Radiația optică – risc de aprindere în zonele cu pericol de explozie

Product Manager Ing. Doina LĂCĂTUȘU

În anumite sectoare industriale, care necesită măsurători și sisteme de comandă de proces, se utilizează din ce în ce mai mult radiația optică. Tehnologia fibrei optice este apreciată atât pentru viteza mare de transmisie a datelor cât și pentru imunitatea sa la interferențele externe în timpul transmiterii semnalelor. Radiația optică apare în special la analizoare sau la indicatoare de nivel. Dezvoltarea rapidă a LED-urilor de putere schimbă în mod semnificativ și tehnologia iluminatului. Sistemele optice apar din ce în ce mai des și în zonele periculoase. Din punctul de vedere al protecției la explozie există câteva avantaje: nu este posibilă scânteia electrică iar izolarea electrică realizată de către mediul de transmisie optică este adeseori avantajoasă. Cu toate acestea, când utilizăm sursele de radiație optică în zonele cu pericol de explozie trebuie să ținem cont de faptul că radiația în spectrul optic poate reprezenta o sursă de aprindere, mai ales dacă este concentrată. Iată mecanismele ce trebuie luate în considerare: radiația poate fi absorbită de amestecul de gaze și poate provoca explozia acestuia din cauza unei creșteri locale de temperatură sau din cauza proceselor fotochimice. Un alt pericol de aprindere a amestecului din cauza absorbției radiației ar fi variația continuă a undei în apropiere de infraroșu și în spectrul vizibil. S-a observat că aceasta este cea mai probabilă dintre toate variantele. În cele din urmă, o radiație laser concentrată ar avea ca rezultat formarea unei plasme sau o reacție a suprafeței absorbante care ar cauza aprinderea.

coelco1
Fig. 1. Aprinderea unui amestec gaz-aer prin radiatie optica la capatul înnegrit al unei fibre optice

Rezultatele studiilor

Radiația optică este descrisă ca potențiala sursă de aprindere de către Directiva Europeană 94/9/EC (Directiva ATEX). Principiile generale de protecție împotriva undelor electromagnetice din gama de frecvență 3.1011 Hz până la 3.1015Hz (gama spectrală optică) sunt prevăzute și în standardul EN 1127-1 [2]. Cu toate acestea, deoarece inițial nu exista decât puțină informație despre limitele cantitative, s-au realizat mai multe proiecte de cercetare pentru a obține limite sigure din punct de vedere operațional pentru sistemele care utilizează radiația optică. Cel mai probabil pericol de aprindere este lumina incidentă pe o suprafață absorbantă ce rezultă într-o creștere de temperatură sau o reacție a materialului absorbant care ar cauza aprinderea atmosferei explozive. Un aranjament experimental tipic constă în fibre optice de diverse diametre acoperite la un capăt (pentru simularea înnegririi capătului fibrei) cu un material adecvat care să absoarbă radiația optică în fibră pe cât de complet posibil. Capătul fibrei a fost aranjat într-un vas de testare plin cu un amestec exploziv.

Pentru materialele inerte și combustibile, s-a găsit o limită de 50 mW pentru toate mixturile gaze/aer (cu excepția CS2) la radiație continuă. Într-o serie de teste suplimentare cu mixtură de disulfit de carbon/aer, limita de aprindere a fost de 20 mW. Iradierea minimă capabilă să provoace aprinderea a fost determinată la valoarea de 10 mW/mm2. Rezultatele obținute pentru radiația continuă și diferite gaze inflamabile nu au avut o structura clară pe grupe de gaze sau clase de temperatură, așa cum se utilizează acestea pentru echipamentele electrice protejate la explozie. Dar, din fericire, s-a constatat că pentru gazele din grupa IIA combinate cu clasele de temperatura T1, T2 sau T3 nu există puteri mai mici de 200 mW care să provoace aprinderea. Datorită faptului că această combinație cuprinde majoritatea gazelor și vaporilor inflamabili, limita de mai sus are o importanță practică covârșitoare.

Pericolul cauzat de radiația pulsantă a fost cercetat utilizând două metode independente. În prima metodă s-au generat impulsuri cu o lungime situată în gama nanosecundelor și microsecundelor utilizând un laser Nd:YAG. La capătul fibrelor optice au fost atașate ținte inerte și combustibile care au fost expuse în mixturile explozive. A doua metodă de testare a constat în expunerea particulelor mici în calea laserului concentrat. Ea a avut ca rezultat cele mai joase valori de aprindere. În ambele situații, aprinderea nu a fost cauzată de o suprafață fierbinte ci în primul rând de o plasmă sau de un proces de combustie generat în materialul țintă. Energia optică minimă măsurată pentru hidrogen, propan, dietil eter, pentan și disufit de carbon în aer a fost mai mare decât energia de scânteie (minimă de aprindere) cu un factor situat între 2 și 9.

Datele obținute din cercetare au fost utilizate ca bază pentru conceptul de protecție: «radiație optică inerent sigură». Deoarece aceste date au fost determinate în condițiile de «cel mai rău caz» în laborator, ele includ deja un factor de siguranță în comparație cu situațiile din practică.

Articolul integral îl puteți citi în ediția tipărită a revistei Electricianul nr. 7/2012.

Share