Sistemas Instrumentados de Segurança para uma Unidade de Produção de Biodiesel

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1 Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências Curso de Especialização em Engenharia de Instrumentação Sistemas Instrumentados de Segurança para uma Unidade de Produção de Biodiesel Amaro Miguel da Silva Filho Orientador: Prof. Dr. José Geraldo de Andrade Pacheco Monografia apresentada ao Centro de Tecnologia e Geociências da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos para obtenção do Certificado de Especialista em Engenharia de Instrumentação Recife, 2008

2 Resumo Sistemas Instrumentados de Segurança para uma Unidade de Produção de Biodiesel Amaro Miguel da Silva Filho Janeiro/2009 Orientador: Prof. Dr. José Geraldo de Andrade Pacheco Área de concentração: Eletrônica Palavras-chaves: Instrumentação, Automação, Segurança, Biodiesel. Há algumas décadas que o mundo busca um desenvolvimento sustentável, ambientalmente correto, socialmente justo e economicamente viável. Estudos apontam para a necessidade de adoção imediata de medidas mitigadoras ou de reversão dos danos ao meio-ambiente. O Brasil, além de aprofundar-se no uso de energias limpas e renováveis, deter posição de vanguarda na tecnologia e produção do etanol e apresentar vocação natural para agronegócios, vem caminhando para a utilização cada vez maior do biodiesel. Por outro lado, a saúde e a segurança ocupacional vêm ganhando importância nas empresas no mundo todo. Sobretudo em áreas relativamente recentes como a de produção de biodiesel. Neste cenário, a utilização da instrumentação como ferramenta para garantir o controle de riscos, vem ao encontro da necessidade das organizações pela sua eficácia, para a melhoria da saúde ocupacional e segurança de seus colaboradores. O trabalho aqui desenvolvido se coloca neste cenário para propor um sistema instrumentado de segurança, baseado nas normas legais e práticas do mercado, para uma unidade de produção de piloto biodiesel, situada no município de Caetés, Pernambuco, ainda não automatizada. Foi necessária a construção o diagrama de processo através de software específico, levantamento dos riscos a saúde ocupacional, por meio de visitas realizadas a unidade e reuniões com o responsável e os funcionários, utilizando uma lista de verificação. Os dados identificaram as áreas de recuperação e secagem, lavagem, reação, assim como os reatores, coluna de destilação e centrífuga como maiores ofensores à saúde e segurança. Através da seqüencia da aplicação de HAZOP e análise de árvore de falhas foi possível definir o nível de segurança (SIL2) exigido e a construção dodiagrama de instrumentação da planta. Estes definem o acionamento/desligamento de bombas, abertura/fechamento das válvulas de controle para manter ou levar o nível de segurança para valores previamente definidos.

3 Sumário 1 Introdução Revisão bibliográfica e fundamentos teóricos...9 Metodologia...8 Controles Iniciais...8 Resultados - Prevenção de Riscos Utilizando Sistemas Instrumentados de Segurança Conclusões, melhorias possíveis e trabalhos futuros...70 Controles Iniciais...76

4 Lista de Tabelas Tabela 1: Níveis de segurança (SILs) em sistemas que operam em baixa demanda e alta demanda...26 Tabela 2: Relacionamento entre falha sobre demanda, disponibilidade do sistema de segurança e redução do risco...29 Tabela : Modelo do formulário de avaliação de riscos aplicado ao estudo... Tabela : Avaliação de riscos da usina de biodiesel classificado por área...5 Tabela 5: Avaliação de riscos da usina de biodiesel classificado equipamento...6 Tabela 6: Comparação do processo de produção do biodiesel metílico e etílico...8 Tabela 7: Avaliação de riscos do reator de transesterificação...50 Tabela 8: Resultado do HAZOP direcionado para eventos de risco a segurança para o reator de transesterificação...52

5 Lista de Figuras Figura 1: Processo de produção de biodiesel em bateladas...11 Figura 2: Diagrama de instalação de um termopar....1 Figura : Diagrama de um transdutor de pressão Figura : Diagrama de instalação de um transdutor nível por deslocamento...15 Figura 5: Diagrama de montagem de um transdutor de nível por pressão diferencial...16 Figura 6: Elementos de um sistema de Saúde e Segurança Ocupacional...18 Figura 7: Sistemas de segurança em camadas Figura 8: Componentes básicos de um sistema instrumentado de segurança...2 Figura 9: Relacionamento SIS, função instrumentada de segurança, e nível de segurança...2 Figura 10: Ciclo de vida completo de um sistema de segurança...26 Figura 11: Conceito geral para redução de risco Figura 12: Técnica qualitativa utilizando gráfico de risco....0 Figura 1: Relacionamento entre os padrões IEC e IEC Figura 1: Unidade de produção piloto de biodiesel de Caetés...5 Figura 15: Fluxograma de produção de biodiesel na unidade piloto de Caetés...6 Figura 16: Processo de neutralização do óleo vegetal....7 Figura 17: Processo de secagem do óleo vegetal...7 Figura 18: Etapa de transesterificação do óleo vegetal...8 Figura 19: Processo de lavagem do biodiesel...9 Figura 20: Planta de produção de biodiesel de Caetés...0 Figura 21: Avaliação de risco por área da usina....6 Figura 22: Gráfico da avaliação de riscos por equipamento da usina...7 Figura 2: Instrumentação básica do reator de transesterificação com indicação dos alarmes, controladores, indicadores e válvulas de controle de temperatura, pressão e nível...55 Figura 2: Árvore de falhas para análise de alta pressão no reator de transesterificação...56 Figura 25: Análise dos cenários de falhas de alta pressão sem a presença dos sistemas de segurança...57 Figura 26: Análise dos cenários de falhas de alta pressão utilizando outras tecnologias...58 Figura 27: Instrumentação básica do reator de transesterificação com instrumentação e controle duplicado...59 Figura 28: Análise dos cenários de falhas de alta pressão utilizando SIS...60 Figura 29: Análise dos cenários de falhas de alta temperatura...61 Figura 0: Análise dos cenários de falhas de alta temperatura utilizando SIS...62 Figura 1: Análise dos cenários de falhas de nível anormal...62 Figura 2: Análise dos cenários de falhas de nível anormal com função de segurança...6 Figura : Sistema instrumentado de segurança aplicado ao reator de transesterificação...6

6 1 Introdução No cenário mundial a questão da segurança e saúde no trabalho representa um desafio para os governos e para as organizações, considerando o custo social decorrente dos acidentes de trabalho. Segundo a organização internacional do trabalho (OIT) (ILO, 200), dois milhões de pessoas, aproximadamente, morrem anualmente em todo o mundo decorrente de acidentes de trabalho ou são acometidos por doenças de origem ocupacional. Há também grande quantidade de mutilados resultantes da ocorrência anual de cerca de 270 milhões de acidentes, incluindo acidentes fatais e não fatais, numa população ativa da ordem de 2,7 bilhões de pessoas em todo o mundo. Este cenário promove e suscita a discussão sobre a importância dos temas relacionado à prevenção de acidentes do trabalho em função do significado de suas conseqüências e sua extensão no cenário mundial. No aspecto social, o acidente de trabalho e a doença ocupacional são fatores que fomentam a miséria social, seja pela diminuição de renda, seja pela incapacidade para o trabalho e mesmo a perda de vidas. Lapa (2006) ressalta que recentemente houve exemplos advindos da introdução da gestão da qualidade nas organizações que aliada à competição mundial possibilitou alcançar níveis de produtividade jamais imaginados. Essa mesma experiência está migrando para a adoção de sistemas de gestão ambiental, ocupacional e de segurança, os quais podem constituir meios poderosos de reversão desse cenário indesejável. Se a sociedade empresarial não se sensibiliza com os números catastróficos de acidentes e doenças, nem com a dor social que eles causam que se sensibilizem pelas perdas econômicas mensuráveis que eles representam. Avaliações da OIT indicam que as perdas por acidentes de trabalho e doenças ocupacionais são estimadas em % do PIB Produto Interno Bruto mundial (ILO, 200). Normalmente, os custos decorrentes dos acidentes de trabalho são embutidos aos custos do produto. São esses os custos envolvidos com tratamento médico, recuperação de instalações, reposição de equipamentos, seguros e indenizações. Dessa forma, a adoção de práticas de segurança

7 do trabalho, dentro das organizações, passa a ser tratada como uma condição para dar sustentabilidade ao negócio. Assim, o espírito prevencionista vem conquistando um considerável espaço nos planos estratégicos e táticos das organizações, refletindo-se no aumento de importância que se vem dando às certificações dos sistemas de gestão de saúde e segurança do trabalho no mundo. Ao se falar em prevenção naturalmente deve-se pensar em antecipar os fatores geradores de acidentes e doenças o que possibilita adotar medidas adequadas de prevenção e proteção. Em outras palavras, significa gerir os riscos de modo que essa gerência conduza a resultados que contribuam para amenizar e reverter esse cenário onde se perde a vida e capacidade de trabalho paradoxalmente na conquista do sustento, sobrevivência e na busca de melhores condições e qualidade de vida. De acordo com Lapa (2006), o gerenciamento de riscos é uma prática recomendada na própria legislação citada nas normas regulamentadoras do Ministério do Trabalho NR 5; NR 9; NR 18; NR 10; NR 22; NR 29 e mais recentemente na NR 2 (MTE, 2005). Além da citação em legislação do país, os principais modelos de gestão disponíveis e adotados no país e no exterior dedicam pelo menos um requisito a esse tema. Exemplo são as Normas BS 8800:1996 (BRITISH STANDARD INSTITUTION, 1996), as Normas OHSAS 1800:1999 (BRITISH STANDARD INSTITUTION, 1999) e a recomendação da OIT para sistemas de gestão Guidelines on occupational safety and health management systems ILO OSH O biodiesel surgiu mundialmente como uma alternativa promissora aos combustíveis minerais, derivados do petróleo. Os biocombustíveis vêm sendo testados atualmente em várias partes do mundo. Países como Argentina, Estados Unidos, Malásia, Alemanha, França e Itália já produzem biodiesel comercialmente, estimulando o desenvolvimento de escala industrial (Biodieselbr, 2008). Na Europa, no início dos anos 90, o processo de industrialização do biodiesel foi iniciado. Anualmente a União Européia produz mais de 1,5 milhões de toneladas de biodiesel, em cerca de 0 unidades de produção (Lapa 2006). A Alemanha é um dos maiores produtores de biodiesel, feita a partir da colza, produto utilizado principalmente para nitrogenização do solo. A extração do óleo gera farelo protéico, à ração animal. O óleo é distribuído de forma pura, isento de mistura ou aditivos, para a rede de abastecimento de combustíveis compostas por cerca de 1700 postos. (Lapa 2006). No Brasil, além de promover leis específicas para o produto, o governo promove incentivo fiscal aos produtores, visando a geração de renda para agricultura familiar. O potencial de produção do biodiesel no Brasil é de cerca de 150 milhões de hectares, sendo 90 milhões referentes à novas fronteiras, e outros 60 referentes a terras de pastagens que podem ser convertidas em exploração agrícola a curto prazo. Contudo, o País explora menos de um terço desta área. Há também a grande diversidade de opções para produção de biodiesel, tais como a palma e o babaçu no norte, a soja, o

8 girassol e o amendoim nas regiões sul, sudeste e centro-oeste, e a mamona e pinhão manso no semiárido nordestino. O foco mais recomendado para prevenção de acidentes e doenças no trabalho é o controle na fonte do processo, com sistemas de proteção redundantes. A aplicação destes princípios pode ser auxiliada de forma eficiente e econômica com o uso de instrumentação e automação dos processos de forma a torná-lo mais confiável, com operação contínua e mais segura. As medidas de controle baseadas em instrumentação também aumentam a qualidade do processo e do produto final, assim como melhora o desempenho ambiental do processo, com redução de perdas e promoção da economia de água e de energia. Este trabalho tem por objetivo propor a implantação de um sistema instrumentado de segurança (SIS) numa planta de biodiesel, utilizando um método semi-quantitativo de avaliação de riscos baseado na norma OHSAS para priorizar o risco nas áreas de uma unidade piloto de produção de biodiesel localizada no município de Caetés, Pernambuco. Após os riscos mapeados, foram aplicadas técnicas de análise de falhas para definição das funções de segurança, de modo que os níveis de risco aos quais estão expostos os trabalhadores e equipamentos sejam controlados e levados a um patamar aceitável de acordo com os padrões conhecidos.

