NBR IEC 60079-28

IEC 2006 - ABNT 2010

NORMA BRASILEIRA

ABNT NBRIEC

60079-28

Primeira edio 12.05.2010

Vlida a partir de 12.06.2010

Atmosferas explosivas Parte 28: Proteo de equipamentos e de sistemas de transmisso que utilizam radiao ptica

Explosive atmospheres Part 28: Protection of equipment and transmission systems using optical radiation

ICS 29.260.20 ISBN 978-85-07-02071-4

Nmero de referncia

ABNT NBR IEC 60079-28:201029 pginas

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IEC 2006 Todos os direitos reservados. A menos que especificado de outro modo, nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida ou utilizada por qualquer meio, eletrnico ou mecnico, incluindo fotocpia e microfilme, sem permisso por escrito da ABNT, nico representante da IEC no territrio brasileiro. ABNT 2010 Todos os direitos reservados. A menos que especificado de outro modo, nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida ou utilizada por qualquer meio, eletrnico ou mecnico, incluindo fotocpia e microfilme, sem permisso por escrito da ABNT. ABNT Av.Treze de Maio, 13 - 28 andar 20031-901 - Rio de Janeiro - RJ Tel.: + 55 21 3974-2300 Fax: + 55 21 3974-2346 [email protected] www.abnt.org.br

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Sumrio Pgina

Prefcio Nacional........................................................................................................................................................v

Introduo .................................................................................................................................................................vii

1 Escopo............................................................................................................................................................1

2 Referncias normativas ................................................................................................................................2

3 Termos e definies......................................................................................................................................2

4 Requisitos gerais...........................................................................................................................................5 4.1 Equipamentos pticos ..................................................................................................................................5 4.2 Nveis de proteo de equipamento (EPL)..................................................................................................5

5 Tipos de proteo..........................................................................................................................................6 5.1 Geral................................................................................................................................................................6 5.2 Requisitos para radiao ptica inerentemente segura op is ..............................................................6 5.2.1 Geral................................................................................................................................................................6 5.2.2 Radiao por onda contnua ........................................................................................................................6 5.2.3 Radiao pulsada ..........................................................................................................................................7 5.2.4 Ensaios de ignio ........................................................................................................................................7 5.2.5 Dispositivos pticos incorporando o conceito inerentemente seguro ...................................................8 5.3 Requisitos para proteo de radiao ptica op pr ...............................................................................8 5.3.1 Geral................................................................................................................................................................8 5.3.2 Radiao no interior da fibra, etc. (sem previso de ocorrncia de danos mecnicos)........................8 5.3.3 Radiao no interior de invlucros .............................................................................................................8 5.4 Intertravamento para desligamento da radiao ptica com a quebra da fibra ptica op sh ...........9 5.5 Aplicabilidade dos tipos de proteo..........................................................................................................9

6 Ensaios e verificaes de tipo ...................................................................................................................10 6.1 Montagem para os ensaios de ignio......................................................................................................10 6.1.1 Vaso de ensaio.............................................................................................................................................10 6.1.2 Medio de energia e potncia ..................................................................................................................10 6.1.3 Critrio para a ignio.................................................................................................................................10 6.1.4 Temperatura da mistura..............................................................................................................................10 6.1.5 Presso da mistura......................................................................................................................................11 6.1.6 Fator de segurana......................................................................................................................................11 6.2 Ensaio de referncia....................................................................................................................................11 6.2.1 Gs de referncia.........................................................................................................................................11 6.2.2 Material absorvente de referncia .............................................................................................................11 6.2.3 Ensaio de referncia para radiao de ondas contnuas e pulsos com durao acima de 1 s ..........11 6.2.4 Ensaio de referncia para radiao pulsada com durao abaixo a 1 ms............................................12 6.3 Misturas para ensaios.................................................................................................................................12 6.3.1 Ensaios de ignio com radiao por ondas contnuas e pulsos com durao acima de 1 s ...........12 6.3.2 Ensaios de ignio com pulsos nicos com durao abaixo de 1 ms..................................................12 6.4 Ensaios para trens de pulsos e pulsos com durao entre 1 ms e 1 s .................................................13

7 Marcao ......................................................................................................................................................13 7.1 Geral..............................................................................................................................................................13 7.2 Dados na marcao.....................................................................................................................................13 7.3 Exemplos de marcao...............................................................................................................................13

Anexo A (normativo) Dados do ensaio de referncia ...........................................................................................14

Anexo B (informativo) Mecanismos de ignio )....................................................................................................15

Anexo C (normativo) Avaliao de risco de ignio .............................................................................................20

Anexo D (informativo) Projeto tpico de cabo de fibra ptica...............................................................................22

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Anexo E (informativo) Introduo de um mtodo alternativo de avaliao de risco incluindo nveis de proteo de equipamentos (EPL) para equipamentos Ex ...................................................................23

E.0 Introduo ....................................................................................................................................................23 E.1 Base histrica ..............................................................................................................................................23 E.2 Geral..............................................................................................................................................................24 E.2.1 Minas de carvo sujeitas a grisu (Grupo I) ...............................................................................................24 E.2.2 Gases (Grupo II)...........................................................................................................................................24 E.2.3 Poeiras (Grupo III)........................................................................................................................................25 E.3 Proteo proporcionada contra o risco de ignio .................................................................................26 E.4 Implantao..................................................................................................................................................27

Bibliografia ................................................................................................................................................................28

Figuras

Figura 1 Figura B.1 com linhas de limites para reas intermedirias para objetos no combustveis, atmosferas com classes de temperatura T1 T4, equipamentos dos grupos IIA, IIB ou IIC..............07

Figura B.1 Potncia de ignio radiante mnima com alvo absorvente inerte (!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 93 %) e radiao de onda contnua de 1 064 nm ...........................................18

Figura B.2 Potncia de ignio radiante mnima com alvo absorvente inerte (!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 9 3 %) e radiao de onda contnua (PTB: 1 064 nm, HSL: 805 nm, [24]: 803 nm) para alguns n-alcanos .........................................................................................................19

Figura C.1 Avaliao do risco de ignio ...........................................................................................................20 Figura D.1 Exemplo de projeto de cabo ptico multifibra para aplicaes em servios pesados .............22 Figura D.2 Projeto tpico de cabo singelo de fibra ptica ...............................................................................22

Tabelas

Tabela 1 Relao entre EPL e a probabilidade de uma fonte de ignio.......................................................05 Tabela 2 Potncia ptica segura e irradincia para reas classificadas

categorizada por grupo de equipamento e classe de temperatura........................................................06 Tabela 3 Disponibilidade de intertravamento para desligamento da radiao ptica

ou fator de reduo de risco de ignio pelo EPL...................................................................................09 Tabela 4 Aplicao dos tipos de proteo para sistemas pticos baseados em EPL .................................10 Tabela A.1 Valores de referncia para ensaios de ignio com uma mistura de propano diludo em ar

com a mistura na temperatura de 40 C....................................................................................................14 Tabela B.1 AIT (auto ignition temperature), MESG (maximum experimental safe gap) e potncias de

ignio medidas dos combustveis escolhidos para materiais absorventes inertes como o material alvo (!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 93) ...........................................................................................................17

Tabela B.2 Comparao das medidas de energia mnima de ignio do pulso ptico (Qe,pi,min) com feixe

ptico de 90 m de dimetro com temperaturas de auto-ignio (AIT) e energia mnima de ignio (MIE) da literatura [25] a concentraes em porcentagem por volume (") ...........................................19

Tabela E.1 Relao tradicional de EPL e zonas (sem avaliao adicional de risco) ....................................25 Tabela E.2 Descrio da proteo proporcionada contra o risco de ignio ...............................................26

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Prefcio Nacional

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) o Foro Nacional de Normalizao. As Normas Brasileiras, cujo contedo de responsabilidade dos Comits Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalizao Setorial (ABNT/ONS) e das Comisses de Estudo Especiais (ABNT/CEE), so elaboradas por Comisses de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidade, laboratrio e outros).

Os Documentos Tcnicos ABNT so elaborados conforme as regras das Diretivas ABNT, Parte 2.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) chama ateno para a possibilidade de que alguns dos elementos deste documento podem ser objeto de direito de patente. A ABNT no deve ser considerada responsvel pela identificao de quaisquer direitos de patentes.

A ABNT NBR IEC 60079-28 foi elaborada no Comit Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03), pela Comisso de Equipamentos para atmosfera explosiva com tipo de proteo por intrnseca Ex i, Sistemas Ex i, Fieldbus Ex i (FISCO) e proteo de equipamentos e sistemas de transmisso utilizando radiao ptica (CE-03:031.04). O Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital n 02, de 18.02.2010 a 19.03.2010, com o nmero de Projeto 03:031.04-008.

Esta Norma uma adoo idntica, em contedo tcnico, estrutura e redao, IEC 60079-28:2006, que foi elaborada pelo Technical Committee Equipment for Explosive Atmospheres (IEC/TC 31), conforme ISO/IEC Guide 21-1:2005.

