01/03/2006 – ANÁLISE ERGONÔMICA REATOR NUCLEAR

ANÁLISE ERGONÔMICA REALIZADA NA SALA DE CONTROLE DO REATOR NUCLEAR DE PESQUISA , O ARGONAUTA, DO INSTITUTO DE ENGENHARIA NUCLEAR – COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR

Isaac José Antonio Luquetti dos Santos

Divisão de Instrumentação e Confiabilidade Humana, DICH/IEN/CNEN

Tel.: (21) 25604113/R2214, E-Mail: luquetti@ien.gov.br

Paulo Victor Rodrigues de Carvalho

Divisão de Instrumentação e Confiabilidade Humana, DICH/ IEN /CNEN

Tel.: (21) 25604113/R2214, E-Mail: paulov@ien.gov.br

ABSTRACT

The Work Ergonomic Analysis is a method that has as objective describes the work situation in a comprehensive and enough form. The main Work Ergonomic Analysis feature is related with the adoption of one practical opposing to the pure experimentalism, getting and searching knowledge through the analysis of the work situation in the real environment. This difference of methodology don´t configure in an antagonism, in contrast, these approachings are perfectly complementary. The Work Ergonomic Analysis consists of eight phases : Analysis of the Demand – Preliminary Studies – Choice of Critical Situations – Global Analysis – Pre-Diagnostic – Diagnostic – Design of Work Situations – Validation. The initial objective of our study is to provide subsidies objectifying the modernization of Argonauta reactor control room, in function of aspects as to improve the security, to facilitate the maintenance, to prevent the equipments and systems obsolescence and to guarantee that this modernization brings an effective improvement in the operator`s work conditions.

KEY-WORDS

Ergonomics, Control Room, Operators, Activity Analysis, Nuclear Reactor

ÁREA TEMÁTICA

Ergonomia, Segurança e Qualidade de Vida no Trabalho

1-INTRODUÇÃO

Uma sala de controle de um reator nuclear é um sistema complexo, onde os operadores interagem com o processo através de “interfaces” e várias estações de monitoração. Essas “interfaces” apresentam implicações significantes para a segurança da planta nuclear, influenciam na atividade dos operadores, afetam o modo como os operadores recebem informações relacionadas com o “status” do reator nuclear e são determinantes para a compreensão dos processos físicos que ocorrem na planta e, consequentemente, para uma operação correta e segura do reator.

As ações realizadas pelos operadores são apoiadas através de procedimentos de operação normal, de partida, de parada, procedimentos de emergência, pelos sistemas de alarmes, sistemas de comunicação, sistemas de apresentação de dados, sistemas de controle, sistemas de segurança e diagnósticos de falhas.

A metodologia utilizada nesta análise ergonômica preliminar é baseada na análise da atividade dos operadores e na análise do local de trabalho.

A análise da atividade apresenta como atores sociais os operadores do Reator Nuclear de Pesquisa Argonauta, pertencente ao IEN, um dos institutos de pesquisa vinculados a Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN.

O local de trabalho estudado foi a sala de controle deste mesmo reator.
O objetivo do estudo é prover subsídios e informações para uma possível modernização da sala de controle do Reator Argonauta, levando em consideração a melhoria da segurança das instalações, otimizando a confiabilidade operacional, facilitando a manutenção, evitando a obsolescência de equipamentos e sistemas e garantindo que esta modernização traga uma efetiva melhoria nas condições de trabalho dos operadores do reator.

2 – ERGONOMIA

Segundo Vidal (1999), em sua atividade de trabalho o ser humano interage com os diversos componentes do sistema de trabalho: com os equipamentos, instrumentos e mobiliários, formando “interfaces” sensoriais, energéticas e posturais; com o ambiente formando “interfaces” ambientais, cognitivas e organizacionais.

A ergonomia busca através da modelagem da realidade do uso, da incorporação de conhecimentos sobre o ser humano, do estudo das capacidades, limitações dos seres humanos, melhorar as “interfaces” entre os componentes humanos e o sistema, modelar a atividade de trabalho garantindo assim a qualidade de operação.

