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REVISÃO 19
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INTRODUÇÃO
Tudo já foi dito uma vez. Mas, como as
pessoas não escutam, é preciso dizer de
novo. André Gide.
Há dois tipos ...
Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas
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• Os conceitos sobre área...
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SUMÁRIO
1 O PROCESSO DE ...
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  1. 1. [µJ] Vista aérea da estação de compressores de RFQ Vista aérea das multivias de Lorena REVISÃO 19
  2. 2. ESTA PÁGINA FOI PROPOSITADAMENTE DEIXADA EM BRANCO
  3. 3. INTRODUÇÃO Tudo já foi dito uma vez. Mas, como as pessoas não escutam, é preciso dizer de novo. André Gide. Há dois tipos de pessoas: as que fazem as coisas e as que dizem que fizeram as coisas. Tente ficar no primeiro tipo. Há menos competição. Indira Ghandi A diferença entre a genialidade e a estupidez é que a genialidade tem limites. Miguem Salles Ribeiro A quase totalidade das nossas instalações apresenta riscos inerentes às “atmosferas potencialmente explosivas”. Desde o aparecimento da indústria do petróleo que convivemos com inúmeros riscos e muitos casos de incêndios, explosões e mortes. Em muitos casos, comprovou-se a inadequabilidade da instalação elétrica e utilização de procedimentos inseguros. Muitas unidades, particularmente as mais antigas, foram projetadas e construídas seguindo normas atualmente em desuso e por isso precisam ter seus planos de classificação de áreas1 revisados e em conformidade com a IEC. Com vistas a identificar e corrigir não conformidades nessas instalações foi criado um Comitê que, em consonância com as 15 diretrizes de SMS, deliberou ações buscando o cumprimento desses objetivos. Dentre as ações aprovadas está a formação de multiplicadores e o treinamento da força de trabalho própria e contratada através de um curso básico em atmosferas explosivas com vistas a disseminação dos conceitos envolvidos. O treinamento deve ser simples e ao mesmo tempo abrangente. Não tem o escopo de formar inspetores nem auditores, contudo deve permitir que os treinados conheçam os princípios básicos que norteiam o assunto e sejam capazes de identificar os principais riscos referentes às áreas classificadas no ambiente de trabalho. Com vistas o objetivo proposto, oferecemos esse texto cujo escopo é apresentar: 1 Duas coisas devem-se ter em mente ao estudar o assunto: uma diz respeito à expressão “áreas classificadas” que na realidade designa um volume classificado ou potencialmente capaz de causar incêndios ou explosões e a outra é com relação a necessidade de disseminar a expressão “plano de classificação de áreas” em detrimento aos desenhos ou plantas de classificação de áreas. O “plano de classificação de áreas” é um conjunto de documentos obrigatórios e válidos somente quando analisados em conjunto.
  4. 4. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 4 • Os conceitos sobre áreas classificadas ou potencialmente capazes de causar incêndios ou explosões, as diversas tecnologias de proteção disponíveis e aplicáveis a equipamentos e dispositivos elétricos a fim de que os mesmos sejam capazes de operar sem infligir danos físicos às pessoas ou aos equipamentos devido a possibilidade de ignição da atmosfera explosiva. A penetração de corpos estranhos no interior dos equipamentos também é uma possibilidade inaceitável e, portanto, de alto risco tanto para o ser humano como para os equipamentos. • As diversas recomendações quanto às instalações elétricas bem como a instalação de equipamentos de origem não elétrica em áreas classificadas. É analisada também a utilização de sistemas com eletrodutos ou cabos lançados diretamente no solo. O uso de eletrodutos acarreta a utilização de unidades seladoras enquanto o uso de cabos implica na utilização de prensa-cabo. • As diversas recomendações quanto aos procedimentos de inspeção em instalações elétricas bem como a instalação de equipamentos de origem não elétrica em áreas classificadas. Não é propósito desse texto apresentar, em todos os detalhes, os requisitos construtivos ou de ensaios das diversas tecnologias de proteção para áreas classificadas nem quanto ao seu grau de proteção. Sempre que isso for necessário, a seguinte seqüência deve ser seguida: consulta às normas PETROBRAS, consulta às normas ABNT, consulta às normas do Mercosul, e por fim às normas da IEC. O programa desse treinamento abrange a teoria e informações práticas para equipamentos e acessórios, abordando os seguintes temas: 1. Propriedades básicas das substâncias inflamáveis; 2. Critérios para classificação de áreas; 3. Plano de classificação de áreas (documentos a serem gerados no âmbito do projeto); 4. Tipos e graus de proteção; 5. Principais equipamentos e acessórios disponíveis (princípio de funcionamento); 6. Particularidades e cuidados a serem observados no projeto, especificação, instalação, (manutenção e inspeção); 7. Aplicações e limitações de equipamentos e acessórios (para os tipos de proteção mais usados: Ex e, Ex i, Ex n, Ex d, Ex p);
  5. 5. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 5 8. Vantagens e desvantagens dos principais tipos de proteção; 9. Pontos mais relevantes das normas (brasileiras, internacionais e estrangeiras) e portarias aplicáveis (ex.: número máximo e bitola de fios em unidade seladora, convecção natural provocada em salas que contêm acionadores movidos a gás, processo de emissão de declaração de importação para equipamentos importados, etc.); 10. Enfatizar a importância do atendimento da portaria INMETRO 83/2006 e seus anexos ou outra portaria que a venha substituir, bem como das conseqüências técnicas, civis e legais do seu descumprimento; 11. Tipos de não conformidades que comprometem o tipo e o grau de proteção de equipamentos e acessórios (ex.: prensa-cabo danificado); 12. O que pode e o que não pode ser feito, (ex.: unidades seladoras sem eletrodutos na saída; caixas Ex d com prensa-cabos Ex e; vários cabos em um único prensa- cabo; danos à massa de selagem); 13. Apresentação detalhada da filosofia e metodologia e limitações das Normas PETROBRAS (CONTEC), Normas Brasileiras (ABNT), normas Mercosul (NM), Normas Internacionais (IEC) e Normas Estrangeiras (API) sobre classificação de áreas. Embora já existam no país três obras excepcionais escritas em língua portuguesa2 , apresentamos este trabalho por julgar importante um texto em linguagem acessível e sem muito aprofundamento teórico com informações que propiciem uma fácil assimilação dos conceitos apresentados. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI II andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9419-1850 Mossoró – RN, maio de 2006. 2 As obras são: Manual de instalações elétricas em indústrias químicas, petroquímicas e de petróleo escrito pelo engenheiro Dácio de Miranda Jordão, hoje aposentado da PETROBRAS; Manual de segurança intrínseca: do projeto à instalação escrito pelo engenheiro Giovanni Hummel Borges e INSTRU-EX: instruções gerais para instalações em atmosferas explosivas, escrita pelos engenheiros Hélio Kanji Suzuki e Roberto Gomes de Oliveira, ambos funcionários da PETROBRAS.
  6. 6. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 6 Nenhum trabalho é considerado concluído por seu autor. Ele está constantemente em atualização buscando corrigir todas as possíveis falhas. Por este motivo, muitos passam por esta vida sem tempo hábil para revelar suas descobertas ou sua forma de pensar. Nosso objetivo, no entanto, é apresentar um trabalho simples sem a pretensão de alcançar a perfeição, corrigindo-o à medida que os erros sejam descobertos ou atendendo-se as sugestões de melhoria do texto e forma de apresentação. Agradecemos imensamente as contribuições recebidas, esperando que outros também sejam desafiados a dar a sua parcela de contribuição. Sejamos proativos, afinal como dizia o grande Camões: “jamais haverá um ano novo, se continuarmos a copiar os erros dos anos velhos”. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI II andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9935-0380 Mossoró – RN, novembro de 2006. Mais uma vez estamos revisando o texto, corrigindo erros de ortografia, concordância e aprimorando o texto básico. Novamente ressaltamos que nenhum trabalho é considerado concluído por seu autor, pois ele está constantemente em atualização buscando corrigir todas as possíveis falhas. Essas correções serão procedidas sempre que formos utilizar o texto para ministrar um curso que verse sobre o tema. Incentivamos a todos a aprender com os erros e acertos dos outros, pois como afirmou José Saramago, “Aprender com a experiência dos outros é menos penoso do que aprender com a própria”. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI II andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9935-0380 Mossoró – RN, março de 2007.
  7. 7. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 7 Com o desenvolvimento dos processos industriais, surgiram áreas consideradas de risco devido a presença de substâncias inflamáveis e potencialmente explosivas, que impediam o uso de equipamentos baseados na utilização da eletricidade, pois os instrumentos eletrônicos baseados 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), foi possível 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, à Segurança Intrínseca. É com o foco na segurança das pessoas e da instalação que elaboramos e procuramos sempre atualizar a presente apostila que busca transmitir os conceitos que norteiam o assunto, a fim de torná-lo de domínio público. Alguém disse certa vez que: não existe receita infalível contra acidentes de trabalho. Isso acontece porque a componente humana tem um peso significativo no processo de formação de condições favoráveis à ocorrência de acidentes e nunca temos controle total das ações humanas. Daí a importância de tomarmos consciência de que a segurança é uma decisão individual. Essa decisão individual e intransferível passa indubitavelmente pelo interesse em se trabalhar com segurança através da obediência aos procedimentos de execução, utilização de ferramentas adequadas, atenção focada na tarefa a ser executada e, na dúvida, consultar sobre a maneira mais segura de se executar determinada tarefa. Sabemos que o nosso trabalho não está concluído e temos ciência que não abordamos tudo. Mas temos certeza que estamos contribuindo para a mudança no status atual, subindo mais um degrau na busca da excelência na segurança de nossas instalações e, por conseguinte na segurança das pessoas que dela se utilizam. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI II andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9926-5408 Mossoró – RN, julho de 2007.
  8. 8. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 8 É com muita satisfação que procedemos mais uma revisão no texto. As alterações já são visíveis na capa. O título deixou de ser “Atmosferas potencialmente explosivas: noções básicas” passando a se chamar: “Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas: noções básicas”. O conteúdo também passou por uma revisão geral, sendo acrescido tópicos e capítulos. Temos certeza que mesmo uma revisão cuidadosa não é isenta de erros e por isso contamos com a compreensão do leitor no sentido de ajudar na correção dos erros enviando para o endereço eletrônico abaixo todas as falhas encontradas. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI Sênior andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9926-5408 Mossoró – RN, Janeiro de 2008. Agradecemos a acolhida a nosso trabalho e, no intuito de melhorar continuamente o presente texto, procedemos mais uma revisão no texto. Agradecemos a todos que contribuíram com suas críticas e sugestões. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI Sênior andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9926-5408 Mossoró – RN, Janeiro de 2009. Mais uma vez procedemos a uma revisão geral no texto dando seguimento ao nosso propósito em melhorar continuamente o presente texto. Contudo, uma revisão mais profunda adequando o texto às revisões recentes das normas será dada a cabo. Francisco André de Oliveira Neto - TPCMI Sênior andrenet@petrobras.com.br Telefone: 0xx84-3323-2612 0xx84-9926-5408 Mossoró – RN, Abril de 2010.
