avaliaÇÃo e gerenciamento de riscos ambientais

11

AVALIAÇÃO AVALIAÇÃO E GERENCIAMENTO DE E GERENCIAMENTO DE RISCOS AMBIENTAISRISCOS AMBIENTAIS

Prof Eltiza RondinoProf Eltiza Rondino

Março/2009Março/2009

22

Desenvolvimento de Desenvolvimento de estudos de análise de estudos de análise de

riscosriscos

1.1. Caracterização do Caracterização do empreendimentoempreendimento

2.2. Identificação de perigosIdentificação de perigos

3.3. Estimativa de consequênciasEstimativa de consequências

4.4. Estimativa de frequênciasEstimativa de frequências

5.5. Estimativa de riscoEstimativa de risco

6.6. Avaliação e gerenciamento de Avaliação e gerenciamento de riscorisco

33

Caracterização do Caracterização do empreendimentoempreendimento

Realização de levantamento Realização de levantamento fisiográfico da região sob fisiográfico da região sob influência do empreendimento;influência do empreendimento;

caracterização das atividades e caracterização das atividades e dos processos operacionais; dos processos operacionais;

cruzamento das informações e cruzamento das informações e interpretação dos resultados.interpretação dos resultados.

44

Identificação de perigosIdentificação de perigos

Identificar os eventos indesejáveis, Identificar os eventos indesejáveis, suas causas, consequências e suas causas, consequências e propor medidas de controle aos propor medidas de controle aos perigos identificados.perigos identificados.

Técnicas de identificação de perigos:Técnicas de identificação de perigos:

• What ifWhat if

• Análise Preliminar de Perigos (APP)Análise Preliminar de Perigos (APP)

• Análise de Modos de Falhas e Efeitos Análise de Modos de Falhas e Efeitos (FMEA)(FMEA)

• Estudo de Perigos e Operabilidade Estudo de Perigos e Operabilidade (HazOp)(HazOp)

55

Estimativa de Estimativa de consequênciasconsequências

Uma vez identificadas as hipóteses Uma vez identificadas as hipóteses acidentais, deve-se realizar uma acidentais, deve-se realizar uma estimativa das consequências com estimativa das consequências com a finalidade de se obter a finalidade de se obter informações sobre o informações sobre o comportamento do produto no comportamento do produto no meio e a quantificação dos seus meio e a quantificação dos seus efeitos físicos em termos de efeitos físicos em termos de radiações térmicas (incêndios), radiações térmicas (incêndios), sobrepressões (explosões) e sobrepressões (explosões) e concentrações tóxicas.concentrações tóxicas.

66

Estimativa de Estimativa de consequênciasconsequências

Para a estimativa das consequências, deve-se Para a estimativa das consequências, deve-se conhecer as condições nas quais o evento conhecer as condições nas quais o evento ocorreu, ou seja:ocorreu, ou seja:

tipo de vazamento (fase líquida, gasosa ou tipo de vazamento (fase líquida, gasosa ou bifásico);bifásico);

duração do vazamento (contínuo ou duração do vazamento (contínuo ou instantâneo);instantâneo);

estimativa da quantidade vazada;estimativa da quantidade vazada; características do produto envolvido;características do produto envolvido; condições de transporte, processo ou condições de transporte, processo ou

armazenamento;armazenamento; condições climatológicas da região em condições climatológicas da região em

estudo.estudo.

77

Estimativa de consequênciasEstimativa de consequênciasCalcular:Calcular: as vazões de saída do material;as vazões de saída do material; as massas vazadas;as massas vazadas; estudar o comportamento do produto (formação e estudar o comportamento do produto (formação e

evaporação de poça para os líquidos e a formação evaporação de poça para os líquidos e a formação de jato, no caso de gases);de jato, no caso de gases);

avaliar a dispersão do produto na atmosfera (para se avaliar a dispersão do produto na atmosfera (para se obter a máxima distância atingida pela nuvem para obter a máxima distância atingida pela nuvem para os valores de interesse estabelecidos).os valores de interesse estabelecidos).

calcular, para produtos inflamáveis, as distâncias calcular, para produtos inflamáveis, as distâncias tanto para as radiações térmicas provenientes de tanto para as radiações térmicas provenientes de incêndios de poças e jatos como para as incêndios de poças e jatos como para as sobrepressões geradas por explosões confinadas e sobrepressões geradas por explosões confinadas e não confinadas de vapores.não confinadas de vapores.

De posse de tais informações, podem ser avaliados os De posse de tais informações, podem ser avaliados os danos gerados ao homem e às estruturas em termos danos gerados ao homem e às estruturas em termos de radiação térmica, sobrepressão e concentração de radiação térmica, sobrepressão e concentração tóxica.tóxica.

88

Desenvolvimento de Desenvolvimento de estudos de análise de estudos de análise de

riscosriscos

4.4.Estimativa de frequênciasEstimativa de frequências

5.5.Estimativa de riscoEstimativa de risco

6.6.Avaliação e gerenciamento de Avaliação e gerenciamento de riscorisco

99

Estimativa de frequênciasEstimativa de frequências

Elaboração de estudos Elaboração de estudos quantitativos de análise de quantitativos de análise de riscos:riscos:

estimativa das frequências de estimativa das frequências de ocorrência de falhas de ocorrência de falhas de equipamentos relacionados equipamentos relacionados com as instalações ou com as instalações ou atividades em análise.atividades em análise.

