Nas comunicações em áreas classificadas, dois tipos bastante distintos de equipamento são comuns. Um deles pode ser um telefone reforçado, um terminal de intercomunicação ou uma estação de controle com invólucro metálico robusto, fixadores resistentes e entradas de cabos. O outro pode ser muito semelhante a um aparelho portátil convencional, como celular, rádio ou terminal de campo de baixa potência apropriado para áreas classificadas. Ambos podem ser certificados para atmosferas explosivas, mas alcançam a proteção por meios muito diferentes.
Do ponto de vista de projeto, uma abordagem admite que faíscas, arcos ou componentes em alta temperatura capazes de inflamar uma mistura gasosa possam existir dentro do equipamento e utiliza um invólucro especialmente projetado e ensaiado para conter uma explosão interna. A outra limita tensão, corrente, potência e energia armazenada no circuito para que o circuito elétrico exposto não disponha de energia suficiente para atuar como fonte efetiva de ignição nas condições especificadas.
Nos terminais de comunicação, essas abordagens afetam dimensões, potência sonora, projeto da bateria, telas, interfaces, cabeamento, manutenção e até a arquitetura de rede. Por isso, as perguntas essenciais para a seleção são: Quais funções de comunicação são necessárias? Qual potência é exigida? O equipamento é fixo ou móvel? Qual classificação de área se aplica? E qual conceito de proteção abrange todo o circuito de comunicação?
O que significam “à prova de explosão” e “intrinsecamente seguro”?
Expressões como “telefone à prova de explosão”, “rádio à prova de explosão” e “terminal à prova de explosão” são frequentemente usadas como categorias amplas de equipamentos certificados para atmosferas explosivas. Entretanto, a série IEC 60079 estabelece vários tipos distintos de proteção: invólucro à prova de explosão Ex d, segurança aumentada Ex e, segurança intrínseca Ex i, pressurização Ex p e encapsulamento Ex m. Todos visam reduzir o risco de equipamentos elétricos inflamarem a atmosfera explosiva ao redor, mas utilizam princípios diferentes.
Para uma comparação tecnicamente mais precisa, os conceitos devem ser chamados de: terminais de comunicação com invólucro à prova de explosão (Ex d) versus terminais de comunicação de segurança intrínseca (Ex i). No sistema IECEx, a IEC 60079-1 se aplica aos invólucros à prova de explosão “d”, a IEC 60079-11 à segurança intrínseca “i”, e a IEC 60079-0 define requisitos gerais de construção, ensaio e marcação dos equipamentos Ex. Essa distinção importa porque a inscrição “Ex” na placa de identificação não revela sozinha o tipo de proteção. As marcações seguintes, como db, ia, ib e ic, também devem ser interpretadas.
Dois princípios de proteção diferentes
A diferença fundamental é simples: um tipo controla a propagação de uma explosão; o outro limita a energia de ignição.
Ex d: contenção do perigo dentro do invólucro
O princípio do invólucro à prova de explosão não é garantir que jamais ocorram arcos, faíscas ou ignição dentro do equipamento. Em vez disso, o invólucro é projetado para suportar a pressão de uma explosão interna nas condições especificadas e impedir a propagação das chamas para a atmosfera explosiva ao redor por meio de juntas e características estruturais cuidadosamente projetadas.
Assim, a resistência do invólucro, as juntas e caminhos de chama, os fixadores, as entradas de cabos e outros elementos relacionados à integridade da construção fazem parte do sistema de proteção.
Em terminais fixos de comunicação, a abordagem oferece uma vantagem prática: o invólucro pode abrigar circuitos eletrônicos convencionais, relés, amplificadores e componentes de potência relativamente elevada, desde que o equipamento completo seja projetado e certificado com o tipo de proteção apropriado.
Ex i: manutenção da energia do circuito abaixo do limite de ignição
A segurança intrínseca segue um princípio fundamentalmente diferente. Em vez de depender de um invólucro pesado para conter uma explosão interna, limita tensão, corrente, potência e energia armazenada em capacitâncias e indutâncias para que faíscas elétricas e efeitos térmicos permaneçam abaixo do nível capaz de inflamar a atmosfera explosiva especificada, nas condições normais e de falha definidas.
A avaliação, portanto, vai além do próprio invólucro e abrange o circuito elétrico e todo o laço intrinsecamente seguro conectado a ele.
| Item de comparação | Invólucro à prova de explosão Ex d | Segurança intrínseca Ex i |
|---|---|---|
| Princípio básico | Resiste a uma explosão interna e impede a propagação das chamas para a atmosfera externa | Limita a energia elétrica e térmica para evitar uma fonte efetiva de ignição |
| Principal foco do projeto | Invólucro, juntas, fixadores, entradas de cabos e estruturas relacionadas | Tensão, corrente, potência, energia armazenada e parâmetros do laço completo |
| Características típicas | Construção robusta com maior flexibilidade para componentes eletrônicos de potência elevada | Energia controlada, adequada para circuitos de sinal e eletrônica de baixa potência |
| Equipamentos de comunicação comuns | Telefones fixos, intercomunicadores amplificados, estações de controle e terminais de sinalização sonora e visual | Terminais portáteis, rádios e equipamentos de campo de baixa potência |
Por que os invólucros são tão diferentes?
