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CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção
Instrumentação
Fundamentos e Princípios
de Segurança Intrínseca
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FUNDAMENTOS E PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA
@ SENAI – ES, 1999
Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)
Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST)
Robson Santos Cardoso (SENAI)
Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST)
Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI)
Elaboração Adalberto Luiz de Lima Oliveira (SENAI)
Aprovação Wenceslau de Oliveira (CST)
Carlos Athico Prates (CST)
Alexandre Kalil Hana (CST)
Marcos Antônio Ribeiro Nogueira (CST)
SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes
Departamento Regional do Espírito Santo
Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235
Bento Ferreira – Vitória – ES
CEP 29052-121
Telefone: (27) 3334-5211
Telefax: (27) 3334-5217
CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão
Departamento de Recursos Humanos
Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930
Jardim Limoeiro – Serra – ES
CEP 29163-970
Telefone: (27) 3348-1333
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ÍNDICE
ASSUNTO PÁGINA
1 – CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS 06
1.1 – INTRODUÇÃO 06
1.2 – DEFINIÇÕES 06
1.2.1 – Atmosfera Explosiva 06
1.2.2 – Controle Auto-Operado 06
1.2.3 – Explosão 07
1.3 – CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS EUROPÉIAS 07
1.3.1 – Classificação em Zonas 07
1.3.2 – Classificação em Grupos 09
1.4 – CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS 10
1.4.1 – Classificação em Divisão 10
1.4.2 – Classificação em Classes 10
1.4.3 – Classificação em Grupos 11
1.5 – COMPARAÇÃO ENTRE AS NORMAS EUROPÉIA E AMERICANA 12
1.5.1 – Quanto aos Materiais 12
1.5.2 – Quanto a Periodicidade 13
1.6 – TEMPERATURA DE IGNIÇÃO ESPONTÂNEA 13
1.6.1 – Temperatura de Superfície 13
2 – MÉTODOS DE PROTEÇÃO 15
2.1 – POSSIBILIDADE DE EXPLOSÃO 16
2.1.1 – Métodos de Prevenção 17
2.2 – À PROVA DE EXPLOSÃO 17
2.2.1 – Características 17
2.2.2 – Aplicações 18
2.3 – PRESSURIZADO ( Ex p ) 19
2.4 – ENCAPSULADO ( Ex m ) 21
2.5 – IMERSO EM ÓLEO ( Ex o) 21
2.6 – ENCHIMENTO DE AREIA ( Ex q ) 22
2.7 – SEGURANÇA INTRÍNSECA ( EX i ) 22
2.8 – SEGURANÇA AUMENTADA ( Ex e ) 23
2.9 – NÃO ASCENDÍVEL ( Ex n ) 23
2.10 – PROTEÇÃO ESPECIAL ( Ex s) 25
2.11 – COMBINAÇÕES DAS PROTEÇÕES 25
2.12 – APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE PROTEÇÃO 25
 
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ASSUNTO PÁGINA
3 – SEGURANÇA INTRÍNSECA 27
3.1 – ORIGEM 27
3.1.1 – Energia de Ignição 28
3.1.2 – Princípios Básicos 29
3.1.3 – Energia Elétrica 30
3.2 – LIMITADORES DE ENERGIA 31
3.2.1 – Limite de Corrente 31
3.2.2 – Limite de Tensão 32
3.2.3 – Cálculo de Potência 32
3.2.4 – Armazenadores de Energia 33
3.2.5 – Elementos Armazenadores Controlados 34
3.2.6 – À prova de Falhas 35
3.2.7 – À Prova de Defeitos 36
3.2.8 – Categorias de Proteção 36
3.2.8.1 – Categoria “ia” 36
3.2.8.2 – Categoria “ib” 36
3.2.9 – Aterramento 37
3.2.10 – Equipotencialidade dos Terras 38
3.2.10.1 – Cálculo da Sobretensão 39
3.2.11 – Isolação Galvânica 40
4 – CERTIFICAÇÃO 41
4.1 – PROCESSO DE CERTIFICAÇÃO 41
4.1.1 – Certificado de Conformidade 42
4.2 – MARCAÇÃO 42
4.3 – A CERTIFICAÇÃO DA SEGURANÇA INTRÍNSECA 44
4.3.1 – Equipamentos Simples 44
4.3.2 – Equipamentos Intrinsecamente Seguros 44
4.3.3 – Equipamentos Seguros Associados 44
4.4 – PARAMETRIZAÇÃO 45
4.4.1– Intrinsecamente Seguro 45
4.4.2 – Intrinsecamente Seguro Associado 46
4.5 – CONCEITO DE ENTIDADE 46
4.5.1 – Aplicação de Entidade 47
4.5.2 – Análise das Marcações 49
4.6 – TEMPERATURA DE IGNIÇÕA ESPONTÂNEA 50
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ASSUNTO PÁGINA
5 – CABLAGEM DE EQUIPAMENTOS SI 50
5.1 – REQUISITOS DE CONSTRUÇÃO 50
5.2 – REQUISITOS DE INSTALAÇÃO 50
5.2.1 – Canaletas Separadas 51
5.2.2 – Canaletas Metálicas 51
5.2.3 – Cabos Blindados 52
5.2.4 – Amarração de Cabos 52
5.2.5 – Separação Mecânica 53
5.2.6 – Multicabos 54
5.3 – MONTAGEM DE PAINÉIS 54
5.3.1 – Cuidados na Montagem 55
5.3.2 – Requisitos Gerais 56
5.3.3 – Efeitos de Indução 56
6 –APLICAÇÕES TÍPICAS 56
6.1 – BARREIRAS ZENER 56
6.1.1 – Contato Seco 57
6.1.2 – Sensor de Proximidade 57
6.1.3 – Solenóides e Sinalizadores 58
6.1.4 – Transmissores de Corrente 59
6.1.5 – Conversor Pneumático 60
6.1.6 – Termopares 60
6.1.7 – Termoresistências 61
6.2 – ISOLADORES GALVÂNICOS 62
6.2.1 – Repetidores Digitais 63
6.2.2 – Monitor de Velocidade 64
6.2.3 – Drives Digitais 65
6.2.4 – Repetidores Analógicos 66
6.2.4.1 – Smart Transmiter 67
6.2.5 – Drives Analógicos 67
6.2.6 – Termoresistências 68
6.2.7 – Termopares 69
6.2.8 – Outras Aplicações 69
7 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS 71
8 – ANEXO I – Temperatura de Ignição Espontânea de Substâncias 73
9 – ANEXO II – Normas Técnicas 78
1- CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS
1.1 – INTRODUÇÃO
Após a II Guerra Mundial, o uso de derivados de petróleo estimulou o aparecimento de
plantas para extração, transformação e refino de substâncias químicas necessárias para o
desenvolvimento tecnológico e industrial.