A corrente européia da ergonomia, a ergonomia francesa, busca através do estudo da situação real de trabalho, da análise da atividade, conceber postos de trabalho mais adequados, novos equipamentos, novas “interfaces” operador sistema e salas de controle.

Segundo Wisner (1995), a análise da atividade consiste no estudo do comportamento dos operadores com relação as ferramentas e sistemas utilizados, com relação ao comportamento vocal, comunicativo, gestos, movimentos da cabeça e olhos.

Segundo Daniellou e Garrigou (1993), a análise da atividade refere-se a uma metodologia que visa o entendimento sobre o comportamento do operador, das estratégias de operação e das interações com outros operadores em uma determinada situação. Isto implica em longas observações no local de trabalho, com o objetivo de entender as estratégias de operação.

A análise da atividade é realizada com o objetivo principal de identificar e verificar como os operadores lidam com as restrições e resolvem os problemas relacionados à operação do reator nuclear. É especialmente utilizada em situações onde o operador realiza diferentes ações sem uma seqüência definida.

3-A DIVISÃO DE INSTRUMENTAÇÃO E CONFIABILIDADE HUMANA (DICH) E A DIVISÃO DE REATORES (DIRE) DO INSTITUTO DE ENGENHARIA NUCLEAR

Considerando que o objeto do presente trabalho – a sala de controle do reator Argonauta – encontra-se na DIRE e o setor responsável pela análise é a DICH, apresentamos a seguir uma descrição sucinta da DICH e da DIRE.

A Divisão de Instrumentação e Confiabilidade Humana (DICH) é a responsável pelo projeto, desenvolvimento, produção, manutenção, calibração de equipamentos nucleares, pelo projeto de “interfaces” avançadas e salas de controle utilizando metodologias baseadas na alocação dos requisitos ergonômicos e de fatores humanos no ciclo de vida da sala de controle e pela futura utilização do laboratório de Interfaces Homem/Sistema – LABIHS.

É formada pela Serviço de Instrumentação (SEINS) e pelo Serviço de Engenharia de Salas de Controle (SEESC). A DICH foi a responsável pelo projeto e desenvolvimento da instrumentação nuclear, intertravamento e monitoração ambiental utilizada no Reator Argonauta.

A DIRE é a responsável pela pesquisa e desenvolvimento de tecnologia na área de engenharia de reatores, física de reatores e pela operação e manutenção do Reator Argonauta. É formada pelo Serviço do Reator Argonauta -SEREA e pelo Serviço de Tecnologia em Engenharia de Reatores – SETER.

4-O REATOR ARGONAUTA

O Reator Argonauta é um reator térmico de pesquisa tipo piscina com potência máxima de 10 KW e potência atual de operação de 300 W. Este reator destina-se a treinamento e pesquisa em física de reatores e tecnologia nuclear. Como o reator possui coeficiente de reatividade negativo, é considerado inerentemente seguro. O núcleo é formado por dois cilindros concêntricos onde são colocados os elementos combustíveis, com grafite na parte central e externa constituindo os refletores externo e interno. No refletor interno existem canais que possibilitam a realização de experiências. A água para moderação e refrigeração do reator é bombeada para dentro do núcleo do reator, enchendo o anel onde estão os elementos combustíveis.

5-DESCRIÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO DO REATOR ARGONAUTA

A instrumentação nuclear, instrumentação de processos, instrumentação de monitoração ambiental e instrumentação do sistema de intertravamento constituem a instrumentação do Reator Argonauta. 

5.1- INSTRUMENTAÇÃO NUCLEAR

É formada por dois canais de pulso, dois canais de potência logarítmico/linear e um canal de segurança.

CANAL DE PULSOS

É usado para a partida do reator, atua até um determinado nível de potência e tem como função contar os pulsos gerados por um detector BF3. Esses pulsos são inicialmente amplificados e conformados através de um pré-amplificador localizado próximo do núcleo do reator. O canal de pulsos é constituído pelos seguintes módulos: Amplificador de Pulsos, Medidor de Taxa de Contagem, Contador Temporizador, Fonte de Alta Tensão e Fonte de Baixa Tensão. A figura 1 mostra os módulos que constituem esse canal.