A aplicao desta Norma no dispensa o respeito aos regulamentos de rgos pblicos que os equipamentos, os servios e as instalaes devem satisfazer. Podem ser citadas como exemplos de regulamentos de rgos pblicos as Normas Regulamentadoras do Ministrio do Trabalho e Emprego e as Portarias Ministeriais elaboradas pelo Inmetro contendo o Regulamento de Avaliao da Conformidade (RAC) para equipamentos eltricos para atmosferas explosivas, nas condies de gases e vapores inflamveis e poeiras combustveis.

O Escopo desta Norma Brasileira em ingls o seguinte:

Scope

This part of ABNT NBR IEC 60079 explains the potential ignition hazard from equipment using optical radiation intended for use in explosive gas atmospheres. It also covers equipment, which itself is located outside but its emitted optical radiation enters such atmospheres. It describes precautions and requirements to be taken when using optical radiation transmitting equipment in explosive gas atmospheres. It also outlines a test method, which can be used to verify a beam is not ignition capable under selected test conditions, if the optical limit values cannot be guaranteed by assessment or beam strength measurement.

This standard contains requirements for optical radiation in the wavelength range from 380 nm to 10 m. It covers the following ignition mechanisms:

# optical radiation is absorbed by surfaces or particles, causing them to heat up and, under certain circumstances, this may allow them to attain a temperature which will ignite a surrounding explosive atmosphere;

# direct laser induced breakdown of the gas at the focus of a strong beam, producing plasma and a shock wave both eventually acting as the ignition source. These processes can be supported by a solid material close to the breakdown point.

NOTE 1 See items a) and d) of the introduction.

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This standard does not cover ignition by ultraviolet radiation and by absorption of the radiation in the explosive mixture itself. Explosive absorbers or absorbers that contain their own oxidizer as well as catalytic absorbers are also outside the scope of this standard.

This standard specifies requirements for equipment intended for use under atmospheric conditions.

This standard supplements and modifies the general requirements of ABNT NBR IEC 60079-0. Where a requirement of this standard conflicts with a requirement of ABNT NBR IEC 60079-0, the requirement of this standard will take precedence.

NOTE 2 Although one should be aware of ignition mechanism b) and c) explained in the introduction, they are not addressed in this standard due to the very special situation with ultraviolet radiation and with the absorption properties of most gases (see Annex B).

NOTE 3 Safety requirements to reduce human exposure hazards from fibre optic communication systems are found in IEC 60825-2:2000.

NOTE 4 Types of protection "op is", "op pr", and "op sh" can provide equipment protection levels (EPL) Ga, Gb, or Gc. For further information, see Annex E.

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Introduo

Equipamentos pticos na forma de lmpadas, lasers, LEDs, fibras pticas, etc., so cada vez mais utilizados em sistemas de comunicao, inspeo, sensoreamento e medies. No processamento de materiais, so utilizadas radiaes pticas com elevada irradincia. Frequentemente estas instalaes so realizadas no interior ou prxima s atmosferas explosivas e a radiao de tais equipamentos pode passar atravs destas atmosferas. Dependendo das caractersticas da radiao, esta pode ser capaz de causar a ignio de uma atmosfera explosiva presente no ambiente. A presena ou a ausncia de um elemento absorvente adicional da radiao influencia significantemente a ignio.

Existem quatro mecanismos possveis de ignio:

a) Radiao ptica absorvida por superfcies ou partculas, levando estas a se aquecerem e, sob determinadas circunstncias, permitir que estas atinjam uma temperatura que pode causar a ignio de uma atmosfera explosiva presente no ambiente.

b) Ignio trmica de um volume de gs, onde o comprimento de onda coincide com o espectro de absoro do gs.

c) Ignio fotoqumica, devido foto-dissociao de molculas de oxignio por radiao na faixa de comprimento de onda ultravioleta.

d) Colapso do gs induzido por laser direto no ponto focal de um feixe ptico potente, produzindo plasma e uma onda de choque, ambos eventualmente atuando como uma fonte de ignio. Estes processos podem ser facilitados pela presena de um material slido prximo ao ponto de colapso.

O caso de ignio mais comumente encontrado na prtica com a mais baixa potncia de radiao capaz de causar ignio o caso a). Sob algumas condies de radiao pulsada, o caso d) pode tambm se tornar relevante.

Equipamentos pticos so utilizados em muitas aplicaes em conjunto com equipamentos eltricos, para os quais existem Normas e requisitos objetivos e detalhados para utilizao em atmosferas explosivas. Um dos objetivos desta Norma o de informar a indstria sobre os riscos potenciais de ignio associados com a utilizao de sistemas de transmisso pticos em reas classificadas, de acordo com as definies indicadas na ABNT NBR IEC 60079-10-1, bem como os mtodos adequados de proteo.

Esta Norma detalha o sistema integrado utilizado para controlar o risco da ignio devido a equipamentos que utilizam radiao ptica em reas classificadas.

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Atmosferas explosivas Parte 28: Proteo de equipamentos e de sistemas de transmisso que utilizam radiao ptica

1 Escopo

Esta parte da ABNT NBR IEC 60079 esclarece o risco potencial de ignio proveniente de equipamentos que utilizam radiao ptica, destinados a utilizao em atmosferas explosivas de gs. Engloba tambm equipamentos que so destinados a instalao em reas alm das extenses de reas classificadas, mas cujas radiaes pticas adentram tais atmosferas explosivas. Descreve ainda as precaues e requisitos a serem tomados quando da utilizao de equipamentos com transmisso ptica em atmosferas explosivas de gs. Tambm apresenta um mtodo de ensaio que pode ser utilizado para verificar se um feixe ptico no capaz de causar uma ignio sob determinadas condies de ensaio, se os limites dos valores pticos no puderem ser assegurados por avaliao ou por medio da intensidade do feixe de luz.

Esta Norma contm requisitos para a radiao ptica na faixa de comprimento de onda de 380 nm a 10 m. Abrange os seguintes mecanismos de ignio:

# radiao ptica absorvida por superfcies ou partculas, levando estas a se aquecerem e, sob determinadas circunstncias, permitir que estas atinjam uma temperatura que pode causar a ignio de uma atmosfera explosiva presente no ambiente;

# colapso do gs induzido por laser direto no ponto focal de um feixe ptico potente, produzindo plasma e uma onda de choque, ambos eventualmente atuando como uma fonte de ignio. Estes processos podem ser facilitados pela presena de um material slido prximo ao ponto de colapso.

NOTA 1 Ver itens a) e d) da Introduo.

Esta Norma no aborda a ignio por radiao ultravioleta e pela absoro da radiao na mistura explosiva por si mesma. Elementos absorventes explosivos ou elementos absorventes que contm seus prprios oxidantes, bem como absorventes catalticos, esto tambm fora do escopo desta Norma.

Esta Norma especifica os requisitos para equipamentos destinados para utilizao sob condies atmosfricas.

Esta Norma suplementa e modifica os requisitos gerais da ABNT NBR IEC 60079-0. Quando um requisito desta Norma conflita com um requisito da ABNT NBR IEC 60079-0, o requisito desta Norma precedente.

NOTA 2 Embora necessitem ser alertados dos mecanismos de ignio b) e c) descritos na Introduo desta Norma, estes no so abordados devido situao muito especial envolvendo radiao ultravioleta e com as propriedades de absoro da maioria dos gases (ver Anexo B)

NOTA 3 Os requisitos de segurana para a reduo da exposio humana aos riscos devido a sistemas de comunicao com fibras pticas so encontrados na IEC 60825-2:2000.

NOTA 4 Os tipos de proteo op is, op pr" e op sh podem prover nveis de proteo de equipamento (EPL Equipment Protection Level) Ga, Gb ou Gc. Para informaes adicionais sobre EPL, ver Anexo E.

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2 Referncias normativas

Os documentos relacionados a seguir so indispensveis aplicao desta Norma. Para referncias datadas, aplicam-se somente as edies citadas. Para referncias no datadas, aplicam-se as edies mais recentes do referido documento (incluindo emendas).

IEC 60079 (all parts), Electrical apparatus for explosive gas atmospheres

ABNT NBR IEC 60079-0, Atmosferas explosivas Parte 0: Equipamentos Requisitos gerais

ABNT NBR IEC 60079-10-1, Atmosferas explosivas Parte 10-1: Classificao de reas Atmosferas explosivas de gs1)

ABNT NBR IEC 60079-11, Atmosferas explosivas Parte 11: Proteo de equipamento por segurana intrnseca i

IEC 60825-2, Safety of laser products Part 2: Safety of optical fibre communication systems

IEC 61508 (all parts), Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems

IEC 61511 (all parts), Functional safety Safety instrumented systems for the process industry sector

3 Termos e definies

Para os efeitos deste documento, aplicam-se os termos e definies da ABNT NBR IEC 60079-0 e os seguintes.

