ANÁLISE DE RISCO DE ESTAÇÕES

DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Mestranda: Sílvia Fontaine

Orientador: Prof. Dr. Georges Kaskantzis Neto

INTRODUÇÃO

• A análise de risco é uma metodologia utilizada

como ferramenta para identificar perigos, avaliar

os riscos e prevenir acidentes que causam danos

às instalações, aos funcionários, meio ambiente e

a população.

Análise de Risco

• O que pode dar de errado?

• Com que frequência isto pode acontecer?

• Quais as consequências, se o evento acontecer?

• Os riscos são toleráveis?

Etapas da Análise de Risco

• Caracterização do empreendimento e da região

• Identificação dos perigos

• Estimativa das consequências e vulnerabilidade

• Estimativa de frequências

• Avaliação do risco

• Aceitabilidade de risco

• Gerenciamento de riscos

Gás cloro

• Coloração amarelo-esverdeado

• Odor forte, irritante e asfixiante

• Duas vezes e meia mais denso que o ar

• Liquefeito quando comprimido

Propriedades Físico-Químicas

• Formula molecular: Cl2

• Massa molecular: 70,91 g/gmol

• Temp. Ebulição: -34oC

• Temp. de Congelamento: -101,3oC

• Solubilidade: 0,7% (20oC)

• IDLH: 10 ppm

• Percepção de odor: 3 ppm

Concentração (ppm) Efeitos

0,2-3 Limite de odor

1-3 Moderada irritação de membranas

4 Máxima exposição de 1 hora

5-15 Moderada irritação das vias superiores

30 Tosse intensa com espamos

40-60 Concentração perigosa em 30 minutos

430 Fatal após 30 minutos

Fatal após algumas inalações

MODELOS DE VAZAMENTO

Líquido

m= Ah Cd√ [2gρL(P0-P1)+2gHL

onde:

• m= taxa de descarga; kg/s

• Ah= área do orifício; m2

• Cd= coeficiente de descarga

• ρL= densidade do líquido; kg/m3

• g = constante gravitacional; m/s2

• P0= pressão de armazenamento; N/m2

• P1 = pressão interna; N/m2

• HL= altura do líquido; m

MODELOS DE VAZAMENTO

Duas fases

Q =Ar. Cd.(2Dm(P1-Pc))1/2

Onde:

Q = vazão mássica; kg/s

Ah= área do orifício; m2

Cd= coeficiente de descarga;

Dm = densidade média; kg/m3

P1 = Pressão interna; N/m2

Pc = 0,5· P1 ; N/m2

RISCO

• Risco é o resultado da frequência de ocorrência do evento eas consequências.

• O risco pode ser expresso como uma função desses fatores

• R= f( C, F, S)

Sendo:

R = risco;

C= cenário acidental;

F = frequência de ocorrência

S = severidade das consequências (perdas/danos)

RISCO INDIVIDUAL

• Estima-se o risco do individuo na vizinhança do perigo.

• O dano é estimado em termos de fatalidade (ano-1)

n

1i

iY,X,yx, RIRIfiiiy,x, pfRI

Apresentação do Risco Individual

Fonte: CETESB, 2001

Figura: Curvas de Isso-risco

RISCO SOCIAL

• O risco social representa o risco para a comunidade

presente na zona de influência de um acidente.

• É normalmente expresso em mortes/ano.

• É representado pela curva F-N.

Estimativa do Risco Social

i

ni

1i

i xfR

Onde:

r= risco;

fi = frequência esperada para esse acidente ;

xi = número de vítimas esperadas, num acidente específico e;

n =número de acidentes potenciais da planta.

Tratamento de Água

Rios e

barragens Captação Água Bruta Coagulação

Floculação

Decantação

FiltraçãoDesinfecçãoCorreção de pH

CLORO

Água tratada

Figura 1: Organograma do processo de tratamento de água

Objetivos

• Estudo de análise de riscos para as instalações de gás cloro

ETA

• Fases da análise de risco:

• Identificar os potenciais cenários hipotéticos de vazamento do

cloro na planta;

• Modelagem e simulação dos eventos;

• Avaliar as consequências dos eventos sobre a comunidade;

• Determinar os riscos individual e social referente as instalações.

• Modelo utilizado: SLAB (EPA)

• SLAB é uma modelo de gás denso computadorizado que éutilizado como ferramenta para a simulação de nuvens tóxicasna atmosfera.

