VIABILIDADE TÉCNICA, ECONÔMICA E
AMBIENTAL DA IMPLANTAÇÃO DE UM
IRRADIADOR DE MATERIAIS
Eliane Freitas de Faria
Janine Gandolpho da Rocha
Paula Caldas Barros
Mário de Sá Campello Faveret
Sérgio Machado Corrêa
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Estr. Resende/Riachuelo, s/n.º - Morada da Colina Resende – RJ e-mail: crr@uerj.br
ABSTRACT
The purpose of this project is to make a technical, economic and environmental study,
looking for introduction of a Materials Radiation Processing in INB, promoted by 60Co
radioisotope with sterilizing and desinfestation of stuffs by β and γ radiation. The foodstuffs
treatment by ionizing radiation is one of the most important application of the nuclear energy. It also increase the life time of the materials, avoiding the use of chemical, additives and fumigations. The irradiation technology has it´s market on the sterilization of medical stuffs and to preserve the raw material vegetal and animal (fruits, cereals, meats, etc.), aiming to reduce losts of transportation and to obtain best quality and so better prices. The process is based in transport the stuffs (packed or not) through the irradiation chamber, being exposure to a irradiation field in a accurate controled proccess. The technical, economical and environmental feasibility study is based on security standards and procedures used by INB which is a nuclear industry.
RESUMO
Este projeto apresenta um estudo da viabilidade técnica, econômica e ambiental, visando a
implantação de um Irradiador de Materiais na INB, onde o isótopo de Cobalto 60 (60Co) promove,
por irradiação beta (β) e gama (γ), esterilização, desinfestação e descontaminação de materiais. A
conservação de alimentos por irradiação constitui-se numa das mais importantes aplicações da energia nuclear. Além de prolongar a vida dos produtos, dispensa o uso de aditivos, preservativos químicos e fumigações. A tecnologia de irradiação tem o seu principal mercado voltado para a esterilização de materiais médico-descartáveis e para preservar matérias-primas de origem vegetal e animal (frutas, cereais, carnes etc.), a fim de reduzir perdas com transporte e armazenagem, conseguindo melhor qualidade e preço. O processo em termos gerais se baseia em transportar produtos (embalados ou a granel) na câmara de irradiação através de um sistema de esteiras, sendo submetidos a um campo de irradiação num ritmo controlado. O estudo da viabilidade técnica, econômica e ambiental do projeto se apoia no grande número de padrões de segurança e procedimentos utilizados pela INB, que é uma empresa da área nuclear.
PALAVRAS CHAVE:
esterilização de materiais, descontaminação de alimentos, estudode viabilidade.
INTRODUÇÃO
Este artigo é fundamentado no projeto final de graduação de Eliane Freitas, Janine Gandolpho e Paula Caldas, do curso de Engenharia de Produção da Universidade do Estado do Rio de Janeiro em Resende, orientado pelos professores Mário Faveret, Sérgio Corrêa e Sinésio Marques, apresentado em dezembro de 1998.
Foi realizado um estudo da viabilidade de implantação de uma planta de irradiação cujo produto irradiado seria o frango resfriado (fresco), com localização presumida no eixo Rio-São Paulo, próximo aos principais mercados consumidores.
As viabilidades técnica e ambiental apoiam-se em um grande número de padrões de segurança e procedimentos já existentes para fontes seladas e também se baseiam nas inúmeras unidades de irradiação que já operam no mundo.
A IRRADIAÇÃO DE MATERIAIS
A eliminação de microrganismos por irradiação é conhecida desde 1896 e vem sendo usada cada vez mais na esterilização e na preservação de materiais.
A maior aplicação deste processo está na possibilidade de se alcançar um controle da contaminação microbiológica. Isto é, podemos obter a esterilização de um produto que é a ausência de microrganismos, ou a desinfestação, que é a redução do número de microrganismos até um nível compatível com a utilização final do produto.