NOTA Definies adicionais aplicveis a atmosferas explosivas podem ser encontradas na ABNT NBR NM IEC 60050-426 [1]2)

3.1 absoro em um meio de propagao, a converso da energia de uma onda eletromagntica em uma outra forma de energia, como, por exemplo, o calor

[IEV 731-03-14]

3.2 dimetro do feixe ptico (ou largura do feixe ptico) a distncia entre dois pontos diametralmente opostos, onde a irradincia uma frao especificada do pico de irradincia do feixe ptico.

[IEV 731-01-35]

NOTA Normalmente aplicado a feixes pticos que so circulares ou aproximadamente circulares em sua seo transversal.

1) NOTA DA TRADUO: A IEC 60079-28 referencia a IEC 60079-10, que foi cancelada e substiuda pela IEC 60079-10-1 em 12/2008.

2) Nmeros entre colchetes so relacionados na Bibliografia.

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3.3 intensidade do feixe ptico um termo geral utilizado nesta Norma, relativo potncia do feixe ptico, irradincia ou exposio radiante

3.4 ncleo a regio central de uma fibra ptica atravs do qual a maior parte da potncia ptica transmitida

[IEV 731-02-04]

3.5 revestimento o material dieltrico de uma fibra ptica que envolve o ncleo

[IEV 731-02-05]

3.6 feixe de fibras um conjunto de fibras pticas no encapadas

[IEV 731-04-09]

3.7 dispositivo de terminao de fibra ptica uma montagem incluindo um ou mais dispositivos eletropticos que convertem um sinal eltrico em um sinal ptico e/ou vice-versa, a qual projetada para ser conectada a pelo menos uma fibra ptica

[IEV 731-06-44]

NOTA Um dispositivo de terminao de fibra ptica sempre possui um ou mais conectores integrais de fibra ptica ou conexes do tipo rabicho para fibra ptica.

3.8 radiao ptica inerentemente segura radiao visvel ou em infravermelho que incapaz de produzir energia suficiente sob condies normais ou de falha especificada para causar a ignio de uma mistura especfica de atmosfera explosiva

NOTA Esta definio anloga ao termo intrinsecamente segura, aplicado a circuitos eltricos.

3.9 irradincia a potncia radiante incidente sobre um elemento de uma superfcie dividida pela rea deste elemento

[IEV 731-01-25]

3.10 luz (ou radiao visvel) qualquer radiao ptica capaz de causar uma sensao visual diretamente em um ser humano

[IEV 731-01-04]

NOTA 1 Nominalmente cobrindo a faixa de comprimento de onda de 380 nm a 800 nm no vcuo.

NOTA 2 Nas reas de comunicao a laser e ptica, comum empregar o termo luz de modo a incluir a mais ampla parte do espectro eletromagntico que pode ser manipulado com base nas tcnicas pticas utilizadas para o espectro visvel.

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3.11 energia mnima de ignio MIE (minimum ignition energy) a mais baixa energia eltrica armazenada em um capacitor que sob condio de descarga seja suficiente para causar a ignio da atmosfera explosiva mais inflamvel sob condies especificadas de ensaio

3.12 fibra ptica guia de ondas pticas no formato de um filamento, fabricado com materiais dieltricos

[IEV 731-02-01]

3.13 cabo de fibra ptica uma montagem compreendendo uma ou mais fibras pticas ou feixe de fibras no interior de uma cobertura comum para proteg-las contra os esforos mecnicos e outras influncias do meio ambiente e ao mesmo tempo mantendo as propriedades de transmisso das fibras

[IEV 731-04-01]

3.14 sistema de comunicao por fibra ptica OFCS (optical fibre communication system) montagem completa, projetada para a gerao, transferncia e recepo de radiao ptica proveniente de lasers, LED ou amplificadores pticos, nos quais a transferncia feita por meio de fibra ptica para os objetivos de comunicao e/ou controle

3.15 sistema de comunicao ptico no espao livre FSOCS (free space optical communication system) uma montagem fixa, porttil ou temporria, tipicamente utilizada no ar, destinada ou utilizada para as finalidades de comunicao de voz, dados ou multimdia e/ou controle, atravs da utilizao de radiao ptica modulada, produzida por um laser ou LED infravermelho. Espao livre significa aplicaes sem fio internas ou externas com transmisses diretas ou indiretas. Montagens para a emisso e para a deteco podem ser separadas ou no

NOTA As definies acima so indicadas pelo TC 76 da IEC. Esta Norma no trata somente de sistemas de comunicao, de forma que uma definio mais abrangente poderia ser til.

3.16 potncia ptica (ou radiante) a variao no tempo do fluxo da energia radiante

[IEV 731-01-22]

3.17 radio ptica radiao eletromagntica nos comprimentos de onda no vcuo entre a regio da transio de raios X e a regio de transio das ondas de rdio, a qual est aproximadamente entre 1 nm e 1 000 m

[IEV 731-01-03]

NOTA No contexto desta Norma, o termo ptico se refere a um comprimento de onda na faixa de 380 nm a 10 m.

3.18 cabo de fibra ptica protegido cabo de fibra ptica protegido para evitar a liberao de radiao ptica para a atmosfera, durante condies de operao nomal e de mau funcionamento previsto, por meio de sistemas adicionais de blindagem, eletroduto, bandejamento ou de leito de cabos

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3.19 energia radiante energia que emitida, transmitida ou recebida atravs de ondas eletromagnticas

[IEV 731-01-21]

3.20 exposio radiante a energia radiante incidente sobre um elemento da superfcie dividido pela rea deste elemento

[IEV 393-14-84, modificada e IEV 845-01-42, modificada] 3)

4 Requisitos gerais

4.1 Equipamentos pticos

Todas as partes eltricas e circuitos no interior e exterior de um equipamento ptico devem estar de acordo com as Normas apropriadas para equipamentos eltricos.

4.2 Nveis de proteo de equipamento (EPL)

Trs diferentes nveis de proteo de equipamentos Ga, Gb e Gc so definidos (ver Anexo E). A Tabela 1 apresenta a relao entre o EPL e a probabilidade de uma fonte de ignio.

Tabela 1 Relao entre EPL e a probabilidade de uma fonte de ignio

EPL Proteo requerida

Ga Ignio no provvel com uma falha e duas falhas independentes ou em caso de mau funcinamento raro

Gb Ignio no provvel com uma falha ou em caso de mau funcionamento previsto

Gc Ignio no provvel em operao normal

Uma avaliao de risco de ignio, conforme apresentada no Anexo C, pode ser realizada para a identificao dos mecanismos de ignio e fontes de ignio causadas pelo princpio de trabalho especfico do equipamento que utiliza radiao ptica.

Os tipos de proteo selecionados da Seo 5 para a proteo do equipamento especfico dependem desta avaliao de risco de ignio, considerando a Tabela de probabiliddes de ignio apresentadas acima para os diferentes EPL.

NOTA Foi decidida, no TC-31 da IEC, a introduo dos nveis de proteo de equipamentos (EPL Equipment Protecion Level) Ga, Gb e Gc.

3) IEC 60050-393:2003, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) Part 393: Nuclear instrumentation Physical phenomena and basic concepts

IEC 60050-845:1987, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) Chapter 845: Lighting

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5 Tipos de proteo

5.1 Geral

Trs tipos de proteo podem ser aplicados para evitar ignies por radiao ptica em atmosferas explosivas. Estes tipos de proteo englobam o sistema ptico completo.

Estes tipos de proteo so

a) radiao ptica inerentemente segura, tipo de proteo op is;

b) radiao ptica protegida, tipo de proteo op pr";

c) sistema ptico com intertravamento, tipo de proteo op sh.

5.2 Requisitos para radiao ptica inerentemente segura op is

5.2.1 Geral

Radiao ptica inerentemente segura significa radiao visvel ou infravermelha que incapaz de fornecer energia suficiente sob condies normais ou de falha especificada para causar a ignio de uma atmosfera explosiva especfica. O conceito se baseia na limitao da intensidade do feixe ptico para se alcanar a segurana. A ignio por um elemento absorvente opticamente irradiado requer a menor quantidade de energia, potncia ou irradincia dos mecanismos de ignio identificados, no espectro de luz visvel e infravermelho. O conceito inerentemente seguro aplicvel a radiaes no confinadas e no requer a manuteno de um ambiente livre de elementos absorventes pticos.

NOTA Pesquisas recentes [17-22] concluram que so seguros os valores de intensidade de feixes pticos visveis e infravermelhos apresentados a seguir, para atmosferas explosivas de gs. Os valores seguros incorporam um pequeno fator de segurana sobre valores de ignio observados, obtidos sob severas condies de ensaios. A ignio de uma mistura ar-dissulfeto de carbono foi recentemente reportada utilizando uma potncia ptica de 24 mW.

5.2.2 Radiao por onda contnua

A potncia ptica ou irradincia ptica no deve exceder os valores apresentados na Tabela 2, categorizada por grupos e classes de temperatura de equipamentos. Os valores de irradincia so seguros at uma rea irradiada mxima de 400 mm2. Para reas irradiadas com superfcies acima de 400 mm2, as temperaturas-limites da respectiva classe de temperatura so aplicveis. A Tabela 2 contm informaes sobre elementos absorventes pticos combustveis e no combustveis. Como uma alternativa para a Tabela 2, para objetos com reas de superfcies intermedirias, onde objetos combustveis slidos possam ser excludos, os valores de potncia segura podem ser obtidos da Figura 1.

