Os invólucros elétricos previnem explosões internas?

A caixa de proteção elétrica desempenha um papel importante na proteção de equipamentos elétricos e na garantia da segurança em ambientes perigosos. A caixa de proteção elétrica pode impedir explosões internas? Essa questão tornou-se crucial para diversos setores. Este artigo aborda as características das caixas de proteção à prova de explosão, os princípios de isolamento de explosões e suas aplicações. Esperamos que este artigo o ajude a escolher uma caixa de proteção elétrica adequada para ambientes perigosos.

As caixas de proteção elétrica podem prevenir explosões internas?

As caixas de proteção elétrica padrão não impedem explosões internas. Elas são geralmente usadas para evitar a entrada de objetos sólidos e líquidos externos. As classificações comuns para caixas de proteção elétrica padrão são IP e NEMA. Mas os invólucros à prova de explosão certificados podem conter e controlar com segurança explosões internas, impedindo que elas incendeiem ambientes externos perigosos.

Em áreas classificadas como perigosas, eliminar completamente a possibilidade de fontes internas de ignição geralmente não é viável. A caixa à prova de explosão permite que explosões ocorram em seu interior. No entanto, caixas elétricas à prova de explosão podem limitar rigorosamente as consequências destrutivas da explosão ao interior da caixa.

O projeto da caixa à prova de explosão adota uma estrutura extremamente robusta, juntas à prova de explosão precisas e sistemas de fixação e vedação seguros. A caixa à prova de explosão é muito semelhante à caixa à prova de chamas. Uma caixa robusta pode suportar a pressão explosiva gerada durante a explosão de misturas inflamáveis sem sofrer deformação permanente ou ruptura.

O que é uma caixa ou invólucro à prova de explosão?

O objetivo principal e fundamental de uma caixa elétrica à prova de explosão é suportar com segurança a pressão da explosão e impedir a propagação de chamas e gases de alta temperatura para o interior da caixa, e não impedir faíscas ou explosões dentro de equipamentos elétricos. Portanto, o nome mais técnico para uma caixa à prova de explosão é caixa à prova de chamas (Ex d), que descreve sua função com maior precisão.

O princípio de funcionamento das caixas à prova de explosão baseia-se em duas funções principais: a resistência estrutural da caixa e a junta à prova de explosão.

A espessura da parede, o material e a estrutura da caixa elétrica à prova de explosão são calculados e testados com precisão. Ela deve suportar a pressão máxima de explosão gerada pela explosão interna de um gás inflamável específico e múltiplos impactos. Além disso, é necessário garantir que ela não sofra deformações ou rachaduras permanentes.

A junta à prova de explosão é a parte mais engenhosa da tecnologia à prova de explosão. A tampa da caixa à prova de explosão e o corpo da caixa, assim como o eixo e o orifício do eixo, não são completamente selados. Em vez disso, são projetados com folgas precisamente definidas, que constituem a junta à prova de explosão.

Além das caixas à prova de explosão, a proteção contra explosões também inclui outros métodos.

Segurança intrínseca (Ex i): Este método exige que você limite a energia do circuito na fonte, de forma que seja impossível gerar uma faísca eficaz. Este método à prova de explosão não requer uma estrutura robusta.

Segurança Aprimorada (Ex e): Este método enfatiza principalmente a melhoria da segurança do equipamento para evitar a geração de faíscas, arcos elétricos ou temperaturas excessivas durante a operação normal.

Invólucro pressurizado (Ex p): Este invólucro permite o enchimento contínuo do interior com gás protetor, mantendo uma pressão interna superior à pressão externa. Isso pode impedir a entrada de gases perigosos.

Principais características de invólucros à prova de explosão e à prova de chamas

Resistência estrutural

Caixa robusta e resistenteOs invólucros à prova de explosão são geralmente feitos de materiais como... alumínio e aço inoxidável. A espessura das paredes dos invólucros deve ser suficiente para suportar a pressão máxima de explosão gerada por uma explosão interna. A pressão que o invólucro à prova de explosão pode suportar é geralmente mais de 1,5 vezes a pressão de referência. Ele pode suportar a pressão da explosão sem sofrer deformação permanente ou ruptura.

