INSTRUMENTISTA MONTADOR ÁREAS CLASSIFICADAS

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1 INSTRUMENTISTA MONTADOR ÁREAS CLASSIFICADAS

2 INSTRUMENTISTA MONTADOR ÁREAS CLASSIFICADAS 2

3 PETROBRAS Petróleo Brasileiro S.A. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produção de apostilas, sem autorização prévia, por escrito, da Petróleo Brasileiro S.A. PETROBRAS. Direitos exclusivos da PETROBRAS Petróleo Brasileiro S.A. TEIXEIRA, Paulo Roberto Frade Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, p.:il. PETROBRAS Petróleo Brasileiro S.A. Av. Almirante Barroso, 81 17º andar Centro CEP: Rio de Janeiro RJ Brasil 3

4 ÍNDICE 1 Classificação de áreas Definições Atmosfera explosiva Área classificada Explosão Ignição Classificação segundo as normas européias (IEC) Classificação em zonas Classificação em grupos Temperatura de ignição espontânea Temperatura de superfície Método de proteção Possibilidade de explosão Métodos de prevenção À prova de explosão (Ex d) Características Aplicações Pressurizados (Ex p) Encapsulado (Ex m) Imerso em óleo (Ex o) Enchimento de areia (Ex q) Segurança intrínseca (Ex i) Segurança aumentada (Ex e) Não ascendível (Ex n) Proteção especial (Ex s) Combinação das proteções Aplicação dos métodos de proteção Segurança intrínseca (ex i) Origem Energia de ignição Princípios Energia elétrica Limitadores de energia Limite de corrente Limite de tensão Cálculo da potência Armazenadores de energia Elementos armazenadores controlados À prova de falhas À prova de defeitos Categorias proteção Categoria ia Categoria ï b Aterramento Equipotencialidade dos terras Cálculo da sobretensão Isolação galvânica Marcação A Certificação da segurança intrínseca Equipamento simples

5 4.1.2 Equipamentos intrinsecamente seguros Equipamentos intrinsecamente seguros associados Parametrização Intrinsecamente seguro Intrinsecamente seguro associado Conceito de entidade Aplicação da entidade Análise das marcações Temperatura de ignição espontânea Aplicações típicas Barreiras Zener Contato seco Sensor de proximidade Solenóides e sinalizadores Transmissores de corrente Conversor eletropneumático Termopares Termoresistências Isoladores galvânicos Repetidores digitais Monitor de velocidade Drives digitais Repetidores analógicos Smart transmitters Drives analógicos Termoresistências Termopares Outras aplicações

6 CAPÍTULO I 1 Classificação de áreas A identificação das áreas de risco das instalações industriais é normalmente executada por engenheiros de processos ou químicos, altamente especializados na área. 1.1 Definições A seguir estão alguns termos utilizados na identificação e classificação das áreas de risco, potencialmente explosivas: Atmosfera explosiva Em processos industriais, especialmente em petroquímicas e químicas, onde se manipulam substâncias inflamáveis, podem ocorrer em determinadas áreas a mistura de gases, vapores ou poeiras inflamáveis com o ar quente, em proporções adequadas, formam a atmosfera potencialmente explosiva Área classificada Pode-se entender como um local aberto ou fechado, onde existe a possibilidade de formação de uma atmosfera explosiva, podendo ser dividido em zonas de diferentes riscos, sem que haja nenhuma barreira física Explosão Do ponto de vista da química, a oxidação, a combustão e a explosão são reações exotérmicas de diferentes velocidades de reação, sendo iniciadas por uma detonação ou ignição Ignição É a chama ocasionada por uma onda de choque, que tem sua origem em uma faísca ou arco elétrico ou por efeito térmico. 6

7 1.2 Classificação segundo as normas européias (IEC) A idéia de classificação das áreas de risco visa agrupar as diversas áreas que possuem grau de risco semelhante, tornando possível utilizar equipamentos elétricos projetados especialmente para cada área. A classificação baseia-se no grau de periculosidade da substância combustível manipulada e na freqüência de formação da atmosfera potencialmente explosiva. Visando a padronização dos procedimentos de classificação das áreas de risco, cada País adota as recomendações de Normas Técnicas. No Brasil a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) utiliza a coletânea de Normas Técnicas da IEC (International Electrotechnical Commission), que trata da classificação das áreas no volume IEC Classificação em zonas A classificação em zonas baseia-se na freqüência e duração com que ocorre a atmosfera explosiva, conforme demonstrado na Tabela 1.1 e ilustrado na Figura 1.1. Tabela 1.1 Classificação IEC em Zonas Classificação em Zonas ZONA 0 ZONA 1 ZONA 2 ZONA 10 ZONA 11 ZONA G ZONA M Descrição Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos. Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases combustíveis, provavelmente ocorra em operação normal dos equipamentos. Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera explosiva, formada por gases combustíveis, em condições normais de operação, e se ocorrer é por curto período de tempo. Área onde a atmosfera explosiva, formada por poeiras combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos. 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. Área onde a atmosfera explosiva, formada por substâncias analgésicas ou antisépticas em centros cirúrgicos, ocorre permanentemente ou por longos períodos. Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera explosiva, formada por substâncias analgésicas ou anti-sépticas em centros cirúrgicos, em condições normais de operação, e se ocorrer é por curto período de tempo. 7

8 Figura 1.1 Exemplo de classificação por zonas Classificação em grupos Na classificação em grupos os diversos materiais são agrupados pelo grau de periculosidade que proporcionam, conforme ilustra a Tabela 1.2 a seguir: Tabela 1.2 Classificação IEC em grupos Grupos Grupo I Grupo II Grupo IIA Grupo IIB Grupo IIC Descrição Ocorre em minas onde prevalecem os gases da família do metano (grisou) e poeira de carvão. Ocorre em indústrias de superfície (químicas, petroquímicas, farmacêuticas, etc), subdividindo-se em IIA, IIB e IIC. Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalecem os gases da família do propano. Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalecem os gases da família do etileno. Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalecem os gases da família do hidrogênio (incluindo-se o acetileno). Os gases representativos são utilizados para ensaios de equipamentos em laboratório, pois são mais perigosos que as outras substâncias que representam. O Anexo I lista as substâncias mais comuns encontradas na indústria, de acordo com o grupo que pertencem. NOTA 1: O grupo de a maior periculosidade é o Grupo IIC, conseqüentemente se um equipamento é projetado para este grupo, também pode ser instalado no Grupo IIB e assim sucessivamente. 8

