elétrico.
6.8.2 Níveis de Proteção
Mesmo dentro do nível de proteção de equipamentos elétricos encapsulados
(Ex-m) existem duas subdivisões de nível de proteção, conforme mencionado
inicialmente. As proteções são divididas em „ma‟ e „mb‟, sendo que as características
e peculiaridades de cada uma delas são apresentadas a seguir.
6.8.2.1 Nível de Proteção „Ex-ma‟
Este tipo de proteção indica que os equipamentos não devem ser capazes
de causar a ignição, considerado qualquer uma das seguintes circunstâncias:
i.
condições normais de operação;
ii.
qualquer condição anormal definida e
iii.
ocorrência de falha definida.
Na proteção do tipo Ex-ma o nível de tensão em qualquer ponto do
dispositivo ou circuito deverá ser inferior a 1 kV. Nos casos em que a condição de
aumento de temperatura possa representear risco para a integridade do invólucro,
medidas extra de proteção deverão ser adotadas para garantir a manutenção do
nível de segurança do equipamento e da área onde eles estará instalado.
6.8.2.2 Nível de Proteção „Ex-mb‟
Os equipamentos encapsulados e com indicação da proteção „Ex-mb‟ não
devem ser capazes de causar ignição da atmosfera explosiva, presente no local
onde estão instalados e em operação, considerando qualquer uma das seguintes
condições:
i.
condições normais de operação e
ii.
condições de falha definida.
Para ambos os tipo de proteção, „ma‟ e „mb‟, os valores-limite da
alimentação (tensão nominal e corrente de curto circuito) deverão ser consideradas
para assegurar que a temperatura não ultrapasse o valor limite especificado. A
112
Figura 11 apresenta um desenho com a representação da proteção através de
encapsula mento.
FIGURA 11 – DESENHO REPRESENTANDO PROTEÇÃO EX-M (FONTE: [59], p. 2).
6.8.3 Requisitos Gerias de Construção para os Equipamentos Elétricos
O composto (resina) utilizado para encapsular deverá possuir a descrição
composição completa de composição para avaliação das condições de temperatura
e a faixa de temperatura deverá ser definida em conjunto com a máxima
temperatura de operação. O encapsulamento deverá ser testado de maneira a
garantir as condições de isolação, resistência mecânica e resistência a absorção de
água, sendo este último específico para dispositivos expostos à ambientes úmidos.
O encapsulamento deverá ser realizado sem nenhum tipo de espaço vazio,
espaços vazios serão permitidos somente nos casos de componentes que
necessitem movimentação, como por exemplo, relés, sendo que nestes casos, o
volume livre seja no máximo de 100 cm3, para proteção do tipo „ma‟, e 10 cm 3, para
a proteção do tipo „mb‟. Os casos de dispositivos com contatos deverão prever um
invólucro adicional que permita a movimentação mecânica do componente.
O tipo de proteção „Ex-m‟ deverá ser mantido mesmo em casos de
sobrecargas falha interna do equipamento, pois tais eventos podem acarretar o
surgimento de sobretensão ou sobrecorrente, como por exemplo, um curto-circuito
ou a falha em um componente do circuito elétrico.
Os locais onde o equipamento encapsulado poderá ser utilizado são locais
de Zona 1 e Zona 2. No caso de uma área classificada como Zona 0, é permitida a
utilização da proteção Ex-m quando esta estiver fazendo parte de um conjunto maior
com proteção do tipo Ex-i (este tipo de proteção é explicada no item 6.9).
113
6.8.4 Considerações importantes na fase de projeto
Neste item estão descritos algumas considerações importantes que devem
ser observadas, principalmente, durante a fase de projeto e especificação do tipo de
proteção do equipamento elétrico. Os itens descritos abaixo podem servir como um
balizamento na especificação da proteção do tipo Ex-m.
i.
Espaços internos livres menores que 100 cm3, para proteção „ma‟, e
10 cm3, para proteção „mb‟;
ii.
O material utilizado no preenchimento deverá ser mecanicamente
resistente à choques e alterações na temperatura durante a operação
normal;
iii.
Material utilizado no preenchimento do encapsulamento não deverá
reagir com os possíveis produtos químicos que podem ser emanados
no local onde ficará instalado o equipamento ou dispositivo;
iv.
Temperatura do invólucro deverá ser muito menor que a temperatura
de ignição da mistura explosiva presente no local e
v.
Encapsulamento deverá ter uma espessura mínima.
6.8.5 Aplicações
Algumas
aplicações
para
a
proteção
de
equipamentos
elétricos
encapsulados são as seguintes:
i.
Bobinas estáticas em motores, válvulas solenóides, TC‟ s e TP‟ s;
ii.
Relés e disjuntores de potência limitada (presença de partes móveis
no interior do volume encapsulado) e
iii.
6.9
Componentes elétricos, como resistor, capacitor, indutor, transistor.
EQUIPAMENTOS E DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA – EX-I
6.9.1 Breve Histórico
O tipo de proteção segurança intrínseca fio desenvolvido na Inglaterra, após
a ocorrência de um acidente em uma mina subterrânea de carvão, por volta do ano
de 1912. Houve suspeita que uma campinha teria causado a explosão, o que
motivou o início de uma pesquisa no sentido de se determinar até que nível um sinal
114
elétrico pode ser considerado como seguro sem estar confinado em um invólucro à
prova de explosão.
A investigação primeiramente utilizou circuitos de sinalização de campainhas
alimentadas através transformadores de baixa tensão, do tipo semelhante ao
utilizado em campainhas domésticas da época. As pesquisas sobre esse circuitos de
sinalização resultaram em uma certificação para o primeiro dispositivo de segurança
intrínseca na Inglaterra, no ano de 1917.
Esse dispositivo certificado consistia de uma combinação entre um
transformador e uma campainha. O transformador por si só não era de segurança
intrínseca, mas tão somente a saída dele, uma vez que o mesmo era alimentado
pela tensão do sistema. Por este motivo, caso o transformador fosse instalado no
interior da mina seria necessário colocá-lo em um invólucro à prova de explosão.
Alem disso, esse transformador somente era considerado seguro se fosse
utilizado com um determinado modelo de campainha. Isto de deve ao fato que a
bobina tem capacidade de armazenar energia. A partir de então, e em função de
constantes aperfeiçoamentos, a técnica evolui muito e começou a se espalhar por
diversos países.
Porém, ainda existem pequenas divergências de terminologia entre a
comunidade européia e os EUA e Canadá, os principais desenvolvedores da
tecnologia de equipamentos destinados à áreas classificadas. A técnica de
segurança é muito usada na Europa, mas ainda é recebida com certa confusão nos
EUA, é pouco usada no Japão e pouco utilizada aqui no Brasil.
Nos EUA, somente a partir da edição de 1990 do NEC, a segurança
intrínseca passou a ser parte de uma seção. A grande variedade de equipamentos
no mercado e o aparente grande número de cálculos afugentam o projetista do
conceito de segurança intrínseca.
6.9.2 Conceitos
Conforme a norma [10] a proteção de equipamentos através da técnica de
proteção de segurança intrínseca é definida como:
Tipo de proteção baseada na restrição da energia elétrica dentro de
equipamentos
e
de
fiação
de
interconexão
exposta
à
atmosfera
potencialmente explosiva para um nível abaixo do qual pode causar ignição
por faiscamento ou por efeitos de aquecimento. (FONTE: [10], 2009, p. 3).
115
Além da definição propriamente da segurança intrínseca, alguns outros
termos são de grande importância para o entendimento geral do assunto. Com base
em na norma [10] e nos conceitos apresentados em [38] e [30], é possível
estabelecer os principais e mais importantes. A lista é apresentada na seqüência,
sendo:
i.
Equipamento associado – equipamento elétrico que possui dois tipos
de circuitos, os que são intrinsecamente e seguros e os que não são,
porém, não ocorre o comprometimento da segurança global;
ii.
Falha – defeito de qualquer componente, separação, isolação ou
conexão entre componentes;
iii.
Componente Infalível – componente que pode ser considerado não
sujeito à alguns modos de falhas, a probabilidade de falha é tão
reduzida que é desprezada em certos casos;
iv.
Tensão Mínima de Ignição – mínima tensão em um circuito capacitivo
capaz de causar a inflamação de uma mistura explosiva;
v.
Tensão Máxima de Entrada (Vi) – máxima tensão que pode ser
aplicada aos bornes de entrada de circuitos intrinsecamente seguros,
sem danificar o tipo de proteção (Ex-i);
vi.
Tensão Máxima de Saída (Vo) – máxima tensão de saída em um
circuito seguro, visto em circuito aberto nos bornes do equipamento
para qualquer tensão aplicada até o valor máximo, incluindo Vm e Vi;
vii.
Corrente Máxima de Entrada (Ii) – máxima corrente (pico AC ou DC)
que pode ser aplicada aos bornes de entrada de um circuito
intrinsecamente seguro, sem invalidar este tipo de proteção;
viii.
Corrente Máxima de Saída (Io) – máxima corrente (pico AC ou DC)
num circuito intrinsecamente seguro que pode ser fornecida pelo
equipamento;
ix.
Barreira de Segurança a Diodo – montagem que incorpora diodos em
paralelo, protegidos por fusíveis, resistores ou uma combinação
destes.
116
6.9.3 Sistema
O conceito de sistema foi o primeiro aplicado à segurança intrínseca, na qual
é utilizado o conjunto de dispositivos (sistema) e não dispositivos ou componentes
isolados. O sistema deverá possui no mínimo quatro tipos de componentes básicos,
sendo eles:
i.
componentes instalados e operando na área perigosa;
ii.
barreira de energia;
iii.
fiação na área perigosa e
iv.
equipamentos associados na área segura.
Neste contexto, cada um os componentes da que fazem parte do
equipamento e estão em uma área perigosa, deverá possuir certificação de um
laboratório acreditado. Todas estas informações também são válidas para o caso da
barreira de segurança.
No caso da fiação, esta precisa atender os requisitos da norma
correspondente a este tipo de certificação, respeitando os parâmetros de
capacitância e indutância.
6.9.4 Entidade
Inicialmente, de acordo com [10] a definição de entidade é a seguinte:
Método
utilizado
para
determinar
combinações
aceitáveis
entre
equipamentos intrinsecamente seguros e equipamentos associados através
da utilização de parâmetros intrinsecamente seguros definidos para os
recursos de conexão. (FONTE: [10], 2009, p. 5).
Analisando a definição anterior e com base em informações contidas em [30],
é possível afirmar que com o desenvolvimento das barreiras zener (item 6.9.5) foi
possível certificar individualmente apenas algumas integrantes de um sistema maior
e possivelmente mais complexo. Este fato teve impacto direto nos custos dos
equipamentos, pois a certificação poderia ser realizada isoladamente, e maior
facilidade e possibilidade na escolha de dispositivos equipamentos que formariam
um sistema maior (atendimento à necessidades particulares em um sistema maior).
Mas para realizar a certificação isolada de partes integrantes de um sistema
maior, alguns parâmetros foram desenvolvidos, sendo que este parâmetros estão
baseados nos seguintes princípios:
117