  9. 9. Mais importante que adquirir uma grande sabedoria é a humildade na hora de transmiti-la. Anônimo AGRADECIMENTOS A Deus em quem tudo posso, A meu pai Noé André de Oliveira, dedicado incentivador dos meus estudos. À minha querida esposa Maria Elenisse Pinho de Oliveira que sempre acredita na minha capacidade e no meu potencial. Aos meus amados filhos: Victor André Pinho de Oliveira, Gislane Pinho de Oliveira e Nícholas André Pinho de Oliveira adoradas criaturas. Ao colega Stênio Jayme Galvão Filho, à época das primeiras versões era gerente do ATP-MO, pela confiança depositada no nosso trabalho. Ao Comitê de Atmosferas Potencialmente Explosivas pelo grande apoio obtido nessa empreitada: Cesimar Araujo da Silva Eliran de Paiva Flauber Teixeira Machado Franklin Liberato Rodrigues de Souza Jose Henrique Patriota Soares Ricardo Ubiratã de Moura Melo William Maribondo Vinagre Filho Aos colegas Cláudio Roberto de Souza e Silva, Ozeas Ângelo de Souza, William Maribondo Vinagre Filho e Alan Johanes que se dispuseram a comentar o texto inicial e assim prestaram um inestimável auxílio. Ao mestre e professor Dácio de Miranda Jordão a quem devo todo o conhecimento adquirido sobre o assunto. Estendo os meus agradecimentos ao químico Alexandre Moraes de Azevedo Pereira que muito ajudou esclarecendo as inúmeras dúvidas que se apresentaram e a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a consecução deste trabalho.
  10. 10. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 10 SUMÁRIO 1 O PROCESSO DE ACIDENTE............................................................................. 15 1.1 O custo da perda da vida humana para a indústria “off shore” brasileira ...... 18 2 FOGO E INCÊNDIO ............................................................................................. 22 3 PROPRIEDADES BÁSICAS DAS SUBSTÂNCIAS INFLAMÁVEIS............... 25 4 Classificação dos produtos inflamáveis.................................................................. 31 4.1 Classificação dos produtos inflamáveis segundo o API................................. 31 4.2 Classificação dos produtos inflamáveis segundo a IEC................................. 34 4.3 Critérios de agrupamento dos produtos inflamáveis: classificação API x IEC 35 5 RISCO, PERIGO E EXPLOSÃO........................................................................... 38 5.1 Graus de risco................................................................................................. 39 5.1.1 A visão americana .................................................................................. 39 5.1.2 A visão internacional.............................................................................. 42 5.2 Minimizando o risco de incêndios e explosões .............................................. 43 6 RISCOS DE EXPLOSÃO A PARTIR DE POEIRAS COMBUSTÍVEIS ............ 45 7 CRITÉRIOS PARA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS........................................... 52 7.1 Definições....................................................................................................... 52 7.2 Plano de áreas classificadas............................................................................ 54 7.3 Extensão da área classificada ......................................................................... 55 7.3.1 Efeitos dos parâmetros associados as substâncias inflamáveis na determinação da extensão das áreas classificadas.................................................. 56 7.4 A visão conforme o conceito americano ........................................................ 57 7.4.1 Exemplo de figuras de classificação de áreas......................................... 60 7.5 A visão conforme norma internacional .......................................................... 63 7.5.1 Avaliação do grau de ventilação e sua influência na classificação das áreas 65 7.5.1.1 Estimativa do grau de ventilação........................................................ 66 7.5.1.2 Disponibilidade da ventilação ............................................................ 68 7.5.1.3 Figuras de classificação de áreas conforme a visão da norma internacional ....................................................................................................... 69 7.6 A visão da norma Petrobras N-2154............................................................... 72
  11. 11. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 11 7.7 Classificação de áreas geradas pela utilização de bancos de baterias ............ 75 7.8 Estimando a distância de risco ou delimitando a área classificada ................ 83 7.9 Critérios objetivos para se classificar um ambiente sujeito a acumulação de vapores inflamáveis.................................................................................................... 84 8 CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS – UMA TAREFA DIFÍCIL ............................... 88 9 PLANO DE CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS........................................................ 93 10 GRAUS DE PROTEÇÃO .................................................................................. 97 11 TIPOS DE TECNOLOGIAS APLICADAS EM EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS............................................................ 103 11.1 Tipos de proteção Ex.................................................................................... 104 11.1.1 Prova de explosão Ex d ........................................................................ 105 11.1.2 Segurança aumentada Ex e................................................................... 109 11.1.2.1 Terminais de segurança aumentada.............................................. 110 11.1.2.2 Motores “segurança aumentada” Ex e.......................................... 113 11.1.2.3 Luminárias Ex e............................................................................ 116 11.1.3 Imerso em óleo Ex o............................................................................. 118 11.1.4 Equipamentos pressurizados Ex p........................................................ 119 11.1.5 Equipamentos elétricos encapsulados Ex m......................................... 120 11.1.6 Equipamentos e dispositivos Segurança Intrínseca Ex i. ..................... 120 11.1.6.1 Equipamentos simples.................................................................. 123 11.1.7 Equipamentos elétricos não acendíveis Ex n........................................ 124 11.1.8 Imersos em areia Ex q .......................................................................... 128 11.1.9 Proteção especial Ex s .......................................................................... 129 11.1.10 Proteção combinada.............................................................................. 130 11.1.11 Soluções de projeto/campo................................................................... 131 11.2 Equivalência das diferentes técnicas de proteção......................................... 132 11.3 Energia de Ignição........................................................................................ 134 11.3.1 Circuitos Limitadores de energia.......................................................... 137 11.4 Resumo......................................................................................................... 141 12 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM ÁREAS CLASSIFICADAS ................... 142 12.1 Sistema com Eletrodutos (filosofia americana)............................................ 143 12.1.1 Violações e exceções............................................................................ 146 12.2 Sistema com Cabos....................................................................................... 151 12.3 Erros mais comuns em instalações “Ex”...................................................... 151
  12. 12. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 12 13 INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS ..... 154 13.1 Instalação de equipamentos elétricos em áreas classificadas....................... 154 13.2 Fontes de Ignição de origem não elétrica:.................................................... 156 13.3 Recomendações quanto à localização de bancos de baterias ....................... 160 14 INSPEÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS.................................................. 163 14.1 Graus de inspeção......................................................................................... 164 14.2 Tipos de inspeção ......................................................................................... 164 14.3 Requisitos gerais a serem obedecidos para efetuar a inspeção em uma área classificada ............................................................................................................... 166 14.4 Comentários Sobre a Inspeção ..................................................................... 167 15 CERTIFICAÇÃO DE CONFORMIDADE ..................................................... 191 15.1 A Certificação no Brasil ............................................................................... 192 15.2 Marcação de equipamentos Ex..................................................................... 195 16 PRESCRIÇÕES DA NR-10 PARA TRABALHOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS. ...................................................................................................... 198 16.1 Formação dos trabalhadores......................................................................... 202 17 CRITÉRIOS PARA DETERMINAÇÃO DO GRAU DE RISCO OU MÉTODOS PARA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS .................................................. 207 17.1 Calculando a mínima vazão de ar a fim de obter ventilação adequada utilizando-se como critério as emissões fugitivas .................................................... 207 17.2 Um método alternativo para classificação da área ....................................... 211 17.3 Procedimento para classificação de áreas..................................................... 224 17.4 Interpretação da IP 15 em projeto de plantas de processo: uma aproximação do senso comum ....................................................................................................... 227 18 ANEXOS.......................................................................................................... 235 18.1 ANEXO I - Exercícios resolvidos ................................................................ 235 18.2 ANEXO II - Portaria n. 176 ......................................................................... 247 18.3 ANEXO III - Portaria n. 83/2006................................................................. 249 18.4 ANEXO IV - Relação de normas relativas à segurança de instalações e pessoas em áreas potencialmente explosivas............................................................ 251 18.5 ANEXO V - Relação dos principais sítios para consultas relativos a áreas classificadas.............................................................................................................. 258 18.6 ANEXO VII - Fibras óticas......................................................................... 259
  13. 13. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 13 18.7 Anexo I (informativo) da ABNT NBR IEC 60079-7: Introdução de um método alternativo de avaliação de risco incluindo os 'Níveis de Proteção de Equipamento' (EPL) para equipamentos Ex............................................................. 261 18.8 ANEXO XI - Principais características de algumas substâncias inflamáveis. 266 18.9 ANEXO XIII - Ignición de una mezcla explosiva por radiación óptica ...... 267 18.10 ANEXO XIV - CRITÉRIOS DE SEVERIDADE DE RISCO .................... 269 18.11 PRESENÇA SIMULTÂNEA DE PÓS E GASES....................................... 273 18.12 ANEXO XIV - Faixa de ponto de fulgor para campos da UN-RNCE......... 275 19 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.................................................................. 276
  14. 14. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 14 ESTA PÁGINA FOI PROPOSITADAMENTE DEIXADA EM BRANCO
  15. 15. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 15 1 O PROCESSO DE ACIDENTE Morrer não é difícil. Difícil é a vida e seu oficio. (Malakovski) Alguns aspectos na investigação dos acidentes revelam alguns pontos importantes sobre o processo de acidente, dos quais um se destaca: não tem nenhum sentido procurar uma única causa de um determinado acidente. A vergonha de confessar o primeiro erro nos leva a cometer muitos erros. La Fontaine ACIDENTES Acontecimentos casuais, fortuitos ou imprevistos, e de que resultam geralmente danos, prejuízos, avarias, desastres, lesões ou mortes. ACIDENTE DO TRABALHO A lei 8.213/91 em seu art. 19, o define como aquele que ocorre pelo exercício do trabalho, a serviço da empresa, provocando lesão corporal ou perturbação funcional, que cause a morte, perda, ou redução permanente ou temporária da capacidade para o trabalho. Ainda determina que a empresa é responsável pela adoção de medidas coletivas e individuais de proteção e segurança da saúde do trabalhador, alem de manter os trabalhadores informados pormenorizadamente sobre os riscos da operação a executar e dos produtos a manipular, sendo passível de punição
  16. 16. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 16 penal e/ou multa caso deixe de cumprir essa determinação Os acidentes normalmente são o resultado de uma combinação de circunstâncias particulares e rotineiramente é constatado que os mesmos são precedidos por vários incidentes ou “quase acidentes”. Nessas ocasiões estão presentes a maioria das condições para sua ocorrência. Outra característica dos acidentes é que, quando os mesmos acontecem, as conseqüências são muito diversas, podendo em determinadas situações, resultar ou não em danos. Os principais acidentes na indústria do petróleo são causados por gases de hidrocarboneto, liberados por alguns vasos onde são mantidos sob pressão. Os acidentes são fogo e explosões, e as fontes de ignição, geralmente, são soldas, faíscas, temperaturas elevadas e pontos quentes. Os maiores riscos na produção de petróleo são devido ao fogo, explosões e liberação tóxica. Contudo, analisando a bibliografia sobre o assunto, conclui-se que o fogo é o mais freqüente, mas as explosões podem ser de significação particular devido a mortes e perdas. A liberação tóxica tem um alto potencial de resultar na morte de um grande número de pessoas, embora esses casos sejam extremamente raros. Qualquer que seja o acidente, a redução de suas conseqüências depende, necessariamente, da manutenção de contenção ou barreiras de proteção. Isto inclui não somente a prevenção do vazamento, mas também em se evitar uma explosão dentro de um vaso, de uma tubulação ou de uma área parcialmente confinada, ou minimizar o inventário a ser queimado isolando algumas áreas. Alguns elementos que determinam a magnitude da severidade associada a um risco são: Inventário Um dos fatores mais importantes para se determinar a severidade de risco é o inventário3 do material de perigo. Quanto maior for o inventário, maior é o potencial de danos. Energia A energia é necessária para iniciar o processo de ignição ocasionando fogo ou explosão, assim como para gases dispersos até que eles formem uma nuvem. Poderia ser armazenada no material (sob a forma de pressão ou temperatura), de uma reação química ou de uma fonte externa. Na situação específica de vazamento, a pressão e a temperatura interna do gás e a velocidade do vento governam o processo de dispersão. 3 Entende-se como inventário de produtos inflamáveis as massas totais de materiais inflamáveis presentes na instalação em um determinado instante de tempo.
