UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – UNIJUÍ
ALEXANDRE KUNKEL DA COSTA
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MOTORES ELÉTRICOS DE BAIXA
TENSÃO PARA APLICAÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS
Ijuí, 2016
ALEXANDRE KUNKEL DA COSTA
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MOTORES ELÉTRICOS DE BAIXA
TENSÃO PARA APLICAÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia de Segurança do Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho.
Orientador: Fernando Wypyszynski
Ijuí, 2016
ALEXANDRE KUNKEL DA COSTA
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MOTORES ELÉTRICOS DE BAIXA TENSÃO PARA APLICAÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelos membros da banca examinadora.
Ijuí, 15 de Março de 2016
BANCA EXAMINADORA Prof. Fernando Wypyszynski Orientador - Especialista pela Universidade Regional da Missões - URI
Profa. Cristina Eliza Pozzobon Coordenadora do Curso de Engenharia de Segurança do Trabalho/UNIJUÍ
AGRADECIMENTOS
Agradeço muito a Deus, por iluminar o meu caminho e me livrar de todo o mal. Agradeço a minha família por estar comigo em todos os momentos bons e ruins.
Agradeço a minha noiva pelo amor, companheirismo e amizade.
Agradeço a todos os professores pela troca de conhecimento ao longo do Curso, em especial ao meu orientador Fernando Wypyszynski.
A todos vocês, o meu muito obrigado!
RESUMO
COSTA, A. K. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MOTORES ELÉTRICOS DE BAIXA TENSÃO PARA APLICAÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso. Especialização em Engenharia de Segurança de Trabalho, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2016.
O risco de incêndio e explosão é um dos fatores que mais ameaçam a segurança de plantas industriais e de seus trabalhadores, e ele pode ser causado por meio da combinação de três agentes: combustível – inerente do processo industrial –, comburente – oxigênio do ar –, e fonte de ignição. Denomina-se área classificada o ambiente que requer especial precaução na construção, instalação e uso de equipamentos, devido à possibilidade de criação de uma atmosfera explosiva, sendo que os equipamentos e serviços a serem adotados nessas áreas são regidos pela norma ABNT NBR IEC 60079. Os motores, por sua vez, são largamente aplicados nos processos industriais, inclusive em áreas classificas, portanto, quando estiverem dentro desses limites, necessitam de apropriadas especificações técnicas a fim de evitar uma possível fonte de ignição. Busca-se, nessa monografia, apresentar os principais conceitos e características de motores elétricos “Ex” de baixa tensão, relacionados ao Equipment Protection Level (EPL), invólucros de proteção, classes de temperatura, grau de proteção e marcações. Por fim, com o intuito de relacionar a teórica técnica e normativa com a realidade prática, ilustra-se um estudo de caso em uma indústria de biodiesel. Concluiu-se que há uma evolução constante das normativas pertinentes à certificação de produtos, prestadores de serviços e competências pessoais, o que eleva os níveis de segurança, qualidade e confiabilidade das áreas classificadas. Por fim, constatou-se, através do estudo de caso, que há um grande potencial de melhoria e adequação nas instalações, principalmente ligadas ao gerenciamento de segurança e aplicação de motores elétricos.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Acidentes envolvendo explosões em unidades de armazenamento de grãos ... 14
Figura 2: Navio-plataforma da BW Offshore ... 21
Figura 3: Avaliação das instalações elétricas em atmosfera potencialmente explosivas ... 23
Figura 4: Sugestão de adaptação de normas, para um tanque de armazenamento ... 28
Figura 5: Imagens padronizadas pela NEC (esfera de GLP)... 30
Figura 6: Triângulo e tetraedro do fogo, respectivamente ... 31
Figura 7: Distribuição da utilização de motores elétricos por uso final... 37
Figura 8: Fluxograma para definição do EPL ... 40
Figura 9: Representação simplificada de um invólucro à prova de explosão ... 43
Figura 10: Desenvolvimento de componente utilizando simulações gráficas em motores elétricos ... 44
Figura 11: Ensaios de sobrepressão no invólucro do motor elétrico ... 44
Figura 12: Motor elétrico à prova de explosão – “Ex d” ... 45
Figura 13: Representação simplificada de um invólucro com segurança aumentada ... 46
Figura 14: Demonstração do tempo de desligamento de motor - ... 47
Figura 15: Corrente de partida de um motor elétrico ... 48
Figura 16: Relação entre e ... 49
Figura 17: Motor elétrico com segurança aumentada ... 49
Figura 18: Ilustração de um sistema provido de um invólucro pressurizado ... 50
Figura 19: Representação simplificada de um invólucro pressurizado ... 51
Figura 20: Motor elétrico com invólucro pressurizado ... 52
Figura 21: Representação simplificada de um invólucro não acendível ... 53
Figura 22: Motor elétrico com invólucro não acendível ... 54
Figura 23: Motor elétrico à prova de ignição de poeira por invólucros ... 56
Figura 24: Análise termográfica de um motor elétrico ... 57
Figura 25: Dissipação de temperatura em um motor elétrico ... 57
Figura 26: Simulação do fluxo de ar sobre a carcaça do motor ... 58
Figura 27: Disposição do código IP ... 60
Figura 28: Grau de proteção na placa de identificação de um motor elétrico ... 63
Figura 29: Marcação em um motor elétrico, conforme NBR IEC 60079-0 (2008) ... 64
Figura 31: Imagem aérea frontal do complexo industrial ... 68
Figura 32: Imagem aérea posterior do complexo industrial ... 69
Figura 33: Processo de recebimento de grãos, pré-limpeza, secagem e armazenamento ... 70
Figura 34: Separação e condicionamento inicial, respectivamente ... 71
Figura 35: Laminação e cozimento, respectivamente ... 71
Figura 36: Processo simplificado para produção de óleo de soja bruto ... 72
Figura 37: Sistema de certificação IECEx ... 74
Figura 38: Sistema de certificação IECEx ... 74
Figura 39: Modelos tridimensionais de classificação de áreas ... 76
Figura 40: Planta bidimensional de uma área classificada ... 77
Figura 41: Motores recondicionados sem atendimento da norma ... 79
Figura 42: Unidades de competência pessoais “Ex”... 81
Figura 43: Certificado de competência pessoal “Ex” ... 81
Figura 44: Motor “Ex d” e o seu respectivo certificado ... 82
Figura 45: Arquivamento de documentos de produtos e serviços “Ex” ... 83
Figura 46: Motores “Ex d” no setor de recebimento de grãos ... 84
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Normas ABNT IEC pertinentes às áreas classificadas ... 25
Tabela 2: Quantificação de Zonas ... 28
Tabela 3: Designação do Equipment Protection Level – EPL ... 39
Tabela 4: Proteções de motores elétricos atreladas ao EPL ... 41
Tabela 5: Tipos de invólucros pressurizados adotados de acordo com sua aplicação ... 52
Tabela 6: Grau de proteção mínima de motores em grupo III ... 55
Tabela 7: Classe de temperatura de equipamentos elétricos ... 59
Tabela 8: Informações referentes ao primeiro dígito numérico ... 60
Tabela 9: Informações referentes ao segundo dígito numérico ... 61
Tabela 10: Informações referentes ao primeiro algarismo adicional ... 62
LISTA DE SIGLAS
API American Petroleum Institute
CIPA Comissão Interna de Prevenção de Acidentes
CLT Consolidação das Leis do Trabalho
Cobei Comitê Brasileiro de Eletricidade, Iluminação e Telecomunicações CONMETRO Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade
Industrial
CT-31 Comitê técnico 31
EPL Equipamento Protection Level
“Ex d” À prova de explosão
“Ex e” Segurança aumentada
“Ex n” Não acendível
“Ex p” Pressurizado
“Ex t” Proteção por invólucro
GLP Gás Liquefeito de Petróleo
IEC International Electrotechnical Commission
IECEx System for Certification to Standards relating to Equipment for use in Explosive Atmospheres
IEEE Institute of Electrical and Eletronic Engineers
