10 – Análise do resultado da correção da figura 79.

10.1 – Introdução
Os pares de fios dos detonadores da figura 79 apresentada em (COMAER, 2004) devem ser protegidos da:
10.1.1 – Acumulação da eletricidade estática;
10.1.2 – Descarga eletrostática;
10.1.3 – Indução de corrente na antena em dipolo formada pelos pinos ou fios dos detonadores não curto-circuitados e
10.1.3 – Indução de corrente na antena em “loop” formada pelos pares de fios curto-circuitados dos detonadores.
Uma das conclusões obtidas foi o projeto correto da figura 79, do relatório de investigação do acidente (COMAER, 2004), para que não tivesse ocorrido o acidente por descarga eletrostática através do explosivo primário existente entre os pinos e a carcaça dos detonadores, causada pela acumulação de eletricidade estática nos oito pares de fios curto-circuitados e eletricamente flutuantes, dos oito detonadores dos quatro propulsores do primeiro estágio do VLS-1 V03.

10.2 – Análise

Seguem abaixo a figura 79 original do relatório da investigação do acidente:

Figura 79 do relatório de investigação

e a figura 79, adaptada com as informações obtidas na tese de mestrado de (CAMPELLO, 2004), com a conexão de todos os resistores de 100 kΩ ao aterramento do Veículo (LEITE, 2013), destinados à dissipação da eletricidade estática dos dezesseis fios verticais da “linha de fogo” e dos pares de fios curto-circuitados dos detonadores:

Figura 79 Adequada às normas AFSPC MANUAL 91-710 e MIL-STD-1576.

Os 16 resistores de 100 kΩ poderiam ter sido substituídos por 2 resistores de 50 kΩ e o circuito passaria a ter a configuração apresentada no diagrama simplificado da figura 79 abaixo:

Figura 79 sem os resistores originais de 100K e com dois resistores de 50K na sala de interface

Esta seria uma solução simples e segura para evitar a acumulação da eletricidade estática no sistema elétrico de ignição dos propulsores do primeiro estágio da figura 79 e proteger os trabalhadores, pois a ligação dos resistores ao aterramento do Veículo seria facilmente visível e fácil de ser conferida, desde que existissem dois resistores de 50 kΩ com potência individual suficiente para dissipar 8 vezes a potência dissipada em cada um dos 16 resistores de 100 kΩ situados na caixa de relés e ligados aos seus respectivos fios verticais.

Se os dois resistores de 50 kΩ tivessem sido introduzidos no projeto como uma redundância em relação aos 16 resistores de 100 kΩ da caixa de relés, eles estariam disponíveis para utilização na sala de interface e o circuito dissiparia a eletricidade estática em duas condições:

10.2.1 – A primeira seria na situação real, mostrada na figura 79 abaixo, na qual os resistores de 50 kΩ estão funcionando como proteções redundantes devido ao fato de não existirem os quatro resistores de 100 kΩ dos pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento dos mesmos em conjunto com os dezesseis resistores de 100 kΩ na carcaça do Veículo:

Figura 79 com a proteção redundante de dois resistores de 50K na Sala de Interface

O resistor equivalente da associação em série dos resistores de 50 kΩ e 12,5 kΩ é 62,5 kΩ, estando portanto dentro da faixa exigida pelas normas de 10 a 100 kΩ.

10.2.2 – A segunda é a condição do projeto correto do circuito de segurança e atuação, na qual existem os quatro resistores de 100 kΩ dos pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento dos mesmos em conjunto com os dezesseis resistores de 100 kΩ na carcaça do Veículo:

Figura 79 com o projeto simplificado mas correto do circuito de segurança e atuação dos detonadores

O resistor equivalente da associação em paralelo dos resistores de 50 kΩ e 12,5 kΩ é 10 kΩ, estando portanto dentro da faixa exigida pelas normas de 10 a 100 kΩ.