9 NOTA 2: Esta classificação segundo a normalização da IEC, não cobre as poeiras e fibras combustíveis, a norma apropriada está em elaboração. 1.3 Temperatura de ignição espontânea A temperatura de ignição espontânea de um gás é a temperatura em que a mistura se auto detona, sem que seja necessário adicionar energia. Este parâmetro é muito importante, pois limita a máxima temperatura de superfície que pode ser desenvolvida por equipamentos que deve ser instalado em uma atmosfera potencialmente explosiva. O Anexo I, traz uma lista dos principais gases com suas respectivas temperaturas de ignição espontânea, classificados segundo as normas IEC Temperatura de superfície Todo equipamento para instalação em áreas classificadas, independente do tipo de proteção, deve ser projetado e certificado para uma determinada categoria da temperatura de superfície, analisando-se sob condições normais ou não de operação, e deve ser menor que a temperatura de ignição espontânea do gás. A Tabela 1.3 ilustra as categorias de temperatura de superfície: segundo as normas Européia e Americana. Tabela 1.3 Categorias de temperatura de superfície Temperatura de Superfície Categoria IEC / Européia Categoria NEC / América 85ºC T6 T6 100ºC 120ºC 135ºC 160ºC 165ºC 180ºC 200ºC 215ºC 230ºC 260ºC 280ºC T5 T4 T3 T5 T4A T4 T3C T3B T3A T3 T2D T2C T2B T2A 300ºC T2 T2 450ºC T1 T1 É importante notar que não existe correlação entre a energia de ignição do gás (grau de periculosidade) e a temperatura de ignição espontânea, exemplo disto é o Hidrogênio que necessita 9

10 de 20 µ Joules ou 560ºC, enquanto o Acetaldeído requer mais de 180µ Joules, mas detona-se espontaneamente com 140ºC. É evidente que um equipamento classificado para uma determinada Categoria de Temperatura de Superfície, pode ser usado na presença de qualquer gás (de qualquer Grupo ou Classe) desde que tenha a temperatura de ignição espontânea maior que a categoria do instrumento. 10

11 CAPÍTULO II 2 Método de proteção 2.1 Possibilidade de explosão O risco da ignição de uma atmosfera existe se ocorrer simultaneamente: A presença de um material inflamável, em condições de operação normal ou anormal; O material inflamável encontra-se em um estado tal e em quantidade suficiente para formar uma atmosfera explosiva; Existe uma fonte de ignição com energia elétrica ou térmica suficiente para causar a ignição da atmosfera explosiva. Existe a possibilidade da atmosfera alcançar a fonte de ignição (Figura 2.1) Figura 2.1 Triângulo de ignição Métodos de prevenção Existem vários métodos de prevenção, que permitem a instalação de equipamentos elétricos geradores de faíscas elétricas e temperaturas de superfícies capazes de trabalhar em áreas de atmosfera potencialmente explosiva. 11

12 Esses métodos de proteção baseiam-se em um dos princípios: Confinamento: este método evita a detonação da atmosfera, confinando a explosão em um compartimento capaz de resistir a pressão desenvolvida para as áreas vizinhas. (exemplo: equipamentos à prova de explosão); Segregação: é a técnica que visa separar fisicamente a atmosfera potencialmente explosiva da fonte de ignição (ex: equipamentos pressurizados, imersos e encapsulados); Prevenção: neste método controla-se a fonte de ignição de forma a não possuir energia elétrica e térmica suficiente para detonar a atmosfera explosiva (exemplo: equipamentos intrinsecamente seguros). 2.2 À prova de explosão (Ex d) Este método de proteção baseia-se totalmente no conceito de confinamento. A fonte de ignição pode permanecer em contato com a atmosfera explosiva, conseqüentemente pode ocorrer uma explosão interna ao equipamento. Um invólucro à prova de explosão deve suportar a pressão interna desenvolvida durante a explosão, impedindo a propagação das chamas, gases quentes ou temperaturas de superfície. Desta forma o invólucro à prova de explosão deve ser construído com um material muito resistente, normalmente alumínio ou ferro fundido, e deve possuir um interstício estreito e longo para que os gases quentes desenvolvidos durante uma possível explosão, possam ser resfriados, garantindo a integridade da atmosfera ao redor, conforme ilustra a Figura 2.2. Figura 2.2 Invólucro á prova de explosão Os cabos elétricos que entram e saem do invólucro devem ser conduzidos por eletrodutos metálicos, pois também são considerados como uma fonte de ignição. Para evitar a propagação de 12

13 uma explosão interna, através das entradas e saídas de cabo do invólucro, devem ser instalados Unidades Seladoras, que consistem de um tubo rosqueado para união do eletroduto com o invólucro, sendo preenchida com uma massa especial que impede a propagação das chamas através dos cabos Características Os invólucros à prova de explosão não são permitidos, em zonas de alto risco (Zona 0), pois a integridade do grau de proteção depende de uma correta instalação e manutenção. Abaixo indicamos alguns desses problemas: A segurança do invólucro à prova de explosão depende da integridade mecânica, tornando necessária uma inspeção de controle periódica; Não é possível ajustar ou substituir componentes com o equipamento energizado, dificultando os processos de manutenção; Normalmente também se encontram dificuldades de se remover a tampa frontal, pois necessita de ferramenta especial para retirar e colocar os vários parafusos, sem contar o risco na integridade da junta (interstício); A unidade atmosférica e a condensação podem causar corrosões nos invólucros e seus eletrodutos, obrigando em casos especiais a construção do invólucro e metais nobres como o aço inoxidável, bronze, etc; tornando ainda mais caro, os invólucros, devido ao seu peso. Figura 2.3 Invólucro a prova de explosão 13

14 Figura 2.4 Invólucro á prova de explosão com eletroduto e unidade seladora Figura 2.5 Luminária á prova de explosâo Figura 2.6 Micro switch à prova de explosção Figura 2.7 Sirene elétrica à prova de explosâo Aplicações Este tipo de proteção é indispensável nas instalações elétricas em atmosferas explosivas, principalmente nos equipamentos de potência, tais como: painéis de controle de motores, luminárias, chaves de comando, etc, conforme ilustrado nas Figuras 2.4, 2.5, 2.6 e Pressurizados (Ex p) A técnica de pressurização é baseada nos conceitos de segregação, onde o equipamento é construído de forma a não permitir que a atmosfera potencialmente explosiva penetre no equipamento que contém elementos faiscantes ou de superfícies quentes, que poderiam detonar a atmosfera. 14

15 A atmosfera explosiva é impedida de penetrar no invólucro devido ao gás de proteção (ar ou gás inerte) que é mantido com uma pressão levemente maior que a da atmosfera externa. A sobrepressão interna pode ser mantida ou sem um fluxo contínuo, e não requer nenhuma característica adicional de resistência do invólucro, mas recomenda-se a utilização de dispositivos de alarme que detectam alguma anormalidade da pressão interna do invólucro e desenergizam os equipamentos imediatamente depois de detectada a falha. Esta técnica pode ser aplicada a painéis elétricos de modo geral e principalmente como uma solução para salas de controle, que podem ser montadas próximas às áreas de risco, conforme mostrado na Figura 2.8. Figura 2.8- Painel eletrônico em ambiente pressurizado O processo de diluição contínua deve ser empregado, quando a sala pressurizada possuir equipamentos que produzam a mistura explosiva, tais como: salas cirúrgicas, analisadores de gases, etc. Desta forma o gás inerte deve ser mantido em quantidade tal que a concentração da mistura nunca alcance 25% do limite inferior de explosividade do gás gerado. O sistema de alarme neste caso deve ser baseado na quantidade relativa do gás de proteção na atmosfera, atuando também na desenergização da alimentação. 15