1010

Estimativa de Estimativa de frequênciasfrequências

Estimativa de probabilidades de Estimativa de probabilidades de erros do homem (difíceis)erros do homem (difíceis)

As freqüências de ocorrência dos As freqüências de ocorrência dos cenários acidentais identificados cenários acidentais identificados devem ser calculadas quando os devem ser calculadas quando os efeitos físicos provenientes dos efeitos físicos provenientes dos eventos simulados extrapolarem eventos simulados extrapolarem os limites do empreendimento e os limites do empreendimento e podem vir a afetar pessoas.podem vir a afetar pessoas.

1111


Para o cálculo das frequências de Para o cálculo das frequências de ocorrência dos cenários acidentais ocorrência dos cenários acidentais podem ser utilizadas, entre outras, podem ser utilizadas, entre outras, as seguintes técnicas:as seguintes técnicas:

• Análise histórica de falhas Análise histórica de falhas decorrentes de acidentes, por meio decorrentes de acidentes, por meio de bibliografias ou em bancos de de bibliografias ou em bancos de dados de falhas;dados de falhas;

• Análise por Árvores de Falhas (AAF);Análise por Árvores de Falhas (AAF);

• Análise por Árvores de Eventos Análise por Árvores de Eventos (AAE).(AAE).

1212


• Fatores externos ao empreendimento Fatores externos ao empreendimento podem contribuir para o risco de uma podem contribuir para o risco de uma instalação.instalação.

• Levar em consideração as Levar em consideração as probabilidades ou freqüências de probabilidades ou freqüências de ocorrência de eventos indesejados ocorrência de eventos indesejados causados por terceiros ou por agentes causados por terceiros ou por agentes externos, como terremotos, enchentes, externos, como terremotos, enchentes, deslizamentos de solo e queda de deslizamentos de solo e queda de aeronaves.aeronaves.

1313


É possível obter dados como: É possível obter dados como:

• MTBF = tempo médio entre falhasMTBF = tempo médio entre falhas

• MTTF = tempo médio até falharMTTF = tempo médio até falhar

• MTTR = tempo médio de reparoMTTR = tempo médio de reparo

1414

MTTF = tempo médio até falhar - MTTF = tempo médio até falhar - EXEMPLOEXEMPLO

Um componente tem taxa de falha constante λ= 10Um componente tem taxa de falha constante λ= 10-3-3/h. /h. Calcule sua probabilidade de concluir uma missão de 10 horas sem Calcule sua probabilidade de concluir uma missão de 10 horas sem

sofrer qualquer falha, sabendo que ele estava em perfeitas sofrer qualquer falha, sabendo que ele estava em perfeitas condições de funcionamento no início da missão. condições de funcionamento no início da missão.

Calcule o MTTF desse componente e a confiabilidade quando Calcule o MTTF desse componente e a confiabilidade quando t=MTTF.t=MTTF.

A probabilidade de um componente concluir uma missão de A probabilidade de um componente concluir uma missão de duração t sem falhar, sabendo que ele funciona em t=0 duração t sem falhar, sabendo que ele funciona em t=0 é a sua confiabilidade, R(t).é a sua confiabilidade, R(t).

Para componentes com taxa de falha constante, R(t) é:Para componentes com taxa de falha constante, R(t) é:R(t) = e R(t) = e –λt–λt

Para λ= 10Para λ= 10-3-3/h e t=10 horas: /h e t=10 horas: R(10) = e R(10) = e –0,001.10–0,001.10 = e = e –0,01–0,01 = 0,990 = 99% = 0,990 = 99%

MTTF = 1/ λ MTTF = 1/ λ MTTF = 1 / 0,001 = 1000 horasMTTF = 1 / 0,001 = 1000 horas

MTTF = 1000 horasMTTF = 1000 horasConfiabilidade quando t=MTTFConfiabilidade quando t=MTTF

R(t) = e R(t) = e –λt–λt

R(1000) = e R(1000) = e –0,001.1000–0,001.1000 = e = e-1-1 = 0,368 = 0,368Confiabilidade quando MTTF=1000 horas = 0,368Confiabilidade quando MTTF=1000 horas = 0,368

1515

AAF – Análise por Árvore de AAF – Análise por Árvore de FalhasFalhas

• permite que a frequência da hipótese permite que a frequência da hipótese acidental seja estimada por meio de acidental seja estimada por meio de um modelo lógico do mecanismo de um modelo lógico do mecanismo de falha de um sistema. falha de um sistema.

• modelo baseado na combinação de modelo baseado na combinação de falhas dos componentes básicos do falhas dos componentes básicos do sistema, dos sistemas de segurança e sistema, dos sistemas de segurança e da confiabilidade humana.da confiabilidade humana.

• Resultado imediato: representação Resultado imediato: representação gráfica bem visível de todas as gráfica bem visível de todas as causas básicas e as formas que elas causas básicas e as formas que elas podem se combinar para originar a podem se combinar para originar a hipótese acidentalhipótese acidental..

1616


Causas básicas:Causas básicas:• componentes dos equipamentos; componentes dos equipamentos; • ações humanas (erros ou falhas operacionais)ações humanas (erros ou falhas operacionais)• fatores ambientais como chuvas, neve, ventos, fatores ambientais como chuvas, neve, ventos,

raiosraios• combinação destes.combinação destes.

