Novos requisitos sobre equipamentos intrinsecamente seguros para atmosferas explosivas – Parte 1/2

Foi publicada, em 13/01/2023, a sétima edição da Norma Internacional IEC 60079-11: Explosive atmospheres – Part 11: Equipment protection by intrinsic safety “i” (Atmosferas explosivas – Parte 11: Proteção de equipamentos por segurança intrínseca – Ex “i”).

Este tipo de proteção Ex “i” é aplicável a equipamentos elétricos e eletrônicos cujos circuitos são incapazes, por eles próprios, de causar a ignição de uma atmosfera explosiva que os envolve. A proteção por segurança intrínseca tem como base a limitação dos níveis e energia de um equipamento ou circuito, de forma a não ser capaz a geração de uma centelha ou ponto de alta temperatura que possa provocar a ignição de uma atmosfera explosiva, composta por gases inflamáveis ou poeiras combustíveis que possam estar presentes no local da instalação.

Figura 1 – Folha de rosto da sétima edição da Norma Internacional IEC 60079-11: Atmosferas explosivas – Parte 11: Proteção de equipamentos por segurança intrínseca – Ex “i”. 

A proteção de equipamentos e circuitos por “segurança intrínseca” tem, por objetivo fundamental, evitar a possibilidade de ocorrência de uma ignição em áreas classificadas contendo atmosferas explosivas. Este conceito de segurança por meio da limitação dos níveis de energia com a ocorrência de centelhamento ou de geração de pontos de alta temperatura, reconhecidamente representa uma abordagem mais segura do que uma “provável” ou “eventual” contenção da energia proveniente de uma explosão, como previsto em outros tipos de proteção “Ex”. 

Dentre as diversas mudanças técnicas mais significativas desta Edição 7.0 (2023) em relação à Edição 6.0 anterior (2011) podem ser destacadas as seguintes:

• A tensão e a corrente máximas em regime permanente apresentam um risco de ignição por centelha diferente de um transiente. Um transiente é onde qualquer uma destas características (tensão ou corrente) é excedida. Portanto, estados estacionários e transientes necessitam ser considerados separadamente. O anexo sobre os efeitos “transitórios” foi revisado; 

• Quando as distâncias de separação “reduzidas” dependam de um invólucro que proporcione proteção contra o ingresso de água e poeira IP54, e prensa-cabos, adaptadores de rosca ou elementos de vedação (bujões) sejam necessários para completar o invólucro, de forma a manter o grau de proteção (Código IP). Estes componentes ou equipamentos necessitam estar de acordo também com os requisitos da Norma ABNT NBR IEC 60079-0 (Requisitos gerais para equipamentos “Ex”); 

• Um requisito de inspeção de rotina foi adicionado para peças encapsuladas, de modo a assegurar que a aplicação do composto de encapsulamento seja aceitável durante a fabricação; 

• Os requisitos de Temperatura de Operação Contínua (COT – Continuous Operating Temperature) representam uma modificação daqueles especificados na Norma ABNT NBR IEC 60079-0. Quando temperaturas superiores à COT são possíveis, não deve haver danos “internos ou externos”, enquanto na edição de nº 6 (anterior) da IEC 60079-11/2011, o requisito era que não houvesse nenhum dano “visível”; 

• Os fusíveis conectados à rede de alimentação podem ter uma capacidade de interrupção inferior a 1 500 A. No entanto, é necessário que os usuários finais e os instaladores sejam informados quando este for o caso.  Portanto, é obrigatório incluir o valor da corrente máxima de interrupção esperada ou presumida, nas instruções do fabricante para os usuários; 

• Foram adicionados requisitos para “supercapacitores”; 

• Foram modificados os requisitos sobre vazamento de eletrólitos, ensaios de temperatura de superfície e ensaios sob camada de poeira, para acumuladores, baterias e supercapacitores, aumentando o número de amostras ensaiadas, e definindo a temperatura na qual os ensaios são realizados; 

• Foram alterados os ensaios de rotina para transformadores com enrolamentos primário e secundário em um circuito intrinsecamente seguro. 

Deve ser ressaltado que em 2013 foi completado o primeiro centenário da criação e do desenvolvimento do “conceito” deste tipo de proteção Ex “i”, decorrente dos estudos e pesquisas subsequentes da explosão de grisu e de poeira de carvão, em uma mina subterrânea, na cidade de Senghenydd, no Reino Unido, em 14 de outubro de 1913. Na ocasião, morreram 439 trabalhadores, entre adultos e crianças que trabalhavam no local. O conceito de segurança intrínseca é mais antigo do que geralmente se imagina, sendo que as primeiras certificações ocorreram no ano de 1917, resultados desses estudos e pesquisas. 

As pesquisas que foram iniciadas na década de 1910 demonstraram que circuitos elétricos podem ser considerados seguros, quando instalados em locais contendo atmosferas explosivas, desde que com devidos parâmetros de limitação de tensão, corrente, capacitância e indutância. Em condições especificadas, um circuito pode ser considerado “intrinsecamente seguro”, sendo impossibilitada de gerar uma centelha capaz de provocar a ignição de uma determinada atmosfera explosiva no seu entorno. Nascia, então, há mais de cem anos, o conceito da “segurança intrínseca”, cuja tecnologia de equipamentos se encontra em processo de grande desenvolvimento.

Um sistema intrinsecamente seguro pode ser definido como aquele que é incapaz de liberar energia, seja na forma elétrica ou térmica, suficiente para provocar a ignição de determinada mistura explosiva que possa estar presente no local. A impossibilidade de ignição deve ser mantida e garantida mesmo em caso de ocorrência de falha ou falhas do sistema.

Figura 2 – Representação simplificada de um circuito intrinsecamente seguro, composto por instrumento intrinsecamente seguro, instalado em áreas classificadas contendo gases inflamáveis ou poeiras combustíveis, barreira de segurança intrínseca e sistema digital de controle, representado por DCS ou PLC.

A barreira de segurança intrínseca [Ex “i”], inserida no circuito intrinsecamente seguro como equipamento associado [Ex “i”], tem por função básica a limitação da energia que pode ser armazenada na parte do circuito de campo, instalado na área classificada, constituído pelo instrumento de campo Ex “i” e pela fiação de interligação entre estes dois equipamentos.

A energia máxima que pode ser liberada sem comprometer a segurança depende das características da atmosfera explosiva considerada, o que é levado em consideração pelas normas e pelo processo de certificação de equipamentos Ex “i” e associados.

Figura 3 – Exemplo de instalação de equipamentos medidores e de painel local de medição e controle, com proteção por segurança intrínseca, adequado para instalação em áreas classificadas Zona 1 (Ex ib IIC Gb) e Zona 21 (Ex ib IIIC Db). 

O tipo de proteção Ex “i” proporciona maiores facilidades de serviços de manutenção durante o período de operação da planta. Eles permitem que procedimentos convencionais de instrumentação sejam utilizados sem a necessidade de desligamentos de circuitos ou das necessidades de aplicação de complexos procedimentos de liberação e permissão de trabalho, com base em que as áreas classificadas tenham sido previamente verificadas como estando livres de atmosferas explosivas, formadas por gases inflamáveis ou poeiras combustíveis, no período de execução dos serviços de campo “Ex”.

Figura 4 – Exemplo de painel contendo barreiras de segurança intrínseca ([Ex “i”]), com isolação galvânica entre os sinais de campo em áreas classificadas e sinais de interface com sistema de controle, integradas no mesmo armário contendo a CPU e pontos de I/O do DCS (Digital Control System).

Este artigo “Ex” sobre novos requisitos para equipamentos intrinsecamente seguros continua na próxima edição desta Coluna sobre Instalações “Ex” (Parte 2/2), abordando temas como os significativos benefícios proporcionados pela utilização desta técnica de proteção e segurança “Ex” em áreas classificadas, bem como seu desenvolvimento acelerado ao longo do tempo e a evolução da respectiva normalização técnica internacional (IEC) e nacional (ABNT).

Autor:

Por Roberval Bulgarelli, consultor sobre equipamentos e instalações em atmosferas explosivas. Organizador do Livro “O ciclo total de vida dos equipamentos e instalações em atmosferas explosivas”, membro de Comissões de Estudo do Subcomitê SCB 003:031 (Atmosferas explosivas) da ABNT/CB-003 (Eletricidade) e de Grupos de Trabalho do TC 31 (Equipamentos para atmosferas explosivas) e do IECEx (Sistema internacional de certificação “Ex”) da IEC.