Usando a IEC 60079-10

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<p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 1/7</p><p>NOVA FILOSOFIA PARA CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS: O USO DE IEC 60079-10.</p><p>Eng. Estellito R. Junior</p><p>(Artigo publicado na Revista Controle e Instrumentação - no. 75)</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A elaboração do plano de classificação de áreas é uma importante etapa no projeto de</p><p>instalações elétricas para indústrias que processam produtos inflamáveis. Tradicionalmente, a utilização</p><p>de normas americanas (em especial a API-RP-500 [7] ) resultava na repetição de uma dada figura</p><p>geométrica para as mais diversas condições de processo, o que pode levar a diversos questionamentos.</p><p>A IEC, através de modelos matemáticos expressos na norma 60079-10 [1] , procura apresentar</p><p>um contexto mais realista, tratando cada unidade industrial de acordo com suas características.</p><p>O autor mostra os princípios desta nova filosofia que será incorporada pelo Brasil, através de</p><p>norma ABNT prevista para 2003.</p><p>Apresentando a IEC 60079-10:</p><p>A classificação de áreas é um método de análise do ambiente onde atmosferas explosivas</p><p>gasosas poderão ocorrer, de forma a permitir a seleção e instalação de equipamentos elétricos especiais</p><p>(também chamados de equipamentos Ex).</p><p>Da experiência prática, constatamos que em poucas situações é possível, através de simples</p><p>observação de uma planta ou desenho de projeto, indicar quais partes corresponderão às três categorias</p><p>de classificação de áreas (Zonas 0, 1 e 2). Uma análise mais detalhada é portanto necessária e envolve</p><p>o estudo das probabilidades de ocorrência da atmosfera explosiva.</p><p>O primeiro passo é fixar a probabilidade de formação da atmosfera explosiva. A IEC passa a</p><p>diferenciar reunindo dados como: a provável freqüência e duração da liberação, a taxa de liberação,</p><p>concentração, velocidade do vento, grau de disponibilidade da ventilação e outros fatores que afetem o</p><p>tipo e/ou a extensão da Zona, para confeccionar uma base de dados consistente para determinar a</p><p>provável presença da atmosfera explosiva. [5]</p><p>Como recomendação básica, as áreas Zona 0 e 1 devem ser minimizadas em número e</p><p>extensão através de projeto (incluindo-se a especificação de equipamentos de processo com baixas</p><p>quantidades e freqüência de liberação) ou mediante adequados procedimentos operacionais. Em outras</p><p>palavras, cabe ao projeto de engenharia prover as instalações majoritariamente como Zona 2 ou não-</p><p>classificadas, de forma a aumentar a segurança da unidade industrial. [11]</p><p>Comparações entre as características API e IEC:</p><p>O método de cálculo citado na IEC 60079-10 avalia a suficiência da ventilação e permite a</p><p>determinação do tipo de Zona atribuído à área classificada pelo seguinte procedimento:</p><p>1) Estima-se a ventilação mínima requerida para prevenir o aparecimento de uma atmosfera explosiva e</p><p>usa-se esta vazão para calcular um volume hipotético com atmosfera explosiva Vz, o qual com um</p><p>tempo de dispersão estimado t , permite determinar o grau de ventilação.</p><p>2) Determina-se o tipo de zona a partir do grau e disponibilidade da ventilação e do grau da fonte de</p><p>risco.</p><p>Ainda que primariamente concebido para uso em área interna, o método exposto pode</p><p>também ser aplicado em áreas externas. Para este caso, a IEC 60079-10 fornece uma tabela para</p><p>referência.</p><p>O API RP-500 não informa as condições para as quais foram elaboradas as figuras de</p><p>classificação de áreas, sendo que ao longo da norma constam notas com dizeres como: “as distâncias</p><p>assinaladas são para uma refinaria típica”; “as distâncias assinaladas devem ser empregadas com</p><p>critério, podendo ser menores ou maiores, dependendo do caso”. [7]</p><p>Responda-me leitor: - Nossos projetistas atentam para estas notas, ou todas as unidades –</p><p>quaisquer que sejam - costumam receber extensões de áreas “idênticas” às mencionadas nas figuras</p><p>desta norma API ?