Noções Básicas Sobre o Significado de “Segurança Intrínseca”

O fogo é um perigo em muitos setores. Às vezes, o risco é evidente, como quando gases inflamáveis, como hidrogênio e gás propano, estão sendo produzidos ou manipulados, mas em outras situações é menos óbvio. Em particular, a poeira muitas vezes pode ser altamente combustível.

O fogo precisa de combustível, oxigênio e uma fonte de ignição. Poeiras, vapores e gases inflamáveis fornecem o combustível, o oxigênio está presente na maioria dos ambientes e a ignição pode vir de uma faísca ou superfície quente. Qualquer fogo é perigoso, mas em casos mais extremos, a combustão é tão rápida que chega a causar explosão. A OSHA tem muitos relatos de incêndios e explosões devastadores em uma ampla gama de setores.

A prevenção de incêndios e explosões é prioridade máxima, já que nenhuma empresa ou organização pretende ser responsável por causar mortes. Além disso, as sanções financeiras diretas por tais eventos – multas punitivas e aumento nos prêmios de seguro — podem inviabilizar uma operação antes bem-sucedida.

Engenheiros que precisam instalar equipamentos em áreas onde o fogo é um risco têm duas opções: empregar técnicas à prova de explosão ou adotar uma abordagem de projeto com "segurança intrínseca" (e ambas não são mutuamente exclusivas). Este White Paper da OMEGA Engineering responde a pergunta: "O que é a Segurança Intrínseca?" As seções individuais abordam:

Depois de lerem este artigo, engenheiros e outros especialistas técnicos devem entender o conceito de segurança intrínseca e os benefícios de aplicá-lo em seu trabalho.

Segurança intrínseca (SI) é uma abordagem ao projeto de equipamentos instalados em áreas perigosas. A ideia é reduzir a energia disponível a um nível baixo demais para causar ignição. Isso significa prevenir faíscas e manter temperaturas baixas.

As alternativas são projetar sistemas para que o oxigênio seja excluído (pela purga com gás inerte) ou isolar possíveis fontes de ignição. Isto pode ser feito colocando-se o equipamento em gabinetes suficientemente fortes para conter uma explosão ou movendo-o para fora da área perigosa.

Sempre que o equipamento é instalado em uma área onde há a presença de material combustível, é essencial tomar medidas para minimizar o risco de ignição. A OHSA aceita um projeto com SI como uma abordagem apropriada, embora exija que todo o sistema seja projetado de forma equivalente. Não é suficiente apenas usar componentes com certificação de SI.

Uma exceção à necessidade de certificação é feita no caso de "equipamento simples". Este é o termo usado para potência muito baixa ou para dispositivos que não causem ignição. Bons exemplos são termopares e IDTs.

A Associação Nacional de Proteção contra Incêndio dos EUA (NFPA) publica códigos destinados a minimizar os riscos de incêndio. A NFPA 70 define o Código Elétrico Nacional, muitas vezes conhecido como NEC. As Seções 500 e 505 fornecem definições de zonas perigosas. A razão para a duplicação é que a 505 é a versão mais recente, estruturada de forma a harmonizar as definições com aquelas usadas fora dos Estados Unidos. A Seção 500 da NEC define locais de Classe 1, 2 e 3. A Classe 1 refere-se a gases e vapores, a Classe 2 a poeira e a Classe 3 a fibras. Cada classe apresenta duas divisões. Uma designação de Divisão 1 significa que pode haver perigo sob condições normais ou poderia existir em virtude do trabalho de manutenção ou por vazamento ou ruptura. A Divisão 2 denota um local onde gases ou vapores são confinados e apenas escapam por uma ruptura acidental ou avaria, onde o acúmulo é impedido através de ventilação positiva. Locais de Classe 3 são aqueles perigosos devido à presença de fibras ou partículas facilmente inflamáveis.

A Seção 505 segue os mesmos princípios, mas utiliza Zonas, ao invés de Classes e Divisões. Um local de Zona 0 é aquele em que "concentrações combustíveis de gases ou vapores inflamáveis estão presentes de forma contínua... ou presentes por longos períodos de tempo." Uma designação de Zona 1 denota que, “… concentrações combustíveis... tendem a existir sob circunstâncias operacionais normais", ou como resultado de vazamento ou operações de reparos. A designação de um local como Zona 2 indica que inflamáveis "não estão propensas a ocorrer na operação normal, e se chegarem a ocorrer existirão apenas por curto tempo." Para a poeira, as zonas correspondentes são 20, 21 e 22.

Evitar a combustão envolve minimizar tanto a potência disponível quanto temperaturas máximas. Definir o nível máximo da energia disponível é complexo, mas em termos gerais isto pode ser considerado como significando tensão menor que 29V e inferior a 300 mA. Uma visão mais simples diz que a potência deve ser menor que 1,3W (observe que grande parte da instrumentação requer 24V e pode ser projetada para puxar menos que 500 mA, suficiente para cumprir a certificação de SI em muitas situações).

Seis classes definem níveis de temperatura. Em geral, o equipamento que atende à designação T4 é considerado intrinsecamente seguro, porque as temperaturas não excederão 135°C (o equipamento que dissipa menos de 1,3W permanece geralmente abaixo desta temperatura).