Nos processos industriais, surgiram áreas consideradas de risco, devido a presença de
substâncias potencialmente explosivas, que confinavam a instrumentação à técnica pneumática,
pois os instrumentos eletrônicos baseados na época em válvulas elétricas e grandes resistores de
potência, propiciavam o risco de incêndio devido a possibilidade de faíscas elétricas e
temperaturas elevadas destes componentes.
Somente com o advento dos semicondutores (transistores e circuitos integrados), pode-se reduzir
as potências dissipadas e tensões nos circuitos eletrônicos e viabilizar-se a aplicação de técnicas
de limitação de energia, que simplificadamente podem ser implantadas nos equipamentos de
instrumentação, dando origem assim a Segurança Intrínseca.
O objetivo desta apostila é explicar os princípios da técnica de proteção, baseada no controle de
energia, presentes nos equipamentos com Segurança Intrínseca.
Entretanto antes de abordarmos os conceitos de Segurança Intrínseca faremos um breve resumo
da classificação de áreas de risco segundo Normas Técnicas Européias e Americanas, além dos
princípios das diversas formas de proteção para equipamentos elétricos. Ressaltamos que a
identificação e a classificação das áreas de risco dentro das instalações, são normalmente
executadas por profissionais altamente especializados nas áreas.
1.2 - DEFINIÇÕES
A seguir estão alguns termos utilizados na identificação e classificação das áreas de risco,
potencialmente explosivas:
1.2.1- Atmosfera Explosiva
Em processos industriais, especialmente em petroquímicas e químicas, onde manipulam-se
substâncias inflamáveis, podem ocorrer em determinadas áreas a mistura de gases, vapores ou
poeiras inflamáveis com o ar que, em proporções adequadas, formam a atmosfera potencialmente
explosiva.
1.2.2- Área Classificada
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 Companhia Siderúrgica de Tubarão6
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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.
1.2.3- 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.
1.2.4- Ignição
É a chamada ocasionada por uma onda de choque, que tem sua origem em uma faísca ou arco
elétrico ou por efeito térmico.
1.3 - CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS EUROPÉIAS (IEC)
A idéia de classificação das áreas de risco, visa agrupar as diversas áreas que possuem graus de
riscos semelhantes, tornando possível utilizar equipamentos elétricos projetados especialmente
para cada área.
A classificação baseia-se no grau de periculosidade da substância combustível manipulada e na
frequência 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 Electrical Commicion), que trata da
classificação das áreas no volume IEC-79-10.
1.3.1- Classificação em Zonas
A classificação em ZONAS baseia-se na frequência e duração com que ocorre a atmosfera
explosiva.
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1.3.1- Classificação em Zonas
A classificação em ZONAS baseia-se na frequência e duração com que ocorre a atmosfera
explosiva.
CLASSIFICAÇÃO
EM ZONAS
DESCRIÇÃO
ZONA 0 Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases
combustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos
ZONA 1
Área onde a atmosfera explosiva, formada por gases
combustíveis, provavelmente ocorra em operação normal dos
equipamentos
ZONA 2
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
ZONA 10 Área onde a atmosfera explosiva, formada por poeirascombustíveis, ocorre permanentemente ou por longos períodos
ZONA 11
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
ZONA G
Área onde a atmosfera explosiva, formada por substâncias
analgésicas ou anticépticas m centros cirúrgicos, ocorre
permanentemente ou por longos períodos.
ZONA M
Área onde não é provável o aparecimento da atmosfera
explosiva, formada por substâncias analgésicas ou anticépticas
e centros cirúrgicos, em condições normais de operação, e se
ocorre é por curto período de tempo
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Companhia Siderúrgica de Tubarão8
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Tabela 1.1 – Classificação IEC em Zonas
Figura 1.1 – Exemplo de Classificação por Zonas
1.3.2- 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:
GRUPOS DESCRIÇÃO
GRUPO I Ocorre em minas onde prevalece os gases da família do metano
(grisou) e poeiras de carvão
GRUPO II Ocorre em indústrias de superfície (químicas, petroquímicas,farmacêuticas, etc), subdividindo-se em IIA, IIB e IIC
GRUPO IIA Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases dafamília do propeno
GRUPO IIB Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases dafamília do etileno
GRUPO IIC Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases dafamília do hidrogênio (incluindo-se o acetileno)
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Senai
Departamento Regional do Espírito Santo 9
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Tabela 1.2 – Classificação IEC em Grupos
Os gases representativos são utilizados para ensaios de equipamentos em laboratório, pois são
mais perigosos que as outras substâncias que representam.
1.4- CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS (NEC)
A classificação de áreas de risco nos EUA é diferente da usada na Europa, pois seguem as
normas técnicas americanas National Fire Protection Association NFPA 70 Artigo 500 do Nacional
Electrical Code.
1.4.1- Classificação em Divisão
A classificação em divisão baseia-se na fequência de formação da atmosfera.