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade Industrial e Tecnologia
IP Ingress Protection
MIG Minimum Ignition Current
MEITRGE Motores elétricos de indução trifásicos, com rotor em gaiola de esquilo, de baixa tensão
MESG Interstício Máximo Experimental Seguro
NEC National Electrical Code
NFPA National Fire Protection Association
NR Norma Regulamentadora
OCP Organismos de Certificação de Produtos OSHA Occupation Health and Sefaty Administration RAC Requisitos de Avaliação da Conformidade
SINMETRO Sistema Nacional De Metrologia, Normalização e Qualidade
SESMT Serviço Especializado em Engenharia de Segurança e em Medicina do Trabalho
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 13 1.2 OBJETIVOS ... 16 1.3 METODOLOGIA ... 16 1.4 JUSTIFICATIVA ... 16 1.5 DIVISÃO DA MONOGRAFIA ... 17 2 ATMOSFERAS EXPLOSIVAS ... 19 2.1 HISTÓRICO ... 19
2.2 INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM ÁREAS CLASSIFICADAS ... 21
2.2.1 Critérios para classificação de áreas ... 24
2.2.1.1 IEC ... 24
2.2.1.2 NFPA ... 29
2.3 CONCEITOS E PROPRIEDADES DE SUBSTÂNCIAS INFLAMÁVEIS ... 30
2.3.1 Tetraedro do fogo ... 30
2.3.2 Propriedades de substâncias que afetam a classificação de áreas ... 31
2.4 NORMAS REGULAMENTADORAS E RESPONSABILIDADES ... 33
2.4.1 Normas regulamentadoras ... 33
2.4.2 Responsabilidades ... 34
3 MOTORES ELÉTRICOS PARA APLICAÇÕES EM ÁREAS CLASSIFICADAS ... 37
3.1 APLICAÇÃO INDUSTRIAL ... 37
3.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MEITRGE ... 38
3.2.1 Equipment Protection Level (EPL) ... 38
3.2.2 Proteção ... 41
3.2.2.1 À prova de explosão (“Ex d”) ... 42
3.2.2.2 Segurança aumentada (“Ex e”) ... 45
3.2.2.3 Invólucros pressurizados (“Ex p”) ... 50
3.2.2.4 Não acendível (“Ex n”)... 53
3.2.2.5 À prova de ignição de poeira por invólucros (“Ex t”) ... 54
3.2.3 Classe de temperatura ... 56
3.2.4 Grau de proteção ... 59
3.2.5 Marcação ... 63
4. ESTUDO DE CASO ... 68
4.1 COMPLEXO INDUSTRIAL ... 68
4.2 PROCESSO INDUSTRIAL ... 70
4.3 AVALIAÇÃO E PROPOSTAS DE MELHORIA NAS ÁREAS DO PROCESSO ... 73
4.3.1 Prestação de serviços ... 74 4.3.1.1 Classificação de áreas ... 75 4.3.1.2 Oficina de reparo ... 78 4.3.1.3 Competências pessoais ... 80 4.3.2 Equipamentos ... 82 5. CONCLUSÃO ... 85 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 87
ANEXO A – GASES E VAPORES INFLAMÁVEIS ... 93
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O aumento do consumo energético é algo característico do progresso da civilização em todo mundo, sendo que o extenso desenvolvimento econômico aliado ao crescimento populacional são alguns dos fatores que contribuem para o aumento da demanda energética. Neste contexto, a indústria bem como os seus processos industrias, em diferentes tipos de segmentos, evoluem para suprir a essa demanda crescente da sociedade e, da mesma maneira, buscam tanto melhorar a eficiência produtiva, atendendo ao crescimento sustentável, quanto proporcionar segurança aos seus colaboradores.
Um acidente de trabalho pode ter consequências irreversíveis a qualquer empresa, podendo denegrir a imagem da mesma, causar a morte de trabalhadores e acarretar prejuízos financeiros expressivos que podem se tornar irreversíveis. Portanto, é imprescindível atribuir a devida relevância aos estudos que propiciem a máxima segurança industrial, respeitando a legislação vigente, bem como adotando práticas preventivas de qualquer tipo de acidente.
Dentre os fatores que mais ameaçam a segurança de plantas industriais está o risco de incêndio e explosão. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (2008), um ambiente industrial é caracterizado como uma atmosfera explosiva, quando há uma mistura de substâncias inflamáveis na forma de gases, vapores, neblinas, poeiras ou fibras, com o ar, sob as condições atmosféricas, na qual, após a ignição ter ocorrido, a combustão irá se propagar a toda mistura não queimada. Assim, basicamente o ciclo do fogo se deve a reação química de três agentes: um combustível, um comburente e uma fonte de ignição.
Além disso, uma área na qual uma atmosfera explosiva está presente, ou é esperada de estar presente, em quantidades que requeiram especial precaução para a construção, instalação e uso de equipamentos, é entendida como área classificada, de acordo com a ABNT (2008). É valido salientar que, segundo Schram (1993 apud ERTHAL, 2004, p. 31), a simples presença ou a possibilidade de presença de materiais inflamáveis não automaticamente determina uma área como sendo classificada.
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas A presença de substâncias inflamáveis na indústria de processo é intrínseca a sua atividade, e ela independe do ramo de atuação, seja ele químico, petroquímico, petróleo, armazenamento ou beneficiamento de grãos. Todavia, a história mostra que ocorreram diversos acidentes catastróficos em todo o mundo envolvendo substâncias inflamáveis, desencadeados pela fonte de ignição de um equipamento elétrico especificado incorretamente para operar em ambientes caracterizados como atmosferas explosivas. Isto é, embora os equipamentos elétricos sejam extremamente necessários para o funcionamento básico de qualquer indústria, estes, caso não forem observadas as condições ambientais aos quais estarão inseridos, podem comprometer a integridade física da instalação e de todos os seus trabalhadores.
Um exemplo de explosão ocorreu na cidade de Júlio de Castilhos, no dia 25 de novembro de 2011, em uma unidade de armazenamento de grãos. Com a explosão de um silo, que armazenava grãos de trigo, dois operários safristas morreram soterrados. Já em 21 de abril de 2013, ocorreu uma tragédia semelhante na cidade de Araguaia, onde quatro trabalhadores também perderam as suas vidas. A Figura 1 ilustra as duas tragédias ocorridas nas cidades de Julio de Castilho e Araguaia, respectivamente.
Figura 1: Acidentes envolvendo explosões em unidades de armazenamento de grãos
Fonte: Bulgarelli (2015)
De acordo com Jordão (2012), muitos acidentes já ocorridos envolvendo atmosferas explosivas poderiam ser eliminados se houvesse o correto gerenciamento do risco.
Com relação à normatização técnica aplicada a áreas classificadas no Brasil, primeiramente, em função das grandes instalações industriais iniciadas na década de 50 e que,
em sua grande maioria, era importada dos Estados Unidos, seguia-se a norma norte-americana National Electrical Code (NEC), estabelecida pela National Fire Protection Association (NFPA). (TUNES, 2010) Este cenário permaneceu até o final da década de 60, com a elaboração das primeiras normas brasileiras, através da ABNT. Na sequência, em 1979, foi criado dentro do Comitê Brasileiro de Eletricidade, Iluminação e Telecomunicações (Cobei) um comitê técnico (CT-31), encarregado de elaborar normas técnicas nacionais sobre equipamentos e instalações em atmosferas explosivas. Entretanto, já em 2000, dentro da nova organização do Cobei, todas as normas nacionais criadas até então foram relativamente canceladas e substituídas por novas, harmonizadas com a International Electrotechnical Commission (IEC), tendo em vista os acordos internacionais de padronização assinados pelo Brasil. Atualmente, o subcomitê SC – 31 do Cobei é incumbido de acompanhar o processo de revisão, atualização e elaboração das normas técnicas nacionais, referenciando-se nas normas internacionais da IEC. (BULGARELLI, 2014)
Por outro lado, são vários os fatores que podem levar os equipamentos elétricos a serem fontes de ignição, conforme Jordão (2012), dentre eles estão: centelhamentos oriundos da abertura e fechamento de contato ou até mesmo das escovas dos motores elétricos; alta temperatura de operação do equipamento devido às características de projeto do mesmo; descargas estáticas; condições anormais de funcionamento que desencadeiam efeitos adversos, tais como um incêndio, por exemplo.
