Determinação Do Risco Social Através De Modelagem Computacional E Sua Utilização Na Avaliação De Risco No Transporte

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1 Determinação Do Risco Social Através De Modelagem Computacional E Sua Utilização Na Avaliação De Risco No Transporte Aquiles Roncaglia de Lima Curitiba, Paraná, Brasil aquiles@gdex.com.br Acacio Oliveira Borba Curitiba, Paraná, Brasil acacio@gdex.com.br ABSTRACT The use of quantitative risk analysis in industrial processes is an indispensable tool when it comes to providing subsidies for development of an effective emergency action plan or to assist in decision making on investment in equipment, staff or training. The use of computational tools for this analysis, makes this task more quickly and with a higher credit in the results, since the software has the database updated, and perform calculations with a large number of variables This paper aims to present the use of computational modeling as tool to determine the societal risk involved in the route developed for the transport of toxic, flammable and combustible substances, using existing data of failure rate and population density. The result is a plot (on a satellite photo) of the vulnerability areas and iso-risk lines on the path of hazardous material, beyond the FN curve, which is the accumulated frequency versus the number of fatalities. This tool provides information to the decision-making on to different paths with the same type of transport in addition to comparisons among different types of transport, comparing the FN curves for each situation. Two cases will be described. The first one compares the transport of hazardous material by 2 different ways: road, rail. The second one, compares the road transport of a hazardous material by 2 different routes. The modeling takes into account characteristics of product and the leakage, method of conditioning the product, environmental conditions (wind speed, temperature and atmospheric stability class), the failure rate of accidents and people around the path. 1. INTRODUÇÃO A maioria dos produtos enquadrados como perigosos são insumos necessários às atividades industriais, agrícolas, mineradoras, indústrias alimentícias entre outras. Todos necessitam de cuidados especiais para o transporte, seja ele rodoviário, ferroviário, ou por dutos. A prevenção, fiscalização e controle destas atividades estão submetidas à legislação federal que regula o transporte e à legislação ambiental.

2 Recentemente um órgão regulador de meio ambiente brasileiro solicitou ao empreendedor um estudo de análise de risco do transporte do combustível com ênfase a avaliação das rotas alternativas possíveis. Segundo Veyret [1] os riscos de natureza tecnológica, apesar de circunscrever-se ao âmbito dos processos produtivos e das atividades industriais, estão também associados às atividades de armazenagem de produtos tóxicos, e à produção e ao transporte de materiais perigosos. Em muitos casos, os riscos associados a estas atividades perigosas estão próximos ou inseridos no tecido urbano. Os acidentes com transporte de cargas perigosas apresentam o potencial de contaminação do solo, água e ar, podendo, inclusive, resultar em prejuízos à saúde da população. Um estudo de análise de risco sobre o transporte de produtos perigosos permite aos gestores de risco das empresas expedidoras e transportadoras uma ferramenta de apoio a decisão de qual rota apresenta o menor potencial de danos. O estudo de análise de risco fornece ao gestor informações para tomada de decisão tais como [2]: A escolha da localização da instalação de uma unidade de produção considerando o local da unidade e as rotas de transporte considerando o seu risco. Seleção de alternativas de redução de risco através da avaliação de sua efetividade. Escolha das rotas de transporte alternativas através da comparação do risco entre elas. Compreensão da influência do estado e pureza do produto perigoso na intensidade do risco aos receptores. Atendimento a requisitos do órgão regulador sobre os riscos do transporte de produtos e insumos de um novo empreendimento. A mensuração do risco aos receptores dos acidentes envolvendo o transporte de produtos perigosos implica na determinação da zona de vulnerabilidade provocada pelo vazamento do produto, das condições de dispersão atmosférica, das propriedades intrínsecas do produto e da população presente na área de influência do evento. O tratamento de várias variáveis simultaneamente é realizado por modelagem matemática apresentada neste trabalho. 2. O RISCO NO TRANSPORTE DE PRODUTOS PERIGOSOS A definição de rotas para o transporte de produtos perigosos necessita atender o fator econômico e o fator risco. De um lado o transporte de produtos perigosos necessita ser economicamente viável para as partes interessadas nesta atividade. De outro lado requer um transporte seguro para minimizar os riscos à população vizinha e ao meio ambiente das rotas escolhidas. [3] A análise de risco do transporte de produtos perigosos consiste em identificar os fatores de risco entre a origem e o destino. O risco pode ser definido como a expectativa das conseqüências associadas a uma determinada atividade.