Sobreposição de pressãoAo projetar, os engenheiros precisam considerar o efeito de sobreposição de pressão que pode ocorrer em estruturas com múltiplas câmaras. Em outras palavras, a explosão de uma câmara pode desencadear uma explosão mais intensa nas câmaras adjacentes através dos tubos de conexão. Portanto, as divisórias internas ou os canais de conexão do seu invólucro à prova de explosão também precisam ter resistência à explosão.

Juntas à prova de fogo

A junta à prova de explosão é fundamental para resfriar a chama e extingui-la.

A junta à prova de explosão possui diversos tipos. Dentre eles, a junta plana é a mais comum. Duas flanges planas usinadas com precisão são fixadas por parafusos, com um espaçamento predeterminado no meio. Além disso, os invólucros à prova de explosão também podem apresentar juntas cilíndricas, juntas roscadas e juntas labirínticas.

LiquidaçãoOs parâmetros da junta exigem um controle preciso. A distância máxima permitida entre as juntas da caixa à prova de explosão geralmente fica entre 0,1 e 0,5 milímetros. De modo geral, quanto menor a folga, maior a capacidade de extinção da chama.

LarguraA largura é o comprimento mínimo da superfície de contato metálica que a chama deve atravessar. De modo geral, quanto maior a largura da sua caixa à prova de explosão, melhor o efeito de resfriamento.

Rugosidade da superfícieA junta deve ser lisa e plana para garantir uma folga estável. Isso é benéfico para a condução de calor. O valor Ra para a rugosidade da superfície geralmente não deve ser superior a 6,3 μm.

Fixação e Vedação

Fixadores EspeciaisO número, a resistência e a profundidade dos parafusos para a caixa à prova de explosão são rigorosamente especificados. Normalmente, as cabeças dos parafusos da caixa à prova de explosão precisam garantir que não se soltem e sejam arremessadas durante uma explosão.

Juntas de vedação não elásticasÉ importante saber que materiais de vedação elásticos não são permitidos para vedar juntas em áreas de propagação de chamas. Juntas à prova de explosão geralmente utilizam usinagem de precisão metal-metal para a vedação.

Vedação EstáticaPara pontos de vedação estática não perigosos em sua caixa, como a placa de identificação e a janela de sua caixa à prova de explosão, essas peças podem usar componentes de vedação elásticos resistentes ao envelhecimento.

Gestão Térmica

A caixa à prova de explosão exige um controle rigoroso de temperatura. O calor excessivo pode danificar os componentes elétricos. Se aplicada em ambientes perigosos, isso também aumentará o risco de explosão.

Em ambientes perigosos, os invólucros à prova de explosão não devem exceder o limite de temperatura do seu grupo de temperatura certificado. Por exemplo, T4 ≤ 135 °C, T6 ≤ 85 °C. Os invólucros à prova de explosão geralmente utilizam materiais com alta resistência térmica, o que não compromete a segurança do invólucro. Os invólucros de equipamentos de alta potência geralmente são equipados com sistemas de refrigeração e projetos exclusivos de dissipação de calor.

Conformidade e Margens de Segurança

A caixa à prova de explosão precisa estar em conformidade com normas internacionais de segurança, como IECEx, ATEX e NEC. Caixas elétricas à prova de explosão com essas certificações garantem segurança e confiabilidade quando utilizadas em ambientes perigosos. É importante verificar se a caixa à prova de explosão contém informações essenciais, como marcas de proteção contra explosão, logotipos de órgãos certificadores, números de certificado, etc.

Como os invólucros elétricos reduzem os riscos de explosão

Os invólucros à prova de explosão ajudam principalmente a reduzir o risco de explosão através dos seguintes quatro níveis inter-relacionados, de forma sistemática e progressiva.

