CapÃtulo 1 : Engenharia de segurança

A engenharia é um assunto que garante que os sistemas projetados ofereçam níveis adequados de segurança. Uma das disciplinas de engenharia é a engenharia de segurança. No âmbito da engenharia industrial e da engenharia de sistemas, bem como no subcampo da engenharia de segurança de sistemas, tem uma forte ligação. Mesmo no caso de componentes individuais falharem, a engenharia de segurança garante que um sistema vital continue a funcionar como pretendido.

Existem duas categorias distintas que podem ser usadas para classificar técnicas de análise: métodos qualitativos e abordagens quantitativas. Encontrar relações causais entre um perigo no nível do sistema e falhas de componentes específicos é o objetivo de ambas as abordagens, que estão relacionadas entre si. A pergunta "O que deve dar errado, de tal forma que um perigo do sistema pode ocorrer?" é o ponto focal das abordagens qualitativas, enquanto o objetivo dos métodos quantitativos é fornecer cálculos da probabilidade, taxas e/ou gravidade dos efeitos.

Por outro lado, a complexidade dos sistemas tecnológicos, que inclui coisas como melhorias no projeto e nos materiais, inspeções planejadas, design infalível e redundância de backup, reduz o risco e, ao mesmo tempo, aumenta os custos. Dependendo das circunstâncias, o risco pode ser reduzido para níveis tão baixos quanto razoavelmente possível (ALARA) ou tão baixos quanto realisticamente alcançáveis (ALAPA).

Tradicionalmente, as técnicas de análise de segurança baseiam-se exclusivamente no conhecimento e na experiência do engenheiro de segurança que realiza o estudo. Ao longo dos últimos dez anos, metodologias baseadas em modelos, como a STPA (Systems Theoretic Process Analysis), ganharam destaque significativo. Por outro lado, as técnicas baseadas em modelos, em contraste com os métodos tradicionais, fazem um esforço para deduzir ligações entre causas e consequências de algum tipo de modelo do sistema.

FMEA, que significa modo de falha e análise de efeitos, e FTA, que significa análise de árvore de falhas, são as duas metodologias de modelagem de falhas que são usadas com mais frequência. Da mesma forma que a avaliação probabilística de riscos faz uso dessas metodologias, elas são apenas métodos para localizar problemas e desenvolver estratégias para lidar com falhas. Um dos primeiros estudos que utilizaram este método em uma instalação nuclear comercial foi a pesquisa WASH-1400, que às vezes é referida como a pesquisa de segurança do reator ou o Relatório Rasmussen. Este estudo destacou-se pela sua natureza abrangente.

A Análise do Modo e Efeitos de Falha, também conhecida como FMEA, é um processo analítico indutivo que é realizado de baixo para cima. Pode ser realizado tanto a nível funcional como a nível de peças. O processo de análise de modo e efeitos de falha funcional (FMEA) envolve a determinação dos modos de falha para cada função em um sistema ou peça de equipamento, normalmente com a ajuda de um diagrama de blocos funcional. Durante o processo FMEA peça-peça, os modos de falha são determinados para cada componente que é considerado uma peça-peça (por exemplo, uma válvula, conexão, resistor ou diodo). O modo de falha é explicado, e uma probabilidade é atribuída aos impactos do modo de falha. Esta probabilidade é determinada pela taxa de falha e razão do modo de falha da função ou componente. Para o software, essa quantização é desafiadora, pois é difícil determinar se existe ou não um defeito, e os modelos de falha usados para componentes de hardware não se aplicam. As variáveis como temperatura, idade e variabilidade de fabricação têm impacto em um resistor, mas não têm impacto no software.

É possível combinar modos de falha que têm os mesmos efeitos e descrevê-los em um documento chamado Resumo dos Efeitos do Modo de Falha. Combinada com a análise de criticidade, a análise de modo e efeitos de falha (FMEA) é referida como modo de falha, efeitos e análise de criticidade (FMECA).

A análise da árvore de erros, muitas vezes conhecida como FTA, é uma abordagem lógica e descendente da análise. Ao usar FTA, eventos primários que são acionados por fatores como falhas de componentes, erros humanos e eventos externos são seguidos através de portas lógicas booleanas até atingirem um evento superior indesejável. Isso pode ser algo como um acidente de avião ou um colapso do núcleo do reator nuclear. Além de garantir que os objetivos de segurança foram cumpridos, o objetivo desta empreitada é encontrar estratégias para reduzir a probabilidade de ocorrência de ocorrências de topo.