Nas duas condições acima teria sido evitada a acumulação de eletricidade estática, tanto nos fios verticais da Torre de Umbilicais como nos fios curto-circuitados dos quatro detonadores AA, AB, DD e DC que foram conectados antecipadamente à “linha de fogo”, eliminando o risco de ocorrer o acidente em decorrência de descarga eletrostática entre os pinos e a carcaça dos detonadores.

10.2.3 – Para introduzirmos mais redundâncias no circuito de segurança e atuação correto acima citado, poderíamos implementar a proteção dos detonadores dentro das suas respectivas cavidades ou o mais próximo possível das mesmas, conforme mostra a figura abaixo:

Circuito de segurança e atuação com múltiplas proteções para os detonadores instalados

10.3 – No Relatório da Investigação do Acidente não existe uma justificativa para a ausência do(s):

1 – Oito resistores de 100 kΩ entre os pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento do Veículo para dissipação da eletricidade estática;

2 – Um resistor de 100 kΩ entre cada fio dos detonadores e o aterramento do Veículo

3 – Aterramento dos 16 resistores de 100 kΩ,

que parecem ser, ao mesmo tempo, um erro de projeto ou implantação do circuito e descumprimento das normas que exigem a existência dos oito resistores de 100 kΩ aterrados no aterramento do Veículo juntamente com os 16 resistores de 100 kΩ.

Mas a justificativa para a não colocação de dois resistores redundantes é com certeza o não cumprimento das normas que exigem a aplicação do princípio da redundância com dupla ou tripla falha, em função do resultado da falha ser catastrófico ou não.

10.4 – Analisemos a questão sob o ponto de vista das redundâncias existentes no sistema para prevenir e para gerar a iniciação do motor foguete do propulsor A.

10.4.1 – Redundâncias para prevenir a iniciação.

A única medida de segurança que existia para evitar o acionamento dos fios resistivos dos detonadores por corrente elétrica, era o curto-circuito entre o par de fios dos mesmos. Porém, este curto-circuito não foi aterrado por meio de um resistor de 10 a 100 kΩ no aterramento da estrutura do Veículo.

Não haviam redundâncias na segurança do propelente dos motores foguete dos propulsores A, B, C e D para prevenir a iniciação, pois não existiam nenhum dos elementos necessários disponíveis para a formação dessas redundâncias, por não terem sido previstos nos projetos ou implantados corretamente.

Seguem abaixo alguns componentes, circuitos, dispositivos, técnicas de segurança que, corretamente especificados ou projetados, poderiam ter formado essas redundâncias para prevenir o acidente:

10.4.1.1 – Instalação de pelo menos um Dispositivo Mecânico de Segurança entre o alojador dos detonadores e os ignitores dos propulsores A, B, C e D;

10.4.1.2 – Utilização de detonadores que possuíssem centelhador interno às suas carcaças;

10.4.1.3 – Instalação de um resistor de 10 a 100 kΩ entre cada um dos pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento da estrutura do Veículo;

10.4.1.4 – Aterramento dos dezesseis resistores de 100 kΩ na estrutura do Veículo;

10.4.1.5 – Adição de um resistor de 50 kΩ entre cada uma das duas extremidades dos fios da “linha de fogo”, situadas na Sala de Interface, e o aterramento da estrutura do Veículo;

10.4.1.6 – Instalação de um relé bi-estável o mais próximo possível de cada detonador para isolá-los da “linha de fogo”, juntamente com resistores de 10 a 100 kΩ a fim de dissipar a eletricidade estática dos fios da “linha de fogo” e dos detonadores para o aterramento do Veículo;

10.4.1.7 – Utilização de fios torcidos e blindados entre os pinos dos detonadores e a Sala de Interface;

10.4.1.8 – Utilização de fios torcidos sem blindagem entre a Sala de Interface e a casamata, se os aterramentos da casamata e do Veículo não fossem equipotenciais (JOFFE e LOCK, 2010);

10.4.1.9 – Instalação de um resistor de 10 a 100 kΩ entre a extremidade curto-circuitada da “linha de fogo” da casamata e o aterramento da mesma;

