Eletricidade estática em atmosferas explosivas – Riscos, controle e mitigação – Parte 02/05

2 – A geração da eletricidade estática em atmosferas explosivas

Podem ser citados como exemplos de equipamentos instalados em atmosferas explosivas sobre os quais existe a preocupação sobre o risco de ignição devido à geração ou acúmulo de cargas eletrostática: tanques de armazenamento, vagões ou caminhões para transporte de materiais inflamáveis ou combustíveis, correias transportadoras, esteiras ou pontes rolantes, elevadores de canecas, contêineres ou equipamentos de processo ou tubulações fabricadas com materiais não metálicos (isolantes ou não condutivos), mangueiras fabricadas com materiais não condutivos, caminhões vácuo, equipamentos para transporte pneumático.

No caso de os dois materiais serem condutivos, ocorre a recombinação das cargas eletrostáticas e nenhuma quantidade significativa de carga eletrostática permanece em nenhum dos dois materiais após a separação. Nos casos onde um ou ambos os materiais sólidos forem do tipo “não condutivo”, a recombinação eletrostática não ocorre completamente e os materiais separados retêm parte de sua carga eletrostática. Em função de a distância entre as cargas ser extremamente pequena no momento do contato ou da separação, o potencial gerado pode ser alcançar tensões da ordem de muitos kV, independentemente da pequena quantidade de cargas eletrostáticas envolvidas, o que pode dar origem a centelhas e a fontes de ignição. A eletricidade estática pode ser normalmente causada por dois materiais isolantes diferentes em movimento e que estejam em contato ou atrito.

Os elétrons mais afastados do núcleo de um material são transferidos para o outro material, de forma que o material que perde elétrons se torna positivamente carregado. Esta condição pode permanecer por algum tempo, uma vez que os materiais são isolantes e não proporcionam um caminho efetivo de retorno dos elétrons. Os materiais plásticos de invólucros com tipo de proteção Ex “e” (segurança aumentada – Norma ABNT NBR IEC 60079-7) normalmente recebem adição de carbono, que é um material condutor de cargas eletrostáticas, de forma a atender aos requisitos de resistência máxima superficial indicados na Norma ABNT NBR IEC 60079-0 (109 Ω a 1011 Ω, dependendo da umidade relativa do ar).

Além disto, este tipo de equipamento normalmente apresenta, em suas instruções específicas de instalação, o alerta de que a limpeza deve ser feita com um pano úmido, de forma a evitar a geração de cargas eletrostáticas. Peças de vestuário fabricadas em nylon que são removidas do corpo são capazes de gerar cargas eletrostáticas em um nível de potencial suficiente para causar a ignição de gases inflamáveis, havendo registros históricos de ocorrência deste tipo de fonte de ignição. As rápidas movimentações de fluidos, como em jatos ou spray podem também gerar cargas eletrostáticas. Um jato de aerossol a partir de um recipiente pode gerar no bocal tensões eletrostáticas da ordem de 5kV.

De forma similar, tensões da ordem de 10kV ou mais podem ser geradas no bocal de um equipamento de limpeza com vapor de alta pressão. O fluxo de líquidos ou gases inflamáveis ou de poeiras combustíveis através de tubulações e de equipamentos de processo provoca a geração de cargas eletrostáticas, as quais se concentram nas superfícies dos materiais, podendo causar potenciais eletrostáticos de magnitude da ordem de muitos milhares de Volt (kV). Esta tensão eletrostática é inaceitável em áreas classificadas e deve ser eliminada por meio de assegurar que todas as tubulações e equipamentos de processo, elétricos e de automação estejam devidamente equipotencializados ou aterrados.

A utilização de materiais não metálicos, tais como equipamentos com invólucros plásticos ou sistemas de bandejamento com coberturas plásticas com elevada resistência superficial podem gerar ou acumular uma quantidade inaceitável de carregamento eletrostático em áreas classificadas, caso não sejam tomadas medidas de controle para evitar estas situações de risco potencial de fontes de ignição. Dependendo do nível de carregamento eletrostático e da energia mínima de ignição de substâncias inflamáveis, os elevados potenciais eletrostáticos são capazes de gerar centelhas que podem causar a explosão de atmosferas explosivas.

O carregamento eletrostático em líquidos é essencialmente o mesmo processo que ocorre em sólidos, mas pode depender da presença de íons ou de partículas microscópicas carregadas eletrostaticamente. Os íons ou partículas de uma polaridade podem ser adsorvidas na interface entre os líquidos, e estas, então, atraem íons de polaridade oposta, as quais formam uma camada difusa de carga eletrostática no líquido, próxima da interface. De acordo com os requisitos apresentados na especificação técnica internacional IEC TS 60079-32-1, o carregamento eletrostático por contato pode ocorrer nas interfaces de materiais sólido/sólido, líquido/líquido ou sólido/líquido.

Os gases inflamáveis não podem ser carregados, mas nos casos onde um gás inflamável contiver partículas sólidas ou gotículas de líquidos em suspensão, estas podem ser carregadas eletrostaticamente por contato, de forma que o gás inflamável pode acumular cargas eletrostáticas, com riscos de geração de centelhas. No caso de materiais sólidos dissimilares inicialmente não carregados eletrostaticamente e no potencial do sistema de terra, uma pequena quantidade de carga eletrostática é transferida de um material para o outro, quando estes entram em contato, devido ao movimento relativo entre eles. Os dois materiais são, desta forma, carregados eletrostaticamente com cargas opostas e, consequentemente, passa a existir um campo elétrico entre eles. Se os materiais são, então, separados, um trabalho é realizado para superar o efeito de atração ocasionado neste momento pelas cargas elétricas opostas e pela diferença de potencial gerada entre eles. Esta diferença de potencial tende a carregar eletrostaticamente os pontos residuais de contato.