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12 a 15/09/06 Goiânia, GOPesquisa Operacional na Sociedade: Educação, Meio Ambiente e DesenvolvimentoXXXVIII SIMPÓSIO BRASILEIRO PESQUISA OPERACIONALDE

MODELO MULTICRITÉRIO DE APOIO A DECISÃO PARA CLASSIFICAÇÃO DE GASODUTOS EM CATEGORIAS DE RISCO

Anderson Jorge de Melo Brito Universidade Federal de Pernambuco

UFPE, Cx. Postal 7462, Recife – PE, 50.630-970 [email protected]

Cristiano Alexandre Virgínio Cavalcante

Universidade Federal de Pernambuco UFPE, Cx. Postal 7462, Recife – PE, 50.630-970

[email protected]

Adiel Teixeira de Almeida Universidade Federal de Pernambuco

UFPE, Cx. Postal 7462, Recife – PE, 50.630-970 [email protected]

RESUMO

Acidentes em gasodutos de gás natural, conforme apontam registros históricos internacionais, apresentam freqüentemente conseqüências de diversas dimensões, implicando em riscos que devem ser estimados e para os quais medidas mitigadoras devem ser tomadas. Nesse contexto, o presente trabalho propõe um modelo multicritério de apoio a decisão para classificação de trechos de gasodutos segundo níveis hierárquicos de risco, ajustando-se à existência de múltiplas dimensões ou critérios nos quais riscos devem ser avaliados. A metodologia desenvolvida baseou-se no método ELECTRE TRI, através do qual foi possível realizar uma designação de trechos de gasodutos a classes pré-estabelecidas de riscos, favorecendo com que ações específicas sejam direcionadas a estas categorias a fim de reduzir ao máximo possível os riscos associados aos gasodutos de gás natural.

PALAVRAS CHAVE. Gás natural. Classificação de Gasodutos. ELECTRE TRI. Apoio Multicritério à Decisão

ABSTRACT

According to international historical records, accidents in natural gas pipelines often present several dimension consequences, implicating in risks that must be estimated for the elaboration of mitigating measures. Therefore, the present paper proposes a multicriteria decision aid model for classification of pipelines sections according to hierarchical levels of risk, adapted to the existence of multiple dimensions or criteria by which risks must be evaluated. The developed methodology has been based on ELECTRE TRI method, giving the possibility to perform an assignment of pipelines sections to predefined risk classes, helping specific actions to be directed to those categories in order to reduce, as far as possible, risks related to natural gas pipelines.

KEYWORDS. Natural Gas. Pipelines Classification. ELECTRE TRI. Multi-Criteria Decision Aid.

XXXVIII SBPO [ 1229 ]


1. Introdução

O gás natural é uma fonte energética cuja disponibilidade crescente, beneficiada pelo

aumento das reservas provadas e pela expansão das redes de transporte e distribuição, têm se combinado com fatores econômicos e ambientais para torná-lo uma alternativa factível e economicamente viável para substituição de combustíveis comuns e de eletricidade (SKLAVOUNOS & RIGAS, 2006).

Diante dos esforços internacionais para mitigação das emissões de gases intensificadores do efeito estufa, o gás natural tem se apresentado como uma solução para geração energética mais limpa, visto que a queima desse gás produz menos da metade das emissões de CO2 por unidade de eletricidade gerada quando comparado com outros combustíveis convencionais (THOMAS & DAWE, 2003). Esse combustível fóssil também tem se mostrado como uma resposta rápida à crescente demanda por energia vivenciada em muitos países, dentre eles o Brasil (FERNANDES et al., 2005), que no ano de 2001, se deparou diante da mais séria crise energética da sua história: Com um parque gerador caracterizado em mais de 90% por usinas hidroelétricas, o país se viu fragilizado diante da escassez das chuvas e da necessidade realizar um amplo racionamento energético, o que despertou o governo para a necessidade de diversificação de suas fontes de energia, e o levou a incentivar o aumento da produção, do transporte e do consumo de gás natural no Brasil (PARO, 2005).

Em conseqüência dessas circunstâncias, a utilização do gás natural ganhou forças em diversos setores, conhecendo uma demanda crescente para geração de energia elétrica em usinas térmicas, para cogeração industrial, para combustão veicular e para uso residencial, dentre outras aplicações. Nesse contexto, a preocupação com o atendimento a essa demanda ganhou espaço entre as companhias transportadoras e distribuidoras de gás. Malhas de gasodutos para transporte e distribuição desse combustível, reconhecidas por Papadakis et al. (1999) como um dos mais seguros e econômicos meios de transporte de substâncias perigosas, passaram a ser instaladas, em ritmo crescente, a fim de transportarem esse combustível desde as estações de extração e processamento até o consumidor final.

Entretanto, evidencia-se que gasodutos trazem consigo , mesmo sob baixa probabilidade, riscos de acidentes que não podem ser negligenciados. Vazamentos de gás natural podem provocar, mesmo sob incerteza, severas conseqüências ao meio ambiente, à população atingida e ao desempenho financeiro das companhias responsáveis pela operação desses dutos. Isso pode ser exemplificado por ocorrências históricas, mais comuns em países onde as redes de gasodutos são mais extensas e onde o tempo de operação dessas estruturas não é recente (BARTENEV et al., 1996; MONTIEL et al., 1996).

