O que são Áreas Classificadas e Atmosferas Explosivas?

E ai pessoal, joinha?

Para o post de hoje eu havia pensado em dar continuidade à nossa sequência de publicações sobre os diversos tipos de protocolos para Redes Industriais existentes atualmente. E eu havia pensado em falar sobre o protocolo FOUNDATION fieldbus. Porém, este protocolo, assim como o Profibus PA e o HART, foi desenvolvido para trabalhar, inclusive, em Áreas Classificadas. E eu cometi uma pequena falha no artigo sobre Profibus PA, não explicando a necessidade de se ter um protocolo específico para trabalhar em Áreas Classificadas. Para se falar sobre essas áreas é preciso falar sobre Atmosferas Explosivas. Então, eu decidi escrever sobre estes assuntos, antes de dar continuidade aos protocolos. Neste artigo vocês verão, DE FORMA SIMPLES, o que é uma Área Classificada e Atmosfera Explosiva e entenderão a necessidade de se ter protocolos específicos para trabalharem nesses locais.

Então…vamos lá…

Área Classificada é a classificação da planta, quando uma planta esta identificada como zonas. Essas zonas indicam a quantidade de mistura explosiva existente no local e são classificadas em Zona 0, Zona 1 e Zona 2.

De acordo com [1] e [3]:

Zona 0: Local onde a formação de uma mistura explosiva é contínua ou existe por longos períodos.

Zona 1: Local onde a formação de uma mistura explosiva é provável de acontecer em condições normais de operação do equipamento de processo.

Zona 2: Local onde a formação de uma mistura explosiva é pouco provável de acontecer e, se acontecer, é por curtos períodos estando ainda associada à operação anormal do equipamento de processo.

Atmosfera Explosiva, de acordo com [2], é a mistura com o ar, em condições atmosféricas, de substâncias inflamáveis sob a forma de gases, vapores, névoas ou poeiras, na qual, após ignição, a combustão se propague a toda a mistura não queimada. Simplificando: é uma área onde existe a possibilidade de ocorrer explosões.

Para que ocorra uma explosão é necessário a combinação de três elementos:

• Fonte de ignição: que podem ser faíscas elétricas ou efeito térmico (temperaturas muito elevadas);
• Comburente: que neste caso é o oxigênio (como o ar é composto por oxigênio, então este elemento está presente em toda parte);
• Substância inflamável ou combustível: gás, vapor, poeira combustível e fibra combustível.

OBS.: Explosão é a “propagação de uma zona de combustão a uma velocidade na ordem de m/s” (a velocidade de combustão para vapores de petróleo pode atingir 25m/s). Com forte ruído proveniente do aumento de pressão 3 a 10 bar. [1]

Um exemplo simples de Atmosfera Explosiva pode ser gerado dentro da nossa própria casa, quando deixamos o gás vazar por um certo tempo. Todos nós já ouvimos dizer que quando isso acontece, não devemos acender a lâmpada ou, muito menos, um fósforo ou isqueiro. O porque disto é simples: nossa cozinha já tem, naturalmente, oxigênio (presente no ar). O gás que vazou e tomou conta do ambiente é uma substância inflamável e está em contato com o oxigênio. Então já temos dois elementos presentes no ambiente. Se nós acendermos a lâmpada, vamos gerar uma faísca no interruptor…essa pequenina faísca, vai reagir com os outros dois elementos e vai causar a explosão. O mesmo pode acontecer se acendermos um fósforo ou um isqueiro. Mas não se assustem….a explosão vai ocorrer se o gás vazar por muito tempo e ‘tomar conta’ de todo o ambiente. Em um ambiente industrial considerado Atmosfera Explosiva, existe, naturalmente, a presença dos elementos comburente e substância inflamável/combustível. Então quer dizer que, se uma simples faísca elétrica for gerada, os três elementos reagem e ocorre a explosão. É daí que surge a necessidade de se desenvolver normas e equipamentos específicos para trabalharem nessas áreas.

A relação existente entre Áreas Classificadas e Atmosferas Explosivas é a seguinte: em Áreas Classificadas, sempre temos Atmosferas Explosivas (por exemplo, um tanque de armazenamento de álcool), porém, nem todos os lugares onde existem Atmosferas Explosivas são considerados Áreas Classificadas (por exemplo, a cozinha de casa com vazamento de gás). Quando se desenvolve um projeto para Áreas Classificadas, temos a certeza de que vamos trabalhar em Atmosferas Explosivas.

Veja abaixo uma relação de lugares que podem se tornar potencialmente explosivos [1]:

Pelo vazamento de gases e vapores:

• Postos de gasolina;
• Distribuidoras de GLP;
• Comércio;
• Hospitais;
• Estações de tratamento de esgoto;
• Galerias de concessionárias;
• Condomínios etc.

Por poeiras combustíveis:

• Indústrias alimentícias;
• Farmacêuticas;
• Carvão;
• Madeira;
• Cervejarias;
• Moinhos;
• Negro de fumo etc.

Por fibras combustíveis:

• Indústrias Têxteis;
• Papel e celulose;
• Cereal etc.

