FLÁVIO WACHOLSKI
IRENO ROBERTO LISBOA DE MIRANDA
MANUAL PARA INSTALAÇÃO ELÉTRICA E SEGURANÇA
DE EQUIPAMENTO DE AUTOMAÇÃO PARA POSTOS DE COMBUSTÍVEIS
CURITIBA 2004
MANUAL PARA INSTALAÇÃO ELÉTRICA E SEGURANÇA
DE EQUIPAMENTO DE AUTOMAÇÃO PARA POSTOS DE COMBUSTÍVEIS
Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do grau de Engenheiro do curso de Engenharia Industrial Elétrica – Ênfase em Eletrotécnica do Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná – CEFET-PR.
Orientador: Prof. Ney José Araújo Kloster, M.Sc.
CURITIBA 2004
FLÁVIO WACHOLSKI
IRENO ROBERTO LISBOA DE MIRANDA
MANUAL PARA INSTALAÇÃO ELÉTRICA E SEGURANÇA
DE EQUIPAMENTO DE AUTOMAÇÃO PARA POSTOS DE COMBUSTÍVEIS
Este Projeto Final de Graduação foi julgado e aprovado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná.
Curitiba, 23 de setembro de 2004.
______________________
Prof. Paulo Sérgio Walenia
Coordenador de Curso
Engenharia Industrial Elétrica - Eletrotécnica
______________________
Prof. Ney José Araújo Kloster, M.Sc.
Orientador de Projeto Final de Graduação Engenharia Industrial Elétrica - Eletrotécnica
______________________
Prof. Ivan Colling, Dr.
Coordenador de Projeto Final de Graduação Engenharia Industrial Elétrica - Eletrotécnica
______________________
Prof. Álvaro Peixoto de Alencar Neto, M.Sc.
Membro da Banca de Projeto Final de Graduação Engenharia Industrial Elétrica - Eletrotécnica
______________________
Prof. Júlio César Nitsch, M.Ed.
Membro da Banca de Projeto Final de Graduação Engenharia Industrial Elétrica - Eletrotécnica
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Ney José Araújo Kloster, pela orientação, apoio e incentivo no desenvolvimento e aperfeiçoamento deste trabalho.
Aos Professores Álvaro Peixoto de Alencar Neto e Júlio César Nitsch, participantes da banca, pelas contribuições que foram de grande valia para a finalização do projeto.
Ao Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná, pela oportunidade de realização deste projeto.
À empresa XPert Brazil Empreendimentos Eletrônicos Ltda, pelo apoio à pesquisa.
À Professora Andrea de Miranda, por seu auxílio, em especial na programação visual do manual.
Aos profissionais que contribuíram com suas experiências.
Aos familiares que sempre estivam presentes por meio de seu apoio, tolerância e carinho.
E a todos aqueles que, de maneira direta ou indireta, contribuíram para a realização deste trabalho.
“Aprender é a única coisa que a mente nunca se cansa.”
Leonardo da Vinci
RESUMO
O presente trabalho tem como escopo o desenvolvimento de um estudo com a finalidade de desenvolver um manual técnico específico para a instalação elétrica de equipamentos de automação para postos de combustíveis. Toda a fundamentação aplicada na elaboração de seu conteúdo provém de estudos realizados sobre instalações elétricas em atmosferas explosivas, com embasamento em normas e procedimentos existentes no Brasil e no exterior, particularmente, nos conceitos estabelecidos pela portaria do INMETRO no 121 de 24 de julho de 1996. Outro aspecto importante deste trabalho é que o manual pode ser utilizado por todos os envolvidos independentemente de consultoria externa.
Palavras-chave: instalação elétrica, segurança, postos de combustíveis
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
QUADRO 1 – GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – PRIMEIRO DÍGITO ... 20
QUADRO 2 – GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – SEGUNDO DÍGITO ... 21
QUADRO 3 – SIGNIFICADO DOS ELEMENTOS DESIGNATIVOS DO GRAU DE PROTEÇÃO... 22
QUADRO 3 – SIGNIFICADO DOS ELEMENTOS DESIGNATIVOS DO GRAU DE PROTEÇÃO... 23
QUADRO 6 – DETERMINAÇÃO DO TIPO DE PRESSURIZAÇÃO (PX, PY OU PZ)... 27
QUADRO 7 – GRUPO DE MATERIAIS EM FUNÇÃO DO CTI... 36
QUADRO 8 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ESCOAMENTO, ISOLAÇÃO E SEPARAÇÃO ... 36
FIGURA 1 – AUTOXPERT (SOFTWARE) – CONTROLE DE CLIENTES ... 48
FIGURA 2 – AUTOXPERT (HARDWARE) – CONSOLE ATX 88 ... 49
FIGURA 3 – AUTOXPERT (HARDWARE) – CONSOLE ATXE... 50
FIGURA 4 – TOMADA TRIPOLAR ... 52
FIGURA 5 – CONSOLE AUTOXPERT ... 53
FIGURA 6– TUBULAÇÃO SEALTUBO DO POSTO BEM BOM (POTENCIAL) – PARANAGUÁ ... 55
FIGURAS 7 E 8 – CONEXÃO DA BOMBA COM UNIDADE SELANTE FECHADA E ABERTA DO POSTO BEM BOM (POTENCIAL)– PARANAGUÁ ... 55
FIGURA 9 – CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO DO POSTO BEM BOM (POTENCIAL) – PARANAGUÁ ... 56
FIGURA 10 – TUBO FLEXÍVEL METÁLICO DO POSTO SOCIAL (ALE) – CURITIBA... 57
FIGURAS 11 E 12 – CONEXÃO DA BOMBA COM UNIDADE SELANTE FECHADA E ABERTA DO POSTO SOCIAL (ALE) – CURITIBA... 57
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira das Normas Técnicas API American Petroleum Institute
CTI Índice Comparativo de Resistividade Superficial GNV Gás Natural Veicular
IEC International Eletrotechnical Commission
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
NR-10 Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho – serviços em eletricidade NEC National Electrical Code
NEMA National Eletrical Manufactures Association
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
µJ micro Joule
A Ampere
A/h Ampere por hora ca corrente alternada cc corrente contínua cm2 centímetros quadrados cm3 centímetros cúbicos d.d.p. diferença de potencial Icc corrente de curto circuito Idyn corrente com esforço mecânico Ith corrente térmica
IP Índice de Proteção kgf quilograma força kV quilo Volt MΩ Mega Ohm mA mili Ampere
MIC Corrente Mínima de Ignição mm milímetros
mV mili Volts ºC graus Celsius PC personal computer
TC Transformador de Corrente te tempo
TP Transformador de Potência Vac tensão corrente alternada Vdc tensão corrente contínua
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 10
1.1 PROBLEMA DE ENGENHARIA ... 11
1.2 JUSTIFICATIVA... 11
1.3 OBJETIVOS ... 12
1.3.1 Objetivo Geral... 12
1.3.2 Objetivos Específicos ... 12
1.4 METODOLOGIA APLICADA... 13
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO... 144
2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 15
2.1 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS COM ATMOSFERA EXPLOSIVA... 15
2.1.1 Introdução ... 15
2.1.2 Classificação das áreas de risco ... 16
2.1.2.1 Definições conforme API RP500 e NEC NFPA 497... 17
2.1.2.2 Definições conforme ABNT - NBR 5418 e IEC 79 ... 19
2.2 GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS... 19
2.2.1 Nova terminologia para grau de proteção... 22
2.3 TIPOS DE PROTEÇÃO... 23
2.3.1 Prova de explosão – Ex d ... 24
2.3.2 Segurança aumentada – Ex e ... 25
2.3.2.1 Caixas contendo terminais ... 25
2.3.3 Equipamentos pressurizados – Ex p... 26
2.3.4 Equipamento elétrico encapsulado – Ex m... 28
2.3.4.1 Características construtivas ... 29
2.3.4.2 Proteção de Baterias ... 30
2.3.4.3 Proteção de fusíveis... 30
2.3.5 Equipamentos e dispositivos de segurança intrínseca – Ex i... 30
2.3.5.1 Categoria dos equipamentos de segurança intrínseca ... 32
2.3.5.2 Barreiras de segurança... 33
2.3.6 Equipamentos elétricos não acendíveis – Ex n... 34
2.3.6.1 Características dos equipamentos elétricos para Ex n... 37
2.3.7 Proteção especial – Ex s ... 39
2.4 FILOSOFIA DA INSTALAÇÃO ... 40
2.4.1 Exigências específicas por equipamentos para aplicação em áreas da Classe I, Divisão 1 e 2 ... 43
2.4.1.1 Chaves, disjuntores, demarradores de motores e fusíveis ... 43
2.4.1.2 Medidores, instrumentos e relés ... 44
3 CARACTERIZAÇÃO DO OBJETO DE ESTUDO .Erro! Indicador não definido. 3.1 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS... 47
3.2 GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS... 48
3.3 O AUTOXPERT ... 48
3.4 VISITAS TÉCNICAS ... 54
4 ESTRUTURA DO MANUAL PARA INSTALAÇÃO ELÉTRICA E
SEGURANÇA DE EQUIPAMENTOS DE AUTOMAÇÃO PARA POSTOS
DE COMBUSTÍVEIS. ... 59
4.1 LAYOUT E PROGRAMAÇÃO VISUAL... 59
4.2 SUMÁRIO ... 59
4.3 INTRODUÇÃO ... 59
4.4 NORMAS APLICADAS... 59
4.5 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS... 60
4.6 TUBULAÇÕES ... 60
4.7 ESCOLHENDO O MELHOR CAMINHO (LAYOUT) ... 60
4.8 CONEXÃO COM AS BOMBAS ... 60
4.9 MATERIAIS PARA AS INSTALAÇÕES NAS BOMBAS ... 61
4.10 INSTALAÇÃO DO COMPUTADOR E DO CONSOLE/CBC ... 61
4.11 RECOMENDAÇÕES FINAIS ... 61
4.12 NR-10 ... 61
4.13 CHECK-LIST ... 62
5 CONCLUSÃO ... 63
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 65 ANEXOS
1 INTRODUÇÃO
Em projetos elétricos para postos de combustíveis, os engenheiros responsáveis pela elaboração dos mesmos devem atentar para os riscos de explosão que o ambiente pode proporcionar, quanto à especificação de equipamentos a serem utilizados em ambientes com atmosferas explosivas. As conseqüências de um serviço mal executado ou o uso de material de baixa qualidade podem acarretar grandes prejuízos financeiros, como é o caso de incêndios causados por curtos-circuitos, ou danos irreversíveis em máquinas e equipamentos e, em alguns casos, até a morte de pessoas em decorrência do contato com a eletricidade.