A esterilização de alimentos com raios γ, além de prolongar a vida dos produtos, dispensa o
uso de aditivos, preservativos químicos e fumigações tornando-os isentos de microorganismos indesejáveis. A irradiação não só propicia a elevação da quantidade de produtos exportados como também contribui para diminuição de perdas diversas cujos índices variam de 23% (grãos) a 36% (hortigranjeiros).
Trata-se de um processo de alta confiabilidade, simplicidade e custo competitivo quando comparado a outros processos. Além disso, este processo não deixa resíduos tóxicos nem radioativos. Os microrganismos são mortos pela destruição de uma molécula vital ou pela ação de compostos que resultam da ação da radiação.
A quantidade de radiação absorvida ou dose absorvida é medida pela quantidade de energia que a radiação libera no meio com o qual interage. No sistema internacional a unidade de medida é chamada de Gray (Gy) e corresponde a energia absorvida de 1 Joule/Kg.
O processo permite irradiar de forma homogênea volumes relativamente grandes. Isto permite o processamento de materiais em sua embalagem final, sem necessidade de expô-los ao meio ambiente, uma vez que a embalagem não será obstáculo à penetração da radiação, mas sim impermeável a microrganismos. Nesse sentido a embalagem pode ser de plástico ou de papel.
APLICAÇÕES
Existem cinco áreas de atuação diferentes no Brasil:
1. esterilização de material médico-cirúrgico descartável;
2. esterilização ou descontaminação de matérias primas diversas;
3. fabrico de madeira acrílica;
4. intensificação de cor em pedras preciosas;
5. A prospecção de outros campos para utilização de radiação γ do 60Co abrange também a:
• esterilização ou descontaminação de turfa para inoculação de microorganismos ;
• descontaminação de rolhas para engarrafamento de vinho;
• descontaminação de drogas e medicamentos diversos;
• descontaminação de solos para o plantio de flores especiais;
• descontaminação de ervas e especiarias;
• descontaminação de alimentos;
• descontaminação de obras de arte.
A irradiação de alimentos é a mais importante aplicação do processo de irradiação. Vários alimentos já foram submetidos a irradiação com sucesso.
Relação de alimentos que podem ser submetidos ao tratamento por irradiação: Arroz Farinha de Trigo Batata Especiarias Cebola Mamão Feijão Morango Milho
Peixe e Produtos de Peixe Trigo
A irradiação de alimentos vem sendo utilizada em larga escala e já foi autorizada em diversos países: África do Sul Alemanha Ocidental Alemanha Oriental Argentina Austrália Bangladesh Bélgica Brasil Bulgária Canadá Checoslováquia Chile China Dinamarca Filipinas França Holanda Hungria Índia Israel Itália Iugoslávia Japão N. Zelândia Noruega Polônia Reino Unido Tailândia Uruguai
A irradiação de alimentos no Brasil foi aprovada pelo Decreto 72718/1973, do Ministério da Saúde ( Diário Oficial 300873, pg. 8665). A Norma de Irradiação de Alimentos foi aprovada pela Comissão Nacional de Energia Nuclear( CNEN ) na Resolução 05/1980 (Diário Oficial 260980, pg. 19921). A portaria DINAL ( Divisão Nacional de Vigilância Sanitária de Alimentos ) n º 9, de 08 de março de 1985 regulamentou o assunto, fato publicado no Diário Oficial de 13 de março de 1985, às páginas 4420 e 4421.
O IRRADIADOR
As fontes de 60Co são encapsuladas em aço inoxidável e colocadas numa moldura que
quando não estão sendo usadas, ficam mergulhadas num tanque de 6 metros de profundidade, não entrando em contato direto com o material processado.
A dose de radiação que o material recebe é medido em rad sendo 1 Krad =10 Gy. O material irradiado recebe uma dose de radiação que depende da finalidade do tratamento, variando de 0,4 Megarad a 2,5 Megarad. O acompanhamento do processo se faz com a colocação de dosímetros junto com o material, o que nos permite saber com precisão qual a dose recebida.
O material é colocado dentro de recipientes de alumínio e estes colocados numa esteira, cujo
trajeto faz com que eles sejam submetidos à ação de uma fonte radioativa de 60Co durante o tempo
preconizado para atingir a dose necessária.