</p><p>Outro detalhe importante é que o API RP-500 não enfoca com detalhes as características físico-</p><p>químicas das substâncias, preferindo considerar o ambiente da instalação.</p><p>Sabe-se hoje [2] que os gases com densidade superior à do ar (ou mesmo gases que quando</p><p>liberados na atmosfera possuem densidade maior que a do ar), tendem a se dispersar de modo peculiar.</p><p>Tais gases, ao serem liberados na atmosfera, tendem a se espalhar junto ao solo, por efeito da</p><p>http://www.editoravalete.com.br/site_controleinstrumentacao/arquivo/ed_75/ed_75c.html</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 2/7</p><p>gravidade, em todas as direções. Simultaneamente a este espalhamento inicial devido à gravidade (</p><p>slumping ), o gás começa a sofrer os efeitos do campo de ventos na região.</p><p>A simulação matemática da dispersão atmosférica de gases mais densos do que o ar (também</p><p>denominados "gases pesados") requer tratamento específico.</p><p>O comportamento dos gases densos resulta na formação de nuvens que se estendem a</p><p>distâncias laterais consideráveis (grande dispersão horizontal). Uma outra característica peculiar à</p><p>dispersão de gases pesados é que uma vez terminada a fase densa da dispersão, a ação da turbulência</p><p>atmosférica dilui a nuvem de uma forma tal, que a taxa de crescimento da altura da nuvem é</p><p>consideravelmente menor do que aquela esperada para um gás leve.</p><p>Estas considerações - à primeira vista extremamente teóricas - estão resultando na prática</p><p>numa verdadeira “revolução” nos projetos de classificação de áreas. [9]</p><p>O API procurou “correr atrás” da novidade implantada pela IEC, lançando a norma denominada</p><p>API RP-505 [6] (que traz como anexo tópicos da IEC 60079-10), introduzindo o conceito de áreas Classe</p><p>I, Zona 0, 1 e 2 e um método quantitativo para classificação. O National Electrical Code (NEC) [8] de</p><p>1999, permitiu que a classificação de áreas de novas instalações americanas pudesse ser -</p><p>opcionalmente - elaborada conforme API RP-505, desde que conduzida por um “Registered professional</p><p>engineer”.</p><p>Não foi permitido pelo NEC que uma indústria que já possuísse uma classificação de áreas feita</p><p>originalmente com a API RP-500, tivesse uma ampliação classificada pela nova norma. Também não é</p><p>permitido nas novas instalações americanas classificadas segundo o API RP-505, o emprego de</p><p>equipamentos elétricos e eletrônicos com marcação EEx (certificação segundo normas européias), e sim</p><p>marcação AEx (certificação segundo norma UL 2279). [10]</p><p>Será que o país defensor da “globalização” estaria tentando criar uma “reserva de mercado”?</p><p>O Código Elétrico Canadense (CEC), que sempre seguiu o NEC, em 1998 inovou e tornou</p><p>obrigatória - e não opcional - a adoção da filosofia IEC para as novas instalações, abandonando o</p><p>conceito das figuras pré-concebidas.</p><p>Como diferencial notável, a IEC 60079-10 procura levar em conta o ambiente da instalação,</p><p>especialmente sua ventilação.</p><p>Na avaliação do sistema de ventilação devemos considerar:</p><p>- gases mais pesados que o ar;</p><p>- mudanças na densidade do ar com a temperatura;</p><p>- obstáculos que possam influenciar a ventilação.</p><p>Os seguintes conceitos são abordados pela IEC 79-10:</p><p>Grau de ventilação:</p><p>Alto – reduz a concentração da fonte quase que instantâneamente;</p><p>Médio – controla a concentração, mantendo-a abaixo do limite inferior de explosividade (LIE)</p><p>enquanto a liberação estiver em curso e diminuindo-a após cessar a emissão;</p><p>Baixo – não controla a emissão, nem evita concentração indevida após o término da emissão.</p><p>Disponibilidade de ventilação:</p><p>O tamanho da nuvem do gás e o tempo que ela persiste após cessar a emissão podem ser controlados</p><p>por meio de ventilação. Um método para avaliar o grau de ventilação necessário para controlar a</p><p>extensão e persistência de uma atmosfera explosiva é descrito a seguir. Este método é aproximado,</p><p>entretanto o uso de fatores de segurança deve assegurar que o erro seja para o lado da segurança.