  17. 17. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 17 Tempo O fator tempo afeta a taxa de liberação assim como o tempo de alarme. Os riscos associados a uma liberação instantânea são diferentes de uma contínua. O tempo de alarme, para tomar as ações de segurança necessárias são importantes para reduzir o número das pessoas expostas ao risco. Um sistema de detecção efetivo, na primeira fase da formação de nuvem, pode reduzir ou evitar um acidente. A relação intensidade-distância A distância na qual um risco resultará em prejuízo ou danos materiais são importantes. Para explosões, o pico de pressão é uma função da massa de combustível e da distância entre a fonte e o alvo. Exposição Estimar a distância necessária para reduzir os riscos de um incêndio ou explosões para as pessoas, baseando-se nos critérios de fluxo de calor ou pico de pressão, essas distâncias podem variar desde 250 a 1000 m, para uma grande planta de processo de hidrocarboneto. Não estamos considerando aqui os efeitos provenientes de uma reação em cadeia4 nem para liberação tóxica, cujas distâncias são ainda maiores. Uma medida que pode atenuar as conseqüências do acidente é a redução da exposição das pessoas presentes na área afetada. A redução da exposição é o resultado da aplicação de medidas mitigadoras antes do início do risco para que ações de emergência sejam tomadas depois de identificadas. A segunda situação depende dos modos disponíveis para avaliar o surgimento das condições necessárias para um risco evoluir para um acidente. Quando as ações para se evitar um acidente não são suficientes ou adequadas, poderá haver perdas e custos tais como: (a) Acidentes; (b) Danos; (c) Demoras na partida de plantas; (d) Redução da produção devido a planta parada; (e) Manutenção em equipamento e instalações; (f) Perda de mercado; (g) Reações do público e danos à imagem e (h) Garantia. São essenciais, na prevenção da perda, calcular o custo do risco, e determinar quais os níveis de risco que são inaceitáveis e devem ser eliminados através de novos investimentos. Estes valores também fornecem informações para fundamentar as decisões racionais de redução de risco. 4 Reação em cadeia ou efeito dominó se refere a uma cadeia de acidentes ou situações em que a carga gerada por fogo e/ou explosões em uma unidade provoca acidentes secundários em outras unidades de um processo industrial. Estes acidentes têm seus efeitos potencializados quando comparados aos acidentes considerados isoladamente. Para maiores informações a respeito, ver o artigo “Impactos de acidentes em cadeia em refinarias de petróleo”.
  18. 18. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 18 Os questionamentos com relação às despesas com segurança são reduzidos agora a uma decisão sobre os níveis de risco inaceitável e os investimentos necessários para preservar a vida ou reduzir as perdas (análise custo x beneficio). Deve ser observado que é incorreto associar o aumento da segurança diretamente com mais gastos. A experiência demonstra que, com algum esforço em projeto e treinamento, a segurança deficiente e as práticas operacionais erradas podem ser substituídas pelas boas. A quem interessa a prevenção de acidentes? Em primeiro lugar ao trabalhador, pois assegura a sua qualidade de vida, evita perda de rendimentos, mantém a sua auto- estima, estimula ao trabalho como prazer, alegria e motivação para vida. Mesmo que o acidente não ceife a vida do trabalhador ou traga conseqüências mais sérias, ele trará insegurança à família que passará a conviver com uma contínua sensação de medo de que em uma outra situação não tenha tanta sorte. Em segundo lugar ao empregador, pois lhe assegura ganhos de produtividade, preservação da imagem da empresa perante a comunidade, redução dos custos diretos e indiretos, diminuição dos litígios trabalhistas e menor rotatividade da mão-de-obra. A empresa deve investir em segurança e conforto no trabalho além de mostrar com práticas e ações que os produtos são oriundos dos esforços conjunto da empresa e seus funcionários e não ao custo da vida destes. Por último, a sociedade e o Estado, pois assegura menores encargos previdenciários, uma imagem positiva da nação perante organismos internacionais e a valorização do ser humano por meio de políticas públicas. 1.1 O custo da perda da vida humana para a indústria “off shore” brasileira Sistematizado com base em: GAS DISPERSION ANALYSIS IN OPEN AREAS FPSO P-37: FINAL TECHNICAL REPORT, executado pela MTL engenharia Ltda, julho/98, projeto executado pela UTC projetos e consultoria S.A. Muito se discute sobre os custos monetários e não monetários decorrentes dos acidentes que cerceiam a vida das pessoas. Em discurso proferido pelo deputado Marco Peixoto do PDT sobre os custos advindos dos acidentes de transito, afirmou:
  19. 19. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 19 Nada se compara, contudo, ao custo da vida humana. Os acidentes de trânsito são a maior causa mundial de morte por lesões. No Brasil, como já disse, cerca de 50 mil vidas humanas são ceifadas no trânsito. São pais, filhos, cônjuges, amigos, colegas cuja ausência será sentida de todas as formas por aqueles que ficam. (...) Conforme o estudo do IPEA, o acidente de trânsito tem especial relevância entre as externalidades negativas produzidas pelo trânsito não somente pelos custos econômicos provocados, mas, sobretudo, pela dor, sofrimento e perda de qualidade de vida imputados às vítimas, seus familiares e à sociedade como um todo. (...) Desagregando os custos por grau de severidade, verificou-se que um acidente de trânsito sem vítimas tem um custo médio de R$3.262, um acidente com ferido apresenta um custo médio de R$17.460 e um acidente com morte, R$144.143. Estes dados evidenciam que o impacto econômico causado pelos acidentes de trânsito cresce significativamente à medida que aumenta a severidade dos acidentes de trânsito. A quantificação do custo da perda da vida humana em valores monetários, entretanto é razão de muitas controvérsias e um assunto que ainda não foi perfeitamente consolidado. No que tange aos acidentes de trabalho, um grande número de fontes apresentam procedimentos, dados e valores divergentes e com variações que vão de $25.000,00 até $10.000.000,00. Uma metodologia de cálculo proposta no artigo “O Valor da Vida Humana” considera os seguintes critérios para a determinação do custo da perda da vida humana: • Estimativa dos bens e serviços que uma pessoa produziria se não fosse privada de sua vida; • Estimativa dos salários recebidos por uma pessoa durante a sua vida normal; • Estimativa do valor do seu seguro de vida, pago pela companhia ou pela própria pessoa; • Estimativa das decisões judiciais, considerando os valores em processos semelhantes onde as companhias são consideradas como sendo responsáveis pelas fatalidades; • Estimativa dos custos para melhorar a segurança ou reduzir o perigo associado a uma determinada atividade. É realmente uma tarefa bastante difícil estabelecer um único valor que leve em consideração todas as variáveis envolvidas. Por outro lado, existem danos à imagem da companhia devido ao acidente, custos com o treinamento de substitutos, aumento da pressão do Estado para que as empresas invistam mais em segurança e desenvolva ações no sentido de reduzir os acidentes, entre outros, que resultarão em desembolsos cada vez maiores pela companhia5 . 5 Não estamos levando em consideração os transtornos causados à família com o cerceamento da vida de
  20. 20. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 20 A proporção de fatalidades nas indústrias químicas e petroquímicas situa-se em torno de 7% e representa um custo para a nação. A título de exemplo, para a Inglaterra, situa-se entre £14.000.000 e £63.000.000 por ano. Supondo o número de fatalidades anuais igual a 24 como sendo representativo, cada vida humana perdida nos acidentes na Inglaterra, devido as indústrias químicas e petroquímicas, apresentam um custo médio entre 333.583 24 000.000.14 ==CVH e 000.625.2 24 000.000.63 = . Convertendo para dólares americanos, o custo da vida humana (CVH) varia de US$ 886.700 a US$ 3.990.000 ou ainda US$ 2.438.3506 como valor médio. Este valor representa o custo médio para o país inteiro, e não somente para a companhia. Por outro lado, os custos de decisões judiciais e dos danos a imagem não estão computados. O trabalho de BLOMQUIST, baseado na estimativa de perda esperada pela produção de bens e serviços, com trabalhadores americanos, fornece os resultados seguintes constantes na Tabela 1. Tabela 1: Nível de risco versus valor médio da vida humana Nível de risco Valor médio da Vida Humana (US$) Valor médio da Vida Humana (R$) 10-3 168.000 336.000,00 10-4 1.068.000 2.136.000,00 10-5 1.963.000 3.926.000,00 10-6 6.746.000 13.492.000,00 Informações adicionais podem ser encontradas em vários trabalhos, mas todos apresentam uma extensa faixa de valores calculados que vão de US$ 300.000 a US$ 3.500.000 e são relativos a procedimentos de cálculo que poderiam ser gastos em indenização ou justificar os procedimentos adotados para minimizar riscos. O custo da perda da vida humana calculado segundo a realidade brasileira, pode ser obtido, se analisado as decisões judiciais, com vistas a estabelecer uma metodologia de cálculo das indenizações. Usando os dados a seguir, é possível fazer uma avaliação um familiar. É muito mais difícil para a família aceitar a “morte escancarada” (repentina) causada por um acidente ou desastre. Esses acontecimentos geram crises e desestruturação familiar, seja pela privação do convívio ou pelas dificuldades financeiras quando o morto é arrimo de família. 6 Considerando a cotação 1US$=R$2,00 temos que o CVH médio estaria em torno de R$ 4.876.700,00.