10.4.1.10 – Instalação de Dispositivos de Proteção contra Surtos entre cada extremidade dos pinos ou fios dos detonadores e o aterramento do Veículo;

10.4.1.11 – Instalação de Dispositivos de Proteção contra surtos entre cada extremidade dos dezesseis fios verticais existentes dentro da Caixa de Relés e o aterramento do Veículo;

10.4.1.12 – Instalação de Dispositivos de Proteção contra Surtos entre cada extremidade dos dois fios da “linha de fogo” da casamata e o aterramento da mesma;

10.4.1.13 – Instalação de uma lâmpada de Neon NE-83 entre cada um dos oito pares de fios curto-circuitados dos detonadores e o aterramento do Veículo, por meio de um resistor de 10 Ω e 1/4 W, com o objetivo de monitorar a presença de eletricidade estática com voltagem acima de 65 V e dissipar a mesma caso ela existisse;

10.4.1.14 – Instalação de um tubo na saída do jato de ar seco e ionizado expulso da capa de plástico da coifa principal, com o objetivo de retirá-lo da atmosfera do meio ambiente de trabalho na Torre Móvel de Integração e lançá-lo na atmosfera do meio ambiente externo. A rigor não deveria ter sido instalada esta fonte de eletricidade estática ao redor da coifa principal;

10.4.1.15 – O detalhamento dos itens acima encontram-se nos capítulos 2, 3 e 20 deste relatório.

10.4.2 – Redundâncias para gerar a iniciação.

10.4.2.1 – Em decorrência do que está relatado no Relatório da Investigação do Acidente abaixo transcrito:

No mesmo sentido da subestimação do risco, conta ainda a remoção dos dispositivos  mecânicos de segurança (DMS) do VLS-1.

Após o acidente com o VLS-1 V01, constatou-se que o não acendimento de um dos propulsores do primeiro estágio deveu-se ao funcionamento deficiente de um desses dispositivos.

Em conseqüência, a solução adotada foi a utilização de um novo detonador eletropirotécnico junto ao iniciador por onda de choque, compondo um sistema similar ao usado nos foguetes da série Sonda, sistema esse testado tanto no veículo de sondagem VS-40 V02 quanto no VLS-1 V02.” (COMAER, 2004) p. 70.

existiu redundância na utilização de dois detonadores para iniciar o propelente de cada propulsor, num total de dois pares de detonadores redundantes para iniciar o evento catastrófico após a instalação dos detonadores dos propulsores A e D e

10.4.2.2 – Existia redundância com relação às fontes de eletricidade estática, pois havia a presença do(a):

10.4.2.1.1 – Gradiente do Campo Elétrico Vertical existente no Meio Ambiente de Trabalho do interior da Torre Móvel de Integração, carregando os fios dos detonadores sem blindagem por indução a 13,7 m de altura com uma voltagem maior que 3 kV;

10.4.2.1.2 – Capa de plástico insuflada constantemente com ar seco e frio ao redor da coifa principal, gerando eletricidade estática por fricção do ar no plástico, na coifa e no próprio ar;

10.4.2.1.3 – Tubulação de insuflamento de ar na capa de plástico da coifa principal, gerando eletricidade estática por fricção do ar na parede interna da tubulação e no próprio ar;

10.4.2.1.4 – Ar frio e seco expulso da capa de plástico pela pressão do insuflamento em forma de jato ao redor da estrutura circular, carregado de cargas elétricas adquiridas por fricção com a:

– fonte de geração da pressão;

– parede interna da tubulação;

– a superfície interna da capa de plástico e

– superfície externa da coifa principal.

Por consequência este insuflamento de ar seco e frio contribuiu para que a atmosfera do meio ambiente de trabalho da Torre Móvel de Integração tivesse uma:

10.4.2.1.4.1 – Umidade relativa do ar menor que aquela do meio ambiente externo à mesma e

10.4.2.1.4.2 – Concentração excessiva de cargas elétricas no ar existente dentro da mesma.