Isolamento espacial

O invólucro cria uma barreira física entre o interior e o ambiente externo. Ele garante que quaisquer faíscas, arcos elétricos ou superfícies quentes internas fiquem estritamente confinadas dentro da cavidade. Externamente, pode impedir a invasão rápida e em larga escala de gases perigosos. Isso reduz significativamente a probabilidade e a concentração da formação de misturas explosivas internas. Essencialmente, ajuda a reduzir a possibilidade de combustíveis, oxidantes e fontes de ignição coexistirem no espaço.

Contenção de pressão e conversão de energia

A estrutura de proteção utiliza resistência mecânica ultra-elevada para absorver e dissipar a energia mecânica da explosão. Essa alta resistência mecânica impede que a estrutura se rompa e gere fragmentos metálicos. Isso ajuda a eliminar o principal risco de danos físicos causados por falhas elétricas. Além disso, a energia da onda de choque da explosão é convertida em deformações elásticas mínimas e energia sonora na estrutura. Isso também reduz a energia cinética destrutiva da explosão.

Eliminar as chamas

Quando ocorre uma explosão dentro de um invólucro à prova de explosão, gerando chamas de alta temperatura e produtos de combustão que são forçados a passar por frestas estreitas e precisas, seu calor é rapidamente conduzido para o invólucro metálico. Portanto, a temperatura da chama é drasticamente reduzida para um valor abaixo do ponto de autoignição do gás inflamável externo. Este é o principal método de resfriamento das chamas.

Em segundo lugar, a reação em cadeia da combustão requer radicais livres altamente ativos para se manter. As paredes da estrutura metálica podem adsorver e combinar esses radicais livres. Portanto, a reação em cadeia da combustão também é interrompida.

O resultado final é que a substância ejetada da junta se transforma de uma chama altamente ativa e de alta temperatura em um gás de exaustão quente, inerte e de baixa temperatura. Isso também significa que as condições para desencadear energia química e térmica no ambiente externo foram completamente eliminadas. Isso ajuda a bloquear o principal caminho para a propagação do desastre.

Design padronizado e compatibilidade de sistemas

Fator de segurança: A pressão de projeto do invólucro à prova de explosão é muito superior à pressão máxima teórica de explosão. Este projeto permite lidar com anomalias imprevistas.

Gestão de Classificação: O design do produto geralmente é rigorosamente categorizado de acordo com os grupos de gases (IIC, IIB, IIA) e os grupos de temperatura (T1-T6). Isso proporciona uma proteção mais rigorosa em ambientes mais perigosos. Ao adequar os riscos, evita-se a necessidade de proteção insuficiente ou excessiva.

Compatibilidade Sistemática: Todos os acessórios da caixa à prova de explosão devem passar pelo mesmo nível de certificação para garantir que todo o sistema de barreira seja impecável.

Normas e Certificações

A resistência à explosão não é determinada pela sua aparência ou espessura do material. É necessário que o invólucro seja aprovado na verificação de normas internacionalmente reconhecidas, como ATEX e IECEx., UL, que testam sua capacidade de conter com segurança uma explosão interna sem inflamar a atmosfera circundante.

ATEX (Europa)

ATEX é um limite legal na União Europeia, sendo uma regulamentação obrigatória para produtos. A diretiva ATEX 2014/34/UE aplica-se principalmente a equipamentos e sistemas de proteção. De acordo com esta diretiva, todos os equipamentos à prova de explosão que entram no mercado da UE devem ostentar as marcas CE e Ex. Ela contém diretrizes que regulamentam as responsabilidades dos fabricantes e dos empregadores, respectivamente.

A norma ATEX classifica ambientes perigosos com base na frequência de ocorrência de atmosferas explosivas de gás. O texto a seguir aborda especificamente gases e vapores:

Zona 0Durante o funcionamento normal, a atmosfera explosiva persiste continuamente ou por um longo período de tempo.

Zona 1Gases explosivos podem estar presentes durante a operação normal.

Zona 2É improvável que o ambiente operacional contenha atmosfera explosiva ou que esta permaneça assim por um curto período.

Para ambientes operacionais com poeira, a diretiva também define as Zonas 20, 21 e 22.