Não obstante essa realidade, muitas empresas fazem uso de abordagens determinísticas para garantir a segurança da operação dessas estruturas (PAPADAKIS, 2000), sem lançar mão de avaliações de risco que considerem as incertezas e as múltiplas dimensões dos impactos de possíveis acidentes. Por sua vez, há na literatura abordagens que consideram apenas probabilidades relacionadas aos eventos que desencadeiam um vazamento de gás (CAGNO et al., 2000), sem entretanto considerar as conseqüências associadas, um componente fundamental do risco no que concerne à sua definição clássica proveniente da Teoria da Decisão (SOUZA, 2002). Há também trabalhos como Jo & Ahn (2002) e Jo & Ahn (2005) que abordam a avaliação de riscos enfocando riscos de fatalidades humanas, sem considerar outras possíveis naturezas de conseqüências, como impactos ambientais decorrentes de queimadas, e impactos financeiros decorrentes de multas, indenizações e faturamento cessante.

Observa-se também que decisões envolvendo riscos em gasodutos são complexas, apresentam resultados de longo prazo, envolvem aspectos muitas vezes conflitantes e não raramente são tomadas diante de informações ausentes (ALMEIDA et al., 2004; YUHUA & DATAO, 2005). Nesse sentido, este artigo propõe um modelo multicritério de apoio a decisão que se ajuste à existência de múltiplas dimensões nas quais os riscos de vazamentos de gás natural em redes de distribuição podem ser avaliados. Fazendo uso do método ELECTRE TRI (ROY & BOYSSOU, 1993), o modelo realiza a alocação de trechos de gasodutos a classes pré-



estabelecidas que correspondam a categorias hierárquicas de riscos, favorecendo a tomada de ações e medidas específicas direcionadas a estas categorias a fim de mitigar os riscos associados aos gasodutos de distribuição de gás natural. 2. O Problema

Embora a maioria dos gasodutos esteja enterrada abaixo do solo, a presença dessas estruturas transportando gás natural carrega consigo um significativo risco de danos. Falhas em gasodutos que ocasionem vazamentos e liberação de gás natural podem causar expressivas perdas econômicas (ARNALDOS et al., 1998), danos ecológicos (ZÚÑIGA-GUTIÉRREZ et al., 2002) e, sobretudo, ferimentos a seres humanos nas proximidades do local da falha, podendo provocar, não raramente, fatalidades (JO & AHN, 2002).

As repercussões destes tipos de acidentes não se restringem apenas às áreas atingidas, mas se difundem impulsionadas pelos meios de comunicação. Auxiliada por estes últimos, a opinião pública assume cada vez menos uma postura passiva diante desses incidentes, de forma que tolerância pública a acidentes e agressões ambientais decresce enquanto as responsabilidades sobre a operadora dos gasodutos quando de um vazamento de gás natural tornam-se potencialmente maiores. Segundo Papadakis et al. (1999), muitas vezes o interesse público está mais concentrado em acidentes raros, mas de grandes conseqüências, tais como os ocorridos em gasodutos, do que incidentes freqüentes e de baixo impacto.

Mesmo instalados no subsolo, e supostamente livre da ação de fatores externos atuantes na superfície, gasodutos podem ser danificados por diversas atividades, o que pode resultar, de forma imediata ou não, em graves acidentes (ARNALDOS et al., 1998). Estas atividades, caracterizadas como as principais causas iniciantes de eventos acidentais em gasodutos, podem ser classificadas em cinco categorias, a saber: interferência externa, corrosão, falhas mecânicas e defeitos de construção, movimentações de terra e desastres naturais, e causas desconhecidas (PAPADAKIS et al., 1999). Dentre estas, destaca-se a interferência externa, que se apresenta como mecanismo dominante na geração de falhas tanto em gasodutos como em oleodutos, e a corrosão, principal causa de danos em gasodutos de ferro à medida que estes envelhecem (PAPADAKIS et al., 1999; SKLAVOUNOS & RIGAS, 2006).

Segundo Montiel et al. (1996), a gravidade das conseqüências de potencias vazamentos de gás natural é acentuada pela existência de centenas de quilômetros de gasodutos em áreas de intensa atividade humana, atravessando centros urbanos, cruzando áreas de cultivo agrícola, dispondo-se paralelamente a estradas etc. Nesse sentido, Bartenev et al. (1996) salienta que à medida que o tempo de operação aumenta e a área ao redor dos gasodutos fica mais densamente povoada, mais necessário se faz o desenvolvimento de métodos para avaliação das probabilidades e das conseqüências de acidentes relativos à ruptura de dutos que transportam gás natural. Dey (2002) ressalta que essa importância cresce acompanhando a fração cada vez mais significativa da energia, demandada pelos países, que é transportada através de gasodutos, levando as economias a se tornarem mais dependentes da estável e ininterrupta operação dessas redes.