• adequado para calcular a distribuição espacial e o tempo deconcentração da pluma para gases mais densos que o ar.

MODELAGEM DE DISPERSÃO

C(X,Y,Z) = 2· B · h · C(x) · C1(y, b,β) · C2 ( z, ZC,σ);

Onde:

•C(x, y, z) = concentração volumétrica na posição (x, y , z);

•C(x) = concentração de massa;

•C1(y, b ,β) = função do perfil horizontal;

•C2 (z, ZC, σ) = função do perfil vertical;

•B = metade da largura da nuvem;

•h = altura da nuvem

•X = distância longitudinal;

•Y = distância transversal;

•Z = distância vertical;

Modelo SLAB

Continuação

C (x)= Ma·m/ MS+(Ma –MS)·m

C1=(y, b,β) =1/4b[ erf (y+b/√2·β) – erf (y-b/√2·β)]

C2 (z,ZC,σ) =(1/2¶)1/2·1/σ·[exp(-(z-ZC)2/2σ2)+exp ((-(z+ZC)2/2σ2)]

Onde:

• Ma = peso molecular do ar;

• MS = peso molecular do produto liberado;

• m = massa;

• ZC = parâmetro da altura da nuvem e;

• b = parâmetro de forma (metade da largura da nuvem).

MATERIAIS E MÉTODOS

• Caracterização da região de estudo

• Avaliação da meteorologia local

• Caracterização das instalações do gás cloro

• Estabelecimento dos cenários acidentais

• Modelagem e simulação dos cenários

• Avaliação das conseqüências (sobre a comunidade)

• Determinação do risco social e individual

Caracterização da região de estudo

• Localizada: Município de

Curitiba, a leste da cidade.

• Densidade populacional (25-

75 hab./ha)

• 60.338 pessoas

• Possui área verde e praças

1

5

4

2

3

Caracterização do Clima da Região

• Dados climáticos: SIMEPAR e INMET

• Período :01/00 a 12/04

• Velocidade do vento: média do dia

• Temp., grau de cobertura, umidade: média mensal

DIURNO NOTURNO

Velocidade do vento

(m/s)

2,6 2,5 1,3 1,8 1,9 1,2

Classe de estabilidade C E B E E E

Temperatura (oC) 21,65 22,2 21,5,0 19,0 19,2 18,5

Umidade (%) 77,0 74,0 75,0 89,0 89,0 89,0

Grau de cobertura (%) 80,0 70,0 66,0 81,0 79,0 73,0

Dados meteorológicos referentes ao período do dia no verão

Categorias de estabilidade em função das condições atmosféricas

Velocidade

do vento a

10m (m/s)

Período diurno - Insolação Período noturno -

Nebulosidade

Forte Moderada Fraca Parcialmente

encoberta Encoberta

V≤ 2 A A e B B E F

2‹V≤ 3 A e B B C E F

3‹V≤ 5 B B e C C D E

5‹V≤ 6 C C e D D D D

6‹V C D D D D

Fonte: Lees,1989; AICHE, 2000.

Caracterização das Instalações de Cloro da ETA

Sala fechada com 6,90 m x15,85 m x 7,0 m

5 cilindros em série

Capacidade de 900kg.

Dimensão do cilindro:

Ø= 72 cm

L= 1,80 m

Pint.=6,6 kgf/cm2

T= -120C

Definição do Cenário

1.Vazamento de Cloro na Tubulação Flexível

• Vazamento ocorre na conexão flexível;

• Ø do furo = ¼”

• Massa inicial = 900 kg

• Tempo máximo de vazamento = 12 min

• Pint.=6,6 kgf/cm2

• T= -120C

• Os programas utilizados para a simulação do

vazamento e dispersão do gás foram:

•ALOHA 5.3 (EPA)

• EFFECT2 TNO

•Modelo de dispersão de gás denso: SLAB

Simulação dos Cenários

Faixa de valores dos parâmetros utilizados nos modelos de simulação.

Parâmetro do Modelo Faixa de Valores

Classe de Estabilidade Atmosférica B – F

Velocidade do vento (m/s) 1,04 – 3,2

Massa de cloro emitida (kg) 97,6; 113 e 484

Taxa de vazamento (kg/s) 0,1356 -0,1572

Área da poça (m2) 31

Tempo de vazamento (min) 12

Rugosidade do terreno 5 e 100

Temperatura ambiente (oC) 12,9 – 22,2

Pressão barométrica local (mmHg) 700

Concentração IDLH (ppmv) 10

Diâmetro do furo (mm) 6,35

Densidade populacional (hab/ha) 25-75

Avaliação de Vulnerabilidade

• Modelo de EISENBERG et al.