Devido a esses fatores de riscos relacionados aos equipamentos elétricos, através do Instituto Nacional de Metrologia Qualidade Industrial e Tecnologia (INMETRO) foi instituída, em 2010, a Portaria N° 176, tornando-se de caráter obrigatório a certificação compulsória de todos os equipamentos elétricos ou eletrônicos utilizados em atmosferas explosivas, nas indústrias que processam, manuseiam ou armazenam produtos inflamáveis, ficando o usuário que não seguir suas recomendações sujeitos às penalidades do código civil. O argumento que justifica tal certificação é atestar que o equipamento não funcione como fonte de ignição, quebrando assim um eventual ciclo do fogo.
Portanto, a instalação elétrica e eletrônica em áreas classificadas necessita ter um tratamento diferenciado, tendo em vista que os níveis de energia presentes em suas partes e equipamentos superam, na maioria dos casos, em muito os níveis mínimos suficientemente necessários para iniciar um incêndio ou, até mesmo, uma explosão. Ademais, além da
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas apropriada especificação dos equipamentos elétricos em áreas classificadas, é necessário uma corretada montagem, instalação e manutenção dos mesmos, sem descuidar da operação que deve ser efetuada por pessoal qualificado.
1.2 OBJETIVOS
O presente trabalho tem por objetivos estabelecer no contexto técnico as especificações dos motores elétricos de baixa tensão, para aplicação em áreas classificadas, e apresentar um estudo de caso realizado em uma empresa agroindustrial.
1.3 METODOLOGIA
Para tal foi realizada, primeiramente, a revisão bibliográfica dos aspectos históricos, normativos e conceituais de ambientes que apresentam atmosferas potencialmente explosivas, com o propósito de ilustrar os diferentes tipos de locais aos quais os motores podem estar inseridos, bem como listar as principais diretrizes normativas e as responsabilidades legais das empresas perante o tema. Na sequência a monografia apresenta as características técnicas, principalmente referenciadas ao quesito construtivo de motores elétricos, tais como os graus de proteção, classe de temperatura, invólucro de proteção, projetos construtivos complementares e ensaios técnicos. Além da correta especificação de motores tendo em vista a classificação por áreas e zonas, em conformidade com as normas vigentes, é necessário obter o atendimento de ações complementares, tais como as diretrizes de instalação, montagem, operação, manutenção e vistoria desses equipamentos elétricos. Por fim, o propósito da monografia será ilustrado com um estudo de caso.
1.4 JUSTIFICATIVA
A correta especificação de motores elétricos para aplicação em áreas classificadas reflete em boas ações de segurança voltadas a prevenção de acidentes de trabalho, principalmente àqueles originados por incêndios ou explosões.
Atuar na primeira linha de proteção, ou seja, tornar as fontes de ignição nulas e ineficientes para ocorrer um possível incêndio ou explosão.
Elaborar um material que sirva de consulta para engenheiros de segurança do trabalho que atuarão em empresas que possuam áreas classificadas em seu território industrial.
É de extrema relevância o conhecimento de um tema como a classificação de áreas, uma vez que são encontradas em muitos segmentos industriais (química, petroquímica, agronegócio, mineração, farmacêutica) e, da mesma forma, podem ser o campo de trabalho de muitos engenheiros – tanto os que atuam na segurança do trabalho, quanto nas áreas técnicas das empresas, como elétrica, mecânica, química, civil, etc.
É necessário que as empresas que possuam áreas classificadas em sua extensão, cumpram todas as orientações de segurança estabelecidas pelas normativas nacionais vigentes, e em hipótese de ocorrência de algum acidente de trabalho que se deram pelo não cumprimento delas, a empresa e seus agentes – onde se enquadram os responsáveis técnicos – podem responder judicialmente nas esferas: penal, civil, previdenciária, trabalhista e ambiental. Portanto o engenheiro de segurança do trabalho que atua nesses locais tem necessidade de conhecimento das diretrizes legais e além de ser um dos responsáveis pelo cumprimento e aplicação das ações voltadas a saúde e segurança do trabalho em áreas classificadas.
1.5 DIVISÃO DA MONOGRAFIA
A monografia foi dividida em cinco capítulos, a partir desta introdução (Capítulo 1), que aborda as considerações iniciais sobre o tema, apresentando seus objetivos e a justificativa de escolha.
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas No Capítulo 2 é realizada uma revisão bibliográfica do contexto histórico relacionado a atmosferas explosivas, bem como as instalações elétricas nesses ambientes. Assim foram listados os critérios normativos utilizados nacional e internacionalmente para ser estabelecida a classificação de áreas, além da apresentação de conceitos e propriedades das substâncias inflamáveis. Por fim, são abordada as Normas Regulamentadoras e as responsabilidades das empresas e seus agentes diante do tema.
Já no Capítulo 3 são apresentadas todas as características técnicas relacionadas a especificação de motores elétricos, e que influenciam na decisão de escolha sobre a aplicação destas em diferentes áreas.
Um estudo de caso é explicitado no Capítulo 4, com a finalidade de descrever uma situação prática do tema.
Por fim, o Capítulo 5 apresenta uma visão geral dos resultados obtidos nesse trabalho, bem como as considerações finais sobre o assunto, apresentando sugestões, desafios e tendências de evoluções sobre o tema pesquisado.
2 ATMOSFERAS EXPLOSIVAS
2.1 HISTÓRICO
Em conformidade com Bossert (2001), desde o final do século XIX – período que marca o início da utilização de eletricidade pela indústria –, muitos acidentes no mundo envolvendo áreas classificadas, tiveram por origem um equipamento elétrico indevidamente especificado a operar em tais circunstâncias. Naquele tempo iniciaram os primeiros debates científicos sobre o potencial de dispositivos elétricos se tornarem fonte de ignição em atmosferas explosivas, isto é, as máquinas elétricas, elementos fundamentais para o funcionamento da indústria, poderiam se tornar agentes causadores de explosões catastróficas. “A energia necessária para causar a inflamação de uma atmosfera explosiva é, em geral, muito pequena. Por outro lado, sabe-se que a energia elétrica usual na indústria para fins de acionamento de máquina, iluminação, controle etc. é muitas vezes superior ao mínimo necessário para provocar incêndios e explosões” (JORDÃO, 2012, pg. 13)
Até os órgãos reguladores e as normativas adotadas mundialmente chegarem ao estágio de desenvolvimento atual, diversos acidentes fatais foram constatados ao longo da história, sendo que muitos desses foram provocados por equipamentos elétricos sem incorporação de requisitos e características construtivas para operar em atmosferas explosivas. Muitos conceitos foram desenvolvidos acerca da proteção de equipamentos elétricos. Macmillan (1998) afirma que a primeira técnica desenvolvida na história – há controvérsia do país que se inventou: Alemanha ou Inglaterra; em 1908 –, foi aplicada a um motor elétrico, tal técnica se conhece hoje por invólucro à prova de explosão, ou seja, o motor projetado era robusto o suficiente para suportar uma explosão interna e evitar que se propagasse ao meio externo. A segunda técnica inventada foi baseada na segurança intrínseca destinada a aparelhos de sinalização, a fim de evitar explosões em minas. Ambas as técnicas foram inventadas primordialmente para aplicação em minas, locais com grande incidência de explosão na época, devido à presença de metano e poeiras combustíveis (ver subitem 2.2.1).