A aprovação do código de defesa do consumidor obrigou os fabricantes a fornecerem produtos que estejam em conformidade com as normas técnicas em vigor, o que gerou maior segurança nas relações comerciais (Kloster, 2003), sob pena de terem que indenizar os compradores em caso de danos causados por produtos fora de especificação. Ao mesmo tempo, fontes de financiamento estão exigindo que os fornecedores de serviços invistam na qualificação de seus funcionários e, ainda, que tenham os procedimentos de serviços padronizados conforme normalização, pois é esta que promove “a otimização da economia, levando em consideração as condições funcionais e de segurança” (Kloster, 2003, p. 33).
Trabalhando em parceria com canais de distribuição em diferentes regiões do Brasil, a empresa XPert Empreendimentos Eletrônicos Ltda, com sede em Pato Branco – PR, que fornece soluções integradas (software w hardware) para automação e gerenciamento de postos de combustíveis e lojas de conveniência, ramo este que vem crescendo devido à otimização dos serviços, busca enquadrar-se nesta nova visão das relações comerciais, tendo como premissa que:
“A normalização é uma das ferramentas básicas da qualidade, proporciona os meios necessários para a adequada troca de informações entre o cliente e o fornecedor, permitindo estabelecer ou eliminar Barreiras Técnicas comerciais” (Kloster, 2003, p. 32).
Com essa preocupação a empresa XPert Empreendimentos Eletrônicos Ltda tem investido no desenvolvimento de instrumentos de orientação aos técnicos, visando garantir qualidade nas instalações prevenindo assim possíveis riscos.
1.1 PROBLEMA DE ENGENHARIA
Frente ao contexto acima apresentado e por meio de levantamento documental de normas relacionadas às instalações elétricas em atmosferas explosivas, surgiu a seguinte questão: como organizar essas normas para que tanto os técnicos instaladores quanto os clientes proprietários de postos de combustíveis, pudessem ter uma orientação, em uma linguagem acessível, para que possibilitasse um acompanhamento seguro das instalações dos equipamentos? E ainda outra questão: que etapas seriam necessárias para se chegar a um documento que satisfizesse os requisitos acima apontados?
1.2 JUSTIFICATIVA
Sendo os postos de combustíveis áreas com grande risco de explosão em razão da forte concentração de vapores inflamáveis formados a partir do manuseio de produtos combustíveis, é necessário atentar para alguns cuidados essenciais que visam manter a segurança das instalações e principalmente a integridade física das pessoas que por eles transitam, sendo que qualquer descuido pode ocasionar um grave acidente e causar sérios problemas à comunidade.
Em razão da necessidade de aprimorar cada vez mais seus serviços, a XPert por atuar em um seguimento que merece especial atenção, tem a necessidade de padronização das instalações elétricas de seu sistema de automação para postos de combustíveis, o AutoXpert, através de manual técnico específico que poderá ser utilizado por:
- Instaladores, que tendo o manual em mãos sigam as instruções de instalação contidas nele e verifiquem as condições e os equipamentos que estão sendo utilizados;
- Clientes, que possam seguir através de um check list todos os requisitos que são necessários para o correto funcionamento do equipamento, tendo assim um documento de garantia de que as instalações estão de acordo com as especificações apresentadas;
- Empresa, que com a existência do manual técnico, além de minimizar o risco de acidentes, atende à necessidade de se resguardar juridicamente perante seus clientes, em caso de ações que questionem o mau funcionamento do equipamento;
- Engenheiro projetista, que poderá utilizar o manual como material de apoio para a execução do projeto elétrico.
Assim, com um manual confeccionado para as instalações elétricas e segurança de equipamentos de automação para postos de combustíveis, fazendo uso de uma linguagem acessível, não só o instalador e o cliente podem verificar se as instalações estão de acordo com as normas técnicas nele especificadas, mas também poderá ser utilizado como material de apoio para engenheiros que venham a desenvolver um projeto elétrico para postos de combustíveis, pois auxiliará ao engenheiro a identificação dos pontos críticos da instalação e a utilização de equipamentos, possibilitando assim fazer um memorial descritivo e uma lista de materiais com maior segurança e eficiência.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
Este trabalho visa definir através de estudos sobre instalações elétricas em atmosferas explosivas, com embasamento em normas e procedimentos existentes no Brasil e no exterior, padrões mínimos de segurança, traduzidos em um manual técnico específico para a instalação elétrica de equipamentos de automação para postos de combustíveis.
1.3.2 Objetivos Específicos
- Realizar um estudo detalhado sobre áreas classificadas e índices de proteção de equipamentos elétricos por meio de normas que abordam o assunto;
- Estudar o funcionamento e a aplicação do equipamento AutoXpert a partir de fontes de informação fornecidas pela empresa Xpert;
- Fazer um levantamento das instalações elétricas para o sistema de automação para postos de combustíveis;
- Confeccionar um manual de instalações e segurança de equipamentos de automação para postos de combustíveis.
1.4 METODOLOGIA APLICADA
Foram realizadas consultas em normas e bibliografias referentes a áreas classificadas e índices de proteção de equipamentos elétricos, estas consultas se deram através de visitas a bibliotecas, internet e a amigos que disponibilizaram algumas normas, pois estas só são acessadas se forem compradas junto aos órgãos que as publicam.
Com o contato com a empresa XPert foi solicitada documentação sobre o equipamento para o qual foi desenvolvido o estudo, foram realizadas reuniões com o engenheiro responsável da empresa para a coleta desses materiais.
Com o intuito de complementar e ampliar o estudo bibliográfico e documental, acompanhou-se e fez-se um levantamento dos procedimentos das instalações elétricas que o equipamento necessita para o seu correto funcionamento. Para isso, foram realizadas três visitas técnicas em postos de combustíveis, uma em Curitiba e duas na cidade de Paranaguá, junto de um técnico que realiza as instalações do equipamento, as quais possibilitaram a troca de informações técnicas, sendo que a experiência profissional de nossa equipe possibilitou uma melhor vivência sobre os serviços de instalações elétricas. Assim sendo, as visitas tinham como objetivo fornecer dados complementares aos estudos teóricos e não o de fazer um levantamento estatístico do estado das instalações existentes em postos de combustíveis.
