HAZOP, CFD e Segurança de Processos
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Por que integrar HAZOP e simulação?
No dia 31 de julho de 2026, a CAEXPERTS realizou o webinar “HAZOP, CFD e Segurança de Processos”, dedicado à integração entre a análise de perigos e operabilidade e a simulação computacional na avaliação de riscos industriais.
A apresentação foi conduzida por Gabriel Hernandez Rozo, engenheiro químico formado pela Unicamp e especialista certificado em Simcenter STAR-CCM+ na CAEXPERTS. Ao longo do conteúdo, Gabriel explica como o HAZOP permite identificar desvios, causas, consequências e salvaguardas, enquanto ferramentas de simulação ajudam a quantificar a magnitude, a evolução e a propagação física dos riscos associados a esses desvios.
Entre os exemplos apresentados estão análises de dispersão de gases, campos de pressão e temperatura, interação fluido-estrutura, carregamento de materiais particulados, ações do vento, integridade estrutural, descargas de válvulas de alívio e transientes em sistemas de tubulação.
A gravação completa está disponível abaixo. Na sequência, reunimos os principais conceitos e estudos de caso apresentados, mostrando como a combinação entre HAZOP e simulação pode fornecer uma base mais completa para decisões relacionadas à segurança de processos.
Por que integrar HAZOP e simulação?
Acidentes industriais continuam ocorrendo apesar da evolução das regulamentações, dos procedimentos operacionais e das barreiras de proteção. Isso não significa que as metodologias de análise de risco sejam insuficientes. Significa que a identificação do perigo e a quantificação de suas consequências cumprem funções diferentes e precisam trabalhar de forma integrada.
O HAZOP identifica desvios em relação à intenção de projeto, estrutura a discussão de causas e consequências e registra as salvaguardas existentes ou recomendadas. Entretanto, ele não calcula sozinho a magnitude do acidente, a velocidade de evolução, a propagação espacial ou o tempo disponível para reação. Uma condição de “mais pressão”, por exemplo, pode ser reconhecida rapidamente, mas ainda permanece a necessidade de saber onde ocorre o pico, como a onda se propaga e quais regiões da estrutura recebem as maiores cargas.
OSHA e Baybutt (2002), associam de 80% a 90% das lesões graves em ambientes industriais a erros humanos que poderiam ser identificados por análise prévia. O dado reforça a importância de processos estruturados de avaliação, mas também evidencia que recomendações genéricas não bastam: as equipes precisam compreender o mecanismo do evento e verificar se as salvaguardas propostas são capazes de atuar nas condições reais.
CFD, FEA, FSI, DEM e modelos de sistemas 1D preenchem essa lacuna ao transformar o desvio qualitativo em campos físicos quantificados. Pressão, temperatura, concentração, velocidade, deformação, tensão, trajetória, nível de ruído e tempo de resposta passam a ser resultados calculados. A pergunta deixa de ser apenas “o que pode acontecer?” e passa a incluir “com qual intensidade, em que local e em quanto tempo?”.
Como o HAZOP estrutura a identificação de riscos
HAZOP é a sigla de Hazard and Operability Study. A metodologia parte da intenção de projeto de um sistema e investiga, de forma sistemática, como o comportamento real pode se afastar dessa intenção. A análise costuma ser realizada por uma equipe multidisciplinar, porque as causas e consequências de um desvio raramente pertencem a uma única disciplina.
O processo começa com o planejamento do estudo e a preparação das informações necessárias. Em seguida, selecionam-se os nós do processo, geralmente a partir do P&ID. Sobre cada nó são aplicadas palavras-guia, como MAIS, MENOS, NÃO, REVERSO e OUTRO QUE. A equipe identifica causas, consequências e salvaguardas, registra recomendações e acompanha as ações definidas.
Etapas do processo HAZOP: planejamento, seleção de nós, aplicação de palavras-guia, análise de causas e consequências e registro das recomendações. (Norma de referência: IEC 61882.)
A disciplina do método é uma de suas principais forças. Em vez de depender apenas da experiência individual ou de uma lista genérica de perigos, a equipe percorre sistematicamente os nós e combina palavras-guia com parâmetros de processo. Isso amplia a rastreabilidade do raciocínio e facilita a revisão posterior das decisões.
