Laboratório de Interfaces Homem/Sistema - LABIHS

Descrição

A modernização de salas de controle de usinas nucleares e outras instalações industriais complexas, em função do rápido desenvolvimento da tecnologia de instrumentação e informática, deve ser precedida de um intenso esforço de pesquisa e avaliação dos diversos aspectos de fatores humanos envolvidos. O objetivo é assegurar que estas modificações resultem em benefícios para a operação e segurança da planta, reduzindo os erros humanos e aumentando sua eficiência.

Para a realização de pesquisas e avaliações de aspectos de fatores humanos é fundamental o desenvolvimento de um laboratório específico, onde seja possível simular e antecipar a reação e o desempenho dos operadores neste novo ambiente tecnológico.

O Laboratório de Interfaces Homem/Sistema (LABIHS) é um laboratório para experimentos baseado em um simulador compacto de reator PWR que visa melhorar a segurança e o desempenho operacional de usinas nucleares e outras instalações industriais.

Histórico

Após visita de diretores da CNEN em 1997 ao laboratório de pesquisa em fatores humanos do instituto Kaeri (Korean Atomic Energy Research Institute), situado na cidade de Daejeon, República da Coréia, foi vislumbrada a possibilidade de implantação de um laboratório similar em uma das unidades da CNEN. O setor de instrumentação e controle do IEN foi o local escolhido.

Como primeiro passo para viabilização do projeto foi realizado naquele ano um acordo de cooperação internacional entre a CNEN - associada com a Eletronuclear, as Indústrias Nucleares do Brasil e o Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo - e a Organization for Economic Co-operation and Development (OECD). Um dos frutos deste acordo foi a formação de pessoal em fatores humanos, no período de 1998 a 2000, no Institute for Energy Technology (IFE), na Noruega, através do programa Halden Reactor Project (HRP).

Também em 1997, iniciou-se um processo de formação de pessoal do departamento de instrumentação e controle do IEN na COPPE, nos programas de engenharia de produção e nuclear.

Em 1999 foi assinado um convênio entre o IEN e o programa de produção da COPPE para cooperação em ergonomia e fatores humanos. Neste mesmo ano houve um estreitamento das relações do instituto com a Eletronuclear, com o mesmo objetivo.

Em 2000 a implantação do Labihs foi viabilizada por meio de um Projeto de Cooperação Técnica (Projeto BRA-049) com a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA). Após uma licitação internacional, o instituto coreano Kaeri foi vencedor para fornecimento de hardware/software do simulador do laboratório.

Em 21 de fevereiro de 2003 o Labihs foi inaugurado com a presença de representantes do Ministério da Ciência e Tecnologia, da AIEA, da direção do Kaeri e de vários segmentos da indústria e da pesquisa nuclear brasileira.

Características técnicas

• Simulador: PWR com três loops de 900 MWe
• Planta de referência: Kori 3&4 da Westhinghouse situada na República da Coréia
• Diagramas de processos e instrumentação (P&ID), diagramas lógicos e de set points
• Modelagem desenvolvida pela empresa finlandesa VTT Energy em meados da década de 80.

Modelagem do processo nuclear

• Código SMABRE (Small Break LOCA) com modelagem do sistema de refrigeração do reator e do gerador de vapor para fluido bifásico
• Considera 25 nós axiais para cálculo do fluxo de nêutrons
• Considera um grupo de nêutrons
• Considera três grupos de nêutrons retardados
• O calor de decaimento é modelado com três fontes espaciais independentes
• O sistema das barras de controle tem quatro bancos de controle e quatro bancos de desligamento.
• Instrumentação nuclear
  • Monitores na faixa fonte
  • Monitores na faixa intermediária
  • Monitores na faixa de potência

Nodalização do SMBRE.