Uma ampla gama de equipamentos industriais, tais como lanternas, câmeras, detectores de gás e até mesmo rádios, está disponível em formas intrinsecamente seguras. Em termos de instrumentação, a maior necessidade é por medição de pressão e peso. A medição da temperatura geralmente atende à regra de "equipamento simples", embora transmissores da temperatura possam ser necessários para enviar sinais do termopar a distâncias mais longas.

Normalmente, o equipamento com SI é um pouco mais caro do que as versões não certificadas. Isso é mais uma consequência de obter e manter a aprovação do que do custo de componentes adicionais ou incomuns. O projeto básico de uma barreira de SI usa diodos Zener para limitar a tensão, resistores para limitar a corrente e um fusível, nenhum dos quais é caro.

Quando o equipamento e instrumentação elétrica devem ser colocados em um ambiente perigoso, a segurança intrínseca oferece vários benefícios.

1. Ela ajuda a garantir um ambiente de trabalho seguro e protege aqueles nas proximidades contra riscos de explosão.
2. Ela evita o custo e o grande volume de gabinetes à prova de explosão. Uma economia de custo adicional vem da capacidade para utilizar cabos de instrumentação padrão.
3. O trabalho de diagnóstico e manutenção pode ser realizado sem desligamento da produção e ventilação da área de trabalho.
4. Os prêmios de seguro podem ser mais baixos, como resultado da redução no risco.

Quando gases ou líquidos inflamáveis estão sendo manuseados, especialmente se houver a possibilidade de formação de vapores, a proteção de SI é claramente necessária. No entanto, a necessidade pode ser menos óbvia em condições de poeira ou fibras.

A FPA 70 define a poeira combustível como partículas menores que 500 micra, enquanto a OSHA 1910.399 declara que "Poeiras combustíveis que são eletricamente não condutoras incluem poeira produzida no manuseio ou processamento de grãos e produtos de grãos, açúcar ou cacau em pulverizados, ovos secos e leites em pó, temperos em pó, amido e pastas, batata e farinha de madeira (fundição), massas de óleo de feijões e sementes, feno seco e outros materiais orgânicos que podem produzir poeira combustível quando processados ou manuseados. Poeiras contendo magnésio ou alumínio são particularmente perigosas."

Para que um equipamento se qualifique como intrinsecamente seguro, ele deve ser certificado como tal. Nos Estados Unidos, duas instituições que fornecem tal certificação são o UL e a FM Global. A instrumentação que atende aos padrões de SI exibe a marca "FM Approved". Equipamentos sem tal marcação não devem ser usados em ambientes perigosos, a menos que sejam tomadas outras precauções adequadas.

Instalar equipamentos de SI é mais fácil do que criar recintos à prova de explosão. É importante observar que todo o sistema deve ser projetado para ser intrinsecamente seguro. Não é suficiente apenas comprar sensores de pressão ou elementos de carga com certificação de SI.

Um sistema projetado para ser intrinsecamente seguro requer a documentação completa de todos os componentes e fiação empregados. Imediatamente após a instalação haverá uma inspeção, seguida por inspeções periódicas durante toda a vida do equipamento. Isso serve para identificar qualquer deterioração ou dano que possa ter ocorrido e qualquer substituição não aprovada ou não autorizada dos componentes do sistema com SI.

O isolamento e teste de aterramento normalmente são parte de uma inspeção elétrica. No entanto, tais práticas não são normalmente compatíveis com o conceito de SI. Orientações de especialistas devem ser buscas, se esses testes forem necessários.

O equipamento intrinsecamente seguro substitui medidas contra explosão ou pressurização?
Não, aparelhos intrinsecamente seguros não podem substituir esses métodos em todas as aplicações, devido à dependência de baixa temperatura e potência. Onde possível, isto muitas vezes leva a uma economia significativa nos custos de manutenção e instalação.

A segurança intrínseca afeta o desempenho do dispositivo certificado?
Não, o desempenho é o mesmo que o de equipamentos sem certificação com confiabilidade superior. Estes dispositivos usam as mesmas peças que o dispositivo não certificado, mas foram projetados para limitar a energia armazenada e o calor gerado no caso de uma condição de falha interna.

Muitos ambientes industriais, químicos e de processo têm riscos significativos de explosão, devido à presença, real ou possível, de gases e vapores, poeiras ou fibras. Tais ambientes são chamados de "perigosos" e é fundamental que sejam projetados de forma a eliminar-se a possibilidade de ignição de materiais inflamáveis.

Muitas vezes, é preciso incorporar instrumentação de natureza elétrica em tais ambientes. Quando isto é inevitável, existem três abordagens possíveis: colocar o equipamento em um compartimento à prova de explosão, purgar o recinto com gás inerte ou adotar os princípios de projeto de Segurança Intrínseca.

O projeto de SI minimiza a potência e a criação de calor. O equipamento deve ser certificado independentemente como SI, e todo o sistema deve ser projetado segundo padrões de SI antes de entrarem em serviço. No entanto, adotar o projeto de SI pode simplificar a instalação, poupar dinheiro, permitir manutenção em equipamentos ligados e, mais importante, contribuir para um local de trabalho mais seguro.