  21. 21. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 21 da indenização a ser paga pela perda da vida humana considerando que: a idade média de um petroleiro trabalhando na indústria “off shore” é de 30 anos; a expectativa atual de vida brasileira é 70 anos e que o salário médio de um trabalhador “off shore” nos EUA seja de $2.800,00 e equivalha ao brasileiro. Valores de indenização: i) Salários: 40 x 13 x US$ 2.800,00 (incluindo aposentadoria) = US$ 1.456.000; ii) Seguro de vida em Grupo (a condição mais freqüente, correspondendo a 4 anos de trabalho): 48 x US$ 2.800,00 = US$ 134.400; iii) Despesas com transporte e funeral: US$ 10.000; iv) penalidades Judiciais (dependendo das circunstâncias do acidente): US$ 500.000; v) FGTS a ser pago ao trabalhador: 40 x 13 x 0,08 x US$ 2.800,00 = US$ 116.480,00 A estes custos, nós devemos adicionar o custo (não judicial) da substituição do trabalhador morto e que envolveria seleção e treinamento desse novo trabalhador. Considerando um tempo de adaptação médio de 12 meses, teremos que acrescentar aos custos anteriores 13 x US$ 2.800,00, mais os encargos sociais resultando em US$ 36.400,00 e isso não é tudo. O custo da perda da vida de um trabalhador trabalhando na indústria “offshore” poderia custar a empresa (de um modo simplificado), adicionando encargos judiciais de 20% até US$ 2.700.000,00.
  22. 22. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 22 2 FOGO E INCÊNDIO O fogo é um tipo de queima, combustão ou oxidação que resulta de uma reação química em cadeia, que ocorre na medida em que atuem concomitantemente o combustível, o oxigênio, o calor e a continuidade da reação de combustão. Já a combustão é um processo de oxidação rápida e auto sustentada, acompanhada da liberação de luz e calor, de intensidades variáveis. Os principais produtos da combustão e seus efeitos à vida humana são: gases (CO, HCN, CO2, HCl, SO2, NOx, etc., todos tóxicos); calor (pode provocar queimaduras, desidratação, exaustão, etc.); chamas (se tiver contato direto com a pele, podem provocar queimaduras) e fumaça (a maior causa de morte nos incêndios, pois prejudica a visibilidade, dificultando a fuga). Até pouco tempo, predominava a figura do triângulo do fogo, que agora foi substituído pelo TETRAEDRO DO FOGO, pela inclusão da reação em cadeia. Eliminando-se um desses 4 elementos, cessará a combustão e, conseqüentemente, o foco de incêndio. Pode-se afastar ou eliminar a substância que está sendo queimada, embora isto nem sempre seja possível. Pode-se eliminar ou afastar o comburente (oxigênio), por Figura 1: Triângulo do fogo
  23. 23. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 23 abafamento ou pela sua substituição por outro gás não comburente. Pode-se eliminar o calor, provocando o resfriamento, no ponto em que ocorre a queima ou combustão. Ou pode-se interromper a reação em cadeia. Combustível é o material oxidável (sólido, líquido ou gasoso) capaz de reagir com o comburente (em geral o oxigênio) numa reação de combustão. Comburente é o material gasoso que pode reagir com um combustível, produzindo a combustão. Ignição é o agente que dá o início do processo de combustão, introduzindo na mistura combustível/comburente, a energia mínima inicial necessária. Reação em cadeia é o processo de sustentabilidade da combustão, pela presença de radicais livres, que são formados durante o processo de queima do combustível. As fontes de ignição mais comuns nos incêndios são: chamas, superfícies aquecidas, fagulhas, centelhas e arcos elétricos (além dos raios, que são uma fonte natural de ignição). Tabela 2: Classes de incêndio CLASSE EXEMPLOS DE MATERIAIS COMBUSTÍVEIS A Incêndios em materiais sólidos fibrosos, tais como: madeira, papel, tecido, etc. que se caracterizam por deixar após a queima, resíduos como carvão e cinza. B Incêndios em líquidos e gases inflamáveis, ou em sólidos que se liquefazem para entrar em combustão: gasolina, GLP, parafina, etc. C Incêndios que envolvem equipamentos elétricos energizados: motores, geradores, cabos, etc. D Incêndios em metais combustíveis, tais como: magnésio, titânio, potássio, zinco, sódio, etc. O incêndio, por sua vez, é definido como sendo a presença de fogo em local não desejado e capaz de provocar, além de prejuízos materiais: quedas, queimaduras e intoxicações por fumaça. Os incêndios, em seu início, são muito fáceis de controlar e de extinguir. Quanto mais rápido o ataque às chamas, maiores serão as possibilidades de reduzi-las e eliminá-las. Figura 2: Tetraedro do fogo
  24. 24. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 24 A principal preocupação no ataque, consiste em desfazer ou romper o tetraedro do fogo. Mas, que tipo de ataque se faz ao fogo em seu início? Qual a solução que deve ser tentada? Como os incêndios são de diferentes tipos, as soluções também serão diferentes e os equipamentos de combate ao fogo também serão de tipos diversos. Os principais métodos para o controle e extinção são: • Retirada ou exclusão do combustível = isolamento, bloqueio ou substituição; • Cobertura do oxigênio = abafamento, com tampa ou espuma; • Retirada ou redução do calor (temperatura do combustível)= resfriamento • Diluição = da fase líquida ou gasosa; • Emulsionamento; • Interrupção da reação em cadeia. É preciso conhecer e identificar bem o incêndio que se vai combater, antes de escolher o agente extintor ou equipamento de combate ao fogo. Um erro na escolha de um extintor pode tornar inútil o esforço de combater as chamas; ou pode piorar a situação, aumentando ainda mais as chamas, espalhando-as, ou criando novas causas de fogo (curtos-circuitos). Os principais agentes extintores são os seguintes: • Água na forma líquida (jato ou neblina); • Espuma mecânica (a espuma química foi proibida); • Gases e vapores inertes (CO2, N, Vapor d´água); • Pó químico; • Agentes halogenados (e respectivos alternativos).
  25. 25. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 25 3 PROPRIEDADES BÁSICAS DAS SUBSTÂNCIAS INFLAMÁVEIS As indústrias químicas e petroquímicas manuseiam uma variedade muito grande de substâncias, as quais apresentam propriedades físico-químicas diferentes. Por isso, torna-se imprescindível conhecermos essas propriedades, como ocorre sua interação com o meio e os riscos que podem advir dessa interação para as pessoas e instalações. Algumas substâncias são tóxicas enquanto outras apresentam risco de inflamabilidade ou explosão extremamente elevada. Saber como lidar com essas substâncias e como evitar ou minimizar os riscos de incêndio ou explosões é o objetivo proposto. Os principais conceitos ligados às propriedades dos líquidos, gases e vapores são apresentados a seguir: Vaporização É a mudança de seu estado físico de agregação da forma líquida para a gasosa, sendo função direta da temperatura. O grau de evaporação é caracterizado pelo coeficiente de evaporação e varia com a pressão e o calor latente de vaporização. Logo
  26. 26. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 26 o coeficiente de vaporização engloba todos os principais efeitos relativos à velocidade de evaporação de um líquido sob condições normais e é definido como a relação entre o período de sua evaporação e o período de evaporação do éter7 . Convecção É o movimento do ar que, resultante da existência de pelo menos uma pressão diferencial ou uma diferença de temperatura, torna os gases e vapores capazes de se misturar. Difusão É a propriedade que possuem os gases e vapores de se misturar devido ao movimento intrínseco de suas moléculas. Densidade e densidade relativa Densidade ou massa específica é uma propriedade associada à relação existente entre a massa de um sólido ou uma substância e o espaço ou volume associado a ela. Dessa maneira, densidade de um gás seria a quantidade de partículas desse gás que ocupa um certo volume8 . Densidade relativa é obtida pelo quociente entre a massa específica de uma substância ou material e a massa específica de uma substância ou material padrão9 . De modo geral, o padrão utilizado é a água destilada a 4°C, cuja densidade absoluta pode ser considerada como 1g/cm³. No nosso caso, a densidade do vapor, ou gás deve ser referenciada ao ar, pois é nosso desejo saber como será a sua dispersão. 7 Quanto maior o número apresentado, menor é a taxa de evaporação. Por exemplo: o benzeno tem uma taxa de evaporação igual a 2,8. Isto significa que ele leva 2,8 vezes mais tempo para evaporar que o éter etílico. A taxa de liberação depende dos seguintes fatores: geometria da fonte de risco, velocidade de liberação, concentração, volatilidade de um líquido inflamável e temperatura do líquido. 8 Em linguagem matemática v m d = . 9 Densidade relativa é dada por água substância d d dr = .
  27. 27. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 27 Estado normal de agregação É o estado no qual uma substância existe sob condições normais e determinadas, ou seja, 0ºC e 101,3 kPa. Uma substância que se encontre no estado gasoso, em condições normais de temperatura e pressão, é chamada de gás. Grau API do American Petroleum Institute (ºAPI) Forma de expressar a densidade relativa de um óleo ou derivado em relação à água. A escala API, medida em graus, varia inversamente com a densidade relativa, isto é, quanto maior a densidade relativa, menor o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é mais leve. Petróleos com grau API maior que 30 são considerados leves; entre 22 e 30 graus API, são médios; abaixo de 22 graus API, são pesados; com grau API igual ou inferior a 10, são petróleos extra pesados. Quanto maior o grau API, maior o valor do petróleo no mercado. A relação entre o grau API e a densidade relativa de um fluido é dada pela fórmula: 5,131 5,141 −= rd API . Onde rd é a densidade relativa a 15,6°C medida em relação a água a 4°C. Assim um petróleo que tem grau API 39°, possui uma densidade relativa de 0,83 enquanto a água tem grau API 10°, pois sua densidade relativa é unitária. Ponto de fulgor (Flash Point) Menor temperatura na qual um líquido sob certas condições normalizadas libera vapores em quantidade suficiente para formar uma mistura vapor/ar inflamável. Nessa temperatura, a quantidade de vapores não é suficiente para assegurar uma combustão contínua e sim de uma forma rápida chamada de “flash” que se extingue uma vez que a temperatura na superfície do líquido ainda não é suficientemente elevada. O ponto de fulgor das substâncias inflamáveis pode ser alterado pela adição de outras substâncias. Se a adição for feita com líquidos inflamáveis com ponto de fulgor
  28. 28. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 28 superior, a mistura terá um ponto de fulgor maior que a da substancia original. Em caso contrário, o ponto de fulgor será reduzido. Ponto de combustão Menor temperatura na qual uma mistura de vapor com o ar é inflamada por uma fonte externa de ignição e continua a queimar constantemente acima da superfície do líquido. Líquidos combustíveis São líquidos que possuem ponto de fulgor igual ou superior a 37,8ºC (100ºF) quando determinado pelo método do vaso fechado10 . Líquidos inflamáveis São líquidos que possuem ponto de fulgor menor que 37,8ºC (100ºF) quando determinado pelo método do vaso fechado. Limites de inflamabilidade Limite Inferior de Inflamabilidade (LII), é a concentração no ar de gás, vapor ou névoa inflamável, abaixo da qual não se forma uma atmosfera gasosa explosiva. Limite Superior de Inflamabilidade (LSI), é a concentração no ar de gás, vapor ou névoa inflamável, acima da qual não se forma uma atmosfera gasosa explosiva. Faixa de inflamabilidade é o intervalo entre o LII e o LSI que geralmente é expressa a 20ºC e à pressão de 1 bar. Substâncias que apresentam amplas faixas de inflamabilidade apresentam maior risco, pois no caso de liberação para a atmosfera, o tempo de permanência como mistura inflamável será tanto maior quanto maior for a faixa de inflamabilidade. 10 Para maiores informações ver norma CEI IEC 60079-4 Electrical apparatus for explosive gas atmospheres Part 4: Method of test for ignition temperature.