Existem valores máximos de elementos reativos que podem ser
inseridos em um sistema;

A tensão aplicada e a corrente de curto-circuito nos elementos
reativos deverão ser limitadas;

O certificado deverá estabelecer claramente os valores quantitativos
de tensão, corrente e potência que são permitidos aplicar no elemento
intrinsecamente seguro e

O dispositivo intrinsecamente seguro poderá ser conectado ao
equipamento associado somente se os parâmetros elétricos forem
compatíveis.
Tipicamente,
alguns
parâmetros
elétricos
devem
ser
estabelecidos
claramente, sendo os fundamentais e principais os seguintes:
Vo - tensão máxima de saída;
Io - corrente máxima fornecida na saída;
Co - capacitância máxima permitida para ser ligada no circuito de saída;
Lo - indutância máxima permitida para ser ligada no circuito de saída;
Vm - máxima tensão que pode ser aplicada na entrada e
Po - potência máxima fornecida na saída,
Vi - tensão máxima de entrada;
Ci - capacitância equivalente;
Li - indutância equivalente;
Pi - potência máxima aplicável;
A condição para que o sistema seja considerado seguro depende
diretamente do conjunto de parâmetros acima relacionados atendam as seguintes
condições:
V o < V i;
I o < I i;
P o < P i;
Co > Ci + Cc e
Lo > Li + Lc
onde Cc e Lc representam capacitância e indutância, respectivamente,
parasitas dos cabos de ligação entre o dispositivo da área perigosa e a barreira de
segurança.
118
6.9.5 Barreira Zener
Nos equipamentos e dispositivos intrinsecamente seguros a maneira de
garantir a limitação dos parâmetros elétricos. A norma [10] define a barreira zener
como sendo:
Componentes incorporando diodos paralelos ou cadeia de diodos (incluindo
diodos Zener) protegidos por fusíveis ou resistores ou uma combinação
destes, fabricados como um equipamento individual ao invés de uma parte
de um equipamento maior. (FONTE: [10], 2009, p. 5)
A função da barreira de energia é a de limitar a energia elétrica entregue à
área perigosa pela área segura, através da limitação da corrente e da tensão. As
considerações sobre a utilização da barreira de energia para proteção de áreas
classificadas são:
i.
O enfoque é simples e prático;
ii.
sistema é flexível, pois a única exigência é a limitação de tensão lado
seguro;
iii.
o certificado é exigido apenas para os equipamentos armazenadores
de energia ligados depois da barreira, montados na área classificada.
Os equipamentos simples e não armazenadores de energia não
necessitam de certificação e
iv.
a barreira deve ser aterrada, geralmente no único ponto de terra,
ponto equipotencial da planta.
A figura 12 apresenta um desenho representando o tipo de proteção de
equipamentos com dispositivos de segurança intrínseca.
FIGURA 12 – DESENHO REPRESENTANDO A PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR
SEGURANÇA INTRÍNSECA (EX-I) (FONTE: [10], p.2).
119
6.9.6 Categorias de Proteção – conformidade com requisitos de ignição
Os equipamentos intrinsecamente seguros e as partes intrinsecamente
seguras de equipamentos associados são classificados nas seguintes categorias de
proteção, conforme estabelecido em [10]: „ia‟, „ib‟ ou „ic‟.
Os parâmetros máximos de entidade intrinsecamente seguros para os
equipamentos intrinsecamente seguros e equipamentos associados devem ser
determinados considerando-se os requisitos de ignição por faísca e ignição térmica.
6.9.6.1 Categoria de Proteção „Ex-ia‟
Os equipamentos receberão a denominação Ex-ia quando analisando e
considerando as tensões Vm e Vi (definidas no item 6.9.4) aplicadas aos circuitos
intrinsecamente seguros em equipamentos elétricos com categoria de proteção „ia‟,
elas não deverão causar ignição da atmosfera explosiva circundante nas seguintes
condições:
i.
operação normal e com ocorrência de falhas que conduzem à
condições mais severas;
ii.
operação normal e com a aplicação de uma falha contável, além das
falhas não contáveis que conduzem à condição mais crítica e
iii.
operação normal e ocorrência de duas falhas não previstas com
possibilidade de alcançar condições mais críticas.
6.9.6.2 Categoria de Proteção „Ex-ib‟
Para a condição de equipamentos classificados como Ex-ib a tensão Vm e Vi
(definidas no item 6.9.4) aplicadas aos circuitos intrinsecamente seguros em
equipamentos elétricos não deverão ser capazes de causar ignição da mistura
explosiva presente no local onde estão instalados e operando conforme cada uma
das seguintes circunstâncias:
i.
operação normal e com ocorrência de falha não prevista e agravação
para condição mais crítica, e
ii.
em operação normal e com a ocorrência de apenas uma falha não
prevista e com agravante para uma situação mais crítica.
120
6.9.6.3 Categoria de Proteção „Ex-ic‟
Os equipamentos que recebem esta denominação – Ex-ic – na condição da
tensão Vm e Vi (definas no item 6.9.4) aplicadas aos circuitos intrinsecamente
seguros do equipamentos não deve resultar em ignição da atmosfera durante
condições normais de operação. Nas condições em que elementos energizados
possam ter proximidade, a norma [10] deverá ser atendida para os valores das
mínimas distâncias.
6.9.6.4 Ignição por Faiscamento
O circuito deverá ser avaliado e ou ensaiado para comprovar o sucesso da
limitação da energia de faiscamento capaz de causar ignição da atmosfera explosiva,
em cada ponto onde uma interrupção ou interconexão.
6.9.7 Aplicações
Como a energia de ignição, em geral, dos equipamentos e dispositivos com
proteção intrínseca é muito reduzida quando comparada com outras condições
exigidas das outras formas de proteção, este tipo de proteção é muito aplicado em
sistemas de automação, instrumentação e comunicação. Alguns exemplos são os
seguintes casos:
i.
Instrumentos para medição, monitoração e controle;
ii.
Sensores trabalhando com base em princípios físicos, químicos ou
mecânicos;
iii.
Sensores com potência limitada e
iv.
Atuadores trabalhando na base de princípios ópticos.
6.10 EQUIPAMENTOS COM PROTEÇÃO DO TIPO NÃO ACENDÍVEL – EX-N
Antes de iniciar a apresentação deste tipo de proteção, é importante
destacar alguns conceitos inerentes a esta proteção. São os seguintes.

unidade seladora – conforme item 6.3.2, invólucro específico para a
selagem da isolação de cabos;

ciclo de serviço – variação da carga do sistema realizada em tempo
muito reduzido, não permitindo trocas térmicas suficientes para
retorno ao estágio inicial;
121

dispositivo de selagem - dispositivo para prevenir o fluxo de um gás
ou líquido entre o equipamento e um eletroduto, por meio de um
material selante.
6.10.1 Proteção não Acendível – Ex-n
A norma [12] apresenta a definição de equipamento com proteção não
acendível da seguinte forma:
Tipo de proteção aplicada a equipamentos elétricos que, em condições de
operação
normal
e
em
certas
condições
anormais
de
operação
devidamente especificadas, não é capaz de provocar ignição em uma
atmosfera explosiva circunvizinha, assim como não é provável que ocorra
uma falha capaz de causar a ignição dessa atmosfera. (FONTE: [12], 2007,
p.9)
A proteção do tipo não acendível possui diversas subdivisões, sendo que
cada uma deles possui uma determinada característica. A seguir, são apresentados
os conceitos relativos a estas divisões e as explicações pertinentes a cada uma
delas.
6.10.1.1
Dispositivos não centelhante – Ex-nA
Equipamento ou dispositivo produzido com a função primordial de minimizar
a ocorrência de faíscas, centelhas ou arcos elétricos, sendo que todos estes eventos
representam risco para a atmosfera explosiva presente no local onde estes
equipamentos são instalados e operaram em regime normal. A utilização
considerando a operação normal não considera como normal a manutenção ou
retirada ou colocação de componentes.
6.10.1.2
Dispositivos não acendível – Ex-nC
Equipamento que possui componente eletro-mecânico (em geral contatos)
que possibilitam a interrupção ou ligação do circuito que pode originar algum tipo de
fonte de ignição, desta forma ocorre limitação do equipamento em representar uma
fonte de risco à área onde está instalado.
O invólucro do componente não acendível não tem o objetivo de excluir a
atmosfera explosiva ou confinar uma explosão, mas proteger a parte crítica capaz de
gerar a ignição. Com este contexto, é possível descrever os seguintes componentes:
122

