LA PNEUMATICA E LE ZONE POTENZIALMENTE ESPLOSIVE: LA IRETTIVA EUROPEA 94/9/EC (ATEX) al 1 Luglio 2003, tutti i prodotti messi in commercio nell Unione Europea e destinati ad essere utilizzati in zone potenzialmente esplosive, devono essere approvati secondo la direttiva 94/9/EC meglio conosciuta come ATEX. Questa nuova direttiva interessa anche i particolari non elettrici come i comandi pneumatici i quali devono essere approvati. Queste le principali novità introdotte con la nuova direttiva 94/9/EC: Rientrano nella direttiva anche apparecchiature e dispositivi non elettrici, come i cilindri pneumatici. I dispositivi sono assegnati a delle categorie le quali sono assegnate a delle determinate zone potenzialmente esplosive. I prodotti sono identificati con il marchio CE. Istruzioni di impiego e dichiarazioni di conformità devono essere forniti con ogni prodotto venduto per essere impiegato in zone potenzialmente esplosive. Prodotti destinati ad essere usati in zone potenzialmente esplosive per la presenza di polveri ricadono nella direttiva analogamente ai prodotti destinati a zone con presenza di gas pericolosi. Una atmosfera potenzialmente esplosiva può essere composta da gas, nebbie vapori o polveri che possono crearsi nelle industrie o in tutte quelle aree in cui c è la presenza, costante o saltuaria, di sostanze infiammabili. Un esplosione può verificarsi quando in una atmosfera potenzialmente esplosiva si verifica la presenza contemporanea di sostanze infiammabili e di una sorgente di innesco dell esplosione. Una fonte di innesco può essere: di origine elettrica (archi elettrici,correnti indotte, calore generato da effetto Joule). i origine meccanica (superfici calde generata dall attrito, scintille generate dall urto fra corpi metallici, scariche elettrostatiche, compressioni adiabatiche) i origine chimica (reazioni esotermiche fra materiali) Fiamme libere I prodotti soggetti ad approvazione sono tutti quelli che, durante l utilizzo normale o per cause dovute a malfunzionamento, presentino una o più sorgenti di innesco per le atmosfere potenzialmente esplosive. La responsabilità ricade sia sul costruttore del dispositivo che su chi installa questo dispositivo in una attrezzatura che deve funzionare in un atmosfera pericolosa. a questo la necessità di una cooperazione fra le parti in modo che ci sia la certezza della corrispondenza fra la classe di appartenenza del dispositivo e la zona pericolosa in cui esso verrà messo in opera. Il costruttore del dispositivo deve rispettare le indicazioni della normativa e classificare il prodotto secondo la normativa 94/9/EC; a seconda della categoria di appartenenza del prodotto, il costruttore dell impianto, che conosce la zona in cui questo andrà in funzione deve scegliere il dispositivo adatto, in accordo con la direttiva 99/92/EC. IRETTIVA EUROPEA 94/9/EC (ATEX) L UNIONE I PARTICOLARI ELETTRICI E MECCANICI Secondo la direttiva 94/9/EC, sia i dispositivi elettrici che quelli meccanici sono soggetti alla approvazione di conformità. E importante notare che il componente che è classificato nella categoria più bassa definisce la classe di appartenenza di tutto il dispositivo di cui esso fa parte. Se, ad esempio, la bobina è marcata Ex II 2 e la valvola è marcata Ex II 3 l assieme valvola+bobina non potrà essere messo in servizio in zona 1 o 21 ma solamente in zona 2 o 22. Marcatura bobina Marcatura valvola 6-22
RUPPI E CATEORIE I dispositivi per l utilizzo in zone potenzialmente esplosive sono divisi in RUPPI: RUPPO I: dispositivi usati nelle miniere RUPPO II: dispositivi per le installazioni di superficie. ISPOSITIVI PER MINIERE RUPPO I Contenuto di gas esplosivo Categoria del dipositivo da utilizzare secondo 94/9/ce Nessun limite M1 Al di sotto di un valore limite M2 ISPOSITIVI PER INSTALLAZIONI IN SUPERFICIE RUPPO II ZONE Tipologia dell atmosfera Presenza dell atmosfera pericolosa Categoria di dispositivi da utilizzare secondo 94/9/EC *indicativo 0 AS 20 POLVERE Continuativa (.1000 h/anno)* 1 1 AS 21 POLVERE Non presente durante il funzionamento normale (.10,1000 h/anno)* 2 2 AS 22 POLVERE Presenza accidentale (.0,1,10 h/anno)* 3 CORRISPONENZE FRA ZONE E CATEORIE SECONO LA 94/9/EC. ZONA 0/ZONA 20 CATEORIA 1: I dispositivi di questa garantiscono l adeguato livello di sicurezza anche in presenza di rari malfunzionamenti. Questi dispositivi sono usati in zone dove l atmosfera esplosiva è presente in maniera continuativa per lunghi periodi. ZONA 1/ZONA 21 ZONA 2/ZONA 22 CATEORIA 2: I dispositivi di questa garantiscono l adeguato livello di sicurezza in presenza di probabili malfunzionamenti. Questi dispositivi sono usati in zone dove l atmosfera esplosiva è presente in maniera occasionale. CATEORIA 3: I dispositivi di questa garantiscono l adeguato livello di sicurezza durante il loro normale funzionamento. Questi dispositivi sono usati in zone dove l atmosfera esplosiva è presente raramente e per brevi periodi. IRETTIVA EUROPEA 94/9/EC (ATEX) 6-23