A partir de todas as informações obtidas, com muitas intervenções e mudanças, desenvolveu-se o manual para instalação elétrica e segurança de equipamentos de automação para postos de combustíveis.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
Após o capítulo introdutório, em que se apresentam a justificativa, o problema de engenharia, os objetivos e a metodologia aplicada, passa-se ao capítulo que discorre sobre o referencial teórico.
No capítulo 2, referencial teórico, é feita uma abordagem dos assuntos relevantes ao trabalho proposto. No início é apresentado material sobre áreas classificadas e um apanhado de informações sobre instalações elétricas em ambientes explosivos. Depois, aborda-se o assunto sobre segurança de equipamentos elétricos, seguido-se de considerações baseadas no NEC, que dizem respeito aos procedimentos que visam evitar ocorrência de simultaneidade de centelhamento, baseadas em cruzamentos de probabilidade.
No capítulo 3, caracterização do objeto de estudo, são relatadas as visitas técnicas realizadas em postos de combustíveis que possibilitaram o levantamento de dados das instalações existentes para o cruzamento com as informações e orientações levantadas no referencial teórico. Encontra-se também um detalhamento sobre o hardware do AutoXpert, mostrando a sua composição e detalhando melhor sua aplicabilidade.
No capítulo 4 é apresentada a estrutura do manual para instalação elétrica e segurança de equipamentos para automação de postos de combustíveis, propósito central desta pesquisa.
No capítulo 5, tecem-se as conclusões e sugestões para estudos futuros.
Por fim, as Referências e os Anexos são apresentados, destacando-se o manual desenvolvido em formatação independente.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS COM ATMOSFERA EXPLOSIVA
2.1.1 Introdução
Uma instalação onde produtos inflamáveis são continuamente manuseados, processados ou armazenados necessita, obviamente, de cuidados especiais, que garantam a manutenção do patrimônio e preservem a vida humana.
Os equipamentos elétricos, por sua própria característica, podem representar fontes de ignição quer seja pelo centelhamento normal, devido à abertura e fechamento de contatos, ou por superaquecimento de algum componente, superaquecimento esse intencional ou ainda causado por correntes de defeito.
Para tornar possível, com mínimo risco, a operação dos equipamentos em atmosferas sujeitas à presença de mistura explosiva, foram desenvolvidas técnicas especiais segundo normas internacionais e de portarias do INMETRO, no caso do Brasil, pertinentes não só aos critérios construtivos dos equipamentos, mas também à determinação do grau de periculosidade que é esperado existir nos locais da instalação.
No que se refere aos equipamentos, são aplicadas medidas construtivas, visando sempre impedir que a atmosfera ao redor dos mesmos seja inflamada. Isto é conseguido de várias maneiras, como por exemplo, eliminando-se pelo menos uma das condições necessárias para haver uma explosão e/ou incêndio (ar combustível/fonte de ignição), ou ainda pela construção de invólucros capazes de confinar em seu interior uma eventual explosão. Desta e de outras medidas, nasceram “os conceitos de equipamentos “à prova de explosão”, “imersos em óleo”, “segurança intrínseca”, “segurança aumentada”, etc.” (JORDÃO, 2002, p.20)
É importante ressaltar que a garantia que o equipamento possui (as características de segurança especificadas) é obtida a partir de ensaios especiais, realizados em laboratórios reconhecidos para esse fim, cabendo a estes a emissão de um certificado de conformidade (documentos que atestem a concordância construtiva do equipamento com a respectiva norma de fabricação).
Conforme Jordão (2002), quanto ao local da instalação, é necessário a análise de diversos fatores, conforme abaixo mencionados, que possibilitam avaliação do grau de risco encontrado, bem como a delimitação das áreas sujeitas a riscos. Essa avaliação, ainda segundo Jordão (2002), é feita levando-se em conta principalmente:
a) O tipo de substância inflamável – gás, vapor poeira, fibra;
b) Propriedades das substâncias inflamáveis, tais como: ponto de fulgor; temperatura de ignição; limites de explosividade; densidade de vapor, etc.;
c) Condições ambientais (ventilação natural, temperatura, altitude, presença ou não de agentes corrosivos na atmosfera, etc.);
d) Tipos e características dos equipamentos de processo onde estas substâncias se encontram presentes (bombas, tanques, vasos, compressores, etc.), bem como os volumes e as pressões a eles associados.
2.1.2 Classificação das áreas de risco
“Classificar uma área, (...), significa elaborar um mapa que define, entre outras coisas, o volume de risco dentro do local onde pode ocorrer mistura inflamável.” (JORDÃO, 2002, p.39)
Antigamente este mapeamento era feito por eletricistas, devido ao fato de serem eles os responsáveis por introduzir no local a fonte de ignição. Em um primeiro instante, esta seria uma conclusão óbvia, porém não faz parte do conhecimento deste profissional a análise química e física dos componentes em suspensão no ambiente, e estabelecer se são perigosos ou não e qual o risco em função de sua concentração.
Diante desta dificuldade foram estabelecidas normas e recomendações aplicáveis a essas áreas no intuito de tornar fácil a classificação e mapeamento de toda região.
2.1.2.1 Definições conforme API RP500 e NEC NFPA 497 Classe I
São assim denominados os locais onde exista a probabilidade de formação de mistura explosiva de gases ou vapores. Conforme o tipo de gás ou vapor envolvido, essa classificação se subdivide nos seguintes grupos:
Grupo A: Atmosfera contendo acetileno.
Grupo B: Atmosfera contendo butadieno, óxido de eteno, hidrogênio, gases manufaturados contendo mais do que 30 % em volume de hidrogênio, óxido de propileno.
Grupo C: Atmosfera contendo acetaldeído, ciclopropano, eteno, éter dietílico, etc.
Grupo D: Atmosfera contendo acetona, amônia, benzeno, butano, álcool butílico, etano, etanol, acetato de etil, gasolina, heptanos, hexanos, gás natural, metanol, nafta de petróleo, propano, propanol, tolueno, estireno, etc.
Classe II
São assim denominados os locais onde existe a probabilidade de ocorrência de poeiras combustíveis. Conforme o tipo de poeira, essa classificação se divide nos seguintes grupos:
Grupo E: Atmosfera contendo poeiras metálicas, incluindo alumínio, magnésio e suas ligas comerciais e outros metais de características similares.
Grupo F: Atmosfera contendo poeiras não metálicas, porem condutoras de eletricidade, tais como carvão, grafite, coque, etc.
Grupo G: Atmosfera contendo poeiras não metálicas e não condutoras de eletricidade, tais como farinha de trigo, amido, leite e ovos em pó, temperos secos, cacau, etc.
Classe III
São assim denominados os locais onde exista a probabilidade de fibras ou partículas leves inflamáveis, tais como as dos seguintes materiais: raiom, algodão, juta, kapok, etc.
Divisão I
Divisão é um termo utilizado para definir maior ou menor probabilidade de ocorrência de uma atmosfera explosiva ou inflamável. Diz-se Divisão 1 quando o ambiente tem alta probabilidade de ocorrência de uma atmosfera inflamável e Divisão 2 para uma menor probabilidade. Este conceito é aplicado para as Classes I, II e III.
As áreas que apresentam uma das seguintes condições devem ser consideradas como Divisão 1.
a) Ocorrência continua, intermitente ou periódica de misturas explosivas ou inflamáveis em condições normais de operação;
b) Ocorrência freqüente de misturas explosivas ou inflamáveis devido a reparos de manutenção ou vazamentos;
c) Quando o defeito de um equipamento ou operação incorreta do mesmo provoca, simultaneamente o defeito em um equipamento elétrico e o surgimento de misturas explosivas ou inflamáveis.
Divisão II
As áreas que apresentam as seguintes condições devem ser consideradas como Divisão 2.
a) Quando o processamento e manuseio dos líquidos voláteis são feitos em sistemas fechados onde só podem escapar em caso de ruptura ou quebra acidental dos recipientes ou tubulações que os contêm, ou então, devido à operação anormal do equipamento;
b) Locais onde as misturas explosivas ou inflamáveis são evitadas empregando-se um sistema de ventilação mecânica positiva podendo se tornar perigosos apenas nos casos de falha do sistema de pressurização;
c) Locais adjacentes a áreas classificadas como Divisão 1, excetuando-se os casos em que a comunicação entre essas áreas seja evitada por paredes, barreiras ou sistemas de ventilação forçada.