Uma das primeiras explosões e acontecimentos dessa natureza ocorreu em 1913, em uma carvoaria da Inglaterra. Segundo Mclean (1999), o relatório do acidente concluiu que
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas uma centelha de um aparelho de sinalização foi o agente causador da ignição do gás metano; tal acontecimento provocou a morte de 400 mineiros.
O petróleo, utilizado em larga escala a partir do século XX, foi e é considerado um combustível indispensável para o desenvolvimento econômico e global, contudo intrinsecamente associado às suas técnicas de extração, operação, transporte, refino e utilização está a criação de áreas com atmosferas potencialmente explosivas. Os primeiros procedimentos e normativas de padronização de equipamentos elétricos para áreas classificadas surgiram, portanto, após o início da exploração do petróleo.
Erthal (2004) afirma que até 1960 raramente eram utilizados laboratório para certificação de equipamentos, e o National Eletric Code (NEC), até então, não dispunha de uma normativa rígida e eficiente para esse tema. Porém com o advento da Occupation Health and Sefaty Administration (OSHA) e as ameaças de processos judiciais por instalações fora de norma, levaram as principais organizações envolvidas com a questão – tais como American Petroleum Institute (API), Manucfating Chemist Association (MCA) e Institute of Electrical and Eletronic Engineers (IEEE) – a proporem emendas à NEC. Surgiu então a National Fire Protection Association (NFPA) com a finalidade de manter e revisar a normativa pertinente à classificação de áreas e certificação de equipamentos. A partir de 1960, inicia-se o processo de normalização internacional, por meio da International Electrotechnical Commission (IEC). Muitos acidentes ocorreram e seguem ocorrendo em áreas classificadas. No Brasil, um dos acidentes que teve repercussão nacional ocorreu em 11 de fevereiro de 2015, onde uma explosão em um navio-plataforma de extração de óleo e gás, de propriedade da empresa BW Offshore, resultou na morte de nove trabalhadores, além de vinte e seis pessoas feridas (Figura 2). Segundo o relatório interno, elaborado pela Petrobras, a explosão foi motivada pela inobservância do procedimento de segurança, onde um terminal cego (flange) foi rompido, ocasionando o vazamento de gás que, em contato com uma fonte de ignição da sala de máquinas, provocou a explosão. Dentro as sucessões de erros apontados no relatório estão: instalação de material incorreto e mal especificado; falta de planejamento, de análise de riscos nos procedimentos de trabalhos e treinamento; não atendimento de alarmes e medidas de segurança.
Figura 2: Navio-plataforma da BW Offshore
Fonte: Bulgarelli (2015)
2.2 INSTALAÇÃO ELÉTRICA EM ÁREAS CLASSIFICADAS
Jordão (2012) sugere que a primeira ação ao se projetar a instalação elétrica em uma atmosfera potencialmente explosiva, é avaliar o grau de risco encontrado no local, designada como classificação de áreas, que serão mais bem descritos no item 2.2.1. O mesmo recomenda que sejam traçados os seguintes passos:
1. Listar o tipo de substância ou substâncias presentes no local (gás, vapor, poeira, fibras, etc.).
2. Efetuar a caracterização dessas substâncias, como, por exemplo: ponto de fulgor, ponto de ignição, limites de inflamabilidade, índice de explosividade, energia mínima de ignição, dentre outras (ver item 2.3).
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas 3. Definir a probabilidade com que essas substâncias podem estar presentes no meio
externo, com possibilidade de formar uma mistura inflamável.
4. Analisar as condições ambientais, tais como a ventilação, altitude, temperatura ambiente, presença de agentes corrosivos, etc.
5. Determinar o volume de risco, isto é, encontrar a extensão com que os produtos inflamáveis advindos do processo poderão ser espalhados no ambiente, encontrando assim os limites da área com risco de presença da mistura explosiva. 6. Avaliar os equipamentos instalados (motores, bombas, tanques, vasos, etc.), bem
como as suas condições operacionais, aos quais poderão estar expostos a uma possível mistura inflamável.
Na visão de Cruz (2012) a classificação de áreas é extremamente conceitual e fornece informações do risco – entendido como a probabilidade de presença, em determinadas dimensões, de mistura inflamável no ambiente de trabalho.
Já Erthal (2004) define classificação de área como um espaço tridimensional na qual uma atmosfera explosiva pode estar presente, requerendo tanto precauções para controle das fontes de ignição quanto cuidados especiais dos trabalhadores.
Entretanto, conforme a ABNT (2009), não é objetivo da classificação de áreas proteger contra liberações maiores de materiais inflamáveis causadas por falhas catastróficas, tais como, ruptura de vasos depressão, de dutos ou tanques.
Jordão (2002) afirma que a classificação de áreas não é uma ciência exata, que depende de muitas circunstâncias externas – ora subjetivas –, tornando-se desta maneira uma tarefa difícil, inexistindo uma prática comum, mesmo entre os especialistas do mundo. Ele informa que atualmente há várias plantas industriais que apresentam riscos similares, porém são tratados de formas totalmente diferente; isso reflete e subjetividade ou a filosofia de trabalha própria de cada empresa. Ou seja, há indústrias que utilizam uma norma, outras utilizam um conjunto delas e, mesmo assim, não é possível garantir que o projeto será suficientemente eficaz. Portanto, na sua visão, a classificação de área serve principalmente para orientar a especificação, montagem, manutenção e operação dos equipamentos elétricos e eletrônicos.
Desta maneira, tendo em vista o resultado da classificação de área, é possível estabelecer os requisitos construtivos dos equipamentos elétricos, comumente denominados de Equipamento Protection Level (EPL), que estarão dentro dessa região, tornando-os aptos para operar nessa circunstância. Assim, o fabricante do equipamento deverá seguir as normas técnicas para construção (apresentadas no Capítulo 2) e certificá-lo, conforme comentado no item 1.1 e melhor descrito no subitem 2.2.2. Após, deve-se levar em conta que a montagem (ver subitem 2.2.3) desses equipamentos requer também requisitos especiais e que, se não foram compridas, poderão colocar em risco todo o nível de segurança zelado. De forma análoga, em caso de manutenção desses equipamentos, é necessário atender as normas vigentes para evitar que irregularidades comprometam a planta. Assim sendo, uma planta industrial que possua atmosfera potencialmente explosiva, em função dos produtos processados, manuseio, produção ou armazenamento, deve possuir tanto as melhores práticas, quanto seguir as recomendações e atendimento dos conjuntos de normas técnicas específicas.
A Figura 3 ilustra o diagrama a ser seguido para as instalações elétricas em áreas classificadas.
Figura 3: Avaliação das instalações elétricas em atmosfera potencialmente explosivas
Fonte: Autoria própria, referenciando-se em Jordão (2012)
Avaliação do grau
de risco
Equipamento
elétrico/eletrônico
Instalação OK
Classificação de áreas
• Requisitos construtivos
• Requisitos de montagem
• Requisitos de operação
• Requisitos de manutenção
Inspeção
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas 2.2.1 Critérios para classificação de áreas
Conforme descrito no item 1.1, há algumas entidades internacionais que elaboraram determinadas normas para classificação de áreas, dentre as principais estão: IEC – International Electrotechnical Commission e a NFPA - National Fire Protection Association, contudo ambas possuem suas próprias especificidades. Em se tratando do âmbito nacional, é seguida as normas da própria IEC.
Nos subitens 2.2.1.1 e 2.2.1.2 serão apresentadas e detalhadas as normas IEC, NFPA e API, no entanto será dado em enfoque especial para a IEC, uma vez que é pertinente a legislação nacional. Não será aplicada uma análise crítica sobre cada uma, tendo em vista que este não é o propósito do trabalho.