MARCATURA: COME LEERLA MARCATURA PROOTTI SENZA COMPONENTI ELETTRICI (UNI EN 13463) A B C E F H L ESEMPIO II 2 c T4 T120 C x 20 C<aT<60 C A B C E F H L = Indica che il dispositivo può essere utilizzato in zona ATEX = ruppo di appartenenza: miniere oppure altro = Categoria di appartenenza: indica l uso nelle varie zone = Tipo di atmosfera esplosiva: = gas; = polvere = Metodo di protezione dalle sorgenti d innesco: c = protezione mediante sicurezza costruttiva = Classe di temperatura: massima temperatura superficiale in atmosfere con as = Massima temperatura superficiale in atmosfere con Polveri = Presenza di specifiche condizioni d uso = Temperatura ambiente per l utilizzo del dispositivo MARCATURA PROOTTI CON COMPONENTI ELETTRICI (UNI EN 13463 e CEI EN 60079) A B C E F H L M N O ESEMPIO II 3 Ex na c IIC T4 c / x 20 C<Ta<60 C II 3 Ex tc IIIC T120 C c IP65 x 20 C<Ta<60 C IRETTIVA EUROPEA 94/9/EC (ATEX) A B C E F H L M N O = Indica che il dispositivo può essere utilizzato in zona ATEX = ruppo di appartenenza: miniere oppure altro = Categoria di appartenenza: indica l uso nelle varie zone = Tipo di atmosfera esplosiva: = gas; = polvere = Indica che il dispositivo può essere utilizzato in zona ATEX = Metodo di protezione dalle sorgenti d innesco (anche più di uno) c = protezione mediante sicurezza costruttiva tc = protezione mediante custodia na = protezione antiscintilla ma,mb = protezione mediante incapsulamento ia,ib, ic = sicurezza intrinseca = Suddivisione del gruppo di esplosività IIC: sottogruppo di esplosività che comprende tutti i tipi di gas IIIC: sottogruppo di esplosività che comprende particelle combustibili, polveri conduttive e non = Classe di temperatura: massima temperatura superficiale in atmosfere con as massima temperatura superficiale in atmosfere con Polveri = c = atmosfere esplosive per presenza di as c = atmosfere esplosive per presenza di Polveri = rado di protezione = Presenza di specifiche condizioni d uso = Temperatura ambiente per l utilizzo del dispositivo 6-24
METOO I PROTEZIONE ALLE SORENTI I INNESCO Simbolo di protezione Zone 0 20 1 21 2 22 c X X X X d X X X X e X X X X i ia X X X X X X ib X X X X m X X X X n X X o X X X X p X X X X q X X X X escrizione Protezione tramite sicurezza costruttiva (PrEN13463-5) Involucro antifiamma Metodo di protezione di un apparato elettrico che contiene le parti in grado di innescare un esplosione in un involucro in grado di resistere alle pressioni generate dalle esplosioni interne Sicurezza aumentata Apparato elettrico con alto coefficiente di sicurezza Sicurezza intrinseca Circuito elettrico nel quale né le scintille né le temperature possono innescare un esplosione, durante le condizioni di utilizzo previste (normale o malfunzionamento) Incapsulamento Involucro speciale in cui le parti che potrebbero innescare un esplosione sono immerse in una sostanza che impedisce il contatto con l atmosfera esplosiva Metodo di protezione per apparecchi elettrici progettati in in modo che non inneschino l atmosfera esplosiva circostante durante il funzionamento normale e in specifiche condizioni di malfunzionamento. Ci sono 5 categorie: na (non scintillante); nc (chiusura ermetica); nr (Respirazione limitata); nl (energia limitata); np (pressurizzazione). Immersione Apparecchio elettrico immerso in olio Involucro pressurizzato La pressurizzazione rispetto alla pressione esterna è mantenuta mediante un gas inerte. Involucro contenente polvere di riempimento CLASSI I TEMPERATURE RUPPO I: Temperature # 150 C oppure # 450 C a seconda dello strato di polvere accumulato sull apparecchio. RUPPO II Classi di temperatura per gas () Temperatura superficiale ammissibile T1 450 C T2 300 C T3 200 C T4 135 C T5 100 C T6 85 C UTILIZZATORE E FORNITORE: OBBLIHI E RESPONSABILITA E importante evidenziare la necessità che le parti utilizzatore