2.1.2.2 Definições conforme ABNT - NBR 5418 e IEC 79
Estas normas referem-se à característica do equipamento elétrico quando da sua aplicação em atmosfera explosiva e/ou inflamável, sendo subdividido em:
Grupo 1 – Para minas susceptíveis à liberação de grisu;
Grupo 2 – Para aplicação em outros locais (indústrias de superfícies), sendo subdividido, conforme as características das substâncias envolvidas, em IIA, IIB, IIC, adiante relacionadas.
Zona 0 – Região onde há ocorrência de misturas inflamável e/ou explosivas e continua, ou existente por longos períodos (exemplo: região interna e acima da superfície de líquido inflamável, contido em tanques de armazenamento).
Zona 1 – São aquelas áreas em que a probabilidade de ocorrências de misturas inflamável e/ou explosiva está associada à operação normal do equipamento de processo.
Zona 2 – Locais onde a presença de misturas inflamáveis e/ou explosiva não é provável de ocorrer, e se ocorre, é por curtos períodos. Está associada à operação anormal do equipamento de processo.
2.2 GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
Independentemente do tipo de instalação em que será instalado o equipamento, é fundamental ao Engenheiro, conhecer e especificar os tipos de proteções inerentes a cada componente do sistema.
O grau de proteção é estabelecido através das normas:
- NBR 6146 – Invólucros de Equipamentos Elétricos – Proteção;
- NBR 9884 – Máquinas Elétricas Girantes – Graus de Proteção Proporcionados pelos Invólucros.
Atualmente o Grau de Proteção é designado através da sigla IP mais dois dígitos, o que indica que as normas acima mencionadas estão de acordo com as normas internacionais, não mais pela americana onde havia a designação NEMA (National Eletrical Manufactures Association). Os dígitos que vêm agregados à sigla IP, estão descritos nas tabelas a seguir.
QUADRO 1 – GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – PRIMEIRO DÍGITO PRIMEIRO DÍGITO
GRAU DE PROTEÇÃO DÍGITO
DESCRIÇÃO SUMÁRIA CORPOS QUE NÃO DEVEM
PENETRAR 0 Não protegido. Sem proteção especial.
1 Protegido contra objetos sólidos de dimensão maior do que 50mm.
Grande superfície do corpo humano como a mão. Nenhuma proteção contra penetração liberal.
2 Protegido contra objetos sólidos de dimensão maior do que 12mm.
Dedos ou objetos de comprimento maior do que 80mm cuja menor dimensão
>12mm.
3 Protegido contra objetos sólidos de dimensão maior do que 2,5mm.
Ferramentas, fios, etc. de diâmetro e/ou espessura maiores do que 2,5mm cuja menor dimensão >2,5mm.
4 Protegido contra objetos sólidos de dimensão maior do que 1,0mm.
Fios, fitas de largura maior do que 1,0mm, objetos cuja menor dimensão seja maior que 1,0mm.
5 Protegido contra poeira e contato a partes internas ao invólucro.
Não totalmente vedado contra poeira, mas se penetrar, não prejudica a operação do equipamento.
6 Totalmente protegido contra poeira e contato na parte interna.
Não é esperada nenhuma penetração de poeira no interior do invólucro.
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
QUADRO 2 – GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS – SEGUNDO DÍGITO SEGUNDO DÍGITO
GRAU DE PROTEÇÃO DÍGITO
DESCRIÇÃO SUMÁRIA CORPOS QUE NÃO DEVEM
PENETRAR
0 Não protegido. Sem proteção especial. Invólucro aberto.
1 Protegido contra queda vertical de gotas de água.
Gotas e água caindo da vertical não prejudicam o equipamento (condensação).
2 Protegido contra queda de água com inclinação de 15º com a vertical.
Gotas de água não tem efeito prejudicial para inclinação de até 15º com a vertical.
3 Protegido contra água aspergida. Água aspergida de 60º com a vertical não tem efeitos prejudiciais.
4 Protegido contra projeções de água.
Água projetada de qualquer direção não tem efeito prejudicial.
5 Protegido contra jatos de água. Água projetada por bico em qualquer direção não tem efeitos prejudiciais.
6 Protegido contra ondas do mar. Água em forma de onda, ou jatos potentes não tem efeitos prejudiciais.
7 Protegido contra os efeitos de imersão.
Sob certas condições de tempo e pressão, não há penetração de água.
8 Protegido contra submersão. Adequado à submersão contínua sob condições específicas.
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
Esta designação IP pode vir acrescida de um W, que significa que há, além das proteções descritas pelos números, uma especial e fruto de acordo entre o solicitante e o fabricante. Por exemplo, é comum o emprego da designação IPW 54, para ambientes onde a atmosfera é muito salina (JORDÃO, 2002).
2.2.1 Nova terminologia para grau de proteção
A partir de 2001, com a revisão da IEC 60529 – Degrees of Protection provided by Enclosures (IP code), ao código visto anteriormente foram acrescidos mais dois dígitos. Estes quando não forem obrigatórias suas indicações deverão ser indicados pela letra X, ou XX caso ambos forem suprimidos (JORDÃO, 2002).
A indicação passou a ser: IP 5 4 X X.
No quadro abaixo se descreve o significado dos dígitos segundo a nova revisão da norma.
QUADRO 3 – SIGNIFICADO DOS ELEMENTOS DESIGNATIVOS DO GRAU DE PROTEÇÃO
continua DÍGITO
CARACTERÍSTICO
IP SIGNIFICADO RELATIVO À PROTEÇÃO DO
EQUIPAMENTO
SIGNIFICADO RELATIVO A PROTEÇÃO DAS
PESSOAS Primeiro dígito
característico
0 1 2 3 4 5 6
Contra a penetração de corpos sólidos estranhos
Não Protegido Diâmetro = 50mm Diâmetro = 12,5mm Diâmetro = 2,5mm Diâmetro = 1,0mm Protegido contra pó Estanque a pó
Contra acesso a partes perigosas com:
Não protegido Dorso da mão Dedo
Ferramenta Fio
Fio Fio Segundo dígito
característico
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Contra a penetração de água com efeitos danosos
Não protegido
Gotas verticais de água Água (15º inclinação) Chuva
Água em todas as direções Jato d’água
Jato d’água potente Imersão temporária Submersão
______
QUADRO 3 – SIGNIFICADO DOS ELEMENTOS DESIGNATIVOS DO GRAU DE PROTEÇÃO
conclusão DÍGITO
CARACTERÍSTICO
IP SIGNIFICADO RELATIVO À PROTEÇÃO DO
EQUIPAMENTO
SIGNIFICADO RELATIVO A PROTEÇÃO DAS
PESSOAS Letra adicional
(Opcional)
A B C D E
______ Contra acesso a partes perigosas com:
Não protegido Dorso da mão Dedo
Ferramentas Fio
Letra Suplementar (Opcional)
H M S W
Informação suplementar referente a:
Equipamentos de alta tensão Movimento durante ensaio Estático durante ensaio Intempérie
______
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
O terceiro número, chamado de adicional, tem em sua indicação o reflexo do grau de dificuldade que se tem ao atingir partes interiores ao invólucro.
O quarto dígito, chamado de suplementar, tem a mesma função apresentada anteriormente pelo acréscimo da letra W, ou seja, indica uma proteção suplementar ao equipamento.
2.3 TIPOS DE PROTEÇÃO
Os tipos de proteção abordados aqui se limitam aos aplicados em atmosferas explosivas, sendo codificado como Ex, seguido de uma letra que define o tipo de proteção adotado.
A filosofia entre cada tipo de proteção varia, uns não permitem de forma alguma a combustão, outros trabalham com a limitação da explosão ocorrida e outros trabalham com a finalidade de reduzir ao máximo os riscos de explosão. O tipo adotado, depende da
classificação da área, mas isso será visto mais adiante. A seguir apresentam-se os tipos de proteção normalizados.
2.3.1 Prova de explosão – Ex d
“É todo equipamento que está encerrado em um invólucro capaz de suportar a pressão de explosão interna [sem se romper] e não permitir que essa explosão se propague para o meio externo.” (JORDÃO, 2002, p.176)
Esta forma de proteção para equipamentos em ambientes inflamáveis é uma técnica que consiste em um invólucro, que deve ser capaz de suportar explosões internas. Tal objetivo, é atingido com o uso de espessas paredes capazes de suportarem pressão e temperatura extremamente elevadas em seu interior.