9 2 Revisão bibliográfica e fundamentos teóricos 2.1 O Biodiesel O biodiesel pode ser produzido a partir de diversas matérias-primas, tais como óleos vegetais, gorduras animais, óleos e gorduras residuais, por meio de diversos processos. Corresponde a um ester proveniente de ácido graxo ou triacilglicerois e pode ser usado puro ou em mistura de diversas proporções com o diesel mineral A Indústria do Biodiesel Segundo publicação do núcleo de assuntos estratégicos da presidência da república, a evolução das tecnologias nos últimos anos mostra tendências para a adoção da transesterificação com metanol e etanol como processo principal para o uso em mistura com o diesel. Justifica-se pela possibilidade de introdução na frota atual de veículos automotivos, sem nenhuma modificação nos motores. A diversidade das matérias primas, processos e usos é uma grande vantagem, mas cada uso precisa ser analisado de acordo com as suas especificidades. (NAE, 200). Para converter óleos vegetais em combustíveis adequados, o processo predominante é a transesterificação em meio alcalino, onde reagem os triacilglicerois com um álcool, etanol ou metanol, produzindo glicerina e ésteres dos ácidos graxos componentes do óleo vegetal. A diversidade de matérias-primas, óleos, e as alternativas de processo levam a diversos programas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico. Durante a década passada, a Comunidade Européia aplicou cerca de 100 milhões no projeto de demonstração do Biodiesel, considerado o mais relevante entre todos os projetos de Bioenergia [Mangan, 1995]. O programa americano de Biodiesel, de menor porte, também tem recebido expressivo apoio. No curto período 1992 a 1997 foram desenvolvidos cerca de 50 projetos de pesquisa sobre Biodiesel nos Estados Unidos, em um importante conjunto de estudos sobre produção, comercialização, uso e suas implicações [Thyson, 1995]. O diesel combustível pode ser misturado ao biodiesel e utilizado sem alteração dos motores

10 até um certo teor de biodiesel. Não existem obstáculos técnicos ou normativos para o início da utilização de biocombustíveis em maior escala, em adição ao diesel, mas sua utilização implica em disponibilidade de insumos, segurança no abastecimento, capacidade de processamento pela industria e integração final aos circuitos de distribuição. A utilização de um novo combustível depende entre outros fatores, de uma relação positiva entre a energia disponibilizada pelo combustível produzido e a energia consumida no processo de produção. Por exemplo, no caso do etanol produzido a partir da cana-de-açúcar, essa relação é de 8, para um. Comparativamente, nos EUA o etanol tem uma relação de apenas 1,. No Brasil, alguns estudos efetuados para fins de Biodiesel indicam uma relação de 1, no caso da soja, de aproximadamente 5,6 no caso do dendê, e de,2 no caso da macaúba. Estes dados confirmam o potencial de palmáceas como fonte de matéria-prima, com maior produtividade e disponibilidade de resíduos de valor energético. O uso de Biodiesel reduz as emissões associadas ao diesel de base fóssil. Trata-se de um produto não tóxico e biodegradável [NAE, 200] A Produção do Biodiesel De acordo com GERPEN (2005), para ocorrer reação de transesterificação, o álcool, o catalisador, e o óleo são combinados em um reator e agitados, com aquecimento e tempo para a reação. As plantas menores usam freqüentemente reatores em batelada, mas uma parte das plantas de grande escala usa os processos de fluxo contínuos que envolvem os reatores contínuos de tanques agitados (CSTR). A reação é feita às vezes em duas etapas. Nesse sistema, aproximadamente 80% do álcool e o catalisador é adicionado ao óleo em um primeiro estágio CSTR. Então o produto reagido deste reator atravessa uma etapa de remoção do glicerol antes de incorporar em um segundo CSTR. Os 20% restantes do álcool e do catalisador são adicionados neste reator. Este sistema fornece uma reação muito completa com o potencial de usar menos álcool do que sistemas de uma etapa. Depois da reação, o glicerol é removido dos ésteres devido à solubilidade baixa do glicerol nos ésteres. Essa separação em geral ocorre de forma rápida no biodiesel metílico e de forma mais lenta no biodiesel etílico e pode ser realizada em um decantador ou em uma centrífuga. O álcool adicional tende a agir como um solubilizador e pode retardar a separação. O ácido é adicionado ao biodiesel para neutralizar todo o catalisador residual e para eliminar qualquer sabão formado durante a reação. Os sabões reagirão com o ácido formando sais solúveis em água. Os sais serão removidos durante a etapa de lavagem com água, e os ácidos graxos livres permanecerão no biodiesel em quantidades aceitáveis pelas normas de qualidade do produto. A etapa de lavagem com água é realizada para remover todo o catalisador restante, sabão, sais, álcool, ou glicerol livre do biodiesel. A neutralização antes da lavagem reduz a quantidade de água necessária e minimiza a possibilidade da formação de emulsões quando a água de lavagem é adicionada ao biodiesel.

11 Depois do processo de lavagem, toda a água restante é removida do biodiesel por um processo do flash a vácuo. Para que ocorra uma boa reação, toda matéria-prima, incluindo o álcool e o catalisador alcalino, devem estar isentas de água e o óleo não pode ter elevada acidez, quando se utiliza um catalisador básico para produção de biodiesel. O controle da qualidade do produto deve ser rigoroso em relação à reação completa até a formação do éster mono-alquilado (biodiesel). Deve-se remover o catalisador residual e o álcool, e a glicerina livre (máximo de 200 ppm), e a ausência de ácidos graxos livres (DORADO et al., 2002, 200; CETINKAYA et al., 200). A água e os ácidos graxos livres inibem a reação. Deve-se ter o máximo de cuidado para evitar a reação de saponificação do óleo. Cada tipo de óleo requer condições de operação específicas para se obter um produto de qualidade garantida. Conforme Gerpen (2005), o método mais simples para produzir ésters de álcool é usar um reator de tanque agitado por batelada. A relação molar Álcool/triacilglicerídeos de :1 a 20:1 (mol:mol) tem sido relatada, com uma relação 6:1 sendo a mais comum. O reator deve ser selado ou equipado com um condensador de refluxo. A temperatura de operação geralmente é de 60 a 65 C, embora as temperaturas de 25 C a 75 C sejam relatadas. O uso do etanol como álcool, permite uso de temperaturas até75 C, sem ebulição do álcool. O catalisador mais utilizado é o hidróxido de sódio e hidróxido de potássio. A faixa de uso da quantidade de catalisadores é de 0.% a 1,5% em peso com relação à massa de óleo. No início da reação é necessário promover mistura completa dos reagentes para aumentar o contato entre o óleo, o catalisador e o álcool. No final da reação, misturar menos pode ajudar a aumentar a extensão da reação permitindo que o glicerol seja separado do éster por decantação. Rendimentos de 85% a 9% são relatados. Algumas vezes é utilizada a reação em duas fases, com a remoção do glicerol entres estas, para incrementar o final da reação para valores maiores que 95%. Os tempos de reação variam de 20 minutos a mais que uma hora. A Figura 1 mostra o diagrama de fluxo para um típico sistema a bateladas. O óleo é primeiramente colocado no sistema reacional, seguido pelo catalisador e o álcool. O sistema é agitado durante o tempo de reação, e então a reação é parada. Em alguns processos, a mistura da reação é repousada no próprio reator para se dar uma separação inicial dos ésters e o glicerol. Em outros processos a mistura é bombeada para repouso em outro vaso, ou é separada usando uma centrífuga. O álcool é removido tanto do glicerol quanto do éster usando um evaporador. Os ésters são neutralizados, lavados, delicadamente lavados usando água morna ligeiramente ácida para remover o metanol residual e sais, e então secado. O Biodiesel saído do processo é transferido para o armazenamento. O glicerol é neutralizado, lavado e remetido ao refino. GERPEN, et al (200) relata que podem ser usados dois tipos de reatores batelada e contínuo. Os reatores contínuos podem ser de tanque de agitado (CSTR) ou de escoamento empistonado (PFR). No reator de batelada, os reagentes são carregados nos tanques do reator em

12 determinada quantidade. O reator é fechado e as condições desejadas da reação são promovidas (temperatura, pressão, e taxa de agitação). A composição química no reator muda com o tempo. Uma vez que o tempo de reação prescrito está completo, o conteúdo químico do reator é removido e enviado para o processo subseqüente. Por outro lado os reatores contínuos têm um fluxo constante de reagentes no reator e produtos na saída. Uma vez que o fluxo contínuo do reator alcança o estado estacionário de operação, a composição do produto que deixa o reator torna-se constante. Figura 1: Processo de produção de biodiesel em bateladas Fonte: Biodiesel production technology, Agosto 2002 Janeiro 200 As considerações mais importantes em um reator são a extensão de conversão dos reagentes, e a seletividade da reação para os produtos desejados. As variáveis chaves do reator que ditam a conversão e a seletividade são a temperatura, pressão, tempo de reação (tempo de residência), e o grau da mistura. Em geral o aumento da temperatura da reação aumenta a taxa da reação daí, a conversão para dado tempo de reação. Entretanto, se mais que uma reação ocorre simultaneamente, a seletividade para produtos desejados pode ser impactada pela mudança na temperatura da reação. Na reação de transesterificação, a seletividade da reação não é impactada negativamente pelo aumento da temperatura. O aumento na temperatura na reação de transesterificação impacta na pressão de operação. A reação é de fase líquida, então a pressão no reator deve ser mantida num nível que mantenha o etanol na fase liquida. Conseqüentemente, com a temperatura da reação aumentada a pressão deve também aumentar. Outra razão para aumentar a conversão num reator é aumentar o tempo de reação. Para uma dada temperatura, a conversão aumentará como o tempo de reação. Aumentando o tempo de reação tem um efeito de redução de na produção de uma planta ou

13 aumento no tamanho do reator para uma produção, ou seja, requer mais investimento em capital. Um importante parâmetro em um reator é o grau da mistura ou transferência de massa. Para reatores em batelada e CSTRs o grau da mistura está diretamente relacionado à quantidade de energia introduzida através do impulsor ou misturador. O aumento da velocidade do impulsor, que aumenta a entrada de energia para o reator, aumenta a taxa da mistura, que aumenta o desempenho do reator. O limite existe onde a mistura adicional não proverá acréscimo ao desempenho. Reatores do tipo batelada têm várias características positivas incluindo boas características de mistura e facilidade reativa de manipulação de catalisadores homogêneos como os usados na reação de transesterificação do Biodiesel. Como mencionado acima, a concentração do reagente muda com o tempo no reator e também com a concentração do produto. A compreensão da influência das condições de reação na produção de biodiesel é de fundamental importância para o projeto adequado do sistema instrumentado de segurança, uma vez que os sistemas de controle devem atuar com o foco na fonte do processo eliminando a causa do acidente na sua origem. Por exemplo, o controle adequado da pressão do reator para evitar vazamentos de inflamáveis ou rompimento de vaso depende de um bom controle da temperatura de reação que afeta diretamente a pressão de vapor do álcool e conseqüentemente a pressão do sistema. Quanto maior a relação molar álcool/óleo e maior o nível de carregamento do reator batelada, maior será a quantidade de álcool e menor será o espaço para os vapores deste álcool, sendo maior a influência do aumento da temperatura sobre o aumento da pressão Instrumentação e Controle de uma Planta de Biodiesel De acordo com Gerpen, et al (200) para produzir produtos de qualidade numa planta de biodiesel é necessário estar hábil a controlar o processo de produção. Dois tipos processos gerais podem ser utilizados na produção do biodiesel, o contínuo ou o em bateladas. Para processos em bateladas o controle de variáveis deste processo serão a temperatura, pressão e nível. O controle de pressão e temperatura são críticos numa seção de reação e separação de uma planta. O controle de nível dita a carga do reator, operação de dispositivos de separação, e armazenamento do produto. Para processos contínuos o controle das variáveis inclui temperatura, pressão, nível e vazão. É importante observar que as variáveis que são controladas no processo, não são as mesmas da especificação do produto. As especificações são propriedades que são necessárias no produto final assim como estas são dadas pelas normas da agência reguladora responsável. O controle de variáveis contém as variáveis de processo que são monitoradas e ajustadas para encontrar as especificações desejadas. Assim como as especificações são geralmente verificadas fora da linha de produção num laboratório analítico, as variáveis de processo são acompanhadas em tempo real. As variáveis de processo são relacionadas às especificações através de algum tipo de modelo do processo. As variáveis do modelo do processo estão relacionadas. O modelo do processo será

14 definido pelo responsável com o conseqüente refinamento na experiência de operação da planta. Algumas plantas desenvolverão seus próprios processos estatísticos ou empíricos. Deverá ser observado que os modelos de processo são tipicamente dependentes do insumo a ser empregado. Nos instrumentos de medição das variáveis de processo, o desempenho destes instrumentos pode ser caracterizado por sua precisão e exatidão. Exatidão é a habilidade de um instrumento para medir o valor correto ou verdadeiro de uma variável de processo. Por outro lado, precisão é a habilidade de um instrumento para reproduzir o valor de uma variável de processo num certo intervalo. Assim como é possível ter tanto instrumentos com exatidão e imprecisão ou inexatidão e precisão. Para a operação diária a habilidade de um instrumento ser preciso é geralmente mais importante que a necessidade dele ser exato. Entretanto, quanto o instrumento de medição necessitar ser trocado, a exatidão torna-se um fator importante. Quando consideramos um sistema de controle instrumental, para uma planta química, um número de fatores deve ser considerado: custo, precisão, confiabilidade e interface com o operador. É desejável ter o sistema de monitoração de menor custo que permitirá o controle apropriado do processo. A precisão é importante para assegurar que há a reprodutibilidade das medições. A confiabilidade dá a certeza de que o sistema não é propenso a falhas. Finalmente, é desejável ter um sistema de controle e monitoração que provê uma interface amigável com os operadores da planta (Gerpen, et al 200). A variável de processo mais comum a ser monitorada numa planta química é a temperatura. A temperatura num ponto específico é geralmente medida utilizando termopares, que são dispositivos elétricos. Park (199) relata que um termopar é composto por qualquer par de materiais condutores elétricos com diferentes características térmicas acoplados numa interface. Uma corrente elétrica é estabelecida quando a junção é aquecida. A corrente elétrica é proporcional a temperatura na junção. Por esta razão, o termopar deve ser calibrado para relacionar a temperatura à corrente. Termopares são classificados de acordo com os metais utilizados nas suas junções, com diferentes combinações de junções sendo mais apropriadas para diferentes faixas de temperatura. O termopar é tipicamente inserido num invólucro térmico, e este deverá ser inserido no processo para obter a leitura correta. Quando a temperatura de um líquido de determinado processo está sendo medida, é geralmente adequado para o invólucro estar imerso de 2- polegadas no líquido. A figura 2 mostra a colocação de um termopar para a medição da temperatura de um líquido num processo. Devido a transferência inferior de calor, o invólucro deverá estar imerso a 6 polegadas num processo de vapor.