e fornitore collaborino e si scambino tutte le informazioni utili per definire la corretta tipologia di prodotti che possono essere utilizzati nel pieno rispetto delle condizioni di sicurezza. UTILIZZATORE: dopo aver svolto l analisi di rischio della propria azienda (in base alla direttiva 99/92/CE) e aver individuato la zona di rischio in cui andranno a operare i particolari acquistati, deve comunicarlo al FORNITORE, il quale deve verificare che i prodotti forniti siano compatibili con la zona indicata, che le condizioni ambientali rientrino nei limiti di funzionamento dei particolari. Inoltre deve accertarsi che siano sempre allegate ai vari prodotti le istruzioni di utilizzo. ICHIARAZIONI I CONFORMITà, CERTIFICATI, ISTRUZIONI Consultare il sito www.metalwork.it alla voce irettive e certificati, poi Atex. IRETTIVA EUROPEA 94/9/EC (ATEX) 6-25
COMPONENTI I SICUREZZA: PANORAMA NORMATIVO INTROUZIONE Il tema della sicurezza sui luoghi di lavoro è di assoluta importanza e gli enti normatori hanno sviluppato negli anni una serie di norme in continua evoluzione il cui punto focale resta la irettiva Macchine. Per assicurare la conformità della macchina, il costruttore deve verificare che soddisfi i requisiti di sicurezza elencati nella direttiva e garantire l osservanza delle norme armonizzate pubblicate nella azzetta Ufficiale dell Unione Europea relative al prodotto in questione. Le norme di sicurezza per il macchinario sono di tre tipi: norme di tipo A, che fissano i principi generali validi per la progettazione di tutti i macchinari norme di tipo B, che trattano uno o più aspetti di sicurezza per un ampia gamma di macchinari norme di tipo C, che trattano nel dettaglio una specifica categoria di macchine Tra le norme di tipo A ricordiamo le EN ISO 12100 che riportano i concetti base ed i principi generali per la progettazione di macchinari sicuri e le EN ISO 14121 che descrivono un metodo per l identificazione dei pericoli e la valutazione dei rischi. Tra le norme di tipo B spiccano le EN ISO 13849 che forniscono gli strumenti per la progettazione delle parti di sistemi di comando legate alla sicurezza delle macchine ovvero dei sistemi di comando, costituiti da componenti realizzati con varie tecnologie, che servono a ridurre il rischio connesso all utilizzo della macchina e le norme IEC 62061 che riguardano esclusivamente sistemi basati su tecnologie elettriche ed elettroniche. Una delle principali affinità tra la EN ISO 13849 e la IEC 62061 è che la prima definisce come parametro di sicurezza desiderato un indice chiamato PL (performance level) mentre la seconda identifica un parametro simile che viene denominato SIL (safety integrity level); entrambi rappresentano l affidabilità della macchina in termini di probabilità di guasto pericoloso e possono essere messi in relazione tra di loro mediante la seguente tabella: PL SIL a Nessuna corrispondenza b 1 c 1 d 2 e 3 Anche le norme EN982 e EN983 sono di tipo B e si occupano di sicurezza, ma a differenza delle precedenti sono relative ai componenti (rispettivamente idraulici e pneumatici) invece che alle parti di comando. COMPONENTI I SICUREZZA: PANORAMA NORMATIVO Quando, per la macchina in questione, esistono norme di tipo C, il costruttore può seguire direttamente tali norme per conseguire la presunzione di conformità alla irettiva Macchine; se non esiste una norma di tipo C è comunque necessario seguire una strategia di riduzione del rischio come quella descritta nelle norme armonizzate di tipo A e B. alla revisione denominata 98/37/EC la irettiva Macchine non tratta solamente le macchine ma anche i componenti di sicurezza, ovvero quei componenti appositamente prodotti e commercializzati allo scopo di realizzare una funzione di sicurezza e la cui rottura o malfunzionamento mette a repentaglio la sicurezza e la salute delle persone. LA NORMA EN ISO 13849 Quando non esistono norme specifiche di tipo C per la macchina in questione, il costruttore può utilizzare la strategia di riduzione del rischio indicata nella EN ISO 13849. La norma è divisa in due parti: nella prima parte vengono riportati i principi generali ed il metodo da seguire; la seconda parte è dedicata alla validazione dei risultati. Secondo quanto riportato nella prima parte della norma, il progettista della macchina può ridurre il rischio progettando opportune parti del comando legate alla sicurezza (SRP/CS - safety-related