Os dois princípios de proteção se refletem diretamente na aparência dos produtos e na construção mecânica.
Um telefone fixo à prova de explosão geralmente utiliza invólucro robusto de liga de alumínio, aço inoxidável ou outro metal adequadamente projetado, com tampas, fixadores e entradas de cabos especificados. Costuma ser mais pesado e volumoso que um telefone de escritório porque o invólucro não serve apenas para resistir a impactos: ele pode ser parte essencial do conceito de proteção contra explosões. Por isso, até uma pequena alteração estrutural exige avaliação cuidadosa. Substituir parafusos por outros modelos, usinar uma junta, perfurar uma nova abertura no local ou trocar um prensa-cabo pode comprometer a proteção original.
Um terminal intrinsecamente seguro prioriza o projeto dos circuitos internos. Quando circuitos, componentes, espaçamentos da placa, energia armazenada, bateria e conexões externas atendem aos requisitos aplicáveis, o aparelho não depende necessariamente de um invólucro pesado à prova de explosão. Essa é uma das razões pelas quais muitos rádios portáteis, terminais móveis e instrumentos certificados para áreas classificadas podem ser compactos. Mas invólucro plástico não significa automaticamente segurança intrínseca, assim como invólucro metálico não significa necessariamente Ex d. O tipo de proteção deve ser confirmado pela marcação e pelo certificado, não apenas pela aparência.
As necessidades de potência podem determinar a escolha
Nos equipamentos de comunicação, uma das diferenças práticas mais importantes entre Ex d e Ex i não está apenas no certificado: está no orçamento de potência.
Um terminal de comunicação não é apenas um sensor. Pode precisar alimentar monofone, alto-falante, tela, iluminação de fundo, câmera, módulo sem fio, processador, relé, sinalizador luminoso ou até um alto-falante externo tipo corneta. Todas essas funções consomem energia.
O projeto à prova de explosão pode acomodar os circuitos e dispositivos de potência necessários à aplicação, enquanto o invólucro certificado e a construção geral controlam o risco associado. Por isso, telefones fixos, intercomunicadores amplificados, estações de chamada e alarmes em locais ruidosos costumam empregar proteção Ex d ou uma combinação de tipos de proteção.
A segurança intrínseca limita a energia na origem. Isso é valioso para sensores, sinalizadores, equipamentos portáteis de comunicação e eletrônica especialmente projetada para baixa potência. Entretanto, quando um terminal exige alto volume sonoro contínuo, alto-falante potente ou periféricos de alto consumo, o projeto intrinsecamente seguro se torna mais complexo.
Assim, não é adequado presumir que todo telefone para área classificada deva ser intrinsecamente seguro. Um telefone fixo em uma instalação química ruidosa pode exigir campainha de alto volume, viva-voz potente, alto-falante externo tipo corneta ou integração com alarmes sonoros e visuais. Essas exigências de potência fazem parte da escolha.
| Requisito de comunicação | Projeto à prova de explosão ou de proteção combinada | Projeto de segurança intrínseca |
|---|---|---|
| Voz bidirecional padrão | Implementação relativamente simples | Implementação possível conforme o projeto certificado |
| Áudio viva-voz de alta potência | Maior flexibilidade para potência de saída elevada | Mais restrito pelos limites de energia |
| Alto-falante externo tipo corneta de alta potência | Pode ser implementada por um sistema devidamente certificado | Normalmente requer avaliação adicional de potência e interfaces |
| Sinalização sonora e visual | Comum em terminais industriais fixos | A energia deve ser avaliada em todo o projeto de segurança intrínseca |
| Dispositivo móvel alimentado por bateria | Possível, embora a construção possa ser mais complexa | Comum em terminais móveis de baixa potência projetados para esse fim |
Requisitos de instalação e manutenção são diferentes
Nenhum dos dois tipos deve ser instalado ou mantido como um terminal industrial comum, mas seus pontos mais sensíveis são diferentes.
Equipamentos Ex d são especialmente sensíveis a mudanças estruturais
Em um terminal Ex d, a equipe de manutenção deve preservar a estrutura do invólucro. Juntas e caminhos de chama não devem ser lixados nem usinados sem controle; fixadores especificados não devem ser substituídos apenas porque outro parafuso parece ter o mesmo tamanho; e prensa-cabos, adaptadores e bujões de fechamento não podem ser selecionados somente porque a rosca se encaixa.
Abrir um furo adicional no local para facilitar o cabeamento ou substituir componentes estruturais originais por peças não verificadas durante a manutenção pode afetar as condições originais de proteção.