10.4.2.1.5 – Vento e poeira gerando eletricidade estática por fricção na parte externa da capa de plástico da coifa principal e da tubulação de insuflamento da mesma, na superfície da estrutura do Veículo e nas capas isolantes dos fios dos detonadores, bem como

10.4.2.1.6 – Fonte de corrente alternada do medidor da resistência do aterramento ou pulsada do medidor de impedância do aterramento, gerando corrente elétrica no aterramento do Veículo por meio de contato direto com o mesmo, e corrente alternada ou pulsada por indução nas carcaças dos detonadores, no explosivo primário e seus respectivos pinos.

10.5 – Em face da inexistência do Dispositivo Mecânico de Segurança e dos elementos que formariam o sistema de redundância para prevenir a iniciação, a partir do instante da conexão antecipada dos detonadores AA, AB, DD e DC à “linha de fogo” houve a mudança da condição de SEGURANÇA do circuito de segurança e atuação de solo para a condição de ARMADO, devido ao processo de acumulação de eletricidade estática nos fios curto-circuitados dos detonadores provocada principalmente pelo aumento do gradiente do Campo Elétrico Vertical existente no Meio Ambiente de Trabalho do interior da Torre Móvel de Integração gerado pela fonte de eletricidade estática existente ao redor da Coifa Principal, vento, poeira e cargas elétricas existentes no ar.

10.6 – Portanto, a ausência de prevenção se somou a dois pares de detonadores redundantes e à eletricidade gerada pelas fontes acima citadas, gerando como resultado uma iniciação catastrófica.

10.7 – A união do conjunto vazio dos dispositivos preventivos redundantes, com o conjunto dos dois pares de detonadores redundantes e o conjunto das fontes de eletricidade resultou no evento catastrófico.

10.8 – Podemos concluir desta dedução lógica, que o princípio da redundância foi aplicado para aumentar a confiabilidade de gerar a iniciação, mas não foi aplicado para aumentar a confiabilidade da prevenção da iniciação.

10.9 – Chegamos à conclusão absurda e inadmissível que houve o favorecimento da iniciação em detrimento da prevenção da iniciação, ou seja, o princípio da redundância foi utilizado para gerar um evento catastrófico e não foi utilizado para evitá-lo. Esta conclusão é um fato, independente da razão da mesma.

10.10 – A principal razão deste fato foi a falta de elaboração de uma análise de riscos que possibilitasse a visão desta condição de insegurança total. Para a elaboração desta análise de riscos seria necessária uma análise do projeto do circuito de segurança e atuação e uma análise minuciosa dos procedimentos e tarefas compatíveis e incompatíveis sob o ponto de vista cronológico e de influência entre as mesmas. Somente após a conclusão destas análises é que deveria ter sido feito um planejamento das atividades e tarefas de montagem do VLS-1 V03.

10.11 – Sob o ponto de vista pragmático, a razão deste fato ter ocorrido foi a não submissão do CTA ao Setor de Segurança de Lançamento do CLA.

10.12 – A figura 79 acima corrigida de acordo com (CAMPELLO, 2004) e (LEITE, 2013) e com a redundância dos resistores de 50 kΩ, bastaria para evitar o acidente?

A figura 79 corrigida e correta seria necessária, mas não seria suficiente para evitar o acidente, pelo fato dela evitar apenas a acumulação de eletricidade estática no circuito de segurança e atuação. Portanto, ela eliminaria somente a possibilidade do acidente ocorrer em decorrência de uma descarga eletrostática através do explosivo de iniciação do detonador (“primer”), gerada pela acumulação de eletricidade estática nos circuitos de segurança e atuação de cada um dos detonadores (“linhas de fogo”).

