OTIMIZAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE IRRADIADORES DE GRANDE PORTE E ESTUDO DE VIABILIDADE DA RECARGA DA FONTE

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1 2005 Internatinal Nuclear Atlantic Cnference - INAC 2005 Sants, SP, Brazil, August 28 t September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: OTIMIZAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE IRRADIADORES DE GRANDE PORTE E ESTUDO DE VIABILIDADE DA RECARGA DA FONTE Pabl Andrade Grssi 1, Ricard Ferracini Crrêa 2 e Faust Carvalh Pint 3 1 Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear (CDTN/CNEN) Caixa Pstal Bel Hriznte, MG pablag@cdtn.br 2 Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear (CDTN/CNEN) Caixa Pstal Bel Hriznte, MG rfc@cdtn.br 3 Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear (CDTN/CNEN) Caixa Pstal Bel Hriznte, MG fcp@cdtn.br RESUMO Em irradiadres industriais de grande prte, prcess de aument d temp útil dedicad à irradiaçã de prduts, assciad à garantia da segurança peracinal e prteçã radilógica, sã prcediments relevantes para assegurar a viabilidade ecnômica e técnica deste tip de instalaçã. O prcess de timizaçã apresentad neste trabalh fi aplicad a Labratóri de Irradiaçã Gama d Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear e abrda características técnicas, ecnômicas, nrmativas e de segurança relacinadas a este tip de instalaçã. A timizaçã da utilizaçã d irradiadr gama cnsistiu em desenvlver sistemas e prcediments para regulamentar prcess de irradiaçã nturna mnitrada, realizar um estud de viabilidade ecnômica para definiçã da peridicidade ideal de trca/recarga da fnte de cbalt- 60 e elevar a capacidade de irradiaçã n interir da câmara de irradiaçã. A timizaçã da utilizaçã de irradiadres industriais de grande prte pde elevar percentual de utilizaçã da instalaçã 30% para cerca de 80%, minimizar as perdas ecnômicas assciadas a prcess de recarga da fnte radiativa e aumentar em 50% vlume de prduts irradiads. 1. INTRODUÇÃO A aplicaçã da tecnlgia de irradiaçã gama em prcesss industriais apresenta várias vantagens quand se está tratand da preservaçã de aliments, tratament de hemderivads, esterilizaçã de prduts médics e farmacêutics e tratament de materiais diverss visand melhrament de suas prpriedades de interesse. A imprtância da tecnlgia de irradiaçã está diretamente crrelacinada à saúde e a bem estar da ppulaçã, send recnhecida cm uma tecnlgia segura e ecnmicamente sustentável. A timizaçã d prcess de irradiaçã bjetiva aument da capacidade de irradiaçã, aument d temp útil dedicad à irradiaçã de prduts e a garantia da segurança peracinal e prteçã radilógica. A definiçã de prcediments específics aplicáveis a

