ANÁLISE DO DESEMPENHO DO SISTEMA DE MONITORAMENTO E ALERTA DE TEMPESTADES APLICADO ÀS REFINARIAS DA PETROBRAS NO PARANÁ Marco A. R. Jusevicius 1, Cesar A. A. Beneti 1, Leonardo Calvetti 1 RESUMO: Este trabalho apresenta os resultados de desempenho dos alertas de tempo severo (neste caso, tempestades capazes de produzir descargas atmosféricas) emitidos pelo SIMEPAR para as Unidades de Negócios da Petrobras no Paraná: REPAR (Refinaria Presidente Getúlio Vargas, na cidade de Araucária) e SIX (Industrialização do Xisto, na cidade de São Mateus do Sul). É mostrado que este sistema possui POD da ordem de 0.8, POFD da ordem de 0.35 e o skill avaliado pelo Threat Score (TS) e da ordem de 0.5. O custo desse sistema em termos de tempo de alerta (quando as atividades em locais desprotegidos devem ser suspensas) é da ordem de 300 horas/ano. ABSTRACT: This work presents the performance results of severe weather alerts (in this case, alerts for storms with lightning activities) issued by SIMEPAR to Petrobras refineries in Parana State, REPAR (President Getulio Vargas, Araucaria) and SIX (Shale Industrialization, at Sao Mateus do Sul). The results show that this system has a Probability od Detection (POD) score around 0.8, Probability of False Detection (POFD) around 0.35 and a Threat Score (TS) with skill in the order of 0.5. The cost of this system in terms of time of alert (when the activities in umprotected sites must be suspended) is in the order of 300 hours/year. Palavras-Chave: Nowcasting, descargas atmosféricas, previsão de tempo. INTRODUÇÃO Num contexto mundial, a incidência de descargas atmosféricas no território brasileiro é uma das maiores em todo o mundo, conforme dados de sensores embarcados em satélite (LIS e OTD), coletados nos últimos anos. Esse fato faz com que o risco de acidentes com pessoas que estejam em locais desprotegidos seja bastante significativo. Nos Estados Unidos, estudos mostram que as descargas atmosféricas estão em segundo lugar em número de mortes relacionadas a fenômenos ambientais, perdendo apenas para as inundações (Lushine et. all, 2005). Não existe estatística confiável no Brasil sobre o número de ocorrências de acidentes (sejam fatais ou não) em relação à incidência de descargas atmosféricas, porém estima-se que o número de óbitos seja superior a 100 pessoas por ano. Com a instalação e a ampliação de redes de detecção de descargas atmosféricas em alguns países nas ultimas décadas, a disponibilidade de dados qualificados em tempo real sobre a incidência de descargas atmosféricas também aumentou e tornou possível monitorar áreas críticas de forma ininterrupta. (Bonnet, 2004) destaca que esses dados podem ser úteis para atores do setor produtivo que sofrem o impacto da ocorrência de descargas atmosféricas. Este trabalho mostra os resultados da operação do sistema de monitoramento e alerta de descargas atmosféricas para as plantas industriais de refino da Petrobras no Paraná. 1 Instituto Tecnológico SIMEPAR, Centro Politécnico da UFPR, Caixa Postal 19100, CEP 81531-990, Curitiba, PR. Tel: (41) 3320.2072, Fax: (41) 3366.2122, marco@simepar.br, beneti@simepar.br, leonardo@simepar.br
METODOLOGIA Sistema de monitoramento e alerta de tempestades Numa refinaria de petróleo, determinadas atividades de trabalho (sejam rotineiras ou excepcionais) são realizadas em ambientes abertos e desprotegidos em relação à incidência de descargas atmosféricas (como construção/manutenção de equipamentos e instalações industriais, manutenção de áreas verdes, inspeção de equipamentos a céu aberto, entre outros) e que podem envolver contingentes de algumas dezenas até milhares de trabalhadores simultaneamente. A Petrobras, em função de acidentes relacionados à ocorrência de descargas atmosféricas já registradas anteriormente, buscou uma alternativa que pudesse ser utilizada na rotina diária de trabalho nesses locais e que permitisse que o setor de SMS (Saúde, Meio Ambiente e Segurança) agir de forma preventiva nas refinarias e seus arredores. No final de 2002, o SIMEPAR propôs a implantação de um sistema de monitoramento e alerta de tempestades específico para as áreas das refinarias da Petrobras no qual, trabalhando de modo ininterrupto (24 horas / 7 dias por semana), fosse possível disponibilizar informações em tempo real de incidência de descargas atmosféricas nas áreas de interesse das plantas industriais e emitir, quando necessário, alertas específicos para as áreas que estejam em risco iminente de ocorrência de atividade elétrica por causa de tempestades, permitindo uma evacuação segura numa situação de tempestade elétrica. Os sistemas de monitoramento meteorológico do SIMEPAR utilizados no Paraná estão mapeados na Figura 1 e são descritos em (Beneti et. all, 2004). Fig. 1 Distribuição dos sensores ambientais à disposição do SIMEPAR no estado do Paraná e as áreas de monitoramento da REPAR e da SIX. A equipe de meteorologistas de monitoramento e previsão de tempo do SIMEPAR sistematicamente acompanha as condições do tempo nas áreas das refinarias do Paraná com todas as variáveis meteorológicas disponíveis. Duas informações básicas são geradas, a saber: Boletim: a cada três horas é emitido um boletim meteorológico bastante sucinto, referente à área da refinaria e
