Paradigmas de Proteção em Atmosferas Explosivas

Uma Análise Técnica e Econômica da Transição para a Segurança Intrínseca em Redes WirelessHART

O desenvolvimento de processos industriais modernos exige uma integração sem precedentes entre segurança, eficiência e conectividade. Em setores como o petroquímico, químico, de mineração e farmacêutico, a presença de substâncias inflamáveis sob a forma de gases, vapores ou poeiras combustíveis cria um ambiente de risco latente, onde qualquer falha técnica pode resultar em consequências catastróficas. A engenharia de proteção para atmosferas explosivas, regida internacionalmente pela série de normas IEC 60079 e no Brasil pelas normas ABNT NBR correspondentes, evoluiu de métodos puramente mecânicos para soluções eletrônicas sofisticadas. No centro desta evolução encontra-se o debate entre duas metodologias fundamentais: o invólucro à prova de explosão (Ex d) e a segurança intrínseca (Ex i). Com a ascensão da Internet das Coisas Industrial (IIoT) e a consolidação do protocolo WirelessHART, a escolha do método de proteção tornou-se um fator determinante não apenas para a segurança, mas também para a viabilidade econômica e a agilidade operacional das plantas industriais.

Evolução Histórica e o Contexto Normativo das Áreas Classificadas

A necessidade de proteger instalações elétricas em ambientes perigosos remonta aos primórdios da eletrificação industrial e da mineração de carvão. Historicamente, o conceito de "à prova de explosão" surgiu da necessidade de conter as chamas dentro de lâmpadas e motores, utilizando a massa física do invólucro para resfriar os gases resultantes de uma eventual combustão interna. À medida que a instrumentação eletrônica avançou, surgiu a segurança intrínseca, um paradigma que foca na prevenção absoluta da ignição através da limitação da energia elétrica e térmica.

Atualmente, o arcabouço normativo é liderado pela IEC (International Electrotechnical Commission), especificamente pelo comitê TC 31, responsável pela série IEC 60079. No Brasil, a conformidade é exigida através da certificação INMETRO, que adota de forma idêntica as normas internacionais, e pelas Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho, como a NR-10, que estabelece diretrizes para serviços em eletricidade, e a NR-20, focada na segurança com inflamáveis e combustíveis. A classificação de áreas é o primeiro passo crítico, dividindo os ambientes em zonas (0, 1 e 2 para gases; 20, 21 e 22 para poeiras) de acordo com a probabilidade de presença de uma atmosfera explosiva.

Fundamentos Físico-Químicos da Ignição e Proteção

A compreensão do risco em áreas classificadas baseia-se no triângulo do fogo, que exige a presença simultânea de combustível, comburente (oxigênio) e uma fonte de ignição. Em processos industriais, o combustível e o oxigênio são frequentemente inevitáveis, tornando o controle da fonte de ignição a única variável manipulável pela engenharia de segurança. As fontes de ignição em equipamentos elétricos incluem faíscas produzidas por abertura ou fechamento de contatos, curtos-circuitos e superfícies aquecidas que excedem a temperatura de autoignição da substância presente.

A classificação de grupos de gases (IIA, IIB e IIC) reflete a energia mínima de ignição (MIE) necessária para inflamar cada substância. O hidrogênio, pertencente ao grupo IIC, exige uma energia extremamente baixa para ignição, o que impõe requisitos mais severos ao design dos equipamentos. A classe de temperatura (T1 a T6) define a temperatura máxima de superfície que o equipamento pode atingir, devendo ser sempre inferior à temperatura de autoignição do gás no ambiente.

Metodologia Ex d - A Engenharia da Contenção

O conceito de invólucro à prova de explosão, normatizado pela IEC 60079-1, baseia-se no princípio de que uma explosão interna é permitida, mas deve ser contida de modo a não se propagar para o ambiente externo. O equipamento é alojado em um invólucro metálico robusto, projetado para suportar a pressão interna da explosão sem deformar. A característica técnica vital do Ex d é o caminho de chama (flamepath), que consiste em frestas ou roscas usinadas com precisão micrométrica.

Quando ocorre uma ignição interna, os gases quentes são forçados a passar por essas frestas. O caminho de chama é dimensionado para que, ao percorrer essa distância, o gás perca energia térmica por condução para a massa do invólucro, saindo para o exterior a uma temperatura inferior à necessária para inflamar a atmosfera circundante. Esse método é indispensável para equipamentos que consomem alta potência, como motores de grande porte e atuadores elétricos, onde a limitação de corrente e tensão não é tecnicamente viável. Entretanto, para a instrumentação de campo, o Ex d apresenta desvantagens operacionais significativas, incluindo o peso elevado, a necessidade de ferramentas especiais e a impossibilidade de manutenção com o circuito energizado.

Metodologia Ex i - A Engenharia da Prevenção Intrínseca

Diferentemente da contenção física, a segurança intrínseca (Ex i), detalhada na norma IEC 60079-11, atua na prevenção da ignição através da limitação da energia elétrica e térmica disponível no circuito para níveis abaixo da energia mínima de ignição do combustível. O sistema é projetado para ser incapaz de gerar uma faísca ou um ponto quente suficiente para causar uma explosão, mesmo sob condições de falha severa, como curtos-circuitos ou interrupções de linha.

