3. revisiÓn bibliogrÁfica -...
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3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
3.1 Riesgos Industriales.
En muchas ocasiones, los procesos de producción no son lo suficientemente seguros
como pensamos y pueden ser el origen de un gran accidente. La materia prima, los
servicios auxiliares, los equipos de procesos y algunas sustancias químicas son una
fuente de peligro si no se toman las precauciones necesarias para su seguridad. Como en
todo proceso químico se manejan sustancias que pueden llegar a ser peligrosas y como
es necesario llevar a cabo reacciones químicas a escala industrial, es necesario mantener
en control las distintas variables de un sistema, para que no representen un riesgo para la
seguridad de la planta.
Un riesgo en la industria se puede definir como cualquier evento que puede desarrollar
una serie de acontecimientos que pueden dañar la infraestructura de la planta, provocar
daños al personal, o a una población que se encuentre cercana a la planta, además de
provocar severos daños al medio ambiente. El riesgo industrial siempre se compone por
dos elementos fundamentales, la frecuencia con la cual ocurre un acontecimiento y la
gravedad de las consecuencias del mismo.
En la industria química, se pueden generar diversos tipos de riesgos causados por
aspectos técnicos, falla del personal, falta de conocimiento de alguna parte del proceso
que podría generar riesgos, o incluso si se ignora algún aspecto del proceso. Los riesgos
por aspectos técnicos se generan a causa del manejo de los materiales con los que se
trabaja en el proceso, ya que hay algunos componentes que son inflamables, o bien por
las condiciones de proceso que existan. Los riesgos por falla del personal se pueden
generar por alguna medida de seguridad que haya pasado desapercibido algún
trabajador, en ocasiones sin darse cuenta o por ignorar el peligro que puede generar
alguna etapa de proceso.
El control de los riesgos industriales es fundamental para la seguridad e higiene
industrial y puede llegar a ahorrar grandes cantidades de dinero a causa de perdidas en
daños materiales, daños irreparables en el medio ambiente y serios daños al ser humano,
además de evitar demandas legales que pueden llegar a ocasionar una sanción o incluso
el cierre permanente de una planta.
3.1.1 Estadísticas.
Las explosiones son una causa muy importante de los accidentes en la industria. Una de
los problemas principales se debe a que las explosiones se pueden generar por varios
eventos riesgosos que pueden ocurrir en una planta. Los principales accidentes que
ocurren en las plantas, se muestran a continuación en la TABLA 3.11, que muestra los
lugares donde se llevaron a cabo los principales tipos de accidentes desde el año de
1993 hasta el 2002.
TABLA 3.1 Principales tipos de accidentes en la industria.
Localización Tipo
Terrestre MarítimaFuga o
derrame Explosión Fuego Otro
Año # de eventos # % # % # % # % # %
1993 157 .154 98.1 141 89.8 9 5.7 3 1.9 4 2.5 1994 415 389 93.5 359 86.3 21 5 28 6.7 8 1.9 1995 547 540 98.7 428 78.2 35 6.4 53 9.7 31 5.7 1996 587 578 98.5 460 78.4 34 5.8 70 12 23 3.9 1997 632 574 90.8 541 85.6 49 7.8 26 4.1 16 2.5 1998 538 483 89.8 467 86.8 18 3.3 39 7.2 14 2.6 1999 469 426 90.8 446 95.1 7 1.5 16 3.4 0 0 2000 470 437 93.0 441 93.8 10 2.1 16 3.4 3 0.6 2001 565 530 93.8 517 91.5 17 3 19 3.4 12 2.1 2002 470 436 92.8 419 89.1 16 3.4 27 5.7 8 1.7
A pesar de que no siempre se generan, lo grave de las explosiones es que pueden llegar
a ocurrir por medio de otro tipo de eventos como derrames, fugas, fuegos, etc.
Las explosiones son un tipo de accidente que es muy común que se encuentre
involucrado en cualquier riesgo en la industria. Siempre que se manejen sustancias
inflamables dentro de un proceso, se tendrá ese tipo de riesgo. Existen algunas
sustancias las cuales han sido las causantes de una explosión más de una vez, por lo
tanto se catalogan como sustancias peligrosas. El Instituto Nacional de Ecología (INE),
a través del Centro de Orientación para la Atención de Emergencias (COATEA)
supervisado por la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (PROFEPA),
1 Instituto Nacional de Ecología, Emergencias ambientales asociadas con sustancias químicas en México
clasificó las sustancias involucradas con mayor número de accidentes en distintos
procesos que se realizan en México, en la TABLA 3.22, se muestran dichas sustancias.
TABLA 3.2 Sustancias con mayor índice de accidentes.
Nombre de la sustancia
% de accidentes.
Petróleo crudo 42.08 Gasolinas 7.83 Diesel 6.8 Combustóleo 5.39 Amoniaco 4.05 Gas L.P. 3.19 Gas natural 2.3 Aceites 2.27 Acido sulfúrico. 2.26 Solventes orgánicos. 1.09 Otras sustancias. 27.71
Una explosión en la industria provoca serios daños al medio ambiente, alterando de
manera negativa ciertos aspectos de la calidad del aire y de la atmósfera de ese lugar. A
continuación se muestra la TABLA 3.32 presentada por la PROFEPA, que muestra los
accidentes en la industria en México que han causado severos daños al medio ambiente.
2 Instituto Nacional de Ecología. Emergencias Ambientales asociadas con sustancias químicas en México.
TABLA 3.3 Investigación de accidentes derivados en emergencias ambientales.
Fecha Empresa responsableTipo de evento Sustancia Ubicación
05/03/1996 Central Termoeléctrica Adolfo López Mateos Derrame Combustóleo Tuxpan, Ver.
10/03/1996 Dupont México Planta
Altamira Fuga Tetracloruro de
Titanio Altamira, Tamaulipas.
07/06/1996 Celanese Mexicana
complejo Cangrejera Fuga y
explosión Amoniaco Coatzacoalcos, Ver.
26/07/1996 Complejo Procesador de gas
Cactus Explosión Etano Plus Cactus, Chiapas.
11/11/1996 Terminal Satélite Nte. PEMEX refinación.
Derrame e incendio Gasolina San Juan Ixhuatepec.
20/02/1997 Refinería Lázaro Cárdenas Derrame Gasolina Coatzacoalcos, Ver.
01/05/1997 Terminal Satélite Oriente Explosión Hidrocarburos México D.F.
En todos los estados de la república Mexicana, se tienen acontecimientos de accidentes
de explosión y otros tipos, y a continuación se muestran en la FIGURA 3.1.
FIGURA 3.13 Estados del país con mas accidentes.
3 Fuente: Procuraduría Federal para la Protección al ambiente (PROFEPA)
3.1.2 Tipos de eventos.
Ecuaciones de sobrepresión.
3.1.2.1. a Ecuación propuesta por Nigmatulin, R.I.
“Explosión de una burbuja de una mezcla de gas-combustible por pulsaciones de
presión”.
Ecuación para la explosión de una mezcla combustible-gas bajo la acción de
pulsaciones de presión en una burbuja.
( )qa
waP
tP gg 133 −
−−=∂∂ γγ
Ecuación 3.1
{ } }{
( )
3
000
0
0
0
112
100,100,2
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
=−
−=
<≥=−
=
aa
PP
TT
Cwa
TTT
Pe
PePePeNuaTT
Nuq
gg
gg
gg
gg
gg
ρλ
κκ
γ
λ
gaselparaadiabaticoindiceburbujaderadioa
langrogianaeulerianiablespasarparajacobianJtermicadadconductivi
calorificacapacidadCliquidodelaTemperaturTvelocidaddescomponentevu
LagrangianEuleriandescoordenadayxyxburbujaslasderadialvelocidadwvolumenporburbujasdenumeron
calorercambiodeensidadqfasedecontenidovolumen
fasededensidad
fasedepresionP
i
i
i
=======
======
=
γ
λ
αρ
..var
..