DIVISÃO DESCRIÇÃO
DIVISÃO 1 Área onde a atmosfera explosiva, ocorre durante a operação
normal dos equipamentos
DIVISÃO 2 Área onde a atmosfera explosiva, somente ocorre em condiçõesanormais de operação dos equipamentos
Tabela 1.3 – Classificação NEC em Divisão
1.4.2- Classificação em Classes
A classificação das atmosferas explosivas em classes, determina o agrupamento dos materiais
dependendo da natureza das substâncias.
CLASSES DESCRIÇÃO
CLASSE I Mistura de gases ou vapores inflamáveis com o ar
CLASSE II Mistura de poeiras combustíveis com o ar
CLASSE III Fibras combustíveis em suspensão no ar
Tabela 1.4 – Classificação NEC em Classes__________________________________________________________________________________________
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Companhia Siderúrgica de Tubarão10
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1.4.3- Classificação em Grupos
As classes I e II podem ser subdivididas em grupos:
CLASSE GRUPOS DESCRIÇÃO
GRUPO A Atmosfera de gases da família o Acetileno
GRUPO B Atmosfera de gases da famíulia do Hidrogênio
GRUPO C Atmosfera de gases da família do Etileno
CLASSE I
GRUPO D Atmosfera de gases da família do Propano
GRUPO E Atmosfera de Poeiras Metálicas (Ex: Alumínio, Magnésio, etc)
CLASSE II GRUPO F Atmosfera de Poeira de Carvão
GRUPO G Atmosfera de Poeira de Grãos (Ex: trigo, farinhas, soja, etc)
CLASSE III - Atmosfera de Fibras Combustíveis (Ex: fibra de tecido, lã de vidro)
Tabela 1.5 – Classificação NEC em Grupos
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Departamento Regional do Espírito Santo 11
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Companhia Siderúrgica de Tubarão12
Tabela 1.5 – Classificação NEC em Grupos
1.5- COMPARAÇÃO ENTRE AS NOAMAS EUROPÉIA E AMERICANA
1.5.1- Quanto aos Materiais
A tabela abaixo ilustra comparativamente a classificação dos elementos representativos de cada
família segundo as normas IEC e NEC. Apresentamos ainda a mínima energia necessária para
provocar a detonação de uma atmosfera explosiva formada por estas substâncias.
MATERIAL IEC/Europa NEC/Americana ENERGIA DEIGNIÇÃO
Metano GRUPO I Não Classificado -
Acetileno CLASSE I – GRUPO A
Hidrogênio
GRUPO IIC
CLASSE I – GRUPO B
> 20 µJoules
Etileno GRUPO IIB CLASSE I – GRUPO C > 60 µJoules
Poeiras Metálicas CLASSE II – GRUPO F
Poeiras de Grãos CLASSE II – GRUPO G
Fibras Combustíveis
Em
Elaboração
CLASSE III
-
Propano GRUPO IIA CLASSE I – GRUPO D > 180 µJoules
Poeiras de Carvão CLASSE II – GRUPO E
Tabela 1.6 – Comparação IEC / NEC – Substâncias
* Nota: Para verificação da equivalência deve-se recorrer as listagens de gases por família segundo as duas normas
_____________________________________________________________________________________________________1.5.2- Quanto a Periodicidade
Pode-se notar, na tabela a seguir, que a Zona 2 é praticamente igual a Divisão 2, e que a Divisão
1, corresponde a Zona 1 e 0, ou seja um instrumento projetado para a Zona 1 não pode ser
aplicado na Divisão 1.
Já um instrumento projetado para a Zona 0, não possui e nem armazena energia suficiente para
causar a ignição de qualquer mistura explosiva.
FREQUÊNCIA ATMOSFERACONTÍNUA
ATMOSFERA
INTERMITENTE
CONDIÇÕES
ANORMAIS
IEC / Europa Zona 0 Zona 1 Zona 2
NEC / Americana Divisão 1 Divisão 2
Tabela 1.7 – Comparação IEC / NEC - Periodicidade
1.6- TEMPERATURA DE IGNIÇÃO ESPONTÂNEA
A temperatura de ignição de um gás, é a temperatura em que a mistura alto detona-se, sem que
seja necessário adicionar energia.
Este parâmetro é muito importante pois limita a máxima temperatura de superfície que pode ser
desenvolvida por um equipamento que deve ser instalado em uma atmosfera potencialmente
explosiva.
1.6.1- Temperatura de Superfície
Todo equipamento para instalação em áreas classificadas, independe do tipo de proteção, deve
ser projetado e certificado por uma determinada categoria de temperatura de superfície,
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Departamento Regional do Espírito Santo 13
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analisando-se sob condições normais ou não de operação, e não deve ser menor que a
temperatura de ignição espontânea do gás.
É importante notar que não existe correlação entre a energia de ignição do gás (grau de
periculosidade) e a temperatura de ignição espontânea, exemplo dito é o Hidrogênio que
necessita de 20 µJoule ou 560ºC, enquanto o Acetaldeido requer mais de 180 µJoule 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.
TEMPERATURA
DE SUPERFÍCIE
Categoria IEC
/ Europa
Categoria NEC
/ Americana
85ºC T6 T6
100ºC T5 T5
120ºC T4A
135ºC T4 T4
160ºC T3C
165ºC T3B
180ºC T3A
200ºC T3 T3
215ºC T2D
230ºC T2C
260ºC T2B
280ºC T2A
300ºC T2 T2
450ºC T1 T1
Tabela 1.8 – Categorias de Temperatura de Superfície
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Companhia Siderúrgica de Tubarão14
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2- MÉTODOS DE PROTEÇÃO
2.1- POSSIBILIDADE DE EXPLOSÃO
O risco de 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 – Triângulo de Ignição
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Companhia Siderúrgica de Tubarão16
2.1.1- 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 detonar a atmosfera
potencialmente explosiva.
Estes 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 durante uma possível explosão, não
permitindo a propagação 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. (exemplo: 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).
 
 
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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, consequentemente 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.