Sistemas intrinsecamente seguros são especialmente sensíveis a mudanças nos parâmetros e no isolamento do laço
Em sistemas Ex i, o maior risco muitas vezes não é alterar o invólucro, mas alterar o circuito. Substituir uma barreira de segurança, unir circuitos diferentes, mudar o tipo ou o comprimento do cabo, adicionar equipamento não avaliado ou deixar de manter a separação exigida entre circuitos intrinsecamente seguros e não seguros pode modificar as condições de projeto.
A manutenção de um circuito de comunicação intrinsecamente seguro não pode se limitar a verificar se o equipamento substituto usa a mesma tensão. Os parâmetros do sistema e a documentação de instalação aplicável também precisam ser novamente conferidos.
Outro equívoco comum é achar que “por ser intrinsecamente seguro, o circuito pode sempre ser desconectado ou receber manutenção energizado”. A segurança intrínseca pode trazer vantagens em algumas atividades de manutenção, mas a permissão para trabalho energizado ainda depende do certificado, dos procedimentos locais, das normas aplicáveis e do sistema de autorização de trabalho. Segurança intrínseca não significa autorização automática para qualquer trabalho energizado.
O tipo de proteção deve atender à função de comunicação
Nas comunicações em áreas classificadas, Ex d e Ex i não são rótulos de produtos concorrentes, mas duas ferramentas de engenharia distintas. Ex d trata de como um equipamento com circuitos que podem ter energia suficiente para ignição utiliza uma estrutura certificada para conter o risco. Ex i trata de como limitar a energia elétrica e térmica no circuito abaixo de um limiar efetivo de ignição. O primeiro oferece mais flexibilidade a equipamentos fixos que exigem alto volume de áudio, maior potência e interfaces de campo complexas. O segundo é especialmente adequado a circuitos de baixa potência, terminais móveis, instrumentação e aplicações que exigem controle rigoroso da energia. Em ambos os casos, a seleção depende da marcação Ex, da certificação e das condições reais de instalação do produto específico.
Sistemas de comunicação industrial devem evitar impor o mesmo tipo de proteção a todos os equipamentos apenas por padronização. Uma fábrica química pode usar simultaneamente telefones fixos Ex d, rádios móveis intrinsecamente seguros, alto-falantes para áreas classificadas e equipamentos de despacho convencionais instalados em área segura. Desde que cada aparelho seja apropriado ao local e a plataforma integre chamadas, PTT, despacho e alarmes em um fluxo único, essa arquitetura mista costuma atender melhor às necessidades reais de operação.
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Perguntas frequentes
À prova de explosão e segurança intrínseca são dois níveis do mesmo tipo de proteção?
Não. “À prova de explosão” é usado muitas vezes como descrição ampla de equipamentos para áreas classificadas, enquanto Ex i é um tipo de proteção específico baseado em segurança intrínseca. Tecnicamente, é mais correto comparar Ex d à prova de explosão e Ex i de segurança intrínseca. Seus princípios diferem e não devem ser classificados apenas como níveis superiores ou inferiores.
Qual é mais adequado à Zona 1, Ex d ou Ex i?
Ambos podem ser usados em Zona 1 quando o equipamento atende ao nível de proteção exigido e o certificado específico permite essa aplicação. Ex db é comum em terminais fixos apropriados para Zona 1; equipamentos intrinsecamente seguros podem usar Ex ib ou nível superior. A escolha final também depende do grupo de gás, classe de temperatura, condições ambientais e funções necessárias.
Dispositivos intrinsecamente seguros são sempre mais leves?
Não necessariamente. Como a segurança intrínseca não precisa de um invólucro pesado para conter uma explosão interna, aparelhos portáteis e de campo de baixa potência podem ter construção compacta. O peso final, porém, ainda depende da bateria, proteção mecânica, grau IP, tela e funções de comunicação. Não é possível identificar o tipo de proteção apenas pelo peso.
Equipamentos intrinsecamente seguros podem ser conectados diretamente a um comutador de rede ou uma fonte de alimentação comum?
Nem sempre. Podem depender de barreiras de segurança, isoladores galvânicos, equipamentos associados e compatibilidade de parâmetros de todo o circuito intrinsecamente seguro. Certificado, desenho de controle e projeto devem ser usados para verificar Uo, Io e Po em relação a Ui, Ii e Pi, além da capacitância e indutância de equipamentos e cabos conectados.
Qual tipo de proteção é mais adequado a um telefone fixo em área classificada muito ruidosa?
Se o ponto de comunicação precisa de campainha potente, viva-voz de alta saída, alto-falante externo tipo corneta, sinalização sonora e visual ou outros recursos de maior potência, Ex d ou outro tipo de proteção combinada apropriado geralmente oferece mais flexibilidade de projeto. A seleção final deve considerar certificado, zona da instalação, ruído ambiente e funções reais, não apenas o tipo de proteção.
