Recuperação de roscas espanadas em invólucros à prova de explosão fabricados em alumínio

Apesar dos avanços da tecnologia de injeção de plástico, ainda hoje alguns equipamentos fabricados para instalação em áreas classificadas contendo atmosferas explosivas possuem invólucros metálicos fabricados em alumínio, com tradicional tipo de proteção “à prova de explosão”, denominado de tipo de proteção Ex “d”.

Os modernos conceitos de invólucros à prova de explosão estão associados à utilização de componentes centelhantes em atmosferas explosivas (tais como disjuntores, contatores ou chaves de comutação de força ou de controle) individualmente encapsulados em invólucros plásticos, atendendo aos requisitos da norma sobre invólucros à prova de explosão ABNT NBR IEC 60079-1. Este tipo de fabricação de componentes à prova de explosão encapsulados em plástico tornam os equipamentos mais seguros, em termos de facilidades de procedimentos de montagem, inspeção, manutenção e reparos de campo.

No entanto, muitos equipamentos à prova de explosão, em especial, os de fabricação mais antiga ou aqueles que são fabricados utilizando antigas técnicas de fundição em areia, possuem invólucros metálicos em alumínio, com tampas flangeadas, as quais são fixadas ao corpo do invólucro por meio de parafusos em aço.

Este tipo de equipamentos com invólucros metálicos à prova de explosão tem sido certificado e colocado no mercado desde a década de 1920 do século passado, tendo sido utilizado com frequência em antigas instalações brasileiras de refinarias e plantas petroquímicas, construídas nos anos de 1940 a 1970.

Como exemplos de equipamentos com invólucros metálicos Ex “d” fabricados em alumínio podem ser citados os antigos painéis locais de força e controle, as botoeiras locais de comando, as antigas luminárias com lâmpadas incandescentes ou à vapor de sódio e os motores elétricos de indução trifásicos de baixa tensão.

Neste tipo de equipamento, pode ser considerada frequente a ocorrência de defeitos relacionados ao espanamento dos fios das roscas de fixação dos parafusos. O alumínio é frequentemente utilizado na fabricação destes tipos de equipamentos com invólucros metálicos à prova de explosão por se tratar de um material que permite maiores facilidades no processo mesopotâmico de fundição em areia.

Por se tratar de um material com relativamente baixa resistência mecânica (quando comparada, por exemplo, com a resistência do aço), as roscas que são feitas nos invólucros de alumínio para fixar os parafusos de fixação (fabricados em aço) das tampas frequentemente ficam “espanadas”, devido a torques que são aplicados pelos usuários e pelos profissionais envolvidos nas atividades de campo de montagem, manutenção, inspeção ou recuperação deste tipo de equipamentos “Ex”.

A norma ABNT NBR IEC 60079-19 – Atmosferas explosivas – Parte 19: Reparo, revisão e recuperação de equipamentos “Ex” apresenta os requisitos e os procedimentos a serem seguidos para as atividades de revisão, reparo, recuperação e modificação de equipamentos elétricos para atmosferas explosivas, incluindo para equipamentos com invólucros à prova de explosão. Com relação aos métodos de recuperação de invólucros metálicos à prova de explosão que podem ser aplicados, esta norma indica a possibilidade de utilização de soldagem, brasagem, costura metálica, embuchamento, usinagem e eletrodeposição.

Nos frequentes casos de necessidade de recuperação de roscas espanadas dos furos para alojamentos dos parafusos de fixação das tampas em invólucros de alumínio à prova de explosão, uma técnica muito útil é, de fato, a utilização de insertos metálicos helicoidais fabricados em aço. Este tipo de dispositivo é utilizado para o reparo de roscas espanadas, por meio da colocação, no local da rosca existente, de um dispositivo metálico helicoidal que tem por função “recompor” a rosca original.

Insertos roscados de aço são utilizados, por alguns fabricantes, em invólucros à prova de explosão fabricados em alumínio, a fim de evitar o desgaste das roscas no invólucro de alumínio, quando a tampa do invólucro é destinada a ser aberta e fechada durante a execução das atividades de campo de instalação, inspeção, manutenção, reparos ou revisão.