Tabela 2 Potncia ptica segura e irradincia para reas classificadas categorizada por grupo de equipamento e classe de temperatura

Grupo do equipamento I IIA IIA IIB IIC

Classe de temperatura T3 T4 T4 T4 T6

Classe de temperatura (C) < 150 < 200 < 135 < 135 < 135 < 85

Potncia (mW) 150 150 35 35 35 15

Irradincia (mW/mm2) (rea de superfcie no excedendo 400 mm2)

20a 20a 5 5 5 5

a Para reas irradiadas maiores que 30 mm2 onde os materiais combustveis possam interceptar o feixe ptico, aplicvel a irradincia limite de 5 mW/mm2.

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Ignio

No-ignio35 mW

hidrognio etino dissulfeto de carbonoAdler CS2 [1] metano n-pentanolcool iso-proplico propanodietil ter eteno

THF dimetil ter P

otn

cia

min

ima

de

ign

i

o m

W

rea irradiada mm2

103

102

101

100

101 10

2

5 mW/mm2

Figura 1 Figura B.1 com linhas de limites para reas intermedirias para objetos no combustveis, atmosferas com classes de temperatura T1 T4, equipamentos dos grupos IIA, IIB ou IIC

5.2.3 Radiao pulsada

Para pulsos pticos com durao menor que 1 ms, a energia do pulso ptico no deve excecer a energia mnima de ignio (MIE Minimum Ignition Energy) da respectiva atmosfera explosiva de gs.

Para pulsos pticos com durao entre 1 ms e 1 s, uma energia de pulso ptico igual a 10 vezes o MIE da atmosfera explosiva de gs no deve ser excedida.

Para pulsos pticos com durao acima de 1 s, o pico de potncia no deve exceder os limites de segurana para radiao por onda contnua (ver 5.2.2, Tabela 2). Tais pulsos so considerados como radiao por onda contnua.

Para trens de pulsos pticos, o critrio de pulso nico aplicvel para cada pulso. Com taxas de repetio acima de 100 Hz, a potncia mdia no deve exceder os limites de segurana para radiao por onda contnua. Com taxas de repetio abaixo de 100 Hz, a potncia mdia de valor mais elevado pode ser aplicvel se demonstrada por ensaios, de acordo com a Seo 6.

5.2.4 Ensaios de ignio

Ensaios de ignio para demonstrar a segurana inerente podem ser realizados em casos especiais tais como

# feixes pticos de comprimentos ou durao intermedirios que possam exceder o critrio de ignio ptica mnima, mas que so ainda incapazes de causar uma ignio;

# feixes pticos com formas de onda complexas, de forma que a energia do pulso e/ou potncia mdia no sejam facilmente determinados;

# atmosferas especficas, objetos ou outras aplicaes especficas que sejam comprovadamente menos severas que as condies de ensaios atualmente pesquisadas.

O ensaio deve ser realizado com 10 amostras da fonte de luz como especificado na Seo 6. O resultado do ensaio considerado aprovado se no existirem ignies durante os 10 ensaios.

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5.2.5 Dispositivos pticos incorporando o conceito inerentemente seguro

Dispositivos pticos que incorporam o conceito inerentemente seguro devem apresentar uma proteo de falha de sobrepotncia/energia, de forma a evitar intensidades excessivas de feixes pticos em atmosferas explosivas. Uma anlise de risco deve determinar quando estes dispositivos adicionais so requeridos. Os modos de falha da fonte ptica, a barreira de alimentao e a presena de uma atmosfera explosiva devem ser considerados durante operao normal e durante condies de falha, de forma a determinar os requisitos para a proteo adicional.

Fontes pticas como diodos a laser ou diodos emissores de luz (LED) falharo se sobreaquecidos por meio de condio de sobrepotncia. As caractersticas de falha trmica de determinadas fontes pticas podem fornecer a necessria proteo contra falha por sobrepotncia (ensaio de 10 amostras).

Circuitos eltricos tais como limitadores de corrente e/ou de tenso colocados entre a fonte ptica e a fonte de alimentao de potncia podem fornecer proteo contra falha por sobrepotncia de forma similar aos circuitos intrinsecamente seguros.

Proteo contra falha por sobrepotncia devem ser fornecidos para o grau requerido para o EPL pretendido (ver, por exemplo, a ABNT NBR IEC 60079-11). Para equipamentos com EPL Ga, por exemplo, os limitadores de corrente e/ou de tenso devem fornecer proteo contra sobrepotncia aps duas falhas contveis serem aplicadas aos limitadores de corrente e/ou de tenso. Para equipamentos com EPL Gb, os requisitos de dupla falha podem ser reduzidos para uma nica falha. Para equipamentos com EPL Gc, os valores nominais devem ser considerados sem nenhuma falha. A caracterstica de falha trmica de determinadas fontes pticas de baixa potncia, tais como diodos emissores de luz (LEDs), aceitvel para fornecer uma proteo de falha contra sobrepotncia para qualquer EPL.

5.3 Requisitos para proteo de radiao ptica op pr

5.3.1 Geral

Este conceito requer que a radiao esteja confinada no interior da fibra ptica ou de outro meio de transmisso baseado na hitptese de que no existam possibilidades de fugas de radiao do meio de confinamento. Neste caso, o desempenho do meio de confinamento define o nvel de segurana do sistema.

A anlise de risco deve indicar os requisitos de segurana baseados em condies pr-assumidas (condies de falha ou operao normal).

Fibras pticas podem ser utilizadas em situaes onde no existam condies pr-assumidas, de forma que uma fora externa possa causar a quebra das barreiras protetoras comuns. Meios adicionais de proteo (tal como, por exemplo, cabos com protees mecnicas robustas, eletrodutos ou sistemas de leitos) devem ser utilizados quando foras externas puderem ocasionar uma quebra durante operaes normais ou anormais. A anlise de risco deve indicar as medidas de proteo requeridas para evitar a quebra e a fuga da radiao ptica.

Quando invlucros so utilizados neste tipo de proteo, estes podem permitir uma fonte de ignio no seu interior, sem causar a ignio da atmosfera explosiva externa, desde que estes atendam aos requisitos das Normas dos tipos de proteo Ex envolvidos (Srie IEC 60079).

5.3.2 Radiao no interior da fibra, etc. (sem previso de ocorrncia de danos mecnicos)

A fibra ptica protege a liberao da radiao ptica para a atmosfera durante condies normais de operao. Para falhas previstas, esta proteo pode ser obtida por blindagem mecnica adicional, eletrodutos, sistemas de bandejamentos ou de leitos de cabos.

5.3.3 Radiao no interior de invlucros

Uma radiao capaz de causar uma ignio no interior de invlucros aceitvel se o invlucro atender aos requisitos dos tipos de proteo reconhecidos para equipamentos eltricos, quando uma fonte de ignio pode estar presente no seu interior (por exemplo, invlucros prova de exploso d, invlucros pressurizados p e invlucros com respirao restrita nR), de acordo com a srie IEC 60079. Entretanto deve ser considerado que qualquer radiao que escape do invlucro deve ser protegida, de acordo com os requisitos desta Norma.

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5.4 Intertravamento para desligamento da radiao ptica com a quebra da fibra ptica op sh

Este tipo de proteo aplicvel quando a radiao no for inerentemente segura. O intertravamento para desligamento da radiao ptica atua em um perodo de tempo menor que o tempo requerido para a ignio, se a proteo pelo meio de confinamento falhar e a radiao se tornar no confinada.

O intertravamento de desligamento deve atuar de acordo com os requisitos definidos pela anlise de risco. Os mtodos apresentados nas Normas apropriadas (tais como IEC 61508 e IEC 61511) podem ser utilizados para analisar o desempenho do equipamento para possuir uma disponibilidade ou fator de reduo de risco, dependendo do nvel de proteo do equipamento, como mostrado na Tabela 3.

Tabela 3 Disponibilidade de intertravamento para desligamento da radiao ptica ou fator de reduo de risco de ignio pelo EPL

EPL Disponibilidade de segurana Fator de reduo de risco de ignio

Ga 0,999 a 0,9999 1 000 a 10 000

Gb 0,99 a 0,999 100 a 1 000

Gc 0,9 a 0,99 10 a 100

NOTA Os valores apresentados na Tabela 3 foram obtidos das recomendaes do relatrio SAFEC - Safety Categories of Electrical Devices for Explosive Atmospheres (Wilday 2000).

Quando puder ser demonstrado pela avaliao de risco de ignio (ver Anexo C) que as condies para a ignio no so atingidas imediatamente aps a quebra da fibra, os tempos para desligamento utilizados para assegurar a proteo visual podem ser aplicados (ver IEC 60825-2:2000). Este tipicamente o caso para equipamentos com EPL Gc, mas pode tambm ser aplicvel para equipamentos com EPL Gb.