10.13 – Observem que, pelo fato dos fios dos detonadores serem torcidos e sem blindagem:

10.13.1 – Os fios dos detonadores continuariam formando antenas em “loop”, susceptíveis à indução de voltagem gerada pela ação de campos eletromagnéticos com a possibilidade de geração de corrente elétrica na ponte resistiva dos iniciadores, inclusive aquelas induzidas por descargas eletrostáticas geradas em alguma parte do Veículo e descargas atmosféricas, cujo circuito abaixo evitaria tais induções:

Figura 79 - Sistema eletrico de ignicao dos propulsores do primeiro estagio adaptada com o aterramento que faltou, com dois resistores de 50K na sala de interface e dois resistores de 100K na antena em loop dos fios dos detonadores

Fonte: Figura 79 adaptada de (COMAER, 2004), utilizando o conceito de atenuação da voltagem induzida na antena em “loop” dos fios dos detonadores com a adição de um resistor de 100K em cada fio dos detonadores e conectados ao aterramento do Veículo para também dissiparem eletricidade estática, conforme apresentado em (MANHA, 2009);

10.13.2 – A cablagem umbilical dos pares de fios torcidos sem blindagem entre a torre de umbilicais e a carcaça do Veículo, continuariam formando uma antena em dipolo com uma descontinuidade na região entre os pinos e a carcaça dos detonadores, na qual continuaria havendo a possibilidade de ocorrência de um arco voltaico, decorrente da indução de corrente elétrica gerada por campos eletromagnéticos, conforme mostrado na figura abaixo;

Figura das duas antenas em loop, formadas pelo par de fios do detonador e pela torre de umbilicais, a cablagem dos detonadores e a carcaça do VLS-1 V03

10.13.3 – Os fios dos detonadores continuaram susceptíveis às descargas eletrostáticas diretas sobre si mesmos e às induções de transientes gerados por descarga eletrostáticas ocorridas nas proximidades dos mesmos;

10.13.4 – Os campos eletromagnéticos gerados pelo ramal telefônico existente no local, ao tocar a campainha prolongadamente até ser atendido, após ser atendido e deixado fora do gancho, pela utilização de telefones celulares e pela utilização de dispositivos que gerassem arcos voltaicos poderiam induzir corrente elétrica na linha de disparo.

10.13.5 –  Os testes de subsistemas emissores de energia eletromagnética poderiam induzir correntes elétricas suficientes para gerar a iniciação do explosivo do “primer”.

bem como:

10.13.6 – Os Dispositivos Mecânicos de Segurança (DMS) continuariam ausentes;

10.13.7 – As medições da resistência do aterramento do Veículo continuariam sendo realizadas de hora em hora, gerando choques elétricos nos trabalhadores quando encostavam na carcaça do Veículo e nas estruturas metálicas da plataforma durante as medições, bem como continuariam gerando interferência nas imagens gravadas em vídeo das câmeras 1, 2, 3 e 4 durante a realização das medições da resistência do aterramento. Essas interferências poderiam estar ocorrendo tanto pelos cabos das câmeras sem blindagem encostados na estrutura metálica da Torre Móvel de Integração, como pela(s) fonte(s) das câmeras caso o neutro estivesse conectado ao aterramento;

10.13.8 – A capa de plástico colocada ao redor da coifa principal, insuflada constantemente com ar frio e seco, continuaria sendo uma fonte de eletricidade estática, gerando descargas eletrostáticas diretamente na carcaça do Veículo e choques pulsados nos trabalhadores quando encostavam na carcaça do Veículo e nas estruturas metálicas da plataforma no instante das descargas;

10.14 – Continuariam existindo todas as outras não conformidades com relação à(ao):

10.14.1 – Falta de um programa de prevenção da acumulação da eletricidade estática e descargas eletrostáticas;

10.14.1.1 – Segue abaixo em vídeo um treinamento sobre “Descarga Eletrostática”, ministrado por Dan Anderson, cuja apostila encontra-se disponível em “1 How to keep ESD out of electronics“.

Dan Anderson training video

No instante 00:28:25 ele inicia a estória de um acidente com um foguete da NASA provocado por descarga eletrostática. No instante 00:30:00 ele explica a causa da iniciação do “squib” do foguete e em 00:31:30 a medida preventiva que deveria ter sido executada para evitar a ocorrência do mesmo.