Nos casos de invólucros à prova de explosão de alumínio com parafusos de aço, a melhor opção para fabricação ou recuperação é frequentemente a utilização de insertos roscados de aço. Nestes casos, os pontos de contato entre as roscas do metal macio do invólucro de alumínio e do metal duro do parafuso de aço não são submetidos a esforços e desgastes, nos casos frequentes de abertura e fechamento do invólucro à prova de explosão.

Com relação a requisitos de serviços de recuperação de equipamentos “Ex”, é indicado na ABNT NBR IEC 60079-19 que, dependendo do tipo de proteção “Ex” existente no equipamento a ser recuperado, que os furos roscados para dispositivos de fixação (como por exemplo para alojar parafusos de fixação de tampas dos invólucros) que tenham sido danificados além de uma extensão aceitável podem ser recuperados por meio de um dos seguintes métodos:

• Fazendo um furo com um diâmetro maior e refazendo a rosca com um “macho”;
• Fazendo um furo com um diâmetro maior, refazendo a rosca com um “macho” e instalando um inserto metálico helicoidal com uma rosca própria, a qual passe no ensaio apropriado de tração, de acordo com o especificado pelo fabricante do inserto metálico helicoidal;
• Fazendo um furo com um diâmetro maior, plugueando o furo, executando um novo furo e refazendo a rosca;
• Fechando o furo existente por meio de um plugue e executando um novo furo e uma rosca em outro local;
• Executando uma solda de fechamento do furo existente, executando um novo furo e rosqueando o novo furo.

No âmbito do sistema de certificação internacional “Ex” da IEC, o IECEx, foi apresentada ao Grupo do Conselho de Técnico (ExTAG – Testing and Assessment Group), em 2015, uma consulta sobre a possibilidade de utilização destes insertos helicoidais fabricados em aço em furos roscados em invólucros Ex “d” fabricados em alumínio.

Após discussões sobre o assunto, levando em consideração os aspectos de segurança e de proteção requeridos por estes equipamentos, bem como o fato de que tradicionais laboratórios e organismos de certificação “Ex” da Alemanha já praticam a avaliação e a certificação de equipamentos Ex “d” utilizando estes dispositivos de insertos metálicos helicoidais, de acordo com a Folha de Decisão IECEx ExTAG DS 2015/006, nestes casos, a utilização de insertos de aço roscados em invólucro de alumínio Ex “d” é permitida, desde que:

• Os desenhos de certificação do fabricante necessitam incluir informações sobre os detalhes da instalação de insertos roscados de aço e necessitam indicar uma classe tolerância de 6H para a rosca de recebimento no invólucro de alumínio Ex “d” e uma classe de tolerância 6g para a rosca de recebimento no inserto roscado de aço (NBR ISO 965-3).
• No processo de fabricação do fabricante a classe de tolerância 6H do inserto roscado de aço, instalado em sua posição final, necessita ser verificado com um calibre de rosca ou pela documentação do fornecedor do inserto roscado, de acordo com a Norma ABNT NBR ISO/IEC 17050-1 – Avaliação da conformidade – Declaração de conformidade de fornecedor – Parte 1: Requisitos gerais.
• Se aplicável, os requisitos da Seção 11.7 (Dispositivos de fixação e aberturas) da ABNT NBR IEC 60079-1/2016 devem ser aplicados sobre o furo cego feito para receber o inserto roscado metálico.
• O invólucro completo montado, incluindo os insertos roscados de aço necessita suportar os ensaios de sobrepressão, definidos na ABNT NBR IEC 60079-1.
• Se requerido, o invólucro metálico completo, incluindo os insertos metálicos, necessita suportar o ensaio de rotina de sobrepressão, definidos na ABNT NBR IEC 60079-1.

• Se o diâmetro externo do inserto roscado de aço for maior que o diâmetro cego do furo para o dispositivo de fixação, a dimensão “L” mostrada nas Figuras 3 e 4 (Exemplos de furos em superfícies de juntas flangeadas de invólucros metálicos à prova de explosão) da ABNT NBR IEC 60079-1/2016 deve ser aplicada para o diâmetro externo do inserto roscado metálico.