15 Figura 2: Diagrama de instalação de um termopar Fonte: Biodiesel production technology, August 2002 January 200 Valores de pressão podem ser medidos utilizando diferentes tipos de dispositivos como coluna líquida, elemento plástico, e sensor elétrico. A forma mais comum de uma coluna de líquido é um manômetro em que o peso do líquido pode ser observado visualmente e correlacionado com a pressão através da densidade do líquido. Segundo Chau (200), um manômetro do tipo coluna de líquido consiste de um tubo em forma de U evacuado e selado em um dos lados e parcialmente preenchido com mercúrio ou uma baixa pressão de vapor. Quando o líquido utilizado é o mercúrio, a pressão é medida em função do comprimento da coluna de mercúrio. Dispositivos do tipo coluna líquida são raramente usados em processos químicos por serem pouco robustos e por ocasionar elevado risco ao homem e ao meio ambiente com o uso do composto tóxico mercúrio. Dispositivos do tipo elemento elástico medem pressão pela determinação da deformação de um material elástico. Esse material elástico é normalmente metálico. Um tipo de dispositivo de elemento elástico utiliza elementos em forma de fole, figura. O deslocamento deste fole pode ser relacionado com o valor da pressão. Os instrumentos mais comuns utilizados para medir pressão em processos químicos são dispositivos com sensores elétricos que são conhecidos como strain gauges. Strain gauges são baseados no fato de que a resistência elétrica de um condutor sólido muda com o comprimento e o diâmetro do sólido. As mudanças nas dimensões do sólido induzidas pela pressão causam um aumento na resistência elétrica do sólido. Um elemento elástico ou dispositivo sensor elétrico usado para medir pressão é chamado de transdutor de pressão. A entrada de pressão para um transistor deve estar localizada na fase de vapor de um processo. Um transdutor localizado na fase líquida detectará uma pressão diferente em diferentes profundidades do líquido. Para utilizar um transdutor de pressão para controle de processos ou em monitoração contínua, o transdutor deve produzir um sinal elétrico. Para o dispositivo de elemento elástico, a leitura de pressão direta devido ao deslocamento deve ser convertida em um sinal elétrico. Uma vantagem do sensor elétrico é que

16 estes dispositivos provêem diretamente um sinal elétrico. Assim como termopares, transdutores de pressão podem ser usados para controle de processos pela comparação da pressão medida com a pressão desejada num ponto de tomada de pressão. Figura : Diagrama de um transdutor de pressão Fonte: Biodiesel production technology, August 2002 January 200 A medição de nível pode ser utilizada para dar a informação de balanço de massa através do processo ou a carga no reator em bateladas. Historicamente, dispositivos de medição de nível tem sido baseados em medidores baseados em êmbolo ou pressão diferencial, figura. De acordo com Brumbi (1999), Existem vários métodos clássicos e modernos para medir o nível de um produto num tanque de processo ou armazenamento em uma industria química, petroquímica, farmacêutica, ou de alimentos, em taques móveis ou veículos e navios, mas também em reservatórios naturais como lagos, mares e oceanos. A altura típica de um tanque é de 0,5 m a 0 m. O medidor baseado em êmbolo é baseado na flutuação deste. O êmbolo é imerso numa câmara de êmbolo a qual é localizado como um lado da câmara. O êmbolo é reposto por um elemento elástico no qual o movimento é proporcional à força de flutuação. Então o nível pode ser determinado pela localização vertical do êmbolo. Figura : Diagrama de instalação de um transdutor nível por deslocamento Fonte: Biodiesel production technology, August 2002 January 200

17 Medidores de pressão diferencial, que são os dispositivos de indicação mais comuns, medem a diferença na pressão entre duas tomadas de pressão num tanque. É importante observar que ambos os indicadores de medição de nível são dependentes da densidade do líquido, então as mudanças na densidade do líquido podem afetar estas leituras. Esse efeito pode ser particularmente importante se todas as fases do liquido estão presentes no dispositivo medidor conectado ao tanque. Por exemplo, a altura do liquido num recipiente do medidor conectado ao tanque não é uma medição direta do nível do líquido, figura 5. Recentemente, dispositivos de medição de nível têm sido desenvolvidos pelo uso da reflexão do sinal a partir de um transdutor ultra-sônico ou de rádio freqüência, que mede a mudança na impedância entre dois eletrodos de um capacitor. Figura 5: Diagrama de montagem de um transdutor de nível por pressão diferencial Fonte: Biodiesel production technology, August 2002 January 200 Somados à densidade, há um número de fatores que podem influenciar a confiabilidade da medição de nível. Pontos de obstrução podem ocorrer sem causar discrepâncias aparentes num dispositivo de medição de nível. Excussões para níveis elevados podem impactar na confiabilidade da medição do nível assim como a presença de espuma no tanque. A medição e controle de nível num tanque requerem dois pontos de medida. É importante que estes pontos contenham válvulas. Desde que o indicador de nível pode ser usado para monitorar a quantidade de material num tanque, pode ser usado para obter o inventario de um processo assim como para controlar a carga de produtos químicos num lote de um processo. A medição de nível pode converter sinais elétricos que podem ser utilizados para controle. O laço de controle mais comum é o que inclui a medição de nível com o controle de operação de bombas.

18 2.2 Norma OHSAS A norma OHSAS é um sistema de gestão em segurança e saúde ocupacional (SSO), de modo a capacitar as organizações, no sentido de auxiliá-las a alcançar seus objetivos de segurança e saúde ocupacional, identificar perigos e controlar seus riscos de acidentes e doenças ocupacionais, e assim melhorar o seu desempenho. Esta norma não estabelece requisitos de desempenho para SSO, nem define especificações detalhadas para o desenvolvimento de sistemas de gestão. Assim, as especificações da OHSAS são aplicáveis para qualquer organização que deseja: Estabelecer um sistema de gestão para SSO como forma de eliminar ou minimizar os riscos aos quais seus funcionários e outras partes interessadas possam estar expostos quando da realização de suas atividades; Implementar, manter e melhorar continuamente um sistema de gestão da SSO; Assegurar, para si mesma, a conformidade com a sua política da SSO; Demonstrar tal conformidade a quem possa interessar; Obter certificação ou registro de seu sistema de gestão de SSO por uma organização externa; Realizar uma auto-avaliação e uma auto-declaração a respeito da conformidade de seu sistema de gestão com esta especificação; Todos os requisitos desta especificação foram definidos de modo a serem incorporados em qualquer sistema de gestão para SSO. A extensão de sua aplicação irá depender de fatores como a política da SSO da organização, a natureza de suas atividades e os riscos e complexidade de suas atividades. A figura 6 exibe os elementos de um sistema de gestão de SSO.

19 Figura 6: Elementos de um sistema de Saúde e Segurança Ocupacional Fonte: Metodologia de Construção de Sistemas de Gerenciamento de Riscos Ocupacionais. São Paulo, p A organização deve estabelecer e manter um sistema de gestão de SSO cujos requisitos estão definidos abaixo. Uma política de segurança e saúde ocupacional deve estar disponível, autorizada pela alta administração da organização, que claramente estabeleça os objetivos gerais para segurança e saúde, bem como o comprometimento para melhorar o desempenho relacionado à saúde e segurança. A política deve: a) Ser apropriada à natureza e escala dos riscos de SSO da organização; b) Incluir um compromisso com a melhoria contínua; c) Incluir um compromisso de atender, pelo menos, a legislação vigente e aplicável de SSO, bem como a outros requisitos subscritos pela organização; d) Ser documentada, implementada e mantida; e) Ser comunicada a todos os empregados com a intenção de que os mesmos tenham consciência de suas obrigações individuais para a SSO; f) Estar disponível às partes interessadas; e g) Ser periodicamente analisada criticamente para assegurar que ela permaneça relevante e apropriada à organização.

20 A OHSAS estrutura-se em Elementos do Sistema de Gestão da Segurança e Saúde no Trabalho. São cinco os elementos desta estrutura: Política de SST; Planejamento; Implantação e Operação; Verificação e Ação Corretiva e Análise Crítica pela Administração. Estes elementos são a base para uma gestão ser bem sucedida em SST e seguem o Ciclo PDCA de Planejamento Execução Controle - Ação, que é a base da abordagem de sistema de gestão para a melhoria contínua. Os elementos do Sistema de Gestão em SST são estruturados de forma que cada elemento da estrutura, uma vez desenvolvido, seja uma das entradas da fase seguinte, juntamente com os requisitos desta fase, e assim sucessivamente, até que se complete o ciclo. Ao se observar esta estrutura, nota-se que a fase do elemento Política tem como base de entrada o elemento Análise crítica pela administração e, como saída, o elemento Planejamento, que sendo a próxima fase do ciclo, terá como base de entrada a Política e, dessa forma repetindo-se até que a fase de Análise Critica pela Administração, tenha como saída a Política, iniciando-se, assim, um novo ciclo. A característica sistêmica da série OHSAS é verificada pela estrutura do ciclo descrita anteriormente e também pela realimentação da mensuração do desempenho e pela auditoria que se processa sobre cada elemento-fase. Pode-se verificar, ainda, que o ciclo do Sistema de Gestão em SST não se limita à parte interna da organização, pois está estabelecido que, a cada repetição do elemento de análise crítica pela Administração, sejam considerados os fatores internos e externos para se reiniciar o ciclo, consolidando-se assim a estrutura para a melhoria contínua em SST. Lapa (2006) verifica que a descrição dos processos de identificação de perigos e avaliações de riscos segundo a OHSAS 18001:1999 e OHSAS 18001:2000, faz referência aos pré-requisitos para a construção do processo de identificação de perigos e avaliação de riscos ocupacionais, e os complementa fazendo referência à metodologia de identificação de perigos e avaliação de riscos ocupacionais que, segundo essa norma, deve: Ser definida considerando-se o escopo, a natureza e o planejamento de organização, de modo a assegurar o seu caráter pró-ativo ao invés de reativo; Fornecer a classificação dos riscos e a identificação daqueles que devem ser eliminados ou controlados conforme as medidas definidas nos requisitos. O guia de implementação da OHSAS 18001:1999 (BRITISH STANDARD INSTITUTION-BSI, 1999), que recebe a identificação de OHSAS 18002:2000, complementa a descrição desses

21 processos fornecendo detalhes descritivos de sua abordagem e conteúdo com referência à próatividade, e abrangência, principalmente. Assim esse guia descreve que esses princípios também devem ser aplicados considerando: Situações novas ou para aquelas planejadas para serem modificadas, mantidas ou durante o processo de parada e posta em marcha da planta; Situações onde a presença de empresas contratadas pode criar condições para que perigos e riscos estejam presentes ameaçando a saúde e a integridade física das pessoas; Para todas as situações apresentadas, deve ser conduzida a avaliação do risco e a proposta das medidas de controle, as quais devem levar em conta a exposição ou contato com os perigos, as possibilidades de falhas nas medidas de controle, e as conseqüências potenciais da severidade dos danos. Além disso, a avaliação de riscos deve preceder a introdução das novas atividades, procedimentos, modificações nas instalações, introdução de novas máquinas e equipamentos. Lapa (2006) avalia que os modelos normativos da série OHSAS abordam os processos de identificação de perigos e avaliação de riscos de forma eminentemente descritiva. Na realidade esses modelos comentam os requisitos desses processos sem, no entanto, fornecer elementos objetivos que auxiliem na construção dos mesmos. Em outras palavras, não há nesses modelos nenhuma sugestão prática de como efetivamente identificar os perigos e avaliar os riscos no foco de prover elementos para um efetivo gerenciamento. 2. Sistemas Instrumentados de Segurança A segurança industrial em antes da era digital centrou-se principalmente em torno das práticas seguras do trabalho, do controle de materiais perigosos e das pessoas, e do equipamento. Hoje, a segurança atua mais profundamente em infra-estruturas mais complexas da fabricação, estendendo sua influência em toda a linha de produção de uma companhia. Os sistemas de segurança atualmente reduzem o risco com avanços operacionais que melhoram freqüentemente a produtividade e a rentabilidade também.até os anos 80 a gerência de segurança era pela maior parte auto-regulamentada. Alertado pelo acréscimo de dispositivos de controle eletrônico, o crescimento das complexidades em sistemas de fabricação, a proteção do ambiente ficou obrigatória, e houve uma necessidade maior proteger recursos da planta, novos modelos de segurança internacionais emergiram e continuam a evoluir. Com introdução de padrões como IEC 61508, IEC e AIA 8, o interesse em sistemas instrumentados de segurança (SIS) e na confiabilidade dos instrumentos cresceu (Alves, 2007). Nenhuma medida de segurança por si só pode reduzir o risco e proteger uma planta e seu pessoal contra o dano, ou combate a propagação do dano se um incidente perigoso ocorre. Por este motivo, existem medidas de segurança em camadas protetoras. Uma seqüência de dispositivos mecânicos, controle de processos, sistemas da parada programada e medidas de respostas externas

22 impedem ou combatem um evento perigoso. Se uma camada da proteção falha, as camadas sucessivas estarão disponíveis para retomar o processo a um estado seguro, já que o acidente geralmente é o resultado de uma sucessão de falhas num efeito dominó. Como o número de camadas de proteção e suas confiabilidades aumentam, a segurança do processo aumenta. A figura 7 mostras que de a sucessão de camadas de segurança em ordem de sua ativação. Figura 7: Sistemas de segurança em camadas. Fonte: Alves, Sistema de controle básico do processo: O sistema de controle básico do processo básico fornece a segurança com o projeto apropriado do controle do processo. Este nível consiste em controles básicos, em alarmes, e em supervisão do operador. 2. Alarmes críticos: Esta camada de proteção fornece alarmes críticos que alertam operadores a uma circunstância em que uma variável excedeu seus limites especificados e pode exigir a intervenção.. Sistema Instrumentado de Segurança Automático: Este sistema opera independente do sistema de controle básico do processo para fornecer um pouco mais de segurança que o controle do processo. Executa ações da parada programada quando as camadas precedentes não podem resolver uma emergência.. Dispositivos do alívio: Esta camada de proteção ativa emprega válvulas, dispositivos de alívio de pressão para impedir uma ruptura, o derramamento ou a liberação descontrolada.