• É possível determinar a probabilidade de fatalidade do

indivíduo exposto à uma determinada concentração durante

um intervalo de tempo.

• Equação Probit)ln(Pr tCba e

n

Pr: valor da função Probit;

a, b, e, n :constantes que dependem da substância;

C: concentração de exposição (ppm) e;

te: tempo de exposição (min).

Determinação do Risco Social• Análise histórica:

• Frequência de ocorrência do evento inicial

• Probabilidade do sistema de segurança falhar

• Probabilidade da direção do vento

• Cálculo da frequência total acumulada:

• Obtido o resultado da frequência cenário para cada evento

• Calculou-se a frequência acumulada em função do número de

fatalidades

• Curva F-N

VspEI PPFF

Árvore de Eventos

Evento Inicial Sistema de controle de sucção

Direção do vento Efeito Freqüência de Cenário

SW

S

SE

E

NE

N

NW

W

0,95

Psp=0,05

inofensívelFEI =3e-5

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

Nuvem Tóxica

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

Distância

(m)

Conc.

(mg/m3)

Tempo de

viagem (s)

Dose

máxima

(mg/m3min)

Prob. de

fatalidade %

50 910 295 0,670e9 44,5

100 400 703 0,1422e9 18

160 225 711 02918e8 4,5

200 169 720 0,1337e8 2

350 81 763 0,1722e7 0

Resultado - Cenário A

ÁREA AFETADA PELA NUVEM DE CLORO . V = 2,55 M/S , CLASSE E

Distancia da fonte

(m)

Risco

dispersão

Individual

Flash

Evap. poça RI Total

(ano-1)

50 7,12x10-5 6,99x10-5 7,2x10-5 2,13x10-4

100 6,89x10-5 6,41x10-5 7,2x10-5 2,05x10-4

200 6,10x10-5 4,96x10-5 7,2x10-5 1,83x10-4

350 3,42x10-5 2,80x10-5 7,2x10-5 1,34x10-4

Resultado do risco individual total em relação a várias distâncias

Resultado Risco Individual

1,83x10-4

1,24x10-4

2,13x10-4

Numero estimado de

fatalidade

Frequência F (ano-1) Frequência acumulada (ano-

1)

N>1250 0 0

1000<N≥1250 1,56e-6 1,56e-6

800<N≥1000 2,78e-6 4,34e-6

600<N≥800 6,39e-6 1,07e-5

400<N≥600 1,36e-6 1,21e-5

300<N≥400 1,89e-6 1,40e-5

200<N≥300 4,87e-6 1,88e-5

100<N≥200 2,78e-6 2,16e-5

50<N≥100 1,39e-6 2,30e-5

30<N≥50 4,17e-6 2,72e-5

20<N≥30 5,45e-6 3,26e-5

10<N≥20 1,61e-5 4,88e-5

N≤10 2,51e-6 5,13e-5

Frequência acumulada do evento final para os acidentes de vazamento de cloro.

Curva F-N

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1 10 100 1000 10000

Numero de Fatalidades

Fre

qu

ên

cia

Acu

mu

lad

a (

oc./an

o)

Resultado Risco Social

Conclusão

• Concentrações maiores que o IDLH ocorrem fora dos

limites da empresa

• A medida que a nuvem de cloro se desloca aumenta-

se o seu tamanho e diminui a concentração do cloro.

• Classe de estabilidade interfere na distância atingida.

• Nuvens estáveis distâncias maiores

• Nuvens instáveis distâncias menores

• Pontos específicos (escola, rodovia, conjuntos residenciais) se encontram acima do IDLH

• Probabilidade de fatalidade é maior para a vizinhança que reside próxima a ETA (variando com as condições atmosféricas)

• Risco Individual: a probabilidade de morte por ano é menor a medida que se afasta do ponto de vazamento.

• Risco Social: os valores encontram-se dentro da zona de risco intolerável (inaceitável)

• Estudar cenários diferentes como ruptura no tanque,

vazamento em válvulas e tubulações

• Trabalhar com outros modelos matemáticos de

dispersão e de vulnerabilidade

• Fazer um estudo de plano de emergência para os

funcionários e para a população

Sugestões para Trabalhos Futuros

Agradecimentos