Além disso, este invólucro deve ser capaz de impedir que a pressão interna seja expelida para fora, através dos tubos e conexões que estão ligados a ele. O fato de uma pressão a uma temperatura extremamente alta ser liberada no ambiente, pode, dependendo dos gases em suspensão e de sua concentração, provocar incêndios ou explosões.
Para que isso não ocorra, foi desenvolvido o conceito: Junta à Prova de Explosão (NBR 5363, 1998), que consiste em provocar um resfriamento do ar por meio de convecção, quando este sai de dentro do invólucro, para uma temperatura abaixo da temperatura de ignição dos gases suspensos no ambiente. Apesar da forte vedação presente, e do reforço através de parafusos, quando uma explosão é dada no interior deste invólucro, a pressão interna é tal, que ocorre uma deformação do material, a técnica está justamente em usar estes
“escapes” inevitáveis, e forçar através deles um resfriamento, por troca térmica entre o ar interno e as paredes do invólucro.
A norma que estabelece a forma construtiva para cada tipo de gás, os ensaios e os critérios para fabricação, no Brasil é a NBR 5363 (1998) – Equipamentos Elétricos para Atmosferas Explosivas – Invólucros a Prova de Explosão – Tipo de Proteção “d” – Especificações.
2.3.2 Segurança aumentada – Ex e
É um tipo de proteção em que as medidas construtivas adicionais são aplicadas aos
“equipamentos elétricos que por sua natureza não produzem arcos, centelhas ou alta temperatura em condições normais de operação” (JORDÃO, 2002, p.186), com o fim de torná-los ainda mais seguros.
O conceito de Segurança Aumentada, como o próprio nome já diz é elevar a segurança de equipamentos de tensão não superior a 11kV rms, expostos em ambientes explosivos. Estes equipamentos, como motores de indução, transformadores de controle e medição, etc., não são, em seu funcionamento normal, formadores de arco elétrico, ou altas temperaturas ou de qualquer outro meio que possa vir a provocar uma ignição. Estes equipamentos, além de seu correto dimensionamento, recebem uma proteção extra para que o risco de que sejam propiciadores de uma ignição seja ainda mais reduzida, chegando quase ao valor zero de possibilidade de isso ocorrer.
A idéia deste tipo de proteção se baseia nas perguntas: “Onde poderia haver produção de centelhas ou altas temperaturas?” e “Como evitar que possam ser produzidas?”. Isso mostra que a proteção por Segurança Aumentada está intimamente ligada ao estudo de possíveis falhas, ou seja, na prevenção.
Neste tipo de proteção, duas definições serão amplamente abordadas, assim são importantes seus corretos entendimentos.
- Distância de Isolação: menor distância medida no ar entre dois condutores;
- Distância de Escoamento: menor distância medida através da superfície isolante entre dois condutores.
Para cada equipamento há uma filosofia de proteção extra (Ex e) diferente, e que serão abordadas a seguir.
2.3.2.1 Caixas contendo terminais
A proteção aumentada para caixas contendo terminais é bastante simples. Sabendo-se que tanto os terminais quanto os condutores estão dissipando calor constantemente quando em operação, basta encontrar o terminal onde a temperatura é maior e dimensionar a caixa para
que suporte tal temperatura contendo os demais terminais dimensionados em relação ao que apresentar maior temperatura.
No interior do invólucro os condutores devem estar dispostos em chicotes, formando grupos de seis, onde o comprimento de cada condutor é metade do comprimento da diagonal medida no interior da caixa.
Os terminais, também recebem um cuidado especial para evitar que sejam soltos ou que ofereçam mau contato, devido à má instalação ou vibração. Para isso vários tipos de conectores são fabricados e encontrados com facilidade no comércio em geral.
A norma que estabelece os ensaios e os critérios para fabricação, no Brasil é a NBR 9883 (1995) – Equipamentos Elétricos para Atmosferas Explosivas – Segurança Aumentada – Tipo de Proteção “e” – Especificações.
2.3.3 Equipamentos pressurizados – Ex p
“Essa técnica consiste em manter presente, no interior do invólucro, uma pressão positiva superior à pressão atmosférica, de modo que se houver presença de mistura inflamável ao redor do equipamento esta não entre em contato com partes que possam causar ignição.” (JORDÃO, 2002, p.203)
Em um projeto de um sistema pressurizado devem ser observados fatores de proteção desde a fonte, passando pela tubulação até o invólucro. Como este sistema não necessita ser à prova de explosão, ele se torna uma alternativa interessante e até mais viável. Porém, caso ocorra alguma falha no sistema de pressurização, este sistema se torna extremamente vulnerável, por apresentar um invólucro simples em um ambiente explosivo.
A atual norma utilizada, a IEC 60079-2, apresenta três tipos de pressurização:
- px – Reduz a classificação no interior do invólucro pressurizado de Zona 1 para não classificada ou Grupo 1 para não classificada.
- py – Reduz a classificação no interior do invólucro pressurizado de Zona 1 para Zona 2.
- pz – Reduz a classificação no interior do invólucro pressurizado de Zona 2 para não classificada.
A escolha do tipo de proteção acima, pode ser feita com o auxílio dos dados da tabela abaixo:
QUADRO 6 – DETERMINAÇÃO DO TIPO DE PRESSURIZAÇÃO (PX, PY OU PZ) SUBSTÂNCIA
INFLAMÁVEL NO SISTEMA DE
CONTEÇÃO
CLASSIFICAÇÃO EXTERNA DA
ÁREA
O INVÓLUCRO POSSUI FONTE DE IGNIÇÃO INTERNA
O INVÓLUCRO NÃO POSSUI
FONTE DE IGNIÇÃO INTERNA Sem sistema de
contenção
Zona 1 Tipo pxa Tipo py
Sem sistema de contenção
Zona 2 Tipo pz Pressurização não
necessária
Gás ou vapor Zona 1 Tipo pxa Tipo py
Gás ou vapor Zona 2 Tipo px (e dispositivo de ignição não está locado na área de diluição)
Tipo pyb
Líquido Zona 1 Tipo pxa (inerte)c Tipo py
Líquido Zona 2 Tipo pz (inerte)c Pressurização não
necessária
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
Para a aplicação do tipo de proteção correto, três critérios devem ser analisados:
- Classificação de áreas existentes externamente ao invólucro a ser pressurizado;
- Se há internamente ao invólucro alguma fonte de risco de produto inflamável;
- Se há no interior do invólucro a ser pressurizado algum dispositivo capaz de provocar ignição de uma atmosfera potencialmente explosiva.
Para compreensão dos critérios de pressurização dos invólucros, a que se ter bem definido alguns parâmetros importantes ressaltados e prescritos nas normas.
A norma que estabelece os ensaios e os critérios para fabricação, no Brasil é a NBR 5420 (1988) – Equipamentos Elétricos para Atmosferas Explosivas –Tipo de Proteção “p” – Especificação.
2.3.4 Equipamento elétrico encapsulado – Ex m
“Tipo de proteção no qual as partes que podem causar a ignição da atmosfera explosiva estão imersas em uma resina suficientemente resistente às influências ambientais e de tal modo que a atmosfera explosiva não pode ser inflada quer seja por centelhamento, quer seja por alta temperatura que possa ocorrer no interior do encapsulamento.” (JORDÃO, 2002, p.212)
Esta proteção é definida pela norma IEC 60079-18 (1992), alguns itens são importantes serem definidos para melhor compreensão de sua filosofia, tais como:
- Resina: materiais termofixos, termoplásticos, resina epoxy e materiais elastométricos;
- Temperatura de Serviço contínuo da resina: temperatura máxima a que a resina pode ser submetida durante seu uso contínuo;
- Encapsulamento: processo em que se molda ou embute o equipamento elétrico com a resina.
- Moldagem: processo de embutimento no qual o molde permanece fixado ao equipamento elétrico.
2.3.4.1 Características construtivas
O encapsulamento dever ser feito sem volumes vazios, porém para equipamentos como relés, transistores, etc., são permitidos vazios na resina, na ordem de 100cm3. O conjunto para o encapsulamento dever ter resistência à temperatura de operação, à absorção de água e a d.d.p.