23 5. Diques: Esta camada da proteção passiva consiste na retenção dos elementos em vazamento de modo a estabelecer barreiras para a contaminação do meio ambiente ou fogo. 6. Resposta da Planta: Esta camada da proteção é a ação da resposta de emergência tomada pela pelos componentes da planta e consiste na luta contra o incêndio como procedimentos para a evacuação, sistema de combate a incêndio com rede de hidrantes de acionamento automático ou manual e equipamentos extintores portáteis. 7. Resposta da comunidade: O nível final de a proteção é a ação da resposta de emergência tomada pela comunidade e consiste na luta contra o incêndio e nos outros serviços de urgências. Os níveis de camadas protetoras exigidas são determinados através de uma análise dos perigos e dos riscos de um processo, conhecidos como a análise de perigos do processo (PHA). Dependendo da complexidade das operações do processo e a gravidade de seus riscos, a análise pode variar de uma seleção simplificada a um perigo rigoroso e estudo da engenharia de operabilidade do processo (HAZOP) que revê fatores mecânicos, elétricos, instrumentais e administrativos da segurança. Uma vez que os riscos e perigos foram avaliados, eles podem ser determinados se estão abaixo níveis aceitáveis. Se o estudo conclui que a proteção existente é insuficiente, um sistema instrumentado de segurança (SIS) será exigido. Os sistemas instrumentados de segurança (SIS) desenvolvem um papel vital em fornecer uma camada protetora em um processo industrial. Também são chamados de sistemas de emergência ou sistema de parada programada de segurança, sua finalidade é levar o processo a um estado seguro quando ajuste predeterminado é excedido ou quando as condições seguras de funcionamento foram extrapoladas. Um SIS é composto de funções de segurança com sensores, dispositivos de resolução lógica e atuadores. A figura 8 mostra seus componentes básicos: Sensores para sinal de entrada; Interface e processamento para sinal de entrada; Dispositivo de resolução da lógica e comunicação; Tratamento de sinais de saída e conexões; Atuadores (válvulas, dispositivos de comutação) para a função de controle final

24 Figura 8: Componentes básicos de um sistema instrumentado de segurança Fonte: Understanding Safety Instrumented Systems, 2007 SIF: Função Instrumentada de Segurança. Uma função instrumentada de segurança (SIF) é uma função com um nível especifico de segurança que é implementado por um SIS a fim alcançar ou manter um estado seguro. Os sensores, o dispositivo de resolução de lógica, e os elementos finais atuam em conjunto para detectar um perigo e para trazer o processo a um estado seguro. Como as características de segurança em um automóvel, um SIF pode operar continuamente como a direção de um carro, ou intermitentemente como o airbag. No modo sob demanda, a operação de uma função de segurança é executada somente quando exigida, a fim transferir o equipamento sob controle a um estado especifico. No modo contínuo, a operação de uma função de segurança ocorre para reter o equipamento dentro de seu estado seguro. A figura 9 mostra o relacionamento entre o SIS, a função instrumentada de segurança que ele implementa, e o nível de segurança que é atribuído a cada função instrumentada de segurança. SIL: Nível de Segurança Instrumentada. A taxa de falhas máxima tolerável para cada perigo conduz a um nível de integridade para cada parte do equipamento, dependendo de sua contribuição relativa para o perigo em questão. Estes níveis de integridade são conhecidos como a níveis de integridade de segurança e são descritos geralmente por uma de quatro faixas discretas descritas abaixo: SIL : O nível mais elevado e mais oneroso para conseguir, exigindo técnicas avançadas (evitadas geralmente); SIL : Menos oneroso do que SIL mas ainda com exigência do uso de técnicas de projeto sofisticadas SIL 2: Exige boas práticas de projeto e operação; SIL 1: O nível mínimo, mas ainda implica boa prática do projeto;

25 Figura 9: Relacionamento SIS, função instrumentada de segurança, e nível de segurança Fonte: Understanding Safety Instrumented Systems, Padrão IEC O padrão IEC trata da integridade funcional para sistemas de segurança que utilizam dispositivos elétricos, eletrônicos e programáveis. O objetivo principal do padrão do IEC é facilitar o desenvolvimento dos padrões internacionais de aplicação em vários setores, que serão desenvolvidos pelos comitês técnicos do IEC, responsáveis por estes setores. Um segundo objetivo do padrão IEC é permitir o desenvolvimento padrões relacionados à segurança envolvendo dispositivos eletro-eletrônicos/eletrônicos/programáveis em setores de aplicação onde não existem padrões. Smith e Simpson (200) relatam que o padrão IEC do IEC consiste nas seguintes partes: Parte 1: Requisitos gerais Parte 2: Requisitos para sistemas elétrico/eletrônico/programável relacionados à segurança Parte : Requisitos do software Parte : Definições e abreviaturas Parte 5: Exemplos dos métodos para a determinação de níveis de segurança Parte 6: Diretrizes na aplicação de IEC e de IEC Parte 7: Visão geral das técnicas e medidas As partes 1, 2, e de IEC são normativas, e seus anexos podem ser normativos ou informativos e são indicados apropriadamente. As partes 5, 6 e 7 desta norma são informativas e fornecem a orientação na aplicação das partes 1, 2 e. As sete partes deste

26 padrão são genéricas e se aplicam todos os sistemas eletro-eletrônicos, eletrônicos e de dispositivos programáveis na utilização relacionada à segurança independentemente do setor da aplicação. Os exemplos de setores de aplicação incluem, entre outros: Indústrias de processo (sistemas de parada de emergência, sistema de detecção de fogo e do gás, controle de queimadores); Indústrias de transformação (robôs industriais, ferramenta de máquinas); Transporte (sinalização de estradas, sistemas de frenagem, elevadores); Médico (instrumentos variados para eletro-medicina variados, radiografia); Requisitos Completos para o Ciclo de Vida de Segurança O padrão do IEC introduz o conceito de um completo ciclo de vida de segurança para assegurar de que todas as atividades necessárias conseguir o nível exigido de segurança estejam executadas. Figura 10 mostra que o ciclo de vida completo de segurança e o padrão específico do ciclo de vida para cada fase (Smith, 200): Os objetivos a serem alcançados Os requisitos para alcançar os objetivos O escopo de cada fase As entradas exigidas para cada fase Os entregáveis exigidos para cada fase Os requisitos para cada fase do ciclo de vida completo de segurança são discutidos no padrão.

27 Figura 10: Ciclo de vida completo de um sistema de segurança Fonte: Norma IEC Segundo Smith e Simpson (200), o padrão IEC apresenta-se como sendo baseado em uma aproximação do ciclo de vida da segurança e conseqüentemente descreve este modelo e identifica as atividades e as exigências baseadas nele. O padrão do IEC introduz o conceito dos níveis de segurança que se relacionam à segurança exigida para o hardware e o software usados nos sistemas de segurança. Um dos desafios em desenvolver sistemas relacionados à segurança para a proteção dos equipamentos sob controle é a determinação do nível exigido da segurança do sistema. O nível da segurança exigido é relacionado diretamente à redução do risco necessário de modo a conseguir o nível aceitável de segurança para o equipamento. Este padrão também define quatro níveis da segurança para acomodar uma larga escala de redução de risco que os sistemas terão que alcançar. A tabela 1 exibe os níveis da segurança (SILs)

28 para os sistemas que operam em um modo de baixa demanda de operação e em uma alta demanda, ou em um modo contínuo da operação. As medidas de falha são mostradas para cada um dos quatro SILs as quais asseguram que o nível de segurança do hardware esteja alcançado. As sete partes do padrão do IEC definem os procedimentos, as técnicas, as medidas, etc. que devem ser usados para cada um dos quatro níveis da segurança de modo a assegurar que a segurança do sistema seja conseguida igualmente. Tabela 1: Níveis de segurança (SILs) em sistemas que operam em baixa demanda e alta demanda Fonte: Norma IEC O nível de segurança é definido como a probabilidade de um sistema de segurança executar satisfatoriamente as suas funções exigidas sob todas as condições indicadas dentro de um período de tempo indicado. Desta forma, conforme maior a probabilidade de falha sob determinada demanda de operação para um equipamento ou sistema, maior é o SIL necessário para levar este equipamento ou sistema para o modo seguro, sendo o SIL o mais elevado. A segurança consiste em dois elementos: Segurança de Hardware: O alcance de um nível específico de segurança de hardware pode ser estimado por um nível razoável de exatidão desde que a segurança do hardware esteja relacionada a falhas aleatórias perigosas. A segurança de hardware inclui também o efeito de falhas de hardware comuns. O padrão IEC relaciona as falhas aleatórias perigosas de hardware com medidas específicas para sistemas de segurança, conforme a tabela 1. Os valores são função do nível de segurança. O IEC , item 7.. define exigências para determinar a segurança de hardware. Segurança de sistema: A taxa de falhas de sistema é difícil de prever, pois estas falhas podem ser causadas por erros do projeto de hardware, erros de software, erros de operação, falhas de software por causas comuns, etc. O padrão IEC relaciona falhas de segurança do sistema para procedimentos específicos, técnicas, medidas, etc. que reduzem estas falhas. As técnicas, as medidas, etc. especificadas são uma função do nível da segurança. IEC , item 7..5 define as exigências para o controle de falhas de sistema.

29 Risco e Segurança Risco é definido como a taxa provável de ocorrência de um perigo que causa o dano e o grau de severidade do dano. Em outras palavras, o risco tem dois elementos; a freqüência e a probabilidade em que o perigo ocorre, e as conseqüências do evento perigoso. Como anteriormente mencionado, é necessária a avaliação do estudo de como um perigo e um risco determinará a necessidade para um SIS. Esta avaliação é uma porção de um ciclo de vida da segurança que todos os principais modelos de segurança principais especificam. O ciclo de vida da segurança mostra uma aproximação sistemática para o desenvolvimento de um SIS. A finalidade de determinar o nível de risco para um perigo específico é para qual estado é julgado razoável no que diz respeito à freqüência (ou à probabilidade) do evento perigoso e a suas conseqüências específicas. Este risco é alcançado para encontrar o nível exigido de segurança. A figura 11 mostra o conceito geral para redução de risco de modo a alcançar nível necessário de segurança. Esta figura mostra o equipamento controlado (risco sem o sistema de segurança), o risco para alcançar o nível exigido de segurança, e a mínima redução de risco necessária. A redução de risco pode ser alcançada através de práticas externas, sistemas de segurança elétricos/eletrônicos/programáveis, e outras tecnologias relacionadas a segurança. Figura 11: Conceito geral para redução de risco Fonte: Norma IEC Quanto maior o risco associado a um processo é necessário um maior nível de segurança aplicado para o controle deste risco. Assim são sistemas mais complexos e robustos são aplicados aos processos que apresentam maiores potenciais de ocorrência de um evento. SILs (níveis de segurança) são medidas do risco de segurança de um processo dado. Historicamente, a literatura da segurança categorizou um processo como sendo seguro ou inseguro. Para os padrões novos, a segurança não é considerada um atributo binário. Desta forma, é estratificada em quatro níveis discretos de segurança. Cada nível representa uma ordem de valor da redução do risco. Mais elevado o nível de SIL, maior o impacto de uma falha e mais baixo a taxa de

30 falhas que é aceitável. O nível da segurança é uma maneira de indicar a taxa de falhas tolerável de uma função de segurança. Os padrões exigem a atribuição de um SIL para todo o SIF novo ou adaptado dentro do SIS. A atribuição do SIL é uma decisão que exige a análise de perigos. A atribuição de um SIL é baseada na quantidade de redução de risco que é necessária para manter o processo num nível de segurança aceitável. Todo o projeto do SIS, operação e escolhas da manutenção devem então ser verificados de acordo com o SIL. Isto assegura que o SIS pode reduzir o risco atribuído ao processo. Quando uma análise de perigos do processo (PHA) determina que um SIS é necessário, o nível de redução do risco alcançado pelo SIS e o SIL têm que ser atribuídos. A eficácia de um SIS é descrita nos termos da probabilidade que não execute sua função exigida quando é solicitado. Isto é sua probabilidade da falha por demanda (PFD). O PFD médio (PFDavg) é usado para a avaliação de SIL. A tabela 2 mostra o relacionamento entre PFDavg, disponibilidade do sistema de segurança, da redução do risco e dos valores do nível de SIL. Tabela 2: Relacionamento entre falha sobre demanda, disponibilidade do sistema de segurança e redução do risco. Fonte: Understanding Safety Instrumented Systems, Determinação do risco e do nível de segurança Várias metodologias são usadas para a atribuição de um SIL. A determinação deve envolver pessoas com a perícia e a experiência. As metodologias usadas para determinação de um SIL incluem cálculos simplificados, análise de árvore de falha, análise de camada de proteção (LOPA) e de análise Markov. O anexo C do padrão do IEC ilustra uma técnica quantitativa para calcular a redução necessária do risco exigida para encontrar o nível necessário de segurança. Este nível, para um único sistema de proteção elétrico/eletrônico/programável, pode ser determinado diretamente a partir da redução do risco que o único sistema de proteção deve fornecer. Por exemplo, se uma redução de risco de é necessária, então a probabilidade de um sistema de proteção não executar sua função é também de Ou seja, a redução do risco é igual à medida da falha do sistema, média de probabilidade de falha sob demanda (PFDavg), para um do sistema de proteção operando no modo de baixa demanda de operação. Então, da tabela acima, um sistema de proteção com um SIL de é necessário para este exemplo. Uma vez que o nível da segurança é conhecido, o

31 projetista do sistema da segurança pode seguir as técnicas e as medidas especificas para esse nível. O anexo D do padrão do IEC ilustra uma técnica qualitativa usando um gráfico do risco para determinar diretamente o nível exigido da segurança. A Figura 12 mostra o gráfico do risco descrito no anexo D do padrão. Este gráfico é derivado do padrão alemão DIN V. Figura 12: Técnica qualitativa utilizando gráfico de risco Fonte: IEC Anexo D Nesta análise, os riscos são qualificados inicialmente quanto às suas conseqüências, sendo ordenados do menor para o maior (CA...CD). Após esta etapa, é verificada a freqüência de exposição a estes riscos, as quais são classificadas como de menor ou de maior freqüência. Por último é feita a análise da probabilidade de ocorrência do evento de falha. Igualmente esta classificação é feita por menos provável ou mais provável de ocorrer. Finalizada a análise há um mapa onde estão relacionados as combinações conseqüência x freqüência x probabilidade com os níveis de segurança necessários aos sistemas de proteção.