Portanto o trajeto é fixo e a quantidade de radiação ou taxa horária da dose de radiação é uma característica do irradiador, da dose da fonte ou de sua geometria. A geometria da fonte é fixa e não muda com o tempo. A atividade da fonte varia segundo uma lei analítica exponencial conhecida com muita exatidão. Portanto a quantidade de radiação recebida pelo material dependerá exclusivamente da densidade aparente do recipiente e do tempo de exposição. O programa de segurança de qualidade está no controle de apenas dois parâmetros, a massa total do container e o tempo de exposição.
O container segue uma trajetória que não admite variações. Portanto o único parâmetro variável é o tempo, que pode ser controlado com relativa facilidade, pela velocidade da esteira, uma vez fixado o trajeto. Assim uma vez validado o processo dificilmente haverá variações que possam comprometer o resultado final.
MAIOR PROCESSO CONCORRENTE
O maior concorrente do processo de irradiação é o processo de esterilização por gás óxido de etileno (ETO).
Neste processo, os parâmetros a serem controlados são a composição do gás, umidade, temperatura, pressão do gás e tempo de exposição. Pode-se verificar facilmente que o controle desses parâmetros em cada fornada (batch) é, além de difícil, bastante oneroso. Além disso o problema de permeabilidade do gás em todo o material vai depender da forma e da distribuição do mesmo. A exposição do material terá que ser feita, ou aberta ou em embalagens permeáveis ao gás, mas não a microorganismos . Um programa de segurança de qualidade exigirá a medida da eficiência do processo no interior das embalagens semi-permeáveis. A utilização final do produto tratado exigirá ainda, uma medida de eficiência de aeração, garantindo a eliminação dos resíduos do gás que é altamente tóxico. Novamente a alternativa para o controle destes parâmetros está na utilização de indicadores biológicos que nem sempre representam adequadamente a resistência dos microorganismos responsáveis pela contaminação do material.
Na comparação entre os métodos de esterilização por óxido de etileno e por radiação γ, no
esterilizar com embalagens de qualquer material impermeável, o que barateia o processo e tem prazos de validade maiores para a duração da esterilização.
Historicamente, a esterilização por ETO tem sido a tecnologia predominante na esterilização de dispositivos médicos, principalmente porque tanto os custos de capital como os operacionais para a esterilização por ETO tem sido mais baixos que os de irradiação. Esta situação está mudando rapidamente. Na Europa, os custos de irradiação representam tipicamente 2% a 5% do valor do produto, enquanto nos Estados Unidos essa proporção geralmente é um pouco menor. A comparação destes dados com os custos com ETO é difícil, porque a maioria dessas unidades de esterilização está dentro das firmas produtoras. Entretanto, quando fizeram estimativas usando custos realistas para a esterilização na própria indústria produtora, sugeriram-se posições de 1% a 5%.
ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA
Os custos para operar um irradiador comercial são basicamente:
1) Investimento inicial de máquina e equipamentos, transporte, obras e instalações;
2) Custos operacionais.
Os investimentos iniciais são os recursos necessários para o ajuste da operação (set up) e estão fortemente associados com fatores de segurança. Esses investimentos são realizados antes do início do funcionamento da planta.
A partir do início da operação, começa a recuperação do investimento inicial.
O tempo de recuperação do capital depende do adequado dimensionamento da demanda, do tipo de produto e do tempo que este leva para ser irradiado, de acordo com as especificações técnicas, que determina o volume final de produção.
É importante salientar que dado o alto investimento inicial (superior à US$1,000,000.00) é recomendável que a planta opere no máximo de sua capacidade, processando preferencialmente produtos que agreguem alto valor ao serem irradiados.
Os custos operacionais variam com a extensão da operação e são similares ao custo de uma planta de processamento de alimentos convencionais. Uma exceção é o ítem “recarga de Cobalto
O cálculo do retorno do investimento inclui o preço de venda do alimento, a quantidade produzida e o custo de oportunidade com a diminuição da perda com estocagem.