seus arredores, descrevendo as condições atuais do tempo e prevendo como será sua evolução nas próximas três horas. Assim, a refinaria é mantida atualizada em relação à evolução dos sistemas meteorológicos que se encontram nas proximidades. Se uma tempestade eletricamente ativa é detectada numa área relativamente próxima (até 200 km de distancia da refinaria), essa tempestade passa a ser monitorada integralmente, acompanhando sua trajetória, atividade elétrica e outras características nos sistemas de monitoramento. Alerta: no momento que esta tempestade representar ameaça de provocar descargas atmosféricas na área de risco da refinaria (uma área de até 15 km ao redor da REPAR e de 20 km ao redor da SIX), é realizado um contato telefônico com a refinaria em questão e é emitido um alerta para a mesma, onde o meteorologista comunica que a área da refinaria passou ao estado de alerta (isso significa que há risco de ocorrência de descargas atmosféricas na refinaria e seus arredores em até uma hora). Em seguida, essa informação é disseminada pela internet em página exclusiva dos usuários. O monitoramento da área prossegue para avaliar a trajetória e a atividade elétrica da(s) tempestade(s) e, quando não houver mais risco significativo de novas ocorrências de descargas atmosféricas na área de risco, novo contato telefônico e efetuado com a refinaria para retirar a mesma do estado de alerta para descargas atmosféricas. Todas as informações geradas pelo sistema de monitoramento e alerta de tempestades (alertas, boletins, informações de descargas atmosféricas, imagens de satélite, entre outras) ficam disponibilizadas para as refinarias através de um sítio exclusivo na internet para consulta e todas as comunicações com as refinarias são armazenadas no banco de dados do SIMEPAR para consultas posteriores. Avaliação dos alertas emitidos A avaliação desse sistema é realizada através da comparação entre as informações dos alertas emitidos para a refinaria e as informações de descargas atmosféricas ocorridas na área da mesma avaliadas pela Rede Integrada Nacional de Descargas Atmosféricas (Beneti et all, 2000). As informações básicas dos alertas são os horários de entrada e de saída da refinaria do estado de alerta. Com essas informações, juntamente com as coordenadas das áreas críticas da refinaria, é feita uma pesquisa no banco de dados de descargas atmosféricas para verificar a real incidência das mesmas durante o período em que a área ficou em alerta. Assim, verifica-se se houve incidência de raios no período de alerta e se após o final do período de alerta (até uma hora) não houve reincidência de descargas atmosféricas na área de risco. Esses dados então são tabulados na forma de uma tabela de contingência e dela são extraídas as informações para a elaboração das avaliações e do skill score. Esta metodologia é descrita em (Wilks,1995). A tabela de contingência e os índices usados neste trabalho são os seguintes:
OBSERVADO SIM NÃO PREVISTO NÃO SIM A (houve raios no período de alerta) C (houve raios ate uma hora após a retirada do B (não houve raios no período de alerta) D (não houve raios ate uma hora após a retira POD = A / (A+C); POFD = B / (B+D); BIAS = (A+B) / (A+C); TS = A / (A+B+C) alerta) do alerta) RESULTADOS Os resultados da análise dos alertas emitidos para a REPAR e a SIX são mostrados nas Figuras 2 e 3. O período de análise dos alertas emitidos para a REPAR vai de dez/02 a jul/06 e o referente à SIX vai de set/05 a jul/06. A Figura 2 mostra a evolução dos índices POD, POFD, BIAS e TS numa base anualizada. Fig. 2 Resultados das análises da tabela de contingência para a REPAR e SIX, a) POD e POFD (anualizado), b) BIAS (anualizado) e c) TS (anualizado). É observado que o POD REPAR (Fig. 2a) aumentou de cerca de 0.65 para 0.8 no decorrer desses três anos de operação, mostrando que o sistema conseguiu aumentar sua destreza durante