Uma importante consideração quanto à realidade das falhas em gasodutos é feita por Jo & Ahn (2005). Segundo estes autores, as probabilidades de falha em gasodutos, e conseqüentemente o risco de acidentes, variam em função de diferentes fatores ao longo da rota das tubulações, tais como as características do solo, do revestimento polimérico dos dutos, diâmetro, pressão, extensão, a presença e qualidade da proteção catódica, a idade do gasoduto etc. Adiciona-se a isso a heterogeneidade das condições de seu entorno (população, edificações, vegetação, relevo etc.) ao longo das diversas localidades pelas quais um gasoduto passa. Diante disso, medidas uniformes para mitigação de riscos tomadas ao longo de todo o trajeto de um gasoduto podem se apresentar ineficientes e ineficazes, o que implicaria, com grande probabilidade, em um emprego de recursos também ineficiente. Além disso, adicionam-se a isso restrições de orçamento, tempo e mão-de-obra por parte de companhias transportadoras e distribuidoras de gás natural, em menor ou maior intensidade.



Dessa forma, Jo & Ahn (2005) afirmam que, para avaliação de risco em gasodutos, é útil que estes últimos sejam divididos em seções à medida que variem as condições ao longo do seu trajeto. A designação ou alocação de cada trecho a uma categoria ou classe, tomando como referência os riscos de acidentes com vazamento de gás, favorecem que conjuntos categorizados de ações sejam tomados por empresas de transporte e de distribuição de gás a fim de que esses riscos sejam minimizados, como por exemplo, políticas orientadas de prevenção, supervisão e manutenção.

Nesse sentido, um ponto importante a ser observado por essas empresas é a abordagem destes riscos considerando as dimensões humana, ambiental e financeira dos seus impactos. Em um contexto marcado pela competição, pelo aumento da rigidez da legislação ambiental, e pela crescente conscientização da população quanto às questões de segurança relacionadas a este tipo de acidentes, as empresas não podem mais conceber o risco apenas sob o aspecto unidimensional de gastos financeiros ou fatalidades humanas. Precisam atender, concomitantemente aos seus objetivos, os interesses de segurança humana e preservação ambiental tanto da sociedade como do Estado.

Uma aparente dificuldade diante deste problema, por parte destas organizações, seria classificar trechos de gasodutos agregando simultaneamente riscos sobre seres humanos, riscos ambientais e riscos financeiros. Por outro lado, nem sempre haverá trechos de gasodutos que apresentem simultaneamente elevados níveis de riscos em todas estas dimensões, de forma que comparar-se-ão trechos com riscos mais elevados em uma dimensão, e menores nas outras, fazendo com que o processo de classificação torne-se ainda mais complexo.

Dessa forma, para um tratamento adequado do problema acima descrito, faz-se necessária uma abordagem metodológica capaz de tratar as múltiplas dimensões do risco associado aos gasodutos, que podem ser encaradas como múltiplos critérios ou múltiplos objetivos a atender. Essa abordagem deve fornecer subsídios para a classificação de trechos em categorias hierárquicas de risco, a fim de que, se medidas customizadas para cada trecho não forem viáveis por restrições de tempo ou custo, políticas categorizadas de prevenção, supervisão ou manutenção possam ser implementadas para a redução das conseqüências humanas, ambientais e financeiras que um acidente com uma determinada categoria de trechos possa acarretar. Dentre as abordagens que se propõem a tratar deste tipo de problema, são conhecidas as metodologias para o tratamento da problemática de classificação associadas ao Apoio Multicritério à Decisão (AMD), dentre as quais se pode destacar o ELECTRE TRI (ROY, 1985; ROY & BOYSSOU, 1993).

3. O ELECTRE TRI

O ELECTRE TRI é um método de sobreclassificação que faz parte de uma família de métodos de Apoio a Decisão desenvolvidos por Bernard Roy e colaboradores (ROY, 1985), e que foi elaborado para suporte no tratamento de problemas em que se deseja realizar a designação de um conjunto de alternativas a um conjunto ordenado de categorias definidas a priori, com base em múltiplos critérios (DIAS & MOUSSEAU, 2002).

Formalmente, a problemática de classificação refere-se à designação de um conjunto finito A = {a1, a2, a3,..., an} de n alternativas a q diferentes classes pré-definidas (C1, C2, C3,..., Cq), a partir da descrição e caracterização dessas alternativas por um conjunto G = {g1, g2, g3,..., gm} de m diferentes critérios. Para efeitos de nomenclatura, a performance ou desempenho da alternativa ai no critério gj pode ser denotada por gji, o que conseqüentemente permite considerar cada alternativa como um vetor ai = (g1i, g2i, g3i,...,gmi). Cada categoria ou classe Ck (k = 1, 2, 3,..., q) é definida através de dois perfis de referência: rk, que delimita a categoria superiormente; e rk-1, que delimita a categoria inferiormente. Esses perfis de classe correspondem a ações (no caso do problema em questão, trechos de gasodutos) virtuais ou hipotéticas que representam um padrão de entrada em uma determinada classe. Assim, é necessário que o decisor estabeleça os perfis de referência r0 , r1 , r2 , ..., rq , tais que, com exceção do primeiro e do último, cada um constitua o limite superior de uma categoria e o limite inferior da categoria subseqüente (DIAS & MOUSSEAU, 2002; ZOPOUNIDIS & DOUMPOS, 2002). Com isso, para o contexto onde as



preferências crescem com o aumento da ordem das classes, r0 deve ser em todos os critérios pior do que qualquer alternativa a classificar, rq deve ser melhor do que qualquer alternativa, e cada referência rk deve ser melhor do que a referência rk-1 anterior, como está ilustrado na Figura 1.