Palavras-guia aplicadas aos parâmetros do processo
As palavras-guia orientam a investigação dos possíveis desvios em relação à intenção de projeto. Seu significado prático depende do parâmetro analisado. MAIS, por exemplo, pode representar aumento de vazão, pressão, temperatura ou nível; MENOS indica uma redução quantitativa; e REVERSO caracteriza uma condição em sentido oposto ao previsto.
A análise também pode abranger ausência completa de uma função, alterações de composição, vazamentos, perda de utilidades e condições inadequadas de operação ou manutenção.
Exemplos de palavras-guia aplicadas a parâmetros de processo, conforme a estrutura da IEC 61882.
A combinação entre o parâmetro e a palavra-guia permite formular o desvio que será discutido pela equipe. A partir dele, são identificadas as possíveis causas, as consequências, as salvaguardas existentes e as recomendações necessárias.
Do nó de processo à recomendação de ação
Cada análise começa por um trecho definido do P&ID. A palavra-guia é aplicada ao parâmetro relevante e gera um desvio em relação ao projeto. A equipe então investiga a origem desse desvio, seu impacto potencial e as barreiras capazes de prevenir, detectar, controlar ou mitigar a consequência.
O resultado não é apenas uma lista de perigos. É uma planilha de nós que reúne desvios, causas, consequências, salvaguardas e recomendações de ação. Essa estrutura cria uma base clara para selecionar os cenários que devem avançar para uma análise quantitativa.
Fluxo prático do HAZOP: nó, palavra-guia, desvio, causa e consequência, salvaguarda e registro das ações.
O que o HAZOP faz e o que ainda precisa ser calculado
A limitação quantitativa não deve ser tratada como uma falha do HAZOP. O método foi concebido para identificar e organizar cenários, não para resolver as equações físicas de cada acidente possível. O problema surge quando a análise qualitativa é usada como se já fornecesse respostas sobre alcance, intensidade ou desempenho de uma salvaguarda.
Comparação entre as capacidades e limitações do HAZOP na identificação de riscos em segurança de processos e sua integração com análises quantitativas.
A combinação mais robusta consiste em usar o HAZOP para definir o que precisa ser investigado e a simulação para calcular como o cenário se desenvolve. Assim, a equipe preserva a visão sistêmica do processo e, ao mesmo tempo, obtém a profundidade física necessária para decidir.
Da palavra-guia à grandeza física
A palavra-guia aponta a direção do desvio, mas a física determina seu comportamento. “MAIS pressão” pode estar associado a bloqueio de linha, pressurização transiente ou abertura de uma válvula de alívio. “MENOS vazão” pode indicar falha de bomba, estagnação ou risco de cavitação. “NÃO vazão” pode representar ruptura, perda de contenção e formação de uma zona inflamável ou tóxica.
A tabela abaixo relaciona alguns desvios típicos às respostas que podem ser obtidas por CFD ou por análises acopladas. O objetivo não é substituir a planilha HAZOP, mas traduzir suas hipóteses em perguntas mensuráveis.
Exemplos de desvios HAZOP e das grandezas que podem ser calculadas por CFD e análises acopladas.
No desvio MAIS, o cálculo pode determinar o campo de pressão transiente, o pico e a propagação de uma onda. Para MENOS, pode revelar velocidades críticas, zonas de estagnação e condições de cavitação. Em uma ruptura associada a NÃO, o modelo pode determinar a dispersão, o envelope inflamável e a zona de exclusão. Em cenários térmicos, pode calcular a distribuição de temperatura e o tempo até a atuação de uma PSV. Em fluxo reverso, pode quantificar forças hidrodinâmicas e seus efeitos sobre válvulas e tubulações.
A geometria faz diferença Plataformas, edifícios, suportes, obstáculos, elevações e regiões de recirculação alteram o comportamento do risco. Ao incluir a geometria real, a simulação deixa de trabalhar apenas com uma distância nominal e passa a mostrar como o cenário se distribui na instalação.
Aplicações na segurança de processos e operações
Os exemplos a seguir mostram que a integração entre HAZOP e simulação não se limita à dispersão de gases. A mesma lógica pode ser aplicada a integridade estrutural, movimentação de materiais, trabalho em altura, válvulas de alívio, ruído, transientes hidráulicos e validação de sistemas de controle.