3 O risco, R, tem sua expressão simplificada expressa como fatores do produto probabilidade de ocorrência do acidente, P, por sua conseqüência, C. Considerando uma atividade constituída de n eventos o risco é definido por: A equação (1) também pode ser re-escrita como: ) (Eq. 1) (Eq. 2) Onde a conseqüência é definida como: C=V.N Sendo V a expressão da vulnerabilidade definida como a intensidade do dano às pessoas, ao meio ambiente e a bens materiais gerado pelo acidente. No caso do transporte de produtos perigosos a vulnerabilidade está intrinsecamente ligada às propriedades do produto tais como: ponto de fulgor, temperatura de ignição, concentração letal. O fator N é a taxa de exposição que pode ser definida como os receptores do risco representado pelas pessoas, meio ambiente e bens presentes no interior da área de vulnerabilidade. Considerando a equação (2) vemos que temos dois tipos de ações para reduzir o risco: Ações preventivas representadas pela redução da probabilidade, P; Ações mitigatórias onde se busca a redução do número de elementos expostos ao acidente. A análise de risco fornece o valor absoluto do risco, presente na legislação de alguns órgãos reguladores, ou o valor relativo do risco correspondente a diferentes rotas e formas de transporte de produtos perigosos. A avaliação do risco no transporte de produtos perigosos assume uma importância fundamental, especialmente em áreas urbanas ou ambientalmente sensíveis onde rotas alternativas devem ser analisadas para a minimização do risco. Do ponto de vista de acidentes com cargas perigosas, as travessias, em áreas urbanas densamente ocupadas, representam situações complexas, pelas conseqüências possíveis sobre a população residente ou de passagem, destacando-se determinadas cargas com fácil difusibilidade no ar atmosférico, como por exemplo: o cloro e seus derivados diretos, por seu alto grau de letalidade Risco Social O risco social de um dado evento é expresso quantitativamente como o produto da freqüência de ocorrência do evento pelas suas conseqüências, ou seja: Risco (fatalidades/ano) =Freqüência (eventos/ano)x Conseqüências (fatalidades/evento)

4 O estudo de análise de risco no transporte de produtos perigosos focaliza a perda de contenção do produto durante o seu transporte devido a um acidente durante a execução da rota ou pela falha do equipamento de contenção. A freqüência de vazamento é geralmente função da distância percorrida na rota. Portanto a freqüência de um acidente é freqüentemente expressa com uma taxa de acidente por quilometro rodado.a figura abaixo ilustra a seqüência de base de cálculo da determinação da freqüência de acidente em cada viagem. Figura 2.1 Seqüência de cálculo para freqüência de acidente por viagem 2.2. Risco Individual O risco individual refere-se ao potencial de dano para cada indivíduo da população exposta, sendo que seu valor varia em função da posição do indivíduo em relação às fontes de risco existentes.o risco individual pode ser quantificado como a razão entre a magnitude do riscosocial anterior e o número de pessoas expostas. 3. FERRAMENTA A ferramenta utilizada para a realização das simulações foi o software Riskan, desenvolvido pela Serenoware, em sua versão O software estima os riscos individuais e sociais partindo de dados sobre o evento, substância e dados atmosféricos da região em análise. O módulo a ser utilizado para a análise de risco no transporte de substâncias perigosas é originalmente utilizado para análise de risco em dutos, porém é possível que seja utilizado para análise de qualquer acidente que possa ocorrer ao longo de uma linha. A análise foi realizada considerando o cálculo a cada 1000 metros no caso do exemplo 1 e a cada 500 metros no exemplo ANÁLISE DE CASO Os exemplos de aplicação da ferramenta serão demonstrados em dois casos sendo o primeiro relacionando o transporte de uma substância tóxica entre duas localidades através de dois meios: Rodoviário e Ferroviário.