Figura 1 – Esquema dos perfis e da delimitação das categorias em um problema de classificação

Fonte: Adaptado de Dias & Mousseau (2002)

A fim de alocar cada alternativa a uma categoria, o ELECTRE TRI faz uso do conceito de sobreclassificação ou prevalência, a partir do qual é construída uma relação binária entre uma alternativa a e uma perfil rh, dada por a S rh, que vai ser validada ou invalidada. Diz-se que a S rh, ou “a sobreclassifica rh”, quando há argumentos suficientes para sustentar que “a é ao menos tão boa quanto rh ”, ou “a não é inferior a rh

” (DIAS & MOUSSEAU, 2002). Para validar a afirmação de que a S rh, segundo Mousseau et al. (2001), duas condições

devem ser verificadas:

− Concordância: a fim de que a relação de sobreclassificação a S rh seja aceita, uma maioria suficiente de critérios deve estar a favor desta relação. Para avaliar isso, constrói-se no ELECTRE TRI um índice de concordância para cada critério e um índice de concordância global inter-critérios;

− Não-Discordância: quando a condição de concordância é atendida, nenhum dos critérios da “minoria discordante” deve se opor à assertiva a S rh de uma forma muito intensa. A fim de verificar isso, constrói-se para cada critério um índice de discordância em relação à afirmação de que a S rh .

Para determinar esses índices, se a vantagem de uma alternativa a em relação a um perfil rh

em um dado critério gj for denominada como Δj, de tal forma que (DIAS & MOUSSEAU, 2002):

⎩⎨⎧

−−

=Δ),()(),()(

agrgrgag

jhj

hjjj

(1)

Então, para cada critério, calcula-se o índice de concordância em relação a a S rh, como segue

na expressão (2) abaixo:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−Δ+=

)]()(/[])([01

),(

hjhjjhj

hj

rqrprprac

(2)

Nesta expressão, qj(rh). e pj(rh) são limiares de indiferença e de preferência, respectivamente. Calculados os índices de concordância para cada critério gj, os mesmos são então agregados

em um índice de concordância global, que expressa em que extensão as avaliações de a e rh são concordantes à proposição a S rh. Este índice é obtido conforme a expressão (3):

Se )( hjj rq−≥Δ

Se )( hjj rp−<Δ

Caso Contrário.

Se o critério gj for para maximização; Se o critério gj for para minimização.



∑

∑

=

== n

jj

n

jhjj

h

w

racwrac

1

1),(

),(

(3)

Onde wj representa o peso ou grau de importância do critério gj. Após isso, semelhantemente ao cálculo do índice de concordância, obtém-se para cada critério gj o índice de discordância em relação a a S rh, calculado através da expressão (4) abaixo (DIAS & MOUSSEAU, 2002):

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−−Δ−=

)]()(/[)]([10

),(

hjhjhjj

j

rprvrpbad

(4)

Nesse índice, o valor da discordância é total se a desvantagem (-Δj,) exceder um limiar vj(rh), denominado limiar de veto. Diz-se então que a discordância dj(a,b) “veta” a afirmação “ a S rh

”. A partir do índice de concordância global e dos índices de discordância em cada critério,

obtém-se por fim um índice de credibilidade da afirmação a S rh através da expressão (5):

),(max),()],,(1[),(),(},...,1{

maxmaxhjnjhhhh radradonderadracra

∈=−⋅=σ (5)

Caso em algum critério a desvantagem (-Δj,) exceda o limiar de veto vj, então o índice de credibilidade passa a ser nulo.

Com isso, concluímos que a afirmação a S rh é válida se e apenas se, o índice de credibilidade for maior ou igual a um limiar de corte λ, ou seja (6):

λσ ≥⇔ ),( hh rarSa (6)

Onde ]1;5,0[∈λ , como pode ser visto em Roy & Boyssou (1993). Nesse sentido, a designação da ação ou alternativa a pertencente ao conjunto de alternativas

A processa-se através da comparação de a com os perfis de referência rh, avaliando-se a veracidade da relação a S rh pelo processo acima descrito. Segundo o procedimento pessimista, mais utilizado na prática (DIAS & MOUSSEAU, 2002), aloca-se a alternativa a à mais alta categoria Ch tal que a sobreclassifique rh-1 e seja sobreclassificada por rh. Em outras palavras (7):

λσλσ <≥⇔→ − ),(),( 1 hhh raeraCa (7)

4. O Modelo de Decisão Proposto

O modelo de decisão em questão é proposto para apoiar um decisor ou um grupo de decisores de uma companhia de distribuição de gás natural na designação de trechos de gasodutos a categorias hierárquicas de riscos. Neste problema, conforme sugerem Jo & Ahn (2005), o conjunto discreto de alternativas A = {a1, a2, a3,..., an} é formado por todos os trechos ou segmentos em que um gasoduto possa ser dividido, ou em que uma rede de gasodutos possa ser teoricamente seccionada. Estes segmentos devem apresentar características uniformes no que tange a aspectos como diâmetro, pressão, área de localização e outros aspectos que sejam considerados relevantes pela companhia de gás. A cada mudança em qualquer um destes fatores, de maneira que se configurem novas circunstâncias operacionais, estruturais ou ambientais (o que traria como conseqüência diferentes riscos de impacto em relação aos demais trechos da tubulação), um novo trecho de gasoduto deve ser individualizado.

