Prensa-Cabos à Prova de Explosão com Barreira de Resina Epóxi (Ex d Barrier Glands)

Os Prensa-Cabos à Prova de Explosão com Barreira de Resina (Ex d Barrier Glands ou Compound Barrier Cable Glands, normalizados pelas normas internacionais ABNT NBR IEC 60079-0, NBR IEC 60079-1, ABNT NBR IEC 60079-14 e IEC 62444) constituem o componente mais crítico de terminação de cabos em instalações elétricas de áreas classificadas.

Em instalações industriais pesadas de refino de petróleo, plataformas de exploração offshore e unidades de transporte de gás combustível, cabos elétricos multicondutores de força e controle penetram continuamente nos invólucros à prova de explosão (Ex d). Se a entrada de cabos for realizada por um prensa-cabo convencional de compressão elástica (que aperta apenas a capa de borracha externa), os interstícios microscópicos vazios existentes entre as veias internas de cobre funcionam como dutos capilares livres.

Caso ocorra uma deflagração interna no invólucro Ex d, a frente de chama e os gases superaquecidos a $10\text{bar}$ de pressão penetram nesses capilares do cabo, propagando o fogo internamente por dentro da capa em direção a outros painéis situados em áreas seguras ou rompendo a cobertura plástica a vários metros de distância. O prensa-cabo com barreira soluciona definitivamente essa vulnerabilidade catastrófica por meio do encapsulamento dos condutores singelos em um tampão monolítico de resina epóxi bicomponente termofixa de alta resistência mecânica.

          FENÔMENO DE MIGRAÇÃO CAPILAR E A SOLUÇÃO POR BARREIRA
  (A) RISCO COM PRENSA-CABO COMUM DE BORRACHA:
   Invólucro Ex d (P_expl = 10 bar)         Cabo Multicondutor Armado
  +--------------------------------+       +-------------------------------+
  |  EXPLOSÃO INTERNA              | Fuga  | Capa externa comprimida       |
  |  Fogo entra entre as veias ===>|======>| Interstícios vazios livres    |
  |  do cabo multicondutor         |       | Fogo propaga por dentro! =====>
  +--------------------------------+       +-------------------------------+

  (B) SEGURANÇA TOTAL COM PRENSA-CABO COM BARREIRA DE RESINA:
   Invólucro Ex d (P_expl = 10 bar)         Câmara de Barreira
  +--------------------------------+     +--[ RESINA EPÓXI ]---------------+
  |  EXPLOSÃO INTERNA              |     |  Veias desencapadas e           |
  |  Pressão de 10 bar esbarra ===>|====>|  100% seladas em bloco epóxi.   |
  |  no tampão monolítico sólido   |     |  ZERO MIGRAÇÃO DE GÁS OU CHAMA! |
  +--------------------------------+     +---------------------------------+

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1. Topologia Construtiva e Detalhamento da Seção Transversal

A arquitetura mecânica de um prensa-cabo com barreira é uma obra de engenharia de precisão com usinagem metálica maciça, cone cônico de aterramento e câmara de injeção de resina seladora. O corte transversal a seguir ilustra a anatomia de um modelo de duplo aperto para cabos armados.

Elementos Constituintes e Identificação (Callouts ① a ⑥):