dispositivo encapsulado tipo “nC” - dispositivos que contêm ou não
espaços vazios, selado de maneira a impedir a entrada da atmosfera
explosiva;

dispositivo de interrupção em invólucro tipo „nC‟ - são componentes
que possuem contatos que estabelecem ou interrompem um circuito
com capacidade de ignição, mas com mecanismo do contato
construído de forma que o componente não seja capaz de causar a
ignição de uma atmosfera explosiva específica devido ao arco que
surge na abertura ou fechamento do contato

dispositivo
hermeticamente
selado
“nC”
–
é
o
dispositivo
hermeticamente selado que não permite contato com a mistura
explosiva presente no exterior no invólucro;

dispositivo selado “nC” – é construído de maneira a não ser aberto
durante a operação.
6.10.1.3
Equipamento com energia limitada associada– Ex-nL
São equipamentos elétricos que contêm tanto circuitos com energia limitada
e partes com presença de energia não limitada, sendo que não deverá ocorrer
interferência no funcionamento de um com o outro. Equipamentos com energia
limitada associada podem ser:
a) equipamentos elétricos que possuam um sistema alternativo de proteção;
b) equipamentos elétricos sem sistema de proteção, que conseqüentemente
não deverão ser utilizados em uma atmosfera explosiva. Um exemplo é um termopar
situado em uma área cuja atmosfera seja explosiva e onde somente o circuito de
entrada do registrador possui limitador de energia (Ex-nL).
6.10.1.4
Equipamentos com energia limitada auto protegidos “nA nL”
São equipamentos que contêm contatos centelhantes com energia limitada,
circuitos (incluindo componentes e dispositivos limitadores de energia) que fornecem
potência limitada para os contatos, bem como fontes de energia não limitadas que
alimentam o circuito
123
6.10.1.5
Invólucro com respiração restrita “nR”
Invólucro projetado para restringir a entrada de gases, vapores e névoas no
interior de equipamentos ou sistemas com este tipo de proteção.
Esta figura, da mesma forma que todas as outras apresentadas nos itens
anteriores são muito utilizadas em catálogos de produtos e guias explicativos sobre
atmosferas explosivas e proteção de equipamentos, por este motivo, foram
apresentadas as figuras em cada um dos tipos de proteção descritos no trabalho.
FIGURA 13 – DESENHO REPRESENTANDO A PROTEÇÃO POR EQUIPAMENTO NÃO
ACENDÍVEL (FONTE: [10], p. 2).
6.11 IGNIÇÃO CONTÍNUA
6.11.1 Introdução
É de conhecimento comum que uma chama ao ar livre é uma fonte de
ignição, mas ela pode ser usada para como recurso para evitar a propagação de
gases inflamáveis de uma área para outra. O método de proteção que utiliza este
tipo de técnica é chamado de „ignição contínua‟.
Este método de proteção está presente em quase todas as plantas
industriais do setor petroquímico, sendo que, parte deste sistema, é muito conhecido,
difundido e facilmente identificado na área industrial (inclusive pela localização
segregada da planta principal e afastamento das regiões críticas, como a área de
armazenamento), é a presença do ‘flare’(em inglês) ou, também conhecido como
tocha (em português) ou „chaminé do ‘flare‟. É importante salientar que ele não atua
sozinho, existem diversos dispositivos que compõe o sistema (tubulações, válvulas,
selos, vents etc.), pois a atmosfera explosiva ou as substâncias que podem originar
esta condição necessitam ser retirados da área de processo e devem ser
encaminhados e queimados de maneira controlada no local apropriado. Na função
124
de iniciar a ignição, o queimador anexo ao topo da tocha possui papel fundamental
no sistema.
6.11.2 Sistema de flare
A principal filosofia utilizada neste tipo de proteção é provocar a ignição
contínua das substâncias (gases, vapores ou líquidos), em um local retirado, seguro,
adequado para a queima, de modo controlado e concentrando todas as diversas
substâncias – em quase todos os estados físicos – longe da região crítica de
processo (planta industrial).
O sistema do flare possui outras funções tão importantes quanto a
eliminação de substâncias da área classificada. Uma destas funções é convergir
para o sistema de queima todos os produtos e subprodutos do processo no caso
ocorrência de falhas, visando preservar a integridade das pessoas envolvidas no
processo industrial, assim como toda a estrutura da indústria (a planta propriamente
dita). Além das condições de falha durante o processo, podem ocorrer liberações
indevidas durante a operação normal, mas as condições realmente críticas são as
seguintes: período durante a partida ou parada da unidade industrial de processo,
paradas de emergências (operadores da planta) e paradas repentinas (condição de
trip).
Para padronizar a utilização deste sistema existem normas, recomendações
e requisitos específicos para projeto e utilização da técnica da ignição contínua.
Dentre todos os pontos de atenção necessários neste tipo de técnica de proteção, é
importante destacar a velocidade de queima das substâncias e a garantia de que o
queimador com a chama piloto mantenha-se aceso.
Durante a queima dos diversos produtos é emitida intensa radiação de calor
do flare (região a partir do topo), pois a chama formada na chaminé do flare poderá
ser muito grande, com dezenas de metros de altura. Este volume de gases
queimados desprendem calor na ordem de 100 BTU/h, sendo assim, é necessário
ter uma área em torno do flare em que as pessoas não devem trabalhar,
permanecer ou existir qualquer parte do processo.
Mesmo sendo um sistema que possui controles e monitoramentos, existe um
grande numero de problemas advindos da ignição e manutenção da chama piloto do
flare, além de ser necessário evitar o retorno da chama para o interior do sistema.
Alguns dos problemas que podem surgir durante a operação são:
125
i. explosão do sistema de flare;
ii. obstrução do sistema;
iii. entupimento da tubulação;
iv. radiação de calor emitida durante a queima;
v. transporte direto de líquidos para a queima e
vi. emissão de materiais tóxicos.
Outros problemas envolvendo o meio ambiente são a fumaça poluente e
ruído gerado pela queima ou pela saída de gás com pressão elevada. A combustão
eficiente (queima integral) no flare depende da boa mistura obtida entre o gás
combustível formado e o ar atmosférico. Quando a combustão não é realizada de
maneira eficiente, o resultado é uma chama com fumaça escura. Para promover a
queima integral existem várias técnicas, mas a principal é a injeção de vapor, ou
seja, aumentar a concentração da mistura de ar.
A Figura 14 apresenta um flare realizando queima de produto de uma
refinaria devido à ocorrência de um trip em uma das unidades de processo. É
possível notar a fumaça escura devido a queima parcial e devido às características
do tipo predominante de produto.
FIGURA 14 – FLARE DE UMA REFINARIA DE PETRÓLEO (FONTE: O Autor, 2010).
126
6.12 PROTEÇÃO ESPECIAL – EX-S
A proteção especial é reconhecida por comissões como a IEC e também por
outras instituições internacionais. O tipo de proteção Ex-s está previsto no conjunto
de normas da IEC, no entanto sem existir qualquer menção clara, definição de
termos ou norma específica (incluindo uma numeração). A intenção de prever este
tipo de proteção foi no sentido de não bloquear a criatividade em inovações pelos
fabricantes, permitindo o desenvolvimento de novos tipos de proteções ou
combinações de proteções que sejam diferentes dos arranjos típicos previstos,
conhecidos e apresentados nas normas correntes.
No caso de ser inventado um tipo novo de proteção especial, o inventor tem
o direito de industrializar e comercializar o equipamento a partir do momento que
seja obtido, em entidade certificadora credenciada, um certificado chamado de
„Certificado de Equivalência‟, o qual atesta para que respectivo equipamento
desenvolvido possui um nível de segurança equivalente àqueles previstos na
normalização já existente.
Na hipótese sugerida anteriormente, fica claro que não seria possível emitir
um „Certificado de Conformidade‟, pois o equipamento em questão não está
conforme nenhuma norma, uma vez que a norma que ele se refere, até aquele
momento ainda não existe. Neste caso, a entidade certificadora indicará no
respectivo certificado o local adequado para aplicação do dispositivo ou
equipamento, ou seja, se será em Zona 0, Zona 1 ou Zona 2.
6.13 GRAUS DE PROTEÇÃO PARA INVÓLUCROS DE EQUIPAMENTOS
ELÉTRICOS – CÓDIGO IP
Todo equipamento elétrico, independente de ser adequado ou não para
operar em um local com a presença de atmosferas explosivas, possui uma
determinada proteção capaz de evitar, principalmente, danos físicos às pessoas,
como por exemplo, choque elétrico, ferimentos, etc. e danos ao próprio equipamento,
quer seja pela penetração de corpos sólidos estranhos ou pela penetração de água.
Embora o grau de proteção não seja específico para equipamentos elétricos
utilizados em áreas classificadas, ele poderá constar como uma característica
adicional para determinados tipos de proteção Ex. A simbologia utilizada para a
designação do grau de proteção de invólucros deve ser composta pela sigla IP
127
(Ingress Protection), seguida de dois dígitos característicos do grau especificado, ou
seja, a formatação final é apresentada da seguinte maneira: IP- XY, sendo X e Y
algarismos arábicos inteiros.
