Métodos de proteção contra explosões

Cada tipo de Ex em um só lugar. Cada método adota uma abordagem diferente para o triângulo de explosão, e cada um tem compensações em custo, peso, manutenção e quais zonas cobre.

Cinco Princípios Fundamentais

Todos os métodos de proteção baseiam-se num ou mais destes princípios:

Métodos de proteção. Gás/Vapor

Ex d. Invólucro à prova de chamas (IEC 60079-1)

Princípio: Contenção. O gabinete é forte o suficiente para resistir a uma explosão interna. Intervalos usinados com precisão ("caminhos de chama") resfriam os gases quentes que escapam abaixo da temperatura de ignição da atmosfera circundante.

Como funciona:

• O equipamento é encerrado numa caixa robusta (ferro fundido, alumínio, aço inoxidável)
• Explosão interna pode ocorrer, mas é contida
• Trajetos de chama (juntas flangeadas, entradas roscadas) resfriam os gases escapados abaixo da temperatura de ignição
• Os gases libertados podem exceder 1 000 °C, mas o tempo de contacto é demasiado curto para transferir energia suficiente

Subníveis:

• Ex banco de dados. para LPE GB (Zona 1)
• Ex dc. para EPL Gc (Zona 2)

Principais parâmetros de projeto:

• Espessura da parede: dependente do volume (mínimo de 3–6 mm para ferro fundido)
• Intervalo no caminho da chama: 0,1–0,5 mm dependendo de grupo de gás
• Comprimento do caminho da chama: 9,5 mm (IIA) a 25 mm (IIC)
• Classificação de pressão interna: até 10 bar
• Distâncias livres ao redor do gabinete: 10 mm (IIA), 30 mm (IIB), 40 mm (IIC)

Requisitos críticos:

• Os prensa-cabos devem ser certificados Ex d (nunca use prensa-cabos Ex e em gabinetes Ex d)
• As superfícies do caminho das chamas devem estar limpas e levemente lubrificadas, nunca pintadas
• Os conteúdos não devem ser modificados sem recertificação
• Apenas podem ser utilizados invólucros totalmente certificados (e não apenas certificados de componente "U")

Aplicações típicas: Motores, quadros, caixas de junção, luminárias, distribuição de energia, transformadores

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Ex e. Maior segurança (IEC 60079-7)

Princípio: Evitação. O equipamento não pode produzir faíscas, arcos ou superfícies quentes durante a operação normal ou mau funcionamento previsível. Margens de design aprimoradas garantem que nenhuma fonte de ignição se desenvolva.

Como funciona:

• Não são permitidos componentes que produzam faíscas
• Folgas e distâncias de fuga melhoradas
• Proteção mínima do invólucro IP54
• Aumento das margens de isolamento
• Terminais e ligações termicamente protegidos

Subníveis:

• Ex eb. para EPL Gb (Zona 1)
• Ex ec. para EPL Gc (Zona 2)

Principais parâmetros de projeto:

• As distâncias de fuga e de folga excedem os padrões normais
• Conexões terminais classificadas para combinações específicas de corrente/tempo de falha
• IP54 ou melhor proteção contra entrada
• Monitorização térmica de motores e transformadores

Requisitos críticos:

• Todas as conexões elétricas devem estar devidamente apertadas (conexões soltas = faíscas)
• Os selos devem manter a classificação IP
• Os prensa-cabos devem ter certificação Ex e (os prensa-cabos Ex d também são aceitáveis)
• Não é adequado para equipamentos com contatos normais de faíscas

Aplicações típicas: Caixas de terminais/junção, motores (tipo anti-faísca), painéis de controlo, luminárias, prensa-cabos, barramentos

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Ex i. Segurança intrínseca (IEC 60079-11)

Princípio: Limitação de energia. A energia elétrica no circuito é limitada a um nível que não pode inflamar a atmosfera explosiva – nem por faíscas nem por aquecimento da superfície.

Como funciona:

• A corrente e a tensão são limitadas por barreiras de segurança ou isoladores galvânicos
• A energia total do circuito (incluindo a energia armazenada na capacitância e na indutância) permanece abaixo da energia mínima de ignição (MIE) do gás
• Mesmo em condições de falha, existe energia insuficiente para causar ignição

Subníveis:

• Ex-ia. para EPL Ga (Zona 0). seguro com 2 falhas simultâneas + fator de segurança de 1,5×
• Exib. para EPL Gb (Zona 1). seguro com 1 falha + fator de segurança de 1,5×
• Exic. para EPL Gc (Zona 2). seguro em funcionamento normal

Principais parâmetros de projeto:

• Tensão, corrente e potência máximas definidas por grupo de gás
• Limites de capacitância e indutância para cabos e equipamentos
• Barreiras de segurança: barreiras zener (referenciadas à terra) ou isoladores galvânicos
• Os parâmetros do cabo (capacitância por metro, indutância por metro) devem ser incluídos na avaliação

Energias mínimas de ignição:

• IIA (metano): ~280 μJ
• IIB (etileno): ~60 μJ
• IIC (hidrogênio): ~17 μJ

Requisitos críticos:

• Os circuitos intrinsecamente seguros devem ser separados dos circuitos não IS
• Cabos/fiações azuis para identificação
• A documentação do sistema (parâmetros da entidade) deve ser verificada
• Roteamento de cabos separado dos cabos de alimentação
• A conexão de aterramento para barreiras zener deve ser confiável (<1Ω)

Aplicações típicas: Sensores, transmissores, termopares, chaves de nível, detectores de gás portáteis, dispositivos de comunicação, instrumentos HART

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Ex p. Pressurização (IEC 60079-2)

Princípio: Exclusão + Diluição. O gabinete é pressurizado com ar limpo ou gás inerte para evitar a entrada de atmosfera explosiva. Alternativamente, a atmosfera interna é diluída abaixo do LEL.