Sistemas simulados

Circuito primário

• Núcleo do reator
• Sistema de refrigeração do reator
• Sistema do pressurizador
• Sistema de controle químico e de volume
• Sistema de remoção de calor residual
• Sistema de resfriamento de emergência do núcleo
• Sistemas auxiliares
  • Sistema da contenção
  • Sistema de ar dos instrumentos
  • Sistema de resfriamento dos componentes
• Sistemas de proteção
• Sistema anunciador de alarmes

Circuito secundário

• Sistema de vapor principal
• Sistema da turbina
• Sistema do condensador e de condensados
• Sistema de água de alimentação
• Sistema auxiliar de água de alimentação
• Sistema elétrico

Sistema de proteção do reator

• Intertravamento de permissivos
• Intertravamento de controle
• Trip do reator: 18 sinais de entrada
• Atuação da segurança
  • Injeção de segurança
  • Isolação da contenção
  • Atuação do spray da contenção
  • Isolação da água de alimentação
  • Isolação da linha de vapor principal

Interfaces dos operadores

As telas de operação do simulador foram feitas de maneira a facilitar aos operadores a visualização dos diversos sistemas da planta bem como facilitar a navegação entre esses sistemas. Através dessas telas os operadores atuam nos controles da planta de maneira a alcançar a condição de operação desejada. Existem várias telas de operação dentre as quais podemos citar:

• Janelas de alarme
• Gráficos de tendências
• Sistema de controle da barra de controle e do sistema de controle de reatividade
• Mímicas dos sistemas
  • Overview
  • Reactor Coolant System
  • Chemical and Volume Control System
  • Residual Heat Removal System
  • Steam Supply System
  • Feedwater System
  • Condenser System
  • Electrical System

Visão geral da planta do simulador.

Interface do instrutor

Esta interface possibilita ao instrutor inserir uma condição inicial de operação bem como a inserção de incidentes e transientes no simulador. A interface do instrutor possui os seguintes controles:

• Run/Freeze: Run: executa a simulação dinâmica - Freeze: pára a simulação dinâmica
• One step: executa a simulação dinâmica somente uma vez
• Snapshot: armazena certa condição de operação, por exemplo, 100%, 75%, 50%, sincronização da turbina etc
• Initial Condition: pega certa condição de operação do snapshot
• Time scale: troca a escala de tempo: 0.1, 1, 5, 50, 150 do tempo real
• Backtrack: volta a condição de operação anterior, reinicia; intervalo de 1 minuto até máximo de 30 minutos.
• Replay: volta à condição de operação anterior com intervalo de 5 segundos até máximo de 30 minutos.
• Malfunction: inserção de 79 malfuncionamentos
• Parameter Log Setup: permite a seleção das variáveis da planta a serem armazenadas durante a simulação.

Console do instrutor.

Descrição funcional do LABIHS

O Labihs é composto por uma sala de controle e uma galeria de experimentos. O principal componente da sala de controle é o simulador associado a suas telas de operação, onde os operadores atuam para controlar a planta simulada. A galeria de experimentos propicia ao instrutor a seleção e condução do experimento e a sua avaliação posterior.

Descrição funcional do LABIHS.

Conexões físicas do LABIHS.

• Aumentar a confiabilidade de operação de usinas nucleares por meio da análise de fatores humanos e da modernização de interfaces homem/sistema
• Projetar salas de controle computadorizadas para instalações nucleares
• Experimentos em ergonomia e fatores humanos
• Projetar sistemas de suporte ao operador
• Engenharia de salas de controle
• Conceitos de salas de controle avançadas
• Treinamento de engenheiros e técnicos

Principais atividades

• Sala de controle avançada para o simulador do Labihs
• Avaliação de aspectos de ergonomia e fatores humanos em salas de controle de reatores nucleares
• Projeto e configuração de sistemas de alarmes
• Avaliação de tomadas de decisão na operação de sistemas complexos: impactos na segurança
• Avaliação da cultura de segurança em organizações que lidam com tecnologias perigosas
• Geração de redundância de sinais da planta, por software, utilizando redes neurais, para validação de sinais em sistemas de monitoração
• Projeto de sistema de identificação de transientes e acidentes em reatores nucleares usando redes neurais

Membros da equipe.