Integridade de tubulações sob sobrepressão
Considere o desvio MAIS pressão em uma linha. O HAZOP registra o risco de deformação ou ruptura, mas a verificação da integridade depende do campo de pressão e da resposta mecânica da tubulação. A simulação FSI, ou Interação Fluido-Estrutura, conecta essas duas etapas.
Desvio: MAIS pressão, com risco de deformação e ruptura da linha Condições: tubulação pressurizada submetida às cargas calculadas pelo escoamento Referências: ASME B31.3 - Process Piping Objetivos: calcular o campo de pressão, transferir as cargas para o modelo estrutural e verificar deslocamentos, deformações e tensões Resultado: identificação antecipada da zona crítica e base quantitativa para revisar a geometria, a condição de operação ou a salvaguarda
Quadro de uma animação de Interação Fluido-Estrutura aplicada a uma tubulação pressurizada.
O escoamento fornece as cargas que atuam sobre a parede da tubulação. Essas cargas são transferidas ao modelo estrutural, que calcula deslocamentos, deformações e tensões. A análise permite localizar regiões críticas, observar a evolução da resposta e avaliar se a condição permanece dentro dos limites definidos para o projeto.
Dispersão de gases em instalações abertas e fechadas
Uma liberação para a atmosfera pode ser identificada como consequência de diferentes desvios: sobrepressão, falha de vedação, ruptura de linha, abertura de uma válvula de alívio ou operação fora do previsto. O impacto, entretanto, depende da vazão de fuga, da densidade e temperatura do fluido, do vento, da ventilação e da geometria local.
Desvio: liberação de gás para a atmosfera por sobrepressão, falha de vedação, ruptura de linha ou abertura de válvula de alívio Condições: instalação aberta ou fechada, com influência do vento, da ventilação e da geometria real Objetivos: calcular trajetória, diluição, concentração, tempo de propagação e alcance da pluma Resultado: mapeamento das áreas potencialmente expostas e base para definir detectores, rotas de fuga, ventilação e zonas de exclusão
Exemplos de dispersão em instalações offshore, mostrando a influência da geometria e do escoamento atmosférico.
O CFD calcula a trajetória da pluma, sua diluição, as concentrações em áreas ocupadas e o tempo necessário para atingir plataformas, rotas de fuga ou pontos de ignição. Também permite comparar condições de vento e verificar a influência de estruturas que desviam, confinam ou recirculam o contaminante.
Em ambientes fechados, a mesma abordagem pode incluir ventilação, combustão e propagação de fumaça. O Simcenter STAR-CCM+ dispõe do Fire and Smoke Wizard, recurso citado no material técnico para simplificar a configuração de cenários de incêndio e fumaça em espaços internos. A escolha do modelo depende do objetivo: avaliar concentração tóxica, visibilidade, temperatura, chama, fumaça ou tempo de evacuação.
BP Texas City e a importância do tempo de propagação
O acidente de BP Texas City, em 23 de março de 2005, mostra por que uma análise dinâmica pode ser decisiva. Durante o reinício da unidade ISOM, a torre splitter recebeu líquido sem saída. O nível real alcançou 98 pés, enquanto o instrumento indicava apenas 8 pés. O alarme de alto nível apresentava defeito, e o hidrocarboneto transbordou para o blowdown drum, alcançou a atmosfera e encontrou uma fonte de ignição.
Desvio: MAIS nível na torre splitter durante o reinício da unidade ISOM Condições: nível real de 98 pés, indicação de 8 pés, alarme de alto nível com defeito e transbordamento de hidrocarboneto Referências: U.S. Chemical Safety Board, Final Report (2007), e Isimite & Rubini (2016) Objetivos: quantificar velocidade de enchimento, tempo até o transbordamento, volume liberado, envelope inflamável e tempo até a nuvem alcançar áreas ocupadas Resultado: demonstração de como uma análise dinâmica pode fundamentar zonas de exclusão, reposicionamento de instalações temporárias e tempos de evacuação
Síntese do acidente de BP Texas City e das informações que uma análise dinâmica poderia quantificar. (Fonte: US Chemical Safety Board (CSB), Final Report, 2007 | Isimite& Rubini, 2016.)