O primeiro dígito, „X‟, refere-se à proteção contra penetração de objetos
sólidos, inclusive partes do corpo humano (mão/dedos), enquanto o segundo dígito,
„Y‟, refere-se à proteção contra a penetração de água. Por exemplo, um
equipamento com proteção IP54 significa que o mesmo é protegido contra poeira e
contra penetração de água projetada de qualquer direção.
Nos equipamentos que não possuem alguma das proteções, a marcação
especificada relacionada com um numeral característico, deverá ser substituído pela
letra „X‟, sendo que a representação „XX‟ indicará que ambos os numerais foram
omitidos.
Após o código IP composto pela sigla „IP‟ e dois numerais, é possível existir
uma letra adicional e/ou uma letra suplementar,mas também poderão ser omitidas
sem necessidade de reposição por qualquer outro símbolo, diferentemente do que
acontece com os numerais. Nos casos onde mais de uma letra suplementar for
usada, a seqüência alfabética deverá ser aplicada.
Se um invólucro for provido de diferentes graus de proteção para diferentes
arranjos de montagens, os graus de proteção pertinentes devem ser indicados pelo
fabricante nas instruções dos respectivos arranjos de montagens.
Caso a indústria exija alguma condição especial para o invólucro do
equipamento onde ele será instalado e que necessite de proteção especial, diferente
da proteção contra poeira ou água, o usuário ao especificar o grau de proteção IP
deve incluir, antes dos dois algarismos ou após a letra suplementar, a letra „W‟, que
indicará a existência de alguma proteção adicional além das proteções normais
(objetos sólidos e água), tais medidas adicionais são resultado de acordo entre o
fabricante do equipamento e do cliente final.
6.13.1 Primeiro Numeral Característico
No caso do primeiro numeral característico do código IP, o significado é
considerado para duas situações, sendo que para ambas, são realizados testes
específicos. Conforme a referência [37] as condições são:
128
i. invólucro provê a proteção das pessoas contra o acesso às partes
perigosas através de prevenção ou limitando o ingresso de parte do corpo
humano, ou de um objeto seguro por uma pessoa; e
ii. invólucro provê proteção do equipamento contra ingresso de objetos
sólidos estranhos. Um invólucro deve somente ser designado com um
grau de proteção indicado pelo primeiro numeral característico se ele
também atender a todos os outros graus de proteção menores. ([37], 2001)
A Tabela 17 apresentada a seguir apresenta a equivalência do primeiro
numeral característico referente ao acesso de partes do corpo humano no
equipamento e ingresso de objetos estranhos ao equipamento que
representam risco para o funcionamento.
TABELA 17 GARUS DE PROTEÇÃO – PRIMEIRO DÍGITO
Grau de proteção
Primeiro
numeral
característico
Acesso partes perigosas
Penetração objetos sólidos
Não protegido
–
Protegido acesso com o dorso da
Protegido contra objetos
mão
sólidos com diâmetro ≥ 50 mm
0
1
2
Protegido acesso com dedo
3
Protegido acesso com ferramenta
4
5
6
Protegido contra objetos
sólidos diâmetro ≥ 12,5 mm
Protegido contra objetos
sólidos diâmetro ≥ 2,5 mm
Protegido acesso através de um fio
Protegido contra objetos
Diâmetro de 1,0 mm
sólidos diâmetro ≥ 1,0 mm
Protegido acesso através de um fio
Diâmetro de 1,0 mm
Protegido contra poeira
Protegido acesso através de um fio
Totalmente protegido contra
Diâmetro de 1,0 mm
poeira
FONTE: p. 233, [38].
129
6.13.2 Segundo Numeral Característico
Conforme é definido em [37], “o segundo numeral característico indica o
grau de proteção provido pelo invólucro com relação aos efeitos prejudiciais ao
equipamento devidos à penetração de água.”.
Quando o segundo numeral característico for 6 ou valor maior, implicará que
o equipamento deverá estar em conformidade com todas as condições do numerais
predecessores. Porém, os ensaios de certificação das conformidades dos numerais
anteriores não precisarão ser realizados, pois conforme aumento o grau de proteção
os ensaios ficam muito mais rígidos e contemplam as condições das proteções mais
simples. A tabela 18 apresenta a co-relação existente o significado do valor do dígito
característico e qual o tipo de severidade o equipamento deverá suportar, inclusive
sendo estas condições de verificação de ensaio.
TABELA 18 –GRAUS DE PROTEÇÃO – SEGUNDO NÚMERO
Grau de proteção
Segundo
numeral
característico
0
1
2
3
4
Descrição
Proteção Fornecida
Não protegido
Invólucro aberto
Protegido contra gotas de água
Gotas não prejudicam o
caindo verticalmente
equipamento (condensação)
Protegido contra gotas caindo
Gotas não tem efeito
com o invólucro inclinado até
prejudicial (considerando
15º
inclinação)
Protegido contra aspersão de
Água aspergida com ângulo
água
não tem efeitos prejudiciais
Protegido contra projeção de
Água projetada de qualquer
água
direção não possui efeito
Água projeta por bico em
5
Protegido contra jatos de água
qualquer direção não possui
efeito prejudicial
CONTINUA
TABELA 18 – GRAUS DE PROTEÇÃO – SEGUNDO NÚMERO
130
TABELA 18 – GRAUS DE PROTEÇÃO – SEGUNDO NÚMERO
CONTINUAÇÃO
6
Protegido contra jatos potentes
de água
Água projetada em forma de
ondas ou jatos potentes não
gera efeitos danosos
Sob certas condições de
7
Protegido contra efeitos de
tempo e pressão não há
imersão temporária em água
penetração de água no
equipamento
Protegido contra efeitos de
8
imersão em água
Adequado a submersão
contínua sob certas
condições
FONTE: p.234, [38].
6.13.3 A Letra Adicional
A letra adicional indica o grau de proteção de partes das pessoas contra o
acesso às partes perigosas do equipamento. Conforme [37] as letras adicionais são
usadas para os seguintes casos:
i.
a proteção real contra o acesso às partes perigosas for superior à
indicada pelo primeiro numeral característico e
ii.
somente a proteção contra o acesso às partes perigosas for
indicada, o primeiro numeral característico é então substituído por
um X. ([37],2001)
A tabela 19 apresenta a descrição do significado da letra adicional, sendo
que, por convenção, os modelos das partes do corpo humano e dos objetos
segurados por uma pessoa utilizados em testes são padronizados. Da mesma
maneira que o primeiro numeral característico, um dígito com valor maior deverá
estar de acordo com todos os outros predecessores. Os ensaios exigidos para uma
classificação
mais
elevada
necessariamente
serão
mais
rígidos
que
as
classificações anteriores, não sendo necessário realizar os testes das classificações
anteriores.
131
TABELA 19 – GRAUS DE PROTEÇÃO CONTRA ACESSO PARTES PERIGOSAS –
INDICAÇÃO DA LETRA ADICIONAL
Letra
Grau de proteção – descrição
Adicional
A
Protegido contra acesso com o dorso da mão
B
Proteção contra acesso com um dedo
C
Protegido contra acesso com uma ferramenta
D
Protegido contra acesso de um fio (diâmetro 1,0 mm)
FONTE: p.11, [37].
6.13.4 Letra Suplementar
A norma [37] apresenta a possibilidade de representar a proteção
suplementar através uma letra, posicionada logo após o segundo numeral
característico ou após a letra adicional, caso exista.
As exceções deverão estar em conformidade com as exigências da norma
correspondente a segurança básica (proteção) e da norma específica do produto,
devendo constar claramente o procedimento adicional (teste) a ser realizado durante
os ensaios para cada tipo de classificação especial.
Cada uma das letras suplementares possui um significado, a tabela
apresentada a seguir mostra a relação existente.
TABELA 20 – SIGNIFICADO DAS LETRAS SUPLEMENTARES
Letra
Significado
suplementar
H
Equipamento de alta tensão
Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água
M
quando as partes perigosas móveis do equipamento estão em
movimento
S
W
Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água
quando as partes móveis do equipamento estão estacionários
Apropriado para uso sob condições ambientais especificas e
fornecido com características ou processos de proteção adicionais
FONTE: p. 12, [37].
132
6.14 DIRETIVA 94/9/EC – ATEX
O objetivo da formulação desta diretiva foi assegurar livre movimento de
produtos, os quais necessitam de proteção especial – segurança Ex –para serem
comercializados dentro do território da Comunidade Européia. A diretiva está
baseada no „Artigo 95 do tratado da Comunidade Européia‟, o qual estabelece
requisitos que visam harmonizar e estabelecer procedimentos de conformidade de
produtos e equipamentos com proteção Ex.
As notas da diretiva visam remover as barreiras comerciais existentes entre
os diversos países para gerar uma nova aproximação, sendo que as diretivas foram
estabelecidas com base na resolução do „Conselho de 07 de maio de 1985‟. A
diretiva prevê que algumas exigências necessitam serem garantidas, sendo estas
exigências chamadas de „Exigências essenciais de saúde e segurança‟ (EHSRs –
Essential Health and safety requirements) e elas são relativas aos seguintes
aspectos dos equipamentos:

fontes potenciais de ignição do equipamento destinado ao uso na
presença de atmosferas potencialmente explosivas;

sistemas de proteção autônoma destinado a operação durante uma
explosão, destinados a conter a explosão imediatamente e/ou
limitando os efeitos da explosão (chamas e pressão);

dispositivos de segurança voltados a contribuir com a segurança
relativa à fontes de ignição e a operação segura dos sistemas de
proteção autônomos e