32 2..2 Padrão IEC O padrão foi emitido no início de 200 e está em dividido em três partes: Parte 1 Padrão normativo Parte 2 Orientação informativa na parte 1 Parte Guia informativo na análise de perigo e risco A parte 1 do padrão cobre o ciclo de vida incluindo: Gerência da segurança funcional, análise de perigo e risco, projeto de sistemas instumentados de segurança (SIS). Smith e Simpson (200) descrevem o padrão como sendo utilizado para as atividades de projetistas, integradores e usuários na indústria de processo. Fornecedores componentes do produto, como dispositivos do campo e dispositivos lógicos, consultam a IEC para desenvolvimento, sobretudo no caso de SIL. Como o padrão está visando somente o nível da integração do SIS e não os elementos individuais, as exigências para o projeto e desenvolvimento do SIS (abordados pelas partes 2 e de IEC 61508) foram simplificadas significativamente. O projeto do hardware foi substituído pelo conjunto das principais as exigências, tais como o a menos que justificado de outra maneira o sistema devem incluir um mecanismo de parada manual que sobreponha o controlador lógico. Os requisitos de software são restritos às aplicações software usando línguas limitadas ou programas fixos. As técnicas e as medidas detalhadas dentro do padrão IEC 61511, são apropriados para o desenvolvimento e modificação da arquitetura de um sistema elétrico/eletrônico/programável e utilização uma variedade limitada de Linguagens até funções de segurança avaliados como SIL. A menos que identificado especificamente, as mesmas técnicas e medidas não serão utilizadas. Onde um projeto envolve o desenvolvimento e a modificação de uma arquitetura de sistema e de um software de aplicação para SIL, ou o uso de várias linguagens para softwares de aplicação (ou o desenvolvimento de um produto do subsistema) então o padrão IEC deve ser usado. A figura 1 mostra o relacionamento entre os padrões IEC e IEC

33 Figura 16: Comparação entre IEC e IEC Fonte: Functional Safety, 2th Edition (Butterworth Heinemann UK) Organização e gerenciamento do ciclo de vida Os requisitos para a gerência de atividades segurança funcional e ciclo de vida são basicamente as mesmas que dadas em IEC O ciclo de vida é exigido para ser incluído na planta da qualidade e da segurança do projeto. Cada fase do ciclo de vida precisa de ser verificada para: Adequação das saídas em relação aos requisitos descritos para esta essa fase particular Adequação da revisão, inspeção, da inspeção e/ou do teste das saídas Compatibilidade entre as saídas geradas em fases diferentes do ciclo de vida Garantia da exatidão de todos os dados gerou Desempenho do sistema de segurança instalado em termos de falhas de sistema e de hardware comparados àqueles da fase de projeto A taxa de demanda real no sistema de segurança comparou com a avaliação original

34 Se em qualquer estágio do ciclo de vida, é necessária uma mudança que afete uma fase anterior do ciclo de vida, então esta fase e (e as fase seguintes) devem ser reexaminadas. A equipe da avaliação deve incluir pelo menos um profissional sênior competente, não envolvida de projeto. Todas as avaliações serão realizadas na planta da segurança e, normalmente deve ser feito: Após a avaliação do perigo e de risco Após o projeto do sistema de segurança Após a instalação e o desenvolvimento de procedimentos de operação e manutenção Após o ganho operacional/experiência da manutenção Após alguma mudança na planta ou no sistema de segurança Os requisitos para executar uma análise do perigo e de risco são basicamente os mesmos que para o padrão IEC 61508, mas com orientação adicional dada na terceira parte. A parte 1 do padrão IEC descreve as camadas típicas de redução do risco (controle e monitoração, resposta de emergência da planta, prevenção, mitigação, e resposta de emergência da comunidade). Tudo isso deve ser considerado como meio de reduzir o risco e seus fatores de contribuição precisam ser considerados em adição aos requisitos de segurança para qualquer sistema de segurança, que faz parte da camada da PREVENÇÃO. A parte dá exemplos de aproximações numéricas, gráficos de risco e LOPA Requisitos envolvidos na especificação O projeto de especificação funcional do sistema deverá relacionar a arquitetura do sistema de segurança e os requisitos de aplicação de software. Os pontos seguintes devem estar inclusos (IEC 61508): Definição de funções de segurança, incluindo SIL; Requisitos para minimizar falhas de causa comum; Modo de operação, com a suposta taxa de demanda no sistema; Uma descrição de medidas do processo; Seleção de subsistema e componente em conformidade com a exigência especifica SIL; Arquitetura de hardware Tolerância de falha de hardware Desempenho de capacidade e tempo de resposta que é suficiente para manter a segurança

35 de planta; Desempenho ambiental; Requisitos da fonte de alimentação e monitoração da proteção (por exemplo, sob sobretensão) Interfaces com o operador e sua operabilidade incluindo: - Indicação da ação automática - A indicação de cancelamento/desvio - Indicação de alarme e estado da falha Procedimentos para o estado transitório da planta e do sistema de segurança (partida, restauração, etc.). Ação tomada nas variáveis de processo más (ex. valor do sensor fora da escala, circuito aberto detectado, curto-circuito detectado) Testes de prova e requisitos de teste de diagnóstico e unidades lógicas, e dispositivos de campo; Tempos de reparo e requisitos de ação para manutenção, na detecção de falha da planta em um estado seguro; Métodos manuais de operação independentes do elemento final devem ser especificados a menos que de outra maneira justificado pelas exigências de segurança. As funções de segurança serão descritas usando métodos como diagrama de causa e efeito, diagramas lógicos ou diagramas de seqüência Operação e manutenção O objeto desta fase do ciclo de vida ter certeza de que o SIL exigido de cada função de segurança esteja mantido, assim como a taxa de demanda do perigo no sistema de segurança e a disponibilidade do sistema de segurança estejam consistentes com o as suposições originais do projeto. Se há algum aumento significativo na taxa de demanda do perigo ou diminuição na disponibilidade de sistema de segurança entre as suposições do projeto e aquelas encontradas na operação da planta que comprometa a segurança desta, alveja então mudanças no sistema de segurança terão que ser feitas a fim manter a segurança de planta (IEC ). O planejamento de operação e manutenção precisa averiguar: Atividades da operação de rotina e anormal; Teste da prova e atividades da manutenção de reparo;

36 Procedimentos, medidas e técnicas de uso; Registro de conformidade com os procedimentos; Registro de toda demanda no sistema de segurança junto com seu desempenho a estas demandas; Registro de todas as falhas do sistema de segurança; Competência do pessoal; Treinamento do pessoal;

37 Metodologia Este estudo avalia os riscos presentes numa unidade de produção piloto de biodiesel, obedecendo aos requisitos da norma OHSAS A avaliação será utilizada para definição do sistema instrumentado de segurança capaz de tornar o processo seguro. Para a construção desta avaliação é necessário conhecer detalhadamente todo processo de produção do biodiesel, os materiais utilizados, e as tarefas desempenhadas neste seguimento. Foram realizadas visitas à unidade, registradas na figura 1, onde se observa a) operação da centrífuga b) área de armazenamento do óleo vegetal, metanol, e biodiesel, c) área do reator, d) tanques auxiliares, e) área de separação do biodiesel e glicerina. Estas visitas proporcionaram conhecimento apropriado à construção do diagrama do processo pelo entendimento do funcionamento de cada área da usina. Esta descrição está detalhada nas próximas seções deste trabalho..1. Descrição do processo de produção de biodiesel na unidade piloto de Caetés. O processo de produção de biodiesel utilizado na unidade piloto de Garanhuns foi acompanhado desde a chegada da matéria prima e seu armazenamento, até a saída do produto final para utilização no mercado. As reações presentes no processo não são detalhadas, pois este não é o objetivo deste trabalho. A figura 15 mostra o diagrama completo para as etapas do processo de produção de biodiesel na unidade piloto de Caetés, de acordo com o CETENE

38 Figura 1: Unidade de produção piloto de biodiesel de Caetés. a) Tanque de lavagem. b) Tancagem. c)reator. d)tanques intermediários. e)recuperação de etanol/glicerol.

39 Figura 15: Fluxograma de produção de biodiesel na unidade piloto de Caetés A produção se inicia com a neutralização do óleo de algodão onde são retiradas as impurezas, como corantes e proteínas. A neutralização é feita na presença de temperatura e solução alcalina (solda caustica). Para esta etapa, é utilizado o reator1. A figura 16 ilustra a etapa de neutralização do óleo vegetal.

40 Figura 16: Processo de neutralização do óleo vegetal. Em seguida o óleo é filtrado e sua umidade é retirada, pois se houver presença de umidade ocorrerá formação de sabão (transesterificação básica).a remoção de umidade do óleo é realizada num secador, através de elevação de temperatura em conjunto com a redução da pressão, a água irá evaporar, separando-se do óleo. A figura 17 exibe o diagrama simplificado desta etapa do processo. Após seco, o óleo é bombeado para o reator 2 onde ocorrerá a reação de transesterificação. Figura 17: Processo de secagem do óleo vegetal.

41 Neste reator estão presentes o óleo vegetal, o álcool de cadeia curta (etanol ou metanol), e o catalisador (hidróxido de sódio ou de potássio). O catalisador é preparado em tanques de aço inox, próximos ao reator. A figura 18 ilustra o processo. A temperatura, a velocidade de agitação e o tempo de residência são importantes parâmetros do processo. Como a reação é reversível, então a quantidade de álcool é colocada em excesso para inibir esta característica indesejada. Figura 18: Etapa de transesterificação do óleo vegetal Para melhorar a transferência de massa, existe um agitador mecânico onde a mistura circula neste equipamento, o qual melhora a eficiência do processo. O principio de funcionamento do agitador mecânico é o estabelecimento de um movimento rotatório no fluido, de modo que a força centrífuga aplicada às partículas seja maior que as forças de coesão molecular e de gravidade, fazendo com que as mesmas sejam lançadas de encontro às paredes, retirando-as da massa em escoamento. Este é usado para coletar as partículas de maior tamanho e elevado peso específico. Também existe um condensador, o qual evitará que o álcool que evapore durante a reação volte a condensar e novamente participar da reação. O topo do condensador possui uma abertura por onde o álcool possa sair caso a pressão dentro do reator aumente excessivamente. Após a reação o produto é o biodiesel e a glicerina mais densa que o biodiesel. Este conjunto é bombeado até os decantadores onde a glicerina é separada do biodiesel. Nesta parte do processo os subprodutos estão associados a impurezas e devem ser purificados para recuperar o excesso de álcool colocado na reação. O processo de purificação inicia em vasos onde existem trocadores de calor, acoplados a condensadores. Nesta etapa, o fluido circula continuamente entre o evaporador e o condensador. Como o álcool possui temperatura de ebulição menor que o biodiesel, e também a pressão nestes equipamentos é reduzida através da ação de uma bomba de vácuo, o álcool evapora separando-se da substância e é condensado e conduzido à etapa de remoção umidade para utilização novamente no processo. A recuperação do álcool é finalizada na coluna de destilação. O biodiesel produzido após remoção do álcool, ainda pode conter impurezas. Estas

42 impurezas devem ser removidas no processo de lavagem em agitadores. A figura 19 mostra este processo. A primeira lavagem é feita com água levemente acidificada com o objetivo de neutralizar as impurezas (catalisador residual, sabão) e a segunda lavagem deve ser feita com água pura. Figura 19: Processo de lavagem do biodiesel Após a segunda lavagem o biodiesel é colocado na centrífuga para ser executada a separação da água. Mesmo após a centrífuga, o biodiesel é novamente bombeado ao conjunto evaporador-condensador (utilizado anteriormente para a separação do biodiesel com o álcool), para secagem. O resultado deste processo é o biodiesel purificado e seco, o qual é bombeado para os tanques de armazenamento para utilização. Todo processo foi mapeado e posto num diagrama para ser estudado. Com o diagrama do processo e o entendimento das funções e atividades realizadas, foi possível avaliar os riscos do trabalho na unidade piloto de produção de biodiesel. O diagrama do processo é verificado abaixo na figura 20. Cada produto que circula nos dutos da unidade foi classificado por uma cor específica, sendo divididos em: óleo vegetal, óleo + éster + glicerina, biodiesel, catalisador, álcool, óleo mineral, álcool recuperado, vácuo e glicerina. Os equipamentos estão também identificados, de forma a facilitar o entendimento do processo.

43 Figura 20: Planta de produção de biodiesel de Caetés.

44 .2. Análise de riscos no processo de produção de biodiesel na unidade piloto de Garanhuns. Conforme a norma OHSAS 18001, a organização deve estabelecer e manter procedimentos para identificação de riscos, e implementação das necessárias medidas de controle. Esses documentos devem incluir: Atividades rotineiras e não rotineiras; Atividades de todo pessoal que tem acesso ao local de trabalho (incluindo subcontratados e visitantes); Processos que ocorrem no local de trabalho, realizados pela organização ou por outro; A metodologia da organização para a identificação do perigo e a avaliação de risco deve: - Ser definido no que diz respeito a seu escopo, natureza e o sincronismo para assegurá-lo que é dinâmico um pouco do que reativo; - Prevê a classificação de riscos e a identificação daqueles que devem ser eliminada ou controlada por medidas; - Ser consistente com a experiência de funcionamento e as capacidades das medidas de controle do risco empregadas; - Fornecer a entrada na determinação de exigências de requisitos, na identificação de necessidades de treinamento e/ou no desenvolvimento de controles operacionais; - Prevê a monitoração de ações exigidas para assegurar a eficácia e a oportunidade de sua execução. Os perigos potenciais, os riscos e os controles no trabalho foram avaliados com o uso de avaliações de risco do trabalho. Esta avaliação foi construída de acordo com o item..1 da OHSAS que exige o processo da identificação de trabalho com cobertura de atividades não rotineiras assim como atividades rotineiras. Ainda foram classificados de acordo com a natureza da atividade, sendo riscos de operação e de manutenção. Para compreensão desta avaliação é necessário ter conhecimento claro das definições utilizadas para esta etapa. Estas definições são: Controle - Neste contexto, um controle é todo o sistema projetado, equipamento protetor ou arranjo administrativo que elimina um perigo ou reduz sua probabilidade de causar um ferimento ou uma doença. Freqüência - a taxa em que um trabalho específico é executado. Há cinco classes de freqüência: inferior ou igual a uma vez por ano, inferior ou igual a uma vez por o mês,

45 inferior ou igual a uma vez por a semana, inferior ou igual a uma vez por o deslocamento e maior de uma vez por o deslocamento. Perigo - uma fonte de perigo; uma possibilidade de incorrer a perda ou evento indesejado; Trabalho - um trabalho é uma seqüência de etapas separadas ou atividades, que juntos realizem um objetivo do processo. Fatores de força do trabalho - fatores que podem aumentar a probabilidade potencial de um ferimento ou de uma doença. Probabilidade - a possibilidade de ocorrência de um evento que conduz às conseqüências más. As cinco classes de probabilidade são: extremamente improvável, improvável, possível, provável, e múltiplo. Número de pessoas - número de pessoas que executam a etapa de trabalho que são expostas a um perigo específico. Prioridade - representa a ordem em que as avaliações de risco iniciais do trabalho são feitas. Os trabalhos prioritários são os trabalhos que têm uma história recente envolver um ferimento elevado da severidade, ou um trabalho em que os ferimentos são prováveis ocorrer, ou um trabalho em que há uma história recente de ocorrências. Risco - o risco é o produto do número de pessoas que executam a etapa de trabalho, e os pontos atribuídos à freqüência, à probabilidade e à severidade. Os pontos para a freqüência, a probabilidade e a severidade são baseados em um sistema numérico por etapas desenvolvido por liberdade pela organização. Uma escala específica de valores do ponto para o risco é associada com uma de cinco classes de risco descritivas: insignificante, aceitável, moderado, substancial e insuportável. Gravidade são as conseqüências más de um evento. As cinco classes de severidade são: tratamento de primeiros socorros, médico, tempo perdido, inabilidade parcial, inabilidade permanente e morte. Para melhor avaliar os riscos, a unidade foi mapeada nas cinco áreas abaixo, de acordo com a natureza mapeada anteriormente na análise do processo: Armazenamento; Reação; Separação; Recuperação/Secagem; Lavagem;

46 Onde a área de armazenamento compreende o conjunto de tanques externos a unidade, utilizados no recebimento da matéria prima (óleo vegetal, Etanol) e na entrega no produto pronto. Na área de reação estão localizados os reatores, ciclone com condensador, desumidificador e tanques de catalisador. A área de separação é composta pelos decantadores e tanques intermediários. Na recuperação e secagem está localizada a coluna de destilação, evaporadores e condensadores e o sistema de vácuo. Por fim, na etapa de lavagem estão a centrífuga e o misturador. A avaliação foi dividida em atividades de operação e manutenção, de modo a contemplar tarefas de maior e menor freqüência. O formulário aplicado, tabela, foi adaptado a partir de um estudo realizado pelo Brookhaven National Laboratory (BNL) a partir de 200 e com última revisão em 2007 para certificação deste na norma OHSAS Os resultados foram dispostos em tabelas, as quais estão anexas a este trabalho, contendo a área da unidade, a atividade, o risco apresentado por esta atividade, os fatores de multiplicação para composição do risco, as ações para controle inicial e a nova avaliação dos riscos para este controle. A interpretação dos dados da análise é feita por meio do gabarito, onde são estabelecidos limites para o risco negligenciável, aceitável, moderado, substancial e intolerável. Após a conclusão desta etapa do trabalho, serão aplicadas as técnicas de controle utilizando sistemas instrumentados de segurança para os casos onde o risco for intolerável mesmo após a aplicação do controle inicial.