Há registro de 15 mortes, mais de 180 feridos e perdas de aproximadamente US$ 1,5 bilhão. O HAZOP poderia identificar o desvio MAIS nível e as consequências de transbordamento, mas a avaliação quantitativa precisaria calcular a velocidade de enchimento, o tempo até o transbordamento, o volume liberado, o raio da nuvem inflamável e a zona de exclusão necessária.
Uma simulação de dispersão poderia mostrar o campo de concentração do hidrocarboneto, o envelope entre LEL e UEL, a influência do vento e da geometria local e o tempo até a nuvem alcançar os trailers. Essa dimensão temporal é fundamental: planos de evacuação precisam saber não apenas se o gás chega a uma região, mas quantos segundos existem antes da exposição ou da ignição.
O valor do resultado transiente Distâncias de segurança e procedimentos de emergência tornam-se mais consistentes quando são associados a concentração, tempo e direção de propagação, em vez de depender apenas de avaliações estáticas ou de zonas genéricas.
Segurança operacional além da dispersão
Formação e acomodação de cargas particuladas
Uma carga desbalanceada ou acima do limite pode provocar transbordamento, instabilidade e sobrecarga do meio de transporte. Para materiais particulados, a massa final não depende apenas do volume geométrico: granulometria, fragmentação, atrito e acomodação alteram a densidade aparente e a distribuição da carga.
Desvio: carga desbalanceada ou acima do limite do meio de transporte Condições: carregamento de palha integral e palha triturada, considerando a acomodação das partículas Objetivos: prever a massa carregada, a distribuição espacial e o risco de transbordamento ou concentração excessiva de peso Resultado: previsão de 27 t para palha integral e 32 t para palha triturada; para a palha integral, erro inferior a 0,5% em relação aos dados disponíveis
Recipiente com 27 toneladas de palha integral
Recipiente com 32 toneladas de palha triturada
Comparação da formação de carga para palha integral e palha triturada, com resultados de 27 t e 32 t.
A simulação permite acompanhar como o material entra, se distribui e se estabiliza. No caso apresentado, a palha integral resultou em 27 t e a palha triturada em 32 t. Para a palha integral, os valores calculados apresentaram erros inferiores a 0,5% em relação aos dados disponíveis.
Esses resultados apoiam a definição da estratégia de carregamento, a verificação do limite do veículo, a prevenção de transbordamento e a análise de regiões com concentração excessiva de massa. O desvio qualitativo “carga acima do limite” passa a ser associado a uma previsão de massa, volume e distribuição espacial.
Descida de emergência com rapel sob vento
Condições de emergência frequentemente obrigam o operador a atuar fora do regime normal de trabalho. Uma descida com cabo sob vento intenso pode ser classificada como OUTRO QUE: uma condição operacional não prevista no procedimento principal. O risco envolve tanto a trajetória do operador quanto o comportamento da bag de materiais.
Desvio: OUTRO QUE - descida de emergência com cabo sob vento intenso Condições: vento típico e vento extremo associado à recorrência de 50 anos, incluindo a avaliação do operador e da bag Referências: NR-35 - Trabalho em Altura Objetivos: verificar se a corda alcança a rede de média tensão, avaliar as forças no cabo e definir condições mínimas de operação segura Resultado: definição de um envelope de segurança e indicação da necessidade de um anteparo de proteção
Posições iniciais avaliadas para o operador durante a descida de emergência.
Posições iniciais avaliadas para a bag durante a descida de emergência.
A análise considera a interação entre o vento, o cabo, o operador, a bag e os obstáculos próximos. Entre as perguntas de engenharia estão a possibilidade de a corda atingir uma rede de média tensão, as forças aplicadas ao cabo e as condições mínimas para uma operação segura
Exemplo de trajetória da corda para uma condição de vento de 18 m/s, com altura de 90 m e distância de 30 m até a rede de média tensão.
O material técnico considera condições típicas e extremas, incluindo um vento máximo associado à recorrência de 50 anos. A trajetória calculada permite construir um envelope de segurança e verificar se uma barreira física é necessária. Em vez de executar um teste perigoso em escala real, a equipe avalia digitalmente diferentes intensidades e direções de vento.
Contato, passagem e enroscamento da corda
Detectar que a corda se aproxima de um obstáculo não é suficiente. O contato pode ser passante, pode desviar a trajetória ou pode produzir enroscamento. Cada mecanismo cria consequências diferentes para o operador, para a bag e para a rede elétrica.