5.5 Aplicabilidade dos tipos de proteo

Quando a avaliao de risco de ignio apresentada no Anexo C demonstra que ignies devidas radiao ptica so esperadas, os seguintes princpios de utilizao dos tipos de proteo podem ser aplicados.

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Tabela 4 Aplicao dos tipos de proteo para sistemas pticos baseados em EPL

Tipo(s) de proteo Ex EPL Ga EPL Gb EPL Gc

Radiao ptica inerentemente segura op is (ver 5.2)

Seguro com duas falhas

Seguro com uma falha

Seguro em operao normal

Sim

No

No

Sim

Sim

No

Sim

Sim

Sim

Fibra ptica protegida, contendo feixe ptico capaz de causar ignio op pr (ver 5.3)

Com proteo mecnica adicional

Sem proteo mecnica adicional

No

No

Sim

No

Sim

Sim

Fibra ptica protegida contendo feixe ptico capaz de causar ignio com intertravamento por desligamento da fonte ptica com a quebra da fibra op sh (ver 5.4)

Com proteo mecnica adicional

Sem proteo mecnica adicional

Sim

No

Sim

Sim

Sim

Sim

Nenhum (feixe ptico no confinado capaz de causar ignio)

No No No

6 Ensaios e verificaes de tipo

6.1 Montagem para os ensaios de ignio

6.1.1 Vaso de ensaio

Dimetro > 150 mm, altura acima da fonte de ignio > 200 mm.

6.1.2 Medio de energia e potncia

A incerteza relativa total da medio da energia e da potncia deve ser menor que 5 %, incluindo as variaes da fonte de luz.

6.1.3 Critrio para a ignio

O aumento de temperatura de pelo menos 100 K, medidos por um termopar de 0,5 mm de dimetro, 100 mm acima do ponto quente ou o surgimento da chama.

6.1.4 Temperatura da mistura

40 C ou a temperatura mxima da aplicao especfica.

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6.1.5 Presso da mistura

Presso ambiente de acordo com a ABNT NBR IEC 60079-0.

6.1.6 Fator de segurana

Um fator de segurana de 1,5 para radiaes de ondas contnuas e de 3 para radiaes pulsadas deve ser aplicado para todos os resultados (com resultados de no ignio) obtidos pelos ensaios de acordo com 6.3 ou 6.4, antes da utilizao destes dados como resultados inerentemente seguros.

Quando nenhuma ignio puder ser obtida durante o ensaio (tal como em funo da potncia ou da energia no puder ser aumentada no ensaio), este fator deve tambm ser aplicado para o dado obtido da intensidade mais elevada do feixe ptico no acendvel.

Outra possibilidade para se obter o dado de intensidade do feixe ptico seguro (incluindo um fator de segurana) a utilizao de um gs de ensaio que seja mais sensvel ignio. Para equipamentos com ondas contnuas a serem utilizados em atmosferas do grupo IIA e classe de temperatura T3, este gs de ensaio pode ser o eteno, com a rea do feixe ptico at cerca de 2 mm2.

NOTA Como a ignio por uma pequena superfcie aquecida um processo contendo desvios estatsticos considerveis, a aplicao de um fator de segurana justificado. Pelas mesmas razes, recomenda-se grande cautela quando da avaliao de experimentos como no acendveis, uma vez que pequenas variaes nos parmetros do ensaio podem influenciar nos resultados de forma considervel.

6.2 Ensaio de referncia

6.2.1 Gs de referncia

Mistura em repouso de propano-ar de 5 % ou 4 % em volume, ver Tabela A.1 (para ensaios de ignio com radiao de onda contnua e pulsos com durao acima de 1 s) e de forma similar 4 % em volume (para radiao pulsada, pulsos nicos com durao abaixo de 1 ms).

6.2.2 Material absorvente de referncia

Absoro acima de 80 % no comprimento de onda investigado, a ser aplicada na ponta da fibra de transmisso (fibra ptica), ou material absorvente compactado, aplicado sobre um substrato inerte (transmisso de feixe ptico livre).

NOTA Ensaios experimentais mostraram que, para pulsos na faixa de micro a nanosegundos, um elemento absorvente de negro-de-fumo (absoro de 99 %, combustvel, elevada temperatura de decomposio) apresenta as energias de pulso mais baixas [17, 20, 22].

6.2.3 Ensaio de referncia para radiao de ondas contnuas e pulsos com durao acima de 1 s

O elemento absorvente de referncia que recebe a radiao tem que estar fisicamente e quimicamente inerte durante a realizao do ensaio. O elemento absorvente deve possuir uma absoro muito elevada de forma a atuar quase como um corpo negro. A montagem deve ser ensaiada com o gs de referncia e um elemento absorvente a 40 C. Para o ensaio da fibra ptica, o elemento absorvente necessita ser aplicado na ponta da fibra em uma camada muito fina (~ 10 m) (como, por exemplo, uma deposio de p em suspenso, posteriormente agregado). Os valores de referncia so apresentados no Anexo A (Tabela A.1). A montagem do ensaio aceitvel se os valores de ignio obtidos no forem maiores que 20 % dos dados apresentados na Tabela A.1. O elemento absorvente no deve estar danificado aps o trmino do ensaio.

Para o ensaio de transmisso de feixe ptico livre, o menor dimetro do feixe deve atingir uma camada plana do material-alvo aplicado ou comprimido sobre um substrato. Os valores de referncia, para o respectivo dimetro do feixe, devem ser obtidos da Tabela A.1. A montagem do ensaio aceitvel se os valores de ignio obtidos no forem maiores que 20 % dos dados apresentados na Tabela A.1. O elemento absorvente no deve estar danificado ao trmino do ensaio.

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6.2.4 Ensaio de referncia para radiao pulsada com durao abaixo a 1 ms

O elemento absorvente de referncia da radiao necessita ser irradiado frontalmente (irradiao livre do feixe ptico) durante todos os ensaios de pulso. Para os ensaios de transmisso de feixe ptico livre, o menor dimetro do feixe ptico necessita atingir a camada plana do material absorvente, aplicado tanto em forma de um substrato ou comprimido na forma de uma pequena pastilha. O valor de referncia para um dimetro de feixe ptico de 90 m de 499 J de energia pulsada para pulsos de 90 ns e de 600 J para pulsos de 30 ns. A montagem necessita ser ensaiada com o gs e o material absorvente de referncia a 40 C. A montagem de ensaio aceitvel se os valores de ignio obtidos no forem maiores que 20 % dos dados da Tabela B.1.

NOTA ais informaes sobre valores de referncia so apresentados na literatura [20].

6.3 Misturas para ensaios

6.3.1 Ensaios de ignio com radiao por ondas contnuas e pulsos com durao acima de 1 s

6.3.1.1 Para atmosferas T6/IIC

CS2 diludo em ar, concentrao de 1,5 % em volume e dietil ter, 12 % em volume.

Se somente dietil ter for utilizado, os valores das potncias mnimas de ignio ou de irradincias obtidas devem ser divididos por um fator de 4 para posterior utilizao.

6.3.1.2 Para atmosferas T4/IIA, T4/IIB e T4/IIC

Dietil ter, 12 % em volume.

6.3.1.3 Para atmosferas T3/IIA e I

Propano diludo em ar, concentrao de 5 % em volume.

6.3.1.4 Para aplicaes especiais

A atmosfera explosiva encontra-se em avaliao.

6.3.2 Ensaios de ignio com pulsos nicos com durao abaixo de 1 ms

6.3.2.1 Para atmosferas IIC

H2 diludo em ar, concentrao de 12 % e 21 % em volume ou CS2 diludo em ar, concentrao de 6,5 % em volume.

6.3.2.2 Para atmosferas IIB

Eteno diludo em ar, concentrao de 5,5 % em volume.

6.3.2.3 Para atmosferas I e IIA

Dietil ter diludo em ar, concentrao de 3,4 % em volume ou propano diludo em ar, concentrao de 4 % em volume; dividir as energias mnimas de ignio obtidas com propano por 1.2 para posterior utilizao.

6.3.2.4 Para aplicaes especiais

A atmosfera explosiva encontra-se em avaliao.

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6.4 Ensaios para trens de pulsos e pulsos com durao entre 1 ms e 1 s

Aplicar a configurao do ensaio de acordo com 6.3.1 e, em seguida, a configurao de ensaio de acordo com 6.3.2, elementos absorventes e misturas como especificados em 6.1 a 6.3.