Ao aplicar o teorema de Morgan às árvores de sucesso, que estão diretamente relacionadas aos diagramas de blocos de confiabilidade, pode-se gerar árvores de falhas, que são um inverso lógico das árvores de sucesso. As árvores de falha podem ser obtidas aplicando o princípio de de Morgan.

Pode ser aplicado um ACL qualitativo ou quantitativo. É possível realizar uma análise de árvores de falhas qualitativas para conjuntos de corte mínimos em situações onde a probabilidade de falha e evento são desconhecidas. Por exemplo, se um único evento base for incluído em qualquer conjunto de corte mínimo, o evento principal pode ser o resultado de uma única falha. Para calcular a probabilidade de evento superior, o FTA quantitativo é utilizado, e normalmente requer a utilização de software de computador como o CAFTA, que é desenvolvido pelo Electric Power Research Institute, ou SAPHIRE, que é desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Idaho.

As árvores de falhas e as árvores de eventos são ambas utilizadas em determinados setores económicos. Começando com um iniciador indesejável (como a perda de fornecimento crítico ou a falha de um componente, por exemplo), uma árvore de eventos passa a seguir possíveis eventos adicionais do sistema até uma série de consequências finais. À medida que cada nova ocorrência é levada em conta, um novo nó é adicionado à árvore, e as probabilidades de selecionar qualquer ramo são divididas entre os dois novos nós. Quando isso ocorre, é possível visualizar a probabilidade de uma variedade de "eventos principais" que são resultado do evento inicial.

Com o objetivo de garantir a segurança dos sistemas e plataformas de produção offshore, o setor de petróleo e gás offshore emprega um processo conhecido como análise qualitativa de sistemas de segurança. Durante toda a fase de projeto, a análise é utilizada para identificar perigos de engenharia de processo e métodos de mitigação de riscos. Esta atividade decorre durante toda a fase de conceção. O processo é descrito na Prática Recomendada 14C do American Petroleum Institute, que é intitulada "Análise, Projeto, Instalação e Teste de Sistemas Básicos de Segurança de Superfície para Plataformas de Produção Offshore".

O método emprega técnicas de análise de sistema para determinar os requisitos de segurança que devem ser cumpridos para salvaguardar qualquer componente individual do processo, como um recipiente, tubulação ou bomba. As necessidades de segurança de componentes separados são incorporadas em um sistema de segurança de plataforma abrangente. Este sistema inclui sistemas de apoio de emergência, tais como deteção de incêndios e gases, bem como sistemas de contenção de líquidos.

Na fase inicial do estudo, são identificados componentes específicos do processo. Esses componentes podem incluir linhas de fluxo, coletores, vasos de pressão, vasos atmosféricos, aquecedores a fogo, componentes aquecidos por exaustão, bombas, compressores, tubulações e trocadores de calor. As linhas de fluxo são adicionalmente um componente do processo. Uma análise de segurança é realizada em cada componente, a fim de determinar a ocorrência de ocorrências desfavoráveis (como a falha do equipamento ou o transtorno do processo, entre outras coisas) que exigem proteção. Uma condição detetável, como pressão excessiva, é identificada como resultado da análise. Esta condição é então utilizada para iniciar ações destinadas a prevenir ou limitar o impacto de eventos indesejados. Abaixo estão listados os componentes incluídos em uma Tabela de Análise de Segurança (SAT) designada para recipientes sob pressão.

A entrada é maior do que a saída

Sopro de gás (originário da direção a montante)

Incapacidade de gerir a pressão

Aumento da temperatura

Um excedente de entrada de calor

O fluxo de lesma líquida

Saída de líquido bloqueada ou restrita

Incapacidade de ajustar o nível

Subpressão, sopro de gás, vazamento e excesso de temperatura são alguns eventos mais desagradáveis que podem ocorrer em um vaso de pressão. Estas ocorrências, juntamente com as condições que estão ligadas a elas e podem ser detetadas, também são indesejáveis.

Após a identificação dos eventos, causas e condições que podem ser detetados, a etapa subsequente da abordagem envolve a utilização de uma Lista de Análise de Segurança (SAC) dentro de cada componente. Segue-se uma lista dos dispositivos de segurança que podem ser necessários ou as circunstâncias que eliminam a necessidade de tal tecnologia. A título de exemplo, o SAC deteta as seguintes circunstâncias em caso de transbordamento de líquido de um recipiente (conforme descrito acima): A análise garante que são fornecidos dois níveis de proteção para atenuar cada resultado indesejado. Por exemplo, se um recipiente sob pressão fosse submetido a sobrepressão, a proteção primária seria um interruptor de pressão alta...