2.2.1.1 IEC
Primeiramente é valido informar que a IEC é uma organização não-governamental incumbida pela elaboração de normas e padrões internacionais relacionados a tecnologias elétricas e eletrônicas, sendo considerada a principal organização mundial em seu campo. As normas são elaboradas através da colaboração de dez mil especialista do ramo elétrico e eletrônico, dispondo sobre a produção e distribuição de energia, eletrônicos, magnéticos e eletromagnéticos, eletroacústicos, multimídia e telecomunicações, normatizando sobre terminologias, simbologias edição e performance, confiabilidade e desenvolvimento, segurança e meio ambiente. (BULGARELLI, 2015)
Cada país membro possui um comitê nacional que representa o interesse do país junto a IEC, fazendo parte desse: fabricantes, fornecedores, distribuidores, consumidores, agências governamentais, organizações profissionais e associações comerciais, bem como órgãos normatizadores nacionais. Conforme apresentado no item 1.1, o Brasil é representado pelo Cobei. (BULGARELLI, 2015)
No contexto das atmosferas explosivas, a IEC System for Certification to Standards relating to Equipment for use in Explosive Atmospheres (IECEx) é o sistema da IEC para certificação internacional de empresas de prestação de serviços, competências pessoais e de
equipamentos para atmosferas explosivas, realizados com base na norma da IEC 60079. Ou seja, o SC-31, é o subcomitê incumbido pelo Cobei, de desenvolver e atualizar toda a normativa brasileira para atmosferas explosivas, sendo fundamentada totalmente pela norma IEC 60079. (BULGARELLI, 2014)
A Tabela 1 apresenta algumas normas nacionais vigentes, publicadas pela ABNT, relacionadas a atmosferas explosivas.
Tabela 1: Normas ABNT IEC pertinentes às áreas classificadas
Objetivo
Norma NBR IEC Para Classificação de Áreas - Atmosferas explosivas de gases inflamáveis 60079-10-1 Para Classificação de Áreas - Atmosferas explosivas de poeiras combustíveis 60079-10-2 Projeto, Seleção, Montagem de instalações elétricas “Ex” 60079-14
Sistemas à prova de explosão – “Ex d” 60079-1
Sistemas de segurança aumentada – “Ex e” 60079-7
Sistemas de segurança intrínseca - “Ex i” 60079-11
Sistemas pressurizados – “Ex p” 60079-2
Sistemas “imersos em óleo” 60079-6
Sistemas “encapsulados” 60079-18
Sistemas imersos em areia - “Ex q” 60079-5
Sistemas não acendíveis – “Ex n” 60079-15
Inspeção e Manutenção de instalações elétricas “Ex” 60079-17 Reparo, Revisão e Recuperação de equipamentos “Ex” 60079-19 Proteção contra ignição de poeira por invólucros – “Ex t” 60079-31
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas Os ambientes e os equipamentos elétricos das áreas classificadas, segundo a ABNT NBR IEC 60079–10 (2009), são designados como:
Grupo I: quando se trata de instalações com operação em mineração subterrânea.
Grupo II: quando se trata de instalações de indústrias de superfície (químicas, petroquímicas, farmacêuticas, etc.) contendo gás e vapores inflamáveis. Além disso, essa designação é subdividida em outros três grupos, dependendo da substância perigosa envolvida no ambiente:
o Grupo IIA: atmosfera contendo produtos pertencentes à família do propano.
o Grupo IIB: atmosfera contendo produtos pertencentes à família do etileno.
o Grupo IIIC: atmosfera contendo produtos pertencentes à família do hidrogênio e acetileno.
Grupo III: quando se trata de instalações de indústrias contendo pós ou fibras combustíveis (indústrias moveleiras, recebimento, armazenamento e beneficiamento de grãos), sendo novamente subdivido em:
o Grupo IIIA: fibras combustíveis. o Grupo IIIB: poeiras não condutoras. o Grupo IIIC: poeiras condutoras.
Além disso, a própria ABNT NBR IEC 60079–10 (2009) classifica os graus de riscos dos ambientes segundo zonas. São considerados como Zona 0, Zona 1 e Zona 2, as indústrias que operam com gases ou vapores inflamáveis; já a Zona 20, Zona 21 e Zona 22, são denominados as indústrias que operam com fibras e pós combustíveis. A ideia da classificação por Zonas, segundo Freitas (2010), é permitir a implemetação de medidas de proteção contra explosão refletindo sobre a situação que a mesma atende, de forma a especificar corretamente o equipamento para cada área e também evitar sobredimensionamento (que acarretam custos significativos de aquisição). Assim, possuindo o seguinte significado:
Zona 0: região gerada por fonte de risco (advindo de uma mistura inflamável) de grau contínuo ou por longos períodos.
Zona 1: região gerada por fonte de risco (mistura inflamável) que acontece de forma provável em condições normais de operação do processo.
Zona 2: região gerada por fonte de risco decorrida de uma mistura inflamável é pouco provável de acontecer, e no caso de ocorrer é por poucos períodos de tempo, estando associada a operação anormal do processo.
Zona 20: locais onde a poeira ou fibra estão presentes continuamente ou por longos períodos de tempo, em quantidades de oferecer risco de formação de atmosfera explosiva.
Zona 21: locais onde há probabilidade de ocorrer ocasionalmente a poeira ou fibra, devida a uma operação normal de trabalho, em quantidades suficiente de oferecer risco de formação de atmosfera explosiva.
Zona 22: locais onde não há probabilidade de ocorrer a poeira ou fibra, do contrário apenas ocorrerão por ventura de operação anormal ou falha do processo, mas que quando ocorrido possa gerar quantidades suficiente de oferecer risco de formação de atmosfera explosiva.
Em complemento, uma área é definida como não classificada se não é provável a ocorrência de uma atmosfera explosiva a ponto de exigir precauções especiais para construção, instalação e utilização de equipamentos elétricos e eletrônicos. ABNT NBR IEC 60079–10 (2009)
Jordão (2012) informa que a norma da IEC, diferentemente da norma NEC, não faz uso de imagens pré-definidas para dimensionar o volume do risco ou extensão da área classificada, isto é, a delimitação das zonas em função de um determinado processo. Essa justificativa se dá pelo simples fato de que fatores externos podem influenciar nesses volumes, o que tornaria impraticável uma padronização. Ele ainda afirma que o único método de cálculo estabelecido pela norma IEC serve apenas para determinas os tipos de Zonas, considerando os fatores de ventilação do local. Ou seja, métodos de obtenção das dimensões da classificação não são claramente estabelecidos na norma. Assim o mesmo sugere que há uma prática simples, adotados por muitos países da Europa para quantificação de Zonas, conforme ilustra a Tabela 2.
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas
Tabela 2: Quantificação de Zonas
Zonas Presença de atmosfera explosiva 0 1.000 horas ou mais por ano (10%) 1 10 < horas por ano < 1.000 (0,1 a 10%) 2 1 < horas por ano < 10 (0,01% a 0,1%) Área não classificada Menos de 1 hora por ano
Fonte: Jordão (2012)
Na sequência, Jordão (2012) e Neto (2010) sugerem utilizar as figuras norte-americanas da norma NEC (ver item 2.2.1.2), adaptando ao critério de Zonas estabelecido pelas IEC, atendendo assim a normativa brasileira e internacional, conforme ilustra a Figura 4.
Figura 4: Sugestão de adaptação de normas, para um tanque de armazenamento
Fonte: Jordão (2012)
Cruz (2012) coloca mais indagação no tema ao afirmar que ainda não há um consenso normativo a nível mundial sobre a delimitação de áreas classificadas, o que depende do bom senso de cada projetista e das normas internacionais a serem utilizadas de referência. Independente disso, o mesmo afirma que é indispensável tomar o conhecimento dos seguintes
aspectos para delimitação de áreas: densidade relativa do gás ou vapor inflamável; ventilação; geometria da fonte de risco; e barreiras físicas.