Subníveis:

• Ex px. para EPL Gb. reduz a Zona 1 dentro do recinto para não perigosa
• Ex py. para EPL Gb. reduz a Zona 1 para a Zona 2
• Ex pz. para EPL Gc. reduz a zona 2 interior para não perigosa

Como funciona:

• Pré-purga: volume do recinto varrido com ar/gás limpo (normalmente 5× volume)
• Pressão positiva mantida durante o funcionamento (normalmente >50 Pa acima da temperatura ambiente)
• Monitorização de pressão/vazão com alarme e desconexão automática em caso de perda

Aplicações típicas: Motores de grande porte, salas de controle, casas de analisadores, VFDs (drivers de frequência variável), salas de CCM, grandes painéis de distribuição

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Ex n. Tipo "n" / Não provoca faíscas (IEC 60079-15)

Princípio: Evitação (principalmente). O equipamento não produz arcos ou faíscas capazes de ignição durante a operação normal. Menos rigoroso que Ex e. projetado apenas para Zona 2.

Subtipos:

• Ex nA. aparelhos anti-faíscas
• Ex nC. aparelho de faíscas com contactos num invólucro selado ou hermeticamente selado
• Ex nR. recinto respiratório restrito (limita a entrada de gases)
• Ex nL. aparelhos com energia limitada (semelhantes ao Ex ic)

LPE: Apenas Gc (Zona 2)

Aplicações típicas: Instrumentos de uso geral, válvulas solenóides, caixas de relés, luzes indicadoras em áreas da Zona 2

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Ex m. Encapsulamento/Moldagem (IEC 60079-18)

Princípio: Exclusão. Os componentes são completamente envoltos em um composto (resina, epóxi) que evita o contato com a atmosfera explosiva.

Subníveis:

• Ex mãe. para EPL Ga (Zona 0)
• Ex-mb. para EPL Gb (Zona 1)
• Ex mc. para EPL Gc (Zona 2)

Aplicações típicas: Bobinas solenóides, módulos LED, placas eletrónicas, sensores, pequenos atuadores

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Ex o. Imersão em óleo (IEC 60079-6)

Princípio: Exclusão. Os contatos elétricos e os componentes de arco estão submersos em óleo protetor.

LPE: Gb (Zona 1)

Aplicações típicas: Transformadores, quadros de distribuição (principalmente instalações antigas)

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Ex q. Enchimento de pó/quartzo (IEC 60079-5)

Princípio: Contenção. O equipamento é cercado por areia fina de quartzo que extingue a propagação da chama e absorve calor.

LPE: Gb (Zona 1)

Aplicações típicas: Condensadores, fusíveis, pequenos módulos eletrónicos

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Ex Op. Radiação óptica (IEC 60079-28)

Subtipos:

• Ex Op é. radiação óptica inerentemente segura
• Ex Oppr. radiação óptica protegida (desligamento por intertravamento)
• Ex Op sh. radiação óptica com invólucro blindado

Aplicações típicas: Sistemas de fibra óptica, sensores ópticos, instrumentos baseados em laser

Métodos de proteção. Poeiras

Ex t. Proteção por invólucro (IEC 60079-31)

Princípio: Exclusão. Um invólucro à prova de poeira evita que a poeira atinja fontes de ignição e limita a temperatura da superfície.

Subníveis:

• Ex ta. para EPL Da (Zona 20). IP6X exigido
• Ex tb. para EPL Db (Zona 21). IP6X necessário
• Ex tc. para EPL Dc (Zona 22). mínimo IP5X

A temperatura máxima da superfície deve ter em conta as temperaturas de ignição da nuvem de poeira e da camada de poeira. ver Classes de temperatura.

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Matriz de zona para método de proteção

Proteção Combinada

Os equipamentos geralmente usam vários métodos de proteção. Combinações comuns:

• Ex db eb. invólucro à prova de chamas com compartimento terminal de segurança aumentada
• Ex de. notação mais antiga para o mesmo
• Ex banco de dados [ib]. invólucro à prova de explosão contendo circuitos intrinsecamente seguros
• Ex eb [ia]. caixa de segurança reforçada com circuitos IS
• Ex tb [ib]. invólucro protegido contra poeiras com circuitos IS

A notação de colchetes [ib] indica que o método de proteção é usado para o aparelho associado (não para o gabinete principal).

Escolhendo o método de proteção correto

Considere:

1. Zona. determina o mínimo LPE obrigatório
2. Grupo gás/poeiras. alguns métodos têm limitações de grupos de gases
3. Nível de potência. Ex i funciona apenas para circuitos de baixa potência; Ex d lida com alta potência
4. Acesso para manutenção. Ex e e Ex n são mais fáceis de manter do que Ex d
5. Custo. Ex n (Zona 2) é mais barato; Ex ia (Zona 0) e Ex d (Zona 1) são os mais caros
6. Tamanho/peso. Os gabinetes Ex d são pesados; Dispositivos Ex i são leves
7. Meio Ambiente. corrosão, vibração e temperaturas extremas afetam a seleção do método

Arquivos Relacionados

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• Marcações Ex. como o método de proteção aparece no rótulo
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