7 Marcao

7.1 Geral

Os equipamentos utilizando radiao ptica devem ser adicionalmente marcados com o seguinte:

7.2 Dados na marcao

A marcao deve incluir

a) o smbolo do tipo de proteo utilizada:

# op is: para radiao ptica inerentemente segura,

# op pr: para radiao ptica protegida,

# op sh: para sistema ptico com intertravamento de desligamento da fonte ptica;

b) o smbolo do grupo do equipamento:

# Para o tipo de proteo por radiao ptica inerentemente segura op is, os subgrupos A, B ou C devem ser utilizados;

# Para equipamentos que utilizam radiao ptica que no so adequados para instalao em atmosferas explosivas, mas que forneam radiao ptica para equipamentos que esto em rea classificada, a marcao para equipamento associado aplicvel. Se a Tabela 2 requerer a restrio da classe de temperatura, isto deve estar indicado aps o tipo de proteo. Exemplo: [Ex op is T4 Gb] IIC;

c) equipamento com nvel de proteo Ga, Gb ou Gc como determinado pela Tabela 4;

d) um nmero de srie, exceto para:

# acessrios de conexo; cabos de fibra ptica etc.,

# componentes muito pequenos sobre os quais exista uma rea limitada.

7.3 Exemplos de marcao

# Equipamento que atenda EPL Ga:

Ex op is IIC T6 Ga

# Equipamento que atenda EPL Gb:

Ex op pr II T4 Gb

# Equipamento instalado fora de reas classificadas e fornecendo radiao ptica para a rea classificada, valores-limites obtidos da Tabela 2:

[Ex op is T3 Ga] IIA

O certificado de conformidade deve identificar o EPL aplicvel do equipamento (pode haver mais que um EPL para diferentes partes do equipamento).

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Anexo A (normativo)

Dados do ensaio de referncia

Tabela A.1 Valores de referncia para ensaios de ignio com uma mistura de propano diludo em ar com a mistura na temperatura de 40 C

Dimetro do ncleo da fibra

m

Potncia de ignio mnima a1 064 nm (absoro de 83 %,

com diluio de 5 % de propano em volume)

mW

Potncia de ignio mnima a 805 nm (absoro de 93 %,

com diluio de 4 % de propano em volume)

mW

62,5 (revestimento de 125 m) 250

400 842 690

600 1 200

1 500 3 600

NOTA O material absorvente da radiao foi depositado na extremidade de uma fibra ptica e continuamente irradiado.

NOTA Outros dados para ensaios de referncia (tal como para dimetro do ncleo de 8 m e comprimento de onda de 1 550 nm) ainda no so disponveis atualmente.

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Anexo B (informativo)

Mecanismos de ignio 4)

Os riscos potenciais associados com a ptica no espectro eletromagntico visvel e infravermelho dependem de

# comprimento de onda do laser (propriedades de absoro);

# material absorvente (inerte, reativo);

# material inflamvel;

# presso;

# rea irradiada;

# tempo de irradiao.

Existe um nmero imenso de combinaes destes fatores que influenciaro no risco da utilizao de ptica em atmosferas explosivas e no mnimo no mecanismo de ignio. As piores condies surgem nos casos em que um elemento absorvente encontra-se presente. Quando as dimenses da radiao e/ou do elemento absorvente caem abaixo da distncia de extino do gs explosivo, a ignio pode ser verificada como uma ignio pontual. Entretanto, a radiao a partir da extremidade de um cabo de fibra ptica diverge rapidadmente e a rea irradiada pode alcanar dimenses da ordem de centmetros quadrados. As condies para a ignio podem ser caracterizadas em termos dos parmetros fundamentais de energia, rea e tempo.

rea tende a Tempo tende a Critrio de ignio

(1) zero infinito potncia mnima

(2) infinito infinito irradincia mnima

(3) zero zero energia mnima

(4) infinito zero exposio radiante

Tempo infinito significa radiao de onda contnua. Os resultados da pesquisa para pequenas e grandes reas so apresentados na Tabela B.1, Figura B.1 e Figura B.2. Em ambos as situaes, a ignio ocorre atravs de uma ignio por superfcie aquecida quando o feixe ptico atinge o absorvente. Quanto menor for a superfcie, maior a irradincia de ignio. Isto significa que uma superfcie menor necessita ser aquecida a temperaturas mais elevadas para causar a ignio. Nenhuma ignio foi observada para potncias pticas abaixo de 50 mW para todas as misturas gs/vapor (excluindo dissulfeto de carbono). Isto garante a adoo do valor de 35 mW para a potncia mxima permissvel, incluindo um fator de segurana, que tambm necessita considerar a absoro no ideal do corpo cinza do material absorvente inerte. Experimentos com absorventes reativos (carvo, negro de fumo e toner) mostraram que, embora possuindo elevados valores de absoro, se mostraram menos efetivos como fontes de ignio. Os produtos n-alcanos no apresentaram ignio abaixo de 200 mW (150 mW incluindo a margem de segurana). Para reas irradiadas maiores, um valor permissvel de 5 mW/mm2 muito mais realista do que um critrio de potncia restritivo.

4) A informao apresentada neste Anexo foi obtida da referncia [17] da Bibliografia.

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Em uma pequena rea e regime de curto tempo, um pulso de laser pode gerar uma fonte de ignio similar a uma centelha eltrica, ruptura do dieltrico, no ar. conhecido da literatura [26] que tais centelhas com uma energia prxima da energia mnima de ignio (MIE Minimum Ignition Energy) so capazes de causar a ignio de uma mistura explosiva sob condies otimizadas (pulsos com durao de s e ns).

A efetividade deste processo de ignio depende do

# comprimento do pulso e taxa de repetio;

# comprimento de onda;

# alvo (material absorvente);

# irradincia e exposio radiao.

Foi observado que pulsos com durao de microssegundos e de nanossegundos com energias prximas da mnima energia de ignio (MIE) podem causar a ignio de misturas explosivas, conforme mostrado na Tabela B.2. Neste caso o alvo combustvel constitudo de negro-de-fumo o absorvente mais efetivo. As propriedades do negro-de-fumo (elevada absoro, elevada temperatura de decomposio, estrutura rica em eltrons e combustibilidade) causam mais facilmente a ignio em comparao com o material inerte, escolhido nos experimentos com ondas contnuas. Para pulsos com durao na faixa de milissegundos sem um processo de ignio, mas com aquecimento do objeto, as energias de ignio so mais do que uma ordem de magnitude (10 vezes) mais elevada do que as MIE eltricas. Neste caso, o corpo cinza inerte o absorvente ideal. Pulsos com durao superiores a 1 s necessitam ser tratados como radiao de onda contnua.

Para trens de pulsos, o critrio de ignio para cada pulso individual o critrio da energia apresentado acima, quando o pulso tem durao menor que 1 s. Com taxas de repetio elevadas, os pulsos anteriores possuem uma influncia sobre o comportamento da rea irradiada com o pulso atual. Para taxas de repetio acima de 100 Hz, a potncia mdia necessita ser restrita para o limite da onda contnua. Esta limitao fora a taxa de repetio mxima para uma energia de pulso definida. Quanto mais curto for o pulso, mais elevado o pico de potncia permissvel, porm mais longo o ciclo de servio. Isto possibilita um tempo para o resfriamento do objeto ou diminuio da centelha ou de fagulhas liberadas pelo material aquecido. Experimentos mostraram [20] que para pulsos com durao de nanossegundos na faixa da MIE (at 400 J), um tempo de vida da centelha de mais que 100 s no prevista para um feixe ptico com dimetro de 90 m. Para pulsos longos com durao > 1 s, o pico de potncia necessita ser restrito para o limite correspondente de ondas contnuas.

A combinao remanescente dos parmetros fundamentais, tais como tempos curtos sobre uma rea infinita, pode ser avaliada por resultados para os outros regimes.

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Tabela B.1 AIT (auto ignition temperature), MESG (maximum experimental safe gap) e potncias de ignio medidas dos combustveis escolhidos para materiais absorventes inertes como o material alvo

(!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 93)

Grupo de

acordo com a

ABNT NBR

IEC

60079-0

Combustvel

Entre

parnteses:

Temperatura

aumentada da

mistura

AIT

C

MESG

mm

Conc.

comb.a na

potncia

mnima de

ignio

(PTB)*

(1064 nm)

% vol.

Potncia

mnima de

ignio

fibra

62,5 m

(PTB)

(1064 nm)

mW

Potncia

mnima de

ignio

fibra

400 m

(PTB)

(1064 nm)

mW

Conc.

comb. na

potncia

mnima.

de

ignio

(HSL)*

(803 nm)

% vol.