16 2.4 Encapsulado (Ex m) Este tipo de proteção, também é baseado no princípio da segregação, prevendo que os componentes elétricos dos equipamentos sejam envolvidos por uma resina, de tal forma que a atmosfera explosiva externa não seja inflamada durante a operação. Normalmente esse tipo de proteção é complementar em outros métodos, e visa evitar o curto circuito acidental. Esse método pode ser aplicado a um relé, botoeiras com cúpula do contato encapsulado, sensores de proximidade e obrigatoriamente nas barreiras zener. A Figura 2.9 ilustra um circuito eletrônico encapsulado: Figura 2.9 Circuito eletrônico encapsulado 2.5 Imerso em óleo (Ex o) Também neste tipo de proteção, o princípio baseia-se na segregação, evitando que a atmosfera potencialmente explosiva atinja as partes do equipamento elétrico que possam provocar a detonação. A segregação é obtida emergindo as partes vivas (que podem provocar faíscas ou as superfícies quentes) em um invólucro com óleo. Normalmente é utilizado em grandes transformadores, disjuntores e similares com peças móveis, aconselhados para equipamentos que não requerem manutenção freqüente. A Figura 2.10 mostra um transformador imerso em óleo isolante. Figura 2.10 Transformador imerso em óleo 16

17 2.6 Enchimento de areia (Ex q) Similar ao anterior sendo que a segregação é obtida com o preenchimento do invólucro com pó, normalmente o pó de quartzo ou areia, evitando desta forma inflamar a atmosfera ao redor, quer pela transmissão da chama, quer pela temperatura excessiva das paredes do invólucro ou da superfície. Encontrado como forma de proteção para leito de cabos no piso, conforme a Figura Figura 2.11 Leito de cabos imerso em areia 2.7 Segurança intrínseca (Ex i) A Segurança Intrínseca é o método representativo do conceito de prevenção da ignição, através da limitação da energia elétrica. O princípio de funcionamento baseia-se em manipular e estocar baixa energia elétrica, que deve ser incapaz de provocar a detonação da atmosfera explosiva, quer por efeito térmico ou por faíscas elétricas. Em geral pode ser aplicado a vários equipamentos e sistemas de instrumentação, pois a energia elétrica só pode ser controlada a baixos níveis em instrumentos, tais como: transmissores eletrônicos de corrente, conversores eletropneumático, chaves fim-de-curso, sinaleiros luminosos, etc. Este método será amplamente abordado no próximo capítulo. 2.8 Segurança aumentada (Ex e) Este método de proteção é baseado nos conceitos de supressão da fonte de ignição, aplicável a equipamentos que em condições normais de operação, não produza arcos, faíscas ou superfícies quentes que podem causar a ignição da atmosfera explosiva para a qual ele foi projetado. São tomadas ainda medidas adicionais visando a proteção sob condições de sobrecargas previsíveis. Esta técnica pode ser aplicada a motores de indução, luminárias, solenóides, botões de comando, terminais e blocos de conexão e principalmente em conjunto com outros tipos de proteção. 17

18 As normas técnicas prevêem grande flexibilidade para os equipamentos de Segurança Aumentada, pois permitem sua instalação em Zonas 1 e 2, onde todos os cabos podem ser conectados aos equipamentos através de prensa-cabos, não necessitando mais dos eletrodutos metálicos e suas unidades seladoras, conforme ilustrado nas Figuras 2.12 e 2.13: Figura Solenóide de segurança aumentada Figura Motor de segurança aumentada 2.9 Não ascendível (Ex n) Também baseado nos conceitos de supressão da fonte de ignição, os equipamentos não ascendíveis são similares aos de Segurança Aumentada. Este método os equipamentos não possui energia suficiente para provocar a detonação da atmosfera explosiva, como os de Segurança Intrínseca, mas não prevêem nenhuma condição de falha ou defeito. Sua utilização está restrita à Zona 2, onde existe pouca probabilidade de formação da atmosfera potencialmente explosiva, o que pode parecer um fator limitante, mas se observar que as maiores parte dos equipamentos elétricos estão localizados nesta zona, pode-se tornar muito interessante. Um exemplo importante dos equipamentos não ascendível são os multiplex, instalados na Zona 2, que manipulam sinais das Zonas 1 e os transmite para a sala de controle, com uma combinação perfeita para a Segurança Intrínseca, tornando a solução mais simples e econômica, conforme a Figura Figura 2.14 Multiplex não incedível 18

19 2.10 Proteção especial (Ex s) Este método de proteção, de origem Alemã, não está coberto por nenhuma norma técnica e foi desenvolvido para permitir a certificação de equipamentos que não sigam nenhum método de proteção, e possam ser considerados seguros para a instalação em áreas classificadas, por meios de testes e análises do projeto, visando não limitar a inventividade humana Combinação das proteções O uso de mais de um tipo de proteção aplicado a um mesmo equipamento é uma prática comum. Como exemplos existem os motores à prova de explosão, com caixa de terminais Segurança Aumentada; os botões de comando com cúpula dos contatos separados por invólucro Encapsulado; os circuitos Intrinsecamente Seguros onde a barreira limitadora de energia é montada em um painel pressurizado ou em um invólucro à prova de explosão Aplicação dos métodos de proteção A aplicação dos métodos de proteção está prevista nas normas técnicas, e regulamenta as áreas de risco onde os diversos métodos de proteção podem ser utilizados, pois o fator de risco de cada área foi levado em conta na elaboração das respectivas normas, conforme a Tabela 2.1. Tabela 2.1 Aplicação dos métodos de proteção Método de Proteção Código Zonas Princípios À Prova de Explosão Ex d 1 e 2 Confinamento Pressurizado Ex p 1 e 2 Encapsulado Ex m 1 e 2 Imersão em Óleo Ex o 1 e 2 Segregação Imerso em Areia Ex q 1 e 2 Ex ia 0, 1 e 2 Intrinsecamente Seguro Ex ib 1 e 2 Segurança Aumentada Ex e 1 e 2 Supressão Não Ascendível Ex n 2 Especial Ex s 1 e 2 Especial Nota: Os equipamentos projetados para a zona 0 podem ser instalados nas zonas 1 e 2, bem como os da zona 1 podem também ser instalado na zona 2. 19