componentes sem funcionamento autônomo de segurança.
A diretiva 94/9/EC forneceu pela primeira vez requisitos para equipamentos
não elétricos, equipamentos destinados a operação em ambientes potencialmente
explosivos devido a poeiras combustíveis e sistemas de proteção e dispositivos de
segurança destinados ao uso fora de regiões com presença de atmosfera explosiva.
6.14.1 Escopo da Diretiva
A diretiva 94/9/EC, também chamada de ATEX (ATmosferas EXplosivas), é
aplicada aos equipamento e sistemas de proteção destinados ao uso em áreas
perigosas. Equipamentos de segurança e dispositivos de controle destinados ao uso
fora das áreas perigosas também podem ser cobertos por esta diretiva,
133
considerando que sejam exigências pertinentes ou venha a contribuir para o
funcionamento seguro do equipamento ou dos sistemas de proteção em que estão
inseridos.
A Diretiva ATEX está diretamente ligada a outras normas referentes a
máquinas,
equipamentos
de
processo,
baixa
tensão
e
compatibilidade
eletromagnética. Porém, do escopo da diretiva estão excluídas os seguintes
assuntos:
i.
Equipamentos de medição para utilização em ambiente hospitalar;
ii.
Equipamentos e sistemas de proteção instalados em locais onde o
perigo de ocorrer uma explosão é resultado exclusivo a presença de
substâncias explosivas ou produtos químicos instáveis no local;
iii.
Equipamento para uso em ambientes domésticos e não comerciais,
onde uma atmosfera explosiva poderá acontecer raramente e na
eventualidade de ocorrer será como resultado de um vazamento
acidental;
iv.
Equipamento de proteção pessoal (EPI‟s);
v.
Veículos de transporte de passageiros por ar, via rodoviária, trem,
fluvial ou oceânico e
vi.
Produtos com finalidades de uso militar.
6.14.2 Marcação CE – Grupos e Categorias
Os parâmetros definidos para a marcação de dispositivos, equipamentos e
componentes foram definidos pela diretiva 94/9/EC em normas específicas conforme
as necessidades técnicas particulares. Como a CE também formula as exigências e
introduz uma classificação de maneira uniforme para todos os tipos de
equipamentos, sistemas e componentes não elétricos, a marcação também foi
unificada.
A marcação dos equipamentos elétricos e sistemas de proteção para áreas
classificadas deverão indicar a área específica de aplicação do equipamento. A
diretiva 94/9/EC também faz referência à especificações anteriores que determinam
que o símbolo apresentado na Figura 15 deverá preceder todas as outras
informações de grupo ou categoria.
134
Figura 15 – SÍMBOLO UTILIZADO NA MARCAÇÃO DE EQUIPAMENTOS COM
PROTEÇÃO PARA ÁREAS CLASSIFICADAS (FONTE: [56]).
A diretiva divide os equipamentos em dois grupos, sendo Grupo I e Grupo II.
Conforme [55] as características e particulares de cada grupo são as seguintes:

Grupo I – compreende equipamentos destinados ao uso no interior de
minas e nas partes das instalações de superfície de tais minas, onde
podem existir risco de perigo devido ao gás metano (grisu) e/ou poeira
combustível e

Grupo II – formado pelos equipamentos destinados ao uso em locais
diferentes do Grupo I, os quais possam se tornar perigosos devido à
presença de atmosfera explosiva. ([55],2009, p.29)
Estes dois grupos são subdivididos em categorias, conforme é apresentado
na seqüência. A maneira como cada categoria foi divida corresponde a diferenciação
existente entre os dois grupos, ou seja, no caso do Grupo I a categoria irá depender
se o equipamento irá desenergizar no momento da formação de uma atmosfera
explosiva no local. Para o Grupo II, os principais fatores são o local onde
equipamento será instalado e qual a freqüência da presença da atmosfera explosiva
(permanente, por longo período ou eventual).
Grupo I – categoria M1
6.14.2.1
A referência [55] define que os equipamentos com esta categoria deverão
permaneçam funcionando, por motivos de segurança, durante a ocorrência de uma
atmosfera explosiva. São caracterizados por medidas de proteção integrais alguns
exemplos são:

na falha de uma medida de segurança, pelo menos uma segunda
proteção fornecerá suficiente nível de segurança ou

