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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO (IIP)

“MODELACIÓN DEL ÁREA DE PELIGROSIDAD DEL RIESGO DE

INCENDIO PARA EL ALMACENAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN

QUE SE DEDICA A LA PRODUCCIÓN DE UN BIOCOMBUSTIBLE A

BASE DE ACEITE VEGETAL”

CRISTINA FABIOLA GAVILANES ALBÁN

TUTOR: MSc. ING. FLAVIO ROBERTO ARROYO MOROCHO

Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del grado de:

MAGISTER EN SISTEMAS INTEGRADOS DE GESTIÓN

Quito, 28 de Julio

2016

ii

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Cristina Fabiola Gavilanes Albán, en calidad de autora del trabajo de

investigación: “Modelación del Área de Peligrosidad del Riesgo de Incendio para

el Almacenamiento de una Instalación que se dedica a la Producción de un

Biocombustible a Base de Aceite Vegetal”, autorizo a la Universidad Central del

Ecuador hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que

contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en

los artículos 5, 6, 8, 19 y demás partes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la

digitalización y publicación de éste trabajo de investigación en el repositorio

virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de

Educación Superior.

Quito, 28 de julio de 2016

Cristina Fabiola Gavilanes Albán

CC. 1717762601

Teléfono: 0984970098 / 022355525

Correo electrónico: [email protected]

iii

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Yo, Flavio Roberto Arroyo Morocho, en calidad de tutor del trabajo de titulación:

“Modelación del Área de Peligrosidad del Riesgo de Incendio para el

Almacenamiento de una Instalación que se dedica a la Producción de un

Biocombustible a Base de Aceite Vegetal”, elaborado por la estudiante Cristina

Fabiola Gavilanes Albán, estudiante del Instituto Superior de Postgrado de la

Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central

del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios en

el campo metodológico y en el campo epistemológico, y ha superado el control anti

plagio, para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se

designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el Trabajo Investigativo sea

habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la

Universidad Central del Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los 28 días del mes de julio del año 2016.

Ing. Flavio Roberto Arroyo Morocho MSc.

CC: 1712019228

iv

CONTENIDO

pág.

LISTA DE CUADROS ......................................................................................... vii

LISTA DE GRÁFICOS ....................................................................................... viii

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1

1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................... 6

1.1. Antecedentes del Problema .............................................................................. 6

1.2. Planteamiento, descripción y definición del problema .................................. 12

1.3. Formulación ................................................................................................... 14

1.4. Preguntas directrices ...................................................................................... 19

1.5. Justificación ................................................................................................... 19

1.6. Objetivo General ............................................................................................ 21

1.7. Objetivos Específicos ..................................................................................... 21

2. MARCO GENERAL ......................................................................................... 22

2.1. Marco Referencial .......................................................................................... 22

2.1.1. Revisión de la legislación existente ............................................................. 22

2.1.2. Revisión de trabajos previos realizados ....................................................... 24

2.1.3. Definición de términos básicos .................................................................... 26

2.1.3.1. Incendio.................................................................................................... 26

2.1.3.2. Flash fire. ................................................................................................. 26

2.1.3.3. Pool fire. ................................................................................................... 27

2.1.3.4. Temperatura de ignición. ......................................................................... 27

2.1.3.5. Límites de inflamabilidad. ....................................................................... 27

2.1.3.6. Descripción del modelo matemático empleado en la simulación

realizada. .................................................................................................. 28

2.2. Diagnóstico .................................................................................................... 29

v

2.3. Metodología utilizada .................................................................................... 31

2.3.1. Diseño de investigación ............................................................................... 31

2.3.2. Operacionalización de las variables............................................................. 35

2.3.3. Unidad de investigación .............................................................................. 38

2.3.4. Instrumentos y materiales ............................................................................ 40

3. DISCUSIÓN ...................................................................................................... 42

4. LIMITACIONES ............................................................................................... 45

5. RESULTADOS ................................................................................................. 47

5.1 Resultado de las áreas de peligrosidad para el escenario 1: nube de vapor

inflamable la cual puede ocasionar un incendio y/o explosión tipo “flash fire”

........................................................................................................................ 47

5.2 Resultado de las áreas de peligrosidad para el escenario 2: nube de vapor

inflamable la cual puede ocasionar un incendio y/o explosión tipo “pool fire”

........................................................................................................................ 53

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 55

6.1. Conclusiones .................................................................................................. 55

6.2. Recomendaciones........................................................................................... 57

7. PROPUESTA DE RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA .................................... 58

GLOSARIO DE TÉRMINOS ................................................................................ 60

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 62

ANEXOS ............................................................................................................... 69

vi

A: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el

escenario 1 cuando la capacidad de almacenamiento del tanque se encuentra al

25% .................................................................................................................... 69

B: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el


50% .................................................................................................................... 70

C: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el


100% .................................................................................................................. 71

D: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el


25% .................................................................................................................... 72

E: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el


50% .................................................................................................................... 73

F: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación realizada para el


100% .................................................................................................................. 74

BIOGRAFÍA DE LA AUTORA ............................................................................ 75

vii

LISTA DE CUADROS

CUADRO pág.

1. Accidentes Registrados a nivel nacional durante el año 2015 ............................. 7

2. Accidentes registrados en plantas procesadoras de biocombustibles desde el año

2003 al 2013 ........................................................................................................ 9

3. Accidentes en plantas de procesamiento de biodiesel registrados desde enero de

2000 a inicios del año 2009 ............................................................................... 10

4. Resumen de Accidentes ocurridos para plantas de procesamiento de

biocombustible .................................................................................................. 11

5. Propiedades Fisicoquímicas del Aceite vegetal ................................................. 15

6. Propiedades Fisicoquímicas del Metanol ........................................................... 15

7. Accidentes y/o incidentes reportados en América Latina desde el año 2003

hasta el 2013 ...................................................................................................... 17

8. Resumen de la legislación nacional relacionada con la respuesta ante

incendios.. .......................................................................................................... 22

9. Valores de la potencia n considerados en el modelo de Brighton ...................... 29

10. Información para el modelamiento de las áreas de peligrosidad ..................... 36

11. Resultado de las áreas de peligrosidad cuando la capacidad de

almacenamiento del tanque se encuentra al 25%, 50% y 100% ....................... 47

viii

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO pág.

1: Accidentes registrados a nivel nacional en el año 2015....................................... 8

2: Porcentaje de accidentes ocurridos en plantas de procesamiento de

biocombustible (biodiesel) desde el año 2003 al 2013 ........................................ 9

3: Accidentes en plantas de procesamiento de biodiesel registrados desde enero de

2000 a inicios del año 2009 ............................................................................... 10

4: Resumen de accidentes por fuentes bibliográficas identificadas ....................... 12

5: Elementos indispensables para la generación del fuego. ................................... 26

6: Flujograma de actividades realizadas en la modelación (software ALOHA®

versión 5.4.5) ..................................................................................................... 35

7: Almacenamiento de biocombustible .................................................................. 38

8: Área de almacenamiento .................................................................................... 39

9: Área de almacenamiento de materia prima. ....................................................... 40

10: Diagrama del Área de peligrosidad al 25% de la capacidad del tanque de

almacenamiento. ................................................................................................ 50

11: Área de peligrosidad al 25% de la capacidad del tanque de almacenamiento . 50

12: Diagrama del Área de peligrosidad al 50% y 100% de la capacidad del tanque

de almacenamiento ............................................................................................ 51

13: Área de peligrosidad al 50% y 100% de la capacidad del tanque de

almacenamiento. ................................................................................................ 52

14: Área de peligrosidad al 25%, 50% y 100% de la capacidad del tanque de

almacenamiento. ................................................................................................ 53

15: Modelación correspondiente al escenario 2 ..................................................... 54

ix

RESUMEN

“Modelación del área de peligrosidad del riesgo de incendio para el

almacenamiento de una instalación que se dedica a la producción de un

biocombustible a base de aceite vegetal”

Autora: Cristina Fabiola Gavilanes Albán

Tutor: Flavio Roberto Arroyo Morocho

Fecha: 28, Julio de 2016

La presente investigación tiene como finalidad la determinación del área de

peligrosidad del riesgo de incendio para la fase de almacenamiento de una

instalación que se dedica a la producción de un biocombustible a base de aceite

vegetal al producirse una fuga en el tanque de acopio cuando su capacidad de

almacenamiento se encuentra al 25%, 50% y 100%; respectivamente. Para ello, se

aplicó una herramienta de simulación basada en los modelos matemáticos

propuestos por Brighton y empleados por el software ALOHA. El modelo combina

la información respecto de las propiedades fisicoquímicas del biocombustible,

condiciones atmosféricas del sitio en análisis y características del tanque de

almacenamiento. Con esta información se determina las áreas en las cuales se

pueden producir la formación de nubes inflamables, información que permite

establecer medidas y/o acciones para la mitigación y/o control de riesgos por

incendios, así como en el desarrollo de los planes de emergencia y contingencia

para este tipo de industrias. Se ha determinado que el área de peligrosidad de riesgo

puede abarcar hasta 92 metros a la redonda, medidos desde el punto de descarga en

dirección del viento. De acuerdo a la investigación, se concluye que únicamente se

puede producir las condiciones necesarias para un incendio de tipo “flash fire”.

PALABRAS CLAVES: RIESGO DE INCENDIO/

BIOCOMBUSTIBLE/ALMACENAMIENTO DE BIOCOMBUSTIBLE/

ZONAS DE PELIGROSIDAD/FLASH FIRE/ POOL FIRE/

x

ABSTRACT

“Modelling of the fire risk danger area for the storage of a facility devoted to

the production of a biofuel whose basis is vegetal oil”

Author: Cristina Fabiola Gavilanes Albán

Tutor: Flavio Roberto Arroyo Morocho

Julio de 2016

This investigation intends to establish the danger area of the fire risk for the storage phase

of a facility devoted to the production of vegetal oil based biofuel, in the event of a leak in

the collection tank when its storage capacity is at 25%, 50% and 100%; respectively. To

this end, a simulation tool based on the math models proposed by Brighton and used by the

ALOHA software was applied. The model combines information regarding the physical-

chemical properties of the biofuel, atmospheric conditions of the site under analysis, and

characteristics of the storage tank. With this information, the areas in which the formation

of flammable clouds may occur is established; this information makes possible to put in

place measures and/or actions to mitigate/control fire risks, as well as to develop emergency

and contingency plans for this type of industry. It has been established that the risk danger

area may encompass up to 92 meters in diameter, measured from the point of discharge in

the direction of the wind. According to the investigation, the conclusion is that only the

conditions necessary for a “flash fire” may occur.

KEYWORDS: RISK OF FIRE/BIOFUEL/ BIOFUEL STORAGE/DANGER

ZONES/FLASH FIRE/ POOL FIRE/

1

INTRODUCCIÓN

La falta de datos registrados a nivel nacional en cuanto a los accidentes ocurridos

por incendios y/o explosiones ocasionados en la industria dedicada al

procesamiento y almacenamiento de biocombustibles, o en su defecto, a las

empresas dedicadas a la producción de aceite vegetal elemento base para la

producción de biocombustibles a base de aceite vegetal como por ejemplo el

biodiesel, ha sido uno de los elementos fundamentales para proceder con la presente

investigación; puesto que en la base de datos de la Dirección del Seguro General de

Riesgos del Trabajo del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social correspondiente

al año 2015, únicamente reporta a nivel nacional un total de 21.971 accidentes, de

los cuales, 4.305 corresponden a la industria manufacturera (Direccción del Seguro

General de Riesgos del Trabajo del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social,

2016); desconociéndose el origen de los mismos, así como al tipo de industria al

cual corresponden.

No obstante, en la última recopilación de datos realizada por (Calvo Olivares,

Rivera, & Núñez Mc Leod, 2014), en la cual se determina que desde el año 2003 al

2013 en países como: Estados Unidos, Francia, Canadá, Argentina, España, Brasil,

Austria, Reino Unido, Turquía, Malasia, Austria, Japón y Bélgica, el 60% de

accidentes registrados en plantas procesadoras de biodiesel fueron ocasionados por

incendios y/o explosiones ocurridos en las fases de procesamiento y

almacenamiento.

Por otro lado, en los trabajos de: (Rivera, Selva, Mc Leod, & N., 2008); (Marlair,

Rotureau, Breulet, & Brohez, 2009) y (Salzano, Di Serio, & Santacesaria, 2010); se

exponen las consecuencias ocasionadas por los accidentes producidos en plantas

procesadoras de biocombustibles.

Se reporta además que estos van desde la pérdida total de la infraestructura, hasta

afectaciones a la salud de los trabajadores, como por ejemplo, el incendio ocurrido

en la mañana del 04 de julio de 2009 en la empresa estadounidense “Gen-X Energy

2

Group Inc”, debido a un derrame de 114 metros cúbicos de biodiesel de origen

desconocido, causando la destrucción total de la planta a pesar que esta no se

encontraba en operación (NBC Right Now, 2013). De igual manera, el incendio

ocurrido en la noche del 17 de julio de 2010 en el área de pre tratamiento de la

planta de producción de biodiesel de la empresa Argentina “AG Energy-Viluco

SA”, que ocasionó quemaduras de primer grado, así como afectaciones al sistema

respiratorio por inhalación de monóxido de carbono en los obreros presentes

durante este evento (El diario24.com, 2013).

Finalmente se registra el caso del incendio producido el 21 de agosto de 2007 en la

planta estadounidense “Farmers and Truckers Biodiesel”, en la cual, un soldador

que se encontraba instalando un medidor de flujo en la parte superior de un tanque

falleció cuando se produjo una explosión (Salzano, Di Serio, & Santacesaria, 2010).

Por lo anteriormente expuesto, resalta la importancia en la aplicación de

herramientas predictivas que permitan identificar las zonas en las cuales se pueden

llegar a producir incendios en este tipo de industria; por lo tanto, la presente

investigación tiene como propósito la determinación de las áreas de peligrosidad en

las cuales se pueden formar nubes de vapores inflamables que podrían generar

incendios, específicamente, para la fase de almacenamiento de una instalación que

se encuentra ubicada en la ciudad de Portoviejo de la provincia de Manabí –

Ecuador y que se dedica a la producción de un biocombustible a base de aceite

vegetal cuando se presenta el vertido líquidos combustibles debido a una fuga en su

tanque de acopio. Para este tipo de análisis se adoptan los siguientes escenarios: (a)

escenario 1: el líquido vertido no se quema y se deposita en la superficie, el cual

comienza a evaporarse, desencadenando un incendio tipo “flash fire” o llamarada;

y (b) escenario 2: el líquido una vez vertido se quema, presentando fuego en la

superficie generando incendio tipo “pool fire”; considerando que la capacidad del

tanque de almacenamiento en ambos escenarios se encuentran al 25%, 50% y 100%,

respectivamente.

3

Al respecto, es necesario destacar que el alcance del presente trabajo contempla

únicamente la identificación de las áreas de peligrosidad para la fase de

almacenamiento, puesto que es de gran interés para el ente auspiciante de esta

investigación, porque actualmente en el área en mención no dispone de ningún

sistema de respuesta ante incendios, además, la sustancia en mención presenta un

número de acidez mayor al 0,5 mg de hidróxido de potasio/gramo, valor

correspondiente al límite máximo establecido para el biodiesel y que se encuentra

expuesto en la norma INEN 2482:2009 (Instituto Ecuatoriano de Normalización ,

2016), situación que puede provocar la generación de orificios en las paredes del

tanque de almacenamiento produciendo el vertido de esta sustancia y con

consecuente incendio. En las investigaciones de: (Fazal, Haseeb, & Masjuki,

2010), (Haseeb, Masjuki, Ann, & Fazal, 2010) y (Jin, Zhou, Wu, Jiang, & Ge,

2015), se concluye que los biocombustibles obtenidos de aceites vegetales, sobre

todo de aceite de palma, genera mayor corrosión que el combustible diesel fósil, ya

que durante la aplicación de ensayos de laboratorio, los biocombustibles en

mención forman pequeños orificios en las placas metálicas empleadas durante las

pruebas realizadas.

Asimismo, la presente investigación no considera la modelación del área de

peligrosidad para el proceso productivo puesto que la entidad auspiciante ha

manifestado que el estudio del mismo expondría información susceptible de

divulgación que afectaría los procesos objeto de protección en base a los

lineamientos de propiedad intelectual y no es de su interés la difusión de esta

información.

Por lo tanto, la determinación de las áreas de peligrosidad en los dos escenarios

antes indicados emplea la aplicación de la herramienta de simulación basada en los

modelos matemáticos propuestos por Brighton y empleados por el software

ALOHA®. Vale mencionar que ésta herramienta es un instrumento desarrollado

por la División de Respuesta de Emergencia (ERD) de la Administración Oceánica

y Atmosférica Nacional (NOAA), en colaboración con la Agencia de Protección

Ambiental (EPA) de los Estados Unidos de América, que permite mediante

4

simulación, determinar el potencial riesgo de incendio asociado a derrames de

sustancias químicas (Jones, Lehr, & Simecek-Beatty, 2013).

Para la aplicación de la herramienta referida, se requiere del levantamiento de la

información relacionada con las propiedades fisicoquímicas del biocombustible a

base de aceite vegetal mediante investigación documental, así como la información

experimental levantada por el auspiciante del presente trabajo en virtud de la escasa

información disponible.

De igual manera, se requiere de la información relacionada con las condiciones

atmosféricas del sitio en análisis, la cual se obtiene mediante los datos

proporcionados durante el año 2012 por la estación meteorológica M0005

Portoviejo-UTM, perteneciente a la Red de Estaciones Meteorológica del Instituto

Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) ya que la estación en referencia

se encuentra ubicada cerca al sitio en análisis.

Luego, mediante investigación de campo, se realiza el levantamiento de las

características del área de almacenamiento del biocombustible en referencia,

identificando el proceso de acopio del biocombustible a base de aceite vegetal y las

características de la infraestructura disponible en la unidad de estudio.

Al respecto, es necesario destacar que la falta de información de las características

térmicas y energéticas del combustible, es una de las limitaciones de la presente

investigación, por lo tanto, para poder determinar las áreas de peligrosidad, se

consideran los siguientes aspectos:

1. Al no disponer de los límites de explosividad para el biocombustible a base de

aceite vegetal en estudio, se consideran los niveles agudos de exposición (Acute

Exposure Guideline Levels AEGLs) establecidos para el metanol, para un tiempo

de exposición de 1 hora; por ser la sustancia química que mayormente se emplea en

el proceso de producción de un biocombustible, considerando también que puede

presentarse trazas en el producto final de hasta un 0,20% en peso, conforme a lo

5

establecido en la norma INEN 2482:2009 Requisitos del Biodiesel (Instituto

Ecuatoriano de Normalización , 2016).

2. En la simulación no se incorporan los análisis de los siguientes efectos:

reacciones químicas, partículas, terreno, mezcla de sustancias químicas y

fragmentos peligrosos.

3. De igual manera, no se contempla la siguiente situación: Expansión de un

líquido en ebullición que genera un vapor explosivo o también conocido como

“BLEVE”, ya que este tipo de explosiones son causadas cuando se almacenan gases

licuados (Eckhoff, 2014).

4. Se considera que la duración de la descarga puede producirse en un tiempo

máximo de una hora, puesto que los métodos de cálculo que se han empleado en

modelaciones realizadas para varias sustancias con diferentes propiedades

fisicoquímicas determinando que las descargas de gases hacia la atmosfera se

producen en periodos de tiempo entre diez minutos y una hora. (ALOHA, 2015).

Finalmente, con toda la información antes indicada, se procede con la aplicación

del software establecido para realizar la simulación de las áreas de peligrosidad para

cada uno de los escenarios identificados, proporcionando así, información primaria

para poder definir acciones que permitan establecer medidas oportunas de respuesta

ante estos eventos.

6

1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

1.1. Antecedentes del Problema

A nivel nacional, en el año 2015 se registra un total de 21.917 accidentes ocurridos

en sectores como: servicio social y salud; actividades inmobiliarias y de alquiler;

administración pública y defensa; agricultura, ganadería, caza y silvicultura;

relación de dependencia sector privado y público; comercio al por mayor y menor;

construcción; explotación de minas y canteras; enseñanza; servicio doméstico en

hogares; hoteles y restaurantes; industria manufacturera; intermediación financiera;

actividades comunitarias sociales y personales de tipo servicios; pesca; suministros

de electricidad, gas y agua; transporte, almacenamiento y comunicaciones;

organizaciones y órganos extraterritoriales; actividades por identificar, en blanco y

personas económicamente inactivas.

De todos los casos descritos, 4.305 corresponden a industrias manufactureras, de

acuerdo a la base de datos de la Dirección del Seguro General de Riesgos del

Trabajo del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social (Direccción del Seguro

General de Riesgos del Trabajo del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social,

2016), tal como se puede apreciar en el cuadro 1(ver cuadro 1 y gráfico 1).

7

Cuadro 1. Accidentes Registrados a nivel nacional durante el año 2015

Sector Número de accidentes

registrados

Servicio social y salud 1.385

Actividades inmobiliarias y de alquiler 2.379

Administración pública y defensa 2.051

Agricultura, ganadería, caza y silvicultura 1.859

Relación de dependencia sector privado y

público 6

Comercio al por mayor y menor 3.173

Construcción 1.686

Explotación de minas y canteras 282

Enseñanza 194

Servicio doméstico en hogares 6

Hoteles y restaurantes 643

Industria manufacturera 4.305

Intermediación financiera 289

Actividades comunitarias sociales y personales

de tipo servicios 974

Pesca 539

Suministros de electricidad, gas y agua 453

Transporte, almacenamiento y comunicaciones 1.092

Organizaciones y órganos extraterritoriales 3

Actividades por identificar, en blanco y personas

económicamente inactivas 598

TOTAL 21.917

Fuente: (Direccción del Seguro General de Riesgos del Trabajo del Instituto

Ecuatoriano de Seguridad Social, 2016)

8

Gráfico1: Accidentes registrados a nivel nacional en el año 2015

Fuente: Elaborado por la autora

De lo expuesto, se evidencia que la información relacionada con los accidentes

ocurridos por incendios y/o explosiones en plantas dedicadas al procesamiento de

biocombustibles y/o producción de aceites vegetales; no consta en la base de datos

de la Dirección del Seguro General de Riesgos del Trabajo del Instituto Ecuatoriano

de Seguridad Social.

Asimismo, a nivel mundial existe información limitada respecto de los accidentes

y/o incidentes ocasionados en instalaciones de procesamiento de biocombustibles,

tal como se manifiesta en la investigación de (Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc

Leod, 2014), en la cual, se obtiene una base de datos que recopila los accidentes e

incidentes ocasionados en plantas procesadoras de biodiesel en los siguientes

países: Estados Unidos, Francia, Canadá, Argentina, España, Brasil, Austria, Reino

Unido, Turquía, Malasia, Austria, Japón y Bélgica; para un periodo de 10 años

contados a partir del 2003. Tomando en cuenta que en el mencionado estudio se

determina que a pesar de ser un primer intento, todavía queda mucho por analizar

en virtud de los posibles riesgos que pueden generarse al manipular varias

sustancias químicas y/o líquidos inflamables que se emplean durante el proceso de

obtención de biocombustibles a base de aceite vegetal como metanol.

9

El estudio detalla que en el periodo analizado, se recopila un total de 85 casos de

accidentes y/o incidentes referenciados, de los cuales, el 60% corresponden a

incendios y/o explosiones (ver cuadro 2 y gráfico 2).

Cuadro 2. Accidentes registrados en plantas procesadoras de biocombustibles

desde el año 2003 al 2013

Tipo No. eventos %

Incendio 51 60%

Explosión 20 24%

Fuga, derrames 11 13%

Incidente Ocupacional y otros 3 3%

Total 85 100%

Fuente: (Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc Leod, 2014)

Gráfico 2: Porcentaje de accidentes ocurridos en plantas de procesamiento de

biocombustible (biodiesel) desde el año 2003 al 2013


Por otro lado, en la investigación realizada por (Rivier & Marlair, 2010), se presenta

la recopilación de los incidentes ocasionados durante enero de 2000 hasta inicios

del año 2009 en plantas de producción de biodiesel, específicamente en industrias

que emplean en su proceso productivo etanol y metanol. En esta fuente se registran

10

100 casos, de los cuales, el 64% tienen relación con la explosión y/o incendio, tal

como se puede apreciar en el gráfico 3 (ver gráfico 3).

Cuadro 3. Accidentes en plantas de procesamiento de biodiesel registrados desde

enero de 2000 a inicios del año 2009

Tipo Número de accidentes

Explosión / incendio 64

Transporte y accidentes por derrames 22

Transporte y accidentes por incendios/ explosiones 6

Otros 8

Total 100

Fuente: (Rivier & Marlair, 2010)

Gráfico 3: Accidentes en plantas de procesamiento de biodiesel registrados desde

enero de 2000 a inicios del año 2009


En los resultados expuestos en la investigación realizada por (Salzano, Di Serio, &

Santacesaria, 2010), se determina la importancia del análisis de riesgos por

incendios en el proceso productivo y en el área de almacenamiento, debido al uso

de sustancias químicas inflamables como metanol, señalando que el 20% de los

accidentes registrados en su investigación se producen en el almacenamiento.

11

En forma adicional, en las siguientes investigaciones se recopilan los accidentes

más relevantes ocurridos sobre todo en plantas de obtención de biodiesel. Se destaca

que en ninguno de ellos se establecen las posibles causas y consecuencias (Marlair,

Rotureau, Breulet, & Brohez, 2009); (Rivera, Selva, Mc Leod, & N., 2008) y

(Salzano, Di Serio, & Santacesaria, 2010).

Por lo tanto, de lo anteriormente expuesto, en el cuadro 4 se presenta un resumen

de los accidentes recopilados en cada una de las investigaciones antes mencionadas

(ver cuadro 4 y gráfico 4).

Cuadro 4. Resumen de Accidentes ocurridos para plantas de procesamiento de

biocombustible

Fuente/autor Año Total de

accidentes/incidentes

Accidentes

por incendio

Rivera, Selva, Mc Leod, & N. 2008 5 3

Marlair, Rotureau, Breulet, & Brohez 2009 7 6

Rivier & Marlair 2010 100 64

Salzano, Di Serio, & Santacesaria 2010 35 22

Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc

Leod 2014 85 51


12

Gráfico 4: Resumen de accidentes por fuentes bibliográficas identificadas


1.2. Planteamiento, descripción y definición del problema

A pesar que en el Ecuador aún no se dispone de información respecto de los

accidentes y/o incidentes ocasionados en este tipo de industrias (Direccción del

Seguro General de Riesgos del Trabajo del Instituto Ecuatoriano de Seguridad

Social, 2016), es importante tomar en cuenta los aportes realizados por: (Calvo

Olivares, Rivera, & Núñez Mc Leod, 2014); (Rivier & Marlair, 2010) y (Salzano,

Di Serio, & Santacesaria, 2010), en los cuales se pone de manifiesto que la mayor

fuente de riesgo para este tipo de industrias está relacionada con incendios y/o

explosiones debido al empleo de sustancias inflamables durante el proceso de

obtención de biocombustibles; así como en su fase de almacenamiento.

Además, es necesario destacar que en los accidentes por incendio ocasionados en

industrias procesadoras de biocombustibles como por ejemplo biodiesel,

registrados en el trabajo de (Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc Leod, 2014), han

causado desde afectaciones a la salud de los trabajadores; quejas y/o inconvenientes

con la comunidad; hasta pérdidas económicas (ver cuadro 7).

13

Esta información permite afirmar que es necesario el empleo de herramientas que

permitan determinar el área de peligrosidad del riesgo de incendio en el

almacenamiento de industrias de procesamiento de biocombustibles a base de aceite

vegetal, con la finalidad de poder establecer medidas oportunas que permitan

reducir las consecuencias a producirse en caso de incendios y/o explosiones. Para

este caso se considera que la bibliografía especializada no cuenta con resultados de

análisis extensivos de accidentes como metodología disponible para este tipo de

investigaciones.

En forma adicional, y conforme la información presentada en los trabajos de:

(Fazal, Haseeb, & Masjuki, 2010); (Jin, Zhou, Wu, Jiang, & Ge, 2015); (Hu, Xu,

Hu, Pan, & Jiang, 2012) y (Haseeb, Masjuki, Ann, & Fazal, 2010), en los cuales

mediante la aplicación de ensayos de corrosión tanto a biocombustibles a base

vegetal (biodiesel) así como al combustible diésel de origen fósil, en metales como:

cobre, aluminio y acero, se determina que los biocombustibles son más corrosivos

que el diésel. Se menciona además que aquellas sustancias que se obtienen a partir

de aceites vegetales forman orificios en las placas empleadas durante los ensayos

de corrosión realizados.

Al respecto, es necesario destacar que los tanques de almacenamiento de la planta

de procesamiento de biocombustible a base de aceite vegetal de la unidad en

estudio, presenta un número de acidez mayor al 0,5 mg de hidróxido de

potasio/gramo, valor correspondiente al límite máximo establecido para el biodiesel

que se encuentra expuesto en la norma INEN 2482:2009 (Instituto Ecuatoriano de

Normalización , 2016), situación que agrava la ocurrencia de derrames que pueden

llegar a ocasionar incendios y/o explosiones. Se tiene en cuenta además que el área

de almacenamiento de esta sustancia, al momento, no cuenta con sistema alguno de

respuestas ante incendios y/o explosiones, y al no disponer de información respecto

del análisis de los accidentes ocurridos en instalaciones de procesamiento y

almacenamiento de biocombustibles a base de aceite vegetal a nivel nacional, hace

que la presente investigación permita aportar con datos base para establecer

14

posibles áreas afectadas al generarse un incendio en el área de almacenamiento, a

fin de plantear medidas de respuesta ante estos eventos.

De igual manera, con la presente investigación se puede reforzar el diseño de planes

de emergencia y/o contingencia; ya que permite identificar las zonas en las cuales

se puede formar una nube de vapores inflamables, información base para

puntualizar medidas de control y/o mitigación del riesgo por incendio; si como

planificar la frecuencia y/o priorización en la ejecución de simulacros.

Por otro lado, puede servir como herramienta para crear campañas de

concientización a trabajadores y visitantes, ya que se determinan las áreas que

tentativamente pueden verse afectadas si llega a presentarse un incendio en el

almacenamiento del biocombustible en mención.

1.3. Formulación

En virtud de los antecedentes expuestos, se plantea la siguiente pregunta:

¿Qué tan inflamables son los biocombustibles a base de aceite vegetal?

Considerando como parámetros de comparación el punto de inflamación

(temperatura a la cual se forman vapores que son capaces de generar una llama si

se encuentran en presencia de una fuente de calor), así como la temperatura de

ignición (temperatura a la cual se combustiona la superficie de una sustancia sin

que esta se encuentre en presencia de una llama), se determina que el

biocombustible a base de aceite vegetal; presenta inflamabilidad relativamente baja

ya que a temperatura ambiente no puede formar vapores capaces de crear mezclas

con el aire e inflamarse y/o autocombustionarse, tal como se puede apreciar en el

cuadro 5 (ver cuadro 5) en el cual se exponen algunas propiedades fisicoquímicas

de la sustancia de la referencia:

15

Cuadro 5. Propiedades Fisicoquímicas del Aceite vegetal

Aceite Vegetal Biodiesel

Propiedad Unidad Valor Valor

Punto de inflamación °C 255 130

Temperatura de Ignición °C 445 n/a

Tasa de peligro de inflamabilidad n/a 1 (ligero) 1 (ligero)

Fuente: (Potter, 2011)

Sin embargo, es necesario destacar que en el proceso de obtención de ciertos

biocombustibles a base de aceite vegetal, se emplean sustancias inflamables como:

metanol, etanol, propanol o butanol y/o pentanol.

Siendo el metanol la sustancia química mayormente empleada durante el

procesamiento de este tipo de combustible, la cual presenta una inflamabilidad

relativamente alta debido a que su punto de llama es bajo y a temperatura ambiente

puede liberar suficiente cantidad de vapores combustibles que provocan incendios.

Cuadro 6. Propiedades Fisicoquímicas del Metanol

Propiedad Unidad Valor

Punto de inflamación °C 12

Temperatura de Ignición °C 445

Tasa de peligro de inflamabilidad n/a 3 (alto)

Fuente: (Potter, 2011)

Al respecto, en el estudio de (Riviere & Marlair, 2009) se manifiesta que los

posibles riesgos de incendio y/o explosión que se pueden presentar en el

procesamiento y almacenamiento de biocombustibles, específicamente de

16

biodiesel, se atribuyen al fenómeno de auto calentamiento que puede producirse por

la fermentación del biocombustible.

Un fenómeno de este tipo implica un incremento en la temperatura de la sustancia

almacenada, y consecuentemente la generación de gases inflamables. En forma

adicional, en el estudio en referencia, también indica que otro de los riesgos de

incendio que puede generarse en la fase de almacenamiento, corresponde a los

derrames cuya severidad y consecuencias dependen del volumen perdido.

Además, y conforme a la investigación realizada por (Marlair, Rotureau, Breulet,

& Brohez, 2009), en la cual se recopilan siete incidentes ocurridos en plantas de

procesamiento de biodiesel registrados durante los años 2003 y 2006 en países

como: Estados Unidos, Bélgica y Francia, estableciendo que seis fueron causados

por incendios.

También es necesario destacar que dos de los accidentes registrados en la

investigación en mención, se originaron en la fase de almacenamiento, el primero,

causado por sobrecalentamiento del sistema de calentamiento; mientras que el

segundo se produjo en el surtidor de biodiesel en una pequeña planta de

procesamiento.

De igual manera, en la investigación de (Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc Leod,

2014) se presenta una base de datos con respecto a los accidentes e incidentes

ocasionados en las plantas de procesamiento de biocombustibles, específicamente

de biodiesel. El estudio menciona que en países como: Estados Unidos, Canadá,

Brasil, Argentina, Australia, Malasia, China, Francia, Japón, Reino Unido, Turquía,

Alemania, España, Bélgica y Austria se reportan desde el año 2003 al 2013 un total

de 85 accidentes y/o incidentes. En países como Brasil y Argentina, se registra un

total de seis accidentes, tal como se presenta en el cuadro 7 (ver cuadro 7.).

17

Cuadro 7. Accidentes y/o incidentes reportados en América Latina desde el año

2003 hasta el 2013 P

aís

Fecha Empresa Descripción del accidente Causa/

Consecuencia

Arg

enti

na

09/08/2011

Cooperati-

va

Agrícola y

Forestal

Gral.

Güemes

Ltda.

Durante la noche se produjo

un incendio en el área de

producción de biodiesel, el

cual se extendió hacia los

sitios de almacenamiento de la

materia prima (semilla de

algodón), cuyas causas no han

sido determinadas.

Destrucción

total de las áreas

incendiadas y

pérdida de 400

litros de aceite.

19/04/2011

AG

Energy-

Viluco

S.A

Durante la noche, 3

trabajadores se encontraban

realizando la limpieza del silo,

la válvula de cierre se abrió, y

succionó a los trabajadores

hacia el interior del silo.

Apertura de la

válvula del silo.

Dos trabajadores

muertos por

asfixia.

17/07/2010

AG

Energy-

Viluco SA

En la noche, se generó un

incendio en la zona de pre

tratamiento, cuyas causas se

encuentran aún en

investigación.

Dos trabajadores

lesionados, uno

por quemaduras

de primer grado,

y el otro por

asfixia por CO.


18

Cuadro 7. (cont.)

País

Fecha Empresa Descripción del accidente

Causa/

Consecuencia B

rasi

l

04/11/2011

Oleoplan

S.A.

En la mañana, durante el

mantenimiento de la planta,

un trabajador estaba soldando

un tanque de 14.000 litros que

se empleaba en el tratamiento

de agua para la producción de

biodiesel que contenía aceite y

grasa, mismo que explotó.

No hay

información.

El trabajador

presentó

cortaduras en

cara y cuerpo.

19/08/2009

Cooper-

bio y

Cooperati-

va de

Biocom-

bustible

Durante la tarde y cuando la

planta se encontraba en

operación normal, se generó

un corto circuito en el tanque

de 4.000 litros de biodiesel, el

cual contenía una mezcla de

metanol, hidróxido de amonio

y sodio, lo que generó vapores

inflamables que ocasionaron

una explosión y derrame del

biodiesel.

Posiblemente

por corto

circuito.

Un muerto y un

trabajador

quemado con

posible

afectación por

inhalación de

vapores tóxicos.

23/03/2009

Binatural Durante el mantenimiento, un

trabajador estaba soldando un

tanque donde se almacenaba

glicerina, el cual explotó y

fraccionó el tanque

ocasionando un derrame de la

misma, produciéndose el

incendio sobre la sustancia

derramada.

No hay

información.

Tres muertos y

un tanque

destruido.


19

De la información expuesta, se determina que en la producción y almacenamiento

de biocombustibles se emplean materias primas inflamables, las cuales pueden

ocasionar consecuencias graves como muertes, pérdidas económicas y problemas

ambientales, sobre todo, cuando no se establecen medidas que permitan mitigar y/o

controlar el riesgo por incendio.

Por lo tanto, se convierte en una necesidad el poder establecer lineamientos que

permitan definir las áreas afectadas al ocurrir un incendio, a fin de establecer

medidas oportunas que permitan evitar los accidentes anteriormente mencionados.

1.4. Preguntas directrices

La presente investigación se basa en las siguientes preguntas:

a) ¿Cuál es el área de peligrosidad de riesgo por incendio debido al

almacenamiento de una planta procesadora de biocombustible a base de aceite

vegetal?

b) ¿Cómo se define el área de peligrosidad para este tipo de industrias?

c) ¿Por qué es importante definir las áreas de Peligrosidad de riesgo por incendio

para el almacenamiento de un biocombustible a base de aceite vegetal?

1.5. Justificación

En virtud de la escasa información a nivel nacional respecto de los accidentes y/o

incidentes ocurridos en las industrias dedicadas al procesamiento de

biocombustibles a base de aceites vegetales; es necesario considerar la información

20

presentada en la base de datos más reciente realizada por Calvo Olivares, Rivera &

Núñez; en la cual se determina que entre el año 2003 y el 2013, en empresas

latinoamericanas dedicadas a la obtención de biodiesel, se reportan un total de seis

accidentes dando como resultado seis muertos y cuatro heridos (ver cuadro 7).

Al respecto, es necesario destacar que en el lugar donde se ubica la planta de

procesamiento y almacenamiento del biocombustible en análisis, trabajan alrededor

de 30 personas, las cuales pueden verse afectadas al producirse un incendio en el

área de almacenamiento, puesto que el sitio en referencia carece de sistemas de

respuesta ante estos eventos.

Por lo tanto, con la presente investigación se identifican las áreas de peligrosidad

debido al riesgo por incendio en la fase de almacenamiento de una planta de

procesamiento de biocombustible a base de origen vegetal, ubicada en la provincia

de Manabí. La información sirve de base en la definición de medidas y/o acciones

preventivas para la mitigación de riesgos por incendios; así como en el desarrollo

de planes de emergencia y contingencia para este tipo de industrias.

El interés científico de la investigación en particular radica en la generación de

datos estimados de la afectación de potenciales incendios en instalaciones de

biocombustibles mediante la simulación del fenómeno, que en estado actual del

conocimiento, no presenta opciones extensivas para obtener este tipo de

observación, ya que el interés en los biocombustibles es relativamente nuevo y los

accidentes de la industria no disponen de documentación suficiente para proceder a

la determinación del grado de afectación mediante reportes de accidentes.

En base a esto, se afirma que la novedad desarrollada como parte de la investigación

descrita corresponde a información nueva con respecto a lo existente.

21

1.6. Objetivo General

Modelar el área de peligrosidad del riesgo de incendio en el almacenamiento de una

planta de procesamiento de biocombustible a base de aceite vegetal ubicada en la

provincia de Manabí, considerando dos escenarios específicos y cuando la

capacidad de almacenamiento sea del 25%, 50% y 100%.

1.7. Objetivos Específicos

a) Levantar información previa respecto de los accidentes y/o incidentes

producidos en instalaciones dedicadas al manejo de biodiesel.

b) Describir el proceso de almacenamiento del biocombustible a base de aceite

vegetal, para el caso de estudio e identificar y/u obtener la información

requerida para realizar la modelación de las áreas de peligrosidad en el

almacenamiento del biocombustible a base de aceite vegetal en la instalación

en análisis.

c) Realizar el modelamiento de las áreas de peligrosidad, mediante la aplicación

del software ALOHA®, para los escenarios determinados y cuando la

capacidad de almacenamiento se encuentra al 25%, 50% y 100%

respectivamente.

d) Analizar los resultados obtenidos en la modelación de las áreas de

peligrosidad y establecer conclusiones y recomendaciones.

22

2. MARCO GENERAL

2.1. Marco Referencial

2.1.1. Revisión de la legislación existente

A continuación se presenta la legislación más representativa, relacionada con la

respuesta ante incendios:

Cuadro 8. Resumen de la legislación nacional relacionada con la respuesta ante

incendios

Cuerpo normativo Detalle

Decisión 584: Instrumento

andino de seguridad y salud en

el trabajo, dada en Antioquia el

25 de junio de 2003.

El cual establece normas fundamentales en

materia de seguridad y salud en el trabajo

como base para el establecimiento de leyes y

reglamentos, considerando que en el artículo

16 se manifiesta la necesidad de establecer

sistemas de respuesta a emergencias debido a

incendios tomando en cuenta el tipo y tamaño

de una industria.

Resolución 957: Reglamento

del instrumento andino de

seguridad y salud en el trabajo,

dada en Lima el 23 de

septiembre de 2005.

Determina los aspectos generales a considerar

en el desarrollo de Sistemas de Gestión de

Seguridad y Salud en el Trabajo, en el cual se

incorpora como temática, el control de

incendios y explosiones.

23

Cuadro 8. (cont.)

Cuerpo normativo Detalle

Decreto Ejecutivo 2393:

Reglamento de seguridad y

salud de los trabajadores y

mejoramiento del medio

ambiente laboral, publicado en

R.O. No. 565 del 17 de

noviembre de 1986.

Establece lineamientos básicos y generales

relacionados a los centros de trabajo, así como

medidas generales en lo que respecta a la

prevención y respuesta ante incendios

(artículos: 136 y 143 al 164).

Decreto Ejecutivo No. 1303,

publicado en R.O. suplemento

No. 799 del 28 de septiembre

de 2012.

Declara de interés nacional la producción de

biocombustibles en el Ecuador recalcando que

en el artículo 3 del cuerpo normativo en

referencia se establece un plazo de 8 meses a

partir de la suscripción del mismo, para que se

proceda con la distribución y comercialización

de biodiesel B5, el cual corresponde a la

mezcla entre diésel base con biodiesel en una

porción de 5%.

Ley de defensa contra

incendios, publicado en R.O.

No. 815 del 09 de marzo de

2009

Determina los entes que forman parte del

servicio de defensa contra incendios.

Acuerdo ministerial No. 1257:

Reglamento de prevención,

mitigación y protección contra

incendios, publicado en R.O.

suplemento No. 114 del 02 de

abril de 2009

Establece disposiciones más específicas que

las expuestas en el Decreto Ejecutivo 2393

relacionadas con la prevención, mitigación y

protección contra incendios.

Norma INEN 2482:2009

Biodiesel – Requisitos

Presenta los requisitos mínimos del biodiesel

para una concentración del 100%.


24

En forma adicional, se puede destacar que la norma técnica brasileña ABNT NBR

15512:2014 Almacenamiento, transporte, suministro y control de calidad del

biodiesel y diésel BX (Asociación Brasilera de Normas Técnicas , 2016), puede

considerarse como información referencial, toda vez que a nivel nacional solamente

se dispone de la norma técnica INEN 2482:2009 Biodiesel – Requisitos (Instituto

Ecuatoriano de Normalización , 2016), en la cual se presenta únicamente los

requerimientos mínimos que debe tener el biodiesel.

2.1.2. Revisión de trabajos previos realizados

Al respecto, es necesario destacar que el análisis de riesgos por incendios y/o

explosiones puede realizarse mediante el estudio estadístico de los accidentes y sus

factores causa – efecto o, por otra parte, a través de la aplicación de metodologías

basadas en la aplicación de modelos matemáticos para simular los fenómenos

físicos asociados a un incendio.

A continuación se detallan varias investigaciones realizadas en las cuales se

emplean herramientas de simulación para determinar los riesgos por incendio en

industrias dedicadas a la obtención de biocombustibles:

(Riviere & Marlair, 2009), reporta una herramienta de modelación llamada

BIOSAFUEL, la cual permite realizar un pre-diagnóstico de los posibles riesgos

que pueden producirse en todo el ciclo de producción de un determinado

biocombustible.

En la investigación realizada por (Badri, y otros, 2013), se describe la simulación

de la geometría de la llama y la duración de incendios producidos por “jet fire” para

diferentes diámetros de vertido en ciertas fuentes potenciales que generan

incendios, conjuntamente con el análisis del peor escenario, permitiendo señalar las

estructuras que pueden verse afectadas y así determinar medidas contra incendios.

25

Con respecto a la aplicación de metodologías con base estadística, (Sjöström,

Amon, Appel, & Persson, 2015) manifiesta que existe poca información

experimental en la evaluación de riesgos debido a la radiación térmica y la

velocidad de consumo por combustión en incendios ocurridos por “pool fire”, por

lo cual, para poder obtener los posibles efectos que ocasionan este tipo de incendios

se realizan ensayos experimentales a fin de obtener datos de radiación térmica,

mismos que permiten estimar las posibles consecuencias a generarse en el

almacenamiento y producción de plantas a gran escala de fabricación de etanol,

sustancia empleada como biocombustible.

Esta afirmación permite aseverar que la información documentada, acerca de

accidentes como los que se busca analizar, es escasa, lo cual impide identificar

hallazgos con respecto a causas y consecuencias de los incendios con la validez

estadística suficiente para hacer afirmaciones certeras al respecto.

Por otro lado, en la investigación de (Parvizsedghy & Sadrameli, 2014) se reporta

la severidad de los incidentes ocurridos en los procesos de producción de biodiesel

a través de la aplicación de modelos de enfoque de análisis de fallas, dando como

resultado que los incendios producidos por una fuga accidental de vapores de gases

inflamables a presión o también conocido como “jet fire”, son más probables en

producirse, por lo tanto, se realiza la simulación de este evento para tres tamaños

de fuga diferentes.

En base a las consideraciones señaladas, es necesario destacar que la presente

investigación se realiza empleando una orientación basada en simulación de los

fenómenos físicos relativos al incendio en lugar de la aplicación de una metodología

estadística, ya que para este tipo de investigaciones se requiere de información base

con un número de casos suficientemente extenso, para validar los resultados

obtenidos a través de este mecanismo, misma que, no existe para este caso en

particular.

26

2.1.3. Definición de términos básicos

2.1.3.1. Incendio.

Es un fuego no deseado, fuera de control, que requiere de la presencia de los

siguientes elementos: (a) combustible, que puede ser una sustancia en estado sólido,

líquido o gaseoso; (b) comburente, generalmente oxígeno y (c) fuente de calor.

(Drysdale, 1993).

Gráfico 5: Elementos indispensables para la generación del fuego.

Fuente: (Jossemar, 2016)

2.1.3.2. Flash fire.

Tipo de incendio que ocurre cuando una nube de vapores inflamables entra en

contacto con una fuente de ignición generando así un incendio súbito que en

muchos casos puede llegar a generar una explosión. (ALOHA, 2015).

Al respecto es necesario destacar que para que se produzca la ignición, debe existir

incremento de la temperatura hasta formar vapores inflamables que por sí solos

permiten mantener la reacción de combustión. (Drysdale, 1993).

27

2.1.3.3. Pool fire.

Tipo de incendio que se origina cuando se produce el vertido de un combustible el

cual forma un charco en el suelo que se evapora hasta alcanzar su temperatura de

ignición, produciendo un incendio. (ALOHA, 2015).

2.1.3.4. Temperatura de ignición.

Corresponde a la temperatura de ignición, es la temperatura mínima a presión de

una atmósfera a la que una sustancia en contacto con el aire arde espontáneamente

sin necesidad de una fuente de ignición (Sierra, 1991).

2.1.3.5. Límites de inflamabilidad.

Según (Sierra, 1991) corresponde al rango de concentraciones mínimas y máximas

en las cuales se generan vapores inflamables que al combinarse con el oxígeno del

aire y en presencia de una fuente de calor; es capaz de arder.

Por lo tanto, el límite de inflamabilidad inferior (LII) corresponde la mínima

concentración de la mezcla combustible-oxígeno por debajo de la cual, no existe

propagación de la llama al estar en contacto con una fuente de calor.

Mientras que el límite de inflamabilidad superior (LIS) es la máxima concentración

de la mezcla combustible-oxígeno por encima de la cual no existe propagación de

la llama al estar en contacto con una fuente de calor.

28

2.1.3.6. Descripción del modelo matemático empleado en la simulación

realizada.

La simulación que se lleva a cabo en la presente investigación se basa en el

modelamiento de (Brighton, 1985), que predice el flujo de evaporación cuando la

temperatura promedio del vertido de una sustancia se encuentra por debajo de su

punto de ebullición mediante la relación existente entre la velocidad de fricción del

aire, la concentración saturada del químico, la fase de vapor y un coeficiente

adimensional de transporte de masa, tal como se puede apreciar en la ecuación (1):

𝐸(𝑥, 𝑡) = 𝐶𝑠𝑈∗ ∗ 𝑗(𝑥) (1)

Donde:

E(x,t): Flujo de evaporación

U*: velocidad de fricción del aire

Cs: concentración saturada de la sustancia en análisis en fase vapor

j(x): coeficiente adimensional de transporte de masa

Para determinar la velocidad de fricción del aire se emplea la formulación de

(Deacon, 1973), la cual está definida mediante la siguiente ecuación:

𝑈∗ = 0,03𝑈 (10

𝑧)𝑛

(2)

Donde U corresponde a la velocidad del viento del sitio en análisis, mientras que n

es un valor exponencial empleado para aproximar el perfil de velocidad del viento

por encima de la superficie de un líquido.

El modelo de Brighton considera los valores de n establecidos en la investigación

de (Havens & Spicer, 1985), para seis tipos de estabilidad, tal como se presenta en

el cuadro 9 (ver cuadro 9).

29

Cuadro 9. Valores de la potencia n considerados en el modelo de Brighton

Valor de n Tipo de Estabilidad

A 0,108

B 0,112

C 0,120

D 0,142

E 0,203

F 0,253

Fuente: (Havens & Spicer, 1985)

Al respecto, es necesario destacar que la simulación que se lleva a cabo en la

presente investigación, tiene como fin la terminación de los sitios en los cuales se

puede formar una nube de vapores inflamables, capaz de producir los siguientes

tipos de incendio:

a) Escenario 1: Incendio tipo “flash fire”; que se produce cuando el

biocombustible derramado no se evapora, pero al encontrarse con una fuente de

ignición, forma vapores o gases inflamables que pueden desencadenar un incendio

de este tipo.

b) Escenario 2: Incendio tipo “pool fire”, que se produce cuando el

biocombustible derramado forma un charco de espesor reducido que comienza a

evaporarse hasta generar una nube de gases inflamables que pueden desencadenar

un incendio de este tipo.

2.2. Diagnóstico

Como se ha mencionado en las secciones anteriores, existe escasa información

relacionada con la identificación y análisis de los accidentes producidos a nivel

30

nacional en instalaciones dedicadas a la producción y almacenamiento de

biocombustibles a base de origen vegetal. Sin embargo, a continuación se presentan

los siguientes trabajos de investigación en los cuales se recopila información

respecto de accidentes e incidentes ocurridos a nivel internacional para el tipo de

industria referido:

La investigación de (Rivera, Selva, Mc Leod, & N., 2008) en la cual se analizan

cinco casos específicos de accidentes registrados en empresas de producción de

biodiesel argentinas, se determina que en cuatro de ellos, se produjeron incendios,

ya sea por el vertido del catalizador empleado en la reacción de trans-esterificación,

como por ejemplo metanol, así como derrames ocurridos en la fase de

almacenamiento del biocombustible en mención ocasionando daños en las

estructuras y equipos, además, afectaciones en la salud de los trabajadores.

En la investigación de (Marlair, Rotureau, Breulet, & Brohez, 2009) se destaca que

la escasa información de las propiedades de combustión de los aceites vegetales o

grasas empleadas en el proceso de obtención de biocombustibles, limita, en muchos

casos, el análisis de los riesgos por incendio que se pueden producir en toda la

cadena de procesamiento, almacenamiento y uso de biocombustibles, sin embargo,

se concluye que los riesgos de incendio, en la producción y almacenamiento de

biodiesel, se deben al empleo de sustancias peligrosas e inflamables como por

ejemplo: el metanol, n-hexano, así como sustancias ácidas o básicas, ya que desde

el año 2003 a 2006 en países como Francia, Bélgica y Estados Unidos se han

registrado siete accidentes de los cuales cinco ocasionaron incendio y/o explosión;

cuyas consecuencias fueron desde pérdidas materiales hasta la muerte de un

trabajador.

De igual manera, (Rivier & Marlair, 2010), presenta la recopilación de 100

accidentes e incidentes ocasionados durante enero de 2000 hasta inicios del año

2009, en plantas de producción de biodiesel; específicamente en industrias que

emplean en su proceso productivo sustancias como: etanol y metanol; determinando

31

que el 64% de los accidentes ocurridos, fueron causados por explosiones y/o

incendios (ver gráfico 3).

La investigación de (Salzano, Di Serio, & Santacesaria, 2010) recopila los

accidentes más importantes ocurridos en los años 2006 al 2009 en 35 industrias

dedicas a la producción de biodiesel, señalando que el 20% de estos eventos

ocurridos están relacionados con explosión e incendios generados en los tanques de

almacenamiento.

Finalmente, la investigación de (Calvo Olivares, Rivera, & Núñez Mc Leod, 2014),

recopila un total de 85 accidentes y/o incidentes ocurridos en industrias dedicadas

a la producción biodiesel en países como: Estados Unidos, Francia, Canadá,

Argentina, España, Brasil, Austria, Reino Unido, Turquía, Malasia, Austria, Japón

y Bélgica, por un periodo de 10 años contados a partir del 2003; determinándose

que el 60% de los eventos registrados fueron producidos por incendios (ver gráfico

2).

2.3. Metodología utilizada

2.3.1. Diseño de investigación

De acuerdo a las definiciones establecidas por (Sabino, 2014), la presente

investigación ha elegido un estudio explicativo de sujeto único debido a su

especificidad.

Se reconoce además que se trata de una investigación aplicada, de tipo descriptivo

y explicativo, debido a que las variables inherentes del fenómeno de incendio no

son modificables y el conocer su efecto es requerido para establecer acciones para

enfrentarlos.

32

La información que requiere ser levantada, menciona que la metodología descrita

combina elementos de investigación bibliográfica y de laboratorio. De manera

adicional, se recalca que el tratamiento de datos establecidos puede entenderse

como una investigación con elementos correlacionales orientados a la interrelación

entre las variables estudiadas.

Por lo tanto, como parte del desarrollo metodológico requerido, se identifica los

siguientes componentes a ser desarrollados:

La potencial afectación de riesgos de incendio se realiza mediante la aplicación de

los modelos de (Brighton, 1985) y consideraciones de (Havens & Spicer, 1985) en

los que se basa el software de modelación ALOHA versión 5.4.5.

Esta herramienta de simulación fue desarrollada por la División de Respuesta de

Emergencia (ERD) de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional

(NOAA), en colaboración con la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los

Estados Unidos de América, con el afán de determinar los riesgos potenciales

asociados a derrames de sustancias químicas (Jones, Lehr, & Simecek-Beatty,

2013).

Por lo antes expuesto, la presente investigación se desarrolla con la finalidad de

determinar las áreas de peligrosidad del riesgo de incendio en el almacenamiento

de una planta de procesamiento de un biocombustible a base de aceite vegetal

ubicada en el cantón Portoviejo, provincia de Manabí- Ecuador, considerando los

siguientes escenarios:

1. Vertido de un líquido por una fuga en un tanque, el cual puede producir un

incendio tipo “flash fire”.

2. Vertido de un líquido por una fuga en un tanque el mismo que se quema,

desencadenando un incendito tipo “pool fire”.

33

Al respecto es necesario destacar que para cada uno de los escenarios establecidos

se realiza el modelamiento cuando la capacidad de almacenamiento del

biocombustible en estudio se encuentra al 25%, 50% y 100%, respectivamente.

El modelamiento se basa en: información técnica sobre la sustancia combustible;

datos meteorológicos del sitio analizado; y las características del área de

almacenamiento del sitio objeto de análisis; destacando que la presente

investigación no considera la modelación del área de peligrosidad para el proceso

productivo puesto que la entidad auspiciante, (Instituto Nacional de Eficiencia

Energética y Energías Renovables, INER), ha manifestado que el mismo se

encuentra en proceso de propiedad intelectual y no es de su interés la difusión de

esta información, no obstante, el almacenamiento es de gran interés, puesto que

implica el manejo significativo de este tipo de biocombustible, ya que actualmente,

el área de almacenamiento no dispone de mecanismos de respuesta ante incendios.

La obtención de la información requerida para la simulación realizada contempla

los siguientes pasos que se detallan a continuación:

1. En primer lugar, se realiza el levantamiento de la información relacionada con

la ubicación del sitio en análisis, la cual fue obtenida mediante equipos de

posicionamiento global (GPS) de campo junto con información cartográfica libre y

disponible en las bases de datos de Google®.

2. Luego, se realiza el levantamiento de las dimensiones de los tanques de

almacenamiento, información que fue obtenida de forma experimental y validada

mediante la revisión de las fichas técnicas de cada uno de los equipos, las cuales se

pusieron a disposición por la administración de la planta industrial objeto de

estudio.

Con respecto a las características del vertido, es necesario señalar que la selección

de este tipo de variables se realiza mediante revisión bibliográfica disponible acerca

de las condiciones riesgosas específicas documentadas en la literatura especializada

34

que se menciona en el numeral 4. Limitaciones (ver numeral 4), de esta manera, se

asegura que la condición riesgosa tenga una cierta frecuencia de aparecimiento para

este tipo de instalaciones.

3. Posteriormente, se realiza el levantamiento de la información relacionada con

las características térmicas y energéticas del combustible simulado, es necesario

destacar que las propiedades específicas como: poder calórico, temperatura de

inflamación, temperatura de ebullición y punto de congelamiento se obtienen

mediante experimentación en laboratorio empleando métodos internos validados,

basados en calorimetría de bomba, información que fue proporcionada por el

auspiciante de ésta investigación.

Por otro lado, las variables restantes como: el peso molecular, capacidades

caloríficas del combustible, presión y temperatura crítica, así como los límites de

inflamabilidad; se determinan a través de la revisión bibliográfica, expuesta en las

bases de datos y artículos científicos consultados en virtud de la escasa información

del biocombustible anteriormente indicado.

Finalmente, con la información antes indicada, se realiza la simulación en el

software indicado para cada uno de los escenarios establecidos.

A manera de resumen, en el gráfico 6 (ver gráfico 6), se presentan las variables de

entrada y actividades realizadas a fin de obtener los resultados esperados.

35

Gráfico 6: Flujograma de actividades realizadas en la modelación (software

ALOHA® versión 5.4.5)


2.3.2. Operacionalización de las variables

La información base para definir los valores de las variables relacionadas con las

condiciones climatológicas del área en estudio se fundamenta en la investigación

documental de los valores medios registrados en la estación meteorológica M005

Portoviejo-UTM, perteneciente a la Red de Estaciones Meteorológicas del Instituto de

Meteorología e Hidrología (INAMHI), con la finalidad de contar con cifras

representativas.

Por otro lado, es necesario destacar que la presente investigación identifica las áreas

de peligrosidad de riesgo de incendio para los escenarios anteriormente descritos,

para diferentes capacidades de almacenamiento del tanque de biocombustible

definidos desde 25%, 50% y 100% respectivamente, siendo esta la única variable.

A manera de resumen, en el cuadro 10 (ver cuadro 10), se presenta la información

requerida para la elaboración de modelación de las áreas de peligrosidad por riesgos

de incendios para los escenarios establecidos con la finalidad de diferenciar la

36

naturaleza de la fuente primaria de la cual se obtuvieron cada uno de los valores

requeridos para la simulación.

Cuadro 10. Información para el modelamiento de las áreas de peligrosidad

Información de

entrada Detalle Valor

Propiedades

fisicoquímicas del

biocombustible en

estudio

Poder calórico (kJ/kg)a 39.250,00

Capacidad calórica en estado gaseoso

(kJ/mol ºK)b 400,00

Capacidad calórica en estado líquido

(kJ/mol ºK)c 525,69

Peso molecular (kg/mol)d 292,00

Punto de inflamación (ºC)a 55,00

Temperatura de ebullición (ºC)b 561,90

Presión crítica (atm)b 7,32

Temperatura crítica (ºC)b 757,64

Punto de congelamiento (ºC)a -8,00

Límite inferior de explosión (LEL) (ppm)e 530,00

Límite superior de explosión (UEL) (ppm)e 7.200,00


a Laboratorio INER, 2016.

b Los valores de siguientes datos tomados de la investigación de (Cunico, 2013)

c El valor de la capacidad calorífica tomado para diésel de la investigación de (R.Roberts, Roberts,

& Roberts, 2016).

d El valor del peso molecular del biocombustible a base de origen vegetal fue tomado del artículo de

(R.Roberts, Roberts, & Roberts, 2016).

e Los valores fueron tomados considerando los datos establecidos para el metanol de los niveles

agudos de exposición (AEGLs) tomados del sitio web: (cameochemicals, 2016).

37

Cuadro 10 (cont.)

Información de

entrada Detalle Valor

Condiciones

atmosféricas de la

planta de

procesamiento

Velocidad del viento(m/s)f 1,60

Dirección del vientof Sur Oeste

Temperatura ambiente (°C)f 25,40

Humedad relativa (%)g 82,00

Características del

tanque de

almacenamiento

Altura (m)a 3,85

Diámetro (m)a 2,50

Tanque en forma de cilindro, tipoa Vertical

Capacidad de almacenamiento (m3)a 18,93

Características vertido

Forma del orificio a Circular

Diámetro (m)a 0,04

Porcentaje de ubicación del orificio desde

el fondo del tanque (%)a 10


Cabe mencionar que todos los datos se requieren en el mismo nivel de la

simulación, lo cual indica que los resultados pueden ser afectados de manera

análoga por cada grupo de datos de entrada.

f (Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, 2015).

g Estación Experimental INIAP Portoviejo, 2016.

38

2.3.3. Unidad de investigación

La planta de obtención del biocombustible a base de aceite vegetal se encuentra

ubicada en el Km 12 de la Vía Santa Ana, en el interior de la Estación Experimental

INIAP Portoviejo, del cantón Portoviejo de la Provincia de Manabí.

El área de almacenamiento se encuentra junto a los procesos de extracción y

filtrado, cuenta con una superficie de 102,48 m2 (metros cuadrados), en el cual se

dispone de un galpón de estructura metálica con cubierta de zinc, en cuyo interior

se encuentran dos tanques verticales de 5000 galones de capacidad respectivamente.

Gráfico 7: Almacenamiento de biocombustible


Además, ésta área cuenta con cerramiento de malla de 2 metros de altura y piso de

cemento, en cuyo interior se encuentran canales de evacuación de fluidos que

rodean el perímetro del área del galpón, tal como se puede apreciar en el siguiente

registro fotográfico (ver gráfico 8).

39

Gráfico 8: Área de almacenamiento


Cada tanque de almacenamiento tiene una altura de 3,85 metros y 2,5 metros de

diámetro y cuenta con un sistema de alerta que indica la cantidad almacenada en

cada uno de ellos, sin embargo, no dispone de sistema alguno que permita responder

ante cualquier evento relacionado con incendios y/o explosiones.

En el área en referencia también se almacena la materia prima empleada en la

obtención del biocombustible mencionado (semillas del aceite vegetal), la cual se

encuentra ubicada frente al primer tanque de almacenamiento y envasada en sacos

de polipropileno de 45 kilogramos con un total de aproximadamente 300 sacos, tal

como se aprecia en el siguiente registro fotográfico (ver gráfico 9).

40

Gráfico 9: Área de almacenamiento de materia prima.


Finalmente, es necesario destacar que las áreas de producción y almacenamiento

del biocombustible empleado en la modelación, se encuentran rodeadas en su

mayoría por áreas de cultivos y pastizales, cabe mencionar que el centro poblado

más cercano esta aproximadamente a 5 km de distancia.

2.3.4. Instrumentos y materiales

A continuación se detallan los materiales e instrumentos empleados en la

simulación:

a) Flexómetro (Rango: 1m a 5m; A± 1mm), empleado para la medición de las

dimensiones de los tanque de almacenamiento del biocombustible a base de aceite

vegetal.

41

b) Equipos de posicionamiento global (GPS) de campo, que permiten identificar

la ubicación del área en análisis junto con información cartográfica libre y

disponible en las bases de datos de Google®.

Por otro lado, la información respecto de las propiedades fisicoquímicas del

biocombustible en análisis, son obtenidas mediante investigación documental

expuesta en las bases de datos y artículos científicos, así como la información

experimental levantada por el auspiciante del presente trabajo en virtud de la escasa

información disponible.

42

3. DISCUSIÓN

Para poder obtener las áreas de peligrosidad del riesgo de incendio, para la fase de

almacenamiento de una instalación que se dedica a la producción de un

biocombustible a base de aceite vegetal, cuando en la fase en mención, se presenta

el vertido del biocombustible debido a una fuga en el tanque de acopio y para dos

escenarios específicos.

Primero, se realiza la investigación u obtención “in situ” de los datos necesarios

para poder ingresar en el software ALOHA® versión 5.4.5, los cuales corresponden

a: ubicación de la planta de procesamiento del biocombustible en mención;

propiedades fisicoquímicas de la sustancia en referencia; condiciones atmosféricas

de la planta de procesamiento y características del área de almacenamiento, mismos

que se encuentran detallados en el cuadro 8.

Una vez ingresados los datos se procede con la simulación en el software referido,

para los escenarios establecidos, dando como resultado los gráficos en los cuales se

representan las áreas de peligrosidad del riesgo de incendio.

En los gráficos obtenidos se puede apreciar que la información relacionada con las

propiedades fisicoquímicas del biocombustible, así como las condiciones

atmosféricas del sitio, son las claves fundamentales para poder realizar la

modelación, sobre todo, la información relacionada con los límites de

inflamabilidad, puesto que los mismos, permiten establecer con mayor precisión el

rango en el cual se puede o no producir la reacción de combustión, sin embargo, se

comprueba lo aseverado en las investigaciones realizadas en el año 2013 por Bradri,

y Riviere & Marlair en el año 2009, entre otras, ya que la falta de información de

las propiedades relacionadas con la combustión de la sustancia en análisis

constituye una de las limitaciones de la presente investigación.

43

A pesar de ello, y, con las consideraciones establecidas para la realización de las

modelaciones, se observa que para el primer escenario, mismo que modela el riesgo

de incendio por “flash fire”, se tiene que los siguientes parámetros: área de incendio,

así como la velocidad a la cual el biocombustible en análisis escapa a la atmósfera

durante un minuto (Tasa Media Máxima de descarga sostenida), diámetro del

charco derramado y cantidad de descarga, se incrementan cuando la capacidad de

almacenamiento aumenta, puesto que cuando el tanque de almacenamiento se

encuentra al 25% de su capacidad de almacenamiento, el área de mayor riesgo en

la cual se puede generar un incendio representada en color rojo, es de 16 metros;

mientras que, cuando la capacidad de almacenamiento del tanque se encuentra al

50% y 100%, ésta corresponde a 22 metros.

En cuanto al área de menor riesgo, misma que representa el área estimada en la cual

las concentraciones del biocombustible a base de origen vegetal podría superar el

10% del límite inferior de explosión, área identificada en color amarillo, se tiene

que cuando la capacidad de almacenamiento es del 25%, ésta corresponde a 63

metros, mientras que cuando se encuentra almacenado el 50% y 100% del

biocombustible a base de aceite vegetal, el área en mención corresponde a 92

metros.

Es decir que no existe variación alguna en las áreas de peligrosidad cuando el tanque

de almacenamiento se encuentra al 50% y 100% de su capacidad, condición que

corresponde al área máxima en la cual se puede producir un incendio por “flash

fire” a las condiciones atmosféricas modeladas.

En forma adicional se puede establecer que al producirse un incendio por “flash

fire” en las condiciones atmosféricas modeladas puede ocasionar daños materiales

y personales en la instalación de procesamiento y almacenamiento del

biocombustible en análisis, puesto que las áreas de peligrosidad obtenidas mediante

la simulación abarcan parte de la Estación Experimental INIAP Portoviejo, así

como áreas de cultivo, elementos que pueden aportar en el incremento de la

intensidad del incendio.

44

Con respecto al segundo escenario, mismo que corresponde al incendio “por pool

fire” es necesario destacar que el mismo no pudo ser realizado, ya que la

temperatura de almacenamiento del biocombustible en referencia se encuentra por

debajo de su punto de inflamación, considerando que por definición, este evento

ocurre cuando la temperatura de almacenamiento y/o del vertido es superior a la de

su punto de inflamación, lo que hace que sea improbable que se produzca este

fenómeno.

Con la información obtenida de las áreas de peligrosidad debido al incendio tipo

“flash fire”, es necesario establecer como prioridad la implementación de sistemas

de alarma y detección de incendios en el área de almacenamiento de este

biocombustible.

45

4. LIMITACIONES

De la modelación realizada se destacan los siguientes aspectos:

1. Los datos relacionados con las condiciones atmosféricas fueron tomados del

anuario meteorológico No. 52-2012 reportados por el Instituto Nacional de

Meteorología e Hidrología (INAMHI), (Instituto Nacional de Meteorología e

Hidrología, 2015), registrados por la estación meteorológica M0005 Portoviejo-

UTM, perteneciente a la Red de Estaciones Meteorológica de esta institución,

misma que presenta los datos posteriores registrados durante el año 2012, ya que la

estación en referencia es la más cercana a la ubicación de la planta en análisis.

Además, en cuanto a las condiciones de velocidad y dirección del viento, es

necesario destacar que se ha considerado aquel valor que ha sido registrado con

mayor frecuencia por la estación meteorológica en mención para el año antes

indicado.

2. Debido a los altos índices de acidez presentados en el almacenamiento del

biocombustible en la instalación en análisis, se ha establecido que la posible causa

de incendio puede atribuirse al vertido por un orificio, ya que según los resultados

presentados en las investigaciones de: (Fazal, Haseeb, & Masjuki, 2010), (Haseeb,

Masjuki, Ann, & Fazal, 2010) y (Jin, Zhou, Wu, Jiang, & Ge, 2015), en los cuales

se realizaron ensayos de corrosión a biocombustibles a base vegetal como el

biodiesel obtenido a partir de aceite de palma; así como al diésel; determinando que

el biocombustible en referencia, presenta mayor corrosión que el diésel, observando

además que forma orificios en las placas metálicas empleadas durante los ensayos.

Asimismo, al realizar ensayos de corrosión entre varios biocombustibles de origen

vegetal y de grasa animal, se determina que el biocombustible que se obtiene a partir

de aceite de palma, es un poco más corrosivo que aquel que proviene de grasa

animal.

46

Por otro lado, en la investigación realizada por (Parvizsedghy & Sadrameli, 2014)

se establecen varios valores de diámetro de orificio para el análisis de riesgo por

incendio en plantas supercríticas de producción de biodiesel, siendo 1,5 pulgadas

(0,0381m) como uno de los tamaños de orificio que produzca el mayor vertido por

un tanque.

3. Toda vez que no se dispone de los límites de explosividad para el

biocombustible a base de aceite vegetal en estudio, se ha tomado como referencia

los niveles agudos de exposición o Acute Exposure Guideline Levels (AEGLs) por

sus siglas en inglés, establecidos para el metanol, para un tiempo de exposición de

1 horah; puesto que en el proceso de producción del biocombustible en referencia,

se emplea esta sustancia química, señalando que pueden existir residuos de la

misma de hasta un 0,20% en peso, una vez que se obtiene el biocombustible en

mención, conforme a lo establecido en la norma INEN 2482:2009 (Instituto

Ecuatoriano de Normalización , 2016) correspondiente a los requisitos establecidos

para Biodiesel.

Por otro lado, es necesario destacar que los valores de AEGL determinados para el

metanol y que son empleados en la presente modelación, corresponden al tiempo

máximo en el cual la velocidad y dirección del viento pueden presentar cambios no

significativos una vez iniciado el derrame del biocombustible a base de origen

vegetal.

4. El modelamiento no incorpora el análisis de los siguientes efectos: reacciones

químicas, partículas, terreno, mezcla de sustancias químicas y fragmentos

peligrosos.

5. La simulación no contempla el modelamiento de la siguiente situación:

Expansión de un líquido en ebullición que genera un vapor explosivo (BLEVE), ya

h Los AEGL estiman las concentraciones a las que la mayoría de personas, incluidos los grupos

sensibles (gente joven, ancianos y enfermos), pueden experimentar efectos en su salud al estar

expuestos ante una sustancia peligrosa durante un tiempo determinado.

47

que este tipo de explosiones son causadas cuando se almacenan gases licuados

(Eckhoff, 2014).

6. La modelación establece que la duración de la descarga puede producirse en

un tiempo máximo de una hora, por los métodos de cálculo que se han empleado

en modelaciones realizadas para varias sustancias con diferentes propiedades

fisicoquímicas, los investigadores han determinado que las descargas de gases a la

atmosfera se producen en periodos de tiempo de diez minutos y una hora.

5. RESULTADOS

5.1 Resultado de las áreas de peligrosidad para el escenario 1: nube de

vapor inflamable la cual puede ocasionar un incendio y/o explosión tipo “flash

fire”

Cuadro 11. Resultado de las áreas de peligrosidad cuando la capacidad de

almacenamiento del tanque se encuentra al 25%, 50% y 100%

Resultados 25% 50% 100%

Tasa Media Máxima de descarga sostenida (kg/min) 2,5 5,32 5,32

Total de cantidad de descargai (kg) 123 185 185

Área roja (m a la redonda) 16 22 22

Área amarilla (m a la redonda ) 63 92 92

Diámetro del charco derramado (m a la redonda) 26 40 40


i Total de cantidad de descarga, parámetro que representa la cantidad de un producto químico

calculada por el software ALOHA, que se descarga hacia la atmósfera durante la hora siguiente al

inicio de la descarga (ALOHA, 2015).

48

En el cuadro 11 (ver cuadro 11), se presentan los resultados obtenidos de las áreas

de peligrosidad para el escenario 1, mismo que corresponde al incendio por “flash

fire”, cuando la capacidad de almacenamiento del combustible se encuentra al 25%,

50% y 100%, respectivamente.

Al respecto, es necesario destacar que en la simulación del escenario 1 se

determinan dos zonas de peligrosidad inflamables: la primera, que se encuentra

graficada en color rojo, representa la zona inflamable (huella) en la cual se puede

formar una nube de vapor inflamable que puede ocasionar un incendio y/o

explosión repentina, que se forma luego de haberse producido el vertido por la fuga

del tanque, es decir, no representa el área afectada por un incendio tipo “flash fire”.

La segunda área que se encuentra representada de color amarillo, corresponde al

área estimada en la cual las concentraciones del biocombustible a base de aceite

vegetal pueden superar el 10% del límite inferior de inflamabilidad, éste es el valor

considerado en los Estados Unidos por los socorristas y/o personal de respuesta.

Por lo antes indicado, se concluye que cuando la capacidad de almacenamiento del

tanque se encuentra al 25%, se estima una zona roja que ocupa 16 metros en

dirección del viento; a una tasa media máxima de descarga sostenida de 2,5

kilogramos por cada minuto, la cual representa la tasa más rápida estimada cuando

la tasa de descargaj ha sido promediada para un periodo de tiempo de por lo menos

un minuto en el cual el biocombustible escapa hacia la atmósfera. Cuando el tanque

se encuentra al 50% y 100% de su capacidad de almacenamiento, el área roja forma

una huella de 22 metros en dirección del viento, con una tasa media máxima de

descarga sostenida de 5,32 kilogramos por cada minuto.

En forma adicional, es necesario aclarar que cuando el tanque se encuentra al 25%

de su capacidad de almacenamiento, se descarga hacia la atmosfera 123 kilogramos

del biocombustible durante la hora siguiente al inicio de la descarga, valor

j Corresponde a la tasa de máxima rapidez a la que el software predice que un producto químico

escapará a la atmósfera (ALOHA, 2015)

49

representado en el cuadro 11 (ver cuadro 11), por el parámetro: total de cantidad de

descarga; mientras que cuando el tanque de almacenamiento se encuentra al 50% y

100% de su capacidad, se descarga hacia la atmósfera un total de 185 kilogramos.

Además que para el escenario simulado se estima que el diámetro del charco

derramado presenta un diámetro de 26 metros y, 40 metros cuando la capacidad de

almacenamiento se encuentra al 25%, 50% y 100%, respectivamente.

Con respecto al área representada en color amarillo, se entiende que cuando la

capacidad del tanque de almacenamiento se encuentra al 25%, se forma una huella

que se extenderá 63 metros en dirección del viento; mientras que cuando la

capacidad de almacenamiento se encuentra al 50% y 100%, la huella se extenderá

a 92 metros en la dirección del viento, con una tasa media máxima de descarga

sostenida y un total de descarga igual a la estimada para el área de color rojo.

En el gráfico 10 (ver gráfico 10), se presenta las zonas de peligrosidad simuladas

para el escenario 1, cuando la capacidad de almacenamiento del biocombustible a

base de aceite vegetal se encuentra al 25%.

50

Gráfico 10: Diagrama del Área de peligrosidad al 25% de la capacidad del tanque

de almacenamiento.

Fuente: Elaborado por la autora mediante la simulación en el software ALOHA®,

versión 5.4.5

En el anexo A, (ver anexo en referencia), se presentan los resultados de las

simulaciones obtenidas mediante la aplicación del software ALOHA®, versión

5.4.5 para el escenario 1, cuando la capacidad del tanque de almacenamiento se

encuentran al 25%.

En el gráfico 11 (ver gráfico 11), se puede apreciar que se ha graficado únicamente

el área de peligrosidad de color amarillo, puesto que el área de peligrosidad de color

rojo representa una huella muy pequeña que no puede ser representada en la escala

empleada para su diagramación, recalcando además que las líneas entrecortadas

representan el intervalo de confianza de la dirección del vientok.

Gráfico 11: Área de peligrosidad al 25% de la capacidad del tanque de

almacenamiento

k Intervalo de confianza de la dirección del viento, corresponde al área cerrada en la cual hay el

software, determina que existe un 95% de probabilidad de que la nube de vapor inflamable

permanezca en la dirección del viento (ALOHA