Os equipamentos intrinsecamente seguros são classificados em níveis de proteção: "ia", "ib" e "ic". O nível "ia" é o mais rigoroso, garantindo a segurança mesmo na ocorrência de duas falhas independentes e simultâneas, sendo por isso o único método permitido para instalação em Zona 0 (ambientes onde a atmosfera explosiva é permanente ou frequente). A implementação do Ex i requer uma análise detalhada dos parâmetros de entidade: Tensão Máxima (), Corrente Máxima (), Potência Máxima (), Capacitância Interna () e Indutância Interna (). Para sistemas cabeados, é necessária a inclusão de barreiras Zener ou isoladores galvânicos que limitem a energia enviada da área segura para a área classificada.

O Surgimento do WirelessHART na Automação Industrial

A tecnologia sem fio revolucionou a automação ao eliminar a barreira física do cabeamento, que representa um dos maiores custos em projetos industriais. O WirelessHART, formalizado pela norma IEC 62591, foi o primeiro padrão aberto de comunicação sem fio projetado especificamente para as necessidades críticas da indústria de processo. Ele opera na banda de 2,4 GHz utilizando o padrão IEEE 802.15.4, mas adiciona camadas de robustez essenciais para o ambiente fabril, como o Time Division Multiple Access (TDMA) para determinismo e o salto de frequência (Channel Hopping) para evitar interferências e mitigar os efeitos de desvanecimento de sinal causados por estruturas metálicas.

Uma rede WirelessHART é estruturada em malha (mesh), onde cada sensor atua não apenas como um ponto de medição, mas também como um roteador que encaminha pacotes de dados de outros nós. Essa característica confere à rede uma capacidade de auto-organização e autorrecuperação: se um caminho for bloqueado por uma obstrução física ou interferência temporária, o sistema automaticamente encontra rotas alternativas para garantir que a informação chegue ao Gateway e, consequentemente, ao sistema de controle. A confiabilidade de dados de uma rede WirelessHART bem projetada pode superar 99,9%, tornando-a adequada para monitoramento e, em certos casos, controle de processos.

Filosofia Smar - Estratégia Técnica para a Linha WirelessHART

A Smar adotou a filosofia de segurança intrínseca (Ex i) como padrão para sua linha de transmissores WirelessHART. Esta decisão estratégica fundamenta-se na natureza intrínseca dos dispositivos sem fio alimentados por bateria: como são equipamentos de baixíssima potência e não possuem cabeamento externo que possa introduzir energias perigosas em caso de falha, o conceito Ex i é tecnicamente o mais adequado e eficiente.

Diferentemente de transmissores de 2 fios convencionais, onde a segurança depende de barreiras externas instaladas no painel, os dispositivos WirelessHART da Smar são "autossuficientes" em termos de proteção. Toda a energia necessária para a medição e transmissão via rádio provém de baterias internas apropriadas, cujo circuito é projetado para limitar a corrente e a tensão internamente, garantindo a certificação Ex ia. A filosofia da Smar em optar pela segurança Intrinsecamente Segura, foi optar por trazer segurança, “evitar ignição interna”, em vez de, “reter a explosão dentro do involucro”.

Manutenção Simplificada e a Redução de Riscos Operacionais

A manutenção de ativos em áreas classificadas é um dos processos mais críticos e burocráticos de uma planta industrial. De acordo com as diretrizes da NR-10 e NR-20, qualquer intervenção em equipamentos Ex d requer a desenergização total do circuito ou a emissão de uma Permissão de Trabalho (PT) para "trabalho quente", o que muitas vezes exige a parada parcial do processo e o monitoramento contínuo da atmosfera com explosímetros.

A escolha pela segurança intrínseca na linha WirelessHART da Smar transforma essa realidade operacional. Como o equipamento é Ex ia, a manutenção, incluindo a troca de baterias, pode ser realizada com o instrumento em campo, sem a necessidade de desenergizar o nó da rede ou obter permissões especiais de segurança. A troca de bateria é um procedimento simples e seguro, o que reduz drasticamente o tempo de intervenção e a exposição dos técnicos a áreas de risco.

Impacto na Eficiência Global e Gestão de Ativos (IIoT)

A adoção do WirelessHART intrinsecamente seguro não é apenas uma decisão de segurança, mas um pilar para a excelência operacional dentro do conceito de IIoT. A automação moderna busca reduzir ao mínimo as horas de parada para manutenção corretiva e otimizar o uso da mão de obra. Os transmissores da Smar fornecem diagnósticos contínuos que podem ser acessados remotamente via Gateway.

Essa visibilidade permite que a equipe de manutenção adote uma postura preditiva, monitorando a saúde da bateria e o status do sensor sem precisar ir fisicamente ao campo para clipboard rounds (rondas de inspeção manual). A capacidade de realizar diagnósticos e configurações remotas através do protocolo HART 7 em uma infraestrutura sem fio acelera o comissionamento e permite que desvios de processos sejam identificados antes que causem uma parada não planejada.