</p><p>A garantia</p><p>do grau de ventilação primeiro requererá o conhecimento da máxima taxa de liberação de gás</p><p>ou vapor, seja por experiência de campo, cálculos ou dados estatísticos.</p><p>A taxa mínima teórica de ventilação para diluir uma dada liberação de material inflamável, para uma</p><p>concentração definida abaixo do LIE, pode ser calculada por meio da fórmula:</p><p>(1)</p><p>Onde:</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 3/7</p><p>= vazão mínima de ar [m 3 /s]</p><p>= máxima taxa de liberação da fonte de risco [kg/s]</p><p>LIE = limite inferior de explosividade [kg/m 3 ]</p><p>T = temperatura ambiente em Kelvin</p><p>Nota: Para converter LIE [%vol] para LIE [kg/m 3 ] deverá ser usada a seguinte fórmula:</p><p>LIE [kg/m 3 ] = 0,416 x 10 -3 x M x LIE [%vol] (2)</p><p>onde:</p><p>M = massa molecular [kg/kmol]</p><p>Com um dado número de trocas de ar por unidade de tempo C , relacionada à ventilação geral da</p><p>área, o hipotético volume Vz de uma atmosfera explosiva em torno da fonte da liberação pode ser</p><p>estimado usando-se a fórmula:</p><p>(3)</p><p>onde:</p><p>C = número de trocas de ar por unidade de tempo [s -1 ]</p><p>k = fator de segurança: 0,25 para fontes de risco de grau contínuo e primário; 0,5 para fontes de</p><p>risco de grau secundário.</p><p>A fórmula anterior seria aplicável para uma instantânea e homogênea mistura no ponto de</p><p>liberação, com condições ideais de fluxo de ar fresco. Na prática, tais situações poderão não ser</p><p>encontradas, por exemplo devido a obstáculos ao fluxo de ar, resultando em partes mal ventiladas na</p><p>região. Portanto, a troca efetiva de ar na fonte da liberação será mais baixa do que a dada por C na</p><p>fórmula (5), levando a um aumento no volume Vz . Introduzindo-se um fator de correção f na fórmula</p><p>anterior, resulta em:</p><p>(4)</p><p>onde:</p><p>f = denota a eficiência da ventilação em dissolver uma atmosfera explosiva, e varia de 1 (ideal) até 5</p><p>(fluxo de ar impedido).</p><p>Vz = representa um volume sobre o qual a concentração média de gás inflamável ou vapor será 0,25</p><p>ou 0,5 vezes o LIE, dependendo do valor do fator de segurança k usado em (3). Isto significa que nas</p><p>extremidades do volume hipotético estimado, a concentração do gás ou vapor será significativamente</p><p>menor que o LIE; isto é, o volume hipotético onde a concentração estará acima do LIE será menor que</p><p>Vz .</p><p>Para uma área fechada, C é dado por:</p><p>(5)</p><p>Onde:</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 4/7</p><p>= vazão total de ar</p><p>V o = volume total ventilado</p><p>Em áreas abertas, até mesmo baixas velocidades de vento produzem alto número de trocas de ar.</p><p>Consideremos um cubo hipotético com dimensões de poucos metros numa área aberta. Neste caso uma</p><p>velocidade de 0,5 m/s produzirá um número de trocas de ar maior que 100/h (0,03/s)</p><p>Numa aproximação conservativa, usando-se então C= 0,03/s para situação de área aberta, o</p><p>volume Vz poderá ser obtido pela fórmula:</p><p>(6)</p><p>Porém devido à mecânica de dispersão, este método resultará em volume sobredimensionado. A</p><p>dispersão geralmente é mais rápida na condição de área aberta.</p><p>Tempo de persistência:</p><p>O tempo t necessário para uma concentração média cair de um valor inicial X o para o LIE multiplicada</p><p>por k após a liberação ter cessado pode ser estimada por :</p><p>(7)</p><p>Onde:</p><p>X o = concentração inicial da substância inflamável medida na mesma unidade do LIE. Em algum</p><p>ponto da atmosfera explosiva, a concentração poderá atingir 100 %. Entretanto, ao calcular t, o</p><p>adequado valor para X o a ser considerado dependerá de cada caso, considerando-se entre outros, o</p><p>volume assim como a freqüência e duração da liberação. Na maioria dos casos é razoável considerar X o</p><p>acima do LIE.