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CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção
Instrumentação
Fundamentos e Princípios
de Segurança Intrínseca
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FUNDAMENTOS E PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA
@ SENAI – ES, 1999
Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)
Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST)
Robson Santos Cardoso (SENAI)
Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST)
Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI)
Elaboração Adalberto Luiz de Lima Oliveira (SENAI)
Aprovação Wenceslau de Oliveira (CST)
Carlos Athico Prates (CST)
Alexandre Kalil Hana (CST)
Marcos Antônio Ribeiro Nogueira (CST)
SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes
Departamento Regional do Espírito Santo
Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235
Bento Ferreira – Vitória – ES
CEP 29052-121
Telefone: (27) 3334-5211
Telefax: (27) 3334-5217
CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão
Departamento de Recursos Humanos
Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930
Jardim Limoeiro – Serra – ES
CEP 29163-970
Telefone: (27) 3348-1333
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ÍNDICE
ASSUNTO PÁGINA
1 – CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS 06
1.1 – INTRODUÇÃO 06
1.2 – DEFINIÇÕES 06
1.2.1 – Atmosfera Explosiva 06
1.2.2 – Controle Auto-Operado 06
1.2.3 – Explosão 07
1.3 – CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS EUROPÉIAS 07
1.3.1 – Classificação em Zonas 07
1.3.2 – Classificação em Grupos 09
1.4 – CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS 10
1.4.1 – Classificação em Divisão 10
1.4.2 – Classificação em Classes 10
1.4.3 – Classificação em Grupos 11
1.5 – COMPARAÇÃO ENTRE AS NORMAS EUROPÉIA E AMERICANA 12
1.5.1 – Quanto aos Materiais 12
1.5.2 – Quanto a Periodicidade 13
1.6 – TEMPERATURA DE IGNIÇÃO ESPONTÂNEA 13
1.6.1 – Temperatura de Superfície 13
2 – MÉTODOS DE PROTEÇÃO 15
2.1 – POSSIBILIDADE DE EXPLOSÃO 16
2.1.1 – Métodos de Prevenção 17
2.2 – À PROVA DE EXPLOSÃO 17
2.2.1 – Características 17
2.2.2 – Aplicações 18
2.3 – PRESSURIZADO ( Ex p ) 19
2.4 – ENCAPSULADO ( Ex m ) 21
2.5 – IMERSO EM ÓLEO ( Ex o) 21
2.6 – ENCHIMENTO DE AREIA ( Ex q ) 22
2.7 – SEGURANÇA INTRÍNSECA ( EX i ) 22
2.8 – SEGURANÇA AUMENTADA ( Ex e ) 23
2.9 – NÃO ASCENDÍVEL ( Ex n ) 23
2.10 – PROTEÇÃO ESPECIAL ( Ex s) 25
2.11 – COMBINAÇÕES DAS PROTEÇÕES 25
2.12 – APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROTEÇÃO 25
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ASSUNTO PÁGINA
3 – SEGURANÇA INTRÍNSECA 27
3.1 – ORIGEM 27
3.1.1 – Energia de Ignição 28
3.1.2 – Princípios Básicos 29
3.1.3 – Energia Elétrica 30
3.2 – LIMITADORES DE ENERGIA 31
3.2.1 – Limite de Corrente 31
3.2.2 – Limite de Tensão 32
3.2.3 – Cálculo de Potência 32
3.2.4 – Armazenadores de Energia 33
3.2.5 – Elementos Armazenadores Controlados 34
3.2.6 – À prova de Falhas 35
3.2.7 – À Prova de Defeitos 36
3.2.8 – Categorias de Proteção 36
3.2.8.1 – Categoria “ia” 36
3.2.8.2 – Categoria “ib” 36
3.2.9 – Aterramento 37
3.2.10 – Equipotencialidade dos Terras 38
3.2.10.1 – Cálculo da Sobretensão 39
3.2.11 – Isolação Galvânica 40
4 – CERTIFICAÇÃO 41
4.1 – PROCESSO DE CERTIFICAÇÃO 41
4.1.1 – Certificado de Conformidade 42
4.2 – MARCAÇÃO 42
4.3 – A CERTIFICAÇÃO DA SEGURANÇA INTRÍNSECA 44
4.3.1 – Equipamentos Simples 44
4.3.2 – Equipamentos Intrinsecamente Seguros 44
4.3.3 – Equipamentos Seguros Associados 44
4.4 – PARAMETRIZAÇÃO 45
4.4.1– Intrinsecamente Seguro 45
4.4.2 – Intrinsecamente Seguro Associado 46
4.5 – CONCEITO DE ENTIDADE 46
4.5.1 – Aplicação de Entidade 47
4.5.2 – Análise das Marcações 49
4.6 – TEMPERATURA DE IGNIÇÕA ESPONTÂNEA 50
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ASSUNTO PÁGINA