• construção de um processo lógico dedutivo, construção de um processo lógico dedutivo, partindo de um evento indesejado (hipótese partindo de um evento indesejado (hipótese acidental), que busca as possíveis causas do acidental), que busca as possíveis causas do mesmo. mesmo.

• processo investiga as sucessivas falhas dos processo investiga as sucessivas falhas dos componentes até atingir as falhas básicas, que componentes até atingir as falhas básicas, que não são desenvolvidas e para as quais existem não são desenvolvidas e para as quais existem dados quantitativos disponíveis. dados quantitativos disponíveis.

• O evento indesejado é comumente chamado de O evento indesejado é comumente chamado de "Evento-Topo" da árvore."Evento-Topo" da árvore.

1717


ObjetivosObjetivos

• estimativa da frequência de ocorrência de estimativa da frequência de ocorrência de um incidente (hipótese acidental) ou da um incidente (hipótese acidental) ou da confiabilidade do equipamento.confiabilidade do equipamento.

• determinação das combinações das falhas determinação das combinações das falhas do equipamento, condições de operação, do equipamento, condições de operação, condições ambientais e erros humanos que condições ambientais e erros humanos que contribuem para o incidente.contribuem para o incidente.

• identificação de medidas mitigadoras para identificação de medidas mitigadoras para a implementação da confiabilidade ou da a implementação da confiabilidade ou da segurança e a determinação dos seus segurança e a determinação dos seus impactos.impactos.

1818


AplicaçõesAplicações

• fornece um registro gráfico do fornece um registro gráfico do processo de análise, possibilitando processo de análise, possibilitando uma visão concisa e ordenada das uma visão concisa e ordenada das várias falhas possíveis dentro de várias falhas possíveis dentro de um sistema que podem resultar na um sistema que podem resultar na ocorrência do evento indesejado.ocorrência do evento indesejado.

• pode ser aplicada tanto durante a pode ser aplicada tanto durante a fase de projeto, como durante a fase de projeto, como durante a operação de uma instalação, de operação de uma instalação, de modo que eventuais falhas possam modo que eventuais falhas possam ser identificadas e corrigidas ao ser identificadas e corrigidas ao longo da vida útil de uma longo da vida útil de uma determinada planta.determinada planta.

1919


DefiniçõesDefinições

• Evento Evento Desvio indesejado ou esperado do estado normal Desvio indesejado ou esperado do estado normal

de um componente do sistema.de um componente do sistema.• Evento-topo Evento-topo Evento indesejado ou hipótese acidental. Evento indesejado ou hipótese acidental.

Localizado no topo da árvore de falhas, é Localizado no topo da árvore de falhas, é desenvolvido até que as falhas mais básicas desenvolvido até que as falhas mais básicas do sistema sejam identificadas, pelo uso de do sistema sejam identificadas, pelo uso de portões-lógicos, estabelecendo-se as relações portões-lógicos, estabelecendo-se as relações entre as diversas falhas.entre as diversas falhas.

• Evento intermediário Evento intermediário Evento que propaga ou mitiga um evento Evento que propaga ou mitiga um evento

iniciador (básico) durante a seqüência do iniciador (básico) durante a seqüência do acidente.acidente.

2020



• Evento básico Evento básico Um evento falho é suficientemente básico, quando Um evento falho é suficientemente básico, quando

nenhum desenvolvimento a mais é julgado nenhum desenvolvimento a mais é julgado necessário.necessário.

• Evento não desenvolvido Evento não desenvolvido Evento que não pode ser desenvolvido porque não há Evento que não pode ser desenvolvido porque não há

informações disponíveis.informações disponíveis.• Portão lógico Portão lógico Forma de relacionamento lógico entre os eventos de Forma de relacionamento lógico entre os eventos de

entrada e o evento de saída.entrada e o evento de saída.Esse relacionamento lógico é normalmente Esse relacionamento lógico é normalmente

representado por portões "E" ou "OU". representado por portões "E" ou "OU". "E“: combina os eventos de entrada, que devem existir "E“: combina os eventos de entrada, que devem existir

simultaneamente para o evento saída ocorrer. simultaneamente para o evento saída ocorrer. "OU“: combina os eventos de entrada, sendo que "OU“: combina os eventos de entrada, sendo que

qualquer um deles é suficiente para causar o evento qualquer um deles é suficiente para causar o evento saída.saída.

2121



• Probabilidade Probabilidade É a medida da ocorrência esperada de um evento. Pode É a medida da ocorrência esperada de um evento. Pode

ser expressa como uma frequência (p.ex.: ser expressa como uma frequência (p.ex.: eventos/ano), uma probabilidade de ocorrência eventos/ano), uma probabilidade de ocorrência durante um intervalo de tempo, ou por uma durante um intervalo de tempo, ou por uma probabilidade condicional (p.ex.: probabilidade de probabilidade condicional (p.ex.: probabilidade de ocorrência dado que um evento precursor tenha ocorrência dado que um evento precursor tenha ocorrido).ocorrido).

• Álgebra booleana Álgebra booleana Ramo da matemática que descreve o comportamento de Ramo da matemática que descreve o comportamento de

funções lineares ou variáveis binárias por natureza: funções lineares ou variáveis binárias por natureza: on, off; aberto, fechado; verdadeiro, falso. Todas as on, off; aberto, fechado; verdadeiro, falso. Todas as árvores de falha coerentes podem ser convertidas árvores de falha coerentes podem ser convertidas numa série equivalente de equações Booleanas.numa série equivalente de equações Booleanas.