Se )(rhjj p≤Δ−

Se )(rhjj v>Δ−

Caso contrário.



Uma análise ampla do problema em questão, auxiliada por um conjunto de publicações abordando riscos em gasodutos de transporte e distribuição de gás natural, corrobora a existência de diversas dimensões nas quais riscos de acidentes com vazamento de gás podem ser avaliados. Estas avaliações podem ser agrupadas em três principais dimensões ou critérios de riscos delineados na literatura (DEY, 2002; YUHUA & DATAO, 2005), a saber:

− Riscos sobre Seres Humanos; − Riscos Ambientais e − Riscos Financeiros.

Estas dimensões distintas de risco correspondem aos critérios à luz dos quais os trechos de uma rede de gasodutos em estudo serão avaliados e designados a categorias. O primeiro critério corresponde a riscos de ferimentos ou fatalidades que podem ocorrer, em maior ou menor grau, à população residente, transeunte, aos trabalhadores que realizam a operação ou manutenção do gasoduto, e às demais pessoas que estejam na área circunvizinha ao ponto de ruptura ou de furo do trecho em que ocorra um vazamento de gás natural (JO & AHN, 2005). Visto que deve ser evitado qualquer tipo de dano físico à população, as conseqüências associadas a cada trecho nesta categoria podem ser estimadas pelo número de pessoas atingidas fisicamente, seja resultando em morte ou mesmo ferimentos, uma estimação conservadora que é satisfatória quando os objetos de impacto são seres humanos.

Os riscos ambientais estão associados aos danos ao meio ambiente provocados por todos os possíveis cenários de acidentes decorrentes de um vazamento de gás natural (ZÚÑIGA-GUTIÉRREZ et al., 2002). Assim como os riscos humanos, os efeitos de possíveis queimadas sobre a vegetação, sobre a integridade de espécies animais e sobre o equilíbrio da biodiversidade de uma região são praticamente inexprimíveis por cifras monetárias. Uma medida para a avaliação do desempenho de cada alternativa (trecho) neste critério é a extensão em hectares de vegetação destruída, que está relacionada à profundidade dos impactos ambientais provocados por esse tipo de acidente (ZÚÑIGA-GUTIÉRREZ et al., 2002). Deve-se observar que a fiscalização com respeito aos aspectos ambientais está cada vez mais rigorosa, e nesse sentido, acidentes de grandes proporções podem impossibilitar a instalação de novos trechos, o que é extremamente negativo especialmente no contexto brasileiro, onde a expansão da rede de gasodutos faz-se necessária para atender a uma demanda energética cada vez mais crescente (FERNANDES et al, 2005).

O terceiro e último critério do modelo proposto corresponde aos riscos financeiros, que podem sofrer estimação monetária direta. Estes correspondem à perda esperada de receitas por interrupção do fornecimento, aos gastos esperados com a substituição e com a instalação de novas tubulações, aos prejuízos associados com a recuperação de edificações, a indenizações por mortes ou por danos físicos a pessoas atingidas, a multas por danos ambientais etc. Estes riscos, embora sejam eticamente os menos importantes, são aqueles sentidos mais diretamente nos cofres das companhias de gás, podendo comprometer, a depender das proporções, o desempenho financeiro destas empresas, correspondendo ao terceiro critério à luz do qual os trechos podem ser avaliados.

Considerando o risco de um evento como a probabilidade de ocorrência do evento multiplicada pela conseqüência do mesmo, definição que está mais próxima dos conceitos fundamentados na Teoria da Decisão (SOUZA, 2002), para o cálculo dos riscos associados a cada trecho de gasoduto, em cada critério, pode-se proceder como se segue: Assumindo que uma companhia de gás esteja interessada em avaliar estes riscos em uma situação presente, para a qual podem ser razoavelmente desconsideradas mudanças nas taxas de falha das tubulações em função do tempo, e que valores específicos de conseqüências, por simplificação, estão associados a um conjunto finito de cenários de acidentes cogitados por um decisor de uma companhia de distribuição, o risco em cada critério e para cada trecho poderá ser estimado por (8):

∑=

×=s

ingining CSpR

1

)( (8)



Onde:

− p(Sni) corresponde à probabilidade de ocorrência do cenário de acidente Si no trecho n; − Cngi às conseqüências humanas, ambientais ou financeiras decorrentes da ocorrência do

cenário Si no trecho n do gasoduto; − s corresponde ao número de cenários considerados pelo decisor; − e Rgn ao risco humano, ambiental ou financeiro decorrente do vazamento de gás no trecho n.

No contexto do modelo ora proposto, a determinação de categorias ou classes de risco (C1, C2, C3,..., Cq), para a classificação de trechos de gasodutos deve depender fundamentalmente da percepção que o decisor ou que os decisores possuem dos diferentes níveis de risco associados aos seus gasodutos, da disponibilidade de recursos, bem como do número de diferentes estratégias, políticas e medidas que a companhia possui para designar entre as categorias. Dessa forma, trechos de gasodutos podem ser divididos em classes de risco como “risco crítico, alto risco, médio risco, e baixo risco”,“alto risco, médio risco e baixo risco”, ou outras variantes de classes hierárquicas, conforme as necessidades e o contexto de cada companhia e de cada rede de gasodutos.