As instruções são classificadas em três categorias com base nas áreas de risco às quais o equipamento se aplica. A Categoria 1 é adequada para a Zona 0 ou Zona 20 e oferece proteção muito alta. A Categoria 2 é adequada para a Zona 1 ou Zona 21 e oferece alta proteção. A Categoria 3 é adequada para a Zona 2 ou Zona 22 e oferece proteção normal.

IECEx (Internacional)

IECEx é um sistema de certificação internacional desenvolvido pela Comissão Eletrotécnica Internacional. O IECEx é aceito em regiões fora da Europa e é um padrão de certificação reconhecido globalmente. Optar por produtos com certificação IECEx pode ajudar a reduzir a necessidade de certificações em vários países. IECEx e ATEX são muito semelhantes em termos de tecnologia e compartilham os mesmos conceitos de proteção, como Ex d, Ex e, Ex i e Ex t, etc. A maioria dos produtos geralmente possui dupla certificação.

NEC/CEC (América do Norte)

Na América do Norte (Estados Unidos e Canadá), os invólucros à prova de explosão são normalmente classificados de acordo com um sistema específico. Atualmente, a classificação por região também é aceita.

A NEC e a CEC classificam as substâncias perigosas em três categorias com base em seus tipos: Classe I (gases e vapores), Classe II (poeiras combustíveis) e Classe III (fibras e partículas em suspensão). Além disso, dividem-nas em Divisão 1 (perigo presente em condições normais) e Divisão 2 (perigo presente em condições anormais) com base na frequência de ocorrência.

Existem diferentes grupos para diferentes gases, nomeadamente o Grupo A (Acetileno), o Grupo B (Hidrogênio), o Grupo C (Etileno) e o Grupo D (Propano). A poeira também é classificada em três graus: E, F e G.

UL/CSA

Na América do Norte, os invólucros à prova de explosão são geralmente certificados pela Underwriters Laboratories (UL – EUA) e pela Canadian Standards Association (CSA – Canadá). Essas certificações baseiam-se em testes que demonstram que os invólucros à prova de explosão podem suportar explosões internas, que os caminhos de chama conseguem resfriar os gases que escapam e impedir que se inflamem na atmosfera externa. Os invólucros à prova de explosão certificados também devem atender a requisitos mecânicos e térmicos.

Proteção contra entrada versus proteção contra explosão

Você deve observar que Classificações de IP A principal proteção contra poeira e água é a classificação NEMA, que se concentra na proteção ambiental. Embora ambas tenham alguma sobreposição com a proteção de áreas classificadas, elas não são equivalentes às classificações ATEX ou IECEx. Portanto, uma caixa resistente a poeira e água não é à prova de explosão.

Aplicações de invólucros elétricos à prova de explosão e à prova de chamas

Indústria de Petróleo e Gás

A indústria de petróleo e gás é o setor com os requisitos de segurança contra explosões mais rigorosos e a aplicação mais ampla. Suas aplicações abrangem todo o processo de extração, transporte e refino. Nesses ambientes, como plataformas marítimas, refinarias e plantas de processamento, gases inflamáveis e explosivos persistem ou ocorrem com frequência.

Esses ambientes são, em sua maioria, Zona 1. O ambiente contém um grande número de dispositivos de aplicação que podem se tornar fontes de ignição. Invólucros à prova de explosão podem garantir que falhas internas ou explosões não se tornem fontes de ignição.

Fábricas de Processamento Químico e Fabricação Farmacêutica

Esses dois setores industriais possuem ambientes de produção semelhantes. A indústria farmacêutica, no entanto, apresenta requisitos de higiene adicionais. Ambos os ambientes contêm vapores de solventes complexos e poeiras inflamáveis. O risco de exposição à poeira é mais acentuado no processo de produção de medicamentos. Fontes ocultas de ignição são encontradas principalmente em sistemas de controle automatizados, como misturadores e equipamentos de secagem.

Nesse ambiente, seu invólucro à prova de explosão precisa atender simultaneamente aos requisitos de resistência a explosões de gás (Ex d, Ex e) e de poeira (Ex tD). Você também pode optar por um invólucro de proteção composto. Além disso, seu invólucro à prova de explosão precisa suportar enxágues frequentes e intensos com agentes de limpeza química, bem como corrosão.