5 O segundo caso analisa o transporte rodoviário entre dois pontos percorrendo-se duas diferentes rotas. A substância a ser utilizada nestas simulações é a Amônia (NH 3 ), na pressão de saturação à temperatura ambiente (25ºC), cujas propriedades estão descritas na tabela 4.1. Tabela 4.1 Propriedades da Amônia Amônia (NH 3 ) Peso Molecular (kgmol) Temp. Crítica (ºC) Limite Inferior de Inflamabilidade (%) Limite Superior de Inflamabilidade (%) Temperatura de auto ignição (ºC) 17,03 132, ,11 Concentração para probabilidade de fatalidade, com tempo de exposição de 10 mim (ppm) 1%: %: Os dados de entrada do programa utilizados nesta simulação estão resumidos na tabela 4.2 Tabela 4.2 Dados de entrada Simulação Variável Exemplo 1 Rodoviário Exemplo 1 Ferroviário Exemplo 2 BR-166 Exemplo 2 Centro Massa Liberada (kg) Tempo de exposição (s) Dispersão Instantânea Altura de Medição (m) Altura da Fonte (m) Rugosidade (mm) 0,17 0,17 0,17 0,17 Volume do tanque (m³) 29,9 83,05 29,9 29,9 Diâmetro do Furo (in) Tempo máximo de descarga (s) Descarga da fase vapor de um líquido pressurizado Tipo de descarga Adiabático Adiabático Adiabático Adiabático Altura do líquido no tanque (%) Coeficiente de descarga 0,85 0,85 0,85 0,85 Temperatura inicial do tanque (ºC) Pressão atmosférica (atm) Taxa de liberação (kg/s) 2,00 4,81 2,00 2,00 Tempo de exposição (s) Dispersão contínua Altura de Medição (m) Altura da Fonte (m) Rugosidade (m) 0,17 0,17 0,17 0,17

6 4.1. Dados Meteorológicos Os dados de dispersão são processados em função das condições atmosféricas. Para o estudo atual foram utilizadas velocidades de vento em 4 direções, considerando condições idênticas no período noturno e diurno, com a classe de estabilidade atmosférica D (estável). Tabela 4.3 Distribuição de freqüência dos dados meteorológicos da região de Curitiba Figura 4.1 Rosa dos Ventos Velocidade do vento média: 2,18 m/s Fonte: [4] 4.2. População

7 Para o cálculo do risco social, é necessário conhecer a população passível de ser atingida pelas conseqüências do evento acidental, neste caso, a nuvem tóxica de amônia Análise do Transporte Rodoviário e Ferroviário Considerando o primeiro caso, as cidades envolvidas na análise do transporte rodoviário e ferroviário entre as cidades Ponta Grossa e Paranaguá estão dispostas na figura 4.2 e listadas na tabela 4.4, juntamente com a população a ser considerada em cada localidade. Figura 4.2 Cidades atingidas Exemplo 1 Tabela 4.4 População das Cidade Atingidas, 2007 fonte: [5] Cidade População Cidade População Curitba Fazenda Rio Grande Ponta Grossa Lapa São José dos Pinhais Palmeira Colombo Mandirituba Paranaguá Quatro Barras Pinhais Antonina Araucária Contenda Campo Largo Balsa Nova Piraquara 81313

8 Análise do transporte rodoviário por diferentes rotas Com uma análise realizada de forma análoga ao primeiro caso, temos que no segundo exemplo apenas a cidade de Curitiba será analisada. Dessa forma, foram alimentadas ao programa as populações do bairros de Curitiba, tabela 4.5. Tabela 4.5 População dos bairros atingidos, 2007 fonte: [6]

9 Bairro População Bairro População Abranches Jardim Botânico Água Verde Jardim das Américas Ahú Jardim Social Alto Boquerião Juvevê Alto da Glória Lamenha Pequena 831 Alto da Rua XV Lindóia Atuba Mercês Augusta Mossunguê Bacacheri Novo Mundo Bairro Alto Órleans Barreirinha Parolin Batel Pilarzinho Bigorrilho Pinheirinho Boa Vista Portão Bom Retiro Prado Velho Boqueirão Rebouças Butiatuvinha Riviera 264 Cabral Santa Cândida Cachoeira Santa Felicidade Cajuru Santa Quitéria Campina Siqueira Santo Inácio Campo Comprido São Braz Campo de Santana São Francisco Capão da Imbúia São João Capão Raso São Lourenço Cascatinha São Miguel Caximba Seminário Centro Sítio Cercado Centro Cívico Taboão Cidade Industrial Tarumã Cristo Rei Tatuquara Fanny Tingui Fazendinha Uberaba Ganchinho Umbará Guabirotuba Vila Izabel Guaíra Vista Alegre Hauer Xaxim Hugo Lange 3.231