47 Tabela : Modelo do formulário de avaliação de riscos aplicado ao estudo. Fonte: Brookhaven National Laboratory, Nome(s) dos Membros da Equipe de Risco: Título do Trabalho: Nome do Trabalho ou Identificador do Trabalho: Valor por Ponto Parametro Frequência (B) <Uma Vez/Ano < Uma Vez /Mês < Uma Vez /Semana < Uma Vez /Dia > Uma Vez /Dia Gravidade (C) Primeiros Socorros Tratamento Médico Afastamento do Trabalho Invalidez Parcial Morte ou Invalidez Permananete Probabilidade (D) Extremamente Improvável Improvável Possível Provável Múltiplo Descrição do Trabalho: Treinamento e Lista de Procedimento (Opcional): Data: Descrição Adicional Resumida dos Controles Adicionados para a Redução dos Riscos: *Risco: 0 to to 0 1 to 60 Negligenciável Aceitável Moderado 61 to 80 Substancial 81 ou maior Intolerável % Redução do Risco Risco* AxBxCxD Probabilidade D Controle(s) Adcionados a redução do Risco Gravidade C Risco* AxBxCxD Probabilidade D Gravidade C Frequencia B Controles Iniciais # de Pessoas A Risco* AxBxCxD Probabilidade D Gravidade C Frequencia B A # de Pessoas A Risco Stressors Y/N Tarefa Depois dos controles Adcionais Depois dos Controles Iniciais Antes dos Controles Area Comentarios: Frequencia B Razão para Revisão (se aplicável): # de Pessoas A Aprovado por: Rev. #: Agentes de Risco

48

49 Resultados - Prevenção de Riscos Utilizando Sistemas Instrumentados de Segurança. Após o levantamento dos riscos presentes no ambiente em estudo é necessário analisá-los para que os dados levantados possam ser transformados em informações necessárias às definições das ações a serem realizadas para prevenção de riscos utilizando sistemas instrumentados de segurança. Neste capítulo serão feitas as análises dos dados de riscos e com base nestas análises, serão definidas as prioridades de ações de prevenção de riscos na unidade..1. Análise dos dados obtidos na avaliação de riscos e definição das ações. Para se obter uma visão estratégica para a atuação dos sistemas instrumentados de segurança a avaliação de riscos foi inicialmente agrupada por área. Esta avaliação permite conhecer a área da unidade que apresenta maior exposição ao risco, assim como maior necessidade de atuação por parte das medidas de segurança. O critério para obtenção deste agrupamento foi realizado pelo somatório dos valores de risco obtidos durante a avaliação após a atuação de medidas de controle iniciais, aplicando-se outra tecnologia. Estes valores só são considerados caso ultrapassem o limite definido para serem classificados como risco intolerável para cada área da usina, ou seja, os valores maiores que 81. A quantificação dos perigos e riscos em cada setor da unidade de biodiesel é mostrada na Tabela 1 do Apêndice. O resultado final define o somatório dos riscos em cada setor, conforme mostrado na Tabela. Tabela : Avaliação de riscos da usina de biodiesel classificado por área.

50 O resultado, exibido na tabela, indicou que a área de recuperação de álcool e secagem do biodiesel apresenta o maior nível de risco no processo, seguido das áreas de lavagem, reação, armazenamento e separação. A justificativa para este fato decorre da quantidade de equipamentos contidos nesta área. Composta de trocadores de calor, condensadores, evaporadores e coluna de destilação, esta área supera o número de equipamentos e conseqüentemente os pontos de exposição ao risco. Os resultados foram também exibidos na figura 21, na forma de gráfico. Estas informações são importantes na análise, pois serão utilizadas na definição das técnicas de atuação dos sistemas instrumentados de segurança, uma vez que conhecendo a área com maior necessidade de atuação, é possível estimar maior utilização de instrumentos, dutos de cabos e outros acessórios utilizados na implantação. Figura 21: Avaliação de risco por área da usina. Uma vez que a área que apresenta maior risco foi conhecida, é necessário saber qual equipamento da usina possui maior risco na avaliação. Este agrupamento permite conhecer dentro da rotina de operação na unidade, qual equipamento que apresenta maior necessidade de atuação por parte das medidas de segurança. A classificação foi realizada dentro dos mesmos critérios da anterior, utilizando-se o somatório dos valores de risco intoleráveis avaliados durante os procedimentos de operação para cada equipamento da usina, ou seja, os valores maiores que 81.

51 Tabela 5: Avaliação de riscos da usina de biodiesel classificado equipamento. O resultado exibido na tabela 5 indicou que os reatores apresentam maior nível de risco no processo, seguido da coluna de destilação, centrífuga e evaporador. Neste contexto, pode-se justificar esta classificação pela presença neste equipamento de todos os componentes da mistura (catalisador, etanol/metanol, óleo vegetal) na presença de variáveis físicas (temperatura, pressão, nível) que devem ser rigorosamente controladas, para que o processo ocorra com segurança. Do mesmo modo o resultado foi exibido na figura 22, na forma de gráfico. O agrupamento de risco por equipamento permite o planejamento das ações, sejam elas utilizando sistemas instrumentados de segurança ou outras tecnologias, para tratamento destes riscos estrategicamente focados na maior demanda. MEDIDA DO RISCO AVALIAÇÃO DE RISCO POR EQUIPAMENTO R R TO A E C N LU O A D E D AÇ IL T ES ÃO C FU RÍ T EN A G E R PO A V AD R O C N O N DE D SA R O D AN EC D TA R O ST SI A EM D E C VÁ UO EQUIPAMENTO Figura 22: Gráfico da avaliação de riscos por equipamento da usina. Alguns aspectos podem ser reconsiderados antes da aplicação das técnicas de sistemas instrumentados de segurança para minimizar o risco numa unidade de produção de biodiesel. Estes

52 aspectos estão baseados nos fundamentos de tecnologias limpas, e sugerem alterações que podem ser realizadas no processo ou no manuseio das substancias envolvidas. No processo de transesterificação geralmente é usado o metanol como álcool para reação com o óleo vegetal. Uma opção mais segura é a utilização do etanol para produzir o biodiesel de éster etílico, cujo produto pode ser totalmente renovável se a origem do etanol for da cana-deaçúcar. Outra vantagem do éster etílico é a obtenção de um biodiesel com maior número de cetano e um ponto de névoa menor do que o éster metílico, melhorando a partida a frio (ENCINAR et al., 2002). A Tabela 6 abaixo mostra alguns indicadores na produção do biodiesel pela via metílica em comparação com a etílica. Tabela 6: Comparação do processo de produção do biodiesel metílico e etílico Fonte: ENCINAR, et AL 2002 Apesar da grande produção de álcool etílico no Brasil e este ser menos agressivo ambientalmente, a transesterificação etílica é significativamente mais complexa que a metílica, sendo o uso do metanol vantajoso porque permite a separação simultânea do glicerol. A utilização do etanol no lugar do metanol reduz a níveis baixos os riscos à segurança do processo, uma vez que o metanol é altamente tóxico por inalação, facilmente inflamável e apresenta risco de ignição por carga eletrostática. A substituição do processo também apresenta vantagens quanto à segurança, uma vez que atualmente este é realizado manualmente sem acompanhamento constante das características físicas do material processado. Um processo automatizado e instrumentado possibilita o controle das condições sob as quais as substancias estão submetidas no processo. Isto pode garantir que alterações das condições do processo não exponham ao risco as pessoas e os equipamentos, além de ser responsável pelo rendimento máximo do processo, fazendo com que toda energia cedida, seja

53 utilizada na elaboração do produto. Outro ponto a ser considerado para o controle do risco na fonte é a substituição das válvulas de vedação do tipo globo por válvulas de dupla vedação devidamente dimensionadas de acordo com as normas internacionais de segurança. Associada a esta medida, deve-se realizar a classificação das áreas da usina e caso necessário a substituição de bombas e instalações existentes por outras a prova de explosão. A utilização de tanques de armazenamento com teto flutuante, é uma medida de controle na fonte que pode ser utilizada, pois faz com que a possibilidade de fogo seja restrita ao espaço anular entre o teto flutuante e o costado do tanque. Essa reduzida área de fogo, aliada à facilidade que se tem para extingui-lo, faz com que seja mínima a possibilidade de ocorrer derramamento com fogo em tanques que possuam teto flutuante. A técnica de inertização dos tanques de armazenamento do etanol ou metanol. Neste procedimento o nitrogênio é o substituto do ar nas ocasiões em que há a necessidade da eliminação do contato com o oxigênio para manter a qualidade do produto e reduzir o risco de fogo e manter a qualidade do produto. São instaladas válvulas de pressão e vácuo nos tanques, de acordo com as instalações existentes e o fluxo interno de produto, que vão monitorar variações mínimas de pressão, corrigindo automaticamente. Podem ser feitas instalações mais simples para tanques isolados, com controle manual, mas são menos recomendadas em função dos riscos de danificar o tanque por pressão ou vácuo, principalmente nos momentos de carga e descarga. A Inertização preserva a qualidade do produto nos períodos em que ele permanece armazenado, mesmo sem sofrer movimentações freqüentes, pois podem ocorrer problemas de incorporação de oxigênio caso o tanque não esteja inertizado. Isso ocorre em função do contato da superfície do produto com o ar no espaço superior do tanque. A definição da política de manutenção preventiva para a usina é também de suma importância, pois possibilita entre outras coisas o controle de emissões fugitivas em bombas, válvulas e flanges, além de garantir o perfeito funcionamento dos equipamentos, pela inspeção e substituição de peças que possam comprometer estes equipamentos. De acordo com a avaliação de risco, foram descartados os itens com avaliação inferior a 81. Desta forma as atividades de manutenção tiveram o seu risco controlado, pela aplicação de técnicas convencionais de prevenção, não sendo necessário utilizar sistemas instrumentados de segurança para estas atividades. Como já verificado, a área que apresenta maior grau de risco é a área onde ocorre a reação, composta do agitador mecânico, condensador e reator. Nesta área serão aplicados os sistemas instrumentados de segurança, especificamente no reator por apresentar maior risco na área. Seguindo a indicação da avaliação de riscos por equipamento, o reator de transesterificação é escolhido como alvo da atuação prioritária da função de segurança. Os eventos levantados na análise, conforme a tabela 7, que o maior ofensor é o risco associado à explosão por

54 aumento da pressão interna, assim como o risco de fogo ou explosão por aumento na temperatura da reação. Estes eventos serão analisados detalhadamente na próxima seção. Os outros equipamentos e áreas da unidade ficarão com sugestão para trabalhos futuros. Tabela 7: Avaliação de riscos do reator de transesterificação..2. Análise de eventos de risco no reator de transesterificação e aplicação das respectivas funções de segurança instrumentadas. Conhecendo os riscos da área a onde o sistema irá atuar, é necessário avaliar as causas dos eventos de risco para que seja possível encontrar os pontos específicos onde atuarão as funções instrumentadas de segurança. Para a análise do caso sob o ponto de vista da pressão e temperatura neste equipamento, foi considerado que o nível de segurança necessária é o de não atingir uma condição acima do normal com a probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano, ou seja, não poderá haver uma condição anormal nestas variáveis em dez mil operações realizadas anualmente. Para o evento de nível anormal foi considerado que o nível de segurança é de não atingir uma condição acima do normal com a probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano, ou seja, não poderá haver uma condição anormal nestas variáveis em mil operações anuais. Este comportamento ocorre devido à presença de um eficiente sistema de contenção em caso de vazamentos na unidade. De acordo com a análise de perigo e risco realizada no item.2, foi identificado que uma condição de pressão elevada pode resultar em uma liberação de material para o ambiente, ou até

55 explosão do reator se a pressão excedente não for liberada por ocasião de falha na válvula de alívio de pressão. No caso de alta temperatura pode resultar em fogo ou em alguns casos na explosão do reator, e conseqüentemente vazamento do material se o sistema de controle de temperatura não atuar, que além de danos à saúde, resultaria em danos ao meio ambiente e às instalações da unidade. Para o evento de nível anormal, a conseqüência é o derramamento do material na área da unidade e, por conseguinte, por ser inflamável, o fogo. Também ocasionaria outras conseqüências devido à toxidade do material. Estes são eventos iniciais que podem propagar um cenário de acidente dependendo da resposta do sistema de proteção. Na análise do evento de pressão elevada, um breve HAZOP (Hazard and Operability Analysis) foi executado para o processo. Os resultados do estudo de HAZOP identificaram que uma condição da pressão elevada poderia conduzir a uma liberação do material inflamável ao ambiente. Este é um evento inicial poderia propagar uma situação de acidente dependendo da resposta dos sistemas projetados. Deve-se notar que a aproximação usada nesta seção é uma combinação de uma avaliação quantitativa da probabilidade do evento perigoso ocorrer e de uma avaliação qualitativa das conseqüências. Esta aproximação é usada para ilustrar o procedimento sistemático que deve ser seguido para identificar eventos perigosos e funções de segurança. Para um caso mais detalhado, todas as probabilidades de falha sob demanda dos dispositivos devem ser utilizadas para a composição da probabilidade de falha sob demanda do sistema. De modo semelhante, para o caso de aumento da temperatura e nível foram realizadas análises de HAZOP e os resultados foram arranjados em forma de tabela contemplando todos os eventos. Vale salientar que esta análise está direcionada para eventos que tem por conseqüência o aumento do risco para a segurança, ou seja, sempre foi considerado o desvio em que a conseqüência eleva a probabilidade de um acidente. Caso contrário, deveria abordar outros aspectos inclusive influências de variações de pressão, temperatura e nível para menos que o especificado. Outra restrição da análise é que por estar direcionada apenas para o reator de transesterificação, esta análise não considera outros equipamentos que terão conseqüência direta das ações no reator, como o decantador e tanques de armazenamento que são diretamente ligados a este equipamento. Esta análise contém a localização física do equipamento na planta, o parâmetro a ser analisado, se o desvio é para mais ou para menos neste parâmetro, as possíveis causas deste evento, as conseqüências, e as ações necessárias para o controle do processo nesta situação. Deste modo a análise realizada será utilizada para construção dos programas dos controladores lógicos que realizarão as operações necessárias a manter a planta no estado seguro. A tabela 8 mostra os resultados da análise.