• Cortes mínimos Cortes mínimos A menor combinação de falhas de componentes A menor combinação de falhas de componentes

operacionais que, se ocorrerem simultaneamente, operacionais que, se ocorrerem simultaneamente, levarão a ocorrência do "Evento-Topo".levarão a ocorrência do "Evento-Topo".

2222

DESCRIÇÃO DA TÉCNICADESCRIÇÃO DA TÉCNICAPASSO 1: Descrição do sistema e escolha de um critério de PASSO 1: Descrição do sistema e escolha de um critério de

delimitaçãodelimitaçãoEntendimento da operação do sistemaEntendimento da operação do sistema

PASSO 2: Identificação de perigos PASSO 2: Identificação de perigos Seleção dos "Eventos topos“Seleção dos "Eventos topos“

PASSO 3: Construção da árvore de falhas PASSO 3: Construção da árvore de falhas Desenvolvimento lógico da falha. Utilização dos portões Desenvolvimento lógico da falha. Utilização dos portões

"OU" e "E“"OU" e "E“

PASSO 4: Exame qualitativo da estrutura PASSO 4: Exame qualitativo da estrutura Análise de cortes MínimosAnálise de cortes Mínimos

Análise de todos os modos de falhaAnálise de todos os modos de falha

PASSO 5: Avaliação quantitativa da AF PASSO 5: Avaliação quantitativa da AF Determinação da frequência de ocorrência do "Evento- Determinação da frequência de ocorrência do "Evento-

Topo" Topo" Utilização da Álgebra BooleanaUtilização da Álgebra Booleana

2323

Informações requeridas :Informações requeridas :

• processos químicos e físicos envolvidos processos químicos e físicos envolvidos na planta;na planta;

• informações específicas do processo informações específicas do processo como um todo e de cada corrente como um todo e de cada corrente (química, termodinâmica, hidráulica);(química, termodinâmica, hidráulica);

• propriedades físico-químicas e propriedades físico-químicas e toxicológicas das substâncias toxicológicas das substâncias envolvidas;envolvidas;

• desenhos de localização e "layout” da desenhos de localização e "layout” da planta;planta;

• condições de processo, fluxogramas de condições de processo, fluxogramas de processo (PFDs - "process flow processo (PFDs - "process flow diagrams")-diagrams")-

• fluxogramas de tubulações e fluxogramas de tubulações e instrumentação (P&IDs "piping and instrumentação (P&IDs "piping and instrumentation diagrams");instrumentation diagrams");

PASSO 1: DESCRIÇÃO DO SISTEMAPASSO 1: DESCRIÇÃO DO SISTEMA

2424

Informações requeridas :Informações requeridas :

• especificações dos equipamentos;especificações dos equipamentos;• operação da planta operação da planta

(procedimentos operacionais, de (procedimentos operacionais, de manutenção, de emergência);manutenção, de emergência);

• fatores humanos (operação-fatores humanos (operação-manutenção, operador-manutenção, operador-equipamento e interfaces de equipamento e interfaces de instrumentação-homem-máquina);instrumentação-homem-máquina);

• fatores ambientais.fatores ambientais.

PASSO 1: DESCRIÇÃO DO SISTEMAPASSO 1: DESCRIÇÃO DO SISTEMA

2525

• Identificação de perigos;Identificação de perigos;• Resultados obtidos devem ser Resultados obtidos devem ser

transformados numa lista de transformados numa lista de "Eventos-Topo" (Hipóteses "Eventos-Topo" (Hipóteses Acidentais) selecionados para a Acidentais) selecionados para a aplicação das AFs. aplicação das AFs.

• "Eventos-Topo“: geralmente "Eventos-Topo“: geralmente grandes eventos associados à grandes eventos associados à perda de contenção de linhas, perda de contenção de linhas, tanques, reatores, entre outros, tanques, reatores, entre outros, possibilitando a ocorrência de possibilitando a ocorrência de vazamentos de materiais tóxicos vazamentos de materiais tóxicos ou inflamáveis.ou inflamáveis.

PASSO 2: Identificação de PerigosPASSO 2: Identificação de Perigos

2626

• ManualManual• AlgorítmicaAlgorítmica

• AutomatizadaAutomatizada

PASSO 3: Construção da Árvore de FalhasPASSO 3: Construção da Árvore de Falhas

2727

• construída do topo para baixo, a partir construída do topo para baixo, a partir do evento indesejado (hipótese do evento indesejado (hipótese acidental) escolhido para estudo; acidental) escolhido para estudo;

• identificar as causas suficientes e identificar as causas suficientes e necessárias para que o mesmo ocorra, necessárias para que o mesmo ocorra, juntamente com seu relacionamento juntamente com seu relacionamento lógico.lógico.

• Perguntas: "Como isto pode ocorrer"? Perguntas: "Como isto pode ocorrer"? ou "Quais são as causas deste evento"? ou "Quais são as causas deste evento"?

• Raciocínio dedutivo seguido, até que o Raciocínio dedutivo seguido, até que o analista julgue que uma solução analista julgue que uma solução satisfatória foi obtida, de modo a satisfatória foi obtida, de modo a permitir uma posterior designação de permitir uma posterior designação de probabilidades ou frequências para os probabilidades ou frequências para os eventos básicos. eventos básicos.