• ① Niple Roscado de Entrada Ex d ($\ge 5$ Fios Engrenados): Extremidade usinada com rosca métrica ISO (M20 a M100 com passo $\ge 1,5\text{mm}$) ou cônica NPT ($1/2"$ a $4"$). O engrenamento rosqueado na parede do invólucro atua como uma junta roscada antichama regulamentar, garantindo o resfriamento de gases pelo labirinto metálico dos filetes conforme a NBR IEC 60079-1.
• ② Câmara de Barreira Seladora com Resina Epóxi Bicomponente: Tubo cilíndrico metálico onde é vertida ou injetada a massa epóxi de dois componentes (potting compound). Após o processo de cura exotérmica, o bloco de resina forma uma rocha rígida aderida à carcaça metálica e ao isolamento dos condutores com comprimento axial de barreira $L_b\ge 25\text{mm}$.
• ③ Cone e Capa de Travamento da Armadura Metálica (SWA/STA): Mecanismo bi-partido cônico que prensa firmemente as tranças ou fios de aço galvanizado da armadura contra o corpo do prensa-cabo. Garante duas funções vitais: retenção mecânica axial contra arrancamento do cabo e continuidade galvânica de terra para escoamento de correntes de curto-circuito de falta para a carcaça.
• ④ Anel de Vedação Traseiro de Compressão Elastomérica (IP66/IP68): Guarnição toroidal em neoprene, silicone ou borracha fluoroelastomérica (Viton) que comprime a capa externa impermeável do cabo ao ser apertada a porca traseira, impedindo a penetração de umidade pluvial, névoa salina marítima e partículas sólidas de poeira.
• ⑤ Condutores Singelos Espaçados e Selados Individualmente: As veias de cobre são abertas e separadas mecanicamente por uma cruzeta plástica distanciadora (separator) durante a injeção da resina, assegurando que o composto epóxi preencha $100\%$ do espaço anular entre os condutores, eliminando bolhas de ar ou caminhos capilares residuais.
• ⑥ Corpo Externo em Latão Niquelado ou Aço Inoxidável AISI 316L: Carcaça usinada de altíssima resistência à tração e corrosão atmosférica em plantas petroquímicas e plataformas marinhas, isenta de trincas por corrosão sob tensão (stress corrosion cracking).

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2. O Critério Decisório Normativo da ABNT NBR IEC 60079-14

A seleção do tipo correto de prensa-cabo para invólucros Ex d é uma das áreas com maior índice de erros em projetos industriais. A norma NBR IEC 60079-14 estabelece um fluxograma decisório mandatório para determinar se um prensa-cabo convencional com anel elastomérico é suficiente ou se a barreira de resina é obrigatória por lei:

          FLUXOGRAMA DECISÓRIO DE PRENSA-CABOS (NBR IEC 60079-14)
                   [ Entrada de Cabo em Invólucro Ex d ]
                                     |
                                     v
                  +--------------------------------------+
                  | O invólucro abriga uma fonte interna |
                  | de ignição (contatores, relés, etc.)?|
                  +------------------+-------------------+
                                     | SIM
                                     v
                  +--------------------------------------+
                  | A área é classificada como ZONA 1    |
                  | e os gases pertencem ao GRUPO IIC?   |
                  +---------+------------------+---------+
                            | NÃO              | SIM
                            v                  v
     +----------------------------------+   +========================+
     | O volume livre interno do        |   | O USO DE PRENSA-CABO   |
     | invólucro Ex d excede 2,0 Litros?|   | COM BARREIRA DE RESINA |
     +---------+------------------------+   | É MANDATÓRIO POR LEI!  |
               | SIM                        +========================+
               v                                       ^
    +========================+                         |
    | O USO DE PRENSA-CABO   |                         |
    | COM BARREIRA DE RESINA |                         |
    | É MANDATÓRIO POR LEI!  |                         |
    +========================+                         |
               ^ NÃO                                   |
               |                                       |
    +----------+---------------------------------------+
    | O cabo NÃO é substancialmente circular, compacto |
    | e preenchido com extrusão impermeável interna?   |
    +--------------------------------------------------+
               | NÃO (Cabo circular compacto e V ≤ 2 L)
               v
    +--------------------------------------------------+
    | Permitido prensa-cabo com anel de vedação comum  |
    +--------------------------------------------------+

Síntese das Três Condições de Obrigatoriedade:

O uso de prensa-cabo com barreira seladora de resina é estritamente obrigatório sempre que ocorrer qualquer uma das seguintes condições:

1. O invólucro Ex d contém contatos de comutação sob carga (fontes de ignição) e seu volume interno é superior a $2,0\text{litros}$.
2. A atmosfera externa contém gases do Grupo IIC (ex: Hidrogênio, Acetileno).
3. O cabo elétrico de campo não atende aos requisitos de compacidade circular (não possui preenchimento extrudado que elimine os interstícios entre veias).