DADOS
Foi utilizado como base para cálculo a irradiação em frangos resfriados, por este produto não possuir sazonalidade, proporcionando assim uma demanda constante ao longo do tempo. O alvo da nossa produção é o eixo Rio-São Paulo pela grande circulação deste produto na região.
• Produção anual de frango da Sadia (1997) =463.000 t/ano (36% do mercado nacional)
• Porcentagem de frango resfriado - 27,4% (Sadia) = 126.862 t/ano
• Porcentagem de frango congelado - 72,6% (Sadia) = 336.168 t/ano
• Capacidade máxima do irradiador = 60.000 t/ano
• Dose para a irradiação de frangos = 3 KGy
Analisando somente os dados da Sadia, nota-se que a produção de frangos resfriados produzidos por esta empresa já é superior a capacidade máxima do irradiador. Sendo assim, o irradiador seria totalmente utilizado.
Fatores relevantes para a escolha da dose de irradiação de frangos:
1) Esta é a dose mínima para eliminação das Salmonellas, que são as maiores responsáveis
pela contaminação do produto (frango resfriado).
2) Em segundo lugar, esta dose permite armazenamento e transporte à uma temperatura
relativamente elevada, de 4,4 0C, diminuindo assim 60% das possibilidades de contaminação dos
produtos.
3) Esta dose selecionada também amplia bastante o tempo de estocagem, de 7 a 10 dias para
21 a 24 dias, o que faz com que as perdas por estocagem diminuam. Este é um dos fatores econômicos quantificados para justificar o projeto.
Para conhecer o ganho com o aumento da vida útil, foi realizado um estudo do custo de oportunidade por deixar de perder estoque, ou seja, o quanto um cliente deixaria de perder com produtos em estoque por estes terem passado do prazo de validade. Para se demostrar esse custo considera-se duas hipóteses:
I) Frango Resfriado
II) Frango Resfriado Irradiado
Considerando a venda de 100unid/dia, tem-se:
I) Frango Resfriado: II) Frango Resfriado Irradiado:
• Estoque inicial = 1000 unidades para 10
dias úteis
• Perda percentual após dois dias do
vencimento: PPI = d dt = 2 12 = 0,167 ~ 16,7% onde:
PPI = perda percentual da hipótese I
d = dias equivalente a sobra de estoque
dt = total de dias considerados
• Estoque inicial = 2400 unidades para 24
dias úteis
• Perda percentual após dois dias do
vencimento:
PPII =
2
26 = 0,1769 ~ 7,69%
onde:
PPI = perda percentual da hipótese II
d = dias equivalente a sobra de estoque
dt = total de dias considerados
Analisando os resultados, verifica-se que a redução de perda por estocagem ao se irradiar frango resfriado é de 9,01%.
Ao estimar o custo da fonte de 60Co para a dose escolhida de 3 KGy, verifica-se que houve
um aumento de 66,23% no custo da dose mínima especificada pela planilha de custos do irradiador, inicialmente sendo 0,15KGy, em relação a dose necessária para eliminar Salmonellas por irradiação. Chega-se, então ao custo de US$ 2,56 por Curie.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1000 estoque dias 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2400 estoque dias
Conforme este raciocínio, todos os custos da fonte e de recarga de 60Co sofrerão uma aumento de 66,23% .
CUSTO DE OPORTUNIDADE
O custo de oportunidade é calculado tendo como enfoque o ponto de vista do cliente.
Baseia-se na produção anual de frango irradiado, na porcentagem que o cliente deixaria de perder em estoque e no preço de venda do produto:
O custo de oportunidade é dado pelo produto da demanda anual de frangos irradiados, o preço comercial do Kg de frango e o percentual que o cliente deixaria de perder ao irradiar frango. Para: - demanda : 60.000.000 Kg,
- preço : R$ 1,20, - percentual : 9,01%,
o custo de oportunidade seria R$ 6.552.000,00 ou R$ 0,11 por Kg de produto.