Construção manual da Árvore de Construção manual da Árvore de FalhasFalhas

2828

• Exemplo de "Evento-Topo" : Exemplo de "Evento-Topo" : "Falha da luminária em "Falha da luminária em acender".acender".

A AF para este "Evento-Topo" é A AF para este "Evento-Topo" é construída considerando o porquê construída considerando o porquê

da luminária não acender. da luminária não acender.

Há duas razões para que a luminária Há duas razões para que a luminária não acenda:não acenda:

• falha da lâmpada em acender;falha da lâmpada em acender;• falta de corrente elétrica na falta de corrente elétrica na

luminária.luminária.


2929

Causas de cada uma dessas duas Causas de cada uma dessas duas possibilidades. possibilidades.

As causas para a "falta da lâmpada As causas para a "falta da lâmpada em acender" :em acender" :

• a lâmpada está queimada;a lâmpada está queimada;• não há lâmpada na luminária.não há lâmpada na luminária.Razões para a "falta de corrente Razões para a "falta de corrente

elétrica na luminária" :elétrica na luminária" :• falha na chave de acendimento da falha na chave de acendimento da

lâmpada;lâmpada;• luminária está conectada à luminária está conectada à

tomada;tomada;• não há energia elétrica na tomada.não há energia elétrica na tomada.


3030

• Continuação dos Continuação dos questionamentos;questionamentos;

• Por que não há energia elétrica Por que não há energia elétrica na tomada? na tomada?

– Problemas com o sistema de Problemas com o sistema de distribuição de energia elétricadistribuição de energia elétrica

– Problemas com o sistema de geração Problemas com o sistema de geração de energiade energia

– Problemas com o fornecimento de Problemas com o fornecimento de combustível para o sistema de combustível para o sistema de

geração de energia. geração de energia. • Fim dos questionamentos: Fim dos questionamentos:

construção da AF.construção da AF.• Símbolos padrão para construção Símbolos padrão para construção

da AFda AF


3131

PORTÃO "OU": A saída PORTÃO "OU": A saída ocorre se uma ou mais entradas ocorre se uma ou mais entradas do portão existirem; pelo menos do portão existirem; pelo menos um dos eventos de entrada deve um dos eventos de entrada deve ocorrer para que ocorra a saída.ocorrer para que ocorra a saída.

PORTÃO "E": A saída ocorre se PORTÃO "E": A saída ocorre se todas as entradas do portão todas as entradas do portão existirem simultaneamente.; existirem simultaneamente.; todos os eventos de entrada todos os eventos de entrada devem ocorrer para que ocorra a devem ocorrer para que ocorra a saídasaída


+

•

3232

EVENTO -BÁSICO: O evento EVENTO -BÁSICO: O evento básico representa uma falha básico representa uma falha básica que não requer nenhum básica que não requer nenhum desenvolvimento adicional. desenvolvimento adicional. Falha ou evento básico, final do Falha ou evento básico, final do processo de investigação deste processo de investigação deste ramoramo

EVENTO NÃO DESENVOLVIDO: O EVENTO NÃO DESENVOLVIDO: O evento não desenvolvido evento não desenvolvido significa que este não será mais significa que este não será mais examinado devido a não examinado devido a não disponibilidade de informações, disponibilidade de informações, a consequências insignificantes a consequências insignificantes ou devido à delimitação imposta ou devido à delimitação imposta ter sido alcançada.ter sido alcançada.


3333

EVENTO TOPO, EVENTO TOPO, INTERMEDIÁRIO, SECUNDÁRIO INTERMEDIÁRIO, SECUNDÁRIO OU CONTRIBUINTE: O OU CONTRIBUINTE: O retângulo é frequentemente retângulo é frequentemente usado para mostrar as usado para mostrar as descrições dos eventos que descrições dos eventos que ocorrem por causa de um ou ocorrem por causa de um ou mais eventos de falha; o que mais eventos de falha; o que vier abaixo requer vier abaixo requer investigaçãoinvestigação


3434

• Em grandes AFs é comum Em grandes AFs é comum rotular cada portão lógico e rotular cada portão lógico e evento básico com um único evento básico com um único identificador. identificador.

• portões lógicos: G1, G2, etc. portões lógicos: G1, G2, etc. • eventos básicos: BE1, BE2, eventos básicos: BE1, BE2,

etc... etc... Esses rótulos são Esses rótulos são

frequentemente usados frequentemente usados quando se deseja que a AF quando se deseja que a AF seja colocada em programas seja colocada em programas de computador usados para de computador usados para calcular a frequência do calcular a frequência do "Evento-Topo". "Evento-Topo".


3636

Erros comuns cometidos por iniciantes na Erros comuns cometidos por iniciantes na construção manual de AF :construção manual de AF :

• desenvolvimento rápido de um ramo desenvolvimento rápido de um ramo da árvore, sem o procedimento da árvore, sem o procedimento sistemático de seguir sistemático de seguir descendentemente nível por nível;descendentemente nível por nível;

• omissão de um mecanismo de falha omissão de um mecanismo de falha importante ou uma falsa suposição de importante ou uma falsa suposição de contribuição negligenciável;contribuição negligenciável;

• combinações incorretas de frequência combinações incorretas de frequência e probabilidade nos portões lógicos;e probabilidade nos portões lógicos;

• balanço inapropriado entre falhas de balanço inapropriado entre falhas de componentes e erros humanos;componentes e erros humanos;

• falha no reconhecimento da falha no reconhecimento da dependência dos eventos.dependência dos eventos.