56 Tabela 8: Resultado do HAZOP direcionado para eventos de risco a segurança para o reator de transesterificação. PROJETO UNIDADE CAETÉS DATA SEÇÃO REATOR DE TRANSESTERIFICAÇÃO PLANTA DE REFERENCIA SETOR PARAMETRO DO PROCESSO 1 Pressão DESVIO POSSÍVEIS CAUSAS Maior Fogo externo Falha no controle de pressão Falha no sensor de pressão Falha do operador Falha da válvula de alívio de pressão 1/1/09 P&ID CONSEQUÊNCIAS Rompimento do reator e vazamento da mistura. Fluxo reverso de óleo Fluxo reverso de etanol Alteração na composição da reação Bomba de óleo danificada Valvula de controle de pressão danificada AÇÃO NECESSÁRIA Bomba de etanol danificada Acionamento de B - 9 Fechamento de LCV - 7 Abertura de PCV - 2 Fechamento de TCV - Desligamento de B - Desligamento de B - 18 Desligamento de B - 1 Fluxo reverso de catalizador SETOR PARAMETRO DO PROCESSO 2 Temperatura DESVIO POSSÍVEIS CAUSAS Maior Fogo externo Falha no controle de temperatura Falha no sensor de temperatura Falha do operador Falha da válvula de controle do fluido de aquecimento Falha no sistema de resfriamento CONSEQUÊNCIAS Alteração das caracteristicas da reação Valvulas de controle danificadas Bomba de drenagem danificada AÇÃO NECESSÁRIA Fechamento de TCV - Abertura de PCV - 2 Desligamento de B - Elevação da pressão do reator Desligamento de B - 1 Vazamento de vapor pelo aumento da temperatura Desligamento de B - 9 Fechamento de LCV - 7

57 SETOR PARAMETRO DO PROCESSO Nivel DESVIO POSSÍVEIS CAUSAS Maior Falha no controle de nível Falha no sensor de nível Falha do operador Falha da válvula de controle de nível CONSEQUÊNCIAS Alteração das caracteristicas da reação Vazamento do produto Fluxo reverso de Óleo AÇÃO NECESSÁRIA Fluxo reverso de Etanol Bomba de Etanol danificada Bomba de Óleo danificada Fechamento de LCV - 7 Fechamento de TCV - Abertura de PCV - 2 Acionamento de B - 9 Desligamento de B - Desligamento de B - 1

58 Para ser possível a avaliação de segurança na operação do processo para implantação do sistema instrumentado de segurança foi realizado um simples projeto de instrumentação básica para o controle do processo no reator, pois atualmente a operação é feita manualmente por funcionários da usina. Esta instrumentação, ilustrada na figura 2, é constituída de transmissores e controladores de pressão, temperatura e nível, além de indicadores e alarmes destas três variáveis. Pressão, nível e temperatura, são monitorados e a estas grandezas são associados alarmes que alertam o operador para que tome decisões para normalização do processo. O próximo passo é identificar os fatores que podem contribuir para o desenvolvimento do evento inicial. Na figura 2, uma análise de árvore de falhas é mostrada como exemplo, identificando alguns eventos que contribuem para o desenvolvimento de um evento de pressão elevada no reator. O evento no topo, pressão elevada, é causado devido à falha do sistema de controle básico do processo, ou um fogo externo. A árvore de falhas é utilizada para ilustrar a falha o sistema de controle básico no processo. Este sistema não efetua qualquer função de segurança. Sua falha, entretanto, contribui para o aumento da demanda de operação do SIS. É necessário destacar a importância deste procedimento na concepção da função de segurança, e que o mesmo deve ser repetido para todos os eventos com risco potencial.

59 Figura 2: Instrumentação básica do reator de transesterificação com indicação dos alarmes, controladores, indicadores e válvulas de controle de temperatura, pressão e nível.

60

61 Figura 2: Árvore de falhas para análise de alta pressão no reator de transesterificação. Assume-se então que pelo tipo de reação que a probabilidade de alta pressão neste reator é de 10-1 em um ano. Esta condição dará início a análise das causas na árvore de eventos. Uma vez que a probabilidade de ocorrência do evento de inicialização foi estabelecida, o sucesso ou falha do sistema de segurança para responder à condição anormal é modelado utilizando a análise da árvore de eventos. Os dados de confiabilidade para o desempenho da segurança podem ser tomados dos dados de campo, bases de dados publicadas ou ser previstos usando técnicas de modelagem de confiabilidade. Para esta análise, os dados de confiabilidade foram supostos e não devem ser considerados como a representação do desempenho de sistema previsto. A Figura 25 mostra os cenários potenciais da liberação que poderiam ser desenvolvidos pela condição da alta pressão.

62 Figura 25: Análise dos cenários de falhas de alta pressão sem a presença dos sistemas de segurança. Os resultados da modelagem do acidente são: a) A probabilidade de cada conseqüência de acidente ocorrer; b) As conseqüências em termos da liberação de material inflamável; Na figura 25 cinco cenários de acidentes são identificados, cada um com probabilidade de ocorrência e conseqüência de uma potencial liberação. O cenário de acidente 1, não liberação é a condição projetada para o processo. Os cenários restantes possuem resultados a partir da probabilidade de ocorrência de 9x10- para liberação de material a partir da válvula de alívio de pressão até 1x10- por falha do reator. Como especificado anteriormente, o nível de segurança da planta foi estabelecido como a não liberação do material com probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano. De acordo com a figura 25 é necessário reduzir o risco para os cenários de acidentes 2, e para abaixo deste nível de segurança. Ambos os padrões exigem que os sistemas de segurança de outras tecnologias sejam empregados antes de estabelecer a necessidade de uma função de segurança executada em um SIS. Para ilustrar o procedimento, supõe-se que uma válvula de alívio de pressão adicional, figura 26, com um ponto ajustado mais elevado está introduzida para aumentar os sistemas de segurança existentes. A Figura 26 mostra o processo com os novos sistemas de segurança. A análise de árvore de eventos é empregada para desenvolver todos os cenários potenciais do acidente. Nesta figura, pode-se ver que sete acidentes da liberação podem ocorrer, dado a mesma condição de alta pressão.

63 Figura 26: Análise dos cenários de falhas de alta pressão utilizando outras tecnologias. A análise da probabilidade da ocorrência dos eventos perigosos mostra que o nível de nível de segurança para o reator não foi encontrado porque os cenários 2, e 5 do acidente estão ainda acima do nível de alvo da segurança. Neste momento a viabilidade de usar funcionalidades externas da redução do risco deve ser avaliada. Dado que o objetivo da segurança é minimizar o risco devido a uma liberação do material ao ambiente, supõe-se que as funcionalidades externas para redução do risco tais como um dique ou uma transferência do material liberado a um tanque auxiliar não são um esquema alternativo eficiente para redução do risco. Conseqüentemente, uma vez que nenhuma outra proteção não-sis pode encontrar o nível de segurança, uma função de segurança executada em um SIS é necessária para proteger de um evento de alta pressão e à liberação do material inflamável. A figura 27 mostra o desenho da planta de instrumentação com duplicidade de equipamentos.

64 Figura 27: Instrumentação básica do reator de transesterificação com instrumentação e controle duplicado.

65 O nível de segurança não pode ser alcançado usando sistemas de segurança de outras tecnologias ou funcionalidades externas de redução de risco. Conseqüentemente, uma função de segurança nova de SIL 2 executada em um SIS é exigida para encontrar o nível de segurança necessário. A função de segurança deve reduzir a probabilidade de ocorrência do segundo cenário de acidente de 9x10- em um ano para ou abaixo do nível estabelecido, que é menor que 10- em um ano. Isso requer uma função de segurança SIL 2. Os novos cenários são mostrados na figura 29. Figura 29: Análise dos cenários de falhas de alta pressão utilizando SIS. Aplicando a mesma técnica para o caso de temperatura elevada, existe do mesmo modo um sistema de controle básico do processo que regula a temperatura da mistura no reator. Este sistema emite alarme caso esta temperatura ultrapasse um valor limite, uma vez que de acordo com a ficha de informação de produto químico da Petrobrás, a temperatura de auto-ignição do metanol a partir de 85 C e neste caso haveria a deflagração de incêndio na unidade mesmo sem a presença de fonte de ignição. Contudo, é importante destacar que o metanol pode causar incêndio quando há fonte de ignição mesmo em temperaturas tão baixas quanto a temperatura ambiente. O alarme indica ao operador que uma ação deve ser tomada. Como alternativa de procedimento para tratamento de elevação de temperatura, é sugerida a adição à planta de uma tubulação interligando o reator aos trocadores de calor localizados na área de recuperação e secagem. Esta ação pode evitar que temperaturas indesejáveis possam causar danos aos equipamentos antes mesmo que possam iniciar incêndio ou explosão. Caso a alta temperatura cause excesso de pressão no reator, este evento será tratado de acordo com a análise anterior. Caso não haja ação por parte do operador, entra em ação o sistema automático de resfriamento da planta, o qual tentará fazer com que a temperatura do equipamento retorne à

66 condição normal. De acordo com estas observações foi construída a arvore de falha da figura 29. Figura 29: Análise dos cenários de falhas de alta temperatura. Na figura 29 cinco cenários de acidentes são identificados, cada um com probabilidade de ocorrência e conseqüência de uma potencial ignição. O cenário de acidente 1, não ignição é a condição projetada para o processo. Os cenários restantes possuem resultados a partir da probabilidade de ocorrência de 9x10- para resfriamento do material a partir do sistema dedicado a este fim. Porém o objetivo do SIS é de que não seja utilizado o sistema de resfriamento, uma vez que implica em parada do sistema e conseqüentemente custo adicional ao processo. Como especificado anteriormente, o nível de segurança da planta foi estabelecido como a não liberação do material com probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano. De acordo com a figura 29 é necessário reduzir o risco para os cenários de acidentes 2, e para abaixo deste nível de segurança. Uma vez que deverá haver a redução de risco de 10-2, e de modo semelhante a análise de alta pressão, uma função de segurança deverá ser utilizada para que o nível de segurança seja. Conseqüentemente, uma função de segurança nova de SIL 2 executada em um SIS é exigida para encontrar o nível de segurança necessário. A função de segurança deve reduzir a probabilidade de ocorrência do segundo cenário de acidente de 9x10- em um ano para ou abaixo do nível estabelecido, que é menor que 10- em um ano. Os novos cenários são mostrados na figura 29.

67 Figura 29: Análise dos cenários de falhas de alta temperatura utilizando SIS. Do mesmo modo para o evento de nível elevado, existe um sistema de controle básico do processo que regula o nível da mistura no reator. Este sistema emite alarme caso este nível ultrapasse um valor limite, uma vez que se isto acontecer ocorrerá o fluxo inverso do material, podendo danificar bombas e também o derramamento da mistura por junções das tubulações. Diferentemente dos eventos anteriores, caso ocorra falha do operador, o vazamento poderá acontecer mais facilmente, pois não há dispositivo de alívio que possa atuar neste momento. Existem diques que isolam a área da unidade, mas são dispositivos de contenção e atuam quando já ocorreu o derrame. Conforme já mencionado, foi considerado que o nível de segurança é de não atingir uma condição acima do normal com a probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano, ou seja, não poderá haver uma condição anormal nestas variáveis em dez mil operações realizadas em um ano. De acordo com estas observações foi construída a arvore de falha da figura 0. Figura 0: Análise dos cenários de falhas de nível anormal.

68 Na figura 0 três cenários de acidentes são identificados, cada um com probabilidade de ocorrência e conseqüência de um potencial derrame. O cenário de acidente 1, não derrame é a condição projetada para o processo. Os cenários restantes possuem resultados a partir da probabilidade de ocorrência de 1x10-2 até 1x10- para derrame do material. Como especificado anteriormente, o nível de segurança da planta foi estabelecido como a não liberação do material com probabilidade de ocorrência maior que 10- em um ano. De acordo com a figura 0 é necessário reduzir o risco para os cenários de acidentes 2 e para abaixo deste nível de segurança. Para isto será adicionada uma função de segurança mostrada na figura 1. Figura 1: Análise dos cenários de falhas de nível anormal com função de segurança. Após esta análise é necessário realizar um projeto detalhado da função de segurança. Entretanto, um conceito geral de uma nova função deve ser considerado. Por exemplo, a nova função de segurança pode usar sensores de pressão numa configuração 1oo2 (utilização de sensores redundantes) enviando sinal para um controlador lógico. A saída do controlador lógico controla uma válvula de parada adicional. A nova função de SIL 2 é usada para minimizar a probabilidade de liberação a partir do reator pressurizado devido a uma pressão acima da pressão suportada. A figura 1 apresenta a nova camada de função de segurança e aborda todos os cenários de potenciais acidentes. Como pode ser visto nesta figura, a probabilidade de haver a liberação a partir do reator pode ser reduzida para 10- ou menor e o nível de segurança pode ser obtido com os requisitos de SIL 2. De posse destas informações foi construído o diagrama do sistema instrumentado de segurança a ser aplicado ao reator de transesterificação apresentado na figura 2. Este é composto de sensores transmissores controladores e válvulas de segurança, as quais irão atuar em caso de falha no controle básico do processo. Conforme a tabela 8, a qual exibe o HAZOP, o sistema atuará em diversas bombas na planta, porém apenas a interligação do sistema com a bomba B-9 está exibida, devido ao fato de as outras bombas estarem em outras áreas da planta.