Desvio: OUTRO QUE - corda de segurança solta durante a descida, com trajetória não controlada Condições: soltura em diferentes alturas, sob vento típico e vento máximo de 50 anos Referências: NR-35 e IEC 61400-1 Objetivos: avaliar o contato com a rede de média tensão, distinguir contato passante de enroscamento e verificar o risco para a bag Resultado: mapeamento das condições críticas de enroscamento e base para o redesenho do anteparo.
Quadro da análise dinâmica de contato da corda com os elementos de proteção e a zona próxima à rede.
Ao modelar a soltura em diferentes alturas e sob diferentes condições de vento, é possível identificar quando o contato se torna crítico e quais geometrias favorecem o enroscamento. O resultado fornece uma base para redesenhar o anteparo e revisar os limites operacionais, considerando as referências NR-35 e IEC 61400-1 citadas no caso.
Validação de anteparos e estruturas sob vento extremo
Uma salvaguarda só é efetiva quando seu desempenho é verificado nas condições que pretende controlar. Para o anteparo, o CFD permite comparar geometrias e posicionamentos sob vento típico e vento extremo. Para o abrigo, o campo de pressão calculado sobre a superfície pode ser transferido para uma análise estrutural.
Desvio: MAIS vento ou carga acima do valor nominal de projeto Condições: perfil de vento típico, vento máximo de projeto e variações de geometria e posicionamento Referências: ABNT NBR 6118 e ABNT NBR 6120 Objetivos: verificar a eficácia do anteparo, calcular o campo de pressão e avaliar tensões e deformações no abrigo Resultado: definição da configuração mais segura e de um envelope operacional validado por CFD e FEA.
Visão integrada do escoamento ao redor do abrigo e dos resultados estruturais obtidos com o acoplamento CFD-FEM.
O escoamento produz regiões de estagnação, aceleração, separação e recirculação. Portanto, a carga de vento não é uniforme. Aplicar uma pressão média pode ocultar regiões críticas ou introduzir conservadorismo sem relação direta com a física. O campo espacial calculado pelo CFD representa melhor a distribuição real das cargas.
Detalhe dos campos de deslocamento e tensão de von Mises utilizados na verificação estrutural do abrigo.
No modelo estrutural, essas cargas são usadas para calcular tensões, deformações e, quando necessário, modos de vibração. O desvio MAIS carga de vento deixa de ser apenas uma hipótese e passa a ser comparado com a resistência da estrutura. As referências citadas no material são ABNT NBR 6118 e ABNT NBR 6120.
Projeto ISOTANK e segurança no içamento
O risco de içamento envolve a estrutura externa, os olhais, os cabos e a possibilidade de carregamentos assimétricos. A análise estrutural permite avaliar as piores condições antes da fabricação ou da operação, reduzindo a necessidade de correções tardias.
Condição crítica: içamento de tanque transportador de betume sólido, incluindo a condição assimétrica com três cabos Referência: Petrobras N-2683 para o dimensionamento do olhal de içamento Objetivos: avaliar tensões, deslocamentos, fator de segurança e a necessidade de reforços na estrutura externa e nos olhais Resultado: tensão máxima de von Mises de 257,99 MPa no olhal, deslocamento de 1,555 mm no içamento e 4,717 mm no cenário assimétrico, com fator de segurança superior a 2 e redução da tensão após os reforços.
Resultados FEA do ISOTANK, com campos de deslocamento e tensão na estrutura de içamento.
No caso do tanque transportador de betume sólido, o Simcenter 3D foi utilizado para verificar a estrutura externa. O material registra tensão de von Mises máxima de 257,99 MPa no olhal, redução da tensão na raiz após a inclusão de reforços, deslocamento máximo de 1,555 mm no içamento e 4,717 mm para o cenário assimétrico com três cabos. O fator de segurança verificado permaneceu acima de 2.
A falha de um olhal ou da estrutura durante o içamento pode causar um acidente grave. A FEA antecipa esse mecanismo e permite revisar reforços, espessuras e detalhes de ligação. A referência indicada para o dimensionamento do olhal é a Petrobras N-2683.