Potncia

mnima

de

ignio

fibra

400 m

(HSL)

(803 nm)

mW

Potncia

mnima

de

ignio

fibra

600 m

(HSL)

(803 nm)

mW

Potncia

mnima

de

ignio

fibra

1500 m

(HSL)

(803 nm)

mW

IIA Metano 595 1,14 5,0 304 1125 6,0 960 1 650 5 000

Acetona 535 1,04 - - - 8 830 - -

2-propanol 425 0,99 4,5 273 660 - - - -

N-pentano 260 0,93 3,0 315 847 3,0 720 1 100 3 590

Butano 410

(365)

(0,98)

- - - 4,6 680 - -

Propano 470 0,92 5,0 250 842 4,0 690 1 200 3 600

Gasolina sem

chumbo

300

(350)

> 0,9 - - - 4,3 720 3 650

N-heptano

(110 C)

220 0,91 3,0 - 502 - - - -

Metano/

hidrognio

595 0,90 6,0 259 848 - - - -

IIB Dietil ter/

n-heptano

(110 C)

200 0,90 4,0 - 658

- - - -

Tetra-

hidrofurano

230 0,87 6,0 267 - - - - -

Dietil ter 175 0,87 12,0 89 127 23,0 110 180 380

Propanol

(110 C)

190 0,84 2,0 - 617 - - - -

Dimetil ter 240 0,84 8 280 - - - - -

Eteno 425 0,65 7,0 202 494 7,5 530 - 2 007

Metano/

hidrognio

565 0,50 7,0 163 401 - - - -

IIC Dissulfeto de

carbono

95 0,37 1,5 50/24** 149 - - - -

Etino 305 0,37 25,0 110 167 - - - -

Hidrognio 560 0,29 10,0 140 331 8,0 340 500 1 620

NOTA Os dados de AIT e de MESG foram obtidos da referncia [25] da Bibliografia

a Conc comb: Concentrao de combustvel

* HSL = Health and Safety Laboratory of the Health and Safety Executive (UK)

* PTB = Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Germany)

** 24 mW foi obtida para um alvo combustvel (carvo)

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20

40

60

80 100

200

400

600

800 1 000

2 000 hidrognio etino dissulfeto de carbonoAdler CS2 [7] metano n-pentanolcool iso-proplico propanodietil ter eteno

THF dimetil ter

Pot

nci

a m

nim

a de

igni

o

mW

104

Ignio

No-ignio35 mW

rea irradiada mm2

103

102

101

100

101

5 mW/mm2

102

NOTA 1 Dados obtidos das referncias [17] [23] da Bibliografia.

NOTA 2 Os valores so apresentados para cada combustvel em sua mistura mais propcia para sua ignio.

Figura B.1 Potncia de ignio radiante mnima com alvo absorvente inerte (!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 93 %) e radiao de onda contnua de 1 064 nm

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105

200

400

600

800

1 000

2 000

4 000

6 000

metano HSL PTB Dubaniewicz [8] propano HSL PTB n-butano HSL n-pentano HSL PTB

Pot

nci

a m

nim

a de

igni

o

mW

rea irradiada mm2

104

103

102

101

100

Figura B.2 Potncia de ignio radiante mnima com alvo absorvente inerte (!1 064 nm = 83 %, !805 nm = 9 3 %) e radiao de onda contnua

(PTB: 1 064 nm, HSL: 805 nm, [24]: 803 nm) para alguns n-alcanos

Tabela B.2 Comparao das medidas de energia mnima de ignio do pulso ptico (Qe,pi,min) com feixe

ptico de 90 m de dimetro com temperaturas de auto-ignio (AIT) e energia mnima de ignio (MIE) da literatura [25] a concentraes em porcentagem por volume (")

Combustvel Qe,p

i,min

J

"

%

AIT

C

MIE

J

"MIE

%

Qe,pi,min

/ MIE

Pulso cravado em 70 s

N-Pentano 669 3 260 280 3,3 2,4

> 55 000 6,4

Propano 784 5,5 470 240 5,2 3,3

Dietil ter 661 3,4 175 190 5,2 3,5

1 285 5,2 6,8

Eteno 218 5,5 425 82 6,5 2,7

Hidrognio 88 21 560 17 28 5,2

Dissulfeto de carbono 79 6,5 95 9 8,5 9,3

Pulsos de nanosegundos (20 ns a 200 ns)

Propano 499 4,0 470 240 5,2 2,1

Eteno 179 5,5 425 82 6,5 2,2

Hidrognio 44 12 560 17 28 2,6

46 21 2,7

NOTA O material do alvo foi o negro de fumo.

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Anexo C (normativo)

Avaliao de risco de ignio

Uma atmosfera combustvel explosiva no ar pode sofrer uma ignio por radiao ptica desde que a intensidade do feixe ptico exceda um nvel inerentemente seguro e que exista um elemento slido absorvente na trajetria do feixe ptico que possa ocasionar um ponto quente e uma consequente fonte de ignio, ou as condies para a ignio sejam aplicveis (limite de irradincia excedido). Ver figura C.1.

Fonte de radiao presente

Elemento absorvente presente

Atmosfera explosiva presente

e

ou

Fibra quebradaSuperfcie Partcula

Feixe ptico aberto Zona 0

Zona 1

Zona 2

Exploso

ou ou

Figura C.1 Avaliao do risco de ignio

Se estas condies forem aplicveis, os tipos de proteo b) e c) apresentados em 5.1 devem ser utilizados.

Quando estas condies no so aplicveis, um risco de ignio pode no existir. No entanto, uma avaliao adicional considerando todas as condies necessrias para a ignio

# para o caso ou equipamento especfico,

# e considerando os requisitos para os diferentes EPLs de acordo com 4.2

deve ser realizada, resultando em medidas de adequao correspondentes.

NOTA 1 Embora no seja coberto por esta Norma, recomenda-se que todos os meios possveis para causar a ignio de uma mistura explosiva por radiao ptica (ver a Introduo e este Anexo C) sejam verificados antes de excluir esta fonte de ignio.

importante entender que, mesmo no caso de radiao aberta que exceda os limites inerentemente seguros, no conduz a uma ignio imediata, uma vez que condies adicionais (diferentemente da ignio por centelha eltrica) so necessrias para iniciar o processo de ignio.

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NOTA 2 Como um exemplo, um sistema de anlise de gs, onde na trajetria do feixe ptico no exista um corpo absorvente que possa ser aquecido de forma a se tornar uma fonte de ignio, pode no gerar um risco de ignio com relao radiao ptica. Neste caso especfico, h absoro da energia ptica pela prpria mistura explosiva, porm pode ser facilmente demonstrado que, na maioria das vezes, no existe aquecimento da mistura para um nvel em que esta possa entrar em ignio.

Esta avaliao tambm aplicvel para o uso dos prprios conceitos de proteo. Quando um invlucro para o feixe ptico utilizado de forma a no permitir a entrada de materiais slidos em seu interior (embora este possa permitir a entrada da atmosfera explosiva), uma fonte de ignio incapaz de ocorrer no interior deste invlucro, desde que no exista nenhum outro alvo em seu interior.

Se uma quebra de fibra ptica for admitida, quando o conceito de intertravamento com a deteco de quebra utilizado, pode ser segura, mesmo que se utilize os tempos de desligamentos permitidos para proteo visual (ver IEC 60825-2:2000), desde que seja improvvel que o feixe ptico atinja um alvo com uma intensidade capaz de causar uma ignio.

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Anexo D (informativo)

Projeto tpico de cabo de fibra ptica

Componente slido para resistncia

Revestimento secundrio ou capa ou buffer

Fita para barreira contra umidade de alumnio e plstico t i t b i

Capa interna

Blindagem de ao

Capa externa

Fibra ptica

Figura D.1 Exemplo de projeto de cabo ptico multifibra para aplicaes em servios pesados

Fibra ptica

Componente com fio sinttico com elevada tenso para trao

Capa externa Revestimento secundrio ou capa ou buffer

Monomodo Multimodo

Ncleo

Revestimento

Revestimento primrio

Figura D.2 Projeto tpico de cabo singelo de fibra ptica

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Anexo E (informativo)

Introduo de um mtodo alternativo de avaliao de risco incluindo nveis

de proteo de equipamentos (EPL) para equipamentos Ex

E.0 Introduo

Este Anexo fornece uma explanao do conceito do mtodo de avaliao de risco incluindo os nveis de proteo de equipamento (EPL Equipment Protection Levels). Estes EPL so introduzidos para permitir uma abordagem alternativa dos atuais mtodos de seleo de equipamentos Ex.

E.1 Base histrica

Historicamente, tem sido reconhecido que nem todos os tipos de proteo fornecem o mesmo nvel de proteo contra a possibilidade da ocorrncia de uma condio de ignio. A Norma de instalao ABNT NBR IEC 60079-14 [8] estabelece tipos especficos de proteo para zonas especficas sobre bases estatsticas que, quanto mais provvel ou freqente a ocorrncia de uma atmosfera explosiva, maior o nvel de segurana requerida contra a possibilidade de uma fonte de ignio estar ativa.

As reas classificadas (com a exceo normal de minas de carvo) so dividas em zonas, de acordo com o grau de risco. O grau de risco definido de acordo com a probabilidade de ocorrncia de atmosferas explosivas. Geralmente no so levadas em considerao as conseqncias potenciais de uma exploso, nem de outros fatores como a toxicidade dos materiais. Uma verdadeira avaliao de risco deve considerar todos estes fatores.

A aceitao de equipamentos em cada tipo de zona historicamente baseada nos tipos de proteo. Em alguns casos, o tipo de proteo pode ser dividido em diferentes nveis de proteo que, novamente, historicamente, so correlacionados a zonas. Por exemplo, segurana intrnseca dividida em nveis de proteo ia e ib. A Norma de encapsulamento m inclui dois nveis de proteo ma e mb.