Em uma indústria os requisitos de segurança estão sendo cada vez mais exigidos devido à necessidade de se proteger o patrimônio e, principalmente, os trabalhadores do local. Então, em ambientes industriais considerados Áreas Classificadas, exige-se o uso de equipamentos certificados para trabalharem nesses locais. Essa certificação assegura que uma possível faísca gerada dentro do equipamento, não causará uma explosão. Porém, nessas indústrias, existem vários ambientes que exigem diferentes ‘tipos’ de segurança. Esses ‘tipos’ são chamados de métodos de proteção e são classificados em:

• Pressurizado;
• Imersos em óleo;
• Imersos em areia;
• Encapsulados;
• Segurança aumentada;
• Prova de explosão;
• Segurança intrínseca.

Os dois métodos mais usados nas indústrias são: Prova de Explosão e Segurança Intrínseca e são eles que eu vou explicar aqui no nosso artigo.

Prova de Explosão (Ex-d)

Quando dizemos que um equipamento é certificado como ‘a prova de explosão’, queremos dizer que, caso ocorra algum problema no circuito eletrônico dele que possa gerar uma faísca, o próprio equipamento será capaz de conter essa faísca dentro dele, não deixando que ela saia, pois se isto ocorrer, vai gerar uma explosão. (Confesso que quando ouvi o termo ‘prova de explosão’ a primeira vez, achei que, se houvesse uma explosão no lugar, o equipamento continuaria intacto…hahahahaha…aiai).

Este método é baseado no princípio do confinamento, já que ele consegue fazer com que a faísca fique confinada dentro do equipamento. Porém, ele pode ser colocado à prova caso haja no equipamento ou na instalação como um todo (prensa-cabo, conduíte etc) algum tipo de corrosão.

O princípio do confinamento requer o uso de quatro elementos na ‘construção’ e instalação do equipamento. Para a instalação são necessários unidade seladora, cabo e eletroduto, todos certificados para trabalharem nessas áreas e, para construção é necessário que o equipamento tenha um interstício. É por este elemento que a faísca vai sair do equipamento, porém, quando ela passar por ele, sua potência de destruição…rs…ficará menor e inofensiva, fazendo com que, quando ela chegar ao ambiente, ela não tenha força para causar a explosão. Veja a Figura 1.

OBS.: Neste método não é permitido que se dê manutenção no equipamento, em campo.

Segurança Intrínseca (Ex-ia)

Este método tem como objetivo limitar a energia produzida em campo, fazendo com que este valor fique em um nível considerado seguro e insuficiente para causar uma ignição. O princípio utilizado aqui é o da Supressão. A Figura 2 ilustra bem o objetivo deste método.

Para limitar a energia nessas áreas é necessário a instalação de uma Barreira de Segurança Intrínseca. É ela quem vai assegurar que os limites de tensão, corrente, potência, capacitância e indutância permaneçam sempre dentro de valores considerados seguros. Além disto, ela é instalada em uma Área não-Classificada, a uma certa distância da Área Classificada. Analogamente, a Barreira de Segurança Intrínseca é como se fosse o conjunto “Limitador de Energia, Energia Armazenada e Elemento de Campo”, da Figura 2.

Apenas ressaltando: Circuito com energia limitada, não resulta em centelhas com energia suficiente para causar uma explosão! [1]. Ver Figura 3.

Veja um exemplo de instalação em área com Segurança Intrínseca na Figura 4.

Os níveis considerados seguros na entrada e saída das barreiras são:

• Uo= 25,2V <= Ui = 29,7V
• Io=93mA <= Ii = 103mA
• Po= 587mW <= Pi = 700mW
• Lo=4,18mH >= Li+Lc = 3,6mH
• Co=0,14μF >= Ci+Cc = 0,09μF

Bom….agora que falamos um pouco sobre as Áreas Classificadas e Atmosferas Explosivas e, que vocês viram como é delicado trabalhar nesses lugares, vem algumas perguntas: Porque existe a necessidade de se ter um protocolo de comunicação específico para se trabalhar em Área Classificada? Faz sentido que os equipamentos instalados sejam certificados para trabalharem nessas áreas. Mas porque o protocolo também tem que ser específico?

Então…é assim…existem normas de segurança que ditam as regras para instalações nessas áreas. No caso do protocolo HART a norma é a IEC60079 e, no caso dos protocolos FF e PA, as normas são IEC60079, FISCO e FNICO. E esses protocolos se adequam às exigências dessas normas para que eles possam trabalhar nessas áreas, pois, quanto maior a velocidade de transmissão dos dados, maior é o consumo dos processadores. Com isto temos elevação das temperaturas de superfície dos componentes e, consequentemente, as aplicações em áreas classificadas acabam se tornando perigosas. Então, para resolver este problema, o barramento H1, que é utilizado nos protocolos FF e PA, limita os níveis de energia e também a velocidade de transmissão dos dados (31,25 kbps), de acordo com os padrões de segurança da FISCO, FNICO, etc. Já no caso do HART, a velocidade de transmissão fica limitada em 1,2 kbps.

Deu pra entender?…rs Espero que sim. Mas caso tenha ficado alguma dúvida, podem ficar a vontade para questionar.Gostaria de agradecer aos colegas de trabalho César Cassiolato, Lellis Amaral, Edson Emboaba e Eder Batista pela ajuda na elaboração deste artigo.

Até mais!!!

Referência Bibliográfica:

[1] Material de Treinamento em Atmosferas Explosivas, Smar.

[2] Diretiva ATEX 94/9/EC.

[3] IEC/CENELEC.