  29. 29. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 29 Velocidade de combustão A velocidade de combustão cresce proporcionalmente na razão entre a quantidade de substancia inflamável e a quantidade de oxigênio no instante da ignição. Quando a velocidade atinge a ordem de cm/s dá-se o nome de deflagração. Quando a velocidade atinge a ordem de m/s tem-se uma explosão e quando chega a ordem de km/s é classificada como detonação. Temperatura de ignição de uma atmosfera gasosa explosiva Temperatura mais baixa de uma superfície aquecida na qual, sob condições especificadas, ocorrerá a ignição de uma substância inflamável na forma de mistura de gás ou de vapor com ar. A publicação da IEC 60079-4 normaliza o método para determinação desta temperatura11 . Volatilidade É uma grandeza Físico-química relacionada diretamente com a velocidade de transferência de moléculas da fase sólida ou líquida para a fase vapor. Quando da passagem do estado sólido para vapor, a volatilidade ocorre por sublimação. Quando a transferência de moléculas for do estado líquido para o vapor, essa ocorre por vaporização. A volatilidade é medida em relação a outra substância, e matematicamente é uma relação entre frações molares das fases em equilíbrio ou das pressões de vapor. A volatilidade relativa entre uma substância A e uma substância B é definida da seguinte forma: x y x y Be Be Ae Ae AB =α , onde y representa as frações molares de A e B respectivamente na fase vapor em equilíbrio com a fase líquida e x representa as frações molares de A e B respectivamente na fase líquida em equilíbrio com a fase vapor. 11 Existem algumas controvérsias quanto à utilização do método vaso aberto, pois a amostra perde praticamente todo o gás dissolvido, obtendo-se um ponto de fulgor irrealisticamente muito mais baixo.
  30. 30. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 30 Figura 3: Taxa de expansão líquido/vapor Enriquecimento de oxigênio O teor normal de oxigênio na atmosfera é de 20,95%. Se um determinado local tem um valor superior a esse, é considerado como sendo enriquecido. Exemplos de onde o enriquecimento de oxigênio pode ocorrer: as plantas de fabricação de gás; os hospitais; e locais onde são utilizados equipamentos de oxiacetileno. Um ambiente enriquecido com oxigênio apresenta três riscos distintos: ⇒ Ele pode baixar a temperatura de ignição de materiais inflamáveis. ⇒ Aumenta, de modo significativo, o Limite Superior de Inflamabilidade (LSI) da maioria dos gases e vapores, desse modo ampliando a faixa de inflamabilidade, ⇒ Permite que ela seja inflamada com valores muito mais baixos de energia. Bleve "Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion" ou “Bola de Fogo” é uma combinação de incêndio e explosão, com uma emissão intensa de calor radiante, em um intervalo de tempo muito pequeno. É uma explosão de gás ou vapor em expansão proveniente de um líquido em ebulição. Pode ser definido como o mais grave modo de falha de um recipiente: sua ruptura em dois ou mais pedaços, no momento em que o conteúdo líquido está acima do seu ponto de ebulição à pressão atmosférica normal, geralmente resultante de uma exposição de recipiente a um incêndio. 1 litro de gasolina líquida 1 litro de propano líquido 1 litro de oxigênio líquido 37 litros de gasolina vapor 270 litros de propano gasoso 860 litros de oxigênio gasoso Foto 1: Exemplo de BLEVE
  31. 31. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 31 4 Classificação dos produtos inflamáveis Com o desenvolvimento da indústria e dos procedimentos de segurança, foi necessário categorizar os produtos inflamáveis em função de sua capacidade de gerar pressões de explosão elevadas bem como o menor valor de energia necessária para que determinada substância inflamável possa ser ignitada. 4.1 Classificação dos produtos inflamáveis segundo o API Diversos estudos foram levados a cabo a fim de agrupar as diversas substâncias em um conjunto que apresentassem similaridades de comportamento. Dentre as proposições apresentadas está o método do API que procedeu ao agrupamento pelo MESG (Máximo interstício Experimental Seguro) que deve ser aplicado ao invólucro para que o mesmo possa funcionar corretamente dentro do conceito de segurança de um equipamento prova de explosão. Segundo a padronização americana, os produtos inflamáveis são categorizados em três classes conforme eles se apresentem sob a forma de gás, vapor, poeira ou
  32. 32. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 32 fibras. Os produtos mais comuns, relacionados ao seu respectivo grupo são apresentados a seguir: Tabela 3: Classificação segundo o API GRUPO A Acetileno Acetileno GRUPO B Butadieno, óxido de Etileno, Acroleína, Hidrogênio (ou gases e vapores de risco equivalente ao do Hidrogênio, tais como certos gases manufaturados). Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro menor ou igual a 0,45 mm ou MIC - razão de corrente mínima de ignição menor ou igual a 0,40. GRUPO C Ciclopropano, Eter Etílico, Etileno, Eteno, Sulfeto de Hidrogênio, ou gases e vapores de risco equivalente. Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar-incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro maior do que 0,45 mm e menor ou igual a 0,75 mm, ou MIC - razão de corrente mínima de ignição maior do que 0,40 e menor ou igual a 0,80. CLASSE I (Gases e vapores) GRUPO D Acetona, Álcool, Amônia, Benzeno, Benzol, Butano, Gasolina, Hexano, Metano, Nafta, Gás Natural, Propano, vapores de vernizes, ou gases e vapores de risco equivalente. Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro maior do que 0,75 mm ou MIC - razão de corrente mínima de ignição maior do que 0,80. GRUPO E Pós-metálicos combustíveis, incluindo alumínio, magnésio, e suas ligas comerciais ou outros pós- combustíveis, cujo tamanho de suas partículas, abrasividade e condutividade apresentem risco similar quanto ao uso de equipamentos elétricos. A resistividade é inferior a 105 Ωcm. GRUPO F Pós de carvão, de grafite, e pós de coque. Pós-carbonáceos combustíveis, tendo mais do que 8% no total de materiais voláteis ou tenham reagido com outros materiais e apresentem risco de explosão. A resistividade está entre 102 e 108 Ωcm. CLASSE II (Poeiras) GRUPO G Açúcar, ovo em pó, farinha de trigo, goma- arábica, celulose, vitamina Bl, vitamina C, aspirina, algumas resinas termoplásticas, etc Pós-combustíveis que não se enquadrem nos Grupos E e F, incluindo pós de cereais, de grãos, de plásticos, de madeiras e de produtos químicos. A resistividade é superiora 105 Ωcm. CLASSE III (Fibras) Rayon, algodão, sisal, juta, fibras de madeira, etc. Fibras combustíveis ou material leve e flutuante de fácil ignição, mas que não são prováveis de estar em suspensão no ar em quantidades suficientes para formar mistura explosiva. Exemplos: rayon, algodão, sisal, juta, fibras de madeira ou outras de risco similar. Observação: Para a Classe III não há subdivisão em Grupos
  33. 33. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 33 Alguns valores típicos de MESG obtidos em ensaios para enquadramento dos gases nos respectivos Grupos são mencionados no quadro a seguir. Tabela 4: MESG e máxima pressão por grupo de gás Máxima Pressão de Explosão (kPa) Ignição na câmara primária de ensaio Ignição no eletroduto Grupo Material de Ensaio Interstício Máximo Experimental Seguro (mm) Em repouso Turbulento Em repouso A Acetileno 0,0762 1.241 1.793 7.860 B Hidrogênio 0,0762 938 1.303 5.826 C Éter Dietílico 0,3048 758 1.227 1.379 D Gasolina 0,7356 655 1.076 1.103 Fonte: API RP 500 - 2001. Figura 4: Gradação da energia liberada durante o processo de combustão - API Substâncias de um mesmo Grupo (Classe I) comportam-se de forma similar quando submetidas a um processo de combustão, ou seja, as energias liberadas durante a explosão são da mesma ordem de grandeza, decrescendo de A para D. Isso significa que as energias liberadas no Grupo A são maiores que as liberadas pelo grupo B e assim sucessivamente e por conseguinte, uma explosão com um produto do Grupo A tem um efeito destruidor (pressão de explosão, velocidade de propagação, etc.) muito maior que a do Grupo B. Por essa razão é que um equipamento construído para suportar a explosão do Grupo C, por exemplo, não pode ser utilizado no Grupo B ou A. Para os produtos da Classe II, o aspecto mais importante é o fato dele ser ou não condutor de eletricidade (Grupo E e F) ou não condutores de eletricidade (Grupo G). Para os produtos do Grupo G são necessários cuidados no manuseio, devido o risco do aparecimento da eletricidade estática. Já os produtos classificados como Classe III, não há subdivisões e os critérios de instalações são menos rigorosos que os aplicáveis as Classes I e II.