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3. Propriedades Físico-Químicas da Resina Epóxi e Testes Hidrostáticos

3.1 Composição e Processamento da Resina

A massa de selagem é formulada à base de resina epóxi pura com carga mineral inerte de sílica fundida (que confere condutividade térmica e resistência à chama) combinada com um agente endurecedor poliamínico (hardener):

• Tempo de Trabalhabilidade (Pot Life): $15\text{ a }25\text{minutos}$ a $20^{\circ }\text{C}$. Permite ao eletricista moldar a massa manualmente ou injetá-la com seringa aplicadora ao redor dos fios.
• Tempo de Cura Funcional: $2\text{ a }4\text{horas}$ para cura mecânica; $24\text{horas}$ para cura dielétrica completa.
• Faixa Térmica de Operação Contínua: $-60^{\circ }\text{C}$ até $+130^{\circ }\text{C}$.
• Resistência Dielétrica: $>20\text{kV/mm}$ a $60\text{Hz}$.

3.2 Resistência Mecânica ao Empuxo Hidrostático (Blow-out Resistance)

Durante o ensaio de tipo de conformidade exigido pela NBR IEC 60079-1, a barreira de resina montada no niple é submetida a um ensaio hidrostático estático sem os condutores elétricos, aplicando-se uma sobrepressão de:

$P_{ensaio}=4\times P_{referencia}\ge 3,0\text{MPa}\approx 30\text{bar}(300\text{m.c.a.})$

O tampão cilíndrico de resina suporta essa força axial por meio da tensão cisalhante interfacial desenvolvida entre a resina e a superfície metálica estriada do corpo interior:

$F_{pressao}=P_{ensaio}\cdot A_{tampao}=P_{ensaio}\cdot \left(\frac{\pi \cdot d_{int}^2}{4}\right)$

${\tau }_{cis}=\frac{F_{pressao}}{\pi \cdot d_{int}\cdot L_b}=\frac{P_{ensaio}\cdot d_{int}}{4\cdot L_b}$

Para um prensa-cabo tamanho M25 ($d_{int}\approx 20\text{mm}$) com comprimento de resina $L_b=25\text{mm}$ sob $P_{ensaio}=3,0\text{MPa}$:

${\tau }_{cis}=\frac{3,0\times 10^6\cdot 0,020}{4\cdot 0,025}=0,60\text{MPa}=600\text{kPa}$

Como a resistência de adesão ao cisalhamento da resina epóxi em latão limpo excede $8\text{ a }12\text{MPa}$, o tampão opera com coeficiente de segurança estrutural superior a $10$, tornando impossível a sua ejeção mecânica durante uma explosão de campo.

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4. Retenção Mecânica e Continuidade de Aterramento (IEC 62444)

Os prensa-cabos exercem duas funções simultâneas de segurança mecânica e elétrica conforme a norma IEC 62444 (Cable glands for electrical installations):

                  CONEXÃO ELÉTRICA DA ARMADURA
                   Cone de Fixação Cônico
                  +--------------------+
                  |    Corpo Metálico  |
   Flange Aterrada|  \                 |
   =============+ |   \  Fios de Aço   |   Corrente de Curto-Circuito (Icc)
   da Carcaça   | |====>============   |   escoa sem fusão pelo cone
   Ex d         | |   /  da Armadura   |   (Norma IEC 62444: Icc > 3 kA)
   =============+ |  /                 |
                  +--------------------+

4.1 Ensaio de Retenção Axial contra Arrancamento

O aperto mecânico da armadura de aço galvanizado (SWA) deve suportar uma força de tração longitudinal sem escorregamento do cabo superior a:

$F_{tracao}\ge 20\cdot D_{ext}\text{[Newtons]}$

Onde $D_{ext}$ é o diâmetro externo total do cabo expresso em milímetros. Para um cabo alimentador de $D_{ext}=35\text{mm}$, o prensa-cabo suporta uma força direta de tração de:

$F_{tracao}\ge 20\cdot 35=700\text{N}$

4.2 Capacidade de Condução de Corrente de Curto-Circuito de Terra

Em caso de falha de isolação fase-carcaça no interior do motor ou no leito de cabos, a armadura do cabo conduz a corrente de curto-circuito para o sistema de aterramento da planta. O cone de bronze/latão deve suportar a densidade de corrente de falta sem centelhamento térmico ou fusão do niple:

$I_{cc\_admissivel}\ge 3,0{\text{kA}}_{\text{rms}}\text{por }1,0\text{segundo}$

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5. Dimensionamento Completo e Exemplo Numérico Resolvido

Cenário de Aplicação:

Especificar e calcular a montagem do prensa-cabo à prova de explosão com barreira de resina para a entrada do cabo de alimentação de um compressor centrífugo acionado por motor de $90\text{kW}$ em uma planta de hidrogênio (Zona 1, Grupo IIC, $T_{amb}=45^{\circ }\text{C}$). O invólucro do painel de controle tem volume livre interno de $V=14\text{litros}$ e abriga disjuntores de manobra.

                  PARÂMETROS DIMENSIONAIS DO CABO
   Condutores: 3 x 35 mm² + 1 x 18,5 mm² Cobre EPR 90 °C
   ============================================================
   (1) Diâmetro sob a Armadura Interna:     d_int  = 22,4 mm
   (2) Espessura dos Fios de Aço da Armadura: e_fio = 1,60 mm
   (3) Diâmetro sobre a Armadura:           d_arm  = 25,6 mm
   (4) Diâmetro Externo Total da Capa:      D_ext  = 30,2 mm
   ============================================================

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Passo 1: Validação da Exigência Normativa de Barreira

Verificação dos três parâmetros da NBR IEC 60079-14:

1. O invólucro contém fontes de ignição (disjuntores)? SIM.
2. O volume livre é superior a $2,0\text{litros}$? SIM ($V=14\text{L}>2\text{L}$).
3. A área possui atmosfera com gás de Grupo IIC (hidrogênio)? SIM.

Conclusão Técnica: O uso de prensa-cabo com barreira seladora de resina epóxi é rigorosamente obrigatório. O uso de prensa-cabo convencional com anel elastomérico é proibido e anula a certificação da planta.

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Passo 2: Seleção do Tamanho Nominal do Prensa-Cabo

Consultando a tabela de engenharia do fabricante certificado INMETRO para cabos armados tipo SWA:

Tamanho Nominal	Rosca Métrica de Entrada	Faixa de Diâmetro sob Armadura ($d_{int}$)	Faixa de Diâmetro Externo ($D_{ext}$)	Espessura de Fio de Aço Aceita
M25	$\text{M}25\times 1,5$	$13,0\text{ a }20,0\text{mm}$	$18,0\text{ a }27,5\text{mm}$	$1,25\text{ a }1,60\text{mm}$
M32	$\text{M}32\times 1,5$	$19,5\text{ a }26,5\text{mm}$	$26,0\text{ a }33,5\text{mm}$	$1,60\text{ a }2,00\text{mm}$
M40	$\text{M}40\times 1,5$	$25,0\text{ a }32,5\text{mm}$	$33,0\text{ a }41,0\text{mm}$	$1,60\text{ a }2,00\text{mm}$

• O cabo possui $d_{int}=22,4\text{mm}$ (enquadra-se em $19,5\text{ a }26,5\text{mm}$).
• O cabo possui $D_{ext}=30,2\text{mm}$ (enquadra-se em $26,0\text{ a }33,5\text{mm}$).
• A armadura possui fios de $1,60\text{mm}$ (compatível com a faixa aceita).

Tamanho Selecionado: Prensa-Cabo M32 com Rosca Métrica ISO M32 $\times 1,5$.

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Passo 3: Verificação do Engrenamento da Rosca Antichama

Para invólucros Ex d de Grupo IIC, a norma NBR IEC 60079-1 impõe que a entrada roscada métrica garanta no mínimo 5 fios de rosca completamente engrenados com profundidade axial $L_r\ge 8,0\text{mm}$.