Este dado já justifica, para o cliente, a irradiação de frangos frescos somente pelo valor que ele deixaria de perder em relação ao custo da irradiação, que é de US$ 0.016/Kg de frango irradiado.
TEMPO DE RETORNO DE INVESTIMENTO (PAY BACK)
Do ponto de vista do prestador do serviço de irradiação de alimentos, calcula-se o tempo de retorno de investimento por processamento contínuo, ou seja, 24h/dia.
Chegamos ao tempo de retorno do investimento dividindo-se o valor investido pela diferença entre a receita bruta anual e o custo total de processamento. A receita bruta é dada pelo produto entre a demanda anual e o preço de irradiação por Kg de frango.
Para: - demanda : 60.000.000 Kg/ano, - preço : US$ 0.035/Kg,
obtendo-se uma receita bruta no valor de US$ 2,100,000.00 Kg / ano. E para:- investimento : US$ 2,067,845.00,
- receita bruta : US$ 2,100,000.00 Kg / ano,
Verifica-se o tempo de retorno do investimento como 1,86 anos ou aproximadamente 23 meses. Foi assumido um valor para o preço do serviço, de forma razoável com os dados de custo e informações da empresa EMBRARAD, que oferece o serviço de irradiação de materiais médicos e hospitalares.
PONTO DE EQUILÍBRIO
É necessário calcular o ponto de equilíbrio do processamento para que se obtenha um valor entre o lucro e o prejuízo, ou seja, a que quantidade de produção o serviço de irradiação é
economicamente viável.
Este ponto de equilibrio é obtido pela razão entre o custo total de processamento e o preço do serviço de irradiação por Kg de frango.
Sendo assim, verifica-se que é necessária uma demanda anual de frangos irradiados de 28.176.857 Kg, ou seja, uma demanda bem inferior a utilização máxima do irradiador para que não se tenha prejuízo.
ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA
Por se tratar de uma empresa que utiliza fonte não selada para montagem de elemento combustível nuclear para Angra 1 e 2, a INB já possui grande parte dos requisitos exigidos por normas nacionais nas suas atuais instalações, e até mais exigentes.
A Norma que autoriza o funcionamento de instalações para irradiação de alimentos é a CNEN - NE - 6.03, de acordo com o Anexo IV.
Itens como: planta geral, projeto geral, plano preliminar de radioproteção e de proteção física dependem da escolha e do projeto do irradiador a ser adquirido.
A INB dispõe de pessoal especializado no ramo nuclear e treinado em proteção radiológica, o que reduziria o custo com treinamento.
Sendo este um equipamento comercializado mundialmente e tecnicamente viável, torna-se mais simples a autorização da sua instalação.
ESTUDO DA VIABILIBILIDADE AMBIENTAL
A INB realiza estudo de impacto ambiental anualmente desde que foi iniciado o processo com manipulação de fontes não seladas.
Neste período, o estudo citado jamais detectou alterações ambientais causadas por fontes radioativas, seja no solo, no ar, na água de superfície ou na água de subsolo, caracterizando os processos com fontes radioativas como altamente controláveis.
Portanto, por se tratar de um processo mais simplificado e que utiliza fontes seladas, o processo de irradiação de materiais tende a ser mais seguro proporcionando ainda menor risco ao meio ambiente.
No processo de irradiação, o alimento nunca entra em contato direto com a fonte de radiação. E mesmo se os produtos ficarem expostos a doses muito elevadas de energia procedentes dessas fontes, o nível máximo de radioatividade induzida seria 200 mil vezes menor do que o nível de radioatividade natural existente nos alimentos.
Outro fator significativo é que a fonte empregada de energia radioativa não produz nêutrons, nem libera radioatividade no meio ambiente, não possibilitando assim acidentes graves. Nestas
instalações também não se acumulam rejeitos, pois é empregado o 60 Co que se desintegra com o
tempo, transformando-se em Níquel10 ,um elemento estável.
Além disso, por qualquer pane no sistema, a fonte é mergulhada na piscina por gravidade, ficando o irradiador inativo e, portanto, seguro.