Figura 1 – Exemplos de furos em superfícies de juntas flangeadas de invólucros metálicos à prova de explosão – Ex “d” (ABNT NBR IEC 60079-1).

Os insertos roscados de aço necessitam ser efetivamente fixados, de tal forma que evite o seu afrouxamento quando o parafuso for inserido ou extraído. Um requisito necessita ser incluído no manual de Instruções do fabricante do invólucro Ex “d” para que seja verificado que o inserto roscado de aço não tenha se soltado quando o parafuso é inserido ou extraído do inserto roscado de aço. Em caso de afrouxamento do inserto roscado de aço, o fabricante do invólucro de alumínio Ex “d” necessita ser informado.

Deve ser ressaltado que os insertos roscados metálicos não são permitidos de fazerem parte de uma junta de passagem de chama à prova de explosão, de acordo com a Seção 5.3 (Juntas roscadas) da norma ABNT NBR IEC 60079-1/2016.

Este tipo de consulta tem como base as experiências existentes por parte de diversos fabricantes de invólucros Ex “d” em alumínio, onde é verificado que a instalação de insertos helicoidais fabricados em aço apresenta uma maior resistência mecânica ao torque dos parafusos, proporcionando uma maior vida útil das roscas e uma menor ocorrência de “espanamentos” das roscas que de outra forma são feitas diretamente no alumínio dos invólucros Ex “d”.

Deve ser ressaltado que este requisito de utilização de insertos metálicos helicoidais fabricados em aço ainda não é previsto na atual Edição 7.0 (publicada pela IEC em 2014) da IEC 60079-1 (Invólucros à prova de explosão com tipo de proteção Ex “d”), estando previsto para ser incluído na próxima edição.

Na seção 9.2 da ABNT NBR IEC 60079-0 (Dispositivos especiais de fixação) é indicado que, no caso de qualquer das Normas para o tipo específico de proteção “Ex” requerer um dispositivo especial de fixação, este dispositivo deve possuir rosca do tipo métrica, com passo grosseiro de acordo com a ABNT NBR ISO 262, com um ajuste de tolerância de 6g/6H, de acordo com a NBR ISO 965-1 e com a NBR ISO 965-3.

O ajuste de tolerância de 6g/6H é aplicável somente para a rosca (macho) do parafuso e para a respectiva rosca (fêmea) do invólucro. No caso de utilização de um inserto metálico helicoidal, a rosca interna (fêmea) necessita atender ao requisito de classe de tolerância 6H e a rosca externa (macho) necessita atender à classe de tolerância 6g, como mostrado na Figura 1 da norma ABNT NBR IEC 60079-0, indicada a seguir.

Figura 2 – Tolerâncias e folgas de roscas para dispositivos de fixação roscados em invólucros “Ex” – ABNT NBR IEC 60079-0.

Com a utilização os requisitos indicados para a utilização de insertos roscados metálicos em invólucros de equipamentos com invólucros à prova de explosão fabricados em alumínio, a durabilidade das roscas é elevada, aumentando também a confiabilidade e a segurança dos invólucros metálicos Ex “d”.

Esta boa prática colabora na elevação dos níveis de segurança deste tipo de equipamento Ex “e”, na medida em que são minimizadas as ocorrências de espanamento das frágeis roscas em invólucros de alumínio, o que compromete seriamente a fixação dos parafusos e das tampas, comprometendo, dessa forma, o MESG (Maximum Experimental Safe Gap) e a área de passagem de chama, o que pode resultar na propagação para o meio externo de uma eventual explosão que possa ocorrer no interior de um invólucro metálico Ex “d”.

Mais informações sobre a utilização de insertos roscados metálicos em invólucros de alumínio com tipo de proteção à prova de explosão fabricados em alumínio podem ser encontrados na Folha de Decisão IECEx ExTAG DS 2015/006, disponível em português do Brasil, para acesso público, no website do IECEx:

http://iecex.com/assets/Uploads/ExTAG-DS-2015-006-Thread-Inserts-pt.pdf