  34. 34. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 34 4.2 Classificação dos produtos inflamáveis segundo a IEC A IEC classifica os produtos inflamáveis em apenas dois grupos. Um concernente às minas e outro abrangendo o restante das indústrias. Tabela 5: Classificação segundo a IEC PRODUTOS CARACTERIZAÇÃO GRUPO I Grisú MINAS A Acetona, Álcool, Amônia, Benzeno, Benzol, Butano, Gasolina, Hexano, Metano, Nafta, Gás Natural, Propano, vapores de vernizes, ou gases e vapores de risco equivalente. Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro maior do que 0,9 mm ou MIC - razão de corrente mínima de ignição maior do que 0,80 B Ciclopropano, Eter Etílico, Etileno, Eteno, Sulfeto de Hidrogênio, ou gases e vapores de risco equivalente. Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar-incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro maior do que 0,5 mm e menor ou igual a 0,9 mm, ou MIC - razão de corrente mínima de ignição maior do que 0,45 e menor ou igual a 0,80. GRUPO II C Acetileno, Butadieno, óxido de Etileno, Acroleína, Hidrogênio (ou gases e vapores de risco equivalente ao do Hidrogênio, tais como certos gases manufaturados). Gás inflamável, vapores produzidos por líquidos inflamáveis ou por líquidos combustíveis, misturados ao ar de tal modo que possam provocar incêndio ou explosão, tendo MESG - interstício máximo experimental seguro menor ou igual a 0,5 mm ou MIC - razão de corrente mínima de ignição menor ou igual a 0,45. Figura 5: Gradação da energia liberada durante o processo de combustão - IEC Da mesma forma como definido no API, substâncias de um mesmo subgrupo comportam-se de forma similar quando submetidas a um processo de combustão, ou seja, as energias liberadas durante a explosão são da mesma ordem de grandeza, decrescendo agora de C para A. Também significa que as energias liberadas no subgrupo IIC são maiores que as liberadas pelo subgrupo IIB e assim
  35. 35. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 35 sucessivamente e, por conseguinte, uma explosão com um produto do subgrupo IIC tem um efeito destruidor (pressão de explosão, velocidade de propagação, etc.) muito maior que a do Grupo B. Por essa razão é que um equipamento construído para suportar a explosão do subgrupo IIA, por exemplo, não pode ser utilizado no Grupo B ou C. 4.3 Critérios de agrupamento dos produtos inflamáveis: classificação API x IEC (*) Extraído e adaptado de BORGES, pp. 21 a 24 Diferentes tipos de gases são agrupados de acordo com suas propriedades de ignição. Dentro destas propriedades destacam-se: energia de ignição, máximo interstício experimental seguro e classe de temperatura de ignição. O agrupamento de gases ou vapores inflamáveis baseia-se em dois princípios físicos: a energia elétrica necessária para sua ignição (método MIC/MIV - menor corrente ou tensão de ignição) e o resfriamento da chama quando uma explosão se propaga do interior para o exterior de um invólucro através de uma junta (método MESG - máximo interstício experimental seguro). Durante muitos anos, nos E.U.A., o agrupamento de gases ou vapores inflamáveis baseou-se no método MESG. Por este método, quão maior for o comprimento e mais estreito for a largura de junta necessária para resfriar a chama gerada pela explosão de uma mistura gasosa no interior de um invólucro, mais criticamente é classificado o gás que compõe a mistura. Assim sendo, segundo o MESG, os gases são agrupados de D (menos críticos) ao A (mais crítico). Desta forma, o metano, o propano, o etano, os álcoois e diversos solventes industriais (todos do grupo D) apresentam o mesmo MESG. Já o eteno (ou etileno), a maioria dos éteres e alguns dos aldeídos (todos do grupo C) exigem comprimentos de junta maiores e construção de invólucros com paredes mais robustas do que os invólucros destinados para materiais do grupo D. Materiais do grupo B, tal como o hidrogênio, apresentam uma elevação de pressão muito alta, requerendo comprimentos de juntas ainda maiores que os materiais dos grupos C e D. Já o grupo A, composto apenas pelo acetileno, apesar de apresentar características similares ao hidrogênio, tem a propensão de formar acetiletos de cobre que são facilmente detonados por fricção, o que representa um risco de explosão superior ao do hidrogênio. Existem, ainda, diferenças construtivas entre os
  36. 36. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 36 invólucros destinados ao confinamento das explosões das atmosferas com acetileno e hidrogênio. As juntas dos invólucros que são utilizados em atmosferas de acetileno evitam que as partículas sólidas de carbono oriundas da combustão do acetileno sejam expelidas para o exterior do invólucro, pois estas sairiam em alta temperatura. Além disso, as pressões internas desenvolvidas pela combustão do acetileno são maiores que as da combustão do hidrogênio, apesar da menor velocidade de propagação da chama. Já o método (MIC/MIV) agrupa um determinado gás ou vapor segundo os valores mínimos de corrente (MIC) ou tensão (MIV) necessários para provocar a ignição de uma atmosfera formada pelo gás e o ar. Por este método o hidrogênio é o gás mais crítico, apresentando a menor energia de ignição. Sob o ponto de vista prático, o agrupamento segundo o MESG ou segundo o MIC/MIV apresentam o mesmo resultado, tanto que a partir de 1960, o agrupamento de gases deixou de se referenciar à este ou àquele método. O agrupamento dos materiais segundo a IEC é similar àquele utilizado pelo NEC, mudando-se, entretanto, a nomenclatura e a simbologia. A IEC define dois grandes grupos de gases: o grisu (gás inflamável que encerra quantidades variáveis de metano) em minas subterrâneas de carvão responde pelo Grupo I e gases presentes nas demais plantas industriais sobre a superfície respondem pelo Grupo II. Esta diferenciação está relacionada mais com o tipo da planta industrial do que com o gás propriamente dito. Isto se faz necessário tendo-se em vista que ambientes em minas são consideravelmente mais agressivos, além de apresentar uma combinação de poeiras combustíveis com o grisu. Segundo a IEC os gases do Grupo II são subdivididos nos Grupos lIA, IIB e IIC. Existindo uma certa co-relação com a subdivisão do NEC, como pode ser visto na Tabela 6 a seguir. Tabela 6: Grupos gasosos GAS IEC/NBR NEC Propano lIA D Eteno IIB C Hidrogênio B Acetileno IIC A Fonte: API 505 tabela 1 Apesar de estarmos discutindo o agrupamento de gases, as normas descrevem o agrupamento em termos de equipamentos (equipamentos do Grupo I ou do Grupo II),
  37. 37. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 37 identificando se é seguro utilizá-Ios com os respectivos gases destes grupos. Contudo, esta separação por grupos de gases ou grupos de equipamentos, implica em uma divergência puramente semântica, sem acarretar diferenças práticas sob o aspecto de segurança. Desta forma, ora se fala em grupo de gases, ora se fala em grupo de equipamentos. Equipamentos do Grupo I são aplicados em minas suscetíveis à exalação de grisu, enquanto que equipamentos do Grupo II são aplicados em outros locais sujeitos à presença de atmosferas explosivas. Segundo a abordagem de energia de ignição, à medida em que cresce a classificação dos grupos na Tabela 7, menor é a energia elétrica necessária para se provocar a ignição dos gases. Assim sendo, um equipamento certificado para o Grupo IIC pode ser utilizado em qualquer outro grupo, com exceção do Grupo I (minas), visto que para este grupo são exigidas características de construção mecânica mais robustas para os equipamentos. Tabela 7: Energia para ignição GRUPOS Energia para a ignição no aparelho de faiscamento (aparelho padronizado pela IEC 60079-3) I 500 µJ lIA 240 µJ IIB 110 µJ IIC 40 µJ É importante notar que não existe correlação entre a energia de ignição do gás (grau de periculosidade) e a temperatura de ignição espontânea, exemplo dito é o Hidrogênio que necessita de 20 µJ ou 560ºC, enquanto o Acetaldeido requer mais de 180 µJ mas detona-se espontaneamente com 140ºC. Convém observar que, quando se pretende utilizar um equipamento certificado, por exemplo para o Grupo IIC em ambientes do Grupo IIB, está-se utilizando o equipamento com um nível de segurança superior ao necessário, pois os níveis de energia para o Grupo IIC são inferiores aos permitidos para o Grupo IIB12 . 12 Dito de outra maneira, quando um equipamento certificado para o grupo IIC é instalado em ambiente do grupo IIB, resulta que o equipamento apresenta um nível de segurança superior ao necessário, pois este libera energia em quantidade insuficiente para iniciar o processo de combustão para gases do grupo IIC e IIB.
  38. 38. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 38 5 RISCO, PERIGO E EXPLOSÃO. PERIGO Circunstância que prenuncia um mal para alguém ou para alguma coisa. Pode ser definida também como uma condição física ou química que tem potencial para causar danos a pessoas, a propriedade ou meio ambiente (Manual do AIChE). Trabalhei 20 anos e tive somente um acidente.
  39. 39. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 39 RISCO Perigo ou possibilidade de perigo ou possibilidade de perda ou de responsabilidade pelo dano. Também definida como a freqüência esperada de ocorrência de danos em conseqüência de acidentes provocados por uma condição perigosa. FONTE DE RISCO Local onde podem ocorrer liberações de substâncias inflamáveis. Então pode-se definir o risco em função do perigo e da exposição ( )assalvaguardosiçãoperigofRisco ,exp,= . 5.1 Graus de risco O grau de risco é um procedimento normativo com o objetivo de classificar o grau de perigo a que está sujeita a instalação de processo. 5.1.1 A visão americana De acordo com a visão americana, o grau de risco esperado no local é uma informação qualitativa sendo definidos dois graus, a saber: alto e baixo. Se produtos inflamáveis estão contidos em recipientes fechados, cuja liberação para o meio externo somente se daria em caso de falha ou operação anormal desses equipamentos de processo como é o caso de vasos, torres, trocadores de calor, bombas, compressores, tubulações com suas válvulas, flanges, acessórios de tubulações, etc., é fácil entender que a probabilidade de que exista produto inflamável externamente a esses equipamentos é BAIXA. Por outro lado, se o produto inflamável está em contato direto com a atmosfera em condições normais de operação do equipamento de processo, como acontece, por exemplo, com os separadores de água e óleo, ou regiões próximas a respiros de tanques de armazenamento de líquidos inflamáveis (teto fixo). Neste caso, admite-se que a probabilidade de haver mistura explosiva externamente ao equipamento é ALTA. Essas duas situações originam dois locais distintos, com possibilidade de ocorrência de mistura explosiva, sendo o primeiro designado de DIVISÃO 2 com BAIXA PROBABILIDADE e o segundo designado de DIVISÃO 1 com ALTA PROBABILIDADE. Dito de outra forma, Classe I DIVISÃO 1 são aquelas áreas em que os gases ou
  40. 40. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 40 vapores inflamáveis podem existir: continuamente, intermitente, ou periodicamente, em condições normais de operação do equipamento de processo; freqüentemente, devido a vazamentos provocados por reparos de manutenção freqüentes ou quando o defeito em um equipamento de processo ou operação incorreta do mesmo provoca, simultaneamente, o aparecimento de mistura explosiva e uma fonte de ignição de origem elétrica. Esta classificação usualmente inclui os seguintes ambientes: • Locais onde líquidos inflamáveis ou gases liquefeitos inflamáveis são transferidos de um recipiente para outro; • Interiores de boxes e áreas vizinhas a operações de pulverização e pintura com solventes inflamáveis voláteis; • Locais contendo tanques ou reservatórios de líquidos inflamáveis abertos para a atmosfera; salas de secagem ou compartimentos para a evaporação de solventes inflamáveis; • Locais contendo equipamento para a extração de óleos e gorduras, utilizando solventes inflamáveis voláteis; • Compartimentos para limpeza e fixação de cores em tecidos onde líquidos inflamáveis são usados; • Salas de geradores a gás e outros compartimentos de indústrias de processamento de gás onde o gás inflamável pode escapar; • Casas de bombas com ventilação inadequada de gás inflamável ou líquido inflamável volátil; • Interiores de refrigeradores e "freezer’s" nos quais os materiais inflamáveis estão armazenados em recipientes abertos ou de fácil ruptura; • Demais locais onde haja probabilidade de surgirem misturas inflamáveis em condições normais de operação. Em alguns locais de Divisão 1 podem estar presentes concentrações de gases ou vapores inflamáveis continuamente ou por longos períodos de tempo. Como exemplo desses locais citamos: • Interior de compartimentos inadequadamente ventilados contendo instrumentos normalmente liberando gases ou vapores inflamáveis para o interior desses compartimentos;
  41. 41. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 41 • Partes internas de tanques com respiros, contendo líquidos inflamáveis voláteis; a área situada entre a parte interna e externa do teto de tanques com teto flutuante, contendo fluídos inflamáveis voláteis; • Áreas inadequadamente ventiladas internas a ambientes com operação de pulverização e pintura usando fluídos inflamáveis voláteis; • Interior de dutos de exaustão que são utilizados para exaurir concentrações inflamáveis de gases e vapores. Classe I DIVISÃO 2 são aquelas áreas em que os gases e vapores inflamáveis podem existir somente em caso de quebra acidental ou operação anormal13 do equipamento de processo e as áreas adjacentes às de Divisão 1. Esta classificação usualmente inclui os seguintes ambientes: locais onde os líquidos voláteis e os gases inflamáveis são manuseados, processados ou usados, porém nos quais esses produtos estão normalmente confinados no interior de recipientes ou sistemas fechados em que só podem escapar em caso de ruptura ou quebra acidental de tais recipientes ou sistemas, ou em caso de operação anormal do equipamento de processo; ou nos locais onde haja um sistema mecânico de ventilação forçada de modo a evitar a formação de mistura inflamável, sendo que a atmosfera se tornaria perigosa em caso de falha desse sistema de ventilação ou ainda áreas adjacentes à Divisão 1, excetuando-se os casos em que a comunicação entre essas áreas seja evitada por paredes, barreiras ou sistemas de ventilação forçada de uma fonte de ar limpo, e com efetivas salvaguardas contra a falha do sistema de ventilação. Observação importante! Tubulações sem válvulas, medidores, e dispositivos similares normalmente não introduzem condições de risco, mesmo sendo usados para gases ou líquidos inflamáveis. Dependendo de fatores tais como: quantidade e tamanho dos recipientes e ventilação, os locais usados para armazenamento de líquidos inflamáveis ou gases liquefeitos ou comprimidos em recipientes selados podem ser considerados como área classificada ou não. 13 O termo "operação anormal" neste contexto tem o seguinte significado: refere-se àquela operação anormal, porém prevista, em que a liberação de produto inflamável para o meio externo se dá de uma forma controlada, em pequenas quantidades. As normas querem excluir desse conceito àquelas situações que são catastróficas e que estão muito além de uma simples falha de operação ou vazamento de pequeno porte tais como: o rompimento de um tanque de armazenamento de líquido inflamável, com liberação de grande quantidade de material para o meio externo; erupção de poço de produção de petróleo, em que uma pressão muito alta faz com que uma enorme quantidade de gás seja liberada pela coluna de produção. Deve-se ter em conta que, durante essas situações, existem medidas de emergência que são tomadas quando esses eventos ocorrem e que transcendem completamente àquelas aqui consideradas para efeito de instalação elétrica.