na ocorrência de duas falhas acontecerem de maneira independente
uma da outra, um nível suficiente de segurança ainda é garantido.
135
6.14.2.2
Grupo I – categoria M2
Os produtos com esta classificação, conforme [55], são projetados para
serem desenergizados no momento da ocorrência de uma atmosfera explosiva.
Apesar de tudo, é previsto que atmosferas explosivas podem ocorrer durante
a operação do equipamento da categoria M2, da mesma maneira que o
equipamento não poderá ser energizado imediatamente após a ocorrência. Então,
torna-se necessário incorporar medidas de proteção, as quais fornecerão um nível
mais alto de segurança.
6.14.2.3
Grupo II – categoria 1
Compreende produtos projetados para serem capazes de permanecerem
dentro dos parâmetros operacionais, dimensionado pelo fabricante, e garantindo um
nível muito alto de proteção para o uso em áreas nas quais atmosferas explosivas
são formadas por misturas de ar e gases, vapores, névoas ou poeiras e ocorrem
muito provavelmente de maneira continua.
Equipamentos desta categoria são caracterizados pelas medidas de
proteção integrais de explosão de maneira que no caso da falha de uma medida de
proteção, pelo menos uma segunda medida, independente da primeira, fornecerá
nível de segurança suficiente e equivalente; e no caso de falha de duas proteções,
um nível de segurança mínimo ainda será garantido.
6.14.2.4
É
Grupo II – categoria 2
constituído
por
produtos
projetados
para
serem
capazes
de
permanecerem dentro dos parâmetros operacionais, dimensionado pelo fabricante, e
garantindo um nível alto de proteção para o uso na condição de projeto na presença
de atmosfera explosiva, causada por misturas de ar e gases, vapores, névoas ou
poeiras, que possui possibilidade de ocorrer no local.
6.14.2.5
Grupo II – categoria 3
Segundo [55] estão inclusos nesta categoria os equipamentos que não
podem ser instalados em locais onde ocorra presença de atmosfera explosiva de
tipo nenhum e qualquer quantidade mínima de uma atmosfera potencialmente
explosiva deverá ocorrer raramente e durante um tempo extremamente curto.
136
7
CONCLUSÃO
O presente trabalho abordou um tema que é pouco divulgado ou
apresentado
nos
cursos
de
graduação
em
engenharia,
porém,
toda
a
fundamentação teórica, o método e o conhecimento técnico que constituem a
formação no curso de Engenharia Elétrica, permitiram e facilitaram a busca dos
novos conhecimentos sobre esse assunto, que até então se apresentava como uma
grande novidade, e acima de tudo, um desafio.
Muitas das informações constantes neste trabalho derivam de diversas
outras áreas do conhecimento, como por exemplo, a química e a física. Neste
contexto, é importante ressaltar que um grande esforço foi realizado com intuito de
apresentar os conceitos de maneira clara e objetiva, principalmente os relativos a
outras áreas. Muito desses conceitos não são claros na respectiva área de origem, e
para facilitar o entendimento, muitos deles são apresentados no glossário ou no
próprio texto, contextualizados juntamente com exemplos.
No âmbito de conhecimentos relativos à engenharia elétrica, foram
despendidos grandes esforços para referenciar este novo assunto – „Áreas
Classificadas – Equipamentos e Instalações’ – às normas técnicas, de segurança e
as diversas aplicações práticas.É importante destacar que as instalações elétricas e
os equipamentos elétricos estarão imersos em uma condição operacional severa,
representando, muitas vezes, complicações no projeto e na operação, mas além de
representar uma condição ambiental adversa tanto para a instalação como para os
equipamentos, estes equipamentos também representam um inconveniente para a
área com risco de explosão, pois são os grandes responsáveis pela introdução de
uma fonte de ignição no local.
Neste sentido, é o profissional de engenharia elétrica o responsável por
prever e estudar as condições do local onde existem fontes de risco, definindo
através das diversas classificações qual o tipo de área em questão, não se
esquecendo de priorizar o risco apresentado à vida humana acima de qualquer outro
tipo de prioridade estabelecida. Além disso, a correta definição das áreas é um
requisito quase fundamental para realizar a correta especificação dos componentes,
equipamentos ou dispositivos que serão inseridos na área de risco ou nas
proximidades desta área, as quais também apresentam nível de risco, mesmo que
um risco inferior quando comparado à região mais crítica.
137
Após estudar a área onde estará localizada a instalação e os equipamentos,
torna-se preponderante projetar e definir quais os dispositivos ou equipamentos
elétricos serão empregados no local. Neste ponto, é que se localiza a aplicação da
filosofia, da técnica e do tipo de proteção que cada componente do sistema elétrico
local e dos equipamentos deverão possuir, sendo que conforme a filosofia de
proteção um tipo mais adequado de proteção será apropriado em detrimento à outro
tipo, considerando os riscos inerentes. É possível evidenciar a grande importância
do profissional de engenharia, da mesma maneira que o conhecimento que ele
possui, pois ele deverá encontrar a solução técnica mais apropriada e segura, mas
ao mesmo tempo apresentando um custo adequado, ou seja, é neste ponto que se
localiza o equilíbrio entre a situação adequada, o projeto superdimensionado
(representando uma aplicação técnica exagerada e um custo inerente mais alto) e
uma condição de dimensionamento inadequado e conseqüente risco às pessoas
envolvidas e às instalações e equipamentos.
Na finalização de todas as etapas descritas anteriormente, torna-se
necessário verificar se os equipamentos possuem os devidos certificados e
realmente atendem as necessidades previstas. Além disso, o conjunto das
instalações também deverá ser verificado, validado e deverá atender às
especificações da classificação de área correspondente e também estar em
conformidade com as normas pertinentes.
Todo o conteúdo do trabalho aqui desenvolvido e apresentado, concentra os
diversos conceitos e informações necessários a atender as diversas etapas
necessárias para classificar uma área; sendo que todas estas informações estão
reunidas em uma única obra, o que representa uma grande diferença em relação às
referências bibliográficas existentes, as quais, na grande maioria, concentram o foco
em uma particularidade do assunto, o qual demonstra ser muito vasto e amplo.
8
RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
As implementações futuras para continuação dessa dissertação poderão ser
concentradas em explorar e detalhar cada um dos ensaios típicos para os diversos
tipos de proteção existentes, as quais já foram apresentadas no trabalho atual.
Dentro das características dos ensaios será é importante destacar cada um dos
138
passos dos ensaios, quais os resultados podem ser obtidos e qual o impacto destes
resultados na certificação final do dispositivo ou equipamento.
Expandir as aplicações relativas aos equipamentos do Grupo III, o qual
representa atmosferas de fibras, estabelecer um comparativo detalhado dos ensaios
dos equipamentos deste grupo com os ensaios do Grupo II (poeiras e pó) e realizar
um comparativo de custos entre os dois grupos, pois para as diversas aplicações
referentes as Grupo III são utilizados equipamentos do Grupo II, representado um
superdimensionamento.
Fica também registrada a sugestão de realizar o levantamento de custos
para realizar o projeto e a execução de uma instalação normal e outra instalação
com classificação de áreas e conseqüente exigência de equipamentos e dispositivos
específicos para estas áreas. Neste contexto, também é possível sugestionar o
levantamento das condições técnicas e econômicas para realizar a adequação ou
transformação de uma instalação normal em uma instalação apropriada para operar
sob condições adversas, representada pala classificação de áreas.
Outro que poderá ser abordado é relativo aos procedimentos de manutenção
específicos para cada tipo de proteção, pois as condições iniciais de um
equipamento novo não são mantidas uniformes durante um longo período de
utilização. Além disso, no momento da manutenção diversos cuidados devem ser
considerados antes do início dos trabalhos e também após finalizar as tarefas.
Devem existir procedimentos e cuidados extras que possam garantir que as
condições originais de proteção, as quais foram devidamente certificadas, ainda
permanecem e ainda proporcionam condições seguras.
139
REFERÊNCIAS
[1] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE – API RP 500 – Recommended practice
for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified
as class I, division 1 and division 2. Washington, D.C., 2002.
[2] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE – API RP 505 – Recommended practice
for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified
as class I, zone 0, zone 1, and zone2. Washington, D.C., 2002.
[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-0:
Atmosferas explosivas Parte 0: Equipamentos – Requisitos gerais. Rio de Janeiro,
2008.
[4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-1:
Atmosferas explosivas Parte 1: Proteção de equipamentos por invólucro à prova de
explosão “d”. Rio de Janeiro, 2009.
[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-2:
Atmosferas explosivas Parte 2: Proteção de equipamentos por invólucro
pressurizado. Rio de Janeiro, 2009.
[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-5:
Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas Parte 5: Imersão em areia “q”.
Rio de Janeiro, 2006.
[7] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-6:
Atmosferas explosivas Parte 6: Proteção de equipamentos por imersão em óleo “o”.
Rio de Janeiro, 2009.
[8] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-7:
Atmosferas explosivas Parte 7: Proteção de equipamentos por segurança
aumentada “e”. Rio de Janeiro, 2008.
[9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-10-1:
Atmosferas explosivas Parte 10-1: Classificação de áreas – Atmosferas explosivas
de gás. Rio de Janeiro, 2009.
[10] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-11:
Atmosferas explosivas Parte 11: Proteção de equipamentos por segurança
intrínseca. Rio de Janeiro, 2009.
140
[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-14:
Atmosferas explosivas Parte 14: Projeto, seleção e montagem de instalações
elétricas. Rio de Janeiro, 2009
[12] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-15:
Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas Parte 15: Construção, ensaios e
marcação de equipamentos elétricos com tipo de proteção “n”. Rio de Janeiro, 2007.
[13] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-18:
Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas Parte 18: Construção, ensaios e
marcação de equipamentos elétricos encapsulados “m”. Rio de Janeiro, 2007.
[14] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-25:
Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas Parte 25: Sistemas
intrinsecamente seguros. Rio de Janeiro, 2009.
[15] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC60079-26:
Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas de gás Parte 26: Equipamento
com nível de proteção de equipamento (EPL) Ga. Rio de Janeiro, 2008.
[16] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR IEC62013-1:
Lanternas para capacetes para utilização em minas sujeitas a grisu Parte 1:
Requisitos Gerais – Construção e ensaios em relação ao risco de explosão. Rio de
Janeiro, 2009.
[17] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: instalações
elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004.
[18] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: informação
e documentação: referências – elaboração. Rio de Janeiro, 2002.
[19] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6024: informação
e documentação: numeração progressiva das seções de um documento escrito –
apresentação. Rio de Janeiro, 2003.
[20] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6027: informação
e documentação: sumário – apresentação. Rio de Janeiro, 2003.
141
[21] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10520: informação
e documentação: citações em documentos – apresentação. Rio de Janeiro, 2002.
[22] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14724: informação
e documentação: trabalhos acadêmicos – apresentação. Rio de Janeiro, 2005.
[23] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 17505-1: Armazenamento de Líquidos Combustíveis – Parte 1. Rio de Janeiro, 2006.
[24] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM-IEC 60050426: Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas – Terminologia. Rio de
Janeiro, 2002.
[25] AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS International. ASTM –
D56: Standard test method for flash point by tag closed cup tester. United States,
2005.
[26] AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS International. ASTM –
D86: Standard test method for distillation of petroleum products at atmospheric
pressure. United States, 2009.
[27] AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS International. ASTM –
D323: Standard test method for vapor pressure of petroleum products (reid method).
United States, 2009.
[28] AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS International. ASTM –
D2155: Standard test method for autoignition temperature of liquid petroleum
products. United States, 1976.
[29] AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS International. ASTM –
E659: Standard test method for autoignition temperature of liquid chemicals. United
States, 2005.
[30] BORGES, G. H. Manual de segurança intrínseca: Ex i: do projeto a
instalação. Rio de Janeiro: G. H. Borges, 1997.
[31] BRASIL. Portaria Nº 598, de 07 de dezembro de 2004. MINISTÉRIO DO
TRABALHO E EMPREGO – GABINETE DO MINISTRO. Secretaria de Segurança e