Válvulas de alívio: dispersão, temperatura e ruído
A abertura de uma válvula de alívio é uma salvaguarda essencial contra sobrepressão, mas a descarga pode criar riscos adicionais. Uma análise completa precisa verificar para onde o fluido se desloca, quais temperaturas alcançam as áreas operacionais e qual nível de pressão sonora é produzido pelo jato.
Pluma de vapor em tanque pressurizado
O desvio de origem é MAIS pressão, levando à abertura da PSV. O caso considera vapor quente a 134 bar e 350 °C e compara condições de vento de 1 m/s e 7 m/s. O objetivo é verificar se a pluma atinge áreas operacionais e se existe risco térmico ou toxicológico para os operadores.
Desvio: MAIS pressão, levando à abertura da válvula de alívio Condições: descarga de vapor a 134 bar e 350 °C, com ventos de 1 m/s e 7 m/s Referência: API 521 - Pressure-relieving and Depressuring Systems Objetivos: verificar o alcance da pluma, o risco térmico e toxicológico e a influência do vento sobre áreas operacionais Resultado: a pluma não alcançou a plataforma principal; a segunda plataforma apresentou baixas concentrações, sem condição agravante para os operadores no cenário apresentado.
Comparação de cenários de descarga da válvula de alívio sob diferentes condições de vento.
O campo tridimensional mostra direção, alcance, diluição e persistência da pluma. A geometria do equipamento e das plataformas interfere na trajetória, e a mudança da velocidade do vento pode reduzir a concentração local ou deslocar o risco para outra região. Esses resultados apoiam o posicionamento de plataformas, acessos, detectores e zonas de exclusão. A referência citada é a API 521.
Envelope térmico da descarga
Uma temperatura máxima isolada não informa quais áreas permanecem expostas. Para transformar o resultado em critério de decisão, o campo pode ser apresentado por envelopes térmicos. Cada envelope delimita a região em que um valor de temperatura é ultrapassado.
Condição avaliada: distribuição espacial da temperatura na pluma da PSV Critérios: envelopes de temperatura iguais ou superiores a 30 °C, 35 °C e 40 °C Objetivos: delimitar zonas de desconforto, alerta e perigo para apoiar permanência, acesso e evacuação Resultado: classificação espacial das áreas de exposição: 30 °C para desconforto e exposição prolongada, 35 °C para alerta e estresse térmico e 40 °C para perigo e evacuação recomendada.
Envelopes da pluma para temperaturas iguais ou superiores a 30 °C, 35 °C e 40 °C.
No material, o limite de 30 °C representa uma zona de desconforto térmico e de exposição prolongada; 35 °C indica zona de alerta e risco de estresse térmico; 40 °C caracteriza uma zona de perigo com recomendação de evacuação. Essa leitura permite discutir permanência, rotas de acesso, barreiras e distâncias mínimas com base em critérios espaciais claros.
Nível de pressão sonora da PSV
A descarga também gera ruído elevado. O CFD pode calcular o nível de pressão sonora e mapear sua distribuição ao redor da válvula, adicionando uma variável que raramente aparece quantificada em estudos HAZOP convencionais.
Condição avaliada: ruído gerado pela descarga da válvula de alívio Objetivos: calcular o campo de nível de pressão sonora, identificar áreas de maior exposição e definir medidas de proteção Grandeza calculada: nível de pressão sonora em dB ao redor da descarga Resultado: a avaliação levou à determinação de proteção auricular dupla para os operadores e fornece base para restrição de acesso ou adoção de barreiras adicionais.
Campo de nível de pressão sonora da descarga, acompanhado de referências de níveis em dB.
A escala de referência ajuda a interpretar o resultado: níveis de 60 a 70 dB se aproximam de uma conversa normal, enquanto valores acima de 120 dB estão associados a fontes extremamente intensas. No caso analisado, a avaliação levou à determinação de proteção auricular dupla para os operadores.
A recomendação “usar proteção auditiva” torna-se mais objetiva quando o campo calculado indica quais áreas exigem proteção, como a exposição varia com a distância e se outras medidas — como restrição de acesso, reposicionamento ou barreiras — devem complementar o equipamento de proteção individual.
Transientes hidráulicos e sistemas de controle
Nem todo cenário exige um modelo 3D. Quando a pergunta está relacionada ao comportamento global de uma rede, à atuação de válvulas ou à resposta de controladores, a simulação 1D oferece uma representação eficiente dos transientes ao longo de tubulações e equipamentos.