3737

• construir AF que sejam construir AF que sejam completas, mas ainda não há um completas, mas ainda não há um meio para garantir esse objetivo.meio para garantir esse objetivo.

Algoritmo para construção de Algoritmo para construção de AFAF

Síntese Automatizada da AFSíntese Automatizada da AF• entrar no computador com entrar no computador com

fluxogramas de processo e fluxogramas de processo e fluxogramas de tubulação e fluxogramas de tubulação e

instrumentações para obter AFs instrumentações para obter AFs para todos os "Eventos-Topo" para todos os "Eventos-Topo"

concebíveis. concebíveis. • Resultados: uma série de códigos Resultados: uma série de códigos

de computador que podem gerar de computador que podem gerar AF, mas que não têm sido AF, mas que não têm sido

particularmente bem sucedidos.particularmente bem sucedidos.

3838

• conhecido como Análise dos conhecido como Análise dos Cortes Mínimos. Cortes Mínimos.

• AFs podem ser convertidas em AFs podem ser convertidas em expressões Booleanas expressões Booleanas equivalentes, definindo o equivalentes, definindo o "Evento-Topo" em termos de uma "Evento-Topo" em termos de uma combinação de todos os eventos combinação de todos os eventos básicos ou não desenvolvidos. básicos ou não desenvolvidos.

• "Evento-Topo" = soma de todos os "Evento-Topo" = soma de todos os cortes mínimos.cortes mínimos.

PASSO 4: Exame Qualitativo da PASSO 4: Exame Qualitativo da EstruturaEstrutura

3939

• Cortes Mínimos = graduados Cortes Mínimos = graduados na ordem do número dos na ordem do número dos eventos básicos que precisam eventos básicos que precisam ser combinados para resultar ser combinados para resultar no "Evento-Topo“;no "Evento-Topo“;

• o corte de um só evento é o corte de um só evento é altamente indesejado, já que altamente indesejado, já que somente uma falha pode somente uma falha pode levar ao "Evento-Topo"; levar ao "Evento-Topo";

• cortes de dois eventos são cortes de dois eventos são melhores.melhores.

PASSO 4: Exame Qualitativo da PASSO 4: Exame Qualitativo da EstruturaEstrutura

4040

ANÁLISE DOS CORTES MÍNIMOS•Na construção da AF, deve-se seguir usualmente uma abordagem do tipo "portão-por-portão“;•A AF desenvolvida consiste de muitos níveis de eventos básicos e subeventos ligados por portões "E" ou "OU“;•A análise dos cortes mínimos rearranja a AF de modo que qualquer evento básico que apareça repetidamente em partes diferentes da AF não seja duplamente contado na avaliação quantitativa;

4141

ANÁLISE DOS CORTES MÍNIMOS

•O resultado da análise dos cortes mínimos é uma nova AF, logicamente equivalente à original, consistindo de um portão "OU" abaixo do "Evento-Topo", cujas entradas são os cortes mínimos;•Cada corte mínimo é um portão "E" contendo um conjunto de entradas necessárias e suficientes para causarem o "Evento-Topo" .

4242

Exemplo de uma AF com redundância

para eliminação

Equação Booleana

4343

Procedendo no cálculo manual vem:F 6 = G8 x G9 x G10 G9 = H3 x H4 x H5

H3 = I13 + I14 + I15 + I16 H5 = I17 + I18 + I19

G10 = H6 + H7 + H8 + H10 + H9G9 = (I13 + I14 + I15 + I16) x H4 x (I17 +

I18 + I19)Assim

F6 = G8 x (I13 + I14 + I15 + I16) x H4 x (I17 + I18 + I19) x (H6 + H7 + H8 + H10

+ H9)

4444

Exercício

Determi-

nação dos

cortes mínimos

4545

Redução da AF usando a álgebra booleana

PASSO Representação Booleana

1 T = IE1 + IE2

2 T = (BE1 x BE2) + (BE1 + IE3)

3 T = BE1 x BE2 + BE1 + (BE3 x BE4 x IE4)

4 T = BE1 x BE2 + BE1 + (BE3 x BE4 x BE4 x BE2)

5 T = BE 1 + BE 1 x BE2 + BE3 x BE4 x BE2

6 T = BE1 + BE3 x BE4 x BE2

7 T = BE1 + BE2 x BE3 x BE4

4646

Figura equivalente a cortes

mínimos

4747

Algoritmo para obtenção de cortes mínimos baseado em Vesely – Fissel

Este algoritmo obtém os cortes mínimos se todos os eventos básicos são diferentes entre si

É apresentada na Figura a seguir uma AF sem eventos repetidos, na qual estão numerados os

eventos básicos e os portões. O portão sob o evento principal será designado

por G-0.

4949

O ponto inicial do algoritmo é escrever o portão G-0. Em seguida, substitui-se G-0 pelas suas entradas. Como G-0 é um portão "OU", suas entradas são escritas na mesma coluna (1º passo). Nessa substituição depara-se com o portão G-1 que é do tipo "E" portanto suas entradas são escritas na mesma linha (2° passo).