Saúde no Trabalho – SSST / NR – 10: Segurança em instalações e serviços em
eletricidade.
142
[32] BRASIL. Portaria Nº 40, de 07 de março de 2008. MINISTÉRIO DO TRABALHO
E EMPREGO. Secretaria de Inspeção do Trabalho, NR – 18: Condições e meio
ambiente de trabalho na indústria da construção.
[33] BRASIL. Portaria Nº 3,241, de 08 de junho de 1978. MINISTÉRIO DO
TRABALHO E EMPREGO. Secretaria de Inspeção do Trabalho, NR – 20: Líquidos
combustíveis e inflamáveis .
[34] BRASIL. Portaria Nº 202, de 22 de dezembro de 2006. MINISTÉRIO DO
TRABALHO E EMPREGO – GABINETE DO MINISTRO. Secretaria de Segurança e
Saúde no Trabalho – SSST / NR – 33: Segurança e saúde nos trabalhos em
espaços confinados.
[35] INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 4225: Air
quality – General aspects: Vocabulary. Switzerland, 1994.
[36] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC 60079-20-1:
Explosive Atmospheres Part20: Material characteristics for gas and vapour
classification – Test Method. Geneva, Switzerland, 2010.
[37] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC 60529: Degress
of protection provided by enclosures (IP Code). Geneva, Switzerland,2001.
[38] JORDÃO, D. M. Manual de instalações elétricas em indústrias químicas,
petroquímicas e de petróleo – atmosferas explosivas. 3ª Ed. Rio de Janeiro:
Qualitymark Ed., 2002.
[39] MAHAN, B. M.; MYERS, R. J. Química um curso universitário – tradução da
4ª edição americana. 4ª reimpressão – 2000. São Paulo: Edgard Blücher Ltda,
1995.
[40] MAMEDE, J. Fº. Instalações elétricas industriais. 5ª edição. Rio de Janeiro:
LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1997
[41] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA 30 – Flammable and
Combustible Liquids Code. Quincy, MA, United States of America, 2008.
143
[42] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA 70 – NEC: National
electrical code. Boston, MA, United States of America, 2008.
[43] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA 49: Hazardous
chemicals data. Miami, FL, United States of America, 1991 Edition.
[44] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA 325: Guide to fire
hazard properties of flammable liquids, gases and volatile solids. Quincy, MA, United
States of America, 1994 Edition.
[45] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA RP 497: Recommended
practice for the classification of flammable liquids, gases, or vapors and of hazards
(classified) locations for electrical installations in chemical process areas. Quincy, MA,
United States of America, 2008 Edition.
[46] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2154: Classificação de áreas
para instalações elétricas em regiões de perfuração e produção. Rio de Janeiro,
2001.
[47] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2155: Lista de dados para
classificação de áreas. Rio de Janeiro, 2004.
[48] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2166: Classificação de áreas
para instalações elétricas em refinarias de petróleo. Rio de Janeiro, 1999.
[49] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2167: Classificação de áreas
para instalações elétricas em unidades de transporte de petróleo, gás e derivados.
Rio de Janeiro, 1999.
[50] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2368: Inspeção, manutenção,
calibração e teste de válvulas de segurança e/ou alívio. Rio de Janeiro, 2010.
[51] PETRÓLEO BRASILEIRO S/A – PETROBRAS. N-2657: Sinalização de áreas
classificadas. Rio de Janeiro, 2007.
[52] UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPR: Sistemas de bibliotecas.
Teses, dissertações, monografias e outros trabalhos acadêmicos. 2ª edição.
Curitiba: Ed. UFPR, 2007.
144
[53] UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPR: Sistemas de bibliotecas.
Referências. 2ª edição. Curitiba: Ed. UFPR, 2007.
[54] UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPR: Sistemas de bibliotecas.
Citações e Notas de Rodapé. 2ª edição. Curitiba: Ed. UFPR, 2007.
[55] European Parliament and the Council – Directive ATEX Guidelines. 3rd Ed.
European Union, 2009.
[56] Blinda Indústria e Comércio Ltda – Catálogos. Disponível em:
<http://www.blinda.com.br/informacoes.php>. Acesso em: 12.2009.
[57] Blinda Indústria e Comércio Ltda – Informações sobre produtos. Disponível
em: <http://www.blinda.com.br/produto.php>. Acesso em: 12.2009.
[58] Fluke do Brasil – Busca de catálogos e produtos. Disponível em:
<http://www.fluke.com.br/fluke/brpt/Products/default.htm>. Acesso desde: 11.2009.
[59] Nutsteel Indústria Metalúrgica – Guia sobre atmosferas explosivas – Ex.
Disponível em: <http://www.nutsteel.com.br/downloads/Guia%20Ex_2009.zip>.
Acesso em: 03.2010.
[60] PTB – Physikalisch-Techische Bundesanstalt – Certificados de equipamentos.
Disponível em: <http://www.ptb.de/en/suche/suche.html>. Acesso em: 05.2010.
[61] PTB – Physikalisch-Techische Bundesanstalt – Certificado
PTB 00 ATEX 3119X. Disponível em:
<http://www.rstahl.com/fileadmin/Certificates/ptb00atex3119x_en.pdf>. Acesso em:
05.2010.
[62] PTB – Physikalisch-Techische Bundesanstalt – Certificado
PTB 01 ATEX 1065 U. Disponível em:
<http://www.rstahl.com/fileadmin/Certificates/ptb01atex1065u_en.pdf>. Acesso em:
05.2010.
[63] R. Stahl Schaltgeräte GmbhH – Certificado IECEx PTB 06.0081u. Disponível
em: <http://www.r-stahl.com/fileadmin/Certificates/iecex_ptb06_0081u_en.pdf>.
Acesso em: 05.2010.
145
[64] R. Stahl Schaltgeräte GmbhH – Certificado IECEx PTB 05.0016x. Disponível
em: <http://www.r-stahl.ru/fileadmin/Certificates/iecex_bvs08_0047_en.pdf>. Acesso
em: 05.2010.
[65] R. Stahl Schaltgeräte GmbhH – Busca de produtos e catálogos. Disponível
em: < http://www.r-stahl.com/products-and-systems/nec-and-cec-products.html>.
Acesso em: 02.2010.
146
GLOSÁRIO
ANFIBÓLIO – designação comum aos minerais de um importante grupo de silicatos
ortorrômbicos tricíclicos ou monocíclicos, extremamente complexos, que totalizam
cerca de 60 espécies e ocorrem especialmente em rochas ígneas e metamórficas.
ASBESTOS – silicato do gênero anfibólio, fibroso, inalterável ao fogo, cuja
variedade mais pura é o amianto (sendo apenas uma das variedades gênero);
usualmente utilizado como isolante térmico, acústico e elétrico.
BICO DE BUNSEN – bico de gás, de construção simples, que permite variar a
entrada de ar que regula a temperatura da chama, ainda muito utilizado em
laboratórios.
CABO MI – cabo que possui isolamento elétrico mineral.
CALDEIRA – equipamento térmico destinado a vaporizar água sob pressão, e
superaquecer o vapor, podendo também, em alguns casos, reaquecer o vapor.
CARBONO COLOIDAL – forma do carbono que se apresenta em um sistema sólido,
líquido e gasoso, aparentemente homogêneo, que contém uma fase dispersante e
outra dispersa, com partículas de tamanho intermediário entre as de uma solução
verdadeira e as de uma suspensão, e que lhe conferem propriedades peculiares de
dispersão de luz, passagem através de membranas etc..
CATALISADOR – substância que modifica a velocidade de uma reação química.
CHAMA PILOTO – verificar o verbete „queimador‟.
CÓDIGO – compilação sistemática ou compêndio de leis, normas ou regulamentos;
qualquer conjunto de disposições, de regulamentos legais aplicáveis em diversos
tipos de atividades. Exemplo clássico de código é o NEC – National Electric Code.
COLETOR – verificar o verbete ‘manifold’.
COMPRESSÃO ADIABÁTICA – processo que ocorre sem transferência de calor
entre o sistema e o ambiente; ocorre alteração nos parâmetros: pressão, volume e
temperatura.
CONDUÍTE – tubo de metal ou plástico, geralmente embutido na parede, por onde
passam os condutores elétricos, de telefone, cabos etc., de uma casa ou edifício;
eletroduto.
COQUE – material sólido, de origem mineral ou vegetal, que consiste principalmente
de carbono com pequeno percentual de hidrogênio, compostos orgânicos complexos
e materiais inorgânicos, usado como combustível na carboquímica, na produção
eletrotérmica etc..
147
COQUE DE PETRÓLEO – produzido, nas refinarias, em unidades específicas de
processamento de petróleo ditas unidades de coqueificação. Coque produzido
utilizando como matéria-prima o petróleo.
CRITÉRIO – norma ou regra de confronto, avaliação e escolha, utilizada como base
para um a opção e/ou decisão, com finalidade de controle ou julgamento.
DIFUSO – dispositivo destinado a difundir ondas luminosas, sonoras,
eletromagnéticas etc.; dutos ou tubos usados na redução da velocidade de
escoamento de um fluido.
DIP – Dust Ignition Protection – invólucro protegido contra a ignição de poeiras –
significa que foram aplicadas medidas construtivas que se referem à proteção do
invólucro contra a penetração de poeira e quanto à limitação de temperatura da
superfície do equipamento, o que impede que a poeira seja inflamada, quer esteja
na forma de camada ou de nuvem.
DISPOSITIVO DE DRENAGEM – dispositivo que permite os líquidos fluírem para
fora do invólucro, mantendo assim a integridade do tipo de proteção.
DISTRIBUIDOR – verificar o verbete ‘manifold’.
DRENO – vala, fosso ou tubo com a função de drenagem, ou seja, escoar ou
esgotar líquidos de uma maneira geral, como por exemplo, água, óleo etc..
DUST-PROTECTED ENCLOSURE – invólucro protegido contra poeira – invólucro
construído de modo a não impedir totalmente a penetração de poeira, mas a
quantidade que pode ingressar no interior do equipamento não afeta a operação
segura (corresponde ao grau de proteção IP5_).
DUST-TIGHT ENCLOSURE – invólucro estanque a poeira – todo invólucro
construído de modo a evitar o ingresso de poeira (corresponde ao grau de proteção
IP6_).
EPL – Equipment Protection Level – verificar o „nível de proteção de equipamento‟.
ERODIR – provocar erosão; desgastar ou remover partes da superfície pela ação de
agentes erosivos.
ESMERILHAR – ato de esfregar ou friccionar com esmeril (pedra utilizada para
amolar ou afiar lâminas) ou outro abrasivo para polir ou despolir (deixar fosco).
FLANGE – aba em forma de coroa, localizada na ponta de cano, tubo ou conexão,
pra se juntar outra extremidade similar, geralmente por meio de parafuso, com
material vedante interposto.
FLARE (inglês) – TOCHA (português) – dispositivo utilizado na indústria de petróleo
e petroquímica, para eliminar gases combustíveis do processo, queimando-os
148
abertamente e tornando seguro o local vizinho; também chamado de „ignição
contínua‟.
GAXETA - elemento fixo que suporta e guia o elemento de fechamento, a haste da
válvula ou a haste do atuador. O embuchamento suporta as cargas não axiais
nestas peças e está sujeito ao movimento relativo das peças. A „bucha‟ é também
chamada de gaxeta.
GRISU – gás combustível, formado de metano, anidridos carbônicos e nitrogênio,
que se desprende espontaneamente das minas de carvão.
HERMETICAMENTE SELADO – perfeita e totalmente fechado de maneira a impedir
a entrada e a saída de ar ou outra substância aprisionada; um tipo de fechamento de
recipientes ou espaços.
HEADER – verificar o verbete ‘manifold’.
IGNIÇÃO CONTÍNUA – verificar palavra „flare‟ ou „tocha‟.
INERTE – sem atividade ou movimento próprio; incapaz de realizar trabalho.
Exemplo de utilização é „gás inerte – o qual é utilizado na preservação de
equipamentos que não estão em uso‟.
INOPERANTE – elemento que não opera (não realiza atividade o não possui
funcionalidade, definitiva ou temporária); não possui efeito.
INTERSTÍCIO – pequeno espaço entre as partes de um todo ou entre duas coisas
contíguas, por exemplo, moléculas, células, fios etc..
JUNTA – ponto de união, de junção, de confluência entre duas ou mais coisas
contíguas; qualquer ligação entre superfícies planas metálicas ou de madeira, em
que se pode pôr substância ou material vedante.
MANIFOLD – conjunto de linhas de tubulações, flanges, válvulas e outros diversos
acessórios utilizados para coletar ou distribuir um fluido comum ou gás, ou ainda
para formar uma multiplicidade de linhas.
MATERIAL PIROFÓRICO – material que se inflama espontaneamente ao simples
contato com o ar.
MIC (Mínima Corrente de Ignição) – valor da menor corrente elétrica necessária
para provocar ignição; compreende um ensaio com um equipamento que possui um
disco de contato com duas ranhuras e gira para fechar e abrir contato com um fio de
tungstênio, o circuito de baixa tensão de interrupção possui indutância de 95 mH.
NAFTA – fração química do petróleo que destila a uma temperatura entre 100ºC e
200ºC, utilizado como matéria-prima na petroquímica; espécie de betume inflamável.
149
NEGRO-DE-FUMO – pó de cor escura, proveniente da fuligem ou da combustão,
usado em substâncias diversas e que entra na composição da graxa.
NÍVEL DE PROTEÇÃO DO EQUIPAMENTO – EPL – Equipment Protection Level
– nível de proteção atribuído ao equipamento baseado na probabilidade de se tornar
uma fonte de ignição e distinguindo as diferenças entre atmosferas de gás, explosiva
de poeira e explosiva em minas susceptíveis a grisu, onde o equipamento poderá
estar instalado.
OPERAÇÃO NORMAL – este termo significa que a planta industrial está operando
dentro de dos parâmetros de projeto; pequenas emissões de material inflamável
podem estar incluso neste conceito de operação normal – as pequenas emissões
incluem, por exemplo, vazamentos de selos mecânicos de bombas.
PARTES VIVAS – partes (geralmente condutores) de uma instalação ou equipamento, que possuem tensão elétrica, entre si e em relação à terra.
PARTÍCULAS SUSPENSAS COMBUSTÍVEIS – partículas sólidas, incluindo fibras,
maiores do que 500 µm em tamanho nominal, que podem estar suspensas no ar,
podendo sair pela atmosfera sob seu próprio peso.
PERMUTADOR – unidade industrial composta de grande cilindro de aço,
atravessado por feixe de numerosos tubos estreitos, geralmente de cobre, no qual
circulam, com troca de calor, fluídos a temperaturas diferentes.
PLANTA (planta industrial) – referente às instalações físicas e ao processo industrial.
No caso de projetos industriais, são utilizados os seguintes tipos de plantas:




Situação – finalidade de situar a obra e a futura instalação no contexto
urbano;
Baixa de arquitetura do prédio: contém toda a área de construção,
indicando com detalhes divisionais entre os ambientes de produção
industrial, escritórios, dependências em geral e outros itens que compõem
o conjunto arquitetônico;
Baixa com disposição das máquinas: contém a projeção aproximada de
todas as máquinas, devidamente posicionadas, com a indicação dos
motores a alimentar e dos painéis de controle e
Detalhes: devem conter todas as particularidades do projeto de arquitetura
que venham a contribuir na definição do projeto elétrico, como por
exemplo: vistas, cortes, colunas, vigas, montagem de máquinas de grande
porte etc..
POEIRA – qualquer substância reduzida a pó muito fino; termo genérico incluindo
poeira combustível e partículas suspensas combustíveis.
POEIRA COMBUSTÍVEL – partículas sólidas finamente divididas, 500 µm ou
tamanhos menores, que podem estar suspensas no ar, podendo sair pela atmosfera
150
sob o próprio peso, podem queimar ou derreter no ar, e podem formar misturas
explosivas com o ar à pressão atmosférica e a temperaturas normais.
POEIRA CONDUTIVA – poeira combustível com resistividade elétrica igual ou
menor do que 103 Ω.m.
POEIRA NÃO CONDUTIVA – poeira combustível com resistividade elétrica maior do
que 103 Ω.m.
PRENSA-CABOS – acessório que permite a introdução e fixação da extremidade de
um cabo num equipamento elétrico, sem alterar o grau de e o tipo de proteção do
invólucro.
PSV – Pressure Safety Valve – termo utilizado, de forma genérica, como sinônimo
de „válvula de segurança‟, „válvula de alívio‟ e ‟válvula de segurança e alívio‟.
Purga – processo pelo qual se faz passar através do invólucro e dutos associados a
certa quantidade de gás de proteção antes que o equipamento seja energizado, de
modo a garantir que a atmosfera remanescente no interior do mesmo esteja bem
abaixo do limite inferior de inflamabilidade.
QUEIMADOR – elemento por onde sai uma chama; item presente em uma tocha,
responsável por iniciar a combustão das substâncias inflamáveis eliminadas pela
tocha.
QUIESCENTE – estar em repouso; estar tranqüilo; oposto de turbulento.
RAYON (inglês) – RAIOM (português); nome dado a várias fibras ou filamentos
sintéticos feitos de celulose regenerada por processos de moldagem e solidificação
de soluções celulósicas fluidas.
REATOR – unidade de processamento (em indústrias do setor químico e do setor
petroquímico) de substâncias onde se produzem reações de transformação
molecular (por exemplo, reator de craqueamento, reator de polimerização etc.).
RESPIRO – verificar o verbete ‘vent’.
RUÍDO SIBILANTE – som agudo e contínuo; ruído semelhante ao das abelhas e de
outros insetos (zumbido).
SEDE – porção do corpo da válvula onde o plug se move para fornecer a passagem
variável. Quando o plug se assenta na sede, a válvula fica fechada.
SELO – materiais utilizados para realizar fechamento ou serve para selar (fechar
hermeticamente); dispositivo que cria uma união não vazante entre dois elementos
mecânicos. Por exemplo, selo de uma bomba.
TESTE HIDROSTÁTICO – teste realizado em equipamentos e tubulações, utilizando
na grande maioria das vezes água, para verificar a existência de possíveis
151
vazamentos, falhas ou fissuras em flanges, válvulas, ao longo de tubulações e em
outros elementos, visando identificar os problemas que podem prejudicar ou destruir
um sistema ou equipamento quando em operação. O teste é realizando utilizando
uma pressão 1,3 vezes maior que a pressão de operação e nos casos em que não é
permitido ou torna-se inviável operacionalmente a utilização de água, é realizado o
teste com o próprio produto final utilizado no equipamento ou sistema, porém,
devem ser seguidas normas rígidas e procedimentos específicos.
TOCHA (flare - inglês) – estrutura com grande altura, na qual existe uma fonte de
ignição (queimador), responsável por iniciar a combustão das substâncias que são
descartadas para atmosfera, advindas da planta de processo industrial.
TRIP / TRIP DE UNIDADE – tem como significado uma parada de uma unidade de
processo, que poderá ser esperada (programada) ou inesperada (sendo o pior caso
- parada abrupta). Durante este tipo de evento (parada), diversos dispositivos de
segurança devem atuar visando a integridade das pessoas e da planta industrial.
Para isso, os diversos sistemas devem possuir intertravamentos e recursividades
diversas. Algumas das conseqüências de um „trip‟ são: abertura de PSV's, envio de
material (produtos finais, intermediários ou resíduos) para o flare, descarte de
efluentes para tanques de armazenagem etc.;
TUBOVIA – local onde é colocada a tubulação que interliga dois ou mais pontos
dentro de uma planta industrial; termo aplicado principalmente em refinarias de
petróleo e indústrias químicas.
TUBULAÇÃO – sistema de disposição de tubos para passagem de fluídos, este
fluídos podem ser líquidos viscosos, com sólidos em suspensão, sólidos fluidizados,
gases, vapores ou vapor d'água. A secção transversal padrão da tabulação é
teoricamente circular.
VÁLVULA – é um dispositivo usado para o controle de vazão de fluidos, consistindo
de um conjunto de retenção de fluído, uma ou mais sedes entre as aberturas
terminais e um membro de fechamento móvel que abre, restringe ou fecha a sede
ou as sedes.
VÁLVULA DE ALÍVIO* - dispositivo automático de alívio de pressão atuado pela
pressão estática a montante da válvula, que abre proporcionalmente ao aumento da
pressão sobre a pressão de abertura. É usada principalmente com líquidos (fluídos
não compressíveis).
VÁLVULA DE ALÍVIO E SEGURANÇA* - dispositivo automático de alívio de
pressão atuado pela pressão estática a montante da válvula e conveniente para uso
como válvula de alívio e também de segurança, dependendo da aplicação. É usada
quando o fluido aliviado é uma mistura de líquido e vapor.
VÁLVULA DE SEGURANÇA* - Um dispositivo automático de alívio de pressão
atuado pela pressão estática a montante da válvula e caracterizada pela abertura
152
total e rápida (ação pop). É usada para gases, vapores ou vapor d'água (fluidos
compressíveis).
VASO – tanque intermediário que recolhe fluídos condensados nos circuitos de
processamento das indústrias químicas.
*NOTA: Sob o ponto de vista de construção, a válvula de segurança e a de alívio são iguais;
a principal diferença reside no perfil da sede e do tampão. Na válvula de segurança, o
desenho desse perfil é tal que a abertura completa da válvula ocorre imediatamente após a
pressão atingir o valor ajustado e o fechamento se faz repentinamente, logo abaixo do valor
ajustado da pressão. Na válvula de alívio, a abertura é gradual, atingindo o máximo com 110%
a 125% do valor ajustado.
VENT – dispositivo, em geral uma válvula, utilizada para ventilar (retirar o ar ou outro
gás indesejado) do interior de uma tubulação ou equipamento, pois durante o
processo de pressurização estes “bolsões” com gás não permitem alcançar a
pressão de operação, no caso de bombas, ocorre o processo conhecido como
cavitação.