At ento, a norma de seleo de equipamentos tem fornecido uma slida ligao entre o tipo de proteo do equipamento e a zona na qual o equipamento pode ser utilizado. Como mencionado acima, em nenhuma parte do sistema da ABNT NBR IEC de proteo contra exploso existem quaisquer consideraes das conseqncias potenciais de uma exploso, caso esta ocorra.

Entretanto, operadores de plantas de processo freqentemente tomam decises intuitivas na extenso (ou restrio) de suas zonas, de forma a compensar esta omisso. Um exemplo tpico a instalao de um equipamento de navegao do Tipo Zona 1 em reas do tipo Zona 2, em plataformas de produo offshore, de forma que o equipamento de navegao possa permanecer funcional mesmo na presena de uma liberao prolongada, totalmente imprevista, de gs. Por outro lado, razovel para o proprietrio de uma remota, bem segura e pequena estao de bombeamento, acionar a bomba com um motor do Tipo zona 2, mesmo em zona 1, se a quantidade total de gs disponvel para a exploso for pequena e o risco para a vida e para a propriedade decorrente de tal exploso puder ser desconsiderado.

A situao tornou-se mais complexa com a introduo da primeira edio da ABNT NBR IEC 60079-26, a qual introduziu requisitos adicionais para equipamentos destinados a serem utilizados em zona 0. Antes disto, Ex ia era considerada a nica tcnica aceitvel em zona 0.

Tem sido reconhecido que so benficas a identificao e a marcao de todos os produtos de acordo com seu risco inerente de ignio. Esta abordagem pode tornar a seleo de equipamentos mais simplificada e possibilitar a habilidade para uma melhor aplicao de uma abordagem de avaliao de risco, quando apropriado.

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E.2 Geral

A abordagem de avaliao do risco para a aceitao de equipamentos Ex tem sido introduzida como um mtodo alternativo para a atual abordagem prescritiva, relativamente inflexvel, relacionando equipamentos a zonas. Para facilitar isto, um sistema de nveis de proteo de equipamentos tem sido introduzido para claramente indicar o risco de ignio inerente ao equipamento, independentemente do tipo de proteo que for utilizado.

O sistema de designao destes nveis de proteo de equipamentos o que segue.

E.2.1 Minas de carvo sujeitas a grisu (Grupo I)

E.2.1.1 EPL Ma

Equipamentos para a instalao em uma mina de carvo sujeita a grisu, possuindo um nvel de proteo muito alto, que possua segurana suficiente de forma que seja improvvel tornar-se uma fonte de ignio, mesmo quando deixado energizado na presena de um vazamento de gs.

NOTA Tipicamente, circuitos de comunicao e equipamentos de deteco de gs so construdos para atender aos requisitos Ma, como, por exemplo, circuitos de telefonia Ex ia.

E.2.1.2 EPL Mb

Equipamentos para a instalao em mina de carvo sujeita a grisu, possuindo um nvel de proteo alto, que possuam segurana suficiente de forma que seja improvvel tornar-se uma fonte de ignio no perodo de tempo entre haver um vazamento de gs e o equipamento ser desenergizado.

NOTA Tipicamente, os equipamentos para o Grupo I so construdos para atender aos requisitos Mb, por exemplo, motores e conjuntos de manobra Ex d.

E.2.2 Gases (Grupo II)

E.2.2.1 EPL Ga

Equipamentos para atmosferas explosivas de gs, possuindo um nvel de proteo muito alto, os quais no sejam uma fonte de ignio em operao normal, falhas esperadas ou quando sujeito a falhas raras.

E.2.2.2 EPL Gb

Equipamentos para atmosferas explosivas de gs, possuindo um nvel de proteo alto, que no sejam uma fonte de ignio em operao normal ou quando sujeitos a falhas que podem ser esperadas, embora no necessariamente em bases regulares.

NOTA A maioria dos conceitos de proteo normalizada traz os equipamentos para dentro deste nvel de proteo de equipamento.

E.2.2.3 EPL Gc

Equipamentos para atmosferas explosivas de gs, possuindo um nvel de proteo elevado, que no sejam uma fonte de ignio em operao normal e que possuam alguma proteo adicional para assegurar que estes permaneam inativos como uma fonte de ignio, no caso de ocorrncias normais esperadas (por exemplo, falha de uma lmpada).

NOTA Tipicamente, estes equipamentos so do tipo Ex n.

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E.2.3 Poeiras (Grupo III)

E.2.3.1 EPL Da

Equipamentos para atmosferas de poeiras combustveis, possuindo um nvel de proteo muito alto, que no sejam uma fonte de ignio em operao normal ou quando sujeitos a falhas raras.

E.2.3.2 EPL Db

Equipamentos para atmosferas de poeiras combustveis, possuindo um nvel de proteo alto, que no sejam uma fonte de ignio em operao normal ou quando sujeitos a falhas que podem ser esperadas, embora no necessariamente em bases regulares.

E.2.3.3 EPL Dc

Equipamentos para atmosferas de poeiras combustveis, possuindo um nvel de proteo elevado, que no sejam uma fonte de ignio em operao normal e que possuam alguma proteo adicional para assegurar que estes permanecem inativos como uma fonte de ignio no caso de ocorrncias regulares esperadas.

Para a maioria das situaes, com conseqncias potenciais tpicas a partir de uma exploso resultante, previsto que o seguinte possa ser aplicado para utilizao de equipamentos Ex em zonas (isto no diretamente aplicvel para minas de carvo, uma vez que o conceito de zonas no geralmente aplicado). Ver Tabela E.1.

Tabela E.1 Relao tradicional de EPL e zonas (sem avaliao adicional de risco)

Nvel de proteo de equipamento (EPL)

Zona

Ga 0

Gb 1

Gc 2

Da 20

Db 21

Dc 22

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E.3 Proteo proporcionada contra o risco de ignio

Os vrios nveis de proteo de equipamentos devem ser capazes de funcionar em conformidade com os parmetros operacionais estabelecidos pelo fabricante para aquele nvel de proteo. Ver Tabela E.2.

Tabela E.2 Descrio da proteo proporcionada contra o risco de ignio

Nvel de proteo do equipamento Proteo

proporcionada Grupo

Desempenho da proteo Condies de operao

Ma

Muito Alta

Grupo I

Dois meios de proteo ou segurana independentes, mesmo quando duas falhas ocorrem, independentemente uma da outra

Equipamento permanece funcionando quando a atmosfera explosiva est presente

Ga

Muito Alta

Grupo II


Equipamento permanece funcionando em zonas 0, 1 e 2

Da

Muito Alta

Grupo III


Equipamento permanece funcionando em zonas 20, 21 e 22

Mb

Alta Grupo I

Adequado para operao normal e severas condies operacionais

Equipamento desenergizado quando atmosfera explosiva estiver presente

Gb

Alta

Grupo II

Adequado para operao normal e com distrbios de ocorrncia freqente ou equipamento onde falhas so normalmente levadas em considerao

Equipamento permanece funcionando em zonas 1 e 2

Db

Alta

Grupo III

Adequado para operao normal e com distrbios de ocorrncia freqente ou equipamento onde falhas so normalmente levadas em considerao

Equipamento permanece funcionando em zonas 21 e 22

Gc Elevada

Grupo II

Adequado para operao normal

Equipamento permanece funcionando em zona 2

Dc Elevada

Grupo III

Adequado para operao normal

Equipamento permanece funcionando em zona 22

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E.4 Implantao

A 4 edio da IEC 60079-14 (incluindo os requisitos anteriores da IEC 61241-14) introduziu o conceito dos EPL de forma a permitir um sistema de avaliao de risco como um mtodo alternativo para a seleo de equipamentos (ver Tabela E.2). Referncias tambm sero includas nas Normas de classificao ABNT NBR IEC 60079-10-1 e ABNT NBR IEC 61241-10 [14].

A marcao adicional e a correlao dos tipos de proteo existentes esto sendo introduzidas nas revises das seguintes Normas IEC e ABNT NBR IEC [3-7], [9-11]:

# ABNT NBR IEC 60079-0 (incluindo os requisitos anteriores da ABNT NBR IEC 61241-0 [12])

# ABNT NBR IEC 60079-1

# ABNT NBR IEC 60079-2 (incluindo os requisitos anteriores da IEC 61241-4 [13])









Para os tipos de proteo para atmosferas explosivas de gs, os EPL requerem marcao adicional. Para atmosferas explosivas de poeiras, o sistema atual de marcao das zonas sobre o equipamento est sendo substitudo pela marcao dos EPL.

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Bibliografia

[1] IEC 60050-426:1990, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) Chapter 426: Electrical apparatus for explosive atmospheres

[2] IEC 60050-731:1991, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) Chapter 731: Optical fibre communication

[3] ABNT NBR IEC 60079-1, Atmosferas explosivas Parte 1: Proteo de equipamento por invlucro prova de exploso d

[4] ABNT NBR IEC 60079-2, Atmosferas explosivas Parte 2: Proteo de equipamento por invlucro pressurizado p

[5] ABNT NBR IEC 60079-5, Equipamentos eltricos por atmosferas explosivas de gs Parte 5: Imerso em arei

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