20 CAPÍTULO III 3 Segurança intrínseca (ex i) 3.1 Origem A origem da segurança intrínseca data do inicio do século na Inglaterra, quando uma explosão em uma mina de carvão mineral provocou a perda de muitas vidas. Uma comissão foi formada para investigar as causas do acidente, começou-se então a analisar a possibilidade da ignição ter sido provocada por uma faísca elétrica, no circuito de baixa tensão que era utilizado na época. Os mineiros acionavam uma campainha avisando os trabalhadores da superfície, que os vagões estavam carregados com o minério conforme a Figura 3.1. A campainha era acionada por uma ferramenta metálica, que fechava o circuito através de um par de fios distribuídos pelas galerias. Como a fonte de energia era composta por uma bateria de seis células Leclanché, com baixa tensão e corrente, o circuito era considerado seguro. Figura Sistema de sinalização em minas Uma pesquisa posterior provou que o fator mais importante, a fim de considerar um circuito seguro é a energia que ele armazena. No caso da mina, a energia estava armazenada no indutor da campainha e nos longos fios de interligação. A circulação da corrente no ponto de chaveamento, se não for devidamente limitada, pode gerar níveis de energia capazes de provocar um arco elétrico, com potência suficiente para detonar uma mistura explosiva. O conceito de Segurança Intrínseca havia nascido. Desde então os equipamentos elétricos e seus circuitos tinham de ser projetados de forma a não produzir arcos capazes de detonar as substâncias potencialmente explosivas. 20

21 Estava criado o primeiro órgão de teste e certificação de sistemas de sinalização para minas. Os estudos subseqüentes e a aplicação de componentes eletrônicos permitiram a utilização dos conceitos para as indústrias de superfícies Energia de ignição Toda mistura explosiva possui uma energia mínima de ignição (MIE -Minimum Ignition Energy) que abaixo deste valor é impossível se provocar a detonação da atmosfera potencialmente explosiva. A Figura 3.2 compara a curva do Hidrogênio com o Propano, ilustrando a energia da fonte de ignição, que efetivamente provoca a detonação; em função da concentração da mistura, ou seja: da quantidade de combustível em relação à quantidade de ar. Figura 3.2 Relação da energia de ignição em função da concentração O ponto que requer menor energia para provocar a detonação é chamado de M I E (Minimum Ignition Energie), sendo também o ponto onde a explosão desenvolve maior pressão, ou seja a explosão é maior. Fora do ponto de menor energia MIE, a mistura necessita de maiores quantidades de energia para provocar a ignição, ou seja: a energia de ignição é função da concentração da mistura. As concentrações abaixo do limite mínimo de explosividade LEL (Lower Explosive Limit) não ocorrem mais à explosão, pois a mistura está muito pobre, ou seja, muito oxigênio para pouco combustível. 21

22 Analogamente quando a concentração aumenta muito, acima do limite máximo de explosividade UEL (Upper Explosive Limit), também não ocorre mais a explosão devido ao excesso de combustível, mistura muito rica. Os circuitos de Segurança Intrínseca sempre manipulam e armazenam energias, abaixo do limite mínimo de explosividade dos gases representativos de cada família, considerando assim as concentrações mais perigosas. Desta forma mesmo em condições anormais de funcionamento dos equipamentos o circuito de Segurança Intrínseco não provoca a ignição, pois não possui energia suficiente para isto, tornando a instalação segura permitindo montagens até mesmo na Zona O Princípios O princípio básico da segurança intrínseca é manipular e armazenar baixa energia, de forma que o circuito instalado na área classificada nunca possua energia suficiente (manipulada e armazenada) capaz de provocar a ignição da atmosfera potencialmente explosiva, conforme a Figura 3.3. Figura 3.3 Manipulação e armazenagem de energia controlada Energia elétrica Dentro deste princípio, a energia total que o circuito intrinsecamente seguro pode conter deve ser menor que a mínima energia I (ma) de ignição MIE. 22

23 Transportando a energia em potência elétrica, obtemos uma curva que ilustra as máximas tensões versus as máximas correntes de um circuito, conforme a Figura 3.4. Existem três curvas, uma para cada grupo, pois quanto maior a periculosidade da mistura menor será a energia necessária para a ignição e menor a potência que pode ser seguramente manipulada, desta forma nota que um equipamento projetado para o grupo IIC pode ser utilizado no IIB. Analisando a curva podemos notar que a segurança intrínseca pode ser aplicada com sucesso a equipamentos que consomem pouca energia, tornando-se uma opção para a instrumentação. Figura 3.4 Curva de máximas tensões e máximas correntes em um circuito 3.2 Limitadores de energia Para uma instalação ser executada com a proteção da Segurança Intrínseca temos que interfacear o elemento de campo com o instrumento de controle / sinalização, através de um limitador de energia. Para tornar claro esta idéia, imagine a montagem da próxima figura, onde tem um contato mecânico proveniente de uma chave liga-desliga que deve acionar um relé auxiliar, montado no painel de controle fora da área classificada. 23

24 É fácil prever que com a abertura ou fechamento do contato irá ocorrer uma centelha elétrica com energia suficiente para inflamar a atmosfera, conforme a Figura 3.5. Figura 3.5 Circuito sem limite de energia Limite de corrente No circuito da Figura 3.6 a seguir acrescentamos um resistor que tem como função limitar a corrente elétrica, o que ainda não é suficiente para eliminar a centelha apesar de reduzir sua energia. Figura 3.6 Circuito com limite de corrente elétrica Limite de tensão Visando limitar a potência, chegamos ao circuito da Figura 3.7, que possui um resistor limitando a corrente, e um diodo zener para limitar a tensão no contato de campo. Desta forma conseguimos eliminar a possibilidade de ignição pela manipulação da energia elétrica em áreas classificadas, logicamente escolhendo os valores do resistor e do diodo zener que mantenham a corrente e a tensão no contato de campo, abaixo dos limites estabelecidos na curva da Figura 3.4, com os devidos fatores de segurança, que serão discutidos posteriormente. Figura 3.7 Circuito com limite de corrente e tensão 24

25 3.2.3 Cálculo da potência Analisando-se o circuito podemos observar que com a chave aberta a máxima tensão que chega ao circuito de campo é a tensão de corte do diodo zener que passaremos a chamar de Uo. A corrente máxima ocorre quando a chave está fechada, sendo seu valor limitado pela resistência R, onde também adotaremos a convenção de Io que pode ser calculado pela divisão de Uo por R Quando a tensão é máxima Uo a corrente é nula, pois a chave está aberta, e quando a corrente é máxima Io a tensão é nula, pois a chave está fechada, portanto a máxima transferência de potência ocorre no ponto médio da curva como ilustra a Figura 3.8. P = U x I Po = Uo x Io 2 2 Po = Uo x Io 4 Uo Uo/2 1 Po Maior transferência de potência Io/2 Io 1.1 Figura 3.8 Curva de transferência de potência Armazenadores de energia Com o circuito anterior evitamos a detonação pelo controle da energia manipulada, mas não consideramos que em vez de um simples contato poderia ter um circuito eletrônico, como de um transmissor de corrente, invalidando o estudo que não previa o armazenamento da energia. Este armazenamento de energia ocorre principalmente nos circuitos eletrônicos e no cabo de interligação que em longos comprimentos passa a ter capacitância e indutância distribuída consideráveis, conforme a Figura 3.9. Figura 3.9 Circuito armazenadores de energia 25