5 – CABLAGEM DE EQUIPAMENTOS SI 50
5.1 – REQUISITOS DE CONSTRUÇÃO 50
5.2 – REQUISITOS DE INSTALAÇÃO 50
5.2.1 – Canaletas Separadas 51
5.2.2 – Canaletas Metálicas 51
5.2.3 – Cabos Blindados 52
5.2.4 – Amarração de Cabos 52
5.2.5 – Separação Mecânica 53
5.2.6 – Multicabos 54
5.3 – MONTAGEM DE PAINÉIS 54
5.3.1 – Cuidados na Montagem 55
5.3.2 – Requisitos Gerais 56
5.3.3 – Efeitos de Indução 56
6 –APLICAÇÕES TÍPICAS 56
6.1 – BARREIRAS ZENER 56
6.1.1 – Contato Seco 57
6.1.2 – Sensor de Proximidade 57
6.1.3 – Solenóides e Sinalizadores 58
6.1.4 – Transmissores de Corrente 59
6.1.5 – Conversor Pneumático 60
6.1.6 – Termopares 60
6.1.7 – Termoresistências 61
6.2 – ISOLADORES GALVÂNICOS 62
6.2.1 – Repetidores Digitais 63
6.2.2 – Monitor de Velocidade 64
6.2.3 – Drives Digitais 65
6.2.4 – Repetidores Analógicos 66
6.2.4.1 – Smart Transmiter 67
6.2.5 – Drives Analógicos 67
6.2.6 – Termoresistências 68
6.2.7 – Termopares 69
6.2.8 – Outras Aplicações 69
7 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS 71
8 – ANEXO I – Temperatura de Ignição Espontânea de Substâncias 73
9 – ANEXO II – Normas Técnicas 78
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1- CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS
1.1 – INTRODUÇÃO
Após a II Guerra Mundial, o uso de derivados de petróleo estimulou o aparecimento de
plantas para extração, transformação e refino de substâncias químicas necessárias para o
desenvolvimento tecnológico e industrial.
Nos processos industriais, surgiram áreas consideradas de risco, devido a presença de
substâncias potencialmente explosivas, que confinavam a instrumentação à técnica pneumática,
pois os instrumentos eletrônicos baseados na época em válvulas elétricas e grandes resistores de
potência, propiciavam o risco de incêndio devido a possibilidade de faíscas elétricas e
temperaturas elevadas destes componentes.
Somente com o advento dos semicondutores (transistores e circuitos integrados), pode-se reduzir
as potências dissipadas e tensões nos circuitos eletrônicos e viabilizar-se a aplicação de técnicas
de limitação de energia, que simplificadamente podem ser implantadas nos equipamentos de
instrumentação, dando origem assim a Segurança Intrínseca.
O objetivo desta apostila é explicar os princípios da técnica de proteção, baseada no controle de
energia, presentes nos equipamentos com Segurança Intrínseca.
Entretanto antes de abordarmos os conceitos de Segurança Intrínseca faremos um breve resumo
da classificação de áreas de risco segundo Normas Técnicas Européias e Americanas, além dos
princípios das diversas formas de proteção para equipamentos elétricos. Ressaltamos que a
identificação e a classificação das áreas de risco dentro das instalações, são normalmente
executadas por profissionais altamente especializados nas áreas.
1.2 - DEFINIÇÕES
A seguir estão alguns termos utilizados na identificação e classificação das áreas de risco,
potencialmente explosivas:
1.2.1- Atmosfera Explosiva
Em processos industriais, especialmente em petroquímicas e químicas, onde manipulam-se
substâncias inflamáveis, podem ocorrer em determinadas áreas a mistura de gases, vapores ou
poeiras inflamáveis com o ar que, em proporções adequadas, formam a atmosfera potencialmente
explosiva.
1.2.2- Área Classificada
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CST
6
Companhia Siderúrgica de Tubarão
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Pode-se entender como um local aberto ou fechado, onde existe a possibilidade de formação de
uma atmosfera explosiva, podendo ser dividido em zonas de diferentes riscos, sem que haja
nenhuma barreira física.
1.2.3- Explosão
Do ponto de vista da química, a oxidação, a combustão e a explosão são reações exotérmicas de
diferentes velocidades de reação, sendo iniciadas por uma detonação ou ignição.