2 cada tip de instalaçã, embasads em dcuments nrmativs e regulatóris asseguram a viabilidade ecnômica, técnica e de segurança d prcess de timizaçã. A capacidade de prduçã em irradiadres de grande prte é definida basicamente pela atividade da fnte de Cbalt-60, pel temp efetiv de irradiaçã de prduts, temp cis gast em manutenções, recargas e testes, faixas de dse necessárias a cada prdut e capacidade em vlume u pes da câmara de irradiaçã. As metdlgias de timizaçã, apresentadas neste trabalh, fram aplicadas a Labratóri de Irradiaçã Gama - LIG d Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear - CDTN e abrdam características técnicas, ecnômicas, nrmativas e de segurança assciadas a licenciament de irradiadres industriais de grande prte, garantia da qualidade e segurança radilógica da instalaçã. Para timizar a utilizaçã d irradiadr gama, fram desenvlvids sistemas e prcediments para regulamentar a peraçã d irradiadr mnitrada pr linha telefônica, realizu -se um estud de viabilidade ecnômica para definiçã da peridicidade ideal de trca/recarga da fnte de cbalt-60 e elevu-se a capacidade em pes e vlume n interir da câmara de irradiaçã. 2. METODOLOGIAS E IMPLEMENTAÇÕES REALIZADAS PARA A OTIMIZAÇÃO DE IRRADIADORES DE GRANDE PORTE O enfque deste trabalh está ns principais fatres que influenciam na prdutividade, eficiência e qualidade d prcess de irradiaçã. Send assim, sã apresentadas análises técnicas e implementações tecnlógicas fcadas em sistemas de mnitraçã d irradiadr pr linha telefônica, substituiçã da fnte de cbalt-60 e aument da capacidade de irradiaçã n interir da câmara de irradiaçã. Ns itens a seguir serã descritas algumas metdlgias e implementações realizadas n Labratóri de Irradiaçã Gama d CDTN/CNEN visand a timizaçã d prcess de irradiaçã industrial Sistema de mnitraçã d irradiadr pr linha telefônica Situações nde crreram irradiações 24 hras a dia, cm suprte smente em hráris de recarga d irradiadr, fram relatadas n irradiadr de Sreq (The Radilgical Accident in Sreq, 1993). Cm base nesta pssibilidade de licenciament para peraçã 24 hras, fi realizada uma análise da segurança peracinal e da prteçã radilógica ds trabalhadres envlvids, visand a adequaçã d funcinament d irradiadr d CDTN à peraçã mnitrada. Basead nas diretrizes de radiprteçã e segurança descritas nas nrmas CNEN-NE.3.01 (1988), CNEN-NE.6.02 (1988) e Safety Series nº 107 (1992), fi prjetad, desenvlvid, implementad e licenciad (RASIR, 2004) um sistema de mnitraçã cm bjetiv de viabilizar a irradiaçã de prduts sem a presença de peradr na sala de peraçã. Este sistema é cmpst pr duas centrais de alarme, sensres de presença e duas discadras cm sistema de vz, cm linhas telefônicas dedicadas. O sistema de mnitraçã pde ser dividid em dis sub-sistemas, descrits a seguir. INAC 2005, Sants, SP, Brazil.

3 Mnitraçã de pssíveis falhas durante a peraçã d irradiadr Cm cndiçã de funcinament nrmal d irradiadr, surgiment de qualquer anmalia n prcess de irradiaçã gera uma indicaçã de falha n painel de cntrle d irradiadr, que é desligad autmaticamente, send necessária a intervençã d peradr e crreçã d prblema para que se reinicie prcess de irradiaçã. Utilizand sinal de indicaçã de falha, fi instalada uma central de alarme cmpsta pr uma discadra cm sistema de vz que é acinada pr este sinal. A crrer uma falha durante a peraçã, a discadra realiza chamadas telefônicas para Supervisr de Radiprteçã e para Operadr em sbreavis cm a seguinte mensagem previamente gravada: crreu uma falha na peraçã d Labratóri de Irradiaçã Gama, favr cmparecer a lcal imediatamente, infrmand sbre a parada d sistema. Caberá a Operadr e a Supervisr de Radiprteçã que estiverem de sbreavis, se deslcarem imediatamente a Labratóri de Irradiaçã Gama para verificar a causa da falha na irradiaçã e tmar as prvidências cabíveis. O sistema de mnitraçã das falhas é ligad sempre que necessári, seguind as regulamentações descritas n RASIR (2004). Durante perações nturnas mnitradas, sistema é ativad pel peradr, a términ da jrnada de trabalh diurna e desativad n reiníci de sua próxima jrnada de trabalh. Para a instalaçã da discadra fi prjetad e implementad circuit de ligaçã e acinament apresentad na Figura 2.1. Sinal da Lâmpada de Falha (PLC) + 24V CH1 R1 R2 10kΩ 15kΩ Dispar da Discadra Alimentaçã (fnte d PLC/"n break") + 24V Reguladr de Tensã 7812 Alimentaçã da Discadra + 12V R3 1,8kΩ C µF LED Figura 2.1 Esquema d circuit liga/desliga de acinament da discadra. INAC 2005, Sants, SP, Brazil.