Após a definição das classes, tomar-se-ão perfis rk como vetores cujas coordenadas correspondem ao desempenho do perfil em cada um dos três critérios seguintes: riscos sobre seres humanos (Rh), riscos ambientais (Ra) e riscos financeiros (Rf). Tem-se, portanto, rk = (rkh, rka, rkf), onde rk é o limite superior da categoria Ck e o inferior da categoria Ck+1. Nesse sentido, os perfis r0 e rq correspondem à alternativa ideal e anti-ideal, respectivamente.

No tocante à determinação dos perfis, deve-se salientar que esta não deve ser realizada de maneira automática, mas deve ser feita com bastante cuidado pelo decisor visto que os procedimentos de classificação dependem grandemente destes padrões. Para o modelo proposto, como sugerem Jacquet-Lagrèze & Siskos (2001), os perfis de referência corresponderão a alternativas fictícias que caracterizem bem as fronteiras que dividem as categorias hierárquicas de risco. Estes perfis podem corresponder a trechos de outros gasodutos, da mesma companhia ou de outra empresa, cujos desempenhos nos três critérios são tomados como referência para a categoria.

Considerando-se o conjunto de critérios do modelo, pode-se afirmar que a preferência decresce com o aumento de valor em cada critério, conforme ilustrado na Figura 2 abaixo:

Figura 2 – Esquema dos perfis e das categorias para os três critérios de avaliação (Rh, Ra, Rf) do modelo

Fonte: Adaptado de Dias & Mousseau (2002)

No que diz respeito à agregação dos desempenhos (riscos) de cada trecho nos três critérios acima, a soma ponderada dos riscos dos trechos em cada critério apresenta, dentre outras desvantagens, a restrição de não se adequar a grandezas que, como conseqüências esperadas, apresentam unidades de medida diferentes. Além disso, esse mecanismo de agregação aditiva admitiria compensação de desempenhos extremos, podendo camuflar alternativas pouco balanceadas. Dessa forma, o uso de uma metodologia multicritério de sobreclassificação se torna útil para avaliar cada alternativa à luz dos critérios acima apresentados. Nesse sentido, o ELECTRE TRI, amplamente utilizado em problemas de classificação, apresenta-se como um método particularmente aplicável, visto que o mesmo é apropriado para a construção e exploração de relações não compensatórias de sobreclassificação, fornecendo, conforme



procedimento apresentado na Seção 3, a designação de cada trecho de gasoduto a uma das categorias hierárquicas de risco estabelecidas a priori. 5. Uma Aplicação com ELECTRE TRI

Com o propósito de ilustrar o modelo proposto, será realizada nesta seção uma aplicação do modelo de classificação, utilizando o ELECTRE TRI, de trechos de gasodutos em categorias de riscos de acidentes decorrentes de vazamentos de gás natural.

O problema é vivenciado por uma companhia hipotética de distribuição de gás natural, que dividiu os seus gasodutos em trechos de características homogêneas e distintas dos trechos vizinhos, e deseja classificá-los em quatro classes de risco, a fim de que ações categorizadas para a mitigação destes riscos sejam tomadas adequadamente aos riscos associados a cada categoria. Estas classes, segundo níveis decrescentes de risco, foram denominadas de: Risco Crítico, Alto Risco, Médio Risco e Baixo Risco.

As alternativas do problema, que correspondem aos trechos decorrentes de uma segmentação teórica dos seus gasodutos, estão ilustradas abaixo na Tabela 1, bem como os seus respectivos desempenhos nos critérios Riscos sobre Seres Humanos, Risco Ambientais e Riscos Financeiros:

Tabela 1 – Avaliação dos trechos nos três critérios do modelo (Valores tipicamente ilustrativos)

Alternativa Rh Ra Rf Trecho 1 3,30E-03 5,00E-04 1,20E+03 Trecho 2 4,40E-03 1,00E-03 7,40E+02 Trecho 3 2,10E-04 3,20E-04 1,60E+02 Trecho 4 3,90E-03 1,40E-04 2,30E+02 Trecho 5 3,70E-04 1,50E-04 2,20E+02 Trecho 6 5,50E-04 2,20E-03 1,30E+03 Trecho 7 6,70E-03 5,10E-04 9,60E+02 Trecho 8 9,40E-05 1,70E-04 2,60E+02 Trecho 9 4,10E-03 4,00E-04 2,90E+02 Trecho 10 1,60E-03 2,70E-04 1,70E+02

Os valores apresentados na Tabela 1 correspondem ao conjunto de três desempenhos associados a cada trecho em que foi dividida a rede de gasodutos. No critério Riscos sobre Seres Humanos, estes desempenhos correspondem ao valor esperado do número de pessoas atingidas; No critério Riscos Ambientais, ao valor esperado em hectares da área de vegetação destruída; por sua vez, no critério Riscos Financeiros, os desempenhos correspondem ao valor esperado do montante de prejuízos financeiros decorrentes de um vazamento de gás natural.