  42. 42. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 42 5.1.2 A visão internacional A denominação adotada pela norma brasileira (internacional)14 para designar o grau de risco encontrado no local é ZONA, em lugar do termo DIVISÃO prescrito na normalização americana. Assim, são definidas três ZONAS, a saber: ZONA 0 Área na qual uma atmosfera gasosa explosiva está presente continuamente, ou está presente por longos períodos. ZONA 1 Área na qual uma atmosfera gasosa explosiva tem probabilidade de ocorrer em operação normal. ZONA 2 Área na qual uma atmosfera gasosa explosiva não é provável ocorrer em operação normal, porém se ocorrer, será por um período curto. Pelas definições acima temos que ZONA 1 corresponde a - DIVISÃO 1 e ZONA 2 corresponde a - DIVISÃO 2. Os locais denominados de ZONA 015 , que não tinha equivalente na designação americana, são definidos como sendo aqueles locais realmente muito perigosos, onde praticamente existe mistura inflamável e/ou explosiva durante todo o tempo. Esse conceito é oriundo da normalização européia, e significa aqueles ambientes internos a equipamentos de processo e que tenham comunicação com o meio externo e, portanto formem mistura inflamável e ou explosiva. De maneira semelhante, podemos definir: ZONA 20 Área onde a atmosfera explosiva, formada por poeiras combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos. ZONA 21 Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera explosiva, formada por poeiras combustíveis, em condições normais de operação. ZONA 22 Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera explosiva, formada por poeiras combustíveis, em condições normais de operação, e se ocorrer é por curto período de tempo. 14 Norma brasileira ABNT NBR NM-IEC 60050-426. 15 O exemplo típico de um local ZONA 0 é a parte situada acima da superfície do líquido inflamável e interna a um tanque de armazenamento, onde existe uma altíssima probabilidade de formação de mistura inflamável/explosiva durante praticamente todo o tempo. São áreas restritas a partes internas de equipamentos de processo.
  43. 43. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 43 É também definido16 classificação em zonas para centros cirúrgicos e hospitais conforme a seguir: ZONA G Área (volume) onde uma atmosfera explosiva, formada por substâncias analgésicas ou anticépticas em centros cirúrgicos, ocorre permanentemente ou por longos períodos. ZONA M Área onde não é provável o aparecimento de uma atmosfera explosiva, formada por substâncias analgésicas ou anticépticas em centros cirúrgicos, em condições normais de operação, e se ocorre é por curto período de tempo ou pequenas quantidades. a. Uma ZONA M pode ser criada por vazamento de uma mistura inflável de anestésico e oxigênio (ou oxigênio e óxido nitroso) proveniente de uma ZONA-G, ou pela aplicação de produtos inflamáveis de anti-sepsia e/ou produtos de limpeza. b. No caso de uma ZONA-M ser formada por vazamento, ela compreende o espaço vizinho da área de vazamento de uma ZONA-G até a distância de 25 cm, a partir do ponto de vazamento. 5.2 Minimizando o risco de incêndios e explosões Basicamente os incêndios podem ser evitados impedindo-se a formação de uma mistura inflamável ou eliminando-se ou controlando-se as fontes de ignição. O princípio básico para se evitar que uma explosão aconteça é inibindo ou controlando a formação de uma atmosfera explosiva. Um princípio universalmente aceito, é aquele que afirma que evitar o perigo é muito melhor do que se proteger dele. É por isso que as medidas que evitam ou limitam a existência de uma atmosfera explosiva são prioritárias. Inicialmente deve ser verificado se a substância inflamável pode ser substituída por outra que não seja capaz de formar uma atmosfera inflamável. Assim, solventes podem ser substituídos por soluções à base de água ou hidrocarbonetos halogenados não inflamáveis; líquidos de transmissão de pressão podem ser substituídos por óleos carbohalogenados e pós-inflamáveis por outros não inflamáveis. Em segundo lugar, deve-se trabalhar com líquidos inflamáveis cujo ponto de fulgor se situe suficientemente acima das temperaturas ambiente e de trabalho. Conforme usualmente aceito, uma diferença de temperatura de 5 Kelvin é considerada suficientemente seguro. 16 Definido pela resolução – RDC n° 50, de 21 de fevereiro de 2003.
  44. 44. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 44 Em terceiro lugar, a formação de uma atmosfera inflamável no interior de um equipamento pode ser evitada ou minimizada pela limitação da quantidade de substância inflamável e sua concentração. Deve-se manter a concentração abaixo do seu limite inferior de inflamabilidade a fim de garantir que a mistura formada não seja inflamável. Em quarto lugar pode-se usar a inertização, que é um meio bem conhecido e tradicional empregado como proteção primária. Nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água, hidrocarboneto halogenado ou ainda substâncias inertes em pó são normalmente empregados. Sabe-se que uma atmosfera contendo menos do que 10% em volume de oxigênio não se torna explosiva. Quando a razão volumétrica entre o gás inerte e o gás inflamável é no mínimo 25, não existe a possibilidade de se formar uma atmosfera inflamável, independentemente da quantidade de ar que esteja misturada com os gases ou vapores. Em quinto lugar, a ventilação é um dos meios mais eficazes de minimizar ou evitar a formação de uma atmosfera inflamável provocado por líquidos, vapores ou gases. É essencial que esse tipo de proteção assegure que em qualquer ponto do ambiente considerado, bem como em qualquer tempo não haverá a formação de mistura inflamável. Observe-se que é de fundamental importância uma boa avaliação das condições locais de instalação, e da quantidade máxima de gás ou vapor inflamável que pode ser liberado. Finalmente, se não é possível inibir ou controlar a formação de mistura inflamável, é necessário cuidar para que a atmosfera inflamável não seja ignizada por qualquer meio produtor de calor, centelha ou que libere energia suficiente para causar ignição. Via de regra, todo e qualquer equipamento ignífero deve ser locado fora dos volumes onde a presença de mistura inflamável seja possível de acontecer. Quando isso não for possível, tecnologias especiais deverão ser aplicadas aos equipamentos elétricos e eletrônicos com vistas a minimizar a probabilidade do mesmo causar uma ignição por fagulha, centelhamento ou alta temperatura. Esse assunto será tratado no capítulo 10.
  45. 45. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 45 6 RISCOS DE EXPLOSÃO A PARTIR DE POEIRAS COMBUSTÍVEIS As indústrias que lidam com produtos inflamáveis na forma de poeiras tais como: as químico-farmacêuticas, de alimentos, que trabalham com tecidos, madeira, metais, etc., também necessitam de cuidados especiais no que concerne às atmosferas explosivas, principalmente se essas partículas materiais, por força do processo, são de dimensões diminutas. Quando essas partículas possuem diâmetros menores que 1mm, o que não é raro na indústria de processo, as condições propícias para uma explosão podem existir. Quanto mais fino for o pó, mais violenta será a explosão resultante e menor será a energia mínima necessária para causar a ignição. A área superficial do grão de poeira exerce um papel muito importante no processo de combustão, reagindo tão mais velozmente quanto menor for a partícula. A área superficial cresce muito rapidamente com o aumento da desintegração da partícula17 . 17 Isso pode ser mostrado da seguinte forma: seja um cubo de aresta l cuja área da sua superfície total é 2 6l . Imaginemos que esse cubo seja desintegrado em cubos de aresta k vezes menor. Então cada
  46. 46. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 46 A poeira proveniente de materiais oxidáveis é extremamente traiçoeira. Embora pareça tão inofensiva, pode ser mais perigosa do que a dinamite. A poeira é um perigo que pacientemente vai se acumulando aguardando o momento em que haja condições propícias para uma inesperada e indesejada explosão. O procedimento para a classificação de áreas dos locais sujeitos às poeiras explosivas é bastante semelhante aos ambientes com gases ou vapores e poeiras. Entretanto, há uma diferença substancial quanto a inflamabilidade e a extensão das Zonas. A extensão da atmosfera explosiva causada por poeira pode ser muito diferente da que é causada pelos gases ou vapores, principalmente pelas seguintes razões: as camadas de poeiras, diferentemente dos gases ou vapores, não são diluídas por ventilação ou difusão após o vazamento ter cessado18 ; as camadas de poeira depositadas podem criar um risco cumulativo, enquanto que os gases ou vapores não; as camadas de poeira podem ser objeto de turbulência inadvertida e se espalhar, pelo movimento de veículos, pessoas, etc. Enquanto as temperaturas de auto-ignição de muitos solventes de uso comum estão ao redor de 450°C a 500°C com uma energia mínima de ignição de menos do que 1mJ, poeiras em forma de nuvens podem ter temperaturas de auto-ignição menores do que 250°C, porém com energia mínima de auto-ignição da ordem de 1500 mJ. Logo, o risco de ignição proveniente de superfícies quentes é muito maior para as poeiras, enquanto o risco proveniente de arcos é geralmente menor. A exemplo dos gases e vapores inflamáveis, as poeiras possuem também uma faixa de concentração com o ar, em que pode acontecer a inflamabilidade. Geralmente o limite inferior de inflamabilidade dos pós industriais se situa numa faixa de 20 a 60 g/m³ (nas mesmas condições ambientais de pressão e temperatura). As poeiras podem ser inflamadas quer estejam em suspensão no ar, na forma de nuvens, formando uma mistura poeira-ar, ou ainda pela formação de camadas em cima superfície terá 2 k quadrados de aresta k l e o total de novos cubos será 3 k . Logo podemos concluir que cada cubo terá uma superfície total de 2 6 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ k l e a superfície total dos 3 k cubos será 2 3 6 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × k l k e portanto k vezes maior. Em outras palavras, um cubo com 1cm de lado tem uma área superficial de 6cm2 . Se esse volume for desintegrado em cubos com 1 mm de lado, a área superficial será de 60cm2 , e se agora for desintegrado em cubos com 1µm, a área superficial será agora de 60.000cm2 . Isso se caracteriza obviamente em risco de incêndios ou explosões. 18 Na verdade a ventilação pode aumentar o risco, criando nuvens de poeira, resultando num aumento da extensão de risco.