Na apostila esta estória encontra-se descrita e disponível em “1.13 Dan Anderson Stories“.

Seria interessante que este vídeo fizesse parte de um programa de prevenção de descarga eletrostática dentro do IAE, principalmente para os projetistas, técnicos e engenheiros envolvidos com o projeto e montagem do VLS-1 V04, para os alunos e professores dos cursos de Engenharia Aeroespacial e Extensão Universitária em Engenharia de Armamento Aéreo do ITA, bem como para os engenheiros e técnicos da Divisão de Sistemas de Defesa e os trabalhadores que manuseiam e transportam dispositivos eletro-pirotécnicos.

10.14.2 – Projeto;

10.14.3 – Preparação e montagem;

10.14.4 – Segurança Operacional de funcionamento do CLA: (MARQUES, 1997), (MOTTA, 2004) e o Manual de Segurança do Centro de Lançamento de Alcântara disponível no CLA em 2003 (CLA, 1991).

Métodos e procedimentos de segurança em Centros de Lançamento de foguetes

10.14.5 – Proteção dos detonadores;

10.14.6 -Etc.

Bibliografia

1 – CAMPELLO, Alexandre S. Modelagem e análise comparativa da confiabilidade em sistemas de segurança e atuação com com aplicação em foguetes. 2004. 108f. Tese de mestrado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.bd.bibl.ita.br/tesesdigitais/000531953.pdf > p. 24. Acessado em 2013.

2 – COMAERRelatório da Investigação do Acidente ocorrido com o VLS-1 V03, em 22 de agosto de 2003, em Alcântara, Maranhão. 2004. Página da Internet. Disponível em < URL: http://www.defesanet.com.br/docs/VLS-1_V03_RelatorioFinal.pdf >, página 50 e 70. Acessado em 2013.

3 – JOFFE, E. B. e LOCK, K. S. Grounds for Grounding: A Circuit to System Handbook. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 2010. Página da Internet. Disponível em < URL: http://metro-natshar-31-71.brain.net.pk/articles/0471660086.pdf >, p. 153 e 971. Acessado em 2013.

4 – LEITE, H. E. Falhas técnicas no projeto do circuito de Segurança e Atuação dos propulsores do primeiro estágio do VLS-1 V03. 2013. Página da Internet. Disponível em < URL: https://dallapiazza.wordpress.com/2013/07/31/3-falhas-no-projeto-dos-circuitos-das-figuras-79-86-e-88/ >, item 3.6. Acessado em 2013.

5 – MANHA, W. D. Propellant Systems Safety. Chapter 20 in Safety Design for Space Systems. 2009. p. 664, 666 e 672.

6 – MARQUES, R. V. G. V. Métodos e procedimentos de segurança em Centro de Lançamento de Foguetes. 1997. Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Elétrica da UFMA, para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista. São Luís, Maranhão.

7 – MOTTA, A. G. Segurança no manuseio de foguete. INPE. 2004. Página da Internet. Disponível em < URL: http://mtc-m16.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/marciana/2004/10.21.10.05/doc/Seguranca.pdf >. Acessado em 2013.

8 – CLAManual de Segurança do Centro de Lançamento de Alcântara. 1991.

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About Dallapiazza

Este trabalho de pesquisa é destinado à Força Aérea Brasileira. Tem como objetivo principal orientar os atuais e futuros engenheiros, que trabalham ou pretendem trabalhar nestas atividades de lançamento de foguetes de sondagem ou veículos lançadores de satélites, sobre o projeto correto do circuito de segurança e atuação de solo, os riscos existentes e as medidas preventivas que devem ser adotadas na proteção do mesmo, a fim de torná-lo seguro e fornecer subsídios para o lançamento seguro do VLS-1 V04, bem como ser fonte de material didático sobre este assunto. É também uma homenagem ao meu tio, Brig Eng Roberto Della Piazza (1938-2013), T72 do ITA e Ex-Diretor da Diretoria de Material da Aeronáutica, cujo sobrenome correto do pai e do avô é Dallapiazza.
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