.,./,,,
..
.intint.
.
.
0
00
0
Con los perfiles de presión del gas obtenidos podemos calcular la temperatura del gas a
las mismas condiciones de explosión. Como se puede observar a continuación de la
ecuación 3.1, el cociente de la temperatura del gas y la del líquido es igual al cociente
de la presión del gas que se obtiene con la ecuación mencionada. Conociendo el radio
de la burbuja podemos calcular la temperatura de la fase gas.
3.1.2.1. b Ecuación de sobrepresión por el método de equivalencia de TNT.
Descrita por Crowl, Daniel A. en el libro “Chemical Process Safety”
Éste método convierte la masa de la sustancia explosiva en una masa equivalente de
TNT. El trinitrotolueno (TNT) es una sustancia muy bien estudiada en condiciones de
explosión, por lo cual se utiliza para realizar el estudio.
222
2
0
35.11
32.01
048.01
5.411616
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+
=eee
e
a ZZZ
Z
PP
Ecuación 3.2
31.tan
TNT
e
m
rescaladaciadisZ == Ecuación 3.3
..
..tan
0
ambientedelpresionPonsobrepresiP
TNTdeeequivalentmasamcerociadisladeafectacionderadior
a
TNT
===
=
La masa equivalente de TNT se calcula con la siguiente fórmula:
TNT
cTNT E
Hmm
∆=η
Ecuación 3.4
.exp.infexp
..exp
.
TNTdelosiónladeenergíaElamablegasdellosióndeenergíaH
rohidrocarbudelmasamlosióndeempíricaeficiencia
TNTdeeequivalentmasam
TNT
c
TNT
==∆
==
=η
La eficiencia de la explosión es un parámetro que se puede tomar de manera empírica.
Éste valor se encuentra dentro de un rango que va desde el 5% hasta el 15%. Para ésta
tesis se tomaron los valores de 5% para eficiencias bajas; 10% para eficiencias medias y
15% para eficiencias altas.
El valor de la energía de la explosión del TNT es un valor constante que no varía con la
masa de la sustancia explosiva, lo cual hace más fácil el procedimiento de cálculo.
3.1.2.1. c Ecuación de sobrepresión de Aldasoro, F. Javier.
“Simulando explosiones con ABAQUS/EXPLICIT”.
Ésta ecuación no considera la masa inicial de la sustancia explosiva, por lo cuál
( )
kgMJmasadeunidadporenergiaEmmkginicialdensidad
RR
GPaBGPaA
TNTparamaterialdeltesconsyRRBA
EmR
BR
APRR
/68.3/1630.
35.09.0215.41
747.38.373
:.tan2,1,,
**2
1*1
1
0
30
00
202
0
1
0
0
====
=====
=
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
−−
ρ
ω
ω
ρρω
ρρω
ρρωρ
ρρ
ρρ
Ecuación 3.5
3.1.2.1.e Ecuación de sobrepresión máxima en espacios confinados.
Propuesta por Palmer, K.N. en el libro “Dust Explosions and Fires”.
( )
..
.tan.
..
.arg.´
13.2
max
0
max
2
max2/3
max22
00
quemadanomezclaladedensidadespecífioscaloresderelación
quedelvolumenVconfinadoesenarioenmáximapresiónp
aatmosféricpresiónpconfinadonoescenarioenpresiónmáximap
presiónlaenincrementomáximodtdp
adescdeecoeficientCnventilaciódeductodelreaaA
dtdp
pAV
Cp
pp
c
c
===
===
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
==
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=−
ρλ
γρ
Ecuación 3.6
3.1.2.1.f Ecuación de sobrepresión por el método de multi-energía TNO.
Descrita por Crowl, Daniel en el libro “Chemical Process safety”.
Ésta ecuación distingue entre distintos tipos de explosión, que van desde la deflagración
mas débil hasta la detonación mas fuerte.
2
`1 ^* CRCP =
Ecuación 3.7
31
0
`
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
PE
RR Ecuación 3.8
Con el valor que resulta de R` se obtienen los valores de C1 y C2, de la gráfica que
relaciona la distancia escalada (R`) para el cálculo de la sobrepresión. La gráfica se
muestra a continuación.
FIGURA 3.2 Gráfica para obtener el valor del diferencial de presión por el método de TNO.
).(Pr:).(:
.tan:.dimtan:
0
`
PaambientalesiónPJcombustióndeEnegíaE
metrosenciaDisRensionalaescaladaciaDisR
3.1.3 Afectaciones al personal.
Uno de los principales riesgos en la industria son los que pueden llegar a sufrir el
personal que labore en la planta. El personal esta expuesto a muchos riesgos en una
planta no importa la función que desempeñe y muchos de estos riesgos pueden culminar
en la muerte. El personal que labore en la planta se deberá desempeñar correctamente en
la operación de los equipos y el proceso en general, además, deberá ser capaz de llevar a
cabo las tareas tanto física como mentalmente. Para lograr el cumplimiento correcto de
estas acciones, el personal deberá ser entrenado en los aspectos de riesgo y seguridad
específicos del proceso.
Se ha detectado, en distintos tipos de explosiones, que la onda de sobrepresión tiene
efectos sobre los seres humanos primordialmente en los órganos blandos, como por
ejemplo el tímpano, pulmón y otros óranos vitales. Cuando se trata de una lesión de tipo
física en algún miembro del cuerpo, por lo general se debe al choque con alguna pieza
que sale disparada de algún otro lugar o con la caída producida por el impulso que
ejerce la onda de sobrepresión con el cuerpo humano.
Al originarse una explosión, las personas que se encuentran cerca, sufren daños por el
fuerte y severo impacto de la onda de choque de sobrepresión. En éste caso, dicho
impacto provoca severos daños a la salud e incluso la muerte. Esto ocurre debido a que
la onda de choque provoca un impulso que arrastra los objetos que se cruzan en el
camino de la misma. Si la persona se encuentra en esta trayectoria, probablemente caerá
al suelo y será arrastrado a cierta velocidad, lo cual crea la posibilidad de chocar contra
algún otro objeto y que éste cause lesiones adicionales a las de la caída inicial.
Una de las medidas de seguridad mas importantes que se aplican al personal, es la
evacuación. Esta medida es una forma de protección que consiste en desalojar un local o
una planta industrial en la que se ha declarado una fuerte posibilidad de emergencia.
Esto, debe ser parte de un plan que sea previamente divulgado y practicado. En general,
los planes de emergencia consisten es disminuir los riesgos y optimizar los medios de
extinción disponibles.
A continuación se presenta la TABLA 3.4, la cual presenta información estadística de
daños al personal entre los años de 1993 hasta 2002.
TABLA 3.4 Principales daños al personal en accidentes industriales.
Año Número de Emergencias Muertes Lesionados Intoxicados Evacuados Total
1993 157 22 60 71 1500 1653 1994 416 30 212 94 331 667 1995 547 46 133 809 12056 13044 1996 587 60 308 1336 16486 18190 1997 632 50 188 207 9878 10323 1998 538 31 436 495 6830 7792 1999 469 111 445 890 11326 12772 2000 470 31 132 713 15514 16390 2001 565 53 190 342 6566 7151 2002 470 51 123 124 13583 13881
3.1.4 Afectaciones a las instalaciones.
El riesgo de las explosiones en una planta es un problema que se tiene que atender de
manera urgente. Con similitud al daño que ocasiona una onda de sobrepresión sobre los
humanos, los provocados a las instalaciones dependen de la magnitud de la onda de
sobrepresión, a la dirección de avance de la onda y al tipo de materiales que componen
la estructura de la planta. Para la correcta toma de medidas preventivas es indispensable
considerar la distancia de los edificios que se encuentren cerca de la planta, y como ya
se mencionó, el tipo de material con el que están compuestos.