</p><p>t = mesma unidade de tempo que C. [ s ]</p><p>f = fator de não-homogenização da mistura - veja fórmula (4) - variando de 5 para ventilação</p><p>limitada ( por exemplo, com uma única abertura de exaustão ), até 1 ( por exemplo, ventilação entrando</p><p>num teto perfurado e múltiplos exaustores ).</p><p>k = fator de segurança relacionado com o LIE – ver fórmula (4).</p><p>A avaliação do grau de ventilação:</p><p>Seria simplista dizer que um grau de liberação contínuo conduziria à Zona 0, um grau primário</p><p>à Zona 1 e um grau secundário à Zona 2. Isto pode não ser verdade devido ao efeito da ventilação.</p><p>Em alguns casos, o grau e disponibilidade da ventilação poderão ser tão altos, que na prática</p><p>não haverá área classificada. Do mesmo modo, o grau de ventilação pode ser tão baixo que resulte num</p><p>grau mais severo da Zona (por exemplo, Zona 1 resultante de uma fonte secundária de liberação).Isto</p><p>ocorre por exemplo quando o nível de ventilação é tal que a atmosfera explosiva persiste e é dispersada</p><p>muito lentamente após a fonte de liberação ter cessado.</p><p>O volume Vz pode ser usado para classificar a ventilação como alta, média ou baixa. O tempo</p><p>de persistência t pode ser usado para decidir qual grau de ventilação é requerido para uma área de</p><p>forma a atender às definições de Zona 0, 1 ou 2.</p><p>A ventilação pode ser considerada alta se Vz for pequeno ou próximo de zero. O termo</p><p>“ventilação alta” deve ser empregado apenas nos casos de ventilação artificial em torno da fonte, em</p><p>pequenas áreas fechadas ou com taxas de liberação muito baixas.</p><p>Deve ser enfatizado que numa área fechada pode haver muitas fontes de liberação. Não é</p><p>conveniente ter muitas pequenas áreas classificadas dentro de uma área não-classificada.</p><p>Também deve ser visto que com as taxas de liberação típicas consideradas para classificação</p><p>de áreas, a ventilação natural é insuficiente até mesmo em áreas abertas.</p><p>Portanto, é normalmente impraticável ventilar artificialmente áreas fechadas de grande</p><p>extensão nas taxas requeridas.</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 5/7</p><p>O volume Vz não dá uma idéia do tempo que uma atmosfera explosiva persiste após cessar a</p><p>liberação. Isto não é relevante para casos de alta ventilação, mas é um fator a considerar se a ventilação</p><p>for baixa ou média.</p><p>Análise de caso</p><p>Para ilustrar melhor o procedimento descrito na IEC, aplicaremos às fórmulas expressas na IEC</p><p>60079-10 os dados reais de uma planta industrial.</p><p>Depois, compararemos os resultados obtidos com a figura padronizada pelo API RP-500 para o tipo de</p><p>instalação estudado.</p><p>* Dados da instalação:</p><p>Ponto sob análise: flange na entrada de compressor de gás natural</p><p>Fluido: Gás natural</p><p>LIE: 0,033 kg/m 3</p><p>Temperatura ambiente: 10 o C</p><p>Velocidade do vento: 1 m/s</p><p>Fator de segurança: 0,5 ( fonte de risco grau secundário )</p><p>Valor de : obtido por software [3]</p><p>Quantidade trocas de ar: 200 /h</p><p>Velocidade de liberação: 500 m/s (obtido por software)</p><p>Direção da liberação: horizontal</p><p>Tipo de liberação: contínua</p><p>Tipo de solo no local: concreto liso, sem árvores</p><p>Umidade relativa do ar: 70 %</p><p>· Cálculos:</p><p>a) Vazão mínima de ar para manter a mistura abaixo do LIE:</p><p>b) Volume hipotético da atmosfera explosiva:</p><p>c) Tempo de persistência:</p><p>d) Avaliação:</p><p>Com fonte de risco de grau secundário, grau de ventilação médio e disponibilidade de ventilação</p><p>boa, a área é considerada Zona 2. Para determinação da extensão, a IEC 600 79-10 prevê o uso</p><p>de códigos e normas locais, que poderão incluir requisitos adicionais.</p><p>e) Comparemos com a figura aplicável do API RP-500 (adotando-se a terminologia IEC):</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 6/7</p><p>CONCLUSÕES:</p><p>O advento de procedimentos de análise, baseados nas características específicas de cada</p><p>processo, tratará o estudo de áreas classificadas como uma ferramenta de gerenciamento de riscos.</p><p>O uso de softwares especializados</p><p>de simulação para fornecer uma visualização da propagação</p><p>de gases através de modelos matemáticos, contribui para uma maior percepção dos riscos envolvidos na</p><p>instalação.