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76. Geração e Distribuição de Energia

Editor de Capítulo:  Michael Crane


 

Conteúdo 

Figuras e Tabelas

Perfil Geral
Michael Crane

Geração de energia hidrelétrica
Neil McManus

Geração de energia de combustível fóssil
Anthony W. Jackson

Geração de energia nuclear

WG Morison

Segurança na Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica: Um Exemplo dos EUA
Janete Fox

Riscos
Michael Crane

Questões ambientais e de saúde pública
Alexander C. Pittman, Jr.

Tabelas

Clique em um link abaixo para visualizar a tabela no contexto do artigo.

1. Controle de riscos químicos e biológicos
2. Controle de riscos físicos e de segurança
3. Características da central nuclear (1997)
4. Principais perigos ambientais potenciais

figuras

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Domingo, março 13 2011 19: 03

Perfil Geral

Em 1993, a produção mundial de eletricidade foi de 12.3 trilhões de quilowatts-hora (Nações Unidas, 1995). (Um quilowatt-hora é a quantidade de eletricidade necessária para acender dez lâmpadas de 100 watts por 1 hora.) Pode-se avaliar a magnitude desse esforço considerando os dados dos Estados Unidos, que sozinho produziu 25% da energia total. A indústria de energia elétrica dos EUA, uma mistura de entidades públicas e privadas, gerou 3.1 trilhões de quilowatts-hora em 1993, usando mais de 10,000 unidades geradoras (Departamento de Energia dos EUA, 1995). A parte dessa indústria que pertence a investidores privados emprega 430,000 pessoas em operação e manutenção elétrica, com receita anual de US$ 200 bilhões.

A eletricidade é gerada em usinas que utilizam combustíveis fósseis (petróleo, gás natural ou carvão) ou usam energia nuclear ou hidrelétrica. Em 1990, por exemplo, 75% da energia elétrica da França provinha de usinas nucleares. Em 1993, 62% da eletricidade gerada no mundo vinha de combustíveis fósseis, 19% de energia hidrelétrica e 18% de energia nuclear. Outras fontes reutilizáveis ​​de energia, como eólica, solar, geotérmica ou biomassa, representam apenas uma pequena proporção da produção elétrica mundial. Das estações de geração, a eletricidade é então transmitida através de redes ou redes interconectadas para sistemas de distribuição locais e até o consumidor.

A força de trabalho que torna tudo isso possível tende a ser majoritariamente masculina e possui alto grau de habilidade técnica e conhecimento do “sistema”. As tarefas que estes trabalhadores realizam são bastante diversas, tendo elementos em comum com as indústrias da construção, manufactura, manuseamento de materiais, transportes e comunicações. Os próximos artigos descrevem algumas dessas operações em detalhes. Os artigos sobre padrões de manutenção elétrica e preocupações ambientais também destacam as principais iniciativas regulatórias do governo dos EUA que afetam o setor de serviços públicos de eletricidade.

 

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Domingo, março 13 2011 19: 09

Geração de energia hidrelétrica

Os seres humanos aprenderam a aproveitar a energia da água corrente há muitos milênios. Por mais de um século, a eletricidade foi gerada usando a força da água. A maioria das pessoas associa o uso da energia hidráulica ao represamento dos rios, mas a energia hidrelétrica também pode ser gerada pelo aproveitamento das marés.

As operações de geração hidrelétrica abrangem um vasto terreno e muitos climas, desde o permafrost do Ártico até a floresta equatorial. A localização geográfica da usina geradora afetará as condições perigosas que podem estar presentes, uma vez que riscos ocupacionais como insetos e animais agressivos, ou mesmo plantas venenosas, variam de local para local.

Uma estação de hidrogenação geralmente consiste em um barragem que retém uma grande quantidade de água, um vertedouro que libera o excesso de água de forma controlada e um poço de energia. Diques e outras estruturas de contenção e controle de água também podem fazer parte da usina hidrelétrica, embora não estejam diretamente envolvidas na geração de eletricidade. A casa de força contém canais condutores que guiam a água através de turbinas que convertem o fluxo linear da água em um fluxo rotativo. A água cairá pelas pás da turbina ou fluirá horizontalmente através delas. A turbina e o gerador estão conectados entre si. Assim, a rotação da turbina causa a rotação do rotor do gerador.

O potencial de energia elétrica do fluxo de água é o produto da massa da água, a altura pela qual ela cai e a aceleração gravitacional. A massa é uma função da quantidade de água que está disponível e sua taxa de fluxo. O design da estação de energia determinará a altura da água. A maioria dos projetos extrai água de perto do topo da barragem e, em seguida, descarrega-a no fundo em um leito de rio existente a jusante. Isso otimiza a altura enquanto mantém um fluxo razoável e controlável.

Na maioria das usinas hidrelétricas modernas, os turbogeradores são orientados verticalmente. Essas são as estruturas familiares que se projetam acima do andar principal nessas estações. No entanto, quase toda a estrutura está localizada abaixo do que é visível ao nível do piso principal. Isso inclui o poço do gerador e, abaixo dele, o poço da turbina e o tubo de admissão e descarga. Essas estruturas e os canais de condução de água são inseridos ocasionalmente.

Nas estações de safra mais antiga, o turbogerador é orientado horizontalmente. O eixo da turbina se projeta de uma parede para a casa de força, onde se conecta ao gerador. O gerador se assemelha a um motor elétrico de caixa aberta muito grande e antigo. Como testemunho do desenho e qualidade de construção destes equipamentos, ainda se encontram em funcionamento algumas instalações do virar do século. Algumas estações atuais incorporam versões atualizadas dos designs das estações mais antigas. Nessas estações, o canal de água envolve completamente o turbogerador e a entrada é feita por um invólucro tubular que passa pelo canal de água.

Um campo magnético é mantido nos enrolamentos do rotor do gerador. A energia para este campo é fornecida por bancos de chumbo-ácido ou baterias de níquel-cádmio com enchimento cáustico. O movimento do rotor e o campo magnético presente em seus enrolamentos induzem um campo eletromagnético nos enrolamentos do estator. O campo eletromagnético induzido fornece a energia elétrica que é fornecida à rede elétrica. A tensão elétrica é a pressão elétrica que surge da água corrente. Para manter a pressão elétrica – ou seja, a voltagem – em um nível constante, é necessário alterar o fluxo de água na turbina. Isso será feito conforme a demanda ou as condições mudarem.

O fluxo de eletricidade pode levar a arco elétrico, como por exemplo, no conjunto da excitatriz no rotor. O arco elétrico pode gerar ozônio, que, mesmo em níveis baixos, pode afetar adversamente a borracha da mangueira de incêndio e outros materiais.

Geradores de energia hidrelétrica produzem correntes muito altas e altas tensões. Os condutores dos geradores se conectam a um transformador da unidade e deste a um transformador de potência. O transformador de potência aumenta a tensão e reduz a corrente para transmissão em longas distâncias. A baixa corrente minimiza a perda de energia devido ao aquecimento durante a transmissão. Alguns sistemas usam gás hexafluoreto de enxofre no lugar de óleos convencionais como isolante. O arco elétrico pode produzir produtos de decomposição que podem ser significativamente mais perigosos do que o hexafluoreto de enxofre.

Os circuitos elétricos incluem disjuntores que podem desligar o gerador da rede elétrica de forma rápida e imprevisível. Algumas unidades utilizam um jato de ar comprimido para quebrar a conexão. Quando essa unidade entra em ação, ela produz um nível extremamente alto de ruído impulsivo.

Administração e Operações da Estação

A maioria das pessoas está familiarizada com os aspectos administrativos e operacionais da estação de geração hidrelétrica, que geralmente criam o perfil público da organização. A administração da usina procura garantir que a usina forneça um serviço confiável. A administração inclui pessoal de escritório envolvido em funções técnicas e de negócios e gerenciamento. O pessoal de operações da estação inclui gerentes e supervisores da planta e operadores de processo.

A hidrogeração é uma operação de processo, mas, ao contrário de outras operações de processo, como as da indústria química, muitas estações de hidrogenação não possuem pessoal operacional. O equipamento gerador é operado por controle remoto, às vezes de longas distâncias. Quase todas as atividades de trabalho ocorrem durante a manutenção, reparo, modificação e atualização de instalações e equipamentos. Esse modo de operação exige sistemas eficazes que possam transferir o controle da produção de energia para a manutenção, a fim de evitar partidas inesperadas.

Perigos e a estrutura de gerenciamento

As concessionárias de energia elétrica são tradicionalmente gerenciadas como organizações “de baixo para cima”. Ou seja, a estrutura organizacional tradicionalmente fornece um caminho de mobilidade ascendente que começa com cargos de nível básico e leva à gerência sênior. Relativamente poucos indivíduos entram na organização lateralmente. Isso significa que a supervisão e a gestão em uma concessionária de energia provavelmente experimentaram as mesmas condições de trabalho que os indivíduos que atualmente ocupam cargos de nível básico. Tal estrutura organizacional pode ter implicações no que diz respeito à exposição potencial do trabalhador a agentes perigosos, especialmente aqueles que têm efeitos cumulativos crônicos. Por exemplo, considere o ruído. Funcionários que atualmente ocupam cargos de gerência podem ter sofrido perda auditiva grave quando trabalhavam em empregos com exposição ocupacional a ruídos. Sua perda auditiva pode passar despercebida nos programas de testes audiométricos da empresa, uma vez que tais programas geralmente incluem apenas os funcionários que estão atualmente expostos a altos níveis de ruído no trabalho.

Manutenção de Equipamento Gerador

A manutenção de equipamentos geradores subdivide-se em dois tipos principais de atividade: manutenção elétrica e manutenção mecânica. Embora ambos os tipos de trabalho possam ocorrer simultaneamente e lado a lado, as habilidades e o trabalho necessários para realizá-los são completamente diferentes.

A manutenção pode exigir o desligamento e desmontagem de uma unidade. O fluxo de água na entrada é controlado por headgates. Headgates são estruturas de aço que são abaixadas no canal de entrada para bloquear o fluxo de água. Bloquear o fluxo permite que a água seja drenada dos canais internos. O nível de água quiescente na saída da turbina (tubo de sucção) está abaixo do nível da caixa scroll e das pás do rotor da turbina. Isso permite o acesso a essas estruturas. A caixa scroll é uma estrutura cônica em forma de espiral que direciona o fluxo de água ao redor do rotor da turbina de maneira uniforme. A água passa da caixa de rolagem através de palhetas-guia que direcionam o fluxo e palhetas móveis (postigos) que controlam o volume.

Quando necessário, o gerador e a turbina podem ser removidos de seus locais normais e colocados no piso principal da casa de força. A remoção pode ser necessária para repintura ou desengorduramento e reparo e substituição de enrolamentos, rolamentos, freios ou sistemas hidráulicos.

Às vezes, as pás do rotor, bem como os postigos, as palhetas-guia e as estruturas condutoras de água na caixa do scroll e no tubo de sucção, sofrem danos por cavitação. A cavitação ocorre quando a pressão na água cai abaixo de sua pressão de vapor. Quando isso acontece, formam-se bolhas de gás e a turbulência causada por essas bolhas erode os materiais com os quais a água toca. Pode ser necessário reparar os materiais danificados por soldagem, ou reparando e recobrindo as superfícies de aço e concreto.

As estruturas de aço também podem exigir reparo e recobrimento se estiverem corroídas.

Riscos

Há uma variedade de riscos associados à geração de energia hidrelétrica. Alguns desses riscos são compartilhados por todos os funcionários que trabalham na indústria, enquanto outros são restritos aos envolvidos em atividades de manutenção elétrica ou mecânica. A maioria dos perigos que podem surgir estão resumidos na tabela 1 e na tabela 2, que também resumem as precauções.

Tabela 1. Controlando as exposições a riscos químicos e biológicos selecionados na geração de energia hidrelétrica

Exposição

Onde pode ser encontrado

Trabalhadores afetados

Abordagens para controlar

Poeiras abrasivas
(explosão)

A poeira pode conter material de explosão e poeira de tinta. A tinta aplicada antes de 1971 pode conter PCBs.

Mecânico
manutenção
trabalhadores

-Sistema de controle de poeira
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Medidas de higiene pessoal
- Vigilância médica (depende das circunstâncias)

Amianto

O amianto pode estar presente em freios de geradores, tubos e isolamento elétrico, revestimentos em spray, cimento de amianto e outros produtos; a exposição depende da friabilidade e da proximidade da fonte.

Manutenção elétrica
trabalhadores, mecânico
manutenção
trabalhadores

-Adote as melhores práticas atuais para trabalhos envolvendo amianto-
contendo produtos.
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Medidas de higiene pessoal
- Vigilância médica (depende das circunstâncias)

Bateria
explosão
Produtos

Curto-circuito entre terminais em bancos de baterias pode causar explosão e incêndio e exposição a líquidos e aerossóis do eletrólito.

Manutenção elétrica
trabalhadores

-Blindagem dos terminais da bateria e condutores não isolados
-Práticas e procedimentos para garantir condições seguras de trabalho em torno deste equipamento

Revestimento
decomposição
Produtos

As emissões podem incluir: monóxido de carbono, pigmentos inorgânicos contendo chumbo e outros cromatos e produtos de decomposição de resinas de tintas. Os PCBs podem ter sido usados ​​como plastificantes antes de 1971. Os PCBs podem formar furanos e dioxinas quando aquecidos.

Mecânico
manutenção
trabalhadores

-Ventilação de exaustão local
-Proteção respiratória
- Medidas de higiene pessoal
-Vigilância médica (depende da composição do revestimento)

Cloro

A exposição ao cloro pode ocorrer durante a conexão/desconexão de cilindros de cloro em sistemas de tratamento de água e esgoto.

Operadores

-Siga as diretrizes da indústria de cloro ao trabalhar com cilindros de cloro
-Escape do respirador

Desengorduramento
solventes

O desengorduramento de equipamentos elétricos requer solventes com propriedades específicas de inflamabilidade, solvatação e rápida evaporação sem deixar resíduos; os solventes que atendem a essas características são voláteis e podem apresentar riscos de inalação.

Manutenção elétrica
trabalhadores

-Ventilação de exaustão local
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória

Diesel
emissões de escape

As emissões incluem principalmente dióxido de nitrogênio, óxido nítrico, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e partículas contendo hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) de veículos ou motores operados na casa de força.

Todos os trabalhadores

-Proibir a circulação de automóveis e caminhões em prédios.
-Sistema de exaustão local para coletar exaustão na fonte
-Conversores catalíticos em sistemas de exaustão

Restos de insetos

Alguns insetos se reproduzem nas águas rápidas ao redor da estação; após o acasalamento, os adultos morrem e as carcaças apodrecem e secam; alguns indivíduos desenvolvem problemas respiratórios alérgicos
sensibilização a substâncias no pó.

 

 

Após a drenagem, as larvas de insetos que vivem nos canais de água podem tentar baixar seus corpos na água restante pela produção de cordas semelhantes a fios; alguns indivíduos podem desenvolver sensibilidade respiratória alérgica à poeira resultante da secagem desses materiais.

Todos os trabalhadores



 

 

 

 


Trabalhadores de manutenção

-Insetos que passam parte de suas vidas em águas correntes perdem habitat devido à construção de um
estação de hidrogenação. Esses organismos podem usar os canais de água da estação como habitat substituto. A poeira de restos secos pode causar sensibilização alérgica.

-As medidas de controle incluem:
Iluminação que não atrai insetos voadores
Telas em janelas, portas e aberturas na envolvente do edifício.
Limpeza a vácuo para remover carcaças

Óleos e lubrificantes

Óleos e fluidos hidráulicos revestem os enrolamentos do rotor e do estator; a decomposição de hidrocarbonetos em contato com superfícies quentes pode produzir hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). A exposição pode ocorrer por inalação e contato com a pele. O contato com a pele pode causar dermatite.

Manutenção elétrica
trabalhadores, mecânico
manutenção
trabalhadores

-Equipamento de proteção individual (depende das circunstâncias)

ozono

O ozônio gerado pelo arco no rotor e em outros equipamentos elétricos pode representar um problema de exposição, dependendo da proximidade da fonte.

Todos os trabalhadores

-Manter equipamentos elétricos para evitar arcos elétricos

Vapores de tinta

Os aerossóis de tinta contêm tinta pulverizada e diluente; solvente em gotículas e vapor pode formar mistura inflamável; sistema de resina pode incluir isocianatos, epóxis, aminas, peróxidos e outros intermediários reativos.

Vapores de solventes podem estar presentes nas áreas de armazenamento e mistura de tintas e na cabine de pintura; misturas inflamáveis ​​podem se desenvolver dentro de espaços confinados durante a pulverização.

Espectadores, pintores

-Cabine de pintura
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Medidas de higiene pessoal
- Vigilância médica (depende das circunstâncias)

policlorado
bifenilos (PCBs)

Os PCBs foram usados ​​em fluidos isolantes elétricos até o início dos anos 1970; fluidos originais ou resíduos ainda podem estar presentes em cabos, capacitores, transformadores ou outros equipamentos; a exposição pode ocorrer por inalação ou contato com a pele. Fogo ou aquecimento extremo durante o serviço podem converter PCBs em furanos e dioxinas.

Manutenção elétrica
trabalhadores

-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Vigilância médica (depende das circunstâncias)

hexafluoreto de enxofre
e repartição
Produtos

A quebra do arco elétrico do hexafluoreto de enxofre produz substâncias gasosas e sólidas de toxicidade consideravelmente maior.

A liberação de grandes quantidades de hexafluoreto de enxofre em espaços subterrâneos pode criar deficiência de oxigênio ao deslocar a atmosfera.

Manutenção elétrica
trabalhadores

-Ventilação de exaustão local
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Vigilância médica (depende das circunstâncias)

Soldagem e brasagem
fumaça

Cádmio, chumbo, prata na solda




O trabalho envolve principalmente aços carbono e inoxidáveis; pode ocorrer soldagem de alumínio. A soldagem de acúmulo é necessária para reparar a erosão devido à cavitação.
As emissões incluem: gases e fluxos de proteção, vapores metálicos, ozônio, dióxido de nitrogênio, energia visível e ultravioleta.

Electrical
manutenção
trabalhadores

 

 

Mecânico
manutenção
trabalhadores

-Ventilação de exaustão local
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória
- Medidas de higiene pessoal

-Vigilância médica (depende da composição do metal base e metal em fio ou haste)

 

Tabela 2. Controlando as exposições a riscos químicos e biológicos selecionados na geração de energia hidrelétrica

Exposição

Onde pode ser encontrado

Trabalhadores afetados

Abordagens para controlar

Trabalho desajeitado
posturas

O trabalho prolongado em postura inadequada pode levar a lesões musculoesqueléticas.
O risco de queda existe em torno de poços e aberturas em estruturas.

Todos os trabalhadores

-Equipamento projetado para refletir os princípios ergonômicos
-Treinamento em condicionamento muscular, levantamento e cuidados com as costas
-Práticas de trabalho escolhidas para minimizar a ocorrência de lesões musculoesqueléticas

Espaços confinados

A barragem, estruturas de controle, portões de controle, canais de condução de água, geradores e máquinas de turbinas contêm muitos fossos, fossas, tanques e outros espaços fechados e parcialmente fechados que podem se tornar deficientes em oxigênio, podem confinar atmosferas perigosas ou podem conter outras condições perigosas.

Todos os trabalhadores

-Dispositivos de teste de ar
-Sistemas de ventilação portáteis
-Equipamento de proteção pessoal
-Proteção respiratória

Drowning

O afogamento pode ocorrer após uma queda na água em movimento rápido no forebay (zona de entrada) ou tailrace (zona de descarga) ou outra área. Água extremamente fria está presente em latitudes mais altas durante os meses de primavera, outono e inverno.

Todos os trabalhadores

-Barreiras de contenção de pessoal
-Sistemas de retenção de queda
-Coletes salva-vidas

eletrocussão

As áreas da estação contêm condutores energizados e não blindados; equipamentos contendo condutores blindados podem ficar energizados após a remoção da blindagem. O risco de eletrocussão resulta da entrada deliberada em áreas não autorizadas ou da falha acidental dos sistemas de proteção.

Todos os trabalhadores

-Estabelecer práticas e procedimentos para garantir condições seguras de trabalho com equipamentos elétricos.

Eletromagnético
campos (incluindo
frequência de rádio)

Geradores e outros equipamentos elétricos produzem campos CC e CA de 60 Hz (e superiores); a exposição depende da proximidade da fonte e da blindagem oferecida pelas estruturas. Campos magnéticos são especialmente difíceis de atenuar por blindagem. A significância da exposição ainda não foi estabelecida.

Radiofrequência: Efeitos em humanos não totalmente estabelecidos.

Todos os trabalhadores

-Perigo não estabelecido abaixo dos limites atuais

HEAT

Os geradores desenvolvem um calor considerável; geradores e trocadores de calor podem descarregar ar aquecido na casa de força; a estrutura da casa de força pode absorver e irradiar energia solar para dentro do prédio; lesões por calor podem ocorrer durante os meses mais quentes, dependendo do clima e do nível de esforço.

Trabalhadores internos

-Desviando o ar aquecido em direção ao telhado, blindagem, controles de engenharia
-Bebidas de reposição de eletrólitos
-Equipamento de proteção pessoal

Ruído

O ruído de estado estacionário de geradores e outras fontes e tarefas pode exceder os limites regulamentados; disjuntores de explosão de ar produzem níveis muito altos de ruído de impacto; estes podem descarregar a qualquer momento.

Todos os trabalhadores

-Aplique a tecnologia de controle de ruído.
-Proteção auditiva individual

Trabalho por turnos

As operações de turno podem produzir tensões fisiológicas e psicossociais; tensões psicossociais podem ser especialmente sérias para o pequeno número de pessoas envolvidas em comunidades pequenas e isoladas onde essas operações tendem a estar localizadas.

Operadores

-Adote horários de trabalho que reflitam o conhecimento atual sobre os ritmos circadianos.

Vibração mão-braço

A vibração produzida por ferramentas manuais motorizadas e equipamentos manuais é transmitida por meio de alças.

Manutenção elétrica
trabalhadores, mecânico
manutenção
trabalhadores

-Utilizar ferramentas que atendam aos padrões atuais de vibração mão-braço.
-Luvas com absorção de vibração

Vibração, corpo inteiro

A vibração transmitida pela estrutura originada do movimento rotacional dos geradores e da turbulência dos fluxos de água é transmitida através de pisos e paredes.

Todos os trabalhadores

-Monitore e faça manutenção em equipamentos rotativos para minimizar a vibração.

Unidades de exibição visual

O uso eficaz de estações de trabalho computadorizadas depende da aplicação de princípios ergonômicos visuais e de escritório.

Trabalhadores de escritório
(gestão,
pessoal administrativo e técnico)

-Aplicar princípios ergonômicos de escritório para seleção e utilização de monitores de vídeo

Relacionado ao clima
problemas

A energia ultravioleta pode causar queimaduras solares, câncer de pele e catarata.

O frio pode causar estresse por frio e congelamento.
O calor pode causar estresse térmico.

Trabalhadores ao ar livre

-Vestuário de trabalho que protege contra o frio
-Vestuário de trabalho que protege contra a radiação solar
-Proteção ocular que fornece proteção contra a radiação solar
-Protetores solares (procure orientação médica para uso prolongado)

 

Efeitos ambientais

A geração hidrelétrica de energia foi promovida como sendo ambientalmente amigável. É claro que proporciona um enorme benefício à sociedade através do fornecimento de energia e da estabilização do fluxo de água. Mas essa geração de energia não vem sem um custo ambiental, que nos últimos anos tem recebido cada vez mais reconhecimento e atenção pública. Por exemplo, sabe-se agora que a inundação de grandes áreas da terra e da rocha por água ácida leva à lixiviação de metais desses materiais. A bioacumulação de mercúrio foi encontrada em peixes que foram capturados na água dessas áreas inundadas.

As inundações também alteram os padrões de turbulência na água, bem como o nível de oxigenação. Ambos podem ter sérios efeitos ecológicos. Por exemplo, as correntes de salmão desapareceram em rios represados. Esse desaparecimento ocorreu, em parte, porque o peixe não consegue localizar ou percorrer um caminho para o nível mais alto da água. Além disso, a água passou a se assemelhar mais a um lago do que a um rio, e a água parada de um lago não é compatível com as corridas de salmão.

As inundações também destroem o habitat dos peixes e podem destruir as áreas de reprodução de insetos, das quais os peixes e outros organismos dependem para se alimentar. Em alguns casos, as inundações destruíram terras agrícolas e florestais produtivas. A inundação de grandes áreas também aumentou a preocupação com as mudanças climáticas e outras mudanças no equilíbrio ecológico. A retenção de água doce que estava destinada a fluir para um corpo de água salgada também levantou preocupações sobre mudanças na salinidade.

 

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Domingo, março 13 2011 19: 11

Geração de energia de combustível fóssil

A operação de estações geradoras de energia elétrica a carvão envolve uma série de etapas que podem expor os trabalhadores a lesões traumáticas e a agentes químicos e físicos perigosos. Esses perigos podem ser controlados por meio de uma combinação de bom projeto, trabalhadores experientes e planejamento do trabalho. Um bom projeto garantirá que todos os componentes atendam aos códigos necessários para integridade e operação segura. Também garantirá que o layout do equipamento permita operação e manutenção seguras contínuas por meio de fácil acesso. Trabalhadores experientes estarão cientes dos perigos no local de trabalho e serão capazes de criar planos para lidar com os perigos que encontrarem. Esses planos identificarão perigos e aplicarão controles apropriados, que podem envolver uma combinação de desenergização, barreiras físicas e equipamentos de proteção individual. A análise da experiência de acidentes mostra que as centrais elétricas modernas têm um desempenho de segurança comparável a outras indústrias mecânicas pesadas. Dentro da equipe da estação de energia, a maioria das lesões com afastamento é sofrida pela equipe de manutenção. As lesões freqüentemente envolvem entorses e distensões nos tecidos moles do corpo, sendo as lesões nas costas as mais comuns. Doenças industriais associadas à exposição crônica ao ruído e, ocasionalmente, ao amianto também são encontradas.

A operação de um motor moderno pode ser considerada em uma série de etapas.

Manuseio de carvão

Isso inclui o recebimento de carvão (seja por ferrovia ou água), armazenamento e recuperação para abastecer as unidades geradoras de turbina. Equipamentos pesados ​​(tratores raspadores e escavadeiras) são usados ​​para criar pilhas de armazenamento compactadas, o que é necessário para evitar incêndios de combustão espontânea. O manuseio adicional é feito por transportadores para a casa de força. A exposição ao pó de carvão (levando a uma possível pneumoconiose) pode ser controlada pela pulverização de água da pilha de carvão e pelo uso de cabines de controle fechadas equipadas com filtros de pó. Certas tarefas associadas a altos níveis de poeira de carvão requerem respiradores com absorvedor de partículas de alta eficiência (HEPA). Os níveis de ruído fazem com que a maioria dos trabalhadores nesta área de trabalho receba exposição superior a 85 dBA (levando à perda auditiva), que deve ser controlada por meio do uso de protetores auriculares e abafadores e um programa de conservação auditiva.

Vários riscos de segurança convencionais são encontrados nesta área da fábrica. Trabalhar perto da água requer cuidadosa atenção aos procedimentos e também o uso de coletes salva-vidas. Dirigir equipamentos pesados ​​em pilhas de armazenamento irregulares durante a noite requer iluminação de área em grande escala, enquanto os riscos de elevação e empurrão da limpeza manual das calhas de transporte de carvão (que são propensas a bloqueios, principalmente quando o inverno é rigoroso) são melhor controlados por meio de calhas removíveis tampas que facilitam o acesso. A operação e a manutenção de sistemas de transportadores estendidos requerem a proteção das polias motriz e final, tensores e outros pontos de aperto.

Operação da Turbina da Caldeira

A operação de uma combinação caldeira-turbina de alta pressão deve envolver um conjunto rigoroso de controles para garantir uma operação segura. Esses controles incluem a integridade física do equipamento e a habilidade, conhecimento e experiência da equipe operacional. A integridade dos componentes de alta pressão é assegurada por meio de uma combinação de especificações apropriadas contidas em padrões modernos de engenharia e inspeções de rotina de juntas soldadas usando técnicas de imagem visual e não destrutivas (raios x e métodos fluoroscópicos). Além disso, as válvulas de alívio de pressão, que são testadas regularmente, garantem que não ocorra sobrepressurização da caldeira. As habilidades e conhecimentos necessários da equipe podem ser criados por meio de um processo interno de desenvolvimento de pessoal, juntamente com o credenciamento do governo, que se estende por vários anos.

O ambiente da casa de força é uma coleção de sistemas complexos de engenharia para transportar combustível, ar de combustão, água desmineralizada da caldeira e água de resfriamento para a caldeira. Além dos perigos do vapor de alta pressão, ele contém uma variedade de outros perigos convencionais e químicos/físicos que devem ser reconhecidos e controlados. Em operação, o perigo mais difundido é o ruído. Pesquisas mostram que todo o pessoal de operação e manutenção tem uma exposição média ponderada de tempo de mais de 85 dBA, o que requer o uso de proteção auditiva (plugues ou abafadores) em grande parte da casa de força e testes audiométricos regulares para garantir que não haja deterioração da audição. As principais fontes de ruído incluem os pulverizadores de carvão, a unidade turbina-geradora e os compressores de ar de serviço da estação. Os níveis de poeira na casa de força durante a operação dependem da atenção de manutenção à condição de isolamento térmico. Isso é particularmente preocupante, pois os isolamentos mais antigos contêm altos níveis de amianto. Atenção cuidadosa aos controles (principalmente colagem e contenção de isolamento danificado) pode atingir concentrações de amianto no ar que são indetectáveis ​​(<0.01 fibra/cc).

A fase final do processo de operação que cria riscos potenciais é a coleta e manuseio de cinzas. Geralmente localizada fora da casa de força, a coleta de cinzas é normalmente feita com grandes precipitadores eletrostáticos, embora haja um uso crescente de filtros de tecido nos últimos anos. Em ambos os casos, as cinzas são extraídas dos gases de combustão e retidas em silos de armazenamento. Quaisquer processos de manuseio subsequentes são inerentemente empoeirados, apesar dos esforços de engenharia para controlar os níveis. Este tipo de cinza (cinza volante, ao contrário da cinza de fundo que se acumulou no fundo da caldeira) contém uma fração significativa (30 a 50%) de material respirável e é, portanto, uma preocupação potencial para possíveis efeitos à saúde dos trabalhadores expostos . Dois componentes das cinzas são de importância potencial: a sílica cristalina, associada à silicose e possivelmente ao câncer de pulmão subsequente, e o arsênico, associado ao câncer de pele e pulmão. Em ambos os casos, é necessário realizar avaliações de exposição para determinar se os limites regulamentados foram excedidos e se são necessários programas de controle específicos. Essas avaliações, envolvendo levantamentos com amostradores pessoais, devem incluir todos os trabalhadores potencialmente afetados, incluindo aqueles que podem ser expostos durante as inspeções dos sistemas de coleta de poeira e das superfícies de moagem e aquecimento na caldeira, onde o arsênico é conhecido por se depositar. Os programas de controlo, se necessário, devem incluir a informação aos trabalhadores sobre a importância de evitar a ingestão de cinzas (não comer, beber ou fumar nas áreas de manuseamento de cinzas) e a necessidade de uma lavagem cuidadosa após contacto com as cinzas. Os níveis de poeira encontrados nessas pesquisas são geralmente tais que as boas práticas de segurança indicam um programa de controle respiratório para exposição a poeira totalmente incômoda. O banco de dados de mortalidade industrial mantido pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos, por exemplo, não contém registros de mortes atribuíveis à exposição à sílica ou ao arsênico na indústria elétrica dos Estados Unidos.

Manutenção

É na fase de manutenção que ocorre a maior exposição aos agentes convencionais e químicos/físicos. Dada a complexidade da estação geradora moderna, é extremamente importante que haja um processo eficaz para isolar o equipamento para que não possa ser energizado enquanto os reparos estão sendo realizados. Isso normalmente é obtido por meio de um sistema controlado de travas e etiquetas.

Uma ampla gama de perigos convencionais é encontrada durante a manutenção. Eles envolvem:

  • trabalho em altura (proteção contra quedas)
  • estresse por calor
  • amarração e guindaste (segurança de carga)
  • trabalho em espaços confinados (riscos atmosféricos e convencionais)
  • escavação (colapso de trincheira)
  • trabalhar/levantar em ambientes apertados (entorses e distensões).

 

Em todos os casos, os perigos podem ser gerenciados por um processo de análise passo a passo que identifica os perigos e os controles correspondentes.

Uma grande variedade de produtos comerciais perigosos é usada e encontrada em atividades de manutenção de rotina. O amianto é comum, pois tem sido amplamente utilizado como isolante térmico e é um componente de muitos produtos comerciais. Processos de controle devem estar em vigor para garantir que todo material contendo amianto seja corretamente identificado por análise microscópica (a capacidade no local melhora muito o tempo de resposta). Os métodos de controle reais usados ​​para a tarefa dependem da escala da atividade. Para trabalhos de grande escala, isso envolverá a construção de compartimentos que operem sob pressão ligeiramente reduzida (para evitar vazamentos) e garantir que os trabalhadores estejam equipados com proteção respiratória seguindo procedimentos cuidadosos para evitar contaminação externa. Em todos os casos, o material contendo amianto deve ser completamente molhado, ensacado e rotulado para descarte. Um exame cuidadoso é necessário para garantir que todo o amianto seja removido antes de prosseguir. As exposições dos trabalhadores devem ser registradas e radiografias periódicas do tórax, juntamente com testes de função pulmonar, determinarão o início de qualquer doença. Os resultados positivos desses exames devem resultar na remoção imediata do trabalhador de novas exposições. As práticas atuais refletem um alto nível de preocupação com a exposição ao amianto no setor elétrico.

Para a grande maioria dos outros materiais perigosos utilizados no local de trabalho, as quantidades envolvidas são pequenas e o uso pouco frequente, de modo que o impacto geral é insignificante. A classe mais significativa de exposições a materiais perigosos são aquelas associadas a operações específicas, e não a produtos específicos.

Por exemplo, a soldagem é uma atividade comum que pode gerar uma série de possíveis resultados adversos à saúde. A exposição à luz ultravioleta do arco causa cegueira temporária e irritação ocular grave (“olho do arco”); vapores de óxido metálico inalados podem causar “febre dos fumos metálicos”; e os óxidos de nitrogênio e ozônio formados nas altas temperaturas do arco podem causar pneumonia química e possíveis problemas respiratórios crônicos. Os controles a serem aplicados incluem protetores oculares para proteger os trabalhadores próximos da luz difusa, ventilação de exaustão local ou proteção respiratória (através de um respirador purificador de ar).

Uma atividade comum semelhante é a moagem e o jateamento abrasivo, onde a preocupação é com a inalação do óxido metálico respirável e das partículas abrasivas. Nesse caso, o controle geralmente é feito por meio da escolha do agente abrasivo (a areia agora foi abandonada em favor de agentes mais benignos, como cascas de vegetais), juntamente com ventilação de exaustão local adequadamente alta.

A outra atividade que leva a exposições significativas é a aplicação de revestimentos protetores em superfícies metálicas. Os revestimentos podem conter uma variedade de solventes que são liberados na atmosfera de trabalho. As exposições dos trabalhadores podem ser controladas por exaustão local ou, se isso for impraticável, por proteção respiratória.

 

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Domingo, março 13 2011 19: 12

Geração de energia nuclear

Em todos os reatores nucleares, a energia é produzida dentro do combustível por uma reação em cadeia de fissões dos núcleos de seus átomos. O combustível nuclear mais comum é o urânio-235. Cada fissão divide um átomo de combustível em dois novos átomos de produto de fissão e também expele de seu núcleo nêutrons que causam novas fissões dos átomos. A maior parte da energia liberada pela fissão é transportada pelos produtos da fissão e, por sua vez, é convertida em energia térmica nos átomos de combustível adjacentes à medida que eles param esses produtos de fissão em movimento rápido e absorvem sua radiação. Os nêutrons carregam cerca de 3% da energia de fissão.

O núcleo do reator é impedido de ficar muito quente por um refrigerante líquido ou gasoso, que também produz o vapor (direta ou indiretamente) para acionar a turbina. Materiais absorvedores de nêutrons são incorporados nas hastes de controle, que podem ser movidas para dentro e para fora das cavidades no núcleo do reator para controlar a taxa de reação de fissão para aquela desejada pelo operador da usina. Em reatores de água pressurizada, os materiais absorventes podem ser colocados no sistema de refrigeração do reator por meio de absorvedores solúveis.

A maioria dos produtos de fissão são instáveis ​​e, portanto, radioativos. Eles decaem, liberando radiação de um tipo e a uma taxa característica de cada elemento produto de fissão, e um novo produto filho que também pode ser radioativo. Esta sequência de decaimento continua até que finalmente resulte em produtos filhos que são estáveis ​​(não radioativos). Outros produtos radioativos são formados no reator por absorção de nêutrons no núcleo dos átomos de materiais não físseis, como urânio-238, e materiais estruturais, como guias, suportes e revestimento de combustível.

Em reatores que estão operando há algum tempo, o decaimento dos produtos de fissão e a criação de novos produtos de fissão atingem um equilíbrio próximo. Neste ponto, a produção de radiação e energia resultante do decaimento de produtos radioativos é quase um décimo de tudo o que é produzido no reator.

É essa grande quantidade de material radioativo que cria os riscos específicos das usinas nucleares. Sob condições operacionais, a maioria desses materiais radioativos se comporta como sólidos, mas alguns se comportam como gases ou se tornam voláteis com a alta temperatura do reator. Alguns desses materiais radioativos podem ser facilmente absorvidos por organismos vivos e ter efeitos significativos nos processos biológicos. Assim, eles são perigosos se liberados ou dispersos no meio ambiente.

Tipos e características de estações nucleares

Os reatores térmicos usam materiais chamados moderadores para diminuir os nêutrons rápidos produzidos pela fissão para que possam ser capturados mais prontamente pelos átomos de urânio-235 físseis. Água comum é freqüentemente usada como moderadora. Outros moderadores usados ​​são grafite e deutério, um isótopo de hidrogênio, que é usado na forma de óxido de deutério – água pesada. A água comum é principalmente óxido de hidrogênio e contém uma pequena proporção (0.015%) de água pesada.

O calor é retirado do combustível por um refrigerante, que direta ou indiretamente produz vapor para acionar a turbina, e também controla a temperatura do núcleo do reator, evitando que ele fique muito quente e danifique o combustível ou os materiais estruturais. Os refrigerantes de uso comum em reatores térmicos incluem água comum, água pesada e dióxido de carbono. A água tem boas características de transferência de calor (alto calor específico, baixa viscosidade, facilmente bombeável) e é o refrigerante mais comum usado em usinas nucleares. Resfriar o núcleo do reator com água pressurizada ou fervente permite altas densidades de potência do núcleo, de modo que grandes unidades de potência podem ser construídas em vasos de reator relativamente pequenos. No entanto, o sistema de refrigeração do reator que usa água deve operar em alta pressão para atingir pressões e temperaturas de vapor úteis para operação eficiente da turbina a vapor-gerador. A integridade do limite do sistema de resfriamento do reator é, portanto, muito importante para todas as usinas nucleares refrigeradas a água, pois é uma barreira que protege a segurança dos trabalhadores, do público e do meio ambiente.

O combustível em todos os reatores de energia refrigerados a água, e na maioria dos outros reatores, é o dióxido de urânio cerâmico, revestido de metal - aço inoxidável ou uma liga de zircônio. O dióxido de urânio sinterizado fornece um combustível não combustível que pode operar por longos períodos e reter seus produtos de fissão em altas temperaturas sem distorção ou falha significativa. Os únicos reatores de energia térmica em operação que usam combustível diferente do dióxido de urânio são as estações Magnox (que são resfriadas com dióxido de carbono) e estão gradualmente sendo retiradas de serviço à medida que atingem o fim de sua vida útil.

Materiais absorvedores de nêutrons (como boro, cádmio, háfnio e gadolínio) usados ​​em várias formas, como em hastes de controle revestidas de aço ou em solução em refrigerantes ou moderadores, podem ser movidos para dentro e para fora do núcleo do reator para controlar a taxa de reação de fissão em qualquer nível designado. Em contraste com a geração de energia de combustível fóssil, nenhum aumento na quantidade de combustível é necessário para aumentar o nível de energia produzido em uma reação em cadeia de fissão.

Uma vez iniciado um aumento na taxa de produção de energia de fissão, ele continuará até ser interrompido pela inserção no núcleo da quantidade apropriada de materiais de absorção de nêutrons e moderador. Esse aumento de energia é causado por um excesso de nêutrons na reação em cadeia da fissão em relação ao necessário para apenas uma reação em cadeia de equilíbrio. Portanto, a taxa de fissão e a produção de energia resultante podem ser controladas com muita sensibilidade adicionando ou removendo quantidades muito pequenas de materiais que absorvem nêutrons. Se for necessária uma redução repentina no nível de potência, uma quantidade relativamente grande de material absorvedor de nêutrons é injetada no núcleo. Cada conceito de reator tem sua própria característica de reatividade que determina os projetos de controle e desligamento dos dispositivos de absorção de nêutrons para garantir o controle de energia eficiente e desligamento seguro e rápido quando necessário. No entanto, os mesmos princípios básicos de controle e segurança se aplicam a todos.

Os principais tipos de reatores térmicos em serviço atualmente são ilustrados na figura 1, e as principais características são dadas na tabela 1. Nas ilustrações simplificadas da figura 1, são mostradas blindagens de concreto envolvendo os reatores e os sistemas primários de refrigeração. As blindagens, que compreendem uma variedade de designs, geralmente fornecem proteção contra a radiação direta do reator e também fornecem contenção de quaisquer vazamentos de resfriamento do reator ou sistemas moderadores e geralmente são projetados para suportar as pressões significativas que podem resultar no caso de uma grande falha dos sistemas de refrigeração.

Figura 1. Tipos de usinas nucleares

POW040F2

 

Tabela 1. Características da central nuclear (1997)

Tipo de reator

Combustível

Apresentador

Refrigerante e sua aprox. pressão
(em bares)

Geração de vapor

Nº de
operando
unidades

Saída líquida
(MWe)

PWR

Dióxido de urânio enriquecido
(2% a 5% U-235)

água leve

água leve
(160 barras)

indireto

251

223,717

PHWR (tipo CANDU)

Dióxido de urânio não enriquecido
(0.71% U-235)

Água pesada

Água pesada
(90 barras)

indireto

34

18,927

bwr

Dióxido de urânio enriquecido
(2% a 3% U-235)

água leve

água leve
ferve no núcleo
(70 barras)

direto

93

78,549

GCR (tipo MAGNOX)

urânio metálico não enriquecido
(0.71% U-235)

Graphite

Dióxido de carbono
(20 barras)

indireto

21

3,519

IGA

Dióxido de urânio enriquecido
(2.3% U-235)

Graphite

Dióxido de carbono
(40 barras)

indireto

14

8,448

LWGR (tipo RBMK)

Dióxido de urânio enriquecido
(2% a 2.5% U-235)

Graphite

água leve
ferve no núcleo
(70 barras)

direto

18

13,644

FBR

Óxido misto de plutônio

nenhum

Sódio
(10 barras)

indireto

3

928

 

Em um artigo do reator de água pressurizada (PWR) Na estação de energia, o refrigerante primário do reator e o moderador são os mesmos - água comum purificada, que é separada do circuito secundário de água/vapor por um limite metálico em geradores de vapor (às vezes chamados de caldeiras), através dos quais o calor é transferido por condução. O vapor alimentado ao gerador de turbina não é, portanto, radioativo, e a usina de gerador de turbina a vapor pode ser operada como uma usina de energia convencional. Como o hidrogênio na água do refrigerante primário/moderador absorve uma fração significativa dos nêutrons, é necessário enriquecer o teor de isótopos de urânio-235 físsil do combustível entre 2% e 5% para sustentar uma reação em cadeia prática para produção de energia a longo prazo.

Em todas as usinas nucleares em operação com reatores de água pesada pressurizada (PHWRs), o moderador do reator e o refrigerante primário são água pesada com um teor de deutério isotópico muito alto (>99%). No CANDU PHWR, que constitui quase todos os PHWRs operacionais, o moderador é separado do refrigerante primário e mantido em temperatura e pressão relativamente baixas, o que fornece um ambiente conveniente para localizar instrumentação de monitoramento e controle e uma capacidade de resfriamento de backup integrada no caso de falha na tubulação de refrigeração primária. O combustível e o refrigerante primário no CANDU estão em tubos de pressão horizontais no núcleo do reator. Assim como nos PWRs, o refrigerante primário e o circuito secundário de água/vapor são separados por uma barreira metálica nos geradores de vapor, através do qual o calor é transferido da água pesada primária para o sistema de água de alimentação de vapor de água comum. O vapor alimentado à usina geradora de turbina é, portanto, vapor de água comum, não radioativo (exceto em pequenas quantidades devido a vazamentos), e a usina geradora de turbina pode ser operada como uma usina termelétrica convencional. O moderador de água pesada e refrigerante absorve apenas uma fração muito pequena dos nêutrons gerados durante a fissão, permitindo uma reação em cadeia prática para produção de energia a longo prazo usando urânio natural (0.071% de urânio-235). Os PHWRs existentes podem operar com combustível de urânio-235 ligeiramente enriquecido, o que resulta em extração proporcionalmente maior de energia total do combustível.

Em um artigo do reator de água fervente (BWR) central nuclear, a água de resfriamento primário é parcialmente evaporada no próprio núcleo do reator, e o vapor ali gerado é alimentado diretamente para a turbina-gerador. A pressão de operação no reator é menor do que nos PWRs, mas a pressão do vapor alimentado à turbina é semelhante. O vapor alimentado à turbina é levemente radioativo, exigindo algumas precauções devido ao potencial de contaminação de baixo nível do sistema turbina/água de alimentação. No entanto, isso não provou ser um fator importante na operação e manutenção de BWRs. Nos BWRs, o controle da potência do reator é afetado pela quantidade de vapor no núcleo, e isso deve ser compensado pelo controle apropriado da taxa de fluxo de refrigerante ou inserções de reatividade à medida que o nível de potência do reator é alterado.

Reatores Magnox, também conhecido como reatores refrigerados a gás (GLRs), são abastecidos com urânio natural metálico revestido de magnésio. Eles são resfriados por dióxido de carbono a uma pressão modesta, mas geram vapor de temperatura relativamente alta, o que proporciona boa eficiência térmica. Eles têm núcleos grandes com densidades de baixa potência, de modo que os vasos de pressão, que também atuam como as únicas estruturas de contenção, também são grandes. Os vasos de pressão nos primeiros reatores Magnox eram de aço. Nos reatores Magnox posteriores, um vaso de concreto protendido continha tanto o núcleo do reator quanto os trocadores de calor de vaporização.

Reatores avançados refrigerados a gás (AGRs) usar combustível de óxido de urânio enriquecido (2.3% U-235). Eles são resfriados por dióxido de carbono a uma pressão mais alta do que os reatores Magnox e melhoraram a transferência de calor e a eficiência térmica. A maior densidade de potência do núcleo nos AGRs em comparação com os reatores Magnox permite que o reator AGR seja menor e mais poderoso. O vaso de pressão de concreto protendido, que contém tanto o núcleo do reator quanto os trocadores de calor para geração de vapor, também atua como estrutura de contenção.

Reatores de grafite de água leve (LWGRs) são um híbrido de diferentes sistemas de energia nuclear. As únicas usinas desse tipo em operação hoje são os reatores RBMK localizados na antiga União Soviética, ou seja, na Rússia, Ucrânia e Lituânia. Nos reatores RBMK, o refrigerante de água comum flui para cima através de canais refrigerantes verticais (tubos) que contêm o combustível e ferve dentro do núcleo. O vapor produzido no núcleo é alimentado diretamente para a turbina-gerador como em um BWR. O moderador de grafite que envolve os canais de refrigerante opera a uma temperatura suficientemente superior à do refrigerante de modo que o calor gerado no grafite pela moderação dos nêutrons é removido pelos canais de refrigerante. Os reatores RBMK são grandes e possuem muitos canais de refrigeração (>1,500).

Reatores de reprodução rápida (FBRs) requerem enriquecimento de material físsil na faixa de 20% e podem sustentar a reação em cadeia da fissão principalmente absorvendo os nêutrons rápidos produzidos no processo de fissão. Esses reatores não precisam de um moderador para desacelerar os nêutrons e podem usar o excesso de nêutrons para produzir plutônio-239, um potencial combustível para reatores. Eles podem produzir mais combustível do que consomem. Embora vários desses reatores tenham sido construídos para produzir eletricidade em nove países ao redor do mundo, as dificuldades técnicas e práticas relacionadas ao uso de refrigerantes de metal líquido (sódio) e as altas taxas de calor fizeram com que o interesse diminuísse. Existem agora apenas três ou quatro relativamente pequenos reatores de criação rápida de metal líquido (LMFBRs) em serviço como produtores de energia no mundo, produzindo um total de menos de 1,000 megawatts de energia elétrica (MWe), e estão sendo gradualmente retirados de serviço. A tecnologia de reatores de reprodução, no entanto, foi consideravelmente desenvolvida e documentada para uso futuro, se necessário.

Combustível e Manuseio de Combustível

O processo que começa com a mineração do minério contendo urânio e termina com a disposição final do combustível usado e de todos os resíduos do processamento do combustível é geralmente chamado de ciclo do combustível nuclear. Existem muitas variações nos ciclos de combustível, dependendo do tipo de reator envolvido e do projeto dos arranjos de remoção de calor no núcleo do reator.

Os ciclos básicos de combustível PWR e BWR são quase idênticos, variando apenas nos níveis de enriquecimento e no projeto detalhado dos elementos de combustível. As etapas envolvidas, geralmente em locais e instalações diferentes, são:

  • mineração e moagem de urânio para produzir bolo amarelo (U3O8)
  • conversão de urânio em hexafluoreto de urânio (UF6)
  • enriquecimento
  • fabricação de combustível, que envolve a conversão de urânio em dióxido de urânio (UO2), produção de pellets alimentados, fabricação de barras de combustível em comprimentos iguais à altura do núcleo do reator e fabricação de conjuntos de combustível contendo cerca de 200 barras de combustível por conjunto em uma matriz quadrada
  • instalação e operação em uma usina nuclear
  • reprocessamento ou armazenamento temporário
  • envio de combustível usado ou resíduos de enriquecimento para um repositório federal/central
  • eventual descarte, que ainda está em fase de desenvolvimento.

 

Precauções são necessárias durante esses processos para garantir que a quantidade de combustível enriquecido em qualquer local seja menor do que o que poderia resultar em uma reação em cadeia de fissão significativa, exceto, é claro, no reator. Isso resulta em restrições de espaço de material na fabricação, transporte e armazenamento.

Em contraste, o reator CANDU usa urânio natural e possui um ciclo de combustível simples, desde a mineração do minério até o descarte do combustível, que não inclui as etapas envolvidas para fornecer enriquecimento e reprocessamento. O combustível para o CANDU é fabricado de forma semi-automática em feixes redondos de meio metro de comprimento de 28 ou 37 varetas de combustível contendo UO2 pelotas. Não há restrições de espaço na fabricação de combustível de urânio natural, ou no transporte ou armazenamento do combustível novo ou usado. A imobilização e descarte de combustível CANDU usado está em desenvolvimento há 17 anos no Canadá e está atualmente em fase de aprovação de conceito.

Em todos os reatores de potência em operação, com exceção do tipo Magnox, o componente básico do combustível do reator é o pellet combustível cilíndrico, composto de dióxido de urânio (UO2) que é compactado e depois sinterizado para atingir a densidade necessária e as características cerâmicas. Esses grânulos sinterizados, que são selados em liga de zircônio sem costura ou tubos de aço inoxidável para produzir varetas ou elementos de combustível, são quimicamente inertes em relação ao seu revestimento nas temperaturas e pressões normais do reator. Mesmo se o revestimento estiver danificado ou rompido e o refrigerante entrar em contato com o UO2, este material cerâmico retém a maior parte dos produtos de fissão radioativos e resiste à deterioração causada pela alta temperatura da água.

Os reatores Magnox usam combustível natural de urânio metálico revestido de magnésio e operam com sucesso em temperaturas relativamente altas, porque o refrigerante, o dióxido de carbono, não reage com esses metais em condições secas.

O objetivo básico do projeto das varetas de combustível em um reator nuclear é transferir o calor de fissão gerado no combustível para o refrigerante, mantendo a integridade das varetas de combustível mesmo nas condições transitórias mais severas. Para todos os reatores em operação, testes extensivos de combustível simulado em laboratórios de transferência de calor demonstraram que a condição transitória de calor máxima antecipada no reator pode ser acomodada com margens de segurança adequadas pelo combustível específico projetado e licenciado para a aplicação.

O novo combustível fornecido da planta de fabricação para a estação de energia não é significativamente radioativo e pode ser manuseado manualmente ou por ferramentas de elevação/manuseio operadas manualmente, sem blindagem. Um típico montagem de combustível para um reator PWR ou BWR é uma matriz quadrada de cerca de 200 barras de combustível, cerca de 4 m de comprimento, pesando cerca de 450 kg. Cerca de 200 desses conjuntos são necessários em um grande reator PWR ou BWR. O combustível é manuseado por ponte rolante e colocado em estantes verticais a seco no novo depósito de combustível. Para instalar novo combustível em um reator de água leve em serviço, como um PWR ou BWR, todas as operações são conduzidas sob uma profundidade de água suficiente para fornecer proteção para qualquer pessoa acima do reator. A tampa flangeada do recipiente do reator deve primeiro ser removida e parte do combustível usado retirado (geralmente um terço a metade do núcleo do reator), por ponte rolante e elevadores de manuseio de combustível.

O combustível usado é colocado em baias de armazenamento cheias de água. Outros conjuntos de combustível usados ​​no núcleo podem ser reorganizados em posição (geralmente movidos em direção ao centro do núcleo), para moldar a produção de energia no reator. Novos conjuntos de combustível são então instalados em todas as posições vagas do local de combustível. Pode levar de 2 a 6 semanas para reabastecer um reator maior, dependendo da força de trabalho e da quantidade de combustível a ser substituído.

O reator CANDU e alguns reatores refrigerados a gás são alimentados por equipamentos operados remotamente que removem o combustível usado e instalam novos elementos ou feixes de combustível. No caso do CANDU, o combustível são feixes de varetas de combustível de meio metro de comprimento, aproximadamente 10 cm de diâmetro e pesando cerca de 24 kg. O combustível é recebido do fabricante em caixas de papelão e armazenado em uma área designada para armazenamento de combustível novo, pronto para ser carregado no reator. O combustível é geralmente carregado em um reator operacional diariamente para sustentar a reatividade do reator. Em um grande reator CANDU, 12 pacotes por dia é uma taxa de reabastecimento típica. Os feixes são carregados manualmente em um dispositivo de carregamento de combustível novo que, por sua vez, carrega os feixes em um máquina de abastecimento que é controlado remotamente da sala de controle da estação. Para carregar novo combustível em um reator, duas máquinas de abastecimento operadas remotamente são manobradas por controle remoto e acopladas nas extremidades do canal horizontal de combustível para serem reabastecidas. O canal é aberto pelas máquinas de abastecimento em ambas as extremidades enquanto o sistema de resfriamento está na pressão e temperatura de operação, e o combustível novo é empurrado em uma extremidade e o combustível usado é retirado na outra extremidade do canal. Quando o número necessário de feixes de combustível tiver sido instalado, as vedações do canal são reinstaladas pela máquina de abastecimento, e as máquinas de abastecimento podem reabastecer outro canal ou descarregar o combustível usado no compartimento de armazenamento cheio de água do combustível usado .

O combustível usado descarregado de todos os reatores em operação é muito radioativo e requer resfriamento para evitar superaquecimento e blindagem para evitar a irradiação direta de quaisquer organismos vivos sensíveis ou equipamentos próximos. O procedimento usual é descarregar o combustível usado em uma piscina de armazenamento de água com pelo menos 4 m de cobertura de água sobre o combustível para blindagem. Isso permite a observação segura do combustível através da água e o acesso para movê-lo debaixo d'água para um local de armazenamento de longo prazo.

Um ano após a descarga de um reator, a radioatividade geral e a geração de calor do combustível usado diminuirão para cerca de 1% de seu valor inicial na descarga e, em 10 anos, para cerca de 0.1% de seu valor inicial na descarga. Após cerca de 5 a 10 anos da descarga, a produção de calor diminuiu a ponto de ser viável retirar o combustível da poça d'água e armazená-lo na forma seca em um recipiente com apenas circulação natural de ar ao redor do recipiente de combustível. No entanto, ainda é bastante radioativo e a blindagem de sua radiação direta é necessária por muitas décadas. A prevenção da ingestão do material combustível por organismos vivos é necessária por um período muito mais longo.

A destinação efetiva do combustível usado dos reatores de potência ainda está em fase de desenvolvimento e aprovação. O descarte de combustível usado de reatores de energia em várias estruturas geológicas está sendo intensamente estudado em vários países, mas ainda não foi aprovado em nenhum lugar do mundo. O conceito de armazenamento subterrâneo profundo em estruturas rochosas estáveis ​​está agora em processo de aprovação no Canadá como um método seguro e prático de finalmente descartar esses resíduos radioativos de alto nível. No entanto, prevê-se que, mesmo com a aprovação do conceito até o ano 2000, o descarte real do combustível usado não ocorrerá até cerca de 2025.

Operações internas

Em todos os 33 países com programas de energia nuclear, existem órgãos reguladores que estabelecem e fazem cumprir os regulamentos de segurança relacionados à operação de instalações nucleares. No entanto, geralmente é a concessionária de energia que possui e opera instalações de energia nuclear que é considerada responsável pela operação segura de suas usinas de energia nuclear. O papel do operador é realmente uma tarefa de gerenciamento de coleta de informações, planejamento e tomada de decisões, e apenas ocasionalmente inclui um controle mais ativo quando a operação de rotina é interrompida. O operador não é o sistema de proteção principal.

Todas as usinas nucleares modernas têm sistemas de controle e segurança altamente confiáveis ​​e altamente responsivos, que protegem o reator e outros componentes da usina continuamente e que geralmente são projetados para serem à prova de falhas em caso de perda de energia. Não se espera que o operador duplique ou substitua esses sistemas automáticos de controle e proteção. O operador, no entanto, deve ser capaz de desligar o reator quase instantaneamente, se necessário, e deve ser capaz de reconhecer e responder a qualquer aspecto da operação da planta, aumentando assim a diversidade de proteção. O operador precisa da capacidade de entender, diagnosticar e antecipar o desenvolvimento da situação geral a partir de uma grande quantidade de dados fornecidos pelos sistemas automáticos de dados e informações.

Espera-se que o operador:

  • entender quais são as condições normais em todos os sistemas relevantes para o estado geral atual da planta
  • reconhecer, com a ajuda de sistemas automáticos ou dispositivos especiais de monitoramento, quando surgem condições anormais e seu significado
  • saiba como responder corretamente para restaurar a planta à operação normal ou colocar a planta em uma condição de desligamento seguro.

 

Quão bem o operador pode fazer isso depende do projeto da máquina, bem como da habilidade e treinamento do operador.

Toda usina nuclear deve ter operadores competentes, estáveis ​​e bem treinados em serviço o tempo todo. Operadores nucleares em potencial passam por um programa de treinamento abrangente, que geralmente inclui treinamento em sala de aula e no trabalho em ciência, equipamentos e sistemas de energia, proteção contra radiação e políticas e princípios operacionais. Simuladores de treinamento são sempre usados ​​na operação de usinas nucleares de serviços públicos nos EUA para fornecer ao operador experiência prática em operações de usinas, durante perturbações e em condições incomuns. A interface entre o operador e os sistemas de energia é feita por meio da instrumentação da sala de controle. Sistemas de instrumentação bem projetados podem melhorar a compreensão e a resposta adequada dos operadores.

É comum nomear a equipe principal de operação de uma usina nuclear enquanto ela ainda está em construção, para que eles possam aconselhar do ponto de vista operacional e reunir a equipe que irá comissionar e operar a estação. Eles também preparam um conjunto abrangente de procedimentos operacionais antes que a estação seja comissionada e autorizada a operar. Os especialistas em design e o pessoal regulador inspecionam esses procedimentos quanto à consistência da intenção do design e das práticas operacionais.

Espera-se que o pessoal opere a estação de forma sistemática e rigorosa de acordo com os procedimentos operacionais e autorizações de trabalho. A equipe operacional trabalha continuamente para garantir a segurança pública, conduzindo um programa abrangente de testes e monitoramento dos sistemas de segurança e barreiras de proteção e mantendo a capacidade de lidar com qualquer emergência da planta. Onde os operadores podem ter que agir em resposta a uma alteração no estado da planta, existem procedimentos escritos e sistemáticos para orientá-los e fornecer as informações detalhadas necessárias para controlar a planta. Tais procedimentos são revisados ​​pelos comitês de segurança da estação e reguladores.

Um programa de gerenciamento de segurança operacional bem pensado inclui:

  • conhecimento detalhado das áreas críticas para a segurança
  • padrões ou metas que definem o desempenho aceitável
  • um programa para monitorar o desempenho, responder a problemas e relatar resultados
  • um programa de revisão de experiência para estabelecer tendências, o grau de conformidade com os padrões e a causa de qualquer desempenho inaceitável ou deteriorado
  • um meio de avaliar o impacto das alterações propostas no hardware ou nos procedimentos operacionais e implementar alterações consistentes com o padrão aceito.

 

Além dos procedimentos para operação normal, existe um sistema de relatório de eventos em cada usina nuclear para investigar e documentar quaisquer falhas e deterioração de equipamentos, deficiências de projeto ou construção e erros operacionais detectados por sistemas de monitoramento ou testes e inspeções regulares. A causa básica de cada evento é determinada para que a ação corretiva ou preventiva apropriada possa ser desenvolvida. Os relatórios de eventos, incluindo os resultados da análise e recomendações, são revisados ​​pela administração da estação e por especialistas em segurança e fatores humanos, que geralmente estão fora do local da estação.

O Sistema de Relato de Incidentes da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) opera em todo o mundo para complementar os sistemas nacionais e garantir que as informações sejam compartilhadas entre todos os países participantes. A Associação Mundial de Operadores Nucleares (WANO) também fornece uma troca de informações detalhadas no nível operacional.

Os reatores nucleares e todos os seus sistemas auxiliares e relacionados à segurança são mantidos e testados de acordo com os requisitos de garantia de qualidade em intervalos planejados, para garantir a confiabilidade ao longo de sua vida útil. Além do monitoramento automático, são realizados testes manuais sistemáticos e investigações de indícios de deficiência ou falha dos sistemas dos equipamentos. Isso inclui vigilância regular de campo, manutenção preventiva, testes periódicos e estudo de mudanças nas condições da planta.

Metas de desempenho muito exigentes são definidas para processos e sistemas de segurança para manter o risco para o público e para o pessoal da estação aceitavelmente pequeno. Para sistemas de processo, que estão operando ativamente enquanto a eletricidade está sendo gerada, as taxas de falha são comparadas com as metas de desempenho, o que pode resultar em alterações de projeto onde o desempenho está abaixo do padrão. Os sistemas de segurança precisam de uma abordagem diferente, porque eles entram em operação apenas se os sistemas de processo falharem. Programas de teste abrangentes monitoram esses sistemas e seus componentes, e os resultados são usados ​​para determinar quanto tempo cada um deles provavelmente estaria fora de serviço. O tempo total calculado para que os sistemas de segurança fiquem fora de serviço é comparado a um padrão de desempenho muito alto. Se for detectada uma deficiência em um sistema de segurança, ela é corrigida imediatamente ou o reator é desligado.

Há também testes extensivos e programas de manutenção durante paradas programadas periódicas. Por exemplo, todos os vasos de pressão, componentes e suas soldas são sistematicamente inspecionados por métodos não destrutivos de acordo com os regulamentos do código de segurança.

Princípios de segurança e recursos de design de segurança relacionados

Existem quatro aspectos da reação em cadeia da fissão que podem ser perigosos e que não podem ser separados do uso de energia nuclear para produzir eletricidade e, portanto, requerem medidas de segurança:

  1. A fissão resulta em radiação ionizante, que requer proteção contra exposição direta à radiação.
  2. Produtos de fissão altamente radioativos são criados, exigindo invólucros apertados para evitar a contaminação do ambiente externo e possível ingestão.
  3. A reação em cadeia da fissão é um processo dinâmico que requer controle contínuo.
  4. A produção de calor não pode ser interrompida instantaneamente, pois o decaimento radioativo continua a produzir calor após o término da reação em cadeia de fissão, exigindo resfriamento de longo prazo.

 

Os requisitos de segurança exigidos por essas características respondem pelas principais diferenças em equipamentos de segurança e estratégia operacional em uma usina nuclear em comparação com aqueles em uma usina de geração de energia utilizando combustível fóssil. A forma como esses requisitos de segurança são cumpridos difere para diferentes tipos de usinas nucleares, mas os princípios fundamentais de segurança são os mesmos em todas as usinas nucleares.

Durante o procedimento de licenciamento, cada instalação nuclear deve provar que as emissões radioativas serão inferiores aos limites regulamentares especificados, tanto em condições normais de operação quanto em caso de falhas ou acidentes. A prioridade é prevenir falhas ao invés de simplesmente mitigar suas consequências, mas o projeto deve ser capaz de lidar com falhas se, apesar de todas as precauções, elas ocorrerem. Isso requer o mais alto grau de garantia e controle de qualidade, aplicado a todos os equipamentos, funções de construção e operações. Características de segurança inerentes e medidas de segurança projetadas são projetadas para prevenir e controlar acidentes e conter e minimizar a liberação de materiais radioativos.

Em particular, a geração de calor e a capacidade de resfriamento devem ser sempre combinadas. Durante a operação, o calor é removido do reator por um refrigerante, que é bombeado através da tubulação conectada ao reator e flui sobre a superfície do revestimento do combustível. Em caso de perda de energia das bombas ou falha repentina da tubulação de conexão, o resfriamento do combustível seria interrompido, o que poderia resultar em um aumento rápido da temperatura do combustível, possível falha do revestimento do combustível e vazamento de material radioativo do combustível para o vaso do reator. Um desligamento rápido da reação em cadeia da fissão, apoiado pela possível ativação de sistemas de resfriamento de emergência ou de espera, evitaria danos ao combustível. Essas medidas de segurança são fornecidas em todas as usinas nucleares.

Mesmo quando o reator foi desligado, a perda de resfriamento e a falha da capacidade de espera ou resfriamento de emergência podem resultar em superaquecimento do combustível por causa da produção contínua de calor de decaimento do produto de fissão no combustível, conforme indicado na figura 2. Enquanto o decaimento calor é apenas 1% ou 2% da produção de calor de potência total, se não for removido, a temperatura do combustível pode atingir níveis de falha dentro de minutos de perda completa de resfriamento. O princípio do projeto de segurança da usina nuclear exige que todas as circunstâncias que possam levar ao superaquecimento do combustível, danos e liberação de materiais radioativos do combustível sejam cuidadosamente avaliadas e evitadas por sistemas de controle e proteção projetados.

Figura 2. Decaimento de calor após desligamento do reator

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Para proteger uma usina nuclear, existem três tipos de recursos de segurança: características inerentes, sistemas passivos e sistemas ativos. Estes são usados ​​em várias combinações na operação de estações nucleares.

Características de segurança inerentes faça uso das leis da natureza para manter a usina segura. Existem características de segurança inerentes a alguns combustíveis nucleares, de modo que, à medida que sua temperatura aumenta, a taxa de reação em cadeia da fissão é reduzida. Existem características de segurança inerentes a alguns projetos de sistemas de resfriamento em que o refrigerante circulará sobre o combustível por circulação natural para remover adequadamente o calor de decomposição sem a operação de nenhuma bomba. Existem características de segurança inerentes na maioria das estruturas metálicas que resultam em escoamento ou alongamento sob cargas severas, em vez de ruptura ou falha.

Recursos de segurança passiva incluem o levantamento de peso morto (gravidade) válvulas de alívio pela pressão do fluido a ser aliviado, ou no uso de energia armazenada em sistemas de injeção de refrigerante de emergência, ou em alguns vasos de contenção que são projetados para acomodar a energia da falha da tubulação sistemas e calor de decaimento subseqüente.

Sistemas de segurança ativa incluem todos os sistemas que requerem sinais de ativação e algum tipo de fonte de alimentação. Os sistemas ativos geralmente podem controlar uma gama mais ampla de circunstâncias do que os sistemas inerentes e passivos e podem ser testados sem restrições durante a operação do reator.

O projeto de segurança das usinas nucleares é baseado em uma combinação selecionada de sistemas inerentes, passivos e ativos para atender aos requisitos regulamentares de segurança da jurisdição em que a usina nuclear está localizada. Um alto grau de automação em sistemas relacionados à segurança é necessário para aliviar o pessoal de operações, tanto quanto possível, da necessidade de tomar decisões rápidas e ações sob estresse. Os sistemas de reatores de energia nuclear são projetados para se ajustar automaticamente às mudanças na potência demandada e, geralmente, as mudanças são graduais. É particularmente importante que os sistemas relacionados à segurança sejam continuamente capazes de responder prontamente, de forma eficaz e confiável quando necessário. Para atender a esse alto nível de desempenho, esses sistemas devem atender aos mais altos critérios de garantia de qualidade e ser projetados de acordo com os princípios de design de segurança bem estabelecidos de redundância, diversidade e separação física.

Redundância é o fornecimento de mais componentes ou subsistemas do que o necessário apenas para fazer o sistema funcionar - por exemplo, fornecer três ou quatro componentes onde apenas dois são necessários para funcionar para que o sistema funcione adequadamente.

Diversidade é o fornecimento de dois ou mais sistemas baseados em diferentes projetos ou princípios funcionais para executar a mesma função de segurança.

Separação física de componentes ou sistemas projetados para executar a mesma função de segurança, fornece proteção contra danos locais que poderiam prejudicar o desempenho dos sistemas de segurança.

Uma ilustração importante da aplicação desses princípios de projeto de segurança está no fornecimento de energia elétrica em usinas nucleares, que é baseado em mais de uma conexão com o sistema de energia principal, apoiado no local por vários motores diesel de partida automática e/ou turbinas de combustão , e por bancos de baterias e grupos motogeradores para garantir o fornecimento confiável de eletricidade aos sistemas vitais relacionados à segurança.

A medida preventiva básica contra a liberação de materiais radioativos de uma estação nuclear é muito simples em princípio: uma série de barreiras estanques entre os materiais radioativos e o meio ambiente, a fim de fornecer proteção contra radiação direta e contenção dos materiais radioativos. A barreira mais interna é o próprio combustível cerâmico ou metálico, que liga a maioria dos materiais radioativos dentro de sua matriz. A segunda barreira é o revestimento estanque e resistente à corrosão. A terceira barreira é o limite primário de suporte de pressão do sistema de refrigeração. Finalmente, a maioria dos sistemas de energia nuclear é encerrada em uma estrutura de contenção resistente à pressão, projetada para resistir à falha do maior sistema de tubulação interna e para conter quaisquer materiais radioativos liberados na contenção.

O objetivo básico do projeto de segurança da usina nuclear é manter a integridade dessas múltiplas barreiras por meio de uma abordagem de defesa em profundidade que pode ser caracterizada por três níveis de medidas de segurança: medidas preventivas, protetivas e mitigadoras.

Medidas preventivas incluem: atender ao mais alto nível de garantia de qualidade durante o projeto, construção e operação; operadores altamente treinados que passam por retreinamento periódico; utilizando recursos de segurança inerentes; fornecendo margens de projeto apropriadas; realizar cuidadosa manutenção preventiva, testes contínuos e inspeção e correção de deficiências; monitoramento constante; avaliações de segurança completas e reavaliações quando necessário; e avaliação e análise causal de incidentes e falhas, fazendo as devidas modificações.

Medidas protetoras incluem: sistemas de desligamento de ação rápida; válvulas/sistemas automáticos responsivos de alívio de pressão; circuitos de intertravamento para proteger contra operação falsa; monitoramento automático de funções vitais de segurança; e medição contínua e controle de níveis de radiação e radioatividade de efluentes para não exceder os limites permitidos.

Medidas mitigadoras incluem: sistemas de resfriamento de reatores de emergência; sistemas de água de alimentação de emergência altamente confiáveis; sistemas de energia de emergência diversificados e redundantes; contenção para evitar qualquer vazamento de materiais radioativos da estação, que é projetada para uma variedade de estresses naturais e artificiais, como terremotos, ventos fortes, inundações ou impacto de aeronaves; e, por fim, planejamento de emergência e gestão de acidentes, que inclui monitoramento de radiação, informação às autoridades de segurança e orientação à população, controle de contaminação e distribuição de materiais mitigadores.

A segurança nuclear não depende apenas de fatores técnicos e científicos; fatores humanos desempenham um papel muito importante. O controle regulatório fornece uma verificação independente de todos os aspectos de segurança das estações nucleares. No entanto, a segurança nuclear é garantida principalmente não por leis e regulamentos, mas por projeto responsável, operação e gerenciamento de utilidade, que inclui revisões e aprovações apropriadas por aqueles com conhecimento e autoridade.

O único acidente de estação nuclear com consequências muito graves para o público ocorreu durante um teste de capacidade de resfriamento em uma configuração incomum em uma estação nuclear RBMK em Chernobyl, na Ucrânia, em 1986. Nesse grave acidente, o reator foi destruído e uma grande quantidade de radiação radioativa materiais escaparam para o meio ambiente. Posteriormente, descobriu-se que o reator não tinha um sistema de desligamento adequado e que era instável em baixa potência. Fraquezas de projeto, erro humano e falta de gerenciamento adequado de serviços públicos contribuíram para o acidente. Modificações foram feitas nos reatores RBMK operacionais restantes para eliminar sérias deficiências de projeto, e as instruções de operação foram aprimoradas para garantir que não haverá uma repetição desse infeliz acidente.

Muito se aprendeu com o acidente do RBMK e com outros acidentes menos graves da estação nuclear (como o acidente de Three Mile Island nos Estados Unidos em 1978) e de muitos acidentes menores e incidentes ao longo de mais de 30 anos de operação da estação de energia nuclear. O objetivo da comunidade nuclear é garantir que nenhum incidente na usina nuclear ponha em risco os trabalhadores, o público ou o meio ambiente. A estreita cooperação sob programas como os Sistemas de Relatórios de Incidentes da AIEA e WANO, o escrutínio de grupos industriais e agências reguladoras e a vigilância de proprietários e operadores de usinas nucleares tornam esse objetivo mais viável.

Agradecimento: O editor agradece a Tim Meadler e ao Uranium Institute por fornecer informações para a tabela 1.


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Geração, Transmissão e Distribuição

Existem três estágios de fornecimento de energia elétrica; geração, transmissão e distribuição. Cada uma dessas etapas envolve processos de produção, atividades de trabalho e riscos distintos.

A maior parte da eletricidade é gerada entre 13,200 e 24,000 volts. Os perigos do processo de geração de energia elétrica incluem explosões e queimaduras resultantes de falha inesperada do equipamento. Acidentes também podem ocorrer quando os procedimentos adequados de bloqueio/sinalização não são seguidos. Esses procedimentos estão em vigor para controlar as fontes de energia. Antes de realizar manutenção em equipamentos onde a energização inesperada, partida ou liberação de energia armazenada possam ocorrer e causar ferimentos, o equipamento deve ser isolado da fonte de energia e inoperante. A falha em isolar adequadamente essas fontes de energia (bloqueio/sinalização) pode resultar em ferimentos graves ou morte.

Depois que a energia elétrica é gerada, ela é transmitida por distâncias usando linhas de transmissão. As linhas de transmissão são construídas entre subestações de transmissão localizadas em estações de geração elétrica. As linhas de transmissão podem ser suspensas em torres ou podem ser subterrâneas. Eles são operados em altas tensões. Eles enviam grandes quantidades de energia elétrica e se estendem por distâncias consideráveis. Quando a eletricidade sai de uma estação geradora, a subestação de transmissão localizada ali aumenta as tensões para a faixa de 138,000 a 765,000 volts. Dentro da área operacional, as subestações de transmissão reduzem a tensão transmitida para 34,500–138,000 volts. Esta energia é então transportada através de linhas para os sistemas de distribuição localizados no território de serviço local. Os principais perigos presentes durante o processo de transmissão são elétricos. A falha em manter distâncias de aproximação adequadas ou usar equipamento de proteção adequado (luvas e mangas de borracha) pode resultar em ferimentos graves ou morte. As quedas também são fonte de acidentes graves e podem ocorrer durante trabalhos de manutenção em linhas aéreas e ao trabalhar em postes ou caminhões caçamba.

O sistema de distribuição conecta o sistema de transmissão aos equipamentos do cliente. A subestação de distribuição reduz a tensão elétrica transmitida para 2,400–19,920 volts. Um transformador de distribuição reduz ainda mais a tensão. Os riscos relacionados ao trabalho de distribuição também são de natureza elétrica. No entanto, existe o risco adicional de trabalhar em espaços fechados (caixas de visita e caixas-fortes) quando se trata de um sistema de distribuição subterrâneo.

As subestações de transmissão e distribuição são instalações onde a tensão, a fase ou outras características da energia elétrica são alteradas como parte do processo final de distribuição. As eletrocussões representam o principal risco de segurança nas subestações. Esses acidentes são geralmente causados ​​por falha em manter distâncias de aproximação adequadas para equipamentos elétricos ativos e/ou falha em usar equipamento de proteção pessoal adequado, incluindo luvas e mangas isolantes de borracha.

Riscos de Segurança de Geração, Transmissão e Distribuição

O Padrão de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, também conhecido como Padrão de Manutenção Elétrica Codificado em 29 CFR 1910.269, foi promulgado pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (OSHA) em 31 de janeiro de 1994. O Padrão abrange todos os trabalhadores de serviços públicos de eletricidade envolvidos em a operação e manutenção de equipamentos de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica e equipamentos associados. Além disso, lineworkers contratados, aparadores de árvores contratados e produtores independentes de energia também são cobertos pelas provisões de 1910.269. Outros países e regiões têm regulamentos semelhantes.

Os perigos diretamente abordados pela norma OSHA são aqueles de natureza elétrica que podem causar eletrocussão e ferimentos resultantes de choque elétrico. As consequências do contato inadvertido com eletricidade de alta voltagem geralmente são a morte ou ferimentos graves, como queimaduras de segundo e terceiro grau, amputação de membros, danos a órgãos internos e danos neurológicos.

A norma também trata de fatalidades e lesões associadas a quatro outros tipos de acidentes – atingidos ou atingidos; quedas de escadas, andaimes, postes ou outras elevações; preso em ou entre como resultado da ativação acidental de máquinas durante o trabalho de manutenção de rotina; e contato com temperaturas extremas que podem ocorrer quando vapor de alta pressão é liberado inadvertidamente durante trabalhos de manutenção em caldeiras. O Eastern Research Group (ERG), que preparou o Estudo de Impacto Econômico para o regulamento proposto pela OSHA, relatou que “houve mais acidentes associados a linhas de transmissão e distribuição do que a subestações ou instalações de geração de energia”. O ERG informou que, na categoria de linhas de transmissão e distribuição, trabalhadores de linha, aprendizes de linha e supervisores de linha de trabalho sofrem os acidentes com afastamento mais fatais e graves. Dentro da categoria de subestações e geração de energia, os eletricistas de subestações e mecânicos de serviços gerais sofrem a maioria dos acidentes.

Redução de acidentes

A OSHA estimou que, nos Estados Unidos, uma média de 12,976 acidentes com perda de jornada de trabalho ocorrem anualmente em funcionários de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Eles também relatam que 86 mortes ocorrem com esses trabalhadores anualmente. A OSHA estima que 1,633 acidentes com perda de jornada de trabalho e 61 mortes podem ser evitados anualmente por meio do cumprimento das provisões desta norma e de outras normas mencionadas na regra final. A OSHA divide a redução de acidentes com perda de dias de trabalho e fatalidades em duas categorias. A expectativa é que o maior benefício seja alcançado nas concessionárias de energia elétrica, responsáveis ​​por aproximadamente 80% das fatalidades. Empreiteiros de serviços públicos, incluindo empreiteiros elétricos e aparadores de árvores para limpeza de linhas, e estabelecimentos não relacionados a serviços públicos respondem pelos outros 20%. A OSHA também espera que a maior redução em lesões por dia de trabalho perdido seja experimentada pelas concessionárias de energia elétrica. A segunda categoria de redução refere-se à referência aos padrões existentes em 1910.269. Por exemplo, a OSHA espera que o empregador forneça serviços médicos e primeiros socorros conforme especificado em 1910.151.

As operações de escavação devem estar de acordo com a Subparte P de 1926; o equipamento de proteção individual deve atender aos requisitos da Subparte I de 1910; o equipamento pessoal anti-queda deve atender aos requisitos da Subparte E da Parte 1926; e escadas devem estar em conformidade com a Subparte D de 1910. Estes são alguns exemplos de muitos outros padrões OSHA referenciados no Padrão de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. A OSHA acredita que essas referências promoverão um maior reconhecimento dos vários padrões de segurança aplicáveis ​​e, juntamente com o treinamento dos funcionários e a ênfase no reconhecimento de riscos por meio de briefings de trabalho, 2 mortes adicionais e 1,310 acidentes com perda de dias de trabalho serão evitados anualmente.

Disposições Gerais

A Norma de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica fornece uma abordagem abrangente para o controle dos perigos encontrados no setor de serviços públicos de energia elétrica. Este é considerado um padrão baseado em desempenho, onde o empregador tem a oportunidade de implementar programas alternativos desde que possa demonstrar que fornecem um nível de segurança equivalente ao especificado no padrão. As disposições gerais da norma incluem: requisitos de treinamento, procedimentos de controle de energia perigosa (bloqueio/sinalização) para geração, transmissão e distribuição de energia; procedimentos de entrada em espaços fechados e procedimentos para trabalhar com segurança em instalações subterrâneas; requisitos para trabalhar em ou perto de partes energizadas expostas; requisitos para trabalhar em linhas aéreas; requisitos de aterramento; poda de árvores de desobstrução de linha; procedimentos para trabalho em subestações; e requisitos para ferramentas de linha viva, ferramentas elétricas manuais e portáteis, escadas e equipamentos de proteção individual.

A norma é abrangente e aborda todos os aspectos da operação e manutenção de equipamentos de geração, transmissão e distribuição de energia.

Disposições Significativas

Algumas das provisões mais significativas da Norma incluem requisitos para que os funcionários tenham treinamento em auxílio de emergência, briefings de trabalho e treinamento em práticas de trabalho relacionadas à segurança, procedimentos de segurança e procedimentos de emergência, incluindo bueiros e resgate em postes. Existem também requisitos de vestuário específicos para trabalhar em equipamentos energizados e requisitos para entrada em estruturas subterrâneas, bem como o controle de fontes de energia perigosas. Outro elemento significativo da norma exige que os empregadores certifiquem que os funcionários foram adequadamente treinados e podem demonstrar proficiência nas práticas de trabalho especificadas na norma. Alguns desses elementos são discutidos em mais detalhes abaixo.

A OSHA exige que os funcionários que realizam trabalhos em ou associados a linhas expostas ou equipamentos energizados a 50 volts ou mais sejam treinados em primeiros socorros e ressuscitação cardiopulmonar (RCP). Para trabalho de campo envolvendo dois ou mais funcionários em um local de trabalho, pelo menos dois funcionários devem ser treinados. Para locais de trabalho fixos, como uma estação geradora, um número suficiente de funcionários deve ser treinado para garantir que um funcionário exposto a choque elétrico possa ser alcançado em 4 minutos.

O funcionário líder em um grupo de trabalho deve conduzir um briefing de trabalho com os funcionários envolvidos no trabalho antes de iniciar cada trabalho. O briefing deve cobrir os perigos associados ao trabalho, procedimentos de trabalho envolvidos, precauções especiais, controles de fonte de energia e equipamentos de proteção individual. Para trabalhos repetitivos e similares, deve haver um briefing de trabalho antes do início do primeiro trabalho de cada dia ou turno. Quando ocorrerem mudanças significativas, outro briefing deve ser realizado. Revisar a tarefa em questão requer planejamento do trabalho, e o planejamento do trabalho ajuda a reduzir os acidentes.

A OSHA também exige que o empregador certifique que cada funcionário recebeu o treinamento necessário para ser qualificado e competente. A certificação deve ser feita quando o funcionário demonstrar proficiência nas práticas de trabalho e deve ser mantida durante o período de emprego do funcionário. O treinamento por si só é inadequado. A proficiência deve ser demonstrada, geralmente por meio de testes de conhecimento e compreensão do funcionário sobre o assunto em questão. Isso ajudará a garantir que apenas trabalhadores qualificados trabalhem em equipamentos energizados.

Existem requisitos de vestuário para trabalhadores expostos aos perigos de chamas ou arcos elétricos. A seção exige que o empregador assegure-se de que cada funcionário exposto aos perigos de chamas ou arcos elétricos não use roupas que, quando expostas a chamas ou arcos elétricos, possam aumentar a extensão dos ferimentos sofridos pelo funcionário. Roupas feitas de acetato, náilon, poliéster ou rayon, isoladamente ou em misturas, são proibidas, a menos que o empregador possa demonstrar que o tecido foi tratado para suportar as condições que podem ser encontradas. Os funcionários podem escolher entre roupas de algodão, lã ou retardantes de chamas, mas o empregador deve determinar, com base na exposição, se uma fibra natural, como algodão ou lã, é aceitável ou não. Algodão ou lã podem pegar fogo sob certas circunstâncias. Embora esta seção da norma tenha causado muita controvérsia em toda a indústria, proibir o uso de sintéticos é um passo significativo para reduzir os ferimentos aos trabalhadores elétricos.

 

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Domingo, março 13 2011 19: 26

Riscos

A OSHA em seu preâmbulo ao Padrão de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica (29 CFR Parte 1910.269) afirma que “as taxas gerais de incidência de acidentes para a indústria de serviços elétricos (ou seja, a indústria de serviços públicos elétricos, SIC-491) são ligeiramente mais baixas do que as correspondentes taxas para o setor privado como um todo” e que “exceto para riscos elétricos e de queda, os funcionários das concessionárias de energia elétrica enfrentam riscos semelhantes em natureza e grau aos encontrados em muitas outras indústrias” (OSHA 1994). O preâmbulo continua citando Arquivos do US Bureau of Labor Statistics (BLS) que identificam as principais fontes de lesões para concessionárias de energia elétrica:

  • quedas
  • esforço excessivo
  • ser “atingido por ou contra um objeto”, levando a entorses e distensões, cortes, lacerações e contusões/hematomas.

 

O preâmbulo observa especificamente que o choque elétrico não constitui uma categoria de lesão grave (ou frequentemente relatada). No entanto, os arquivos do trabalho, da indústria e da OSHA revelam que os acidentes elétricos são o tipo mais frequente de lesões fatais ou graves no setor de serviços públicos de eletricidade, seguidos por acidentes com veículos motorizados, quedas e “atingidos/esmagados”.

Muitos outros perigos confrontam os trabalhadores das concessionárias de energia elétrica na execução das diversas tarefas exigidas pelos empregadores. Os autores de artigos individuais neste capítulo observam muitos deles em detalhes; aqui vou simplesmente mencionar algumas das exposições perigosas.

Lesões musculoesqueléticas são as lesões mais comuns que ocorrem nesta força de trabalho fisicamente ativa e incluem:

  • vibração dedos brancos devido ao uso de britadeira
  • chicotada devido a acidentes com veículos motorizados
  • entorse lombar
  • ferimento na cabeça
  • trauma de pé e tornozelo
  • menisco medial rompido.

 

Os eletricistas podem trabalhar em uma ampla variedade de ambientes: eles sobem ao topo de torres de transmissão rurais e emendam cabos em bueiros sob ruas movimentadas da cidade; eles sufocam nos andares superiores das usinas no verão e tremem enquanto consertam linhas aéreas de distribuição derrubadas por uma nevasca. As forças físicas que enfrentam os trabalhadores são enormes. Uma usina de energia, por exemplo, empurra o vapor sob tal pressão que um cano rompido pode significar queimaduras e sufocamento. Os perigos físicos nas plantas, além do calor, incluem ruído, campos eletromagnéticos (EMF), radiação ionizante em instalações nucleares e asfixia em espaços confinados. A exposição ao amianto tem sido uma importante fonte de morbidez e litígio, e preocupações estão sendo levantadas sobre outros materiais isolantes. Produtos químicos como cáusticos, corrosivos e solventes são amplamente utilizados. As fábricas também empregam trabalhadores em trabalhos especializados, como combate a incêndios ou mergulho autônomo (para inspecionar os sistemas de captação e descarga de água), que estão expostos aos riscos únicos intrínsecos a essas tarefas.

Embora as usinas nucleares modernas tenham reduzido a exposição à radiação dos trabalhadores durante os períodos normais de operação, uma exposição substancial pode ocorrer durante as paradas de manutenção e reabastecimento. Excelentes recursos de monitoramento de radiação são necessários para proteger adequadamente os trabalhadores que entram em áreas de radiação durante esses períodos. O fato de que muitos trabalhadores contratados podem entrar em uma usina nuclear durante um desligamento e depois passar para outra usina cria uma necessidade de coordenação estreita entre as autoridades reguladoras e do setor no monitoramento da exposição anual total de um trabalhador individual.

Os sistemas de transmissão e distribuição compartilham alguns dos perigos da usina, mas também são caracterizados por exposições de trabalho únicas. As enormes tensões e correntes intrínsecas ao sistema predispõem a choques elétricos fatais e queimaduras graves quando os trabalhadores ignoram os procedimentos de segurança ou estão inadequadamente protegidos. À medida que os transformadores superaquecem, eles podem pegar fogo e explodir, liberando óleo e possivelmente PCBs e seus produtos de degradação. As subestações elétricas compartilham com as usinas elétricas o potencial de exposição a riscos de isolamento, CEM e espaços confinados. No sistema de distribuição, o corte, queima e emenda de cabos elétricos expõem os trabalhadores ao chumbo e outros metais, tanto na forma de poeira quanto de fumaça. As estruturas subterrâneas que suportam o sistema também devem ser consideradas como potenciais perigos de espaços confinados. O pentachlofenol, um pesticida usado para preservar postes de madeira, é uma exposição um tanto exclusiva do sistema de distribuição.

Finalmente, leitores de medidores e trabalhadores externos podem estar expostos à violência nas ruas; mortes em tentativas de roubo não são desconhecidas para esta força de trabalho.

 

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Domingo, março 13 2011 19: 30

Questões ambientais e de saúde pública

Toda atividade humana tem um impacto ambiental. A magnitude e as consequências de cada impacto variam, e leis ambientais foram criadas para regulamentar e minimizar esses impactos.

A geração de energia elétrica tem vários perigos ambientais potenciais e reais, incluindo emissões atmosféricas e contaminação da água e do solo (tabela 1). As usinas de combustíveis fósseis têm sido uma preocupação particular por causa de suas emissões no ar de óxidos de nitrogênio (veja “Ozônio” abaixo), óxidos de enxofre e a questão da “chuva ácida”, dióxido de carbono (veja “Mudanças climáticas globais” abaixo) e partículas, que foram recentemente implicados como contribuindo para problemas respiratórios.

Tabela 1. Principais perigos ambientais potenciais da geração de energia

Tipo de planta

ar

Água*

Solo

Combustível fóssil

NÃO2

PCBs

Cinza

 

SO2

solventes

Amianto

 

Partículas

Metais

PCBs

 

CO

AZEITE E AZEITE EVO

solventes

 

CO2

Ácidos/bases

Metais

 

Compostos orgânicos voláteis

Hidrocarbonetos

AZEITE E AZEITE EVO

     

Ácidos/bases

     

Hidrocarbonetos

Nuclear

O mesmo que acima mais emissão radioativa

   

hidro

Principalmente lixiviados dos solos para a água atrás das barragens

Perturbação do habitat da vida selvagem

   

* Deve incluir efeitos “locais” como aumentos na temperatura do corpo de água que recebe descargas de plantas e reduções na população de peixes devido aos efeitos mecânicos dos sistemas de ingestão de água de alimentação.

 

As preocupações com usinas nucleares têm sido com o armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares e a possibilidade de acidentes catastróficos envolvendo a liberação de contaminantes radioativos no ar. O acidente de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986, é um exemplo clássico do que pode acontecer quando se tomam precauções inadequadas com usinas nucleares.

Com as usinas hidrelétricas, as principais preocupações têm sido a lixiviação de metais e a perturbação dos habitats da vida selvagem na água e na terra. Isso é discutido no artigo “Geração de energia hidrelétrica” neste capítulo.

Campos Eletromagnéticos

Esforços de pesquisa sobre campos eletromagnéticos (EMF) em todo o mundo têm crescido desde que o estudo de Wertheimer e Leeper foi publicado em 1979. Esse estudo sugeriu uma associação entre câncer infantil e fios elétricos localizados perto de residências. Estudos desde essa publicação foram inconclusivos e não confirmaram a causalidade. Na verdade, esses estudos subsequentes apontaram para áreas em que é necessário um maior entendimento e melhores dados para poder começar a tirar conclusões razoáveis ​​desses estudos epidemiológicos. Algumas das dificuldades de realizar um bom estudo epidemiológico estão relacionadas aos problemas de avaliação (ou seja, a medição da exposição, caracterização da fonte e níveis de campos magnéticos nas residências). Embora o estudo mais recente divulgado pelo National Research Council of the National Academy of Sciences (1996) tenha determinado que não havia evidências suficientes para considerar os campos elétricos e magnéticos uma ameaça à saúde humana, a questão provavelmente permanecerá sob os olhos do público até que o a ansiedade generalizada é aliviada por estudos e pesquisas futuras que não mostram nenhum efeito.

Alterações climáticas globais

Nos últimos anos, a conscientização pública aumentou em relação ao impacto que os humanos estão causando no clima global. Acredita-se que aproximadamente metade de todas as emissões de efeito estufa da atividade humana seja dióxido de carbono (CO2). Muitas pesquisas sobre esta questão em nível nacional e internacional foram e continuam a ser feitas. Como as operações de utilidade fazem contribuições significativas para a liberação de CO2 para a atmosfera, qualquer regulamentação para o controle de CO2 lançamentos tem o potencial de impactar a indústria de geração de energia de maneiras sérias. A Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas, o Plano de Ação de Mudanças Climáticas dos Estados Unidos e a Lei de Política Energética de 1992 criaram fortes forças motrizes para que a indústria de energia compreendesse como deveria responder à legislação futura.

Atualmente, alguns exemplos das áreas de estudo em andamento são: modelagem de emissões, determinação dos efeitos das mudanças climáticas, determinação dos custos associados a quaisquer planos de gerenciamento de mudanças climáticas, como os humanos podem se beneficiar com a redução das emissões de gases de efeito estufa e previsão das mudanças climáticas .

Um dos principais motivos de preocupação com as mudanças climáticas são os possíveis impactos negativos nos sistemas ecológicos. Acredita-se que os sistemas que não são gerenciados são os mais sensíveis e têm maior probabilidade de impacto significativo em escala global.

Poluentes perigosos do ar

A Administração de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) enviou ao Congresso dos EUA um Relatório Provisório sobre Poluentes Atmosféricos Perigosos de Utilidades, exigido pelas Emendas da Lei do Ar Limpo de 1990. A EPA deveria analisar os riscos das instalações de geração elétrica a vapor movidas a combustível fóssil. A EPA concluiu que essas liberações não constituem um perigo para a saúde pública. O relatório atrasou as conclusões sobre o mercúrio, aguardando estudos adicionais. Um estudo abrangente do Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica (EPRI) de usinas movidas a combustíveis fósseis indica que mais de 99.5% das usinas fósseis não produzem riscos de câncer acima do limite de 1 em 1 milhão (Lamarre 1995). Isso se compara ao risco devido a todas as fontes de emissão, que foram relatadas em até 2,700 casos por ano.

ozono

A redução dos níveis de ozônio no ar é uma grande preocupação em muitos países. Óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis (VOCs) produzem ozônio. Como as usinas de combustível fóssil contribuem com um grande componente do total mundial de NOx emissões, eles podem esperar medidas de controle mais rígidas à medida que os países endurecem os padrões ambientais. Isso continuará até que as entradas para os modelos de grade fotoquímica que são usados ​​para modelar o transporte de ozônio troposférico sejam definidas com mais precisão.

 

Remediações do site

As concessionárias estão tendo que aceitar os custos potenciais da remediação do local da usina de gás manufaturado (MGP). Os locais foram originalmente criados por meio da produção de gás a partir de carvão, coque ou óleo, o que resultou no descarte no local de alcatrão de hulha e outros subprodutos em grandes lagoas ou lagoas, ou no uso de locais externos para descarte em terra. Locais de descarte dessa natureza têm o potencial de contaminar as águas subterrâneas e o solo. Determinar a extensão da contaminação das águas subterrâneas e do solo nesses locais e os meios para melhorá-la de maneira econômica manterá esse problema sem solução por algum tempo.

 

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