A temperatura de serviço do equipamento nunca deve superar o valor que afete as características do encapsulamento, para isso um dispositivo de proteção térmica dever ser adotado, a fim de impedir um acréscimo de temperatura além do aceitável.
Os contatos elétricos deverão ter um invólucro adicional antes do encapsulamento, sendo que, caso a corrente tenha valores iguais ou maiores de 16 A, o invólucro deverá ser de material inorgânico.
Os equipamentos elétricos encapsulados, ou com partes encapsuladas deverão estar dimensionados para uma corrente de curto-circuito que esteja impresso no corpo destes o valor da corrente de curto circuito provável.
A espessura da resina usada para o encapsulamento, entre a superfície livre e a dos componentes dever ser de no mínimo de 3mm, isso para equipamentos onde a superfície livre tem área maior do que 2cm2, caso contrário o valor mínimo para a espessura da resina é de 1mm.
Este mesmo limite de 1mm, pode ser encontrado em equipamentos cuja modelagem seja feita por materiais metálicos.
Como o equipamento protegido por este tipo de proteção deve ter contato com o ambiente externo, deve-se assegurar total vedação entre o equipamento e a atmosfera explosiva. Para isso o condutor que estará conectado ao equipamento, dever ter um comprimento mínimo de 5mm dentro do encapsulamento, e este condutor deve ser nu.
No Brasil a ABNT ainda não publicou nenhuma norma sobre este tipo de proteção.
Sendo assim, procura-se seguir a norma IEC 7918 (Electrical Apparatus for Explosive Gás Atmospheres – Incapsulation “m”) de 1992.
2.3.4.2 Proteção de Baterias
O encapsulamento de células, baterias e acumuladores só é permitido quando estes não emitem gases ou eletrólitos. Porém, até mesmo neste tipo de dispositivos, em caso de falha interna, gases e eletrólitos são liberados. Desta forma deve-se prever um meio de escape deste material. Um meio utilizado é um dispositivo na forma de plugue poroso ou por capilaridade do topo da célula ou bateria para a parte exterior do material encapsulante.
Outra recomendação feita, é quanto ao uso de elastômetros ao redor da célula, bateria ou acumulador para amenizar os efeitos de variação de volume devido à operação com carga.
2.3.4.3 Proteção de fusíveis
No caso de fusíveis a temperatura a que o encapsulamento deve resistir não é a de operação normal, mas sim a temperatura de fusão do elo. Outra característica, é o fato de que para evitar que parte do material encapsulante se misture a partes internas do fusível, este dever ser do tipo invólucro, por exemplo de vidro ou cerâmica.
2.3.5 Equipamentos e dispositivos de segurança intrínseca – Ex i
“Um circuito ou parte dele é intrinsecamente seguro quando o mesmo, sob condições de ensaio prescritas, não é capaz de liberar energia elétrica (faísca) ou térmica suficiente para, em condições normais (isto é, abrindo e fechando o circuito) ou anormais (por exemplo, curto-circuito, falta a terra), causar ignição de uma dada atmosfera explosiva” (JORDÃO, 2002, p.214).
A filosofia de proteção intrínseca é mais elaborada do que as até aqui abordadas. Ao invés de isolar o material em um invólucro ou conter a explosão dentro deste, esta abordagem ao contrário mantém o equipamento a ser protegido exposto, assim como os possíveis agentes ignitores gerados por ele (centelhas, temperatura, faísca, etc.).
É uma técnica onde o principal componente está no projeto, na concepção e dimensionamentos dos equipamentos. Todos concordam que para que haja combustão deve haver o combustível, o comburente e a energia. Mas é qualquer energia? Um papel, por exemplo, se incendeia com atrito? A resposta é não. Deve haver sim energia, mas uma quantidade mínima de energia deve ser disposta para que a ação ocorra, e é neste ponto em
que a proteção intrínseca está baseada. Por exemplo, estudando um ambiente conclui-se que o componente mais perigoso no local é o hidrogênio, o qual necessita de uma energia mínima de 20µJ para que ele possa ser inflamado. Os projetistas, de posse deste dado devem certificar-se de que todo equipamento instalado no interior deste ambiente não possua liberação de energia superior a 20µJ. Quer dizer que é possível ter faísca no interior de uma sala onde haja hidrogênio? Possivelmente, desde que a energia desprendida pela faísca seja menor que o valor mínimo de ignição do hidrogênio.
Uma vantagem desta técnica está no fato de tornar os equipamentos mais leves e livres de limitações, que seriam impostas pelos invólucros e outros meios de proteção, porém implica numa maior atenção nos cuidados na confecção dos equipamentos, tornando-os quase que únicos.
Este tipo de proteção está embasado na NBR 8447 (1990) e na IEC 60079-11, onde algumas definições são importantes estarem bem claras:
a) Equipamento Elétrico
Montagem de circuitos e componentes elétricos normalmente contidos num mesmo invólucro.
b) Equipamento de Segurança Intrínseca
Equipamento elétrico no qual todos os circuitos são circuitos intrinsecamente seguros.
c) Equipamento Associado
Equipamento que possui tanto partes com segurança intrínseca, como partes sem esta.
Porém de tal forma que a parte que não possui segurança intrínseca não prejudique a parte protegida.
d) Operação Normal
Operação de um equipamento de segurança intrínseca ou seu associado quando atua elétrica e mecanicamente de acordo com as especificações produzidas por seu fabricante.
e) Falha
Defeito de qualquer componente, que venha a afetar diretamente o funcionamento correto da proteção intrínseca.
f) Falha Contável
Falha que ocorre em partes do equipamento elétrico em conformidade com as regras de construção desta norma (IEC 60079-11).
g) Falha não-Contável
Falha que ocorre em partes do equipamento elétrico não em conformidade com as regras de construção desta norma (IEC 60079-11).
h) Componente Infalível ou Conjunto Infalível de Componentes
São componentes que devido à baixa probabilidade de que certas falham ocorram, se dizem infalíveis.
i) Equipamentos Simples
Componentes elétricos ou conjuntos destes, de construção simples e com seus parâmetros elétricos bem definidos, e que não atuem adversamente com a segurança intrínseca do ambiente a que será usado. Como exemplo de equipamentos simples, pode-se citar os termopares, diodos, termorresistências, chaves e terminais.
j) Corrente Mínima de Ignição (MIC)
Mínima corrente circulante em um circuito resistivo ou indutivo capaz de provocar a ignição de uma atmosfera explosiva.
2.3.5.1 Categoria dos equipamentos de segurança intrínseca
Conforme a NBR 8447 (1990), os equipamentos elétricos de segurança intrínseca podem ser classificados em dois tipos, os de categoria “ia” ou “ib”, desta forma:
- Categoria ia – são os equipamentos que quando sujeitos à máxima tensão que pode ser aplicada à conexão não intrinsecamente segura do equipamento associado sem invalidar o tipo de proteção, e a máxima tensão (pico Vac ou Vdc) aplicada aos bornes de entrada de circuito de segurança intrínseca, não são capazes de causar uma ignição nas seguintes condições:
a) em operação normal e com a aplicação das falhas não contáveis que levem às condições mais desfavoráveis.
b) em operação normal e a aplicação de uma falha contável e as falhas não contáveis que levem às condições mais desfavoráveis.
c) em operação normal e com a aplicação de duas falhas contáveis e as falhas não contáveis que levem às condições mais desfavoráveis.
- Categoria ib - são os equipamentos que quando sujeitos a máxima tensão que pode ser aplicada à conexão não intrinsecamente segura do equipamento associado sem invalidar o tipo de proteção, e a máxima tensão (pico Vac ou Vdc) aplicada aos bornes de entrada de circuito de segurança intrínseca, não são capazes de causar uma ignição nas seguintes condições:
a) em operação normal e com a aplicação das falhas não contáveis que levem às condições mais desfavoráveis.
b) em operação normal e a aplicação de uma falha contável mais as falhas não contáveis que levem às condições mais desfavoráveis.
2.3.5.2 Barreiras de segurança
São elementos de isolação, com a finalidade de separar os circuitos de segurança intrínseca dos de não segurança intrínseca. A finalidade principal desta barreira é assegurar que a energia entregue ao circuito protegido, esteja abaixo do valor mínimo de ignição do material contido no ambiente (NBR 8447, 1990).