10 4.3. Exemplo 1 - Análise entre transporte rodoviário e ferroviário Neste caso serão determinados os risco entre duas possibilidades de transporte de uma substância perigosas entre duas localidades sendo uma de forma rodoviária e outra de forma ferroviária. Foi escolhido o trecho entre as cidades de Ponta Grossa e Paranaguá, ambas no estado do Paraná. Figura 4.3 Trajetos ferroviário e rodoviário entre Ponta Grossa e Paranaguá Transporte Rodoviário Trecho: Ligando as cidades de Ponta Grossa, PR e Paranaguá, PR. BR-376 de Ponta Grossa até Curitiba BR-277 de Curitiba até Paranaguá Distância: 211,64 km Taxa de Falha Para o cálculo do risco e necessário conhecer a freqüência da ocorrência de determinado evento. Os dados fornecidos por [7] para o número de acidentes ocorridos nas rodovias federais do Paraná estão dispostos na tabela 4.6. Tabela 4.6 Acidentes ocorridos nas rodovias federais no estado do Paraná Ano Média Número de acidentes em estradas federais do Paraná

11 A extensão das rodovias federais existentes no Paraná, segundo [8] é de 4526 km. Dessa forma temos a seguinte taxa de acidentes das rodovias federais no Paraná, a cada ano e a cada metro: f R = 1,65 * 10-3 ano -1 *m Cenários Para caminhões com tanques pressurizados, [9] sugere que sejam simulados dois cenários: 1º - Vazamento completo do inventário 2º - Vazamento contínuo por um orifício de 2in. A árvore de eventos para tais simulações é: Figura 4.4 Árvore de Eventos para acidente com gás pressurizado Freqüência Vazamento Relevante Tipo do Vazamento Conseqüência E-04 Instatâneo Nuvem Tóxica 1.65E E-04 Contínuo (2") Nuvem Tóxica E-03 Nenhum Efeito Resultados Risco Individual

12 Figura 4.5 Risco Individual para o trajeto rodoviário entre ponta Grossa e Paranaguá Risco Social Risco Social Médio para o transporte rodoviário entre Ponta Grossa e Paranaguá: 1,66 * fatalidades/ano Transporte Ferroviário Trecho: Ligando as cidades de Ponta Grossa, PR e Paranaguá, PR. Malha Ferroviária da América Latina Logística (ALL) Distância: 242,834 km Taxa de Falha Os dados fornecidos por [10], para acidentes na malha ferroviária da ALL são dispostos na tabela 4.7. Tabela 4.7 Número de acidentes por milhão de trens, e por quilômetro Ano Média Número de Acidentes 39,65 18,60 15,30 16,20 22,44 Convertendo para as unidades utilizadas no programa, / ano -1 *m -1, temos a seguinte freqüência de acidentes na malha ferroviária a ser utilizada: f F = 2,24*10-8 ano -1 *m -1

13 Cenários Para vagões com tanques pressurizados, [9] sugere que sejam simulados dois cenários: 1º - Vazamento completo do inventário 2º - Vazamento contínuo por um orifício de 3in. Figura 4.7 Árvore de Eventos para acidente com gás pressurizado Freqüência Vazamento Relevante Tipo do Vazamento Conseqüência E-09 Instatâneo Nuvem Tóxica 2.24E E-09 Contínuo (3") Nuvem Tóxica E-08 Nenhum Efeito Resultados Risco Individual Figura 4.7 Risco Individual para o trajeto ferroviário entre ponta Grossa e Paranaguá

14 Risco Social Risco Social Médio para o transporte ferroviário entre Ponta Grossa e Paranaguá: Comparativo Exemplo 1 9,87 * 10-2 fatalidades/ano Figura 4.8 Indicador de Risco Social Curva FN - Trecho entre Ponta Grossa e Paranaguá 4.4. Exemplo 2 - Análise do transporte rodoviário entre duas rotas diferentes Neste caso serão determinados os risco entre duas rotas diferentes para o transporte de uma substância perigosa por via rodoviária. O exemplo leva em conta um caminhão carregado com amônia chegando em Curitiba pela BR-116 (sentido São Paulo Curitiba) e tendo a necessidade de chegar à BR-369, sentido região norte do Paraná. Foram analisadas duas possibilidades: 1ª Permanecer na BR-116 e contornar a cidade (trecho mais longo); 2ª Passar pelo centro da cidade de Curitiba (trecho mais curto).