26 A energia armazenada nos capacitores (E = V2 (1 C)/2) é liberada quando o contato fecha, sobrepondo-se na alimentação do campo, gerando uma faísca que pode causar a ignição. Já o efeito indutivo aparece quando se abre o contato, pois a energia gerada é proporcional a variação da corrente (E = I2 (1 L)/2) Elementos armazenadores controlados Como mostram as equações anteriores é muito complicado o cálculo das energias armazenadas envolvidas, pois dependem dos efeitos transitórios, principalmente se consideramos os efeitos em conjunto das capacitâncias e indutâncias. Com uma forma prática as normas técnicas apresentam a idéia de limitarmos os elementos armazenadores de energia do circuito de campo e do cabo. Para tanto existem curvas de capacitância em função da tensão e indutância em função da corrente do circuito (medidas em condições de defeitos), de forma que se respeitados estes valores o circuito pode conter capacitores e indutores, mas a energia total envolvida permanece abaixo do MIE, conforme a Figura Figura 3.10 Circuito armazenadores de energia controlados À prova de falhas Como os circuitos de segurança intrínseca são projetados especialmente para operar em áreas de risco, as normas técnicas determinam o estudo de falhas, que podem ser causados por erros humanos. Figura Circuito sujeito a falhas 26

27 No exemplo acima o limitador de energia que possui entrada prevista para 24Vcc, é acidentalmente conectado ao 220Vca, provocando a ignição da atmosfera potencialmente explosiva. Visando eliminar esta possibilidade incluímos no circuito um fusível, conforme ilustra a próxima figura, que tem como função proteger o diodo zener. O fusível se rompe abrindo o circuito, antes que a sobrecorrente danifique o diodo zener, eliminando desta forma a possibilidade da tensão em corrente alternada atingir o contato de campo, conforme a Figura Figura Circuito com proteção de falha Logicamente pretende-se eliminar a maioria das falhas humanas, mas não significa que o profissional que irá manusear os equipamentos seja um leigo completo; capaz de conectar o elemento de campo diretamente a rede de corrente alternada À prova de defeitos As normas técnicas também determinam o estudo de defeitos nos componentes do circuito, no intuito de se assegurar à integridade e a confiabilidade dos equipamentos perante os defeitos. A figura abaixo ilustra uma situação hipotética onde ocorre um defeito na isolação do transformador, que passa a fornecer uma tensão mais elevada para o limitador de energia (defeito), conforme a Figura Figura Circuito com proteção de defeitos O diodo zener é um limitador de tensão por um problema de fabricação (defeito 1) como por exemplo na dopagem do material semicondutor, se rompe rapidamente antes do tempo previsto para abertura do fusível (defeito 2). Analisando o circuito verificamos que existe ainda um outro diodo, que garante a segurança do elemento instalado na área classificada. 27

28 3.2.8 Categorias proteção Os equipamentos intrinsecamente seguros são classificados em duas categorias: Categoria ia Esta categoria é mais rigorosa e prevê que o equipamento possa sofrer até dois defeitos consecutivos e simultâneos mantendo com um fator de segurança de 1.5, aplicado sobre as tensões e correntes, visando a incapacidade de provocar a ignição. Motivo pelo qual se assegura a utilização destes equipamentos até nas zonas de risco prolongado (Zona 0) Categoria ï b A categoria ib é menos rigorosa, possibilitando a instalação dos equipamentos apenas nas Zonas 1 e 2 devemos assim assegurar a incapacidade de provocar a detonação da atmosfera quando houver um defeito no circuito, mantendo também o fator de segurança como 1,5. A aplicação dos fatores de segurança é objeto de estudo aprofundado para os projetistas dos circuitos intrinsecamente seguros, não sendo um fator importante para os usuários dos instrumentos, que devem preocupar-se apenas em utilizar os equipamentos nas zonas adequadas Aterramento Visando ainda eliminar a possibilidade de ignição, o circuito deve estar apto a desviar as sobretensões perigosas capazes de provocar uma centelha elétrica na área classificada, conforme ilustra a Figura 3.14: Figura 3.14.Circuito com falta a terra 28

29 Um sistema de aterramento com alta integridade deve ser utilizado para a conexão do circuito limitador de energia, como único recurso capaz de desviar a corrente gerada por uma sobretensão em relação ao potencial de terra, conforme a Figura Figura 3.15 Circuito com aterramento íntegro As normas técnicas recomendam que o sistema de aterramento íntegro possuir impedância menor que 1Ω, para garantir a eficácia do circuito. O limitador de energia da figura anterior é também conhecido como barreira zener, que pode variar ligeiramente dependendo de fabricante para fabricante e também devido ao tipo de sinal, mas fundamentalmente tem a mesma função Equipotencialidade dos terras Além do problema de mantermos o aterramento integro (<1Ω), as normas técnicas recomendam que o loop intrinsecamente seguro possua apenas um ponto de conexão ao terra, além de determinar que a isolação do elemento de campo seja superior a 500V, a Figura 3.16 ilustra um exemplo de sistema de proteção. Figura 3.16 Exemplo do sistema de terra protegendo a instalação SI Fora isto a normalização regulamenta a equipotencialidade dos terras, ou seja, a necessidade de se igualar à impedância do sistema de aterramento, que não deve ser superior a 10, medido de dois pontos quaisquer da instalação. 29

30 Este requisito é solicitado, pois a falta de equipotencialidade é muito perigosa, para exemplificar esta afirmação vamos supor o circuito da Figura 3.17, onde temos um conversor eletropneumático ligado à saída de um controlador, através de uma barreira zener. Figura 3.17 Circuito com desequilíbrio de aterramento Vamos calcular qual é a sobretensão causada no elemento de campo devido à diferença de impedância entre o terra da barreira e o terra do campo. Para tanto vamos supor que ocorra um defeito na conexão do equipamento de campo que acidentalmente seja conectado ao terra dos equipamentos eletrônicos, tais como: controladores, fontes de alimentação, conversores, etc, que geram ruídos elevados, vamos supor 10A Cálculo da sobretensão A Figura 3.18 mostra o circuito eletrônico realmente afetado pelo ruído elétrico gerado pelos instrumentos eletrônicos. Como a resistência interna do conversor eletropneumático é muito maior que as resistências do terra e do cabo, vamos desprezar a corrente desviada através de sua bobina. Figura 3.18 Circuito equivalente 30