esse período de operação. O POD SIX apresenta valores semelhantes da REPAR. O POFD REPAR mostrou um decréscimo ao longo da operação mais discreto que o índice anterior. O POFD SIX mostra-se um pouco menor, mas da mesma magnitude que o anterior. O BIAS REPAR (Fig. 2b) apresenta uma elevação significativa desde o início da operação naquela refinaria, de onde podemos inferir que com o passar do tempo o sistema se comportou de maneira mais conservadora, alertando mais vezes a área de monitoramento que o realmente ocorrido. O BIAS SIX se apresenta, neste início de trabalho, da mesma ordem de grandeza que o da REPAR. O índice Threat Score (TS) da REPAR (Fig. 2c) mostra que o sistema se apresenta relativamente estável desde o início das operações, com valores da ordem de 0.5 (o intervalo de variação e de 0 a 1). O TS SIX mostra que o sistema aplicado àquela área de monitoramento apresenta índice de avaliação geral bastante similar. A Figura 3 mostra a evolução, desde o início da operação, do número de horas e quantidade de alertas emitidos para a REPAR e a SIX, assim como o número de horas médio por alerta para cada refinaria numa base anualizada. Fig. 3 Analise da duração do alertas emitidos para a REPAR e SIX, a) horas em estado de alerta e numero de alertas (anualizado) e b) horas medias por alerta (anualizado). A curva de horas de alerta da REPAR (Fig. 3a) mostra que o início da operação projetava um total de horas de alerta anual da ordem de 400 horas. No decorrer da operação, com ajustes operacionais que foram incorporados e também uma temporada de tempestades menos ativa na área (2004/2005), o sistema operou com valores da ordem de 250 horas/ano, voltando em seguida a valores de ate 350 horas/ano por causa de uma temperada de tempestades (2005/2006) mais ativa que a anterior, Atualmente o sistema opera na casa de 300 horas/ano. Os valores da SIX caíram rapidamente de mais de 500 horas/ano para valores similares ao da REPAR. Analisando o número de alertas anuais projetados para as áreas observamos que esse parâmetro variou bem menos que a quantidade de horas anuais projetadas, começando com cerca de 180 alertas anuais, chegando a um mínimo de 120 alertas por ano, e hoje projetando uma operação com cerca de 150 alertas anuais. Apesar da série menor, a projeção atual da SIX é mais animadora, com projeção anual de pouco
mais de 100 alertas anuais. Isso se reflete no número de horas médio por alerta (Fig. 3b), onde vemos que na REPAR a tendência mostra claramente uma queda no período médio por alerta emitido, estando hoje da ordem de 2 horas. Esses números mostram que existe um aprendizado relativamente rápido deste sistema com o comportamento das tempestades na área, onde os meteorologistas que realizam o monitoramento rapidamente conseguem discernir sobre quais tempestades realmente irão atingir a áreas de risco das refinarias. Com isso pode-se diminuir o total de horas de alerta com um nível razoável de segurança para a refinaria, atingindo um equilíbrio entre a ação de proteção de vidas humanas e o custo de pessoal parado em função desta ação. CONCLUSÕES O sistema de monitoramento e alerta de tempestades para as refinarias da Petrobras no Paraná funciona de modo operacional desde o início de 2003 para a REPAR e de setembro de 2005 para a SIX. Os índices calculados mostram que a eficiência desse sistema no sentido de prevenir acidentes é bastante satisfatório frente a grande diversidade de situações onde as nuvens de tempestade podem levar risco de incidência de descargas atmosféricas para as áreas das refinarias, a um custo de horas de alerta relativamente baixo. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o empenho de Márcia Terezinha Zilli e Elizabeth Sayuri Hosogawa na programação computacional da avaliação dos índices e geração dos resultados aqui apresentados e aos meteorologistas do setor de Monitoramento e Previsão de Tempo do SIMEPAR pelo trabalho incessante e abnegado no monitoramento e alerta de tempestades para essas refinarias. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Beneti, C. A. A., E. A. Leite, S. A. M. Garcia, L. A. R. Assunção, A. Cazetta Filho, e R. J. Reis (2000). RIDAT - Rede integrada de detecção de descargas atmosféricas perspectivas e futuro. IN: XI CONG. BRAS. DE METEOROLOGIA, Rio de Janeiro, RJ. Beneti, C. A. A., M. A. R. Jusevicius, L. Calvetti, A. A. P. Filho (2004). Características elétricas e hidrometeorologicas de uma tempestade severa no Paraná. IN: XIII CONG. BRAS. DE METEOROLOGIA, Fortaleza, CE. Bonnet, M. (2004). Use of Lightning Data Services in the Industry. IN: 18th International Lightning Detection Conference ILDC 2004. Helsinki, Finland. Lushine, J. B., W. P. Roeder, J. R. Varvrek (2005). Lightning safety for schools: an update. IN: 14 th Symposium on Education. The 85 th AMS Annual Meeting. San Diego, CA, USA. Wilks, D.S. (1995). Statistical Methods in Atmospheric Sciences, Academic Press, USA.