</p><p>Como o tema exige o conhecimento de características físico-químicas das substâncias, reforça-</p><p>se a recomendação – expressa no item 4.1 da IEC 60079-10 – de que para a elaboração de plantas de</p><p>classificação de áreas, sejam constituídos grupos de trabalho compostos por pessoas conhecedoras das</p><p>propriedades físicas dos gases, do processo, dos equipamentos, da segurança industrial, da manutenção</p><p>e da operação.</p><p>A “tradição”, dos engenheiros eletricistas terem a exclusividade na elaboração das plantas de</p><p>classificação de áreas, deverá ser abandonada na nova filosofia. Isto está previsto inclusive no API RP-</p><p>505, cuja nota no apêndice E, diz textualmente: “a conclusão da classificação deverá envolver esforços</p><p>coordenados entre engenheiros de processo, engenheiros de utilidades, especialistas de segurança,</p><p>engenheiros de instrumentação e engenheiros eletricistas”.</p><p>Como conseqüência, o estudo de classificação de áreas receberá maior atenção e esmero em</p><p>sua confecção, pois que hoje o que freqüentemente testemunhamos são trabalhos tipo “copiar e colar”</p><p>do API RP-500, feito por pessoas que até desconhecem o conceito de área classificada.</p><p>Embora relegadas a segundo plano quando a classificação de áreas era feita pelo API RP-500,</p><p>as listas de dados [4] (cujo modelo básico encontra-se no anexo da IEC 60079-10), passarão a ter</p><p>fundamental importância, pois serão referenciadas também nas ampliações da planta industrial.</p><p>O uso de figuras pré-concebidas para classificação de áreas deverá ficar limitado às condições</p><p>padronizadas, avaliando-se com métodos quantitativos as especiais.</p><p>Com a publicação da norma brasileira baseada na IEC 60079-10, passaremos por uma fase de</p><p>transição que entendemos será muito positiva, pois consolidará o conceito de gerenciamento de risco,</p><p>podendo até permitir à cada empresa a adoção da solução de engenharia mais adequada à sua</p><p>realidade.</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:</p><p>[ 1 ] IEC 60079-10 – Classification of hazardous areas. Third edition – 1995.</p><p>[ 2 ] Análise de riscos das futuras instalações do pólo industrial de Guamaré. Princípia Engenharia de</p><p>Confiabilidade e Informática – 1996.</p><p>[ 3 ] Phast for Windows – versão 5.2 – User manual.</p><p>[ 4 ] N-2155 – Norma Petrobras - Lista de dados para classificação de áreas, 1999.</p><p>13/02/2021 Usando a IEC 60079-10</p><p>www.internex.eti.br/novafil.htm 7/7</p><p>[ 5 ] Fanara, José R.A., Rangel Jr., Estellito – Extensões de áreas classificadas. In: V ENCONTRO DE</p><p>ENGENHARIA ELÉTRICA, Petrobrás, Rio de Janeiro, dez 1999, Anais p 104 – 118.</p><p>[ 6 ] API RP-505 – Recommended practice for classification of locations at petroleum facilities classified</p><p>as Class I, Zone 0, Zone 1 and Zone 2. American Petroleum Institute, 1997.</p><p>[ 7 ] API RP-500 – Recommended practice for classification of locations for electrical installations at</p><p>petroleum facilities. American Petroleum Institute, 1991.</p><p>[ 8 ] National Electrical Code, NFPA, EUA, 1999.</p><p>[ 9 ] Bishop, D.N., Jagger, D. M, Propst, J.E. - New area classification guidelines. IEEE paper, 1998. 11</p><p>p.</p><p>[ 10 ] Babiarz, P.S., Ligett, D.P., Wellman, C.M. - How products will be adapted to the dual hazardous</p><p>area classification system. IEEE paper, 1996. 7 p</p><p>[ 11 ] CABUM! - Site sobre equipamentos e instalações Ex.</p><p>http://www.cabum-ex.net.br</p><p>CURRÍCULO RESUMIDO DO AUTOR:</p><p>Estellito R. Junior é engenheiro eletricista, representante brasileiro no Comitê TC-31 da IEC que elabora</p><p>as normas internacionais sobre atmosferas explosivas, comenta as normas API e ISA sobre instalações</p><p>em áreas classificadas, executa auditorias em projetos e montagens elétricas industriais e é especialista</p><p>em classificação de áreas, tendo apresentado diversos trabalhos técnicos em congressos nacionais e</p><p>internacionais.</p><p>http://www.cabum-ex.net.br/</p>