Os componentes que geralmente são utilizados para este fim, são os diodos Zener, devido a sua característica de que quando a tensão imposta sobre eles supera um determinado valor intrínseco a cada diodo, este passa a conduzir como um curto, cortando a passagem de
corrente para o circuito. Um detalhe que deve ser ressaltado durante a especificação dos componentes semicondutores, é que eles sejam capazes de suportar até 1,5 vezes o valor da corrente de curto-circuito que poderia fluir em seu ponto de instalação (NBR 8447, 1990).
2.3.6 Equipamentos elétricos não acendíveis – Ex n
“Este tipo de proteção é aplicável a equipamentos elétricos que, em condições normais de operação e sob certas condições anormais especificadas, não seja capaz de causar a ignição da atmosfera explosiva de gás reinante no ambiente, bem como não é provável que ocorra uma falha capaz de causar a ignição dessa atmosfera” (JORDÃO, 2002, p.234).
Sistema de proteção baseado na norma internacional IEC 60079-15 (1987), Electrical apparatus for explosive gas atmosphere, podem ser aplicados em Zona 2.
Para este tipo de proteção são adotadas as definições que seguem:
a) Invólucro com Respiração Restrita
Invólucro projetado para restringir a entrada de gases, vapores e névoa.
b) Componente não Acendível
Componente responsável pela abertura e fechamento de um circuito capaz de provocar a ignição do ambiente, mas sendo o mecanismo de abertura construído de tal forma que não seja capaz de causar a ignição de uma atmosfera explosiva.
c) Dispositivo Encapsulado
Dispositivo totalmente imerso em um material que isole totalmente este da atmosfera externa.
d) Dispositivo de Interrupção Blindado
Dispositivo dotado de uma chave capaz de permitir ou não a circulação de corrente para o circuito, e que em caso de explosão interna, seja capaz de suportar tal liberação de energia e não permitir que esta seja lançada na atmosfera externa.
e) Equipamento com Energia Limitada
Equipamento elétrico construído de forma a que qualquer centelha, faísca ou temperatura irradiada ou conduzida seja incapaz de inflamar o ambiente.
f) Dispositivo Hermeticamente Selado
Dispositivo construído de forma a impedir que a atmosfera externa entre no invólucro, sendo este selado através de fusão.
g) Dispositivo Selado
Dispositivo construído para não ser aberto em serviço e é selado contra a entrada da atmosfera externa.
Os invólucros para este tipo de segurança devem ser IP 54 onde houver partes vivas nuas ou IP 44 onde houver partes vivas isoladas.
Os componentes que podem ser responsáveis por ignição podem ser montados:
- Totalmente dentro do invólucro;
- Totalmente fora do invólucro;
- Parcialmente dentro do invólucro.
Um ponto que merece uma atenção especial, são as conexões. Estas devem ser feitas com pressão tal que permaneça estável durante a operação normal. Devem ter tratamento para que não sejam afetadas por variações de temperatura, umidade e outras condições que possam vir a prejudicar a proteção.
O ponto essencial das conexões é manter os contatos livres para que a pressão entre os contatos seja mantida, evitando assim, centelhamentos.
Outro ponto que deve ser observado, é a distância entre partes condutoras cujo potencial seja diferente. Este cuidado evita descargas e arcos indesejados. Para conexões externas, a distância de isolação deve estar de acordo com o quadro 8, mas respeitando o valor mínimo de 1,5mm.
Os valores requeridos para distâncias de isolação dependem da tensão aplicada, da resistividade superficial do material isolante e do perfil da superfície. O quadro abaixo indica o grupo de isolação de acordo com o CTI determinado pela IEC 60112.
QUADRO 7 – GRUPO DE MATERIAIS EM FUNÇÃO DO CTI Grupo do material Índice comparativo de resistividade
superficial
I 600 CTI
II 400 CTI < 600
IIIa 175 CTI < 400
IIIb 100 CTI <175
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
QUADRO 8 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ESCOAMENTO, ISOLAÇÃO E SEPARAÇÃO
continua Distância de escoamento mínima mm Distância de isolação e separação
mínima mm Grupo do Material
Tensão ca, rms ou cc
I II IIIa IIIb
No ar Selado Encapsulamento ou isolação
sólida
10 1 1 1 1 0,4 0,3 0,2
12,5 1,05 1,05 1,05 1,05 0,8 0,3 0,2
16 1,1 1,1 1,1 1,1 0,8 0,3 0,2
20 1,2 1,2 1,2 1,2 0,8 0,3 0,2
25 1,25 1,25 1,25 1,25 0,8 0,3 0,2
32 1,3 1,3 1,3 1,3 0,8 0,3 0,2
40 1,4 1,6 1,8 1,8 0,8 0,6 0,3
50 1,5 1,7 1,9 1,9 0,8 0,6 0,3
63 1,6 1,8 2 2 0,8 0,6 0,3
80 1,7 1,9 2,1 2,1 0,8 0,8 0,6
100 1,8 2 2,2 2,2 0,8 0,8 0,6
125 1,9 2,1 2,4 2,4 1 0,8 0,6
160 2 2,2 2,5 2,5 1,5 1,1 0,6
200 2,5 2,8 3,2 3,2 2 1,7 0,6
250 3,2 3,6 4 4 2,5 1,7 0,6
320 4 4,5 5 5 3 2,4 0,8
400 5 5,6 6,3 6,3 4 2,4 0,8
QUADRO 8 – DISTÂNCIAS MÍNIMAS DE ESCOAMENTO, ISOLAÇÃO E SEPARAÇÃO
conclusão Distância de escoamento mínima mm Distância de isolação e separação
mínima mm Grupo do Material
Tensão ca, rms ou cc
I II IIIa IIIb
No ar Selado Encapsulamento ou isolação
sólida
500 6,3 7,1 8 8 5 2,4 0,8
630 8 9 10 10 5,5 2,9 0,9
800 10 11 12,5 - 7 4 1,1
1.000 11 13 - 8 5,8 1,7
1.250 12 15 - 10 - -
1.600 13 17 - 12 - -
2.000 14 20 - 14 - -
2.500 18 25 - 18 - -
3.200 22 32 - 22 - -
4.000 28 40 - 28 - -
5.000 36 50 - 36 - -
6.300 45 63 - 45 - -
8.000 56 80 - 56 - -
10.000 71 100 - 70 - -
11.000 78 110 - 75 - -
13.800 98 138 - 97 - -
15.000 107 150 - 105 - -
Fonte: JORDÃO, Dácio de Miranda. Manual de Instalações Elétricas em Indústrias Químicas, Petroquímicas e de Petróleo. 3º Edição. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark, 2002.
2.3.6.1 Características dos equipamentos elétricos para Ex n Instrumentos não Centelhantes e Equipamentos de Baixa Potência
Os equipamentos eletrônicos, de medição ou controle com potência até 20W, que não atendam os quesitos de separação mínima ou que possam apresentar risco de formação de arco por rompimento do dielétrico, devem possuir invólucro com grau de proteção mínima IP 54; sua tensão nominal não deve ultrapassar 60Vac ou 75Vdc; e deve ser previsto meios para evitar que efeitos transitórios provoquem sobretensões com amplitude superior a nominal em 40%.
Tomadas e Plugues não Centelhantes
Para evitar a formação de arcos elétricos, deve ser previsto um meio de intertravamento ou projeto de fabricação especial que impeça que o plugue e a tomada possam ser ligados ou desligados quando estes estiverem energizados. Também a conexão entre eles deve ser suficientemente firme, que evite a separação indevida. São considerados não centelhantes os plugues que necessitem de uma força maior que 1,5kgf para abertura ou seja provido de algum aparato mecânico para impedir a abertura e o afrouxamento. No caso de tomada para equipamentos leves tais como, fusíveis ou conexões temporárias, a força de separação não deve ser inferior a 10 vezes a massa do componente.
Acumuladores e Baterias
Estes podem ser classificados em três tipos:
- Tipo 1 - Acumuladores e baterias com baixíssima probabilidade de liberar gases sob todas as condições possíveis de uso.
- Tipo 2 - Acumuladores e baterias que são improváveis de liberar gases em condições normais de operação, mas podem liberar sob condições não controladas.
- Tipo 3 - Acumuladores e baterias que são capazes de liberar gases do eletrólito em condições normais de operação.
As do tipo 1 são as seladas e que podem ser usadas em proteção Ex n sem maiores precauções.
As do tipo 2 também podem ser usadas em equipamentos tipo Ex n, desde que estes em sua condição normal não produzam faíscas. Também se devem prever respiros para que o gás possa ser evacuado.