Complementando essa estratégia, a Smar oferece a solução AssetView, uma plataforma inteligente de gerenciamento de ativos que integra dados dos dispositivos WirelessHART em tempo real. Com o AssetView, é possível visualizar o status dos instrumentos, receber alertas de falhas, acompanhar tendências de desempenho e planejar intervenções com base em indicadores confiáveis. Essa abordagem fortalece a manutenção preditiva e eleva a disponibilidade da planta, aproximando a produção real da capacidade nominal.

Análise de Custo Total de Propriedade (TCO)

Embora o custo de aquisição (CAPEX) de um transmissor WirelessHART possa ser superior ao de um transmissor 4-20 mA tradicional, a análise do Custo Total de Propriedade revela uma economia esmagadora. Em instalações cabeadas Ex d, o custo da infraestrutura (eletrodutos de aço galvanizado, cabos blindados, bandejamento, unidades seladoras e mão de obra de montagem pesada) frequentemente excede o valor do próprio instrumento.

No modelo WirelessHART Ex i da Smar, a infraestrutura é praticamente nula. A instalação resume-se à montagem mecânica do suporte, eliminando gastos com cabos e conexões elétricas complexas. Além disso, os custos operacionais (OPEX) são reduzidos pela facilidade de manutenção e pela ausência de paradas de planta para intervenções simples em instrumentos. Estima-se que a economia na instalação possa variar entre 50% e 90% dependendo da distância e da complexidade do ambiente.

Conformidade Normativa e Certificação INMETRO

A linha WirelessHART da Smar possui certificações de órgãos internacionais renomados, como a Underwriters Laboratories (UL), e a certificação compulsória INMETRO no Brasil.

 A conformidade com a norma ABNT NBR IEC 60079-11 exige que o fabricante submeta o design do PCB (placa de circuito impresso) a análises de distanciamento entre trilhas (creepage e clearance), verificação de componentes infalíveis e testes de centelhamento.   

Para equipamentos alimentados por bateria, como o LD400WH e o TT400WH, a norma também impõe requisitos rigorosos sobre a segurança das células de lítio, garantindo que elas não sofram superaquecimento ou ruptura em caso de curto-circuito interno. A Smar utiliza baterias apropriadas, configuradas para fornecer a autonomia necessária mantendo a segurança intrínseca total do conjunto. A obtenção do selo INMETRO é a garantia final para o usuário de que o equipamento operará de forma segura nas zonas mais críticas da planta.

Conclusão

O Paradigma da Prevenção como Base da Indústria 4.0

A transição da proteção Ex d para a segurança intrínseca Ex i em redes WirelessHART representa mais do que uma mudança técnica; é uma evolução na filosofia de segurança industrial. Ao adotar o Ex ia para sua linha wireless, a Smar não apenas cumpre as normas de segurança mais exigentes (permitindo o uso em Zona 0), mas também desbloqueia níveis superiores de eficiência produtiva.

A superioridade do conceito Ex i para instrumentação de baixa potência é indiscutível sob as óticas de segurança, instalação e manutenção. Enquanto o Ex d permanece vital para máquinas de potência, a agilidade exigida pela automação digital moderna encontra no Ex i o seu parceiro ideal. Ao eliminar os riscos associados à integridade mecânica de invólucros pesados e permitir uma manutenção viva e simplificada, a Smar posiciona-se na vanguarda da IIoT, oferecendo soluções que protegem as pessoas, o patrimônio e o meio ambiente, enquanto impulsionam os resultados financeiros através da excelência operacional.

Referências Bibliográficas

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2. Sistema Escudo. "Áreas Classificadas e a NR 20: Gestão de Riscos com Inflamáveis". 
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10. FieldComm Group / Smar. "WirelessHART Technology: Mesh Networking and Industrial Reliability". 
11. Pepperl+Fuchs / LX Antenna. "Wireless Communication and Antenna Requirements in Hazardous Locations". 
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14. UL / INMETRO. "Certificação Compulsória para Equipamentos em Atmosferas Explosivas". 
15. Tractian / SafetyCulture. "Manutenção e Inspeção de Ativos em Áreas Classificadas: Práticas e Checklists". 
16. ByteSnap Design. "Intrinsically Safe PCB Design and Battery Testing Requirements (IEC 60079-11)". 
17. Smar Technical Portfolio. "Linha de Transmissores WirelessHART: LD400WH, TT400WH, TP400WH e DT400WH". 

ADRIANO MARCELO CORTEZE
NOVA SMAR S/A
20/MAR/2026

Links

LD400WH - Transmissores de Pressão, Nível e Vazão WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TT400WH - Transmissor de Temperatura WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TT481WH - Transmissor de Temperatura de 4 ou 8 Canais WirelessHART™ - SMAR Technology Company

TP400WH - Transmissor de Posição WirelessHART™ - SMAR Technology Company

DF100G2 - Gateway WirelessHART™ - SMAR Technology Company