1º passo

G-0

1

G-1

2

2º passo 1

G-2 3

2

5050

3º passo1

4 3

5 3

G-3 3

2

4º passo1

4 3

5 3

9 G-4 3

2

5151

O número de elementos de cada corte mínimo corresponde à "ordem" do corte. Um corte mínimo de 1ª ordem, significa que a falha de um único componente é capaz por si só de causar a falha do sistema. Um corte mínimo de 2ª ordem exige a combinação da ocorrência de duas falhas para que ocorra a falha do sistema, e assim por diante.

Matriz FinalQuantidade Ordem

K-1 1 1ª Ordem

K-2 4 3 2ª Ordem

K-3 5 3 2ª Ordem

K-4 9 6 3 3ª Ordem

K-5 9 7 3 3ª Ordem

K-6 9 8 3 3ª Ordem

K-7 2 1ª Ordem

O resultado final (Matriz Final) é uma matriz onde cada linha é um corte mínimo, pois não há eventos básicos repetidos na AF. Há dois cortes mínimos de 1ª ordem (K-1 e K-7), 2 cortes mínimos de 2ª ordem (K-2 e K-3) e 3 cortes mínimos de 3ª ordem (K-4, K-5 e K-6).O mínimo de linhas desta matriz representa a quantidade de cortes mínimos; as colunas indicam a ordem dos cortes mínimos.

5252

EXERCÍCIO

Para ilustrar a aplicação do algoritmo,

quando na árvore de falhas há a repetição de

eventos básicos, considerar a AF a seguir, onde os eventos básicos

1, 2, 6 e 10 aparecem mais

de uma vez.

FAZER OS PASSOS ATÉ CHEGAR À

MATRIZ FINAL

5353

• Com a estrutura final da AF e Com a estrutura final da AF e a frequência ou probabilidade a frequência ou probabilidade para cada evento básico ou para cada evento básico ou não desenvolvido, é possível não desenvolvido, é possível calcular a frequência ou a calcular a frequência ou a probabilidade do "Evento-probabilidade do "Evento-Topo". Topo".

• feito usando a abordagem feito usando a abordagem dos Cortes Mínimos na dos Cortes Mínimos na expressão Booleana. expressão Booleana.

• aplicável tanto para árvores aplicável tanto para árvores grandes como para árvores grandes como para árvores pequenas.pequenas.

PASSO 5: PASSO 5: Avaliação quantitativa da Árvore de FalhasAvaliação quantitativa da Árvore de Falhas

5454

• Uma alternativa é uma Uma alternativa é uma abordagem mais simples, como abordagem mais simples, como a do "portão-por-portão", a do "portão-por-portão", descrita por Lawley (1980) e descrita por Lawley (1980) e Ozog (1985).Ozog (1985).

• A técnica do "portão-por-portão" A técnica do "portão-por-portão" começa com os eventos básicos começa com os eventos básicos da AF e procede para cima, em da AF e procede para cima, em direção ao "Evento- Topo". direção ao "Evento- Topo".

• Todas as entradas do portão Todas as entradas do portão devem ser definidas antes do devem ser definidas antes do cálculo da saída do portão. cálculo da saída do portão. Todos os portões inferiores Todos os portões inferiores precisam ser computados antes precisam ser computados antes do próximo nível superior. do próximo nível superior.

PASSO 5: Avaliação quantitativa da Árvore de PASSO 5: Avaliação quantitativa da Árvore de FalhasFalhas

5555

As relações matemáticas utilizadas As relações matemáticas utilizadas na técnica do "portão-por-portão".na técnica do "portão-por-portão".


PortãoTipo de entrada

Cálculo para a saídaDimen-

são

OU

PA OU PB

P(A ou B) = 1 - (1- PA).(1 – PB)

=PA+PB-PA.PB=* PA+PB t-1

FA OU FB F(A ou B)= FA + FB

FA OU FB Não permitido

E

PA E PB P(A ou B)=PA . PB

t-1FA E FB Não é permitido, deve-se transformar

para FA e PB

FA E PB F(A e B)= FA . PBonde:* - semelhante P = probabilidade F = frequência t = tempo (usualmente ano)

5656


•Uma vez que a árvore tenha sido totalmente calculada, alguns estudos quantitativos opcionais são possíveis: análises de sensibilidade, de incerteza e de importância.•Análise de sensibilidade: usada para determinar a sensibilidade da frequência do "Evento-Topo" em relação aos possíveis erros nos dados básicos dos eventos;•Análise de incerteza: fornece uma medida dos limites do erro do "Evento-Topo". • Análise de importância: gradua os vários cortes mínimos na ordem da sua contribuição para a frequência total do sistema de falha. •definições de confiabilidade/não confiabilidade e disponibilidade/não disponibilidade são úteis na especificação de valores para os eventos básicos e não desenvolvidos nas árvores de falhas.

5757

O uso da O uso da técnica do técnica do

"portão-por-"portão-por-portão" portão"

EXEMPLO EXEMPLO do

vazamento de um

tanque de estocagem desenvolvido por Ozog

(1985)

5858

PASSO 1 – Descrição do Sistema: O tanque de estocagem (T-1) é projetado para armazenar um líquido inflamável sob uma leve pressão positiva de nitrogênio. Um sistema de controle (PICA-1) controla a pressão. Além disso, o tanque é equipado com uma válvula de alívio (RV) para enfrentar as emergências. O líquido é alimentado ao tanque por um caminhão-tanque. Uma bomba (P-1) recalca o líquido inflamável para o processo.