Na mesa de operação do reator estão colocados os medidores remotos com as informações da taxa de contagem ( número de pulsos por segundo ) e do período ( intervalo de tempo corresponde a variação da taxa de contagem ), oriundos do módulo Medidor de Taxa de Contagem.

Fonte Alta Tensão

Amplificador de Pulsos

Medidor Taxa de Contagem Contador Temporizador

Figura 1 – Canal de Pulsos

CANAL DE POTÊNCIA LOGARÍTMICO/LINEAR

É utilizado a partir de um determinado nível de potência em que o canal de pulso não consegue mais atuar. Este canal possui como sensores câmaras de ionização que geram informações em forma de corrente. É constituído pelos seguintes módulos: Medidor de Corrente Logarítmico, Medidor de Corrente Linear, Fonte de Alta Tensão e Fonte de Baixa Tensão. O Medidor de Corrente Logarítmico utiliza uma câmara de ionização compensada, detectando dessa maneira somente nêutrons. O medidor de Corrente Linear utiliza uma câmara de ionização não compensada, detectando nêutrons e radiação gama.

Na mesa de operação do reator estão colocados os medidores remotos com as informações da corrente logarítmica, período correspondente e corrente linear.

CANAL DE SEGURANÇA

É constituído por módulos que acionam os reles K1 e K4, que comandam o sistema de intertravamento. Esses módulos possuem indicadores luminosos nos respectivos painéis frontais, que informam onde ocorreu o problema que gerou uma ação de segurança.

5.2 INSTRUMENTAÇÃO DE PROCESSOS

Este é um sistema convencional para monitoração e controle das condições operacionais do reator. Os instrumentos necessários à monitoração e controle das variáveis de processo são os seguintes: De-ionizador, válvula do dreno, medidores de PH, termopares, medidores de resistividade da água do tanque de dreno

5.3 INSTRUMENTAÇÃO DE MONITORAÇÃO AMBIENTAL

Sistema composto de três monitores de radiação gama, utilizando detectores GM e um monitor de nêutrons localizados no sala do reator Este item já está passando por um processo de modernização, sendo que a informação do nível de radiação dos medidores remotos será apresentada numa tela de computador na sala de controle.

5.4-INSTRUMENTAÇÃO SISTEMA DE INTERTRAVAMENTO

É responsável pelas operações sequenciais no reator e pelas ações de segurança. O sistema opera com relés AC, chaves seletoras e de contato. Os relés K1 e K4 controlam o sistema de intertravamento. O relé K1, se aberto, provoca o desligamento total do reator (Scram – queda das barras de controle e segurança ). O relé K4, se aberto, provoca somente a queda das barras de controle (grosseira, aproximado e precisa).

6-A SALA DE CONTROLE DO REATOR ARGONAUTA

A sala de controle está instalada ao lado do salão onde está o núcleo do reator. Com o objetivo de proteger os operadores e de acordo com as normas de segurança, estabelecidas pelo setor de licenciamento da CNEN, as paredes da sala de controle são blindadas e isoladas do salão do reator. Na sala de controle estão instaladas a mesa de controle e operação e dois armários com os módulos que compõem a instrumentação. No primeiro armário estão os dois canais de pulsos, os dois canais de potência e o canal de segurança. No segundo armário estão o sistema de monitoração ambiental e duas fontes de 90 volts.

No painel superior central da mesa de controle estão os medidores remotos dos canais de pulsos I, II, canais de potência I, II e as informações do canal de segurança.

No painel superior direito, estão os indicadores mecânico da posição da barra de controle grosseira, aproximada e o indicador digital da barra de controle precisa. Estão também o mostrador com a indicação digital da temperatura em graus ° C do valor lido pelos termopares colocados no núcleo do reator e no tanque de dreno, além do seletor das câmaras de vídeo, posicionadas no salão do reator.

No painel inferior esquerdo, estão as informações relativas ao recolhimento da fonte de partida, trocador de calor, refrigeração interna, válvula de convecção e o botão de emergência (queda das barras de segurança e controle).

No painel inferior central, estão o “joystick” para operação do reator e a chave responsável pela habilitação da operação seqüencial do reator.