Não será dada ênfase na modelagem matemática utilizada para calcular, dimensionar e delimitar os tipos de Zonas, uma vez que ela dependerá de cada circunstância prática, bem como de fatores subjetivos, não sendo o foco da presente monografia.
2.2.1.2 NFPA
A NFPA é uma organização americana, possuindo representantes do corpo de bombeiros, companhias de seguros, da indústria, de associações, sindicatos e organizações profissionais, incumbida de desenvolver e conservar padrões e requisitos mínimos para a prevenção e supressão de incêndios, treinamentos e equipamentos, bem como outros códigos e normas de segurança. Atualmente supervisiona a atualização de mais de 300 códigos e normas, sendo que muitos deles são aceitos em nível internacional, e estabelecidos em países. Em 1897, foi desenvolvido o National Electrical Code (NEC), sendo que possui 19 códigos de segurança em instalações elétricas, que são atualizados a cada três anos, e é adotado como modelo padrão norte-americano. (ERHTAL, 2004)
Segundo Cruz (2012), muito embora não conflitantes com as normas internacionais (IEC), a norma norte-americana (NEC) dispõe de outras terminologias relacionadas à classificação de áreas.
De forma resumida, a NEC classifica os graus de riscos segundo Classes, Grupos e Divisões, de forma a definir o volume dos riscos através de figuras padronizadas. No que se refere às Classes, há três tipos: gases e vapores inflamáveis; pós combustíveis; e fibras combustíveis. As duas primeiras Classes são divididas em mais sete grupos, com intuito de identificação da origem do risco conforme a sua natureza. Na sequência, é atribuído duas divisões, referentes à alta ou baixa probabilidade de ocorrer a mistura inflamável, sendo essa análise semelhante às atribuições por Zonas da norma IEC. Por fim, são definidos os volumes dos riscos, por meio de parâmetros do processo (pressão, vazão e volume) e características das atividades. A norma também atribui imagens genéricas que são padronizadas para
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas determinadas aplicações, como, por exemplo, a de uma esfera que armazena Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), ilustrado na Figura 5.
Figura 5: Imagens padronizadas pela NEC (esfera de GLP)
Fonte: Jordão (2012)
2.3 CONCEITOS E PROPRIEDADES DE SUBSTÂNCIAS INFLAMÁVEIS
2.3.1 Tetraedro do fogo
Segundo Chu (2014), o fogo é uma reação exotérmica de oxidação, ocasionando uma combustão rápida com emissão de luz, calor e chama. Conforme descrito no item 1.1, o fogo resulta da combinação de três elementos: o combustível (a substância inflamável), o comburente (oxigênio) e a energia de ativação (calor), formando o triângulo do fogo, ilustrado na Figura 5. Desta forma, se o triângulo estiver completo, indicando a ligação desses três componentes, a combustão se inicia. Uma vez iniciada, os gases envolvidos foram uma reação em cadeia transmitindo calor para outras partículas do combustível, desta forma alimentando
Energia
Reação em cadeia
o fogo. Então, para ocorrer continuidade da combustão é necessário o quarto elemento, chamado de reação em cadeia, formando o tetraedro do fogo, também ilustrado na Figura 6.
Figura 6: Triângulo e tetraedro do fogo, respectivamente
Combustível Comburente Fonte: Santos (2008)
A principal diferença de fogo e incêndio, segundo Santos (2008), é que o primeiro caracteriza-se como uma combustão controlada (subentende-se como o controle das chamas e não sobre as dimensões que o mesmo pode acarretar), enquanto que o segundo conceitua-se como uma combustão incontrolada e desordenada. Por sua vez, a explosão é uma expansão abrupta de gases, resultando em uma pressão que se move muito rapidamente, bem como pode gerar calor, provocando uma alta taxa de liberação de energia e, consequentemente, gerar um incêndio (o contrário também é válido).
2.3.2 Propriedades de substâncias que afetam a classificação de áreas
São algumas propriedades das substâncias, que influenciam nos critérios de grau de risco e classificação de áreas: (FREITAS, 2010; RIBEIRO, 2004)
Limite de inflamabilidade: em função da concentração da mistura inflamável em relação ao oxigênio do ar, as substâncias inflamáveis possuem faixa de inflamabilidade própria, de forma que, na medida em que houver uma fonte de ignição, haverá uma autopropagação sustentada, ocasionando incêndio ou
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas explosão. Para tal é necessário ocorrer uma mistura ideal (com relações volumétricas de oxigênio e produto inflamável dentro da faixa de inflamabilidade).
Ponto de fulgor: pode ser entendido como a menor temperatura necessária para que um líquido libere vapor em quantidade suficiente para ser formada uma mistura inflamável. Não obstante, o ponto de fulgor não garante que essa mistura mantenha uma combustão contínua, caso seja iniciada por uma fonte de ignição esporádica.
Ponto de combustão: Menor temperatura na qual uma substância em contato com o oxigênio é inflamada, por uma fonte externa de ignição, e continua a queimar constantemente.
Densidade: fator que influencia na determinação da extensão e o comportamento de uma nuvem explosiva. Basicamente, quando a densidade do vapor for maior do que a densidade relativa do ar, ele deve se acumular nas regiões inferiores, logo, o risco de explosão é maior em locais próximos ao chão. Caso contrário, a nuvem explosiva se localiza em regiões superiores, o que ocasiona menor probabilidade de explosão, em casos de locais abertos e livres.
Temperatura de ignição: é entendida como a temperatura mínima necessária para que se dê o início de uma combustão. Ademais, ela depende de vários fatores, tais como: composição da mistura inflamável; dimensões do local; e tempo de duração do aquecimento.
MIC (Minimum Ignition Current): é a corrente mínima que gera uma centelha que, sob condições específicas, é capaz de causar a ignição de uma mistura inflamável.
2.4 NORMAS REGULAMENTADORAS E RESPONSABILIDADES
2.4.1 Normas regulamentadoras
As Normas Regulamentadoras (NR) relativas à segurança e medicina do trabalho, são de observância obrigatória pelas empresas privadas e públicas que possuam empregados regidos pela Consolidação das Leis do Trabalho (CLT). (BRASIL, 2009)
No que tange as atmosferas explosivas, referentes às instalações e serviços de eletricidade, a legislação determina, por meio da NR 10, que devem ser observados no projeto, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas e quaisquer trabalhos realizados nas suas proximidades, as normas técnicas oficiais estabelecidas pelos órgãos competentes e, na falta destas, as normas internacionais cabíveis.
Com relação ao prontuário das instalações elétricas (a NR 10 exige a sua existência em estabelecimentos com carga instalada superior a 75 kW), são algumas itens necessários em se tratando de áreas classificadas: (BRASIL, 2004)
certificações dos equipamentos e materiais elétricos em áreas classificadas; documentação comprobatória da qualificação (comprovação de conclusão de
curso específico na área elétrica reconhecido pelo Sistema Oficial de Ensino), habilitação (qualificado e com registro no competente conselho de classe), capacitação (treinado por profissional habilitado e autorizado; trabalha sob sua responsabilidade), autorização (habilitado ou capacitado com anuência formal da empresa) dos trabalhadores e dos treinamentos realizados;
relatório técnico das inspeções atualizadas com recomendações, cronogramas de adequações.
No que se refere à proteção contra incêndio e explosão a NR 10 estabelece as seguintes necessidades: (BRASIL, 2004)
Nas instalações elétricas de áreas classificadas ou sujeitas a risco acentuado de incêndio ou explosões, devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas Os serviços em instalações elétricas nas áreas classificadas somente poderão
ser realizados mediante permissão para o trabalho com liberação formalizada ou supressão do agente de risco que determina a classificação da área.
Materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas de ambientes com atmosferas potencialmente explosivas devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certificação.