DISCUSSÕES
Uma das preocupações da implantação de um irradiador é a aceitação pela população, pois existe muita desinformação e preconceito em relação aos processos nucleares. Isto se deve a alguns acidentes de repercussão mundial ocorridos no passado. Esses acidentes, que não estão ligados à irradiação de alimentos e sim a outros processos com fontes radioativas, só aconteceram devido ao não cumprimento dos procedimentos adequados de controle.
É possível ainda que qualquer rejeição ao processo de irradiação possa ser evitada se, aliada a uma campanha de esclarecimento da população, houver grande redução do preço final – incentivo ao consumidor, o que nos parece possível, como mostra o estudo realizado com frangos.
Além do fator citado, uma outra questão que favorece a implantação do irradiador é a
aceitação do produto irradiado em diversos países do primeiro mundo, como os Estados
Unidos e Alemanha.
Apesar do investimento relativamente alto do irradiador de materiais este também pode ser usado em ampla variedade de produtos, desde estátuas de madeira, passando por grãos, frutas e carnes, até turfa para inoculação de bactérias, podendo o período de retorno do investimento ser ainda menor do que o previsto pelo estudo de viabilidade econômica deste projeto.
Este estudo de viabilidade econômica teve 2 enfoques: do ponto de vista do cliente, e do ponto de vista do prestador de serviços.
O objetivo dos enfoques foi demonstrar que o custo que o cliente arcaria pelo serviço de irradiação de seus produtos é bem menor do que o valor da perda de estoque pelo produto não ser irradiado.
Outros fatores que poderiam ser levados em conta e que aumentariam a demanda são a diversificação dos produtos a serem irradiados e ainda o alcance que uma produção de frangos poderia ter, pois aumentando a vida útil as aves frescas poderiam ser comercializadas em cidades mais distantes.
CONCLUSÕES
A título de exemplo, se o Brasil utilizasse a tecnologia da irradiação, aumentaria sensivelmente a exportação de frutas, passando dos US$ 90,000,000.00 para US$ 300,000,000.00 por ano pela diminuição da perda pois a irradiação retarda o amadurecimento.
Do mesmo modo, o transporte de um produto poderia ser feito num espaço de tempo maior, ou seja, produtos transportados por avião poderiam ser transportados por navio, diminuindo assim o custo de transporte.
No caso do frango, o valor agregado ao produto final poderia ser ainda maior caso o frango fosse vendido em partes, somente possível no caso de frango congelado ou irradiado, devido às maiores possibilidades de contaminação no processo de divisão em partes.
• Viabilidade ambiental.
O estudo da viabilidade econômica demostrou que o processo de irradiação de materiais, apesar de possuir um investimento relativamente alto, tem um retorno rápido e um amplo espectro de aplicação, como o frango, consumido por todas as camadas sociais.
Para processamento contínuo, o período de retorno de investimento é de aproximadamente 23 meses, ou seja, muito inferior ao período geralmente aceito pelo mercado nacional para empreendimentos deste porte.
Tecnicamente, o processo de irradiação de materiais é simples, seguro, de fácil operação e altamente eficiente, desde que as normas de segurança sejam devidamente seguidas.
Do ponto de vista ambiental, a irradiação de materiais não oferece riscos. Os alimentos
irradiados não tem suas características alteradas e o radioisótopo 60Co (fonte de irradiação) decai
para um elemento estável, não causando danos ao meio ambiente.
Finalmente, do ponto de vista social, pelos dados obtidos, a irradiação de alimentos é certamente desejável, pois pode resultar em diminuição de preços aos consumidores e aumento de oferta nas entressafras pela maior possibilidade de estocagem, sem resultar em redução de empregos pela introdução de novas tecnologias.
BIBLIOGRAFIA
PÁGINAS DA INTERNET
1. www.sadia.com.br
LIVROS
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REVISTAS
1. Brasil Nuclear, n.º 15 – OUT-DEZ/1997
2. Brasil Nuclear, n.º 10 – JUL-SET/1996
3- Elements, Oct-Nov/1996