Figura 2.2 – Diagrama esquemático de um invólucro à prova de explosão
Os cabos elétricos que entra, e saem do invólucro devem ser conduzidos por eletrodutos
metálico, pois também são considerados como uma fonte de ignição. Para evitar a propagação de
uma explosão interna, através das entradas e saídas de cabo do invólucro, devem ser instalados
Unidades Seladoras, que consistem de um tubo roscado para união do eletroduto com o
invólucro, sendo preenchida com uma massa especial que impede a propagação das chamas
através dos cabos.
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2.2.1- 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
necessário uma inspeção de controle periódica.
• Não é possível ajustar ou substituir componentes com o equipamento energizado,
dificultando os processos de manutenção.
• Normalmente também encontram-se dificuldades de se remover a tampa frontal, pois
necessita da ferramenta especial para retirar e colocar vários parafusos, sem contar o risco
na integridade da junta(interstício).
• A umidade 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 à Prova de Explosão
 
 
 
 
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2.2.2- 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.
Figura 2.4 – Invólucro à prova de explosão Figura 2.5 – Luminária à Prova de Explosão
 Com Eletroduto e Unidade SeladoraFigura 2.6 – Micro Switch Figura 2.7 – Sirene Elétrica
 À Prova de Explosão À prova de Explosão
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Senai
Departamento Regional do Espírito Santo 19
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2.3- PRESSURIZADO (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.
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 com ou sem 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 após 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 próximo as áreas de risco.
Figura 2.8 – Esquema de Equipamento Pressurizado
O processo de diluição contínua deve ser empregado, quando a sala pressurizada possuir
equipamentos que produzam a mistura explosiva, tais como: sala 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 da 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.__________________________________________________________________________________________
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Companhia Siderúrgica de Tubarão20
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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.
Este método pode ser aplicado a reed relé, botoeiras com cúpula do contato encapsulado,
sensores de proximidade e obrigatoriamente nas barreiras zener.
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, aconselhado para equipamentos que não requerem
manutenção frequente.
Figura 2.10 – Transformador Imerso em Óleo__________________________________________________________________________________________
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Departamento Regional do Espírito Santo 21
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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 do quartz ou areia, evitando desta forma inflamar da chama, quer pela
temperatura excessiva das paredes do invólucro ou da superfície. Encontrado como forma de
proteção para leito de cabos no piso.
Figura 2.12 – Leito de cabos imersos 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 eletropneumáticos, chaves-fim-de-curso, sinaleiros
luminosos, etc.
Este método será amplamente abordado no próximo capítulo.
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Companhia Siderúrgica de Tubarão22
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Departamento Regional do Espírito Santo 23
2.8- SEGURANÇA AUMENTADA (Ex e)
Este método de proteção nos conceitos de supressão da fonte de ignição, aplicável 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 durante a construção, com elevados fatores de segurança, 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.
A 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 pensa-cabos, não necessitando mais dos eletrodutos metálicos e suas
unidades seladoras.
 Figura 2.12 – Motor de Segurança Aumentada Figura 2.13 – Solenóide de Segurança Aumentada
2.9- NÃO ASCENDÍVEL (Ex n)
Também baseado nos conceitos de supressão da fonte de ignição, os equipamentos não
ascendível 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.
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Sua utilização será 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 a maior
parte dos equipamentos elétricos estão localizados nesta zona, pode-se tornar muito interessante.
Um exemplo importantes 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.
Figura 2.14 – Multiplex Não Ascendível
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 e risco de cada
área foi levado em conta na elaboração das respectivas normas.
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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 segurospara a instalação em áreas classificadas, por
meios de testes e análises do projeto, visando não limitar a inventividade humana.
2.11- COMBINAÇÕES DAS PROTEÇÕES
O uso de mais um tipo de proteção aplicado a um mesmo equipamento é uma prática comum.
Como exemplo temos: 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.
2.12- 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 e risco de cada
área foi levado em conta na elaboração das respectivas normas.
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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
IMERSO EM AREIA Ex q 1 e 2
Segregação
Ex ia 0, 1 e 2
INTRINSICAMENTE SEGURO
Ex ib 1 e 2
SEGURANÇA AUMENTADA Ex e 1 e 2
NÃO ASCENDÍVEL Ex n 2
Supressão
ESPECIAL Ex s 1 e 2 Especial
Tabela 2.1 – Aplicação dos Métodos de Proteção
Nota: os equipamentos projetados para a Zona 0 podem ser instalados na Zona 1 e 2, bem como os da Zona 1
podem também ser instalados na Zona 2
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3- SEGURANÇA INTRINSECA (Exi)
3.1- ORIGEM
A origem da segurança intrínseca data do início 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.
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 Leclanche, com baixa tensão e corrente, o circuito era considerado seguro.
Figura 3.1 – Sistema de Sinalização em Minas
Uma pesquisa posterior provou que o fator mais importante, afim 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 uma arco elétrico, com potência suficiente para
detonar uma mistura explosiva. O conceito de Segurança Intrínseca havia nascido,
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Estava criado o primeiro órgão de teste e certificação de sistemas de sinalização para minas. Os
estudos subsequentes e a aplicação de componentes eletrônicos permitiu a utilização dos
conceitos para as indústrias e superfícies.
3.1.1- Energia de Ignição
Toda mistura possui uma energia mínima de ignição (MIE - Minimum Ignition Energy)que abaixo
deste valor é impossível se provocar a detonação; em função da concentração da mistura, ou
seja: da quantidade de combustível em relação a quantidade de ar.
A figura abaixo compara a curva do Hidrogênio com o Propano, ilustrando a energia da fonte de
ignição, que efetivamente provoca a detonação em função da concentração de mistura, ou seja,
da quantidade de combustível em relação a 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 MIE (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.
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As concentrações abaixo do limite mínimo de explosividade LEL (Lower Explosive Limit) não
ocorre mais a explosão pois a mistura está muito pobre ou seja muito oxigênio para pouco
combustível.
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 rico.