No painel inferior direito, estão as informações relativas a alimentação das barras de controle, segurança, alimentação das bombas, aquecedor, injeção e válvula de nitrogênio.

7-OPERAÇÃO DO REATOR ARGONAUTA – ANÁLISE DAS TAREFAS DOS OPERADORES

A operação do Reator Argonauta pode ser solicitada por um pesquisador do IEN, Instituto de Pesquisa da CNEN, Governo ou Universidade. Existem quatro formulários, que devem ser preenchidos em todas as operações do reator. São eles a “Solicitação de Operação”,

“Condições de Operação”, “Revisão Diária do Reator Argonauta” e o “Livro de operação”.

Inicialmente, o interessado pela operação deve preencher a “Solicitação de Operação” explicitando o objetivo da operação. Sendo a solicitação aprovada, o chefe da SEREA preenche o documento “Condições de Operação” e envia aos operadores. Após estas etapas serem realizadas a operação do reator está aprovada.

O operador inicia a operação seguindo os procedimentos mostrados no documento “Revisão Diária do Reator Argonauta”. Após a realização do item 29 deste documento, é iniciado o procedimento de atingir a criticalidade do reator. Isto é realizado através da variação da posição da barra de controle precisa, devendo ser alcançado o nível de potência e fluxo neutrônico especificado no documento “Condições de Operação”. Após esta etapa, o operador anota no “Livro de operação” os dados obtidos. A operação é conduzida por um único operador.

8-ANÁLISE DO LOCAL DE TRABALHO

A sala de controle do Reator Argonauta é contígua ao assim chamado salão do reator. Possui 44 metros quadrados, dos quais muito pouco espaço é ocupado pelo console de operações do reator e por equipamentos de suporte. Como justificativa para tal situação, apresenta-se o fato do local ser freqüentemente usado para cursos de mestrado, sendo o espaço excedente ocupado com carteiras e alunos. Com relação as condições ambientais do local de trabalho, observamos que a temperatura existente na sala de controle e no salão do reator é baixa. Contudo, quando indagados acerca de um certo desconforto térmico, os operadores, mesmo admitindo que leva-se um certo tempo para se acostumar a tal condição, alegam ser necessária a manutenção da temperatura a patamares muito baixos ( 15 graus), tanto na sala de controle como no salão do reator, pois nestes locais lidam-se com correntes muito baixas 10–11 A. Assim necessita-se de um rígido controle de temperatura e umidade de forma a impedir interferências danosas no funcionamento dos equipamentos. Apesar da iluminação ser suficientemente intensa na sala de controle, a luminosidade não encontra-se satisfatoriamente distribuída, visto que os reflexos são constantes no console, dificultando a leitura de dados. Notamos também, que os indicadores luminosos da mesa de controle não apresentam intensidade uniforme, dificultando inclusive a perfeita observação do estado do indicador. Perguntado sobre o problema o operador disse estar acostumado com a situação, indicando inclusive a razão técnica do problema (o tipo e a alimentação das lâmpadas da mesa não é uniforme). Esta condição conta ainda com o agravante do painel conter diversos instrumentos de leitura analógica, com finos ponteiros que percorrem escalas milimétricas, de forma que a constante repetição do esforço visual passa a ser extenuante para os operadores. O nível de ruído dentro da sala é adequado, sendo a mesma silenciosa em condições normais. A única exceção se dá quando o rádio toca fitas presente na sala é ligado, possibilitando aos operadores ouvirem música. Faz-se aqui uma pequena ressalva: O fato de ouvirem música não prejudica as atividades dos operadores, posto que a operação de um reator de pesquisa não exige a tomada rápida de decisões nem a formulação de planos de ação de emergência, que visem a solução de alguma situação de risco e perigo, como ocorre nos reatores de potência. Isto ocorre porque a energia envolvida é muito baixa cerca de 300 W, suficiente apenas para um pequeno aumento na temperatura do refrigerante, cerca de 1 grau oC. Além disso, os reatores de pesquisa deste porte podem ser considerados intrinsecamente seguros, uma vez que o aumento na temperatura do refrigerante faz com que a reação nuclear seja interrompida (coeficiente térmico negativo).