Para atuar em áreas classificadas os trabalhadores deverão obrigatoriamente realizar um treinamento específico, de acordo com o risco envolvido. Segundo a ABPEx (2015), considerando que as normas que regulamentam os assuntos “Ex” no Brasil estão baseadas em normas internacionais, há uma tendência gradativa do assunto gestão em áreas classificadas ganhar cada vez mais espaço, fiscalização e abrangência. Ainda assim, há uma lacuna relativamente aberta no que se refere à certificação de profissionais que atuam nessas áreas (técnicos/engenheiros de segurança; projetista, técnicos, montadores, inspetores e supervisores de elétrica e instrumentação), portanto é uma pauta que tende a evoluir em todos os sentidos – regulamentação, fiscalização, etc.
A NR 20 faz referência aos requisitos mínimos para gestão de segurança em atividades que envolvem extração, produção, armazenamento, transferência, manuseio e manipulação de inflamáveis e líquidos combustíveis, que podem originar um incêndio ou explosão decorrentes do uso. Desta forma ela estabelece requisitos de projeto, construção e montagem, operação, manutenção e inspeção, análise de riscos, capacitação de trabalhadores.
2.4.2 Responsabilidades
Por lei, a empresa é responsável pela adoção e uso das medidas coletivas e individuais de proteção e segurança da saúde do trabalhador, devendo prestar informações pormenorizadas sobre os riscos da operação a executar e do produto a manipular, cabendo-lhe, ainda, (art. 157 da CLT) cumprir e fazer cumprir as normas de segurança e medicina do trabalho; e instruir os empregados, através de ordens de serviço, quanto às precauções a tomar no sentido de evitar acidentes do trabalho ou doenças ocupacionais. Devendo inclusive punir
o empregado que, sem justificativa, recusar-se a observar as referidas ordens de serviço e a usar os equipamentos de proteção individual fornecidos pela empresa.(art. 158 da CLT).
Em conformidade com a NR 1, são responsabilidades do empregador: (BRASIL, 2009)
“a) cumprir e fazer cumprir as disposições legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho;
b) elaborar ordens de serviço sobre segurança e saúde no trabalho, dando ciência aos empregados por comunicados, cartazes ou meios eletrônicos;
c) informar aos trabalhadores:
I. os riscos profissionais que possam originar-se nos locais de trabalho;
II. os meios para prevenir e limitar tais riscos e as medidas adotadas pela empresa;
III. os resultados dos exames médicos e de exames complementares de diagnóstico aos quais os próprios trabalhadores forem submetidos;
IV. os resultados das avaliações ambientais realizadas nos locais de trabalho.
d) permitir que representantes dos trabalhadores acompanhem a fiscalização dos preceitos legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho;
e) determinar procedimentos que devem ser adotados em caso de acidente ou doença relacionada ao trabalho.”
Cabe ao empregado: (BRASIL, 2009):
“ a) cumprir as disposições legais e regulamentares sobre segurança e saúde do trabalho, inclusive as ordens de serviço expedidas pelo empregador; b) usar o EPI fornecido pelo empregador;
c) submeter-se aos exames médicos previstos nas NR;
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas No caso de um acidente de trabalho, o empregador e seus agentes podem ser responsabilizados por suas ações, caso seja comprovada e existência do nexo causal entre a sua conduta e o resultado danoso ou entre o resultado danoso e a conduta que deveria ter sido adotada. Além do empregador, os integrantes do Serviço Especializado em Engenharia de Segurança e em Medicina do Trabalho (SESMT) e da Comissão Interna de Prevenção de Acidentes (CIPA), em caso de existência, podem responder judicialmente.
Os integrantes do SESMT possuem a obrigação legal de exercer os seus conhecimentos técnicos, cada um dentro da sua especialidade, em prol de promoção da saúde e proteção da integridade física dos trabalhadores no local de trabalho. Desta forma depois de estabelecido e avaliado os procedimentos adotados pela empresa no campo da segurança, é natural que seus integrantes respondam, quando dão causa ao acidente (seja por ação ou omissão), por culpa ou dolo.
A CIPA, por sua vez, tem por objetivos observar e relatar as condições de risco no ambiente de trabalho, solicitar medidas para eliminá-las ou reduzi-las junto ao SESMT, discutir acidentes já ocorridos, orientar e divulgar aos trabalhadores ações para prevenir acidentes de trabalho. Da mesma forma como no SESMT, os integrantes da CIPA podem dar causa ao acidente, seja por ação ou omissão.
A repercussão de um acidente de trabalho pode ocorrer na esfera penal, civil, previdenciário, trabalhista e ambiental, de forma o empregador e seus agentes responderem na medida de suas participações.
3 MOTORES ELÉTRICOS PARA APLICAÇÕES EM ÁREAS CLASSIFICADAS
3.1 APLICAÇÃO INDUSTRIAL
Atmosferas propícias a uma explosão podem ser encontradas nos mais diversos segmentos da indústria, como o setor petroquímico, alimentício, agronegócio, farmacêutico, têxtil, papel e celulose, usinas de açúcar e etanol, minas, etc. Por outro lado, os motores elétricos são existem em praticamente qualquer tipo de indústria, sendo que suas principais aplicações, de acordo com Holt (2011), são: bombas para movimentação de líquidos, compressores de ar e amônia, ventiladores e exaustores de gás e movimentação de cargas, conforme ilustra a Figura 7.
Figura 7: Distribuição da utilização de motores elétricos por uso final
Fonte: Holt (2011)
No setor do agronegócio, principalmente em unidades de recebimento de grãos, há aplicações de motores elétricos para acionamentos mecânicos envolvendo: sistema de aeração em silos e armazéns; ventiladores inseridos em máquinas de secagem; máquinas de pré-limpeza; movimentadores, esteiras transportadoras e elevadores de grãos; unidades hidráulicas em tombadores de caminhões. Já em fábricas de alimentos e bebidas, por exemplo, possuem máquinas operatrizes, que movimentam e executam operações com latas,
Bombas 19% Ventiladores 19% Compressores 32% Movimentação de Cargas 30%
Distribuição da Utilização de Motores
Elétricos por Uso Final
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas garrafas e outros objetos. Por sua vez, a indústria têxtil possui máquinas dedicadas, tanto para fiação como tecelagem, de tecnologia secular. Os setores de cimento, papel e celulose, químico, têm elevado número de bombas, compressores e ventiladores, assim como esteiras transportadoras, moinhos, agitadores, peneiras. Cerâmicas possuem misturadores, sopradores e esteiras transportadoras. Mineração, siderurgia e fabricação de metais em geral, além das bombas, compressores e ventiladores, há também moinhos, transportadores e máquinas específicas para atividades de laminação, tais como, corte e dobra. (GARCIA, 2003)
A presente monografia dará ênfase nos motores elétricos de indução trifásicos, com rotor em gaiola de esquilo, de baixa tensão (MEITRGE), tendo em vista a sua larga aplicação na indústria – de acordo com Americo (2003) correspondem a 75% dos motores existentes no Brasil – e, principalmente, no contexto de sua inserção em áreas classificadas.
3.2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DE MEITRGE
Os motores elétricos inseridos em áreas classificadas, independente das aplicações industriais e do agente de risco envolvido, devem ser providos de características técnicas tais que evitem uma suposta ignição (e posteriormente uma explosão), seja ela causada por faíscas internas, centelhamentos oriundos das conexões elétricas ou mesmo em função da alta temperatura de operação. Evidentemente que, de acordo com as áreas que apresentam atmosferas explosivas, há motores com características técnicas e especificações construtivas específicas para atendimento de situação de risco. Desta forma, nos próximos subitens são apresentados os conceitos envolvendo EPL, aprofundados em descrições de invólucros de proteção, classes de temperatura, grau de proteção e marcações de motores elétricos.
Não será apresentado o princípio de funcionamento do MITRGE, tendo em vista que não é foco do trabalho entrar em conceitos físicos e eletromagnéticos do mesmo.