Os circuitos de Segurança Intrínseca sempre manipulam e armazenam energias, abaixo do limite
mínimo de explosividade dos gases representativos da cada família, considerando assim as
concentrações mais perigosas. Desta forma mesmo em condições anormais de funcionamento
dos equipamentos o circuitos de Segurança Intrínseca não provocam a ignição pois não possui
energia suficiente para isto, tronando a instalação segura permitindo montagens até mesmo na
Zona 0.
3.1.2- Princípios
O princípio básico de 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.
Figura 3.3 – Manipulação e armazenagem de energia controlada
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3.1.3- Energia Elétrica
Dentro deste princípio, a energia total que o circuito intrinsecamente pode conter deve ser menor
que a mínima energia de ignição MIE.
Transportando a energia em potência elétrica, obtemos a curva ao lado, que ilustra as máximas
tensões versus as máximas correntes de um circuito Exi.
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 notamos que um equipamento projetado para IIC pode ser utilizado em
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 – Máxima Potência Elétrica Manipulável
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3.2- LIMITADORES DE ENERGIA
Para uma instalação ser executada com a proteção de 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 figura abaixo, onde temos um contato
mecânico proveniente de uma chave liga-desliga que deve acionar um relé auxiliar,montado no
painel de controle fora da área classificada.
Figura3.5 – Circuito sem Limite de Energia
É fácil prever que com a abertura ou o fechamento do contato irá ocorrer uma centelha elétrica
com energia suficiente para inflamar a atmosfera.
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3.2.1- Limite de Corrente
No circulo da figura abaixo 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
Figura 3.7 – Circuito com Limite de Corrente e Tensão
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 que o diodo zener que passaremos a chamar de Uo.
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3.2.2- Limite da Tensão
Visando limitar a potência, chegamos ao circuito abaixo 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 de 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, com os devidos fatores de
segurança, que serão discutidos posteriormente.
Figura 3.7 – Circuito com Limite de Corrente e Tensão
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 que o 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, conforme ilustra a Figura 3.8 a seguir:
P = U x I
Po = Uo x Io
 2 2
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 4
Figura 3.8 – Curva de Transferência de Potência
3.2.4- Armazenamento de Energia
Com o circuito anterior evitamos a detonação pelo controle de energia manipulada, mas não
consideramos que em vez de um simples contato poderíamos ter um circuito eletrônico, como de
um transmissor de corrente, invalidando o estudo que não previa o armazenamento de 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.
 
Po = Uo x Io
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A energia armazenadas nos capacitores ( E = ½ C.V2 ) é liberada quando o contato fecha,
sobrepondo-se na alimentação do campo, gerando uma faísca que pode causar a ignição. Já o
efeito indutivo abre-se o contato pois a energia é proporcional a variação da corrente ( E = ½
L.I2 )
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.10 – Circuitos Armazenadores de Energia Controlados
_____________________________________________________________________________________________________
 
 
 
 Figura 3.10 – Circuitos Armazenadores de Energia
 
 
 
3.2.5- Elementos Armazenadores Controlados
Conforme verificamos no item anterior, a energia armazenada em elementos armazenadores de
energia é muito significativa, principalmente se considerarmos os efeitos em conjunto das
capacitâncias e indutâncias, e portanto deve ser limitada.
Com uma forma prática de normas técnicas apresentam a idéia de limitarmos os elementos
armazenadores de energia do circuito do 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 defeito), de forma que se respeitados esses
valores o circuito pode conter capacitores e indutores mas a energia total envolvida permanece
abaixo do MIE.
Figura 3.10 – Circuitos Armazenadores de Energia Controlados
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3.2.6- À Prova da Falhas
Como os circuitos de segurança intrínseca são projetados especialmente para operar em áreas
de risco, as normas técnicas determinam o estudo das falhas, que podem ser causados por erros
humanos.
Figura 3.12 – Circuito Sujeito a Falhas
No exemplo acima o limitador de energia que possui entrada prevista para 24Vcc, é
acidentalmente conectado a 220Vca, provocando a ignição da atmosfera potencialmente
explosiva.
Visando eliminar esta possibilidade incluímos no circuito um fusível, conforme ilustra a figura
abaixo, 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 do
campo.
Figura 3.13 – Circuito com Proteção de Falha
Logicamente pretende-se eliminar a maioria das falhas humanas, mas não significa que o
profissional irá manusear os equipamentos seja um leigo completo capaz de conectar o elemento
de campo diretamente a rede da corrente.
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3.2.7- À Prova de Defeitos
As normas técnicas também determinam o estudo de defeitos nos componentes do circuito, no
intuito de se assegurar a integridade e a confiabilidade dos equipamentos perante os defeitos.
A figura abaixo ilustra uma situação hipotética onde ocorre um defeito na isolação do
transformação, que passa a fornecer uma tensão mais elevada para o limitador de energia
(defeito).
Figura 3.14 – Circuito à Prova 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 a 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.
3.2.8- Categorias de Proteção
Os equipamentos intrinsecamente seguros são classificados em duas categorias:
3.2.8.1- 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 1,5, aplicado sobre as tensões
e correntes, visando a incapacidade de provocar a ignição. Motivo pelo qual se assegura a
utilização desses equipamentos até nas zonas de risco prolongados (Zona 0).
3.2.8.2- Categoria “ib”
A categoria é menos rigorosa, possibilitando a instalação dos equipamentos apenas nas Zonas 1
e 2 devendo assim assegurar a incapacidade de provocara detonação da atmosfera quando
houver um defeito no circuito, mantendo também o fator de segurança como 1,5.
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A aplicação dos fatores de segurança são objetos 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 em zonas
adequadas.
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3.2.9- 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.
Figura 3.15 – Circuito com Falta a Terra
Um sistema de aterramento com alta integridade deve ser utilizado para conexão do circuito
limitador de energia, como único circuito capaz de desviar a corrente gerada por uma sobretensão
em relação ao potencial da terra.
Figura 3.16 – Circuito com Aterramento Íntegro
As normas técnicas recomendam que o sistema de aterramento íntegro deve possuir impedância
menor que 1Ω, para garantir a eficácia do circuito.