4 Sistema de Segurança Cntra Intrus Cm medida de defesa em prfundidade, fi implementad um sistema de segurança adicinal cmpst de detetres de presença e utra discadra cm sistema de vz que mnitram a sala de cntrle e tds s pnts de acess à câmara de irradiaçã cntra invasres e/u acesss nã autrizads n Labratóri de Irradiaçã Gama LIG. A ser acinad, pela presença de algum intrus, sã realizadas ligações para a Prtaria d CDTN/CNEN, Supervisr de Radiprteçã e Operadr em sbreavis, indicand a presença de pessa nã autrizada n LIG. Cada respnsável de plantã receberá duas ligações cntend a seguinte mensagem previamente gravada: atençã, crreu um acess nã autrizad n Labratóri de Irradiaçã Gama, cmpareça a lcal imediatamente. O fiscal de segurança de plantã, previamente treinad, respnsável pela prtaria, tma as prvidências cabíveis de entrada nã autrizada n LIG, descritas na IN (DCDTN) CDTN 0404rev00 (2004). Tds s respnsáveis pela segurança da prtaria, sã devidamente rientads pel Supervisr de Radiprteçã d LIG para estas situações, send que este deve manter registr destes treinaments Substituiçã da Fnte de Cbalt Análise Ecnômica A partir d cenári ecnômic n qual estã inseridas as atividades, s clientes e s frnecedres d Labratóri de Irradiaçã Gama, realizu-se uma análise ecnômica e mercadlógica cm bjetiv de timizar a freqüência ideal para a trca / recarga da fnte de cbalt-60 assegurand assim a utilizaçã racinal ds recurss dispnibilizads a labratóri. Para se definir a viabilidade da substituiçã u recarga da fnte fi necessária uma análise das variáveis que influenciam diretamente ns aspects ecnômics assciads as prcesss de irradiaçã de prduts n LIG. Send assim, fram encntradas as seguintes variáveis para representaçã d prcess d pnt de vista financeir: Faturament da instalaçã cm a irradiaçã de prduts; Atividade média da fnte durante períd de análise; Lucr cessante em funçã d decaiment da atividade da fnte e cnseqüente diminuiçã d faturament; Custs envlvids de transprte, alcaçã da fnte e para garantir as exigências da nrma CNEN-NE.5.01 (1988) relativas a prteçã radilógica da fnte durante transprte; Cust d cbalt-60 a ser frnecid pel fabricante da fnte; Custs para cntrataçã de prfissinais especializads para realizar a instalaçã da nva fnte e calibraçã d sistema. Pr envlver um prcess de cmercializaçã internacinal, s valres envlvids sã padrnizads para uma mesma meda, n cas dólar, send que flutuações em seu valr também sã cnsideradas. INAC 2005, Sants, SP, Brazil.

5 Peridicidade ideal de recarga da fnte Após um levantament de infrmações, ctações e dads, fi pssível bter uma estimativa para s valres de cada uma das variáveis de simulaçã descritas n item anterir. Em decrrência de sigil que deve cercar perações deste tip, tais valres nã serã apresentads neste trabalh. Cm base nestes dads, fi desenvlvid um prgrama utilizand algritms de timizaçã n qual a funçã bjetiv é a maximizaçã d faturament da instalaçã cm a irradiaçã de prduts. O prgrama estimu faturament mensal médi cnsiderand peridicidades de recarga de 1, 2, 3, 5, 10 e 20 ans. A partir de simulações cm essas diferentes peridicidades de recarga, a análise ds dads gerads mstru que a peridicidade ideal está entre 2 e 3 ans Aument da capacidade de irradiaçã de prduts A prduçã de um irradiadr depende também de sua capacidade de irradiaçã, u seja, ds valres máxims limitantes em pes u vlume passíveis de serem irradiads n interir da câmara de irradiaçã. Cm cnfiguraçã riginal, fram ferecidas pel fabricante d irradiadr quatr mesas giratórias cm capacidade em pes de 150 kg u em vlume de 1 m³ cada uma, psicinadas a 1,25 m de distância d centr da fnte. A Figura apresenta s detalhes desta cnfiguraçã. Mesa mm: distância da linha de centr da fnte à brda d prdut Mesa 4 ø 533,4 mm Mesa Giratória Mesa 2 Mesa mm: distância da linha de centr da fnte a centr d prdut Figura Cnfiguraçã riginal das mesas giratórias n interir da câmara de irradiaçã. INAC 2005, Sants, SP, Brazil.