3.2.1 Equipment Protection Level (EPL)
A norma ABNT IEC 60079-14 (2009) estabelece procedimentos e metodologias para seleção de equipamentos elétricos baseados nos conceitos de EPL. Tal proposta,
implementada em 2009, propôs uma maneira alternativa e simplificada de especificar equipamentos elétricos para áreas classificadas. Até então a escolha do tipo de proteção em função da área era exclusivamente baseada numa correspondência biunívoca entre o tipo de proteção e a respectiva zona, no entanto com a nova proposta pode-se levar em conta também uma análise de risco adicional, o que culmina em maior flexibilidade na seleção de equipamentos, bem como pode resultar em proteção mais efetiva. Para Bulgarelli (2009), a normativa antiga estabelecia uma relação rígida e pré-determinada, nem sempre traduzida em eficácia.
O símbolo utilizado para identificação do EPL consiste de uma primeira letra, em maiúsculo, designando o local da instalação, da seguinte forma: M (correspondendo Mining); G (correspondendo Gas) ou D (correspondendo Dust). Na sequência, é designado o nível de proteção proporcionado, através de uma segunda letra, em minúsculo, designando, onde: a (considerado muito alto), b (considerado alto) ou c (considerado elevado). A Tabela 3 ilustra a identificação do EPL.
Tabela 3: Designação do Equipment Protection Level – EPL
Primeira letra do EPL Local de instalação
Segunda letra do EPL Nível de proteção
Sigla Significado Sigla Significado
M Minas de carvão a Muito alto
G Gás b Alto
D Poeiras combustíveis c Elevado
Fonte: Autoria própria, referenciando-se em ABNT IEC 60079-14 (2009)
Assim, para efetuar a especificação de um equipamento elétrico, baseado na designação de EPL e em conformidade com a norma, deve-se seguir o fluxograma segundo a metodologia tradicional ou baseada em avaliação adicional de risco, de acordo com a Figura 8. Em resumo, define-se o risco em função do grupo e a zona pertencentes (ver definição no item 2.2.1.1), na sequência aplica-se uma das metodologias. Por exemplo: um motor elétrico é dimensionado para um pequeno sistema de bombeamento de petróleo, onde se supõe a existência de uma zona 1, logo em vista do grupo, especifica-se um equipamento Gb (método
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas Grupo II ou III Zona: - 0, 1 ou 2 - 20, 21 ou 22 Método tradicional: Zona 0 - EPL Ga Zona 1 - EPL Gb Zona 2 - EPL Gc Zona 20 - EPL Da Zona 21 - EPL Db Zona 22 - EPL Dc Método alternativo
Avaliação adicional de risco Ga - Gb - Gc
Da - Db - Dc
Definição do tipo de nível proteção do equipamento elétrico Grupo I ABNT NBR IEC 60079-10 ABNT NBR IEC 60079-14 Ma ou Mb
tradicional); contudo, considerando questões técnicas e/ou utilizando uma avaliação de gerenciamento adicional de risco, podem ser especificados tanto um equipamento Ga, quanto um Gc (método alternativo).
Figura 8: Fluxograma para definição do EPL
Fonte: Autoria própria, referenciando-se em Bulgarelli (2009)
No Brasil, a partir do ano de 2010, a portaria Nº 179 do INMETRO estabeleceu de caráter compulsório que todos os fabricantes de motores elétricos os quais são destinados à aplicação em áreas classificadas devem ter seus produtos certificados. Assim, verifica-se, através da Tabela 4, determinadas especificações de motores elétricos, sendo que estas são
subdivididas em função do EPL (tais características podem ser consultadas nos itens 3.2.2, 3.2.3, 3.2.4).
Tabela 4: Proteções de motores elétricos atreladas ao EPL
EPL Proteções
Ma -
Mb “Ex d”, “Ex e”, “Ex p”
Ga -
Gb “Ex d”, “Ex e”, “Ex de”, “Ex p”
Gc “Ex n”, “Ex p”
Da -
Db “Ex tb”, “Ex p”
Dc “Ex tb”, “Ex tc”, “Ex p”
Fonte: Autoria própria (2016) 3.2.2 Proteção
As proteções “Ex” são medidas de segurança específicas aplicadas ao equipamento elétrico, em se tratando do específico caso motores elétricos, a fim de evitar uma explosão em uma área classificada.
Há diversos métodos para prevenir uma ignição, que são baseados nas seguintes diretrizes: (PETROBRAS, 2002)
1. Confinamento: método para evitar a detonação da atmosfera explosiva, confinando a explosão em um compartimento capaz de resistir às condições adversas, de forma a bloqueá-la e não permitindo a sua propagação. Por exemplo: motor à prova de explosão (“Ex d”; ver subitem 3.2.2.1).
Especificações Técnicas de Motores Elétricos de Baixa Tensão para Aplicação em Áreas Classificadas 2. Segregação: técnica para separar fisicamente a fonte de ignição da atmosfera
explosiva. Por exemplo: motor dispondo de proteção por invólucro (“Ex t”; ver subitem 3.2.2.5); motor pressurizado (“Ex p”; ver subitem 3.2.2.3).
3. Supressão: adoção de medidas construtivas adicionais com o intuito de reduzir a probabilidade do equipamento se tornar uma fonte de explosão. Por exemplo: motor com segurança aumentada (“Ex e”; ver subitem 3.2.2.2); motor não acendível (“Ex n”; ver subitem 3.2.2.4).
4. Prevenção: método para controle da fonte de ignição de maneira a não produzir energia térmica e elétrica o suficiente para ocasionar a explosão. Por exemplo: controle de temperatura do motor elétrico (ver item 3.2.3).
5. Especial: característica especial.
3.2.2.1 À prova de explosão (“Ex d”)
Esse invólucro é considerado a técnica mais antiga de proteção, surgida no início do século XX, por isso é facilmente reconhecido e aplicado em muitas instalações. A sua abreviação é “Ex d”, sendo que a letra “d” provém de druckfest, do alemão: vedado à pressão. (RIBEIRO, 2004)
De acordo com a ABNT NBR IEC 60079-1 (2009), a proteção de motores ou equipamentos elétricos por invólucro à prova de explosão é definida por:
“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.” (ABNT NBR IEC 60079-1, 2009, p. 2.)
Desta forma, consiste em um sistema suficientemente resistente e vedado, de forma atuar em duas linhas de defesa: suportar uma pressão interna sem se romper e não propagar uma suposta explosão interna para o mesmo externo. A própria norma ABNT NBR IEC 60079-1 especifica os requisitos construtivos, materiais, requisitos de ensaios e critérios de aceitação para o projeto, fabricação, ensaios e certificação deste tipo de equipamentos para instalação em atmosferas explosivas.
A Figura 9 ilustra a representação simplificada de um equipamento com proteção à prova de explosão.
Figura 9: Representação simplificada de um invólucro à prova de explosão
Fonte: WEG (2015)
Para exercer tal proteção, é necessário que o motor atenda a normativa construtiva, que também inclui diversos critérios e conceitos técnicos. São algumas considerações de proteção “Ex d” para motores elétricos:
Zonas de uso: 1 e 2, desde que sejam adequados às características do risco. Condições do ambiente: normalmente projetado para temperatura na faixa de
-20ºC até 40ºC.
Materiais utilizados para fabricação dos invólucros podem ser: ferro fundido, ligas de alumínio e, onde a resistência à corrosão for necessária, latão, aço inoxidável.
Não possuem grau de proteção mínimo.
Da mesma forma como ocorre no projeto construtivo de um motor elétrico para adequações de temperatura (ver subitem 3.2.2), são levados em consideração para o correto desenvolvimento do produto para aplicação em áreas classificadas várias configurações de montagens, através do desenvolvimento de componentes utilizando simulação computacional (Figura 10), em se tratando de invólucros à prova de explosão. Além disso, são realizados testes e ensaios prévios de sobrepressão (antes mesmo de serem enviados para os órgãos certificadores, como que pode ser visualizado na Figura 11), de maneira a atender os