A partir de então, a empresa procedeu à determinação dos perfis-padrão. Estes perfis representavam, para a companhia, alternativas cujos desempenhos distinguiam duas classes consecutivas. Os 3 padrões para os perfis de classe que dividiram as 4 categorias de risco estão representados na Tabela 2 abaixo.

Tabela 2 – Padrões de referência para os perfis de classe

Perfis Rh Ra Rf

r1 – distingue Baixo Risco (C1) de Médio Risco (C2) 1,00E-04 2,00E-04 2,00E+02 r2 – distingue Médio Risco (C2) de Alto Risco (C3) 4,00E-04 5,00E-04 5,00E+02 r3 – distingue Alto Risco (C3) de Risco Crítico (C4) 6,50E-03 1,00E-03 1,00E+03

A fim de realizar o processo de agregação dos desempenhos entre os três critérios, os decisores da companhia determinaram os parâmetros que modelam, da melhor forma, seus comportamentos frente aos desempenhos de cada trecho e perfil em cada critério, estabelecendo



também o peso destes últimos. Estas informações estão esquematizadas na Tabela 3, onde são apresentados os limiares de preferência, indiferença e veto associados a cada perfil de referência de classe, assim como o peso para cada critério.

Tabela 3 – Parâmetros do processo de agregação

Critério Peso Parâmetro r1 r2 r3

qh(ri) 5,00E-04 8,00E-04 1,00E-03 ph(ri) 1,00E-03 1,00E-03 5,00E-03 Rh 0.5 vh(ri) 7,00E-03 7,50E-03 1,00E-02 qa(ri) 5,00E-04 1,00E-03 2,50E-03 pa(ri) 1,00E-02 5,00E-03 5,50E-03 Ra 0,15 va(ri) 5,00E-02 7,00E-02 8,50E-02 qf(ri) 0,00E+00 5,00E+01 1,00E+02 pf(ri) 5,00E+01 1,00E+02 3,00E+02 Rf 0,35 vf(ri) 1,00E+04 1,50E+04 2,00E+04

Seguidas estas etapas, realizou-se então o procedimento de classificação propriamente dito, que consistiu na comparação dos 10 trechos, um a um, com os perfis de referência das classes. Isto pôde ser feito através da comparação dos índices de credibilidade σ(a,rh) obtidos com a aplicação do ELECTRE TRI, utilizando para isso um limiar de corte λ fixado em 0,76. Como resultado dessa etapa, os trechos ou alternativas, um a um, foram posicionados entre os perfis de referência, como pode ser visto na Tabela 4.

Tabela 4 – Índices de credibilidade e classe de risco indicada para cada trecho de gasoduto

σ(a,rh) r1 r2 r3 Categoria Indicada Trecho 1 0,09500 0,09923 0,36168 Risco Crítico Trecho 2 0,06537 0,07385 0,23461 Risco Crítico Trecho 3 1,00000 1,00000 1,00000 Baixo Risco Trecho 4 0,15467 0,28462 0,65000 Risco Crítico Trecho 5 0,86000 1,00000 1,00000 Baixo Risco Trecho 6 0,56022 0,57139 0,62360 Risco Crítico Trecho 7 0,01000 0,02077 0,10200 Risco Crítico Trecho 8 0,64935 0,93000 1,00000 Médio Risco Trecho 9 0,07500 0,11846 0,62500 Risco Crítico Trecho 10 0,45833 0,46154 0,93750 Alto Risco

Observa-se, nesta tabela, que 6 dos 10 trechos foram classificados como pertencentes à categoria de Risco Crítico, visto que os mesmos apresentam, comparativamente aos perfis de referência estabelecidos pelo decisor, elevados níveis de risco nos três critérios do modelo. Adiciona-se a isso a adoção de um valor conservador para o limiar de corte λ, o que é adequado para problemas de decisão envolvendo riscos de diferentes dimensões e grandezas, sobretudo riscos sobre a vida humana.

Nesse sentido, o modelo se mostrou eficaz em sua proposta de alocar cada alternativa a uma categoria, embora análises de sensibilidade sobre os limiares e os pesos sejam úteis para auxiliar os decisores de cada companhia a compreender melhor a dinâmica da conjugação dos múltiplos riscos associados a cada trecho de gasoduto, e a avaliar a robustez dos resultados que vierem a ser obtidos.



6. Conclusões

Este artigo teve o objetivo de propor um modelo de Apoio Multicritério a Decisão para classificação de gasodutos de distribuição quanto aos riscos de acidentes decorrentes de vazamentos de gás natural. Tais acidentes, embora de baixa probabilidade, podem acarretar severas conseqüências sobre seres humanos, sobre o meio ambiente e sobre o desempenho financeiro da companhia de distribuição de gás, o que fica evidenciado à medida que o tempo de operação destas estruturas aumenta, que a dinâmica populacional na área onde elas estão localizadas se intensifica, e que registros históricos de falha são armazenados e disponibilizados para análise.

Diante de diversas abordagens ora determinísticas, ora abordando o risco apenas como probabilidades, ou considerando apenas a dimensão humana ou financeira destes riscos, o modelo de decisão apresentado neste trabalho se propôs a auxiliar o processo decisório em questão tratando o problema a partir de uma perspectiva multicritério. Buscou-se fornecer uma visão mais ampla do conjunto de dimensões que os riscos assumem devido às suas possíveis conseqüências sobre a sociedade, sobre o ambiente e sobre as finanças da companhia distribuidora.