Ruptura em linha de etanol
O sistema apresentado conecta um tanque a uma coluna de destilação e inclui o ponto de ruptura, válvulas e um controlador PID. O desvio HAZOP é NÃO vazão, causado pela ruptura da tubulação. Entre as consequências estão o vazamento massivo de etanol, o surto de pressão, o risco de ignição e a perda de controle do processo.
Desvio: NÃO vazão - ausência de fluxo causada por ruptura da tubulação Condição: linha de transporte de etanol entre tanque e coluna de destilação Referências: ASME B31.3 e API 521 Objetivos: simular o vazamento massivo de produto, avaliar o surto de pressão na linha e verificar o risco de ignição e perda de controle Resultado: representação integrada do ponto de ruptura, das válvulas e do controlador PID no FLOMASTER.
Modelo 1D da linha de etanol entre tanque e coluna de destilação, com ponto de ruptura e controlador PID.
O modelo permite acompanhar a pressão em diferentes pontos, a vazão liberada e a resposta do controle. As referências citadas no material são ASME B31.3 e API 521. A principal vantagem é testar, antes da construção ou da alteração da planta, como o sistema reage e onde as válvulas de segurança devem ser posicionadas.
Comparação sem controle e com controle PID
Uma salvaguarda não deve ser considerada eficaz apenas porque foi incluída no diagrama. É necessário verificar setpoint, tempo de resposta, localização e efeito sobre o transiente. A comparação entre os cenários mostra como o controle modifica a evolução da pressão.
Salvaguarda avaliada: controlador PID e válvulas de segurança no sistema de transporte de etanol Cenários: surto de pressão sem controle e resposta com atuação do controle PID Objetivos: verificar setpoint, tempo de resposta, redução do transiente e estabilização da pressão Resultado: o controle PID reduziu a severidade do transiente e conduziu a pressão a uma condição estabilizada, apoiando o dimensionamento do sistema de controle e o posicionamento das válvulas de segurança.
Resposta do surto de pressão sem controle e com a atuação do controlador PID.
Sem controle, o sistema apresenta um transiente oscilatório mais severo. Com a estratégia PID, a pressão evolui para uma condição estabilizada. A simulação 1D permitiu dimensionar o sistema de controle e posicionar válvulas de segurança antes da construção. A recomendação do HAZOP, portanto, foi testada no comportamento dinâmico da rede.
Da recomendação à verificação Identificar a necessidade de uma válvula ou de um controlador é apenas a primeira etapa. A simulação verifica se a salvaguarda atua no tempo adequado, reduz o pico esperado e conduz o sistema a uma condição segura.
Ferramentas para diferentes níveis de análise
A escolha da ferramenta deve partir do fenômeno físico envolvido e da pergunta de engenharia que precisa ser respondida.
O Simcenter STAR-CCM+ atende aplicações multifísicas tridimensionais, incluindo dispersão de gases, combustão, transferência de calor, ventilação, ação do vento, aeroacústica e interação fluido-estrutura. A partir da geometria real da instalação, é possível acompanhar como pressão, temperatura, velocidade e concentração variam no espaço e ao longo do tempo.
O Simcenter 3D e o Femap apoiam análises estruturais, permitindo avaliar tensões, deformações, deslocamentos, vibrações e fatores de segurança em tubulações, tanques, suportes, estruturas e componentes submetidos a condições críticas.
O Simcenter FLOEFD integra a análise CFD ao ambiente de desenvolvimento CAD, facilitando a avaliação de alternativas de projeto durante as etapas de concepção e detalhamento.
Para redes e sistemas, o Simcenter FLOMASTER e o Simcenter Amesim permitem representar transientes hidráulicos, atuação de válvulas, sistemas de controle, rupturas de linha e o comportamento global de sistemas termofluidos em uma abordagem unidimensional.
O HEEDS, por sua vez, pode ser utilizado para automatizar estudos paramétricos e comparar alternativas de projeto, buscando configurações que atendam simultaneamente a requisitos de segurança, desempenho e custo.
Portfólio tecnológico Siemens disponibilizado pela CAEXPERTS para simulação, projeto e otimização.
Essas ferramentas podem ser utilizadas de forma individual ou integrada. Uma análise 1D pode representar o comportamento global de uma rede, o CFD 3D pode detalhar a dispersão em uma região específica, a análise estrutural pode verificar a resistência dos componentes e a otimização pode comparar diferentes alternativas de projeto.
HAZOP e simulação funcionam melhor em conjunto
O HAZOP organiza sistematicamente a identificação de desvios, suas possíveis causas, consequências, salvaguardas existentes e recomendações de ação. No entanto, sua natureza é essencialmente qualitativa: o método indica o que pode acontecer, mas nem sempre determina a magnitude do evento, sua velocidade de evolução ou a extensão da área afetada.
A simulação complementa essa análise ao transformar os desvios identificados em grandezas físicas quantificáveis. Um cenário de MAIS pressão pode ser avaliado em termos de pico de pressão, deformações e tensões na estrutura. Uma condição de NÃO vazão, associada à ruptura de uma tubulação, pode ser analisada considerando o volume liberado, o transiente hidráulico e a resposta do sistema de controle. Já uma liberação de gás pode ser representada por campos de concentração, temperatura, velocidade e nível de pressão sonora.
Essa integração não significa que todos os itens de uma planilha HAZOP precisem ser simulados. O maior valor está em selecionar os cenários prioritários: aqueles com consequências críticas, elevada incerteza ou salvaguardas cuja eficácia ainda não foi demonstrada.
A partir daí, o desvio qualitativo pode ser convertido em perguntas objetivas de engenharia:
Qual é o pico de pressão atingido?
A pluma alcança uma área ocupada?
Quanto tempo existe para resposta ou evacuação?
A estrutura suporta as cargas reais?
A barreira proposta impede a propagação do risco?
O sistema de controle atua antes que o limite operacional seja ultrapassado?
Quando essas respostas são calculadas, a equipe consegue comparar alternativas, dimensionar barreiras, revisar procedimentos e justificar decisões com base no comportamento físico do sistema. O risco deixa de ser apenas descrito e passa a ser analisado no espaço e no tempo.
Mantenha em mente Simular antes é mais barato do que investigar depois.
Transforme um cenário crítico em uma análise quantificada
A CAEXPERTS conta com engenheiros multidisciplinares e especialistas certificados nas tecnologias Siemens, preparados para relacionar os desvios identificados no HAZOP aos fenômenos fluidodinâmicos, térmicos, estruturais e transientes envolvidos em cada aplicação.
Nosso trabalho não se limita ao licenciamento do software. Apoiamos a seleção e a implementação das ferramentas, capacitamos os usuários e desenvolvemos os primeiros projetos em conjunto com a equipe do cliente. Dessa forma, a metodologia é estruturada a partir de uma aplicação real, permitindo que os profissionais adquiram autonomia e aproveitem melhor os recursos disponíveis.
Primeiro identificamos uma aplicação relevante, validamos a tecnologia, desenvolvemos a metodologia, capacitamos os usuários e estruturamos o licenciamento e o suporte necessários para a continuidade das análises.
Caso sua empresa possua um cenário crítico identificado em HAZOP, uma salvaguarda que ainda precisa ser validada ou um risco cuja magnitude ainda não foi quantificada, fale com a CAEXPERTS. Podemos avaliar a aplicação e definir a abordagem de simulação mais adequada para apoiar decisões mais seguras e tecnicamente fundamentadas.
WhatsApp: +55 (48) 98814-4798
E-mail: contato@caexperts.com.br
Referências
IEC 61882:2016 — Hazard and Operability Studies (HAZOP Studies) — Application Guide.
Baybutt, P. (2002) e referência OSHA indicada no material técnico para a discussão sobre erro humano e lesões graves.
U.S. Chemical Safety Board — BP Texas City Final Investigation Report, 2007.
Isimite e Rubini, 2016 — referência indicada para a análise dinâmica do caso BP Texas City.
ASME B31.3 — Process Piping.
API 521 — Pressure-relieving and Depressuring Systems.
NR-35 — Trabalho em Altura.
IEC 61400-1 — referência citada nos casos relacionados a aerogeradores.
ABNT NBR 6118 e ABNT NBR 6120 — referências citadas na avaliação estrutural sob vento.
Petrobras N-2683 — referência indicada para dimensionamento de olhal de içamento.