  47. 47. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 47 dos equipamentos. Quando o pó se acumula em camada sobre uma superfície aquecida, essa camada começa a se desidratar, e aí se inicia um processo de combustão passiva, que é chamada de combustão sem chama19 . Se a poeira possuir características de um isolante térmico, ela reterá o calor e a temperatura de combustão sem chama diminui, aumentando o risco. Bastará, então, que haja uma movimentação do ar próximo ao local onde está acontecendo o fenômeno, para que uma chama se manifeste, podendo gerar uma onda de choque e iniciar um incêndio, cuja pressão poderá levantar a poeira depositada em outros locais, formando nuvens que facilmente explodirão, e por sua vez essa onda de pressão, por similaridade, provocará outras explosões20 . Não deve ser descartado a eventualidade de um risco adicional tal como o que existiria quando gases combustíveis são liberados durante a queima sem chama da camada de poeira; gases esses provenientes da volatilização de substâncias inflamáveis contidas na poeira. Índice de Explosividade É um número atribuído à poeira combustível, determinado a partir da temperatura de ignição, da energia mínima de ignição, da pressão máxima de explosão e da variação máxima de elevação de pressão. Para índices menores ou iguais a 0,1 as explosões respectivas são fracas e para índices maiores ou iguais a 10, as explosões são violentas. 19 Do inglês “smouldering” 20 Uma camada de poeira de apenas 5 mm de espessura, sob determinadas condições de ensaio, é considerada como sendo o pior caso e por isso devem ser tomados cuidados para minimizar os acúmulos, quer seja por troca de posição dos equipamentos, quer seja utilizando ventilação local para extração, etc.
  48. 48. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 48 Tabela 8: Índices de Explosividade, Temperatura de Ignição e Energia Mínima de Ignição PRODUTO TEMPERATURA DE IGNIÇÃO (ºC) ENERGIA MÍNIMA DE IGNIÇÃOÍNDICE DE EXPLOSIVIDADE CAMADA NUVEM (NUVEM) (Joule) Alumínio em pó extrafino >10 326 610 0,01 Cortiça em Pó >10 210 460 0,035 Magnésio Moído >10 430 560 0,04 Resinas Fenólicas >10 - 580 0,015 Açúcar em Pó 9,6 400 (1) 370 0,03 Amido de Milho 9,5 - 400 0,04 Milho 6,9 250 400 0,04 Farinha de Trigo 4,1 440 440 0,06 Proteína de Soja 4,0 - 540 0,06 Carvão Mineral 1,0 170 610 0,06 Arroz 0,3 450 510 0,10 Fonte: NFPA Fire Protection Handbook, Seco 3-10(1983). (1) Ignição por chama. Demais por queima sem chama (smouldering). Tabela 9: Dados de Explosividade de Produtos Granulados ou Pulverizados SUBSTÂNCIA TEMPERATURA DE IGNIÇÃO (°C) ENERGIA MÍNIMA DE IGNIÇÃO (mJ) LIMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDA DE (g/m³) PRESSÃO MÁXIMA DE EXPLOSÃO (bar) CLASSE DE TEMPERATURA Acetato de Polivilina 500 - 60 8,7 T3 Algodão 560 25 - 7,2 T3 Alumínio 530 50 15 12,1 T3 Borracha 570 - - 1,1 T2 Bronze 390 - 750 4,1 T4 Cacau 580 100 125 7,4 T2 Celulose 500 35 - 8,0 T3 Cloreto de Polivilina 530 - 60 7,1 T2 Coco Desidratado 470 - 250 7,5 T3 Cortiça 470 45 - 9,6 T3 Enxofre 280 15 30 6,7 T4 Madeira 400 - 30 10,0 T3 Magnésio 610 80 20 6,1 T2 Papel 540 - 30 8,6 T3 Polietileno 360 10 15 7,6 T3 Resina de Madeira 500 - 15 8,4 T3 Resina Fenólica 450 15 15 9,5 T2 Semente de Cereais 420 - 60 8,7 T3 Turfa 360 - 60 9,5 T3 Zinco 570 - 250 6,7 T2 Fonte: Explosion Protection Manual, 2ª Edição. H. Olenik; H. Rentzsche e W. Wettstein-Brown Boveri - Manheim - Alemanha.
  49. 49. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 49 Fontes de ignição em potencial As fontes de ignição estão presentes em função do próprio processo, por exemplo cargas eletrostáticas durante a transferência de pós e líquidos, ou ignição por fricção durante o processo de moagem. O risco de ignição depende da inflamabilidade da atmosfera explosiva, isto é, dos materiais que estão sendo utilizados, enquanto que a instalação de equipamentos uso e manutenção estão cobertas por normas da disciplina elétrica. Embora a necessidade de se considerar os riscos de ignição provenientes de equipamentos elétricos tenha sido reconhecida após as muitas explosões em minas de carvão, somente recentemente, é que os riscos dos equipamentos elétricos têm sido considerados em profundidade21 . A eletricidade estática também deve ser considerada como fonte de risco, embora bem menos freqüente como causadora de explosões em atmosferas contendo pós combustíveis comparativamente àquelas faíscas de origem mecânica, produzidas em elevadores, transportadores e moinhos. São fontes de eletricidade estática: material pulverizado, transportado em sistemas pneumáticos; gás, vapor ou ar fluindo através de uma abertura ou orifício, por exemplo bicos aspersores e nebulizadores; operações que separem alternadamente duas superfícies de contato, em geral de materiais distintos, líquidos ou sólidos, um dos quais ou ambos sejam maus condutores de eletricidade (por exemplo, agitadores e misturadores, correias acionando polias, de caneca e esteiras transportadoras, principalmente as de alta velocidade ou em ambientes quentes); o corpo humano, em atmosferas com baixo teor de umidade, pelo contato dos sapatos com o piso, ou pela proximidade de máquinas que produzem eletricidade estática. Descargas desse tipo envolvem diferenças de potencial de vários quilovolts (sob condições críticas, até 45 kV em esteiras transportadoras), e correntes que podem ser inferiores a 6 10 A. A energia desenvolvida numa descarga capacitiva é dada pela 21 No Brasil é um assunto ainda muito desconhecido, reflexo também da quantidade de normas ABNT existentes.
  50. 50. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 50 expressão: 102 105 − ×= CVE 22 , onde: E é a energia, em milijoules; C é a capacitância em picofarads; V é a tensão, em Volts. O teor de umidade do ar tem influência sobre a acumulação de eletricidade estática. Em ambientes com 60 a 70% de umidade relativa, descargas são poucos prováveis. Recomendações IEC Os trabalhos na IEC sobre ambientes com poeiras combustíveis começaram a ser publicados, através das normas IEC série 1241, hoje transformadas na série IEC-61241. As definições adotadas para os invólucros são as seguintes: Invólucro protegido contra a ignição de poeiras - (Dust Ignition Protection) -. Significa que foram aplicadas medidas construtivas que se referem à proteção do invólucro contra a penetração de poeira e quanto à limitação de temperaturas de superfície, o que impede que a poeira seja inflamada, quer esteja na forma de camada, ou na forma de nuvem. Invólucro estanque a poeira - (Dust-tight enclosure) - É todo invólucro construído de modo a evitar o ingresso de poeira. (Corresponde ao grau de proteção IP 6X.) Invólucro protegido contra poeira - (Dust-protected enclosure) - É todo invólucro construído de modo a não impedir totalmente a penetração de poeira; mas a quantidade que pode ingressar no interior do mesmo não afeta a operação segura do equipamento. (Corresponde ao grau de proteção IP 5X.) No que diz respeito as definições da area classificada, a IEC 61241 Part 10 - Electrical apparatus for use in the presence of combustible dust - Classification of areas where combustible dusts are or may be present, apresenta as seguintes definições: ZONA 20 Área na qual poeira combustível, na forma de nuvem, está presente continuamente ou freqüentemente, durante operação normal, em quantidade suficiente para produzir uma concentração explosiva de poeira misturada com o ar, e/ou locais 22 Considerando 1.000 pf como capacitância característica de uma máquina industrial e uma tensão de 10kv, a energia liberada seria da ordem de 50mJ suficiente para causar a ignição de misturas explosivas, tais como nuvens de pó de vários tipos de cereais.
  51. 51. Instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas Francisco André de Oliveira Neto 51 onde podem ser formadas camadas de poeira de forma incontrolada e de espessura excessiva. ZONA 21 Área que não é classificada como ZONA 20, mas nas quais poeiras combustíveis, na forma de nuvem, podem ocorrer durante operação normal, em quantidade suficiente para produzir uma concentração de poeira misturada com o ar. ZONA 22 Áreas não classificadas com Zona 21, mas nas quais nuvens de poeiras combustíveis podem ocorrer infreqüentemente, e persistir somente por curtos períodos, ou nas quais o acúmulo ou depósito em camada de poeira combustível pode acontecer apenas em condições anormais de operação, dando origem a uma mistura explosiva com o ar. Se após uma condição anormal, a remoção do acúmulo de poeira ou das camadas não puder ser garantida, então a área deve ser classificada como Zona 21. A IEC sugere que os equipamentos elétricos tenham a seguinte marcação: o prefixo DIP (Dust Ignition Protection), seguido da Zona de aplicação do equipamento, adicionado da letra "A" ou "B", dependendo do método de ensaio do ciclo térmico a que o invólucro foi submetido. Assim, um equipamento marcado como DIP 21 A é um equipamento adequado apara ser aplicado em Zona 21, e que foi ensaiado termicamente conforme prática "A".

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