Mineração

Em um ambiente repleto de gás metano e poeira de carvão, todos os equipamentos elétricos devem utilizar invólucros com o mais alto nível de proteção. Para invólucros elétricos, geralmente é necessário escolher modelos à prova de explosão e intrinsecamente seguros.

Além da proteção contra explosões, as caixas de proteção também precisam ter altíssima resistência mecânica (classificação IK). Isso pode prevenir eficazmente danos causados por impactos de rochas. É necessário escolher caixas de proteção com flanges reforçadas e estruturas com nervuras de reforço.

Energia renovável

Os cenários de aplicação mais comuns na indústria de energias renováveis incluem a geração de energia a partir de biogás, hidrogênio e energia eólica. Essas instalações de geração de energia geralmente estão localizadas em áreas remotas, por isso é necessário escolher estruturas resistentes às intempéries, que também protejam os equipamentos da névoa salina e dos raios ultravioleta.

Se for aplicado em instalações de hidrogênio, é obrigatório o uso de invólucros à prova de explosão com a designação de grupo de gás IIC. Este é o padrão atual de nível mais alto de proteção contra explosões de gás.

Fabricação Industrial

O ambiente de fabricação industrial é um campo amplo, mas não se pode subestimar seus riscos. Os principais riscos nesse ambiente provêm de poeira inflamável, como poeira metálica, poeira de madeira, poeira plástica, etc.

Em áreas onde a poeira pode inflamar, as cabines à prova de explosão (Ex tD) precisam limitar a temperatura da superfície e impedir a entrada de poeira no interior. Uma explosão inicial em uma oficina pode levantar poeira acumulada e causar uma explosão secundária. As cabines à prova de explosão podem conter eficazmente a explosão inicial.

Limitações e equívocos comuns

• A caixa é espessa e bem vedada, portanto possui propriedades à prova de explosão.

A única maneira de saber se uma caixa é à prova de explosão é verificar se há uma marca de certificação de proteção contra explosão, como Ex, IECEx, etc. Uma caixa sem essas marcas é apenas uma caixa elétrica padrão, independentemente de sua resistência.

• A ferrugem e o descascamento na carcaça não afetam a função à prova de explosão.

A corrosão na junta de precisão à prova de explosão alterará a largura da folga e o acabamento da superfície. Isso causará a falha de algumas de suas funções. Portanto, é necessário avaliar e tratar qualquer sinal de ferrugem.

• A caixa elétrica à prova de explosão pode ser usada em qualquer ambiente perigoso.

A certificação à prova de explosão possui condições específicas aplicáveis. Estas incluem categorias de gases (IIC, IIB, IIA), categorias de temperatura (T1-T6) e faixa de temperatura ambiente (Ta). Se você usar um invólucro para IIB em um ambiente IIC, é muito perigoso.

Perguntas frequentes

Uma estrutura à prova de explosão pode impedir completamente uma explosão?

Os invólucros à prova de explosão não impedem completamente as explosões internas. Sua função é conter a explosão e resfriar os gases que escapam. Isso pode evitar a ignição do gás circundante.

Uma instalação inadequada pode reduzir a proteção contra explosões?

Sim. Instalação incorreta e manutenção inadequada reduzem ou eliminam substancialmente a proteção contra explosões.

Como escolher a caixa de proteção elétrica adequada para proteção contra explosões?

Você deve avaliar o ambiente, a classificação de risco, os requisitos do sistema e outras condições. Em seguida, escolha uma caixa de proteção certificada, projetada para as suas condições.

Considerações finais

A KDM é uma fabricante profissional de caixas elétricas personalizadas. Independentemente do setor e do ambiente de aplicação em que você precise de caixas elétricas, podemos atender às suas necessidades específicas. Colaboramos com diversas marcas de renome internacional e possuímos várias certificações. Contamos com uma equipe profissional dedicada ao seu projeto de produção personalizado. Se você tiver alguma necessidade de personalização de caixas elétricas, entre em contato conosco. Contate-nos.