69 Figura 2: Sistema instrumentado de segurança aplicado ao reator de transesterificação

70 5 Conclusões, melhorias possíveis e trabalhos futuros. 5.1 Conclusões O método semi-quantitativo utilizado, mostrou que as área que contem maior risco na usina são respectivamente na ordem decrescente, recuperação/secagem, lavagem, reação, armazenamento e separação. Porém o risco agrupado por equipamento apontou para o reator como o maior ofensor deste indicado, seguido da coluna de destilação, centrífuga, evaporador, condensador, decantador, sistema de vácuo respectivamente na ordem decrescente. Os passos seguintes foram realizados conforme a seqüência abaixo: 1. Pela análise dos indicadores de risco foi possível eleger a área com maior prioridade de atuação: a área de reação foi eleita pelo maior risco por equipamento encontrado (reator); 2. A análise realizada através do HAZOP utilizando os riscos da área a onde o sistema irá atuar para encontrar os pontos específicos onde atuarão as funções instrumentadas de segurança;. Os dados obtidos no HAZOP foram utilizados numa uma análise de árvore de falhas para identificar os fatores que podem contribuir para o desenvolvimento do evento inicial e definir o SIL a ser utilizado na implementação do sistema;. O sistema instrumentado de segurança foi concebido implementando funções mapeadas no HAZOP para atuar em anormalidades relacionadas a pressão, temperatura e nível no reator de transesterificação. Os seguintes componentes foram acrescentados na planta para atuar no sistema

71 instrumentado de segurança: Para pressão foi acrescentada uma válvula de segurança (PCV 22) ligada a um controlador de pressão (PIC 19) e um transmissor (PT 29), ambos de SIL 2. Este conjunto irá acionar a bomba B-9, a qual aliviará o reator, levando óleo aos tanques intermediários, abrirá a válvula PCV 22, interrompendo o fluxo de óleo térmico e desligará as bombas B, B 18, B 1 e fechará as válvulas TCV-2 e LCV-2. A temperatura foi trabalhada pelo conjunto transmissor/controlador (TT 2/TIC 1), os quais regulam o fluxo de óleo térmico para o reator através da válvula de segurança TCV-2. Este conjunto, assim como o anterior acionará a bomba B-9, desligará as bombas B- e B-1, fechará as válvulas TCV-2 interrompendo o transporte do olé vegetal para o reator, e LCV-2 e abrirá PCV 22. O controle de nível foi implementado com o conjunto transmissor/controlador (LT-21/LIC-22) juntamente com a válvula de segurança LCV-2. Diante de anormalidade, esta válvula é fechada, assim como TCV-2 e PCV-22 é aberta. A bomba B-9 é acionada e B- e B-1 são desligadas. A conformidade com o padrão exige uma análise dos perigos e riscos para estabelecer as exigências de segurança para as funções instrumentadas nos termos de níveis da segurança. Todas as funções de segurança identificadas devem ser integradas em um SIS. Diversas técnicas para executar a análise de risco do processo devem ser discutidas e suas vantagens e desvantagens devem ser identificadas no sentido de escolher a melhor para cada caso. Os benefícios de cada técnica, nos termos do preço inicial, custo da flexibilidade e de ciclo de vida devem ser discutidos. Para o caso em análise foi utilizada uma técnica semi-quantitativa para mapeamento dos riscos na usina e outra técnica também semi-quantitativa para verificar a eficácia dos métodos de controle de riscos. Uma implementação deve ser composta da avaliação do risco associado a um processo novo a fim determinar as funções de segurança que serão incorporadas a um SIS e devem cumprir com os padrões definidos na norma. O sucesso de toda a técnica de avaliação do risco dependerá da perícia da equipe da

72 análise e de sua experiência com o processo sob a investigação. Se um funcionário da companhia desenvolveu uma base significativa de experiência com a operação de um processo particular, os perigos são provavelmente conhecidos por ele, e conseqüentemente um método qualitativo ou semiquantitativo pode ser usado para identificar as funções de segurança que devem ser executadas em um SIS. A conformidade aos padrões e ao uso da metodologia acima mencionada fornece diversos benefícios às indústrias de processo como: Conformidade com um padrão internacional tal como o IEC que reduz custos globais de operação para companhias; Alcance do nível reconhecido de segurança do processo; Decisões embasadas escolher um produto de segurança para uma aplicação específica; Potencial para operações e a rentabilidade melhoradas: o Poucas perdas; o Poucas interrupções do processo e conseqüentemente partidas e desligamentos não programados; o Produtividade e utilização do processo elevadas; 5.2 Melhorias possíveis e trabalhos futuros Deve-se estender a análise dos cenários para outras partes do processo e integrar todas as funções de segurança em um único sistema, identificar todas as funções de segurança exigidas proteger o processo e avaliar o SIL de cada função de segurança. Para o exemplo ilustrativo, supor que três funções de segurança adicionais formam o agrupamento identificado com uma exigência de SIL 1 e de SIL 2. Todas as quatro funções de segurança serão executadas em um SIS. O SIS novo deve então ser projetado de acordo com as exigências para o SIL mais elevado determinado na análise das funções de segurança. O que isto implica claramente é que os elementos comuns do SIS, tais como o controlador lógico, devem cumprir as exigências de SIL 2. Entretanto, elementos do SIS que podem ser mostrados para ser independentes, como sensores, pode ser projetado cumprir as exigências específicas da função de segurança SIL. A análise para classificação de áreas na unidade em questão é necessária uma vez que dará suporte à especificação dos equipamentos que podem ser utilizados na implementação de um sistema de um SIS este trabalho poderá dar suporte aos procedimentos de manutenção e

73 implantação de novos equipamentos. Este aspecto importante, de política de manutenção preventiva, e que deve ser abordado em trabalhos que futuros deve ser bem definido no sentido de realizar testes de simulação nos sensores, alarmes e controladores para garantir o perfeito funcionamento do sistema. Outro aspecto que pode complementar este trabalho é a especificação de cada equipamento e instrumento de acordo com os disponíveis no mercado, aproveitando para fazer uma análise da viabilidade financeira para implementação do projeto.

74 Referências Bibliográficas [1] Mangan, C.L., Non-Food Crops and Non-Food uses in EC Research Programs, Biomass for Energy and Industry, 7th. E.C. Conference, Florenza, 1995 [2] Thyson, K.S., Biodiesel Research Progress , National Renewable Laboratory, Golden, 1998 Energy [] Lastella, Joseph P. (Adelanto, CA, US) 2005 Continuous flow method and apparatus for making biodiesel fuel United States [] DORADO M.P., BALLESTEROS E.,MITTELBACH M., LOPEZ F.J., Kinetic parameters affecting the alkali-catalyzed transesterification process of used olive oil, Energy & Fuels 18 (5): , 200. [5] GERPEN, J. V. Biodiesel processing and production, Fuel Processing Technology, v 86, p , [6] GERPEN, J. V., CLEMENTS, D., KNOTHE, G., Biodiesel production technology, August 2002 January 200, National Renewable Energy Laboratory 1617 Cole Boulevard, Golden, Colorado [7] R. M. Park (ed.), Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement, MNL 12, th ed., Philadelphia, PA, American Society for Testing and Materials, 199. [8] Kevin H.-L. Chau. Pressure and Sound Measurement, CRC Press, p , [8] Brumbi, D. Level Measurement, CRC Press, p 75 95, [9] MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO. Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho. Disponível em - acesso em 05 de fevereiro de 2008 [10] INTERNATIONAL LABOR ORGANIZATION-ILO. ILO-OSH 2001-Gidelines on occupational safety and health management systems, Geneva, p [11] LAPA, R. P. Metodologia de Construção de Sistemas de Gerenciamento de Riscos Ocupacionais. São Paulo, p

75 [12] Smith D J, Simpson K G L, 200, Functional Safety, 2th Edition (Butterworth UK) ISBN Heinemann [1] Alves, Camile Uma Aplicação da Técnica de análise de Camadas de Proteção (LOPA) na Avaliação de Risco de Incêndios nas Rotas de Cabos de Desligamento de um Reator Nuclear [Rio de Janeiro] 2007 [1]Understanding Safety Instrumented Systems, acesso em 02/11/2008 [15] Portal do biodiesel - acesso em 05 de fevereiro de 2008 [16] ENCINAR, J.M.; GONZALEZ, J.F.; RODRIGUEZ, J.J.; TEJEDOR, A. Biodiesel fuels from vegetable oils: Transesterification of Cynara cardunculus L. Oils with ethanol, Energy and Fuels, 16, -50, [17] Cadernos NAE / Núcleo de Assuntos Estratégicos da Presidência da República. Nº 2 (julho 200). Brasília: Núcleo de Assuntos Estratégicos da Presidência da República, Secretaria de Comunicação de Governo e Gestão Estratégica, 200.

76 Apêndice 1 Nome(s) dos Membros da Equipe de Risco: Título do Trabalho: Nome do Trabalho ou Identificador do Trabalho: Valor por Ponto Parametro 1 2 Frequência (B) <Uma Vez/Ano < Uma Vez /Mês Gravidade (C) Primeiros Socorros Tratamento Médico Afas o Tra Probabilida de (D) Extremament e Improvável Improvável Po Descrição do Trabalho: Treinamento e Lista de Procedimento (Opcional): Data: Razão para Revisão (se aplicável): Depois dos Controles Iniciais Area Tarefa Risco Fogo, Explosão Stressors Y/N # de Pessoas A A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Antes dos Controles N 5 20 N 1 Manuseio de etanol/ biodiesel Armazename nto Armazenamento Reações Químicas Manuseio de etanol/ biodiesel Controles Iniciais Isolamento dos tanques de risco, localização com ventilação apropriada, PPE apropriado, tanque de contenção secundário, ações em caso de derramamento, sinalização apropriada, treinamento Isolamento dos tanques de risco, localização com ventilação apropriada, EPI apropriado, tanque de contenção secundário, ações # de Pessoas A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Aprovado por: Rev. #: Agentes de Risco <U V /Se

77 Tarefa Reação Manuseio do Neutraliz ador (Solda Caustica) Operação dos reatores Risco Exposição através de inalação Derramamento com exposição por inalação Exposição através de inalação Stressors Y/N # de Pessoas A A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Area N 2 Controles Iniciais 128 em caso de derramamento, sinalização apropriada, treinamento # de Pessoas A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Depois dos Controles Iniciais Antes dos Controles N 2 96 N 1 Utilizar EPI apropriado para evitar contato direto com o produto, treinamento Derramam N ento com exposição por inalação ou contato Explosão N por aumento na pressão interna Reações N Químicas Utilizar EPI apropriado para evitar contato direto com o produto, treinamento. Isolamento da área, manutenção preventiva, treinamento Isolamento dos tanques de risco, localização com ventilação apropriada, EPI apropriado, tanque de contenção secundário, ações em caso de derramamento, sinalização apropriada, treinamento 2 96

78 Tarefa Risco Fogo por aumento na temperatur a da reação. Exposição através de inalação Reação N 5 20 N N DerramaN mento com exposição por inalação ou contato Exposição N através de inalação DerramaN mento com exposição por inalação ou contato Manuseio do Cataliza- Derramam N ento com dor exposição por inalação ou contato Exposição através de inalação Separação Recuperação/ Secagem Stressors Y/N # de Pessoas A A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Area Operação dos Decantadores Operação do Sistema de Vácuo Controles Iniciais # de Pessoas A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Depois dos Controles Iniciais Antes dos Controles Utilizar EPI apropriado, treinamento, manutenção preventiva da caldeira. Utilizar EPI apropriado para evitar contato direto com o produto, treinamento. Utilizar EPI apropriado para evitar contato direto com o produto, treinamento Isolamento da área, manutenção preventiva, treinamento Utilizar EPI apropriado, treinamento, manutenão preventiva da caldeira. Utilização de EPI apropriado, aterramento, treinamento

79 Tarefa Operação dos Evaporadores e Condensadores Recuperação/ Operação Secagem da Coluna de Destilaçã o Lavagem Risco Stressors Y/N # de Pessoas A A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Area N 5 20 Altas temperaturas N 1 Altas temperaturas N 1 Fogo, Explosão N 5 20 N 1 N 5 20 N 1 N Fogo, Explosão Derramamento com exposição por inalação ou contato Manuseio Fogo, do Explosão biodiesel Reações Químicas Exposição através de inalação Controles Iniciais # de Pessoas A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Depois dos Controles Iniciais Antes dos Controles Isolamento dos tanques de risco, local com ventilação apropriada, EPI apropriado, ações em caso de derramamento, sinalização apropriada, treinamento EPI apropriado, sinalização apropriada, treinamento EPI apropriado, sinalização apropriada, treinamento Isolamento dos tanques de risco, local com ventilação apropriada, EPI apropriado, ações em caso de derramamento, sinalização apropriada, treinamento Utilização de EPI apropriado, aterramento, treinamento Isolamento dos tanques de risco, localização com ventilação apropriada, PPE apropriado, tanque de contenção secundário, ações

80 Tarefa Risco Stressors Y/N # de Pessoas A A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Area Controles Iniciais # de Pessoas A Frequencia B Gravidade C Probabilidade D Risco* AxBxCxD Depois dos Controles Iniciais Antes dos Controles Derramam N 1 ento com exposição por inalação ou contato Descrição Adicional Resumida dos Controles Adicionados para a Redução dos Riscos: *Risco: 0 to to 0 1 to 60 Negligenciável Aceitável Moderado to 80 Substancial

81 Anexo 1