• Passo da rosca métrica: $p=1,5\text{mm}$.
• Comprimento do niple roscado do prensa-cabo M32: $L_{rosca}=15,0\text{mm}$.
• Número de fios engrenados: $N_{fios}=\frac{L_{rosca}}{p}=\frac{15,0\text{mm}}{1,5\text{mm}}=10\text{ fios engrenados}$

Como $N_{fios}(10)>5$ e $L_{rosca}(15\text{mm})>8\text{mm}$, a junta roscada atende plenamente aos requisitos de resfriamento de gases do Grupo IIC.

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Passo 4: Cálculo da Força de Retenção Mecânica do Cabo

A força mínima de retenção axial exigida pela IEC 62444:

$F_{tracao}\ge 20\cdot D_{ext}=20\cdot 30,2=604\text{N}$

O cone de travamento mecânico para rosca M32 desenvolve, sob aperto com torque nominal de $65\text{N}\cdot \text{m}$, uma força axial de compressão radial na armadura que suporta até $3500\text{N}$, superando a norma em mais de $5$ vezes.

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6. Procedimento de Aplicação em Campo e Erros Fatais

A integridade do prensa-cabo com barreira depende do rigor manual do instalador. Erros no manuseio da resina anulam a proteção física:

              ERROS FATAIS NA APLICAÇÃO DA RESINA SELADORA
 +----------------------------------+------------------------------------+
 | ERRO GRAVE EM CAMPO              | CONSEQUÊNCIA CATASTRÓFICA          |
 +----------------------------------+------------------------------------+
 | Veias de cobre unidas sem        | A resina não penetra entre os fios;|
 | espaçador plástico central       | cria canal capilar direto de chama.|
 +----------------------------------+------------------------------------+
 | Homogeneização incompleta da     | A massa epóxi não cura totalmente, |
 | resina bicomponente              | permanecendo pastosa sob pressão.  |
 +----------------------------------+------------------------------------+
 | Energização do painel antes do   | A onda de choque da explosão ejeta |
 | tempo mínimo de cura (4 horas)   | a resina mole para fora do niple.  |
 +----------------------------------+------------------------------------+
 | Uso de fita veda-rosca teflon    | Interrompe o contato elétrico metal|
 | na rosca métrica Ex d            | metal exigido para terra e chamas. |
 +----------------------------------+------------------------------------+

Protocolo de Instalação Segura:

1. Decapar a capa externa do cabo e cortar a armadura no comprimento exato do cone cônico.
2. Decapar a capa plástica interna no comprimento da câmara seladora, expondo os condutores isolados.
3. Instalar o espaçador mecânico (separator) entre as veias para garantir abertura periférica uniforme.
4. Misturar homogeneamente as partes A e B da resina seladora por no mínimo 3 minutos até cor uniforme.
5. Injetar a resina na câmara, preenchendo todos os interstícios sem deixar bolsas de ar oclusas.
6. Aguardar a cura completa (mínimo $4\text{horas}$ a $20^{\circ }\text{C}$) antes de movimentar o cabo ou energizar o sistema.

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7. Ficha Técnica Padronizada de Especificação de Engenharia

Campo de Engenharia	Requisito Típico de Projeto	Norma de Referência
Marcação de Certificação	Ex db IIC Gb / Ex eb IIC Gb / Ex tb IIIC Db	NBR IEC 60079-0 / 60079-1 / 60079-7
Grau de Proteção Mecânica	IP66 / IP68 ($30\text{metros}$ de coluna d’água por 7 dias)	ABNT NBR IEC 60529
Material do Corpo Metálico	Latão niquelado quimicamente (ou Aço Inox AISI 316L)	ASTM B16 / AISI 316L
Composto de Vedação Interno	Resina epóxi bicomponente termofixa de cura rápida	Teste de choque térmico IEC 60079-1
Tipo de Rosca de Entrada	Métrica ISO M20 a M75 (ou NPT $1/2"$ a $3"$)	ISO 965-1 / ASME B1.20.1
Pressão Hidrostática de Teste	$\ge 30\text{bar}$ ($3,0\text{MPa}$) por $2\text{minutos}$ sem vazamento	NBR IEC 60079-1 cláusula 15
Temperatura de Serviço	$-60^{\circ }\text{C}\le T_s\le +130^{\circ }\text{C}$	Ensaio térmico estático

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