 
O limitador de energia da figura acima também é conhecido barreira zener, que pode variar
ligeiramente dependendo de fabricante para fabricante e também devido ao tipo de sinal, mas
fundamentalmente tem a mesma função.
 
_____________________________________________________________________________________________________
Figura 3.17 – Exemplo dos Sistema de Terra Protegendo a Instalação SI
Fora isto a normalização regulamenta a equipotencialidade dos terras, ou seja, a
necessidade de se igualar a impedância do sistema de aterramento, que não deve ser
superior s 1 ΩΩΩΩ, medido de dois pontos quaisquer da instalação.
Este requisito é solicitado pois a falta de equipotencialidade é muito perigosa, para exemplificar
esta afirmação vamos supor o circuito da figura 3.18 onde temos um conversor eletropneumático
ligado saída de um controlador, através de uma barreira zener.
Vamos calcular qual a sobretensão causada no elemento de campo devido a 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.
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3.2.10.1- Cálculo da sobretensão
Figura 3.18 – Circuito com Desequilíbrio de Aterramento
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 da
terra e do cabo, vamos desprezar a corrente desviada através de sua bobina.
 Figura 3.19 – Circuito Equivalente 3.20 – Cálculo de Sopbretensão
Calculando a resistência equivalente:
Req = (10Ω + 0,1Ω ) x 5Ω = 3,34 Ω
 (10Ω + 0,1Ω ) + 5Ω
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Calculando a Tensão no Terra do Campo:
U1 = 3,34 Ω x 10 A = 33,4 V
Calculando a Tensão U no Conversor:
U = 33,4 V + 24 V = 57, 4 V
Desta forma podemos verificar que a tensão do instrumento subiu de 24V para 57,4V o que põe
em risco a instalação que era considerada segura.
3.2.11- Isolação Galvânica
Conforme ilustra a figura abaixo, a barreira zener só é eficaz se o sistema de aterramento for
íntegro, mas sabemos que na prática é muito difícil de se construir e manter um aterramento com
impedância menor que 1 Ω.
Figura 3.21 – Falha de Aterramento na Barreira Zener
Visando eliminar este problema desenvolveu-se a técnica de isolação galvânica que possibilita
dispensar-se a conexão do limitador de energia ao sistema de aterramento seguro.
A figura abaixo ilustra um circuito seguro 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 3.22 – Acionador de Solenóide com Isolação Galvânica__________________________________________________________________________________________
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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, 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 extremamente seguro.
4- CERTIFICAÇÃO
4.1- PROCESSO DE CERTIFICAÇÃO
Como as instalações elétricas em atmosferas potencialmente explosivas, envolvem risco de vidas
humanas e patrimônios, obrigando cada País a elaborar legislações regulamentando a fabricação
a utilização de equipamentos destinados a esta finalidade.
No Brasil o órgão legislador é o Conmetro (Conselho Nacional de Metrologia e Normalização
Industrial), órgão subordinado ao Ministério da Justiça.
A legislação atual determinou que todos os equipamentos devem ser certificados para utilização
em áreas classificadas, independentemente de serem ou não fabricadas no País.
O processo de certificação é coordenado pelo Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia e
Normalização Industrial) que utiliza a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), para a
elaboração de normas técnicas para os diversos tipos de proteção.
O Inmetro também credencia laboratórios que baseados nas normas técnicas verificam através de
ensaios e análises, se os equipamentos atendem as normas e realmente podem ser instalados
em atmosferas potencialmente explosivas.
Para a segurança intrínseca o único laboratório credenciado até o momento, é o Labex no centro
de laboratórios do Cepel no Rio de Janeiro, onde existem instalações e técnicos especializados
para executar os diversos procedimentos solicitados pelas normas, até mesmo realizar explosões
controladas com os gases representativos de cada família.
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O processo de certificação utilizado é conhecido como Certificado de Protótipo, onde o fabricante
encaminha uma amostra do equipamento ao laboratório, que analisa o projeto, realiza os ensaios
e se aprovado, emite um Relatório de Inspeção e Ensaios com os resultados obtidos
encaminhando ao Inmetro para a emissão do certificado, conforme ilustra a próxima página.
No momento estamos em um processo de transição visando certificar a linha de produção, onde o
Certificado teria um prazo de validade e durante este período o Inmetro com o Cepel realizam
uma inspeção na linha de fabricaçãoverificando se os processos e os componentes utilizados
permanecem os mesmos do protótipo aprovado, inclusive devem ser recolhidas amostras para
análises mais detalhadas no laboratório.
Este processo de certificação é aplicado a todos os tipos de proteção, ou seja, todos os produtos
fabricados no Brasil deverão possuir seu Certificado com inspeção da fabricação.
4.1.1- Certificado de Conformidade
A figura 4.1 ilustra um certificado de conformidade emitido pelo Inmetro, após os testes e ensaios
realizados no laboratório Cepel / Labex:
4.1.2- 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.
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Figura 4.1 – Certificado de Conformidade
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4.3- A CERTIFICAÇÃO DA SEGURANÇA INTRÍNSECA
A certificação da segurança intrínseca depende do tipo de equipamento, pois eles se subdividem-
se em:
4.3.1- Equipamentos Simples
Neste grupo estão enquadrados os equipamentos e componentes simples que manipulam
e armazenam energia abaixo de 20µµµµJoules, ou seja, não pode exceder nenhuma das
grandezas: 1,2V, 0,1A ou 25mW.
Como estes equipamentos não possuem energia suficientes para provocar a ignição da
atmosfera, não é necessário a sua certificação, como exemplo podemos citar os sensores
passivos (termopares, termoresistências, potenciômetros, etc.)
4.3.2- Equipamentos Intrinsecamente Seguros
São os equipamentos que possuem todos 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.