31 Calculando a Resistência Equivalente: Calculando a Tensão no Terra do Campo Calculando a Tensão U no Conversor Req = (10Ω+0,1Ω)x5Ω )/ = 3,34Ω (10Ω+0,1Ω)+5Ω ) U1 = 3,34Ωx10A = 33,4V U = 33,4V + 24V = 57,4V Desta forma podemos verificar que a tensão do instrumento subiu de 24V para 57,4V o que põem em risco a instalação que era considerada segura Isolação galvânica Conforme ilustra a Figura 3.19, a barreira zener só é eficaz se o sistema de aterramento for integro, mas sabemos que na prática é muito difícil de se construir e manter um aterramento com impedância menor que 1Ω Figura 3.19 Falha de aterramento na barreira Zener Visando eliminar este problema desenvolveu-se a técnica da isolação galvânica que possibilita dispensar-se a conexão do limitador de energia ao sistema de aterramento seguro. A Figura 3.20 ilustra um circuito básico de isolador galvânico, onde temos a rede de corrente alternada conectada a um transformador redutor de tensão e a seguir uma fonte de corrente contínua. Figura 3.20 Acionador de solenóide com isolação galvânica 31

32 A tensão em corrente contínua é aplicada ao isolador galvânico, que oscila o sinal em corrente contínua para enviá-lo a um transformador isolador, que separa os sinais de entrada e saída da unidade. Em seguida o sinal é reconstituído através de um retificador com filtro, e enviado ao elemento de campo através do circuito limitador. Neste circuito não existe mais a possibilidade do potencial perigoso da rede CA atingir o elemento de campo, pois além dos defeitos previstos pelas normas de segurança intrínseca (defeitos 3 e 4) teríamos que ter ainda outros defeitos, para que a tensão atingisse o circuito limitador. O transformador isolador é normalizado de forma a garantir alta isolação, e confiabilidade total de sua incapacidade de transferir sinais elevados, por efeitos de saturação, tornando-o um componente infalível. 32

33 CAPÍTULO IV 4 Marcação A marcação é a identificação do equipamento, que visa informar o tipo de proteção e as condições que deve ser utilizado, apresentado de uma forma simples para fácil memorização e identificação dos instrumentos. 33

34 4.1 A Certificação da segurança intrínseca A certificação da segurança intrínseca depende do tipo de equipamento, pois eles se subdividem em: Equipamento simples Neste grupo estão enquadrados os equipamentos e componentes simples que manipulam e armazenam energia abaixo de 20 µjoules, ou seja, não pode exceder nenhuma das grandezas: 1,2V, O, 1 A ou 25mW. Como estes equipamentos não possuem energia suficiente para provocar a ignição da atmosfera, não é necessária a sua certificação, como exemplo pode citar os sensores passivos (termopares, termoresistências, contatos secos, potenciômetros, etc) Equipamentos intrinsecamente seguros São os equipamentos que possuem todos os circuitos intrinsecamente seguros, ou seja, os equipamentos de campo: transmissores de corrente, posicionadores, válvulas solenóides, sensores de proximidade, etc. Estes equipamentos devem ser certificados para verificar os requisitos das normas, visando confirmar a quantidade máxima de energia que seguramente se podem manipular, além de quantificar o armazenamento de energia nos circuitos internos, o que permite sua instalação dentro da atmosfera explosiva Equipamentos intrinsecamente seguros associados São os circuitos de interfaceamento dos equipamentos SI (intrinsecamente seguros) com os equipamentos comuns NSI (não intrinsecamente seguros), ou seja, os equipamentos que contem o circuito limitador de energia, como por exemplo, às barreiras zener, os isoladores galvânicos com entradas e saída intrinsecamente seguras. No processo de certificação destes equipamentos são verificadas a conformidade do projeto com as normas, visando determinar a máxima energia enviada para o equipamento de campo, baseado nas máximas energias que podem ser manipuladas em cada grupo, deve ser instalado fora da área classificada. 34

35 4.2 Parametrização A parametrização é um sistema de certificação próprio para a Segurança Intrínseca, que informa parâmetros para o equipamento intrinsecamente seguro, elemento de campo, e para os equipamentos intrinsecamente seguros associados, limitador de energia, de forma a tornar fácil à verificação de compatibilidade entre eles, visando eliminar a certificação conjunta dos equipamentos permitindo ao usuário livre escolha entre os modelos e fabricantes Intrinsecamente seguro Ui - tensão máxima de entrada Máxima tensão que pode ser aplicada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção. Ii - corrente máxima de entrada Máxima corrente que pode ser aplicada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção. Pi potência de entrada Máxima potência de entrada que pode ser seguramente dissipada internamente no equipamento intrinsecamente seguro. Ci - capacitância interna Capacitância interna máxima vista através dos terminais intrinsecamente seguros de entrada. Li indutância interna máxima Indutância interna máxima vista através dos terminais intrinsecamente seguros de entrada Intrinsecamente seguro associado Uo tensão max. de circuito aberto Máxima tensão (Pico ou CC) que aparece nos terminais intrinsecamente seguros de saída, em circuito aberto. Io corrente máxima de curto-circuito Máxima corrente (pico ou CC) que pode ser obtida nos terminais intrinsecamente seguros de saída, quando em curto-circuito. 35

36 Po potência máxima de saída Máxima potência que pode ser obtida nos terminais intrinsecamente seguros de um equipamento elétrico. Co capacitância externa máxima Máxima capacitância que pode ser conectado aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção. Lo indutância externa máxima Máxima indutância que pode ser conectada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o tipo de proteção. Um - Tensão máxima Máxima tensão RMS ou CC que pode ser aplicada aos terminais não intrinsecamente seguros de um equipamento associado, sem afetar o tipo de proteção. 4.3 Conceito de entidade O conceito de entidade é quem permite a conexão de equipamentos intrinsecamente seguros com seus respectivos equipamentos associados. A tensão (ou corrente) que o equipamento intrinsecamente seguro pode receber e manter-se ainda intrinsecamente seguro deve ser maior ou igual à tensão (ou corrente) máxima fornecido pelo equipamento associado. Adicionalmente, a máxima capacitância (e indutância) do equipamento intrinsecamente seguro, incluindo-se os parâmetros dos cabos de conexão, deve ser maior ou igual à máxima capacitância (e indutância) que pode ser conectada com segurança ao equipamento associado. Se estes critérios forem empregados, então a conexão pode ser implantada com total segurança, independentemente do modelo e do fabricante dos equipamentos. Uo Ui Io Ii Po Pi Lo Li + Lcabo Co Ci + Ccabo 36