As do tipo 3, devem ser projetadas de modo a evitar o acúmulo de gases nos compartimentos, através de respiro. Nestes compartimentos não deve haver nenhum outro equipamento elétrico que não sejam os necessários para as conexões das baterias e acumuladores.
Equipamentos que produzam Arcos, Centelhas ou Superfícies Quentes
Para estes casos devem ser adotados um ou mais métodos descritos abaixo:
- Dispositivos de interrupção blindado: são usados para circuitos com capacidade nominal máxima de 690V e 16 A (os componentes não acendíveis limitados a 254V e 16 A). São construídos de tal forma que os contatos extinguem a chama incipiente e portanto evita que a ignição ocorra.
- Dispositivos hermeticamente selados: devem permitir manuseio sem que o selo seja afetado.
- Dispositivos selados ou encapsulados: devem ser construídos de tal forma que não possam ser abertos em serviço normal; um dispositivo encapsulado é considerado selado.
- Circuitos e equipamentos com energia limitada: a técnica de limitação de energia está baseada na filosofia da segurança intrínseca. Para aumentar a confiabilidade do sistema, as partes normalmente centelhantes são locadas em circuitos separados.
- Invólucro com respiração restrita.
- Dispositivo com pressurização n.
2.3.7 Proteção especial – Ex s
Este tipo de proteção, apesar de ser reconhecido pela IEC, não possui uma definição própria nem é regulamentado por uma norma específica. A idéia da Ex s, é não obstruir a criatividade dos fabricantes, restringindo-os apenas aos tipos de proteção já mencionados.
Caso algum tipo de proteção novo seja inventado, a pessoa que a concebeu tem o direito de fabricar e comercializar, desde que seja aprovada por um órgão competente e receba o chamado Certificado de Equivalência, o qual atesta que este dispositivo equivale aos já existentes no mercado. (Jordão, 2002)
2.4 FILOSOFIA DA INSTALAÇÃO
Como regra geral e básica, considera-se que todo equipamento elétrico que seja capaz de causar a ignição de uma tal atmosfera, seja por arcos, centelhamento ou alta temperatura, deve ser instalado fora da área classificada sempre que possível. Caso não seja, estes devem ser classificados para seu uso bem como devem ser instalados de modo cuidadoso, em atendimento às prescrições normativas.
O fechamento hermético de todo equipamento elétrico é impraticável, uma vez que equipamentos tais como motores, chaves desligadoras, disjuntores, etc, possuem partes móveis que devem ser operadas através do invólucro, ou seja, eixos de motores, manoplas de acionamento, etc, devem ter folgas que os tornem possíveis de operação livre. Além disso, é necessário que haja acesso às partes internas do equipamento para ajustes, manutenção, ou trabalhos em geral.
É praticamente impossível construir-se juntas roscadas totalmente estanque a gás. O sistema de eletrodutos e o invólucro são submetidos a um processo de “respiração” devido às diferenças de temperatura e com isso existe a probabilidade de que gases ou vapores inflamáveis vagarosamente penetrem no interior do invólucro criando uma mistura explosiva.
Assim, basta que haja um centelhamento para que ocorra uma explosão.
Aqui serão observadas as recomendações dos artigos 500 a 516 do NEC, que são baseadas em cruzamentos de probabilidades.
Para que ocorra a ignição deve haver o equipamento com sua probabilidade de formar centelhamento e/ou altas temperaturas e o ambiente com a probabilidade de ter uma atmosfera explosiva.
Todas as considerações aqui abordadas são importantes para evitar que ocorra simultaneidade de ocorrência de centelhamento ou alta temperatura em um ambiente explosivo.
Devido ao fato de um ambiente apresentar ou não a probabilidade de ocorrência de atmosfera explosiva, como já foi visto, é possível classificá-lo em:
- Divisão 1 – alta probabilidade de ocorrência de mistura explosiva;
- Divisão 2 – baixa probabilidade de ocorrência de mistura explosiva.
Como já foi amplamente abordado, existem seis tipos de proteção reconhecidos pela norma americana, estes são:
- à prova de explosão;
- equipamento pressurizado;
- segurança intrínseca;
- imersos em óleo;
- não acendível;
- hermeticamente selado.
Fato tão importante quanto a perfeita instalação destes tipos de proteção, é a correta escolha do tipo de proteção a ser usada. Os critérios usados para selecionar a maneira correta a proteger uma instalação está descrito nos artigos 500 a 516 do NEC, sendo o artigo 516 específico para aplicação em ambientes de Classe I (gases e vapores inflamáveis).
Para mais facilmente apresentar a forma de como determinar o tipo de proteção, estabelece 4 casos, combinando as probabilidades descritas no início deste tópico, e para cada caso são apresentados os tipos de proteção recomendados, comentários afins e exceções.
Caso 1:
Para este caso serão usados equipamentos que produzem centelhamentos ou altas temperaturas em condições normais de operação, em um ambiente Divisão 1.
Aqui devem ser usados Invólucros à Prova de Explosão e/ou Pressurizados. Também é permitido o uso de Segurança Intrínseca.
Como exemplos para este caso seriam o uso de disjuntores, contatores, interruptores, chaves, etc. em locais Divisão 1.
Caso 2:
Para este caso serão usados equipamentos que produzem centelhamentos ou altas temperaturas em condições normais de operação, em um ambiente Divisão 2.
Aqui devem ser usados Invólucros à Prova de Explosão, e/ou Pressurizados, e/ou Imersos em Óleo e/ou Hermeticamente Selados. Também é permitido o uso de Segurança Intrínseca.
Como exemplos para este caso seriam o uso de disjuntores, contatores, interruptores, chaves, etc. em locais Divisão 2.
Caso 3:
Para este caso serão usados equipamentos que possuem baixa probabilidade de centelhamentos ou altas temperaturas em condições normais de operação, em um ambiente Divisão 1.
Aqui devem ser usados Invólucros à Prova de Explosão, e/ou Pressurizados. Também é permitido o uso de Segurança Intrínseca.
Como exemplos para este caso seriam o uso de luminárias, caixas contendo terminais de ligação, motores de indução com gaiola de esquilo, etc. em locais Divisão 1.
Caso 4:
Para este caso serão usados equipamentos que possuem baixa probabilidade de centelhamentos ou altas temperaturas em condições normais de operação, em um ambiente Divisão 2.
Aqui devem ser usados invólucros de Uso Geral e/ou Não Acendíveis. Também é permitido o uso de mais tipos de proteção.
Como exemplos para este caso seria o uso de luminárias (desde que de potência tal que não resulte em altas temperaturas), caixas contendo terminais de ligação, motores de indução com gaiola de esquilo, etc. em locais Divisão 2.
Estes quatro casos praticamente abordam todos os itens relacionados à Classe I, com exceção aos equipamentos que devem cumprir o quesito de temperatura de superfície, este tópico é visto a seguir.
2.4.1 Exigências específicas por equipamentos para aplicação em áreas da Classe I, Divisão 1 e 2
2.4.1.1 Chaves, disjuntores, demarradores de motores e fusíveis Classe I, Divisão 1
Em áreas de Classe I, Divisão 1, chaves, disjuntores, demarradores de motores e fusíveis, incluindo botoeiras, relés e dispositivos similares devem ser providos com invólucros, e o invólucro, em cada caso, junto com o invólucro do equipamento deve ser aprovado como um conjunto completo para uso em áreas de Classe I.
Classe I, Divisão 2
Chaves, disjuntores, demarradores de motores e fusíveis em Classe I devem obedecer aos itens a seguir:
- Quando aplicados para interromper a corrente normal da função para qual foram instalados devem ter invólucros aprovados para Classe I, Divisão 1.
- Chaves desligadoras com fusíveis ou não e chaves para bancos de transformadores e capacitores que não estejam aplicadas para interromper a corrente normal da função para qual foram instaladas podem estar contidas em invólucros do tipo uso geral.
- Fusíveis para a proteção de motores, utensílios e lâmpadas tipo cartucho ou plugue são permitidos desde que dentro de invólucros aprovados para o local.
- Fusíveis ou disjuntores para proteção de sobrecorrente são permitidos em invólucros do tipo uso geral desde que eles sejam exclusivamente para proteção dos circuitos ou alimentadores de lâmpadas para instalação fixa e não tenham sido instalados mais que 10 grupos em um mesmo ambiente.