parts of a control system) che svolgono una o più funzioni di sicurezza, quali l arresto d emergenza, la prevenzione dall avviamento inatteso, l isolamento e la dissipazione dell energia, ecc Riportiamo ad esempio una funzione costituita da tre SRP/CS: una barriera di sicurezza (ingresso - sensore), un PLC (elaborazione - logica) e una valvola (uscita - attuatore); in caso di intrusione la barriera invia un segnale al PLC che comanda la valvola la quale a sua volta ha il compito di mettere a scarico una sezione del circuito pneumatico in pressione eseguendo in tal modo la funzione di isolamento e dissipazione dell energia pneumatica. Sensore Logica Attuatore 6-26
Per ogni funzione di sicurezza si deve determinare il Performance Level richiesto (PLr) secondo la procedura indicata nell allegato A della norma. A tale scopo vanno valutati: la gravità della lesione (S) derivante dall eventuale guasto la frequenza di esposizione al pericolo (F) la possibilità di evitare il pericolo (P) Se ad esempio la gravità della lesione derivante dal guasto è bassa e/o la frequenza di esposizione al pericolo è bassa e/o la possibilità di evitare il pericolo è elevata, il PLr sarà basso. Viceversa se la gravità e/o la frequenza di esposizione sono alte e/o la possibilità di evitare il pericolo è bassa allora il PLr per quella funzione di sicurezza sarà elevato. Quindi il progettista della macchina per ogni SRP/CS o combinazione di SRP/CS che svolgono una funzione di sicurezza deve determinare il livello di prestazione PL ottenibile. A tale calcolo devono essere utilizzati alcuni dati, tra i quali riportiamo: MTTFd (Mean Time To Failure) dei singoli componenti C (iagnostic Coverage) CCF (Common Cause Failure) Struttura della funzione La conformità dei componenti utilizzati ai principi di sicurezza di base e/o ben provati L MTTFd, che è il tempo medio tra due guasti pericolosi, si può ottenere avendo a disposizione i dati sul ciclo di lavoro della funzione di sicurezza ed il B10d dei componenti, ovvero il numero di cicli ai quali il 10% dei componenti in questione si guasta in maniera pericolosa; il B10d è pari al doppio del B10 che a sua volta è un indice di affidabilità del componente ricavabile seguendo quanto indicato nelle norme EN ISO 19973. I valori del B10d dei prodotti Metal Work sono pubblicati sul sito web: http://www.metalwork.it/ita/dirett_macchine.html. C e CCF, ovvero copertura diagnostica e stima dei guasti di causa comune, vengono ricavati con l ausilio delle appendici alla norma EN ISO 13849-1; per la determinazione del C ci si può aiutare con strumenti per l analisi delle modalità e degli effetti dei guasti come, per esempio, la FMEA. La struttura della funzione dipende dalla sua architettura. Si può avere ad esempio un architettura a singolo canale non monitorato: ove: im: mezzo di interconnessione i: dispositivo di ingresso, per esempio sensore l: logica o: dispositivo di uscita, per esempio valvola COMPONENTI I SICUREZZA: PANORAMA NORMATIVO 6-27
Si passa quindi all architettura semplice canale con diagnostica; in questo caso esiste un modulo denominato Test Equipment (TE) che fornisce un output (OTE) legato in qualche modo allo stato della funzione di sicurezza: ove: im: mezzo di interconnessione i: dispositivo di ingresso, per esempio sensore l: logica m: mezzo di sorveglianza o: dispositivo di uscita, per esempio valvola ote: OUTPUT del Test Equipment te: Test Equipment Un terzo esempio è un architettura a doppio canale che sfrutta la ridondanza della funzione: se una linea si guasta, l altra rimane attiva: ove: im: mezzo di interconnessione i1, I2: dispositivo di ingresso, per esempio sensore l1, L2: logica m: mezzo di sorveglianza o1, O2: dispositivo di uscita, per esempio valvola c: sorveglianza incrociata COMPONENTI I SICUREZZA: PANORAMA NORMATIVO Per la conformità dei componenti utilizzati ai principi di sicurezza di base e/o ben provati si tratta di valutare una serie di considerazioni riportate nelle norme EN ISO 13849 che garantiscono che le SRP/CS ed i relativi componenti rispondano a taluni principi di progettazione, costruzione ed assemblaggio. Con tali dati il progettista della macchina può determinare la categoria della funzione di sicurezza (che può essere, in ordine crescente di importanza, B, 1, 2, 3 oppure 4) ed il PL raggiunto; si tratta quindi verificare che sia maggiore o uguale al PLr richiesto. 6-28