Bajo condiciones de calentamiento, los materiales que constituyen la estructura de una
planta pierden fuerza y resistencia, lo cual puede llevar a un serio problema de
destrucción total en la infraestructura de la planta.
Cuando ocurre una explosión en una planta, generalmente se tienen perdidas en las
instalaciones. Estas perdidas pueden llegar a ser parciales, es decir, se puede tener un
daño solamente en puntos específicos de la planta o bien, daños totales, haciendo que
desaparezca toda la planta por completo. Los accidentes en las plantas son, por lo
general castigados con sanciones de tipo económica o administrativa, o incluso se puede
llegar a cerrar la planta por completo. A continuación se añade una figura que muestra
los daños ocurridos a una instalación que sufrió una explosión.
La seguridad y confianza de una planta, dependerá que los equipos estén fabricados de
acuerdo con las especificaciones de diseño e instalados adecuadamente. El
mantenimiento a equipos será fundamental para tener control de la seguridad en la
planta.
La evaluación de los daños generados por el impacto de una onda de sobrepresión
contra estructuras o edificios, resulta en un análisis complejo que además no está lo
suficientemente estudiado en la actualidad. No obstante, los daños producidos por éstos
tipos de accidentes nos pueden dar una idea muy cercana acerca del costo que producen
en los ámbitos económico, ambiental o humano. A continuación se muestran unas
figuras donde se observan algunas plantas, partes de la planta o equipos que sufrieron
daños por explosión.
FIGURA 3.3 Destrucción de una vivienda en la explosión de San Juan Ixhuatepec en 1984.
FIGURA 3.4. Daño producido a una nave industrial por causa de una explosión en Albert City,
Iowa en 1998.
3.1.5 Seguridad y medio ambiente.
Muchas de las afectaciones a las instalaciones tienen impacto a los alrededores,
causando un daño al medio ambiente. Este tipo de daño puede ser al suelo, al agua o al
aire de los alrededores. Durante el 2002 se realizó una recopilación de los accidentes
industriales con impacto al medio ambiente y se reprodujo la siguiente gráfica:
FIGURA 3.5 Afectaciones al medio ambiente durante el año 2002
Los daños al medio ambiente son sucesos que además de ser irreversibles, terminan con
las condiciones favorables de vida animal, vegetal o humana. Como se sabe, cuando
ocurre una explosión, se emana calor hacia el exterior de la misma en forma de
radiación y ésta genera degradaciones en el aire del medio ambiente, además de causar
lesiones severas por quemadura de piel en la población circunvecina. El humo causado
por el proceso de combustión en una explosión, causa grandes cambios en la calidad del
aire respirable del medio ambiente.
En un estudio realizado por el autor Walter M. Haessler4, se encontró que una
exposición continua de radiación por parte de alguna persona resulta en afectaciones a
los glóbulos blancos de la sangre, provocando daños psicológicos.
En los últimos años se han registrado los accidentes en las plantas industriales que han
provocado fuertes impactos al medio ambiente. La COATEA (Centro de Orientación
para la Atención a Emergencias Ambientales), registró todos estos accidentes desde el
año 1999 hasta el 2006, los cuáles se presentan en la TABLA 3.5
TABLA 3.5 Accidentes industriales con impacto al medio ambiente
Año Número de
emergencias Afectación al
agua Afectación
al aire Afectación al
suelo 1999 119 52 39 25
2000 142 46 72 29
2001 112 40 45 31
2002 115 34 41 48
2003 129 49 43 48
2004 201 121 39 53
2005 139 49 63 42
2006 87 8 59 30
4 Haessler, Walter M. FIRE, Fundamentals and Control. 1era edición. New York, New York. Marcel Dekker, INC. 1989.
3.2 Metodología de análisis de riesgos industriales
Los análisis de riesgos sirven para la identificación, evaluación y control de los riesgos
en la industria. Éste tipo de análisis se compone de dos partes, un análisis de
consecuencias y una revisión de riesgos del proceso. El análisis de consecuencias se
encarga de revisar los escenarios de los eventos que pueden resultar en accidente,
además de seleccionar el escenario del peor caso y por último estimar los efectos
destructivos causados por dichos escenarios. Por otra parte, la revisión de los riesgos de
proceso abarca un análisis del tipo de infraestructura, de esta manera, considera riesgos,
accidentes pasados, detección de nuevas fuentes de peligro y algunos factores humanos
como capacitación u orientación a soluciones. Por todo esto, la revisión de los riesgos se
le considera como todo un sistema que analiza y documenta recomendaciones y planes
de acción que sirven para fortalecer la comunicación con personas afectadas.
Se puede decir que el éxito de cualquier plan contra riesgos industriales depende
fuertemente de la correcta aplicación de la metodología necesaria para un tipo de riesgo
en especial. En general, cuando se tiene una emergencia relacionada con productos
químicos en una planta, se recomiendan 8 pasos a seguir como operaciones de respuesta
para el control del incidente, los cuales son:
1. Control y manejo del área.
El control del área del incidente es muy importante ya que con esto se conocen
todos los posibles riesgos encadenados que podrían presentarse como
consecuencia del incidente que inició el accidente, y así poder controlarlos.
2. Identificación del problema.
Antes de intentar resolver el problema, es necesario saber en que lugar de la
planta ocurrió el accidente. Con esto, se puede ahorrar tiempo, esfuerzo y dinero
en la resolución final del problema.
3. Evaluación de riesgos.
La evaluación de los riesgos que existen en una planta tiene mucha importancia
en el control y seguridad de una planta industrial. La evaluación, nos permite
conocer que tan cerca estamos de un posible accidente y el nivel de protección
con el que se cuenta.
4. Selección de un puesto de mando.
Cuando ocurre un accidente, se tienen que tomar medidas de protección casi
inmediatas y se necesita controlar el incidente de la manera más rápida y segura
que se pueda, para que éste no cause mas daño. La elección de un puesto de
mando tiene como objetivo mandar información al personal que se encuentre en
el lugar, de que es lo que hay que hacer y como se tiene que hacer.
5. Administración de la información.
Las acciones de respuesta contra los accidentes que se toman dentro del puesto
de mando, pasan por un proceso de filtrado para asegurarse que se mande
solamente lo necesario, y no haya lugar a confusiones.
6. Implementación de la respuesta.
Una vez que se cuenta con la información necesaria para controlar el incidente,
se tiene que buscar la manera de aplicar esas medidas de control. En este paso,
se realiza físicamente lo que se obtiene de información en el paso anterior.
7. Descontaminación.
Es muy importante mencionar, que aunque el accidente halla sido controlado, se
tiene que limpiar la zona del desastre y asegurarse que no existe ningún residuo
tóxico, explosivo, inflamable, o con alguna característica específica que `pueda
causar mas daño ya sea al medio ambiente, al personal o a la planta.
8. Terminación del incidente.
Por último, es importante declarar el fin del incidente y documentarlo, con todas
sus especificaciones correspondientes para que pueda servir como fuente de
información para posibles incidentes en el futuro.
Lo más importante de este tipo de metodología es que además de disminuir los daños
causados por el accidente, se salvarán vidas humanas y se documentará el tipo de evento
con el propósito de tomar mejores medidas de protección en caso que suceda otra vez.
3.2.1 Documentación de eventos pasados.
Las explosiones siempre han sido acontecimientos muy difíciles de olvidar, debido a su
gran daño a la sociedad, y por ser en tipo de accidente muy llamativo. La gran
importancia de la documentación de los eventos es el recuperar experiencias de todo
tipo, obtener estadísticas de accidentes, conocer el comportamiento de las sustancias
involucradas y verificar el funcionamiento de los sistemas de seguridad, ya que todo
esto no se puede obtener con un simulacro. Las explosiones que se han recordado con
más énfasis, a lo largo de la historia son las siguientes:
• Bophal, India: Diciembre 4, 1984. Fuga de 40 toneladas de gas isocianato de
metilo con explosión. Fue causado por un error humano y dejo como
consecuencia 3800 muertes y 11000 personas con secuelas permanentes. Tuvo
un costo de 470 millones de dólares.
• Unión Soviética, central nuclear Chernobyl: Abril 26, 1986. Explosión en uno
de los reactores nucleares. Fue causado por falta de capacidad técnica y
científica. Como consecuencia hubieron 300 000 evacuados, 350 000 con
secuelas permanentes, aumento de brotes de leucemia y 20 % de tierra infértil
durante 100 años.
• Córdova, Veracruz, México: Mayo 3, 1991. Derrame y consecuentemente una
explosión en la línea de envasado. La falta de capacitación y conocimiento de
situaciones de riesgo provoco que el incendio se extendiera en el interior de la
planta. Las consecuencias del evento fueron 300 personas intoxicadas por
inhalación de vapores desprendidos, 5 bomberos gravemente afectados, 1700
personas evacuadas. Se aplicó el plan de emergencias DN3.
• San Juan Ixhuatepec, México: Noviembre 19, 1984. Fuga de gas LP y una serie
de explosiones que terminarían en la formación de un BLEVE (Boiling Liquid
Expanding Volume Explosion). Se registraron 500 muertes y daños materiales
en un radio de 400 metros.
• Flixborough, Inglaterra: Junio, 1974. Explosión causada por una fuga. Se
removió un reactor en serie debido a que presentaba una fuga y se sustituyo por
una tubería “by pass” que unía otros dos reactores, que posteriormente se partió.
Este accidente tuvo como consecuencias la destrucción completa de la planta, 28
personas muertas, 36 heridos graves, daños graves en 1821 casas, 167 locales
comerciales y otras instalaciones cercanas.
A raíz de estos accidentes, países en todo el mundo empezaron a trabajar en acciones
preventivas más efectivas contra los distintos riesgos en la industria.
En México, desafortunadamente, también han habido otras explosiones catastróficas
cuyas consecuencias fueron muy severas. La más reciente de ellas, es la que ocurrió en
una mina en Coahuila, llamada Pasta de Conchos. Este accidente arrojo un resultado
final de 65 mineros muertos, como consecuencia de una explosión en el interior de la
misma.
A continuación, se muestran algunas otras explosiones que han dejado consecuencias
fatales en nuestro país.
• Pozarica, Veracruz: 1950. Fuga de fosgeno dando como resultado una
explosión.
• Pozo Ixtoc, Sonda de Campeche: 1979. Incendio y derrame de petróleo.
• Córdova, Veracruz: 1991. Incendio de la empresa de Agroquímicos Anaversa.
• Guadalajara, Jalisco: 1992. Explosión en el drenaje de la ciudad.
• Reforma Chiapas: 1996. Explosión de etano en el complejo procesador de gas.
Todos estos eventos causaron daño severo al medio ambiente, pérdidas materiales y lo
más importante, pérdidas humanas.
En general, podemos mencionar que todos estos accidentes mencionados tienen como
común denominador el uso de sustancias químicas, lo cual nos da una idea del peligro
constante que se tiene en las plantas que usan este tipo de sustancias
3.2.2 Análisis Cualitativo.
El análisis cualitativo de riesgos es un tipo de análisis mas detallado, que usa
información proveniente del análisis cuantitativo para conocer el tipo de daño al que se
estaría expuesto.
Para la elaboración de un análisis cualitativo de riesgos, es necesario realizar un estudio
llamado “capas de análisis de la protección”. El objetivo de este estudio es determinar si
existen suficientes capas de protección contra las consecuencias de un accidente. Para
esto, se calcula la frecuencia de los eventos riesgosos y la probabilidad de fallo de cada
capa independiente. Posteriormente, el análisis de capas de protección compara la
frecuencia de los riesgos con un punto de riesgo tolerante establecido por la planta.
Finalmente, éste análisis proporciona un punto de partida para juzgar si existen
suficientes capas protectoras para cada incidente.
Dicho análisis se compone por los siguientes pasos básicos.
• Identificación de la consecuencia.
Con la identificación de las causas que originan los accidentes, se pueden
conocer las consecuencias de los mismos, con el objetivo de tomar las
precauciones necesarias para disminuir el grado de afectación.
• Definición del riesgo tolerante.
Como se mencionó anteriormente, los riesgos no se pueden eliminar en un
100%, es decir, el riesgo de accidente se puede presentar siempre que se trabaje
con sustancias peligrosas. Debido a que la frecuencia del riesgo se puede
conocer, las plantas industriales definen el nivel de frecuencia aceptable según
las actividades que ahí realicen.
• Definición del tipo de escenario.
Un solo riesgo puede presentarse de distintas maneras, de acuerdo al escenario
en el que se encuentre. Es importante el conocimiento del escenario para lograr
un mejor entendimiento del alcance que podría tener el accidente.
• Determinación de la frecuencia del riesgo.
La frecuencia de riesgo, es un factor importante tanto para un análisis cualitativo
que para un análisis cuantitativo. Aquí, se determina el nivel de seguridad que se
de be tomar en una planta.
• Identificación de las condiciones y la probabilidad de fallo.
Con esto, se puede conocer la confiabilidad que se tiene, en materia de seguridad
en las instalaciones y el equipo de proceso, y así poder tomar medidas de
corrección.
• Determinación de la frecuencia intermedia.
Una vez que se obtuvo la frecuencia de riesgo, es importante obtener un
promedio de veces que puede ocurrir un accidente y conocer de mejor forma el
riesgo que existe de un accidente industrial.
• Evaluación de la necesidad de capas protectoras extras.
Los niveles de seguridad se toman a partir del estudio de las consecuencias de un
accidente. Con esto, se determina que tanto se debe de proteger contra los
impactos generados en in incidente.
Cuando el riesgo de un escenario sobrepasa los límites establecidos por la empresa, se
coloca otra capa protectora para reducir el riesgo.
De esta forma, el análisis cualitativo de riesgos puede definir la magnitud del riesgo de
cierto escenario.
3.2.3 Análisis Cuantitativo.
El control de los riesgos industriales es una cuestión fundamental para la seguridad de
los procesos en la industria, así como de todo el personal, las instalaciones y el medio
ambiente en general. El nivel de riesgo es diferente para cada planta, dependiendo del
tipo de proceso.
El nivel de riesgo de cada planta se puede determinar por medio de un análisis
cuantitativo de riesgo. Éste análisis es un método que identifica en que punto se podrá
reducir el riesgo en las operaciones del proceso, en la ingeniería del proceso o en los
sistemas de administración. Por lo general, es recomendable que éste tipo de análisis sea
realizado al principio de un proyecto.
Los resultados de un análisis cuantitativo de riesgo estarán en función del tipo de
estudio que se realice y del tipo de información que sea usada para generarlos. El
objetivo de este tipo de análisis es de proveer información necesaria para la evaluación
de los riesgos de una planta de procesos, para la elección correcta de una estrategia.
Un análisis cuantitativo de riesgos se conforma por los siguientes pasos:
1. Definición de secuencias de eventos e incidentes potenciales.
Aquí se localizan todos los posibles eventos que pueden resultar en
accidentes y se resaltan aquellos que pueden desencadenar una serie de
incidentes que también pueden resultar en accidente. Además se localizan
las posibles fuentes de ignición.
2. Evaluación de las consecuencias de los incidentes.
En este paso se realizan estudios con el uso de herramientas de
simulación de explosiones u otros eventos riesgosos.
3. Estimación de las frecuencias de riesgo.
Es importante saber de antemano, el nivel de seguridad que se tiene
asegurado en la planta. La importancia del análisis cuantitativo radica en
este punto, en el cual se establece la frecuencia con la que los riesgos se
pueden convertir en accidentes.
4. Estimación de los impactos incidentes en personas, el medio ambiente y
las instalaciones.
Este punto es muy importante para la determinación de la magnitud del
siniestro. Con la estimación del alcance de los daños se pueden tomar las
medidas de protección necesarias para asegurar la seguridad, en todos los
aspectos que abarcan los daños al personal, a las instalaciones y al medio
ambiente.
5. Estimación del riesgo por medio de combinaciones de frecuencias de
riesgo.
En muchas ocasiones, los incidentes riesgosos no se presentan de forma
aislada, es decir, con un solo percance, se pueden desencadenar una serie
de sucesos que pueden alterar la complejidad del riesgo, llevándolo a
impactos más significativos.
Como se mencionó anteriormente, cada empresa tiene su propio nivel aceptable de
riesgo, dependiendo del tipo de materia prima o producto que se maneje. La descripción
del riesgo se puede observar gráficamente de la siguiente forma. A continuación aparece
una gráfica del comportamiento entre la frecuencia y las consecuencias de la
sobrepresión de una explosión. Para los valores que entren en la región por debajo de la
curva, se considera como riesgo aceptable y para los valores que caigan en la parte
superior de la gráfica se considera como un riesgo no aceptable.
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
0 10 20 30
Distancia (m)
Sobr
epre
sión
(kP
FIGURA 3.65 Gráfica de las zonas de riesgo
El análisis de riesgos por medio de un método cuantitativo es un procedimiento
complejo que requiere importantes inversiones de tiempo y del conocimiento de
expertos en el área. Cuando no se dispone de estas 2 necesidades, se procede con la
realización de un análisis cualitativo de riesgos.
5 Crowl, Daniel A. Chemical Process Safety. 2nda edición. Upper Saddle River, New Jersey. Prentice Hall Internacional Series. 2002. p499.
No aceptable
Aceptable
3.3 Explosiones
Las explosiones son consideradas como grandes acontecimientos en la industria, que
suceden a causa de una falla en cualquier etapa del proceso, a lo cual se le denomina
riesgo industrial. Si no son controladas a tiempo, es muy seguro que destruyan gran
parte del medio que las rodea.
En la industria química, las explosiones, junto con los incendios, son los tipos de
accidente más frecuentes y destructivos de cualquier otro que se presente. A
continuación se presenta la TABLA 3.66, la cual proporciona información acerca de los
accidentes industriales con más frecuencia en las industrias que trabajan con
hidrocarburos entre los años de 1957 y 1986.
TABLA 3.6 Accidentes con mas frecuencia en la industria de hidrocarburos
Accidente Proporción (%) Incendios 35 Explosión de nube 42 Otras explosiones. 22 Otros 1
Como se puede observar, las explosiones en general, tienen una gran proporción de
accidentes en las plantas de hidrocarburos. Sin embargo, es importante analizar mas
detalladamente acerca de éstas explosiones, con un fin preventivo para tomar en cuenta
las medidas de protección necesarias para minimizar el daño que pueda causar un
accidente. La información que se muestra a continuación, en la TABLA 3.77, muestra
información acerca de los lugares donde ocurren las explosiones con más frecuencia y
las causas de éstas.
6 Garrison, W.G. (1988). One hundred largest losses-A Thirty year review of property damage losses in the hydrocarbon chemical industries. M&M Protection consultant, Chicago. 7 Lees. F.P; (1996). Loss prevention in the process industries, second edition. Butterworth-Heinemann. Londres.
TABLA 3.7 Tipos de explosiones con mas frecuencia en las industrias
Tipo de explosión Proporción (%) Incendios 32 Explosión dentro de equipos por entrada de aire. 11 Explosión dentro de equipos por reacción fuera de control. 23 Explosión fuera de equipo, en el interior de edificios. 24 Explosión en exteriores. 3 Explosión de recipientes (corrosión y calentamiento) 7
El comportamiento de una explosión depende de distintos parámetros, tales como:
• La temperatura y presión del medio ambiente.
• El tipo de combustible o explosivo.
• Propiedades físicas del combustible o explosivo.
• Tipo de fuente de ignición.
• Lugar cerrado o abierto.
• Cantidad del combustible o explosivo.
• Tiempo que corre después de la ignición.
• La tasa a la cuál el combustible es liberado.
Como se puede entender, el comportamiento de una explosión es difícil de predecir, sin
un análisis adecuado que reúna y considere todas éstas variables, las cuáles servirán
tanto para la descripción del comportamiento como para el cálculo del daño que lleguen
a causar.
El estudio de la causa o las causas, que pueden generar una explosión puede ser vital en
el momento de la toma de medidas de prevención de los accidentes. Es por eso que se
incluye información acerca de éstas causas que se recopilaron en accidentes ocurridos
en la industria de la transformación de hidrocarburos y que se presenta a continuación
en la TABLA 3.88.
8 Planas, G.; (1989). La prevención de incendios y explosiones en las instalaciones industriales. Ingeniería Química, 141-155.
TABLA 3.8 Principales causas de las explosiones
Causa que inició la explosión Frecuencia (%) Reacción química incontrolada. 20 Reacción química accidental 15 Combustión o explosión de equipo 13.3 Nubes de vapor libres. 10 Sobrepresión. 8.3 Descomposición. 5 Chispas de combustión 5 Fallo de recipientes a presión. 3.3 Operación inadecuada. 3.3 Otros 16.8
Una característica importante de la explosión es que tiene corto periodo de duración, lo
que hace muy difícil la aplicación de medidas de control en comparación con otros tipos
de accidentes tales como, incendios, derrames o fugas. Es por esto, que la única forma
de actuar en contra de las explosiones es mediante la prevención.
El límite de una explosión generalmente se refiere al rango de presión y temperatura
para el cuál la reacción explosiva, a una cierta composición, es posible. Esto
determinará fuertemente el nivel de daño de la explosión.
Una explosión resulta de una rápida liberación de energía, la cuál debe ser suficiente
para causar una acumulación de energía en el sitio donde ocurre el fenómeno.
Posteriormente, ésta energía es disipada por medios como ondas de choque (efectos de
sobrepresión), radiación térmica y energía acústica. El presente proyecto se centra en los
efectos de sobrepresión para predecir el comportamiento de las explosiones.
3.3.1. Definición de una explosión.
Actualmente, no existe una sola definición para una explosión. Cada autor presenta una
definición distinta al resto de los autores. La descripción de una explosión abarca
numerosos eventos que bien, pueden ser usados para su comprensión, tales como la
ruptura de un tanque, una luz o “flash” causada por un corto circuito eléctrico, la
detonación de un explosivo, la deflagración de un tanque que contiene una mezcla
explosiva, una onda de choque y una bola de fuego, entre otras.
La AICHE (por sus siglas en inglés de American Institute for Chemicals Engineers),
menciona que una explosión se puede definir como un desprendimiento de energía que
causa una onda de impacto. Si embargo, esta definición no es completa, además de ser
muy general, no distingue entre conceptos como detonación y deflagración.
Para fines de interés del presente trabajo, una explosión es el efecto producido por una
violenta y repentina expansión de gases que resulta en una onda de choque. El proceso
de expansión de gases se puede llevar a cabo por 2 causas; de forma mecánica, o por
reacción química. Cuando dicho proceso, se inicia por medio de una reacción química o
una reacción de oxidación, la explosión va acompañada por fuego.
3.3.2 Terminología.
• Explosión: Efecto producido por una violenta y repentina expansión de gases
acompañada por una onda de choque y por fuego.
• Deflagración: Explosión en la que la onda electromagnética viaja a una
velocidad más lenta que la del sonido.
• Detonación: Explosión en la que la onda electromagnética viaja a una velocidad
más rápida que la del sonido.
• Fuego: Rápida oxidación exotérmica de un combustible, llevada a cabo por una
fuente de ignición.
• Atmósfera explosiva: Mezcla con aire de sustancias inflamables en forma de
gases, vapores, niebla o polvo en la cual, después de la ignición, la combustión
se extiende por toda la mezcla.
• Combustible: Cualquier cosa que se quema. Es la sustancia que se oxida en
presencia de un comburente u oxidante.
• Comburente: Cualquier material o sustancia que puede reaccionar con un
combustible para producir la combustión. Es la sustancia que oxida al
combustible.
• Fuente de ignición: Fuente que proporciona la energía necesaria para que se
lleve a cabo la reacción de oxidación.
• Escenario: la descripción de los eventos que resultan en un accidente o
incidente. Debe de presentar información acerca de la causa.
• Evento: Situación en la que se lleva a cabo un accidente.
• Riesgo industrial: Cualquier evento que puede desarrollar una serie de
acontecimientos que pueden dañar la infraestructura de la planta, provocar daños
al personal o a una población que se encuentre cercana a la planta.
• Radiación: Transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas.
• Sobrepresión: Presión por encima de la de diseño o del margen normal.
• Accidente: Suceso anómalo o anormal que genera escape de sustancias tóxicas o
inflamables y/o daños a la población y al medio ambiente.
• Bola de fuego: Tipo de incendio de nube de vapores o gases inflamables que
tiene lugar en la periferia de la nube.
• Sustancia inflamable: Sustancia que cuando se mezcla con aire, puede
encenderse con fuego, a menudo violentamente.
3.3.3 Conceptos básicos.
La explosión, la detonación y la deflagración, son conceptos que además de estar
directamente relacionados entre sí, su aplicación puede resultar un poco confusa.
El calentamiento acelerado y repentino de un combustible, generalmente provoca el
inicio de una reacción exotérmica de oxidación, dando como resultado una explosión y
posteriormente una onda de sobrepresión. El calor que resulta y que además se disipa
tiene como consecuencia un aumento en la velocidad de reacción y otra reacción
conocida como deflagración. Cuando las condiciones de Temperatura y presión de ésta
onda incrementan, la velocidad también lo hace, hasta alcanzar velocidades
supersónicas. En este caso hablamos de una reacción de detonación.
Es decir, cuando las ondas electromagnéticas por las cuales se transportan estos dos
efectos de la explosión, viajan a una velocidad mas lenta que la del sonido, la explosión
se puede definir como una deflagración, y cuando éstas mismas ondas viajan a
velocidades mas altas que la del sonido, entonces hablamos de una detonación.
La diferencia principal entre una onda de mecanismo deflagrante y otra de mecanismo
detonante es, además de las diferencias en las velocidades, que la temperatura y
sobrepresión generadas por la onda son capaces de descomponer los reactivos de la
reacción de oxidación en un tiempo mas corto que el que se da en el mecanismo
deflagrante.
3.3.4 Tipos de escenarios.
Un escenario se define como la descripción de los eventos que resultan en un accidente
o incidente. Tal descripción deberá contener información relevante que identifique las
causas del accidente. El estudio de los tipos de escenarios es fuente de información para
la determinación de las consecuencias de un accidente, tales como lesiones a personas,
afectaciones al medio ambiente o a las instalaciones.
Los tipos de escenarios que pueden ocurrir en cierta planta de proceso dependen de
muchas variables como por ejemplo, el tipo o tipos de materiales con los que se trabaja,
los tipos de contenedores para esos materiales, la instrumentación del proceso, el lugar
donde se sitúa la planta, condiciones meteorológicas, etc. Los tipos de escenarios más
comunes son rupturas de tuberías, mangueras, tanques contenedores, equipos de
instrumentación, desbordamiento de líquidos retenidos en tanques o fugas de gases.
Los efectos que causan los distintos tipos de escenarios en una explosión se centran a
los daños de la onda de sobrepresión.
3.3.4.a Efectos de sobrepresión.
El efecto más característico de una explosión, es el gran aumento de sobrepresión que se
produce en el medio ambiente que la rodea. Esta sobrepresión se transporta en el medio
a través de ondas electromagnéticas en todas las direcciones.
La explosión de un gas o un polvo químico, resulta en una reacción que se desplaza
desde el centro de la fuente de ignición hacia el exterior de la misma, acompañada por
una onda de presión. Esta reacción se finaliza cuando la cantidad total del combustible
se termina. Sin embargo, cuando ésta reacción finaliza, la presión sigue su camino hacia
el exterior, por medio de una onda de sobrepresión, la cuál se compone por la presión
mencionada y por la ráfaga de viento que ésta emite. La sobrepresión se puede mostrar
con el siguiente comportamiento.
FIGURA 3.79. Comportamiento de la onda de sobrepresión
En el tiempo cero, se considera el efecto de la fuente de ignición, es decir, el inicio de la
explosión, cuando la presión registrada es la presión ambiental (P0). Cuando se origina
la onda de choque en el tiempo de llegada (ta), la presión tiene un incremento hasta el
9 Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. NTP 321: Explosiones de nube de vapor no confinadas: Evaluación de la Sobrepresión. Ministerio de Trabajo y asuntos sociales, España, Sierra, Emilio. 2006. Colecciones de tipo NTP
valor de P0 + Ps en donde se registra la máxima presión. A partir de este punto, la
magnitud de la sobrepresión sufrirá un decremento hasta llegar nuevamente al valor de
la presión ambiental, en el tiempo ta + T+. En este periodo se producen los efectos más
violentos de la onda de sobrepresión.
Posteriormente, la presión continúa en decremento, por debajo de la presión ambiental
hasta llegar al tiempo ta + T+ - T-, pasando por un valor máximo de presión por debajo
de la ambiental. En este periodo, la ráfaga de viento que resulta de la sobrepresión toma
una nueva dirección inversa a la inicial hacia el centro de la explosión. Esto causa un
daño pequeño en comparación con el causado por la sobrepresión, debido a que éste
periodo la magnitud de la presión es muy pequeña. La región de sobrepresión, causante
del mayor daño de la explosión se le llama región positiva y la región donde se localiza
la presión por debajo de la ambiental se le llama región negativa. Finalmente, la presión
regresa a su estado ambiental y finaliza la onda de choque de sobrepresión.
Como ya se mencionó, la onda de sobrepresión resultante es la causa más importante de
los efectos destructivos que ocasiona una explosión. Cualquier objeto que se encuentre
en la dirección de ésta onda puede ser desplazado violentamente hacia cualquier parte
del medio que rodee a la explosión. La onda de sobrepresión es una cantidad vectorial,
que se compone de magnitud y dirección. Por medio de la medición de la magnitud de
la sobrepresión se puede conocer de antemano el alcance del daño que se podría
generar. A continuación, se muestra la TABLA 3.9 que presenta el tipo de daño a
diferentes magnitudes de sobrepresión.
TABLA 3.9 Daños causados por la onda de sobrepresión.
Presión (Puig) Presión (Kpa) Daño
0.02 0.14 Molesto ruido. 0.03 0.21 Rajadura de ventanas. 0.04 0.28 Fuerte ruido con rajadura en ventanas. 0.1 0.69 Rompimiento de ventanas. 0.15 1.03 Rompimiento de ventanas y demás partes de vidrio. 0.3 2.07 Límite para sufrir graves daños. 0.4 2.76 Daño a las estructuras.
0.5 a 1.0 3.4 a 6.9 Destrucción total de ventanas y marcos. 1 6.9 Demolición parcial de una casa.
1 a 2 6.9 a 13.8 Daño a las estructuras de acero y aluminio. 2 13.8 Colapso parcial de paredes.
2.3 15.8 Daño severo a las estructuras de concreto. 2.5 17.2 50% de destrucción a la estructura de ladrillo. 3 20.7 Edificios de acero pierden estabilidad con el suelo. 4 27.6 Ruptura a la estructura de un edificio.
5 a 7 34.5 a 48.2 Completa destrucción de una casa. 8 55.1 Ruptura de paredes reforzadas de 12 pulgadas. 10 68.9 Probable destrucción total de un edificio.
300 2068 Límite para la formación de un cráter.
3.4 Reglamentación y normatividad
El artículo 147 de la LEY GENERAL DEL EQUILIBRIO ECOLÓGICO Y LA
PROTECCIÓN AL MEDIO AMBIENTE (LGEEPA), menciona que, quienes realicen
actividades altamente riesgosas, deberán formular y presentar a la SECRETARÍA DEL
MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES (SEMARNAT), un estudio de
riesgo ambiental, y someter a aprobación ante la misma dependencia, además de la
secretaria de gobernación, de energía, de comercio y fomento industrial, de salud y del
trabajo y previsión social, los programas de respuesta contra accidentes.
Además, quines realicen estas actividades, deberán de contar con un seguro de riesgo
ambiental.
Un estudio de riesgo tiene como propósito los siguientes aspectos.
1. Identificar los riesgos, ya sean fugas, explosiones, incendios o derrames.
2. Enumerar los riesgos de acuerdo a su jerarquía. Para esto, se realiza un análisis
de consecuencias y otro de vulnerabilidad
3. Reducción del riesgo por medio de la revisión de las medidas para prevenirlos o
mitigarlos.
De acuerdo al primer listado de actividades altamente riesgosas, de la LGEEPA, una
actividad riesgosa se define como el manejo de sustancias peligrosas en un volumen
igual o superior a la cantidad de reporte. Así mismo, una sustancia peligrosa es aquella
que por sus altos índices de inflamabilidad, explosividad, toxicidad, reactividad,
radiactividad, corrosividad o acción biológica pueden ocasionar una afectación
significativa al medio ambiente, a la población o a sus bienes.
Con referencia al margen establecido por la cantidad de reporte, el mismo listado de
actividades altamente riesgosas la define como, la cantidad mínima de sustancia
peligrosa en producción, procesamiento, transporte, almacenamiento, uso o disposición
final o la suma de éstas, existentes en una instalación, que al ser liberada ocasionaría
una afectación significativa al ambiente, a la población o a sus bienes.
En cuanto a la protección de la seguridad de la población vecina a la planta industrial,
que realice actividades altamente riesgosas, será necesario establecer una zona
intermedia de salvaguarda, como medida de protección para la misma.
Con relación en los centros de trabajo donde se realicen actividades riesgosas, la
secretaría del trabajo y previsión social, por medio de su reglamento federal de
seguridad, higiene y medio ambiente del trabajo, cita lo siguiente:
Artículo 27°: Los centros de trabajo donde se realicen procesos, operaciones y
actividades que impliquen un riesgo de incendio o explosión, como consecuencia de las
materas primas, subproductos, productos, mercancías y desechos que se manejen,
deberán estar diseñados, construidos y controlados de acuerdo al tipo y grado de riesgo,
de conformidad con las normas aplicables.
Artículo 28°: Para la prevención, protección y combate de incendios, el patrón está
obligado a:
• Elaborar un estudio para determinar el grado de riesgo de incendio o explosión,
de acuerdo a las materias primas, compuestos o mezclas, subproductos,
productos, mercancías y desecho o residuos, así como las medidas preventivas
y de combate pertinentes.
• Elaborar el programa y procedimientos de seguridad para el uso, manejo,
transporte y almacenamiento de los materiales con riesgo de incendio.
• Contar con sistemas para la detección y extinción de incendios, de acuerdo al
tipo y grado de riesgo conforme a las normas aplicables.
• Contar con señalización visual y audible, de acuerdo al estudio a que se refiere
la fracción I del presente artículo, para dar a conocer acciones y condiciones de
prevención, protección y casos de emergencia.
• Organizar brigadas contra incendios en función y al tipo y grado de riesgo de
centro de trabajo para prevenirlos y combatirlos.
• Practicar cuando menos una vez al año simulacros de incendio en el centro de
trabajo.
• Las demás que señalen las normas correspondientes.
3.4.1 Modelación de explosiones.
Para la modelación en explosiones se necesita de un modelo matemático que permita
crear los pasos necesarios que requiere dicho proceso. El conocimiento de las fallas en
los equipos de proceso, que generan los accidentes, es indispensable para la creación de
los modelos
Los accidentes que pueden ocurrir en una planta de proceso, se deben a fallas en el
funcionamiento de algún equipo de proceso, y cuando estas fallas se conocen, los
modelos podrán describir el comportamiento del material en el lugar del incidente. Los
modelos, describen la cantidad de material que se involucra en el incidente, el estado
físico del material o bien, la velocidad con la que éste escapa de su sitio de
confinamiento. La herramienta principal con la que cuenta un modelo, son las
ecuaciones que describen los fenómenos físicos y/o químicos. Estas ecuaciones,
generalmente describen el comportamiento de la sobrepresión o de la radiación térmica.
La función de los modelos de explosión es decodificar la información de la fuente del
incidente y convertirla en un riesgo potencial para la seguridad, tal como la intensidad
de la radiación o la magnitud de la onda de sobrepresión. Finalmente, ésta información
se interpreta como daños a las personas, a las estructuras o al medio ambiente.
La modelación de explosiones ofrece una metodología para la toma de medidas de
seguridad contra los efectos que produce, ya sea en un espacio abierto o cerrado.
Cuando hablamos de modelación de explosiones, nos referimos a la representación
tanto física como matemática de los efectos del suceso. La representación física se
refiere a la replica en escala de la explosión, para lo cual, se necesita considerar los
efectos físicos, como sobrepresión y temperatura. Por otra parte, con la representación
matemática se obtienen determinaciones de tipo probabilística, las cuales se refieren a
los posibles eventos y escenarios que se pueden llevar a cabo durante una explosión. La
correcta aplicación de los dos aspectos de la modelación, será determinante para contar
con un nivel de seguridad óptimo que reduzca los riesgos en la industria.
3.4.2 ¿Porque modelar?
La modelación es un recurso de análisis que permite la predicción de la magnitud de
una explosión. Los análisis de riesgos en la industria requieren de modelos de
ecuaciones para conocer la sobrepresión originada por una explosión, así como de la
temperatura de radiación emitida por el fuego. Una vez obtenidos estos datos se podrá
tomar medidas preventivas a favor de la seguridad industrial. El uso de una herramienta
computarizada para la modelación de las explosiones brinda mayor flexibilidad para la
toma de control durante un accidente industrial. Además, la ventaja de tipo educacional
que trae consigo la herramienta de la programación es que se pueden comparar distintos
escenarios de riesgo y adquirir conocimiento acerca del alcance de los modelos
matemáticos de prevención de accidentes.
3.4.3 ¿Cuando modelar?
Cuando se realizan actividades catalogadas como altamente riesgosas y se requiere
saber de antemano los alcances de los efectos producidos por un accidente industrial.
Este procedimiento se realiza las veces que sea necesario para incluir todos los distintos
eventos y escenarios que se pueden originar en cualquier planta industrial. La
modelación, además nos permite conjugar distintos tipos de escenarios con distintos
tipos de eventos, lo cuál brinda mayor conocimiento acerca del alcance de los riesgos
que existen dentro de una planta química.
3.4.4 Limitaciones de la modelación.
Una limitación importante de la herramienta de la modelación es la adecuada aplicación
de un evento a su escenario correspondiente. Una ecuación de sobrepresión o una de
temperatura de radiación pueden arrojar datos inválidos, si alguna o ambas ecuaciones
no consideran algún o algunos de los factores descritos en la sección 3.3. Por esto, es
muy importante que cierto modelo matemático concuerde con el tipo de escenario que
se esté analizando.
Otra limitación de la modelación es de tipo tecnológico, la modelación de eventos en
distintos escenarios, requiere de herramientas informáticas, así como de grandes y
minuciosas bases de datos acerca de los materiales que participan en el escenario.
3.4.5 Tipos de modelos de explosión.
3.4.5.a Modelos tipo 2D.
Actualmente, podemos encontrar modelos para obtener gráficas de explosiones en 2
dimensiones. Los mas conocidos y mas usados son el modelo de masa equivalente de
TNT, el modelo de múlti-energía TNO. A continuación se describen brevemente los
modelos mencionados.
• Masa equivalente de TNT.
El modelo de masa equivalente de TNT, se basa en la hipótesis de equivalencia en
efectos explosivos entre una masa de cierto combustible y otra de trinitrotolueno (TNT).
Este método funciona con más precisión para explosiones causadas por polvos químicos
y el calentamiento de una sustancia explosiva. Con éste método podemos obtener una
gráfica que relacione distancia y sobrepresión, con el fin de conocer de antemano el
alcance del daño que produce la onda de sobrepresión.
Es un método muy fácil de aplicar y generalmente, sus resultados son fáciles de
interpretar. La facilidad de aplicación de éste método radica en la simplicidad de los
parámetros con los que se obtiene la equivalencia de TNT y la sobrepresión.
• Método de multi-energía (TNO).
El modelo de multi-energía sirve para la identificación de volúmenes confinados de
materiales peligrosos, además de asignar un grado de confinamiento. Con esto, se
determina el efecto de la sobrepresión causado por el volumen confinado. El modelo
supone que la energía de la explosión depende fuertemente en el nivel de congestión y
débilmente en la cantidad de combustible en la nube.
Este método es más utilizado para explosiones causadas por la ignición de una nube de
vapor explosiva. La aplicación de éste método es un poco mas complicada que el de
TNT. La complejidad del cálculo de la energía de explosión de la nube de vapor es un
proceso minucioso y complicado. Así mismo, la elección del nivel de energía, se escoge
de manera empírica, por lo cual se da lugar a malas selecciones de niveles.
3.4.5.b Modelos tipo 3D.
La modelación en 3D ofrece una gran ventaja visual acerca de la magnitud de la
explosión. Con esto, se pueden tomar medidas preventivas con más exactitud que con
los modelos tipo 2D, además de conocer de antemano la forma geométrica de la
explosión.
En general, los modelos tipo 3D se componen de la relación que existe entre 3 variables
distintas. Cada una arroja información por separado y en conjunto, es decir, se puede
interpretar la información brindada por una sola variable y también la información que
brindan todas en conjunto.
3.4.6 Modelación tipo 3D en explosiones
La modelación en 3D es una herramienta relativamente nueva que no se ha desarrollado
por completo, pero que cada vez esta abriendo un mejor camino hacia el análisis de los
principales accidentes de explosiones. Con una gráfica en 3D podremos observar el
fenómeno ocurrido desde distintos ángulos y con esto se podrá observar todas las
características de la explosión, tales como altura, distancia y trayectoria por la cuál la
sobrepresión se desplazará.
3.4.6.a Revisión de los parámetros de las ecuaciones de sobrepresión.
222
2
0
35.11
32.01
048.01
5.411616
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+
=eee
e
a ZZZ
Z
PP
Ecuación 3.2
Ecuación 3.3
TNT
cTNT E
Hmm
∆=η
Ecuación 3.4
31
TNT
e
m
rZ =
)./(exp)./(infexp
).(.exp).(
kgkJTNTdelosiónladeenergíaEkgkJlamablegasdellosióndeenergíaH
kgrohidrocarbudelmasamlosióndeempíricaeficiencia
kgTNTdeeequivalentmasam
TNT
c
TNT
==∆
==
=η
).()(
).().(tan
0
kPaambientedelpresionPkPaonsobrepresiP
kgTNTdeeequivalentmasammcerociadisladeafectacionderadior
a
TNT
===
=
La eficiencia empírica de explosión es un valor que se fija de acuerdo a la eficiencia del
proceso de combustión. Este valor se encuentra dentro de un rango que va desde el 5%
hasta el 15%. Se recomienda que para eficiencias bajas se utilice 5%, para eficiencias
medias un 10% y para eficiencias altas un 15%. El valor del diferencial de entalpías de
combustión se obtuvo de tablas reportadas en la literatura. La energía de explosión del
TNT es un valor fijo e igual a 4686 kJ/kg.
La distancia escalada (Ze), nos sirve para conocer los efectos que causa la explosión de
cierta masa de TNT a cierta distancia. Posteriormente, con la ecuación 3.4.6.b.1 se
calcula el valor del diferencial de presión de la onda de choque. Finalmente el valor que
arroja la ecuación 3.4.6.b.1 se multiplica por la presión ambiental, para obtener el valor
de la sobrepresión.
• Método de múlti-energía (TNO).
2
*1
C
RCP−
= Ecuación 3.7
31
0⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
−
PE
RR Ecuación 3.8
).(Pr:).(exp:
.tan:
0 kPaaatmosféricesiónPJlosiónladeEnergíaE
metrosenciaDisR
.:.dimtan:
21 energíadenivelesmultidegráficaladeobtenidosParámetrosCyCensionalaescaladaciaDisR
−
−
El primer paso para la determinación de la presión por éste método es obtener la
distancia escalada adimensional. Ésta operación se realiza con la fórmula 3.4.6.b.5. El
parámetro importante de ésta ecuación es la energía total de explosión (E).
Posteriormente es necesario fijar un nivel de explosión que se encuentra dentro de un
rango de 1 a 10, considerando el nivel 1 como la deflagración más débil y 10 como la
detonación más fuerte.
Con los valores del nivel de energía y la distancia escalada adimensional (−
R ), se
obtienen los parámetros de ajuste C1 y C2. Estos parámetros se obtienen con la gráfica
de los niveles de energía, que se muestra a continuación en la FIGURA 3.8.
Posteriormente se encuentra la FIGURA 3.9 que muestra los valores de las constantes
de ajuste C1 y C2, los cuales fueron obtenidos con una regresión de datos de la gráfica
de niveles de energía.
FIGURA 3.8 Gráfica de la relación entre la distancia escalada y la presión
FIGURA 3.9 Valores de las constantes C1 y C2
El valor de la energía total de la explosión (E), es igual a el producto de la masa del
combustible y el diferencial de entalpía del mismo combustible. Para esto, se utiliza
el balance de energía para su cálculo, mediante la siguiente ecuación.
( ) TCpmHm ii
n
ic ∆Σ=∆=1
Ecuación 3.9
Es importante mencionar que el valor de la energía de explosión deberá introducirse en
la fórmula con unidades de Joules. Así mismo, el diferencial de entalpía deberá
introducirse en kJ/kg.
El cálculo para la sobrepresión para éste método se realiza de la misma manera en que
se hace para el método TNT, es decir, el valor obtenido por la ecuación 3.4.6.b.4 se
debe multiplicar por la presión ambiental para conocer el valor de la sobrepresión.