- Caixas de junção e cabos
- Local dos sensores
- Opções típicas de montagem de sensor
- Configurações típicas do sistema
- Métodos de instalação

O método mais comum empregado para monitorar continuamente vazamentos de gases perigosos é o de colocar vários sensores nos locais que apresentam maior probabilidade de ocorrência de vazamentos. Esses sensores normalmente são conectados eletronicamente a um controlador de vários canais, situado a alguma distância em uma área segura sem gases, com recursos de exibição e alarme, dispositivos de registro etc. Esse método é geralmente descrito como um sistema de ponto fixo. Como o nome indica, ele fica permanentemente na área (como uma plataforma em alto-mar, refinaria de petróleo, armazenamento a frio em laboratórios etc.)

A complexidade de qualquer sistema de detecção de gases depende de como os dados serão usados. O registro de dados permite que as informações sejam usadas para identificar áreas problemáticas e auxiliar na implementação de medidas de segurança. Se o sistema for usado apenas para aviso, as informações originárias do sistema podem ser simples, sendo desnecessário o armazenamento de dados. Logo, ao escolher um sistema, é importante saber como as informações serão usadas para escolher adequadamente os componentes do sistema. No monitoramento de gases tóxicos, o uso de sistemas de vários pontos demonstrou rapidamente o seu potencial de solucionar uma ampla variedade de problemas de exposição no local de trabalho. Esse uso também é inestimável tanto para identificar problemas quanto para manter os funcionários e a gerência a par das concentrações de poluentes no local de trabalho.

No projeto de sistemas de vários pontos, é preciso dar atenção especial aos vários componentes e a suas interconexões. Ao utilizar sensores de detecção catalíticos, por exemplo, as conexões elétricas aos sensores apresentariam três núcleos, com 1 mm2 cada, transmitindo não somente o sinal de saída, mas também a energia para o circuito elétrico em ponte (que fica no sensor) para reduzir a queda de tensão do sinal nos cabos.

No caso de sistemas de monitoramento de gases tóxicos (e de alguns inflamáveis), a atmosfera é geralmente analisada em locais fora da unidade, e os gases são conduzidos por bombas até os sensores através de vários tubos sintéticos de diâmetro estreito. O cuidado no projeto desses sistemas inclui a seleção de bombas e tubos de tamanho adequado, uma unidade de amostragem sequencial para a análise de um tubo por vez e filtros para impedir que partículas ou água interrompam o fluxo de gás. O diâmetro do tubo pode ser decisivo, já que ele precisa ser grande o suficiente para permitir tempos de resposta rápidos com bombas de tamanho padrão, mas ao mesmo tempo não deve ser tão grande que permita a diluição excessiva da amostra pelo ar. Cada ponto de amostragem deve estar conectado a um tubo separado e se vários pontos estiverem conectados a um sensor central único, será necessário limpar o sensor com ar limpo entre uma análise e outra.

Os controladores utilizados em sistemas fixos podem ficar no centro ou ser distribuídos em vários locais dentro das dependências conforme os requisitos da aplicação. Eles são disponibilizados em um painel de controle e oferecidos em configurações de canal único (ou seja, uma placa de controle por sensor) ou de vários canais. A última é útil em circunstâncias de limitações de energia, espaço ou custo.

As unidades de controle incluem um medidor no painel central, ou LCD, para indicar a concentração de gás em cada sensor e normalmente contêm relés internos que controlam funções como alarme, falha e desligamento. O número de níveis de alarme disponíveis varia entre os controladores, mas normalmente até três níveis podem ser definidos, dependendo dos requisitos legais ou das práticas de trabalho do setor. Outras funções úteis incluem inibição e reinicialização do alarme, indicação acima de faixa e saídas analógicas de 4 a 20 mA. Geralmente, as saídas digitais estão disponíveis para realizar a interação do controlador com o DCS/BMS. É importante lembrar que o propósito principal de um sistema de detecção de gás é identificar o acúmulo da concentração de um gás antes que ela atinja um nível perigoso e iniciar um processo de atenuação para evitar que danos ocorram. Se a concentração de gás continuar em direção a um nível perigoso, os alarmes de desativação executiva e de alerta de perigo são ativados. Não basta registrar o evento ou medir os níveis de gás ao qual os funcionários foram expostos.

Caixas de junção e cabos
Em um típico sistema industrial de detecção de gases, como descrito acima, os sensores ficam em vários pontos estratégicos espalhados pela fábrica, e com distâncias variadas do controlador. Ao instalar conexões elétricas com o controlador, é importante lembrar que cada cabo do sensor terá uma resistência elétrica de ciclo diferente dependendo de seu comprimento. Com os detectores de tensão constante, o processo de calibração exige uma pessoa no sensor, no campo, e outra no controlador. Com os detectores de corrente constante, ou com um transmissor local, a calibração do dispositivo de campo e a do controlador podem ser realizadas em separado.

A proteção dos cabos do sensor contra danos externos se dá através de um duto de metal ou de um cabo adequado com proteção mecânica. As prensas protetoras devem ser encaixadas em cada extremidade do cabo, e o sensor é instalado em uma caixa de junção para auxiliar na obtenção de terminações “limpas”, simples e de baixa resistência. Também é muito importante garantir que todos os tamanhos das prensas e das rocas dos parafusos sejam compatíveis com a caixa de junção e com o diâmetro externo dos cabos em uso. A arruela correta de travamento deve ser usada para garantir a impermeabilidade entre o detector e a caixa de junção. Outro ponto a ser lembrado é que os fabricantes de sensores normalmente indicam a resistência máxima de ciclo (e não a resistência da linha) das conexões de seu sensor quando fornecem as informações necessárias para calcular os diâmetros do núcleo do cabo para a instalação.