4.3.3- Equipamentos Intrinsecamente Seguros Associados
São os circuitos de interfaceamento dos equipamentos SI (Intrinsecamente Seguros)com os
equipamentos comuns NSI (não intrinsecamente seguros), ou seja, o equipamentos que contém o
circuito limitador de energia, como por exemplo as barreiras zener, os isoladores galvânicos com
entradas e saídas intrinsecamente seguras.
No processo de certificação destes equipamentos são verificados 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, cuja fonte deve ser
instalada fora da área classificada.
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4.4- 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 a
verificação de compatibilidade entre eles, visando eliminar a certificação conjunta dos
equipamentos permitindo ao usuário livre escolha entre os modelos e fabricantes.
4.4.1- 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 de entrada.
Ci - capacitância interna máxima
Capacitância interna máxima vista através dos terminais intrinsecamente seguro de entrada.
Li - indutância interna máxima
Indutância interna máxima vista através dos terminais intrinsecamente seguros de entrada.
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.
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Departamento Regional do Espírito Santo 45
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46 Companhia Siderúrgica de Tubarão
4.4.2- Intrinsecamente Seguro Associado
Uo - tensão máxima 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.
Po - potência máxima de saída
Máxima potência que pode ser obtida nos terminais intrinsecamente seguros de um equipamentos
elétrico.
Co - capacitância externa máxima
Máxima capacitância que pode ser conectado aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar
o tipo de proteção.
Lo - indutâncica externa máxima
Máxima indutância que pode ser conectada aos terminais intrinsecamente seguros, sem afetar o
tipo de proteção.
4.5- 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 ao 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 a 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
 
 
4.5.1- Aplicação da Entidade
Para exemplificar o conceito da entidade, vamos supor o exemplo da figura abaixo, 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.
Figura 4.2 – Exemplo de Interconexão__________________________________________________________________________________________
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Transmissor de Pressão Br Exia IIC T6
Ui = 38 V
Ii = 103 mA
Pi = 0,98 W
Li = 0 mH
Ci = 30 nF
Repetidor Analógico Br Exib IIC
U0 = 28,7 V
Io = 98 mA
Po = 703 mW
Lo = 3mH
Co = 65 nF
Cabo de InterconexãoComprimento 500 m
Indutância de 2 mH/Km
Lcabo = 1 mH
Capacitânica 20 nF/Km
Ccabo = 10 nF
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Companhia Siderúrgica de Tubarão48
_____________________________________________________________________________________________________
CÁLCULO DA INTERCONEXÃO:
Energia Manipulada
Ui = 38 V ≥ Uo = 28,7 V
Ii = 103 mA ≥ Io = 98 mA
Pi = 980 mW ≥ Po = 703 mW
Energia Armazenada
Li + Lcabo = 0 + 1 mH = 1 mH ≤ Lo = 3 mH
Ci + Ccab0 = 30 nF + 10 nF = 40 nF ≤ Co = 65 nF
Como todas as inequações foram satisfeitas, concluimos que é perfeitamente segura a
interconexão dos instrumentos.
4.5.2- 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 serão os elementos armazenadores de
energia que poderão ser conectados, conforme ilustra a tabela 4.1 a seguir:
CATEGORIA ia ib
GRUPO IIC IIB IIA IIC IIB IIA
Lo 2,5 mH 5 mH 10 mH 38 mH 155mH 460 mH
Co 514 nF 1,9 µµµµF 5,5 µµµµF 1,1 µµµµF 6 µµµµF 30 µµµµF
Tabela 4.1 – Parâmetros e Entidades
Equipamentos de marcadores 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 uma Zona 1 ou 2.
• Pode-se utilizar os dados de armazenamento de energia de um instrumento para o grupo IIB e
efetuar ao cálculos com um limitador de energia IIC, desde que utilizados apenas em grupo IIB
e IIA.
• Também pode-se utilizar ao dados de um limitador de energia “ib” IIA, para o cálculo com um
instrumento de campo “ib” IIC, desde que utilizamos apenas nas Zonas 1 e 2 e no grupo IIA.
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4.6- 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 1.6.1.
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 de elementos químicos e substâncias mais comuns
encontrados na indústria, classificados por grupo e com suas respectivas temperaturas de ignição
espontânea.
5- CABLAGEM DE EQUIPAMENTOS SI
A norma de instalação não detalha o suficientemente os requisitos de construção e instalação dos
fios e cabos em circuitos intrinsecamente seguros.
 
5.1- REQUISITOS DE CONSTRUÇÃO:
• A rigidez elétrica deve ser maior que 500 Uef.
• O condutor deve possuir isolante de espessura maior que 0,2 mm.
• Quando houver blindagem esta deve cobrir no mínimo 60% da superfície.
5.2- REQUISITOS DE INSTALAÇÃO:
O principal requisito de instalação dos cabos de segurança intrínseca, que passaremos a chamar
apenas de cabos SI, é a isolação em relação aos circuitos não intrinsecamente seguros, que
chamaremos de NSI.
A intenção da isolação é de não permitir que em casos de falhas o limitador de energia seja
eliminado do loop Exi, o que certamente provocaria a detonação da atmosfera explosiva. Visando
esclarecer os procedimentos práticos apresentamos as configurações mais indicadas para as
fiações intrinsecamente seguras:
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5.2.1- Caneletas Separadas
Os cabos SI podem ser separados dos cabos NSI, através de caneletas separadas.
Especialmente indicado para as fiações internas de gabinetes e armários de barreiras.
Figura 5.1 – Canaletas Plásticas Separadas
5.2.2- Caneletas Metálicas
As caneletas metálicas podem ser usadas para separar as fiações Si da NSI, desde que
devidamente aterradas no mesmo aterramento das estruturas metálicas das áreas classificadas
(não precisa ser o aterramento íntegro com impedância menor que 1Ω). Normalmente indicado
para as bandejas e leitos de cabos.
Figura5.2 – Canaletas Metálicas Separadas
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5.2.3- Cabos Blindados
Quando a separação dos cabos em caneletas distintas não for prática, pode-se utilizar cabos
blindados com malha de terra devidamente aterrada no condutor equipotencial, no mesmo ponto
que o circuito SI do qual ele faz parte.