Para a construção do modelo, foi utilizado o método ELECTRE TRI, amplamente utilizado em problemas de classificação, permitindo-se construir e explorar relações de sobreclassificação a fim de alocar trechos de gasodutos a classes hierárquicas de riscos. Em uma aplicação deste modelo, os trechos dos gasodutos de uma companhia distribuidora foram alocados, um a um, a um conjunto de quatro categorias de risco, considerando os critérios referentes às três dimensões de impacto abordadas no modelo.

Com isso, objetivou-se fornecer contribuições para a elaboração de medidas de gerenciamento, supervisão e manutenção orientadas às características de cada categoria de riscos a fim de que esses últimos possam ser minimizados, um desafio relevante diante da contínua expansão destas redes. 7. Referências. Bibliográficas

Almeida, A.T., Cavalcante, C. A. V. e Brito, A. J. M. Revisão bibliográfica relacionada à aplicação de metodologia multicritério em problemáticas envolvendo o gás natural, Relatório Técnico, Universidade Federal de Pernambuco, 2004, 16p.

Arnaldos, J., Casal, J., Montiel, H., Carricondo, M. e Vilchez, J.A. (1998), Design of a computer tool for the evaluation of the consequences of accidental natural gas releases in distribution pipes. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 11, 135-148,.

Bartenev, A. M., Gelfand, B.E., Makhviladze, G.M. e Roberts, J. P (1996), Statistical analysis of accidents on the Middle Asia-Centre gas pipelines. Journal of Hazardous Materials, 46, 57-69.

Cagno, E., Caron, F., Mancini, M. e Ruggeri, F. (2000), Using AHP in determining the prior distributions on gas pipeline failures in a robust Bayesian Approch, Reliability Engineering & System Safety, 67, 275-284.

Dey, P. K. (2002), An Integrated assessment model for cross-country pipelines, Environmental Impact Assessment Review, 22, 703-721.

Dias, L. C. e Mousseau, V. (2002), IRIS: um SAD para problemas de classificação baseado em agregação multicritério, Anais da III Conferência da Associação Portuguesa de Sistemas de Informação, Coimbra, Novembro de 2002, 20-22.

Fernandes, E., Fonseca, M. V. A. e Alonso, P. S. R. (2005), Natural gás in Brazil’s energy matrix: demand for 1995-2010 and usage factors, Energy Policy, 33, 365-386.



Jacquet-Lagrèze, E. e Siskos, Y. (1982), Assessing a set of additive utility functions for multicriteria decision making: The UTA method, European Journal of Operational Research, 10, 151-164.

Jo, Y.D. e Ahn, B.J. (2002), Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 15, 179-188..

Jo, Y.D. e Ahn, B.J. (2005), A method of quantitative risk assessment for transmission pipeline carrying natural gas, Journal of Hazardous Materials, A123, 1-12.

Montiel, H., Vílchez, J. A., Arnaldos, J. e Casal, J. (1996), Historical analysis of accidents in the transportation of natural gas, Journal of Hazardous Materials, 51, 77-92.

Mousseau, V., Figueira, J. e Naux, J-Ph. (2001), Using assignment examples to infer for ELECTRE TRI method: Some experimental results, European Journal of Operational Research, 130, 263-275.

Papadakis, G. A., Porter, S. e Wettig, J. (1999), EU initiative on the control of major accident hazards arising from pipelines, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 12, 85-90.

Papadakis, G. A. (2000), Assessment of requirements on safety management systems in EU regulations for the control of major hazards pipelines, Journal of Hazardous Materials, 78, 63-89.

Paro, A. C. Estudo da contribuição do gás natural no setor elétrico: Uma análise de cenários de sua expansão nos setores de geração termelétrica, cogeração e residencial, Mestrado – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo/USP, São Paulo, 88p.,2005.

Roy, B. Méthodologie Multicritère d’aide à la decision, Economica, Paris, 1985.

Roy, B. e Boyssou, D. Aide multicritère à la décision: Méthode et cas, Economica, Paris, 1993.

Sklavounos, S. e Rigas, F. (2006), Estimation of safety distances in the vicinity of fuel gas pipelines, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 19, 24-31.

Souza, F.M.C. Decisões racionais em situações de incerteza, Ed.Universitária, Recife, 2002.

Thomas, S. e Dawe, R. A. (2003), Review of ways to transport natural gas energy from countries wich do not need the gas for domestic use, Energy, 28. 1461-1477.

Yuhua, D. e Datao, Yu. (2005), Estimation of failure probability of oil and gas transmission pipelines by fuzzy fault tree analysis, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 18, 83-88

Zopounidis, C. e Doumpos, M. (2002), Multicriteria classification and sorting methods: A literature review, European Journal of Operational Research, 138, 229-246.

Zuñiga-Gutiérrez, G., Arroyo-Cabrales, J., Lechuga, C. e Ortega-Rubio, A. (2002), Environmental quantitative assessment of two alternative routes for a gas pipeline in Campeche, Mexico, Landscape and Urban Plannig, 59, 181-186.


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