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Local dos sensores
“Quantos detectores são necessários?” e “onde devo colocá-los?” são duas das mais frequentes perguntas feitas sobre os sistemas de detecção de gás, e talvez duas das mais difíceis de responder. Ao contrário de outros tipos de detectores relacionados à segurança (como os de fumaça), o local e a quantidade necessária de detectores em aplicações diferentes não são definidos com clareza.

Há uma quantidade considerável de orientações de normas como o guia EN50073 para a seleção, a instalação, o uso e a manutenção de instrumentos de detecção e medição de gases combustíveis e oxigênio. Códigos internacionais similares de práticas, como o Código Elétrico dos Estados Unidos (NEC) ou o Código Elétrico Canadense (CEC) podem ser utilizados quando aplicáveis. Além disso, certas entidades normativas publicam especificações com requisitos mínimos de detecção de gases para aplicações específicas. Essas referências são úteis, mas tendem a ser muito genéricas e, como tal, muito gerais em seus detalhes, ou muito específicas e, com isso, irrelevantes na maioria das aplicações.

A disposição dos detectores deve ser determinada conforme a instrução de especialistas com conhecimento específico sobre a dispersão de gás, bem como de especialistas com conhecimento específico sobre o sistema da instalação de processos e o equipamento envolvido, a segurança e a equipe de engenharia. O acordo feito no local quanto aos detectores deve também ser registrado.

Os detectores devem ser colocados onde há maior probabilidade de presença do gás. Os locais que requerem maior proteção em uma instalação industrial são nas proximidades de caldeiras a gás, compressores, tanques pressurizados de armazenamento, cilindros ou tubulações. As áreas de maior probabilidade da ocorrência de vazamentos são válvulas, medidores, flanges, juntas em T, conexões para preenchimento ou drenagem etc.

Há uma série de considerações simples e, às vezes, óbvias que devem ser feitas para ajudar a definir o local do detector:

• Para detectar gases mais leves que o ar (como metano e amônia), os detectores devem ser montados em níveis elevados e, preferencialmente, usar um cone de coleta
• Para detectar gases mais pesados que o ar (como butano e dióxido de enxofre), os detectores devem ser montados em níveis baixos
• Deve-se considerar como os gases podem se comportar em correntes de ar forçadas ou naturais. Os detectores podem ser montados em dutos de ventilação, se apropriado
• Ao localizar detectores, devem ser considerados os possíveis danos causados por eventos naturais, como chuva e enchentes Em detectores montados em áreas externas, é preferível o uso de um conjunto de proteção contra intempéries
• Deve-se usar proteção contra o sol se o detector estiver exposto a climas quentes ou luz solar direta
• As condições do processo devem ser observadas. Butano e amônia, por exemplo, normalmente são mais pesados que o ar; porém, se forem liberados em uma linha de processo que estiver em uma temperatura elevada e/ou sob pressão, o gás poderá se elevar, em vez de cair
• Os detectores devem ficar ligeiramente afastados de peças de alta pressão para permitir que sejam formadas nuvens de gás Caso contrário, qualquer vazamento de gás provavelmente passará por um jato de alta velocidade e não será detectado
• Deve-se considerar a facilidade de acesso para testes funcionais e manutenção
• Os detectores devem ser instalados no local designado com as respectivas faces apontando para baixo. Isso garante que resíduos ou água não se acumulem na frente do sensor e impede que gás entre no detector
• Ao posicionar dispositivos de infravermelho de caminho aberto, é importante garantir que não haja escuridão permanente nem bloqueio do feixe infravermelho. A obstrução temporária de veículos, pessoas no local, pássaros etc. pode ser ajustada
• Deve-se garantir que as estruturas nas quais os dispositivos de caminho aberto estão montados sejam resistentes e não sejam suscetíveis à vibração

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Opções típicas de montagem de sensor (clique para acessar o .pdf)

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Configurações típicas do sistema (clique para acessar o .pdf)

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Métodos de instalação
Basicamente, são utilizados três métodos em todo o mundo para a instalação de equipamentos elétricos em locais perigosos:
1. Cabo com entrada indireta
2. Cabo com entrada direta
3. Conduíte

Entrada direta de cabo
Estes são principalmente usados na Europa (embora os códigos elétricos dos Estados Unidos e do Canadá relacionem cabos isolados revestidos com metal e minerais para uso em Classe 1, Div 1 ou Zona 1). Os padrões relacionados a dispositivos à prova de explosão dizem que os sistemas de cabos com a proteção mecânica adequada devem ser usados. O cabo normalmente é o Steel Wire Armoured (SWA), que é utilizado em áreas passíveis de danos mecânicos ou pode ser colocado em conduíte protetor aberto em ambas as extremidades. Prensa-cabos certificados são usados para ligar com segurança o cabo ao invólucro.

Entrada indireta de cabo
A entrada indireta fica em uma área terminal “Ex e” de segurança superior. As barreiras de linha são usadas em fios entre a câmara terminal e o invólucro principal. O instalador só precisa abrir e acessar a área terminal, não o invólucro à prova de fogo.

Entrada direta de cabo
A entrada direta é feita no invólucro à prova de fogo. Apenas prensas especialmente certificadas podem ser usadas. O tipo e a estrutura do cabo devem corresponder cuidadosamente ao tipo correto de prensa. A integridade da proteção depende da instalação correta pelo instalador.

Conduíte
O conduíte é o método principal de instalação em áreas perigosas em todos os Estados Unidos. Os fios elétricos são dispostos como fios individuais dentro de tubos fechados de metal. Os tubos são conectados aos invólucros por meio de uniões e devem ser selados a 18 polegadas de cada ponto de entrada. Todo o sistema de conduítes é à prova de fogo.

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