Caso haja necessidade de aterramento por razões funcionais em outros pontos, deve-se utilizar
capacitores cerâmicos inferiores a 1nF/1500V.
Figura 5.3 – Mesma Canaleta, Cabos Blindados
5.2.4- Amarração dos Cabos
Os cabos SI e NSI podem ser montados em uma mesma caneleta desde que separados com uma
distância superior a 50 mm, devidamente amarrados.
Empregado normalmente em painéis com circuitos SI, onde seu encaminhamento através de
caneletas não é prático.
Figura 5.4 – Mesma canaleta, Cabos Amarrados
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5.2.5- Separação Mecânica
A separação mecânica dos cabos SI dos NSI é uma forma simples e eficaz para a separação dos
circuitos.
Quando utiliza-se caneletas metálicas, deve-se aterrar junto as estruturas metálicas.
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Figura 5.5 – Canaletas com Separação
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5.2.6- Multicabos
Cabo multivias com vários circuitos SI não deve ser usado em Zona 0, sem antes um estudo das
combinações das possíveis falhas. Cabos multivias fixo, com proteção externa adicional contra
danos mecânicos, somente circuitos SI (<60Vp)correndo em núcleos adjacentes, pode ser
considerado como não sujeito a falhas.
Figura 5.6 – Multicabos Blindados
5.3- MONTAGEM DE PAINÉIS
Em instalações elétricas com circuitos intrinsecamente seguros, aos terminais SI devem ser
efetivamente separados dos terminais NSI, como ilustra as figuras abaixo, onde no interior do
painel as fiações SI possuem canaleta própria.
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Figura 5.7 – Exemplo de Separação por Canaletas
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A separação dos circuitos SI e NSI podem também ser efetivada por placas de separação
metálicas ou não, ou por uma distância maior que 50 mm.
 Figura 5.8 – Montagem com Entradas Separadas Figura 5.9 – Montagem com Separador
5.3.1- Cuidados na Montagem
Além de um projeto apropriado cuidados adicionais devem ser observados nos painéis
intrinsecamente seguros, pois como ilustra a figura 5.10 onde por falta de amarração nos cabos,
uma falha pode ocorrer. Já na figura 5.11 a falta da placa de separação provocou a falha.
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Figura 5.10 – Falta de Amarração Figura 5.11 – Falta de Separação
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5.3.2- Requisitos Gerais
• deve-se estudar o método de fiação para evitar que um circuito SI entre em contato com o NSI
no caso de um fio ser desconectado.
• Os circuitos SI (invólucros, terminais, cabos, etc) devem ser identificados claramente, através
de placas ou códigos de cores (recomenda-se o azul).
5.3.3- Efeitos de Indução
Nos circuitos intrinsecamente seguros deve-se evitar os efeitos dos campo elétricos ou
eletromagnéticos, oriundos da proximidade com cabos de alta tensão e corrente. Para tal deve-se
utilizar a boa prática de se elevar a distância de escoamento da fonte de perturbação, além de
utilizar técnicas de transposição e blindagem nos cabos dos circuitos SI.
6- 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.
6.1- BARREIRAS ZENER
As barreiras zener podem diferenciar-se quanto a 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.
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6.1.1- Contato Seco
A figura 6.1 a seguir 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.
É importante notar que o circuito acrescenta uma resistência “end to end” de 300 Ω (que
considera a resistência do fusível e do resistor).
Para efeitos operacionais foi introduzido no circuito uma resistência de “loop” de 600 Ω, sem
considerar a resistência da cablagem, o que pode influir no funcionamento, pois o relé se não for
devidamente escolhido, pode não operar devido a baixa corrente.
Figura 6.1 – Barreira Zener com Contato Seco
6.1.2- 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 sensores
Namur (DIN - 19234).
Recomenda-se um teste prático para confirmar o funcionamento operacional do amplificador
Namur com a introdução da barreira zener.
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Figura 6.2 – Barreira Zener com Sensor Namur
6.1.3- Solenóides e Sinalizadores
A aplicação da barreiras zener por acionamento, não é muito encontrada na prática pois estes
elementos necessitam de potências mais altas, da ordem de 1W o que se torna inviável para os
limitadores de corrente resistivos.
Figura 6.3 – Barreira Zener com Solenóide
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Figura 6.4 – Barreira Zener com Sinalizador Luminoso
6.1.4- 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 a 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.
Figura 6.6 – Barreira Zener com Transmissor de Corrente
Nota: Deve-se assegurar que a barreira zener permite a passagem de sinais digitais nas
aplicações com transmissores inteligentes.
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6.1.5- Conversor Eletropneumático
Nas aplicações com conversores deve-se assegurar que a barreira zener não ofereça uma
resistência (R “end to end” mais R do cabo), superior ao permitido pelo instrumento de campo.
Figura 6.7 – Barreira Zener com Conversor Eletropneumático
6.1.6- Termopares
Deve-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 de resistência “end to end” da barreira zener.
Figura 6.8 – Barreira Zener com Termopares
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6.1.7- Termoresistências
nas aplicações com termoresistências deve-se utilizar barreira 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 de
resistência seja livre de correntes de alimentação para diminuir a queda de tensão na cablagem.
Figura 6.9 – Barreira Zener com Termoresistência
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6.2- ISOLADORES GALVÂNICOS
Os isoladores galvânicos são mais complexos em termos de eletrônica, com custo mais elevados
comparativamente com as barreiras zener mas em contra partida oferecem mais vantagens
práticas, tais como:
• Não necessitam de aterramento íntegro (<1 Ω)
• Mantém as entradas isoladas eletricamente das saídas
• Apresentam maior rejeição de ruídos de modo comum
• Possibilitam a conversão 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 bourn out
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6.2.1- 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).
Figura 6.11 – Repetidor Digital Galvanicamente Isolado para Contato Seco ou Sensor de Proximidade
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