37 4.3.1 Aplicação da entidade Para exemplificar o conceito da entidade, vamos supor o exemplo da Figura 4.1, onde temos um transmissor de pressão Exi conectado a um repetidor analógico com entrada Exi. Os dados paramétricos dos equipamentos foram retirados dos respectivos certificados de conformidade do Inmetro / Cepel, e para o cabo o fabricante informou a capacitância e indutância por unidade de comprimento. Cabo de interligação Repetidor analógico Exd Transmissor Exd Figura 4.1 Exemplo de interconexão Transmissor de Pressão BR Exia IIC T6 Ui=38V Ii=103mA Pi=0.98W Li=0mH e Ci=30nF Repetidor Analógico [ BR Exib ] IIC Uo=28,7V I o=98ma Po=703mW Lo=3mH e Co=65nF Cálculo de Interconexão Energia Manipulada Ui=38 V Uo=28,7V Ii=103mA Io=98mA Pi=980mW Po= 703mW Energia Armazenada Li + Lcabo=0+1mH Lo=3mH Cabo de Interconexão Comprimento 500m Indutância 2mH/km Lcabo = 2mH/km x 0.5km = 1mH Capacitância 20nF/km Ccabo = 20nF/km x 0,5km = 10nF Ci + Ccabo=30nF+10nF Co=65nF Como todas inequações foram satisfeitas, concluímos que é perfeitamente segura a interconexão dos instrumentos. 37

38 4.3.2 Análise das marcações Um limitador de energia pode ser certificado para as duas categorias e para os três grupos de gases, sendo que quanto menor o grau de risco, maior será os elementos armazenadores de energia que poderão ser conectados, conforme ilustra a Tabela 4.1 a seguir: Tabela 4.1 Parâmetros e Entidades Categoria ia ib Grupo IIC IIB IIA IIC IIB IIA Lo 2,5mH 5mH 10mH 38mH 155mH 460mH Co 514nF 1,9µF 5,5µF 1,1µF 6µF 30µF Equipamentos de marcações diferentes podem ser seguramente interconectados, desde que a favor da segurança, ou seja: - Um instrumento de campo ia pode ser conectado com um limitador de energia ib, desde que a associação seja instalada em zona 1 ou 2. Podem-se utilizar os dados de armazenamento de energia de um instrumento para o grupo IIB e efetuar os cálculos com um limitador de energia IIC, desde que utilizado apenas nos grupos IIB e IIA. Também podem ser utilizados os dados de um limitador de energia ib IIA, para o cálculo com um instrumento de campo ia IIC, desde que utilizados apenas nas zonas 1 e 2 e no grupo IIA. 4.4 Temperatura de ignição espontânea Lembramos que todo equipamento para atmosferas explosivas possui uma classificação segundo a temperatura de superfície que pode ser desenvolvida, conforme apresentado no item A classificação por temperatura é independente da classificação por grupos e zonas, como por exemplo, o etileno do grupo IIB que possui temperatura de ignição espontânea de 425ºC, que é menor que a do Hidrogênio do grupo IIC (mais perigoso) que é da ordem de 560ºC. No Anexo I apresentamos uma lista dos gases mais comuns encontrados na indústria, classificados por grupo e com suas respectivas temperaturas de ignição espontânea. 38

39 CAPÍTULO V 5 Aplicações típicas Neste capítulo iremos ilustrar aplicações típicas dos equipamentos Intrinsecamente Seguros tipo Barreira Zener e Isoladores Galvânicos, classificando as aplicações de acordo com a função do elemento do campo. 5.1 Barreiras Zener As barreiras zener podem diferenciar-se quanto à disposição dos componentes, adaptando-se ao tipo de sinal manipulado (contínuo positivo, ou negativo ou ainda alternado), mas sua função básica é idêntica ao descrito anteriormente Contato seco A Figura 5.1 ilustra um circuito com um contato seco que atua um relé auxiliar, protegido pela barreira que possui diodo zener de 28V, acima da tensão da fonte. Figura 5.1 Barreira Zener com contato seco É importante notar que o circuito acrescenta uma resistência end to end de 300Ω (que considera a resistência do fusível e do resistor). Para efeitos operacionais foi introduzida no circuito, uma resistência de loop de 600Ω, sem considerar a resistência da cablagem, o que pode influir no funcionamento, pois o relé se não for devidamente escolhido, pode não operar devido à baixa corrente. 39

40 5.1.2 Sensor de proximidade Na aplicação com sensores de proximidade tipo Namur, próprio para instalação em áreas classificadas, a barreira zener deve ser instalada entre o sensor e o amplificador para os sensoresnamur (DIN-19234), conforme ilustra a Figura 5.2. Figura 5.2 Barreira Zener com sensor Namur Recomenda-se um teste prático para confirmar o funcionamento operacional do amplificador Namur com a introdução da barreira zener Solenóides e sinalizadores As aplicações de barreiras zener para acionamentos não são muito encontradas na prática, pois estes elementos necessitam de potências mais altas, da ordem de 1 W o que se torna inviável para os limitadores de corrente resistivos. De qualquer maneira, as Figuras 5.3 e 5.4 ilustram aplicações deste tipo de configuração. Figura 5.3 Barreira Zener com solenóide 40

41 Figura 5.4 Barreira Zener com sinalizador luminoso Transmissores de corrente No caso de transmissores de corrente deve-se escolher a barreira zener de forma que a resistência "end to end" não seja suficiente para causar uma queda de tensão capaz de impedir o funcionamento do transmissor devido à tensão de alimentação estar abaixo do mínimo. Deve-se analisar ainda a soma das resistências do cabo de conexão com a resistência "end to end" da barreira, que não deve ser superior a máxima resistência de loop do transmissor. A Figura 5.5 mostra um transmissor de corrente. Figura 5.5 Barreira Zener com transmissor de corrente Nota: Deve-se ainda assegurar que a barreira zener permite a passagem de sinais digitais nas aplicações com transmissores inteligentes Conversor eletropneumático Nas aplicações com conversores deve-se assegurar que a barreira zener não ofereça uma resistência (R "end to end" + R do cabo), superior ao permitido pelo instrumento de campo. 41

42 A Figura 5.6 mostra a barreira zener com conversor eletropneumático. Figura 5.6 Barreira Zener com conversor eletropneumático Termopares Devem-se utilizar barreiras para sinais alternados, pois alguns termopares geram sinais positivos e negativos. Deve-se ainda certificar-se que o indicador ou controlador conectado ao termopar não será afetado pela introdução da resistência end to end da barreira zener. A Figura 5.7 mostra uma barreira zener para o uso com termopares. Figura 5.7 Barreira Zener com termopares Termoresistências Nas aplicações com termoresistências devem-se utilizar barreiras zener com configuração própria para termoresistências, ou seja, a barreira deve ter uma seção para fornecer alimentação ao termosensor e outra seção que permita a leitura da resistência com fios de interligação independentes. Visando aumentar a precisão do sistema, pois é importante que o circuito de medição da resistência seja livre de correntes de alimentação para diminuir a queda de tensão na cablagem. 42