15 Figura 4.9 Trechos rodoviários em torno da cidade de Curitiba Transporte Rodoviário BR Trecho: Contornando a cidade de Curitiba BR-116 Distância: 39,68 km Taxa de Falha A freqüência do evento iniciador é a mesma determinada no item : Resultados Risco Individual f R = 1,65 * 10-3 ano -1 *m -1

16 Figura 4.10 Risco Individual para o trajeto rodoviário contornando a cidade de Curitiba pela BR-116 Risco Social Risco Social Médio para o trajeto rodoviário contornando a cidade de Curitiba pela BR-116: 1,76 * fatalidades/ano Transporte Rodoviário CENTRO Trecho: Cruzando a cidade de Curitiba Centro Distância: 27,57 km Taxa de Falha A freqüência do evento iniciador é a mesma determinada no item : f R = 1,65 * 10-3 ano -1 *m -1

17 Resultados Risco Individual Figura 4.11 Risco Individual para o trajeto rodoviário cruzando a cidade de Curitiba pelo centro Risco Social Risco Social Médio para o trajeto rodoviário cruzando a cidade de Curitiba pelo centro 6,34 * fatalidades/ano Figura 4.12 Indicador de Risco Social Curva FN - Através da cidade Curitiba

18 5. CONCLUSÕES Através dos dados dispostos acima, podemos perceber que a ferramenta apresentada demonstra ser bastante útil no que diz respeito à análise quantitativa de riscos para o transporte de substâncias perigosas. O programa, ao realizar diversas simulações de descarga (instantânea ou não) ao longo do trecho analisado, permite uma análise mais precisa dos riscos envolvidos no trajeto a ser escolhido. A determinação do risco social, além do risco individual, nos dá uma sensação mais real do risco envolvido, uma vez que leva em conta a população passível de ser atingida pelas conseqüências do acidente, tendo seu valor afetado caso a região seja mais ou menos populosa. O Risco Individual indicado pelas linhas de iso-risco no item 4, demonstra a freqüência esperada de morte de um indivíduo na região de interesse. No caso do exemplo 2, as linhas em ambos os casos possuem as mesmas distâncias em relação ao trajeto especificado, uma vez que possuem os mesmo dados de freqüência do evento iniciador, condições de descarga e mesma substância. Dessa forma, o Risco Individual não é um fator que auxilia na tomada de decisão entre um trajeto e outro. Porém, quando analisamos o risco social médio podemos perceber que o valor é maior quando se percorre o trecho pelo contorno da cidade (BR-116), o que também pode ser verificado pela curva FN na figura Como foi dito, esta análise do risco leva em consideração a população envolvida. Dessa forma, apesar do trecho do contorno da cidade atravessar bairros menos populosos da cidade de Curitiba, temos que o trecho percorrido é significativamente maior que aquele que passa pelo centro da cidade e mais pessoas estariam sujeitas ao risco. Vale lembrar que o estudo considerou a mesma taxa de acidentes para os dois trechos, e que também não haveria restrições para a circulação de produtos perigosos pelo centro da cidade. No exemplo 1, apesar do inventário de amônia ser significativamente maior por ferrovia que por rodovia (50t contra 18t), e o diâmetro do orifício ser também maior no caso de vazamento contínuo (3 contra 2 ), pode ser verificado nas curvas de iso-risco que o risco proporcionado pelo transporte ferroviário é menor que o rodoviário, uma vez que freqüência do evento iniciador (taxa de falha) neste caso é menor. É possível perceber a vantagem em se utilizar o transporte ferroviário (levando-se em conta apenas o aspecto do risco) ao se verificar o valor do Risco Social Médio e a curva FN (Figura 4.8), os quais possuem valores bastante distintos. Conclui-se que é possível determinar claramente e de forma bastante precisa os riscos envolvidos no transporte de substâncias perigosas, de forma quantitativa, utilizando modelagem computacional. Entretanto é necessário que os dados de freqüência do acidente, população próxima ao trajeto e condições atmosféricas do local seja os mais precisos possíveis.

19 6. REFERÊNCIAS [1] - VEYRET, Y (org.). Os riscos: o homem como agressor e vitima do meio ambiente. São Paulo: Contexto, 2007 [2] - CCPS Guidelines for Chemical Transportation Risk Analysis American Institute for Chemical Engineers [3] - Barilla,D.;Leonardi,G.;Puglisi,A. Risk Assessment for Hazardous Materials Transportation Applied Mathematical Sciences [4] - Instituto Tecnológico SIMEPAR [5] - IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Contagem da População, 2007 [6] - Bairros De Curitiba 2007 IPPUC Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba, 2007 [7] DPRF/MJ - Departamento de Polícia Rodoviária Federal Ministério da Justiça, Acidentes de tráfego nas rodovias, 2006 [8] DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, Rede Rodoviária, 2006 [9] TNO - Guideline for quantitative risk assessment - Purple Book, 2005 [10] ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres, Índice de Acidentes Ferroviários Efetivo versus Meta Contratual, por Estrada