6 Os principais fatres respnsáveis pr impactar a capacidade de prcessament d irradiadr sã: Pes u vlume irradiad pr mesa; Quantidade de mesas; Psiçã/distância em relaçã a centr da fnte; Estes fatres influenciam na quantidade de prduts irradiads e n temp gast para aplicaçã das dses de radiaçã requeridas. Cm bjetiv de maximizar a quantidade de prduts irradiads e minimizar temp necessári para aplicaçã das dses fi prpsta uma nva cnfiguraçã para psicinament das mesas giratórias n interir da câmara de irradiaçã. A implementaçã desta nva cnfiguraçã levu em cnta uma série de parâmetrs, tais cm: Características de prteçã radilógica visand garantir a segurança ds trabalhadres e a integridade estrutural da fnte; Praticidade peracinal para carregament e descarregament das mesas n interir da câmara de irradiaçã; Qualidade em relaçã às dses aplicadas analisand a hmgeneidade da distribuiçã de dse n interir d prdut em funçã d tip e da densidade d material. Pnderand a influência ds fatres e parâmetrs acima citads, a nva distribuiçã das mesas n interir da câmara de irradiaçã é mstrada na Figura Mesa D Mesa 1 Mesa A Mesa 4 Mesa mm: distância da linha de centr da fnte a centr d prdut Mesa B Mesa C Mesa mm: distância da linha de centr da fnte a centr d prdut Figura Cnfiguraçã timizada das mesas giratórias n interir da câmara de irradiaçã. As mesas 1, 2, 3 e 4 fram psicinadas a 50 cm d eix da fnte, aumentad assim a taxa de entrega de dse a material. Fram adicinadas, a uma distância de 90 cm d eix da fnte, 4 nvas mesas, prjetadas pel CDTN e cujas peças de repsiçã sã ttalmente nacinais. Os efeits de blindagem ds prduts sã minimizads pels ânguls de psicinament entre as mesas internas e externas. Esta nva cnfiguraçã aumentu em 6.vezes a capacidade em pes e vlume n interir da câmara de irradiaçã INAC 2005, Sants, SP, Brazil.

7 3. CONCLUSÕES O sistema de irradiaçã mnitrada n Labratóri de Irradiaçã Gama d CDTN/CNEN fi implantad cm sucess. Fram realizads estuds e desenvlvids dispsitivs para se garantir cumpriment de dcuments nrmativs relativs à prteçã radilógica ds trabalhadres da área cntrlada e garantir a segurança nuclear, integridade e funcinalidade d sistema de irradiaçã. Cm base na filsfia de segurança de instalações nucleares, fram aplicads cnceits de defesa em prfundidade, redundância, diversidade e independência de dispsitivs de cntrle e mnitraçã. Através deste trabalh, fi pssível timizar prcess de recarga da fnte de Cbalt-60. O estud de viabilidade da freqüência de recarga a fnte, utilizand um algritm de timizaçã direcinad a Labratóri de Irradiaçã Gama, definiu a peridicidade de 2 a 3 ans cm send a freqüência ideal para a recarga. Assim, fi pssível evitar perdas de lucr cessante em funçã d decaiment da atividade da fnte e cnseqüente diminuiçã d faturament. A instalaçã d sistema de peraçã mnitrada d irradiadr elevu seu percentual de utilizaçã em temp de 30% para aprximadamente 80%. O repsicinament e instalaçã de nvas mesas n interir da câmara de irradiaçã pssibilitu um aument de até 6 vezes na capacidade de irradiaçã de prduts em pes e vlume. Cm a aplicaçã ds prcesss de timizaçã da utilizaçã d irradiadr descrits neste trabalh, fi pssível aumentar a capacidade de prduçã efetiva em até 15 vezes, em relaçã à cndiçã inicial de peraçã da instalaçã. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN-NE Diretrizes Básicas de Radiprteçã. In:. Diári Oficial da Uniã, 01/08/ COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN-NE Transprte de Materiais Radiativs. In:. Diári Oficial da Uniã, 01/08/ COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN-NE Licenciament de Instalações Radiativas. In:. Diári Oficial da Uniã, 01/08/ COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. RASIR. Relatóri de Análise de Segurança d Labratóri de Irradiaçã Gama. Bel Hriznte, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. IAEA. Radiatin Safety f Gamma and Electrn Irradiatin Facilities; Safety Series nº 107, IAEA Vienna: INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. IAEA. The Radilgical Accident in Sreq, IAEA Vienna: MDS NORDION. Operatr s Manual. Cbalt-60 Dry Strage Irradiatr IR-214 CNEN/CDTN, IN/OM 1790 IR214, Canada, CENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR. IN (DCDTN) CDTN 0404: Treinament ds Elements da Guarda d CDTN para atuaçã em crrências anômalas n Labratóri de Irradiaçã Gama, rev 00, Bel Hriznte, 8p, INAC 2005, Sants, SP, Brazil.