43 A Figura 5.8 mostra uma barreira zener para o uso com termoresistências. Figura 5.8 Barreira Zener com termoresistências 5.2 Isoladores galvânicos Os isoladores galvânicos são mais complexos em termos de eletrônica, com custo mais elevado comparativamente com as barreiras zener, mas em contra partida oferecem mais vantagens práticas, tais como: Não necessitam de aterramento integro (< 1Ω ) ; Mantém as entradas isoladas eletricamente das saídas; Apresenta maior rejeição de ruídos de modo comum; Possibilitam a conversão de sinais em padrões de engenharia. Funções adicionais de controle e supervisão, como as citadas abaixo, podem ainda ser encontradas em alguns fabricantes especializados no setor: Possibilidade de programação do estado normal da saída; Conversão de sinais tipo: PT -100, TP, mv e V para sinal em corrente 4-20mA; Indicação de sinais através de display digital; Sinalização de alimentação, saída ou entrada e de defeitos; Monitoração de defeitos no circuito de campo com indicação por relé e led; Programação do estado da saída sob defeitos burn out; 43

44 5.2.1 Repetidores digitais As barreiras com esta função (entrada digital Exi) repetem sinais on/off do elemento de campo que pode ser um contato seco de botoeiras, chaves fim-de-curso, chaves de nível, contatos auxiliares, termostatos, pressostatos, botões de comando ou sensores de proximidade com configuração elétrica Namur (DIN 19234). A Figura 5.9 mostra um repetidor digital galvânico. Figura 5.9 Repetidor digital galvânico isolado para contato seco ou sensor de proximidade Monitor de velocidade Unidades específicas podem ser utilizadas para monitorar velocidade em máquinas giratórias, tais como: agitadores, motores, redutores, ventiladores, centrifugadores, etc; utilizando-se sensores de proximidade Namur em conjunto com rodas dentadas, conforme a Figura Figura 5.10 Eixo com roda dentada e sensor de proximidade 44

45 O instrumento pode fornecer um alarme de rotação ou ainda um sinal analógico proporcional a rotação do equipamento monitorado. A Figura 5.11 mostra um conversor de freqüência. Figura 5.11 Conversor de freqüência / corrente com entrada intrinsecamente segura Drives digitais Os drives digitais (saídas Exi) são na realidade fontes de alimentação Exi, ou seja, fornecem tensão em corrente contínua para acionar elementos instalados em áreas classificadas. A Figura 5.12 mostra um drive galvanicamente isolado para solenóide. Figura 5.12 Drive galvanicamente isolado para solenóide, sinaleiro luminoso e sonoro 45

46 São idéias para o acionamento de sinaleiros luminosos, sonoros e até pequenas válvulas solenóides, conforme as Figuras 5.13 e 5.14 a seguir: Figura 5.13 Sinaleiro luminoso Exi Figura 5.14 Sinaleiro sonoro Exi Repetidores analógicos Estas unidades (entrada analógica Exi) são próprias para operar com transmissores de corrente intrinsecamente seguros. O instrumento fornece alimentação segura ao transmissor 2 fios e reconhece o sinal de corrente 4-20mA, que é precisamente repetido na saída da unidade que é totalmente isolada da entrada do transmissor. A Figura 5.15 mostra um drive galvanicamente isolado para transmissores 4-20mA. Figura 5.15 Repetidor analógico galvânicamente isolado para transmissores de 4-20mA 46

47 Smart transmitters Alguns modelos de repetidores analógicos permitem a programação do transmissor inteligente através do programador portátil que pode ser ligado nos fios que interligam a unidade com o respectivo controlador, conforme a Figura Figura 5.16 Programação remota do transmissor inteligente Drives analógicos Os drives analógicos (saída analógica Exi) têm como função acionar posicionadores e conversores eletropneumático, retransmitindo precisamente o sinal de corrente 4-20mA recebido do controlador. A Figura 5.17 mostra um drive analógico galvanicamente isolado para conversores Figura 5.17 Drive analógico galvânicamente isolado para conversores de 4-20mA 47

48 A confirmação do posicionamento da válvula (Figura 5.18) pode ser obtida, instalando-se um potenciômetro junto à válvula de forma que o cursor seja movimentado em conjunto com o êmbolo. A resistência do potenciômetro, desta forma será proporcional a abertura da válvula, sendo que a medição da resistência poderá ser implementada por uma unidade intrinsecamente segura para potenciômetros, que converte a variação de resistência em um sinal de corrente em 4-20mA. Figura 5.18 Válvula borboleta com potenciômetro de posição Termoresistências A medição de temperatura através de termoresistências pode ser implementada através do Repetidor de PT -100, que é um conversor de resistência em corrente elétrica 4-20mA. Alguns modelos possuem precisos ajustes de zero e span, que resultam em grande precisão e flexibilidade de determinação das faixas de medição. 48

49 A Figura 5.19 mostra um repetidor analógico galvanicamente isolado para termoresistências. Figura 5.19 Repetidor analógico galvânicamente isolado para termoresistências PT Termopares Os repetidores de termopares são conversores de mv, que podem operar com vários tipos de termopares, sempre com compensação de junta fria e poderosos ajustes de zero e span. Com a isolação galvânica é possível utilizar termopares aterrados. A Figura 5.20 mostra um repetidor analógico galvanicamente isolado para termoresistências. Figura 5.20 Repetidor analógico galvânicamente isolado para termopares J,K,R,S,T 49

50 5.2.8 Outras aplicações As aplicações mais específicas também podem ser realizadas com isoladores galvânicos, como, por exemplo, à medida de peso através de células de carga, conforme ilustra o diagrama da Figura 5.21: Figura 5.21 Conversor para células de carga A unidade possui uma saída para alimentar a célula de carga, uma entrada para medir a efetiva tensão recebida na célula que possibilita compensar a queda de tensão no cabo. Existe ainda uma outra entrada que permite medir a diferença de tensão na célula, sinal que é isolado e precisamente convertido em um sinal de corrente 4-20mA. O instrumento pode ser ajustado para as faixas de medição desejada, através de ajustes de zero (tara), span e números de células utilizadas. 50

51 BIBLIOGRAFIA BEGA, Egidio A.: Instrumentação Industrial - Interciência - Rio de Janeiro 2003 Norma IEC : Electrical apparatus for explosive gas atmospheres - Classification of hazardous areas TEIXEIRA, Paulo F.: Apostila de Áreas Classificadas - SENAI-PR

52 ANEXOS Temperatura de ignição 52

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