5959

PASSO 2 - Identificação de Perigos: Ozog (1985) usou o HazOp para identificar os perigos mais sérios como uma “grande liberação de inflamável do tanque”. Esse incidente (hipótese-acidental) é o "Evento-Topo" que será desenvolvido na AF.

6060

PASSO 3 - Construção da AF: Baseado no conhecimento do sistema e dos eventos iniciadores no estudo do HazOp, a árvore é construída manualmente. Todo evento é rotulado sequencialmente, usando-se B para evento básico ou não desenvolvido, M para evento intermediário e T para "Evento-Topo" - Grande Liberação de Inflamável, determinando-se os possíveis eventos que podem levar a este incidente como:M1: Derramamento durante o descarregamento do caminhão M2: Ruptura do tanque devido a evento externo B1: Quebra do dreno do tanque M3: Ruptura do tanque devido à implosão M4: Ruptura do tanque devido à sobrepressão

6161

Grande

6262

PASSO 4 - Exame Qualitativo da Estrutura:

•A graduação da AF é melhor feita utilizando-se a análise dos cortes mínimos para este problema. No entanto, somente uma inspeção mostra os 5 maiores mecanismos que levam a uma "Grande Liberação de Inflamável". •Alguns eventos B1, B3, B4, B5 e B6 podem todos sozinhos causarem o "Evento-Topo".•Rever os cortes mínimos para assegurar que eles representem acidentes reais e possíveis. •Um corte mínimo que não irá causar o "Evento-Topo" é uma indicação de um erro na construção da AF ou na determinação dos cortes mínimos.

6363

PASSO 5 – Avaliação Quantitativa da AF

•A árvore deve ser "scanneada" cuidadosamente para achar eventos repetidos, que possam levar a erros numéricos.• Neste exemplo não há eventos repetidos. • Entrar com um valor numérico de frequência (por ano) ou de probabilidade (adimensional) em cada evento básico, coerentemente, é claro.• O cálculo começa na base da árvore e procede para cima até o "Evento-Topo". •Um cálculo é apresentado para o ramo mais à esquerda, o evento M1: Derramamento durante descarregamento do caminhão.

6464

O portão mais inferior é o M9: Tanque vaza pela RV-1

As duas entradas para este portão "E" são probabilidades

P(M9) = P(B15) x P(B16)= (1,0 x 10-2 ) X (1,0 x 10-2) = 1,0 x 10-4

No mesmo nível que M9 está o portão M10, ruptura do tanque devido à reação. Existem 4

entradas para este portão "E", todas as probabilidades e as fórmulas da Tabela podem

ser generalizadas como:P(M10) = P(B17) x P(B18) x P(B19) x P(B20) = (1,0 x 10-3) x (1,0 x 10-2) x (1,0 x 10-1) x (1,0 x

10-1) Ξ 1,0 x 10-7

6565

Os portões M9 e M10 são entradas para o portão M5: Grande derramamento do tanque.

Há duas probabilidades entrando no portão "OU".

P(M5) = 1- [ 1-P(M9)] [ 1-P(M10)] = = P(M9)+P(M10) - P(M9) . P(M10) Ξ

Ξ P(M9)+P(M10) Ξ Ξ (1,0 x 10-4) + (1,0 x 10-7) Ξ 1,0 x 10-4

O evento M1 é um evento intermediário e é um portão "E" com duas entradas, uma frequência e

uma probabilidade.F(M1) = F(B2) x P(M5)

= (300 ano-1) x (1,0 x 10-4) = 3,0 x 10-2 ano

6666

De uma maneira similar, todas as outras frequências e probabilidades podem ser

calculadas, até o "Evento-Topo".

A frequência (T) do "Evento-Topo", Grande Liberação de Inflamável, é de 3,0 x 10-2 ano-1,

uma liberação a cada 30 anos.

As frequências dos 5 maiores eventos intermediários são:

M1: Derramamento durante descarregamento do tanque3,0 x 10-2 ano-1

M2: Ruptura do tanque devido o evento extremo 3,0 x 10-5 ano-1

B1: Quebra do dreno da tanque 1,0 x 10-4 ano-1

M3: Ruptura do tanque devido à implosão 2,0 x 10-3 ano-1

M4: Ruptura do tanque devido à sobrepressão 2,0 x 10-5 ano-1

6767

M1: Derramamento durante descarregamento do tanque3,0 x 10-2 ano-1

M2: Ruptura do tanque devido o evento extremo 3,0 x 10-5 ano-1

B1: Quebra do dreno da tanque 1,0 x 10-4 ano-1

M3: Ruptura do tanque devido à implosão 2,0 x 10-3 ano-1

M4: Ruptura do tanque devido à sobrepressão 2,0 x 10-5 ano-1

A partir dessa avaliação quantitativa pode-se ver que as falhas devidas a

M1 e M3 contribuem mais para o "Evento-Topo", desta forma,

frequências e medidas mitigadoras seriam mais produtivas se empregadas nessas áreas.

6868

Referências BibliográficasReferências Bibliográficas

CETESB. Análise, avaliação e CETESB. Análise, avaliação e Gerenciamento de Riscos. Volume 2. Gerenciamento de Riscos. Volume 2. São Paulo, 2008. 180 p.São Paulo, 2008. 180 p.

avaliaÇÃo e gerenciamento de riscos ambientais

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