9-ANÁLISE DA ATIVIDADE DOS OPERADORES

Conforme a tarefa prescrita, a operação é absolutamente seqüencial. Inicialmente, o operador verifica o funcionamento do sistema de intertravamento, seguindo o procedimento normal de acionamento do reator, mas sem iniciar a reação nuclear, uma vez que o núcleo do reator não se encontra cheio de água. Ao longo do curso desta seqüência o operador preenche o formulário “Revisão Diária do Reator Argonauta” no qual são colhidas informações sobre o estado funcional do sistema de intertravamento para as diversas fases da operação. Feito isto, o operador reinicia a operação do reator, e desta vez habilitando o enchimento do núcleo com água, possibilitando que as reações nucleares sejam iniciadas. Desta vez, os dados provenientes da chamada criticalidade (processo no qual uma reação nuclear auto-sustentada é estabelecida) do reator são anotados em um segundo formulário, o “livro das operações”. Então por meio de uma série de comandos grosseiros e finos, o operador controla o nível de potência do reator. No final da operação do reator, o sistema de intertravamento é revertido e o reator desligado. Cada processo de criticalidade do reator dura em média quatro horas. Por se tratar de um sistema com vários anos de operação, que utiliza tecnologia analógica, o método da execução das atividades já foi bastante estudado, assimilado e aprimorado pelos vários operadores ao longo do tempo. O fato do sistema ser antigo não implica, de forma alguma, na diminuição de sua qualidade. Entretanto, diversos problemas relacionados com a substituição dos componentes e com o tipo de tecnologia adotada, já se fazem presentes. Do ponto de vista da ergonomia clássica, existe um grande problema com relação a postura dos operadores, principalmente no que diz respeito ao preenchimento do livro de operação. Como não há no console espaço para que se apoiem os livros e formulários, estes são apoiados numa pequena mesa, muito mais baixa que o console, exigindo que o operador curve-se em demasiado para executar suas anotações.

Os seguintes problemas relacionados com a operação, instrumentação e a mesa de controle foram detectados:

– Problema 1: Interferências elétricas nos equipamentos que constituem a instrumentação nuclear.

– Problema 2: As informações obtidas através de alguns medidores localizados na mesa de controle, não apresentam a devida confiabilidade. Problemas na calibração dos equipamentos.

– Problema 3: São utilizadas cinco câmaras de vídeo no salão do reator, permitindo ao operador monitorar determinados componentes do reator, após o início da operação. A câmara de vídeo posicionada no topo do núcleo do reator está defeituosa. Verificou-se que o nível elevado de radiação neste local ocasionou a sua avaria.

– Problema 4: Ausência das informações relativas a resistividade e PH da água do tanque do dreno na mesa de controle.

– Problema 5: Informações relativas a posição da barra de controle grosseira e aproximada é realizada através de indicadores mecânicos de difícil visualização ( “Thumbwheels”).

– Problema 6: Após a retirada das barras de controle grosseira e aproximada, o número de contagem por segundo ( CPS ) medido pelo canal de pulso aumenta. Se esta contagem for maior que 100.000 CPS, o canal de segurança desligará o reator. Antes que isto aconteça, é necessário que o canal de pulso seja desabilitado manualmente pelo operador.

– Problema 7: A falta de apoio adequado para o preenchimento dos diversos formulários.

10-INFLUÊNCIA DOS PROBLEMAS ENCONTRADOS NA ATIVIDADE DOS OPERADORES

Explicaremos a seguir, de que maneira os problemas citados anteriormente influenciam na atividade dos operadores do Reator Argonauta.

– Problema 1: Os operadores reclamam das interferências elétricas durante a operação do reator. Essas interferências interferem no funcionamento de alguns equipamentos e geram informações discrepantes. Isto acontece principalmente, quando é acionado um relé, aberta ou fechada uma válvula ou ligada uma bomba. Esse assunto é complexo e envolve o projeto dos equipamentos e o aterramento da instrumentação. É importante definir em que equipamentos ocorrem as interferências e em que condições de operação.

– Problema 2: Os operadores reclamam que os testes pré-operacionais da instrumentação garantem que a operação foi iniciada sem falha nos equipamentos, mas não garantem que os equipamentos e medidores estejam calibrados. Na nossa opinião este problema pode ser resolvido através de um programa periódico de calibração dos equipamentos

– Problema 3: Este defeito na câmara de vídeo, localizada no topo do núcleo do reator, tem ocasionado alguns problemas para a operação do reator. O uso desta câmara é importante, pois através dela o operador irá se certificar da correta posição de uma amostra a ser irradiada. Em algumas experiências, verifica-se a influência da injeção de nitrogênio na água do núcleo no cálculo da reatividade do reator, ocorrendo a geração de borbulhas na água. Neste caso, é importante a visualização do núcleo. Talvez a solução deste problema passe por um estudo para escolha de uma blindagem para esta câmara, ou de uma melhor posição para esta câmara no topo do núcleo ou mesmo de um projeto de um sistema de vídeo utilizando micro câmaras acopladas através de fibras óticas, sistema adotado em alguns reatores de pesquisa americanos.

– Problema 4: No documento “Revisão Diária do Reator Argonauta”, uns dos dados a serem obtidos pelo operador são as informações relativas a resistividade e PH da água do tanque do dreno. Os operadores afirmaram que para conseguir esses dados é necessário que se desloquem até o salão do reator e realizem as devidas medições utilizando um condutímetro e um medidor de PH. Os operadores sugerem que essas informações sejam enviadas para a mesa de controle.

– Problema 5: Os operadores sugerem que as informações relativas a posição da barra de controle grosseira e aproximada sejam fornecidas através de indicadores digitais. Este tipo de indicação facilita a observação, é mais nítida e ocasiona menos erros de leitura. A indicação da posição da barra de controle precisa já é realizada através de indicadores digitais.

– Problema 6: Os operadores devem estar atentos quando esta fase da operação é atingida, pois em alguns casos a taxa de contagem ultrapassou 100.000 CPS e o canal de pulsos não foi desabilitado, tornando a operação mais demorada. O reator foi desligado e então foi necessário reiniciar toda a operação.

– Problema 7: É necessário apoio adequado para o preenchimento dos diversos “check-lists” de modo que este fato não venha a acarretar problemas físicos nos operadores.

11-CONCLUSÕES

Em função da ampla e diversa gama de problemas levantada, que vai desde aspectos posturais (problema 7), passa por dificuldades a nível cognitivo (problema 6) e até problemas tecnológicos (problema 3), o detalhamento da intervenção ergonômica requerida nesta situação possui uma magnitude que foge ao escopo do presente trabalho. Baseado nos problemas encontrados, podemos sugerir estudos sobre a viabilidade de desenvolvimento do projeto de uma nova instrumentação digital e mesa de controle computadorizada. Esta solução permitiria a resolução dos diversos problemas tecnológicos, de manutenção e até mesmo posturais observados. Entretanto esta solução pode trazer novos problemas a nível cognitivo, como por exemplo, uma monotonia ainda maior na atividade dos operadores, aumento na automatização na partida, preenchimento assistido de “check-lists”, controle automático de fluxo neutrônico, que deverão ser cuidadosamente analisados no momento da implementação destas mudanças revolucionárias. Deve ser observado que a possível modernização da sala de controle do reator argonauta, implicará em um novo processo de licenciamento da nova sala de controle e da nova instrumentação. É importante então, que esta modernização esteja de acordo com os critérios e as normas adotadas pelo setor de licenciamento da CNEN, principalmente com relação a alocação dos aspectos de fatores humanos.

12-BIBLIOGRAFIA

Daniellou, F. E Garrigou, A., 1993. L’Ergonome, láctivité, et la parole des travailleurs. Representations pour l’action. Toulouse: Octarès, p. 73-92.

manual de operação do reator argonauta

NUREG 711, 1994. Human Factors Engineering Program Review Model

VIDAL, M. C. , 2000. CESERG / GENTE / COPPE / UFRJ, Ergonomia Contemporânea

WISNER, a. , 1995. Understyanding Problem Buildings: Ergonomic Work Analysis, Ergonomics 38, n. 3, 595-605.