1.2.4- Ignição
É a chamada ocasionada por uma onda de choque, que tem sua origem em uma faísca ou arco
elétrico ou por efeito térmico.
1.3 - CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS EUROPÉIAS (IEC)
A idéia de classificação das áreas de risco, visa agrupar as diversas áreas que possuem graus de
riscos semelhantes, tornando possível utilizar equipamentos elétricos projetados especialmente
para cada área.
A classificação baseia-se no grau de periculosidade da substância combustível manipulada e na
frequência de formação da atmosfera potencialmente explosiva. Visando a padronização dos
procedimentos de classificação das áreas de risco, cada País adota as recomendações de
Normas Técnicas. No Brasil a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) utiliza a
coletânea de Normas Técnicas da IEC (International Electrical Commicion), que trata da
classificação das áreas no volume IEC-79-10.
1.3.1- Classificação em Zonas
A classificação em ZONAS baseia-se na frequência e duração com que ocorre a atmosfera
explosiva.
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Senai
Departamento Regional do Espírito Santo 7
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1.3.1- Classificação em Zonas
A classificação em ZONAS baseia-se na frequência e duração com que ocorre a atmosfera
explosiva.
CLASSIFICAÇÃO DESCRIÇÃO
EM ZONAS
ZONA 0 Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases
combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos
Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases
ZONA 1 combustíveis, provavelmente ocorra em operação normal dos
equipamentos
Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera
explosiva, formada por gases combustíveis, em condições
ZONA 2
normais de operação, e se ocorrer é por curto período de
tempo
Área onde a atmosfera explosiva, formada por poeiras
ZONA 10
combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos
Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera
explosiva, formada por poeiras combustíveis, em condições
ZONA 11
normais de operação, e se ocorrer é por curto período de
tempo
Área onde a atmosfera explosiva, formada por substâncias
ZONA G analgésicas ou anticépticas m centros cirúrgicos, ocorre
permanentemente ou por longos períodos.
Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera
explosiva, formada por substâncias analgésicas ou anticépticas
ZONA M
e centros cirúrgicos, em condições normais de operação, e se
ocorre é por curto período de tempo
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CST
8
Companhia Siderúrgica de Tubarão
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Tabela 1.1 – Classificação IEC em Zonas
Figura 1.1 – Exemplo de Classificação por Zonas
1.3.2- Classificação em Grupos
Na classificação em GRUPOS os diversos materiais são agrupados pelo grau de periculosidade
que proporcionam, conforme ilustra a tabela 1.2 a seguir:
GRUPOS DESCRIÇÃO
GRUPO I Ocorre em minas onde prevalece os gases da família do metano
(grisou) e poeiras de carvão
Ocorre em indústrias de superfície (químicas, petroquímicas,
GRUPO II
farmacêuticas, etc), subdividindo-se em IIA, IIB e IIC
Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da
GRUPO IIA
família do propeno
Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da
GRUPO IIB
família do etileno
Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da
GRUPO IIC
família do hidrogênio (incluindo-se o acetileno)
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Senai
Departamento Regional do Espírito Santo 9
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Tabela 1.2 – Classificação IEC em Grupos
Os gases representativos são utilizados para ensaios de equipamentos em laboratório, pois são
mais perigosos que as outras substâncias que representam.
1.4- CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS (NEC)
A classificação de áreas de risco nos EUA é diferente da usada na Europa, pois seguem as
normas técnicas americanas National Fire Protection Association NFPA 70 Artigo 500 do Nacional
Electrical Code.
1.4.1- Classificação em Divisão
A classificação em divisão baseia-se na fequência de formação da atmosfera.
DIVISÃO DESCRIÇÃO
DIVISÃO 1 Área onde a atmosfera explosiva, ocorre durante a operação
normal dos equipamentos
Área onde a atmosfera explosiva, somente ocorre em condições
DIVISÃO 2
anormais de operação dos equipamentos
Tabela 1.3 – Classificação NEC em Divisão
1.4.2- Classificação em Classes
A classificação das atmosferas explosivas em classes, determina o agrupamento dos materiais
dependendo da natureza das substâncias.
CLASSES DESCRIÇÃO
CLASSE I Mistura de gases ou vapores inflamáveis com o ar
CLASSE II Mistura de poeiras combustíveis com o ar
CLASSE III Fibras combustíveis em suspensão no ar
_____________________________T_a__b_e_la_ _1_._4_ –_ _C_l_a_s_s_if_ic_a_ç_ã_o__ N__E_C_ _e_m__ C__la_s_s_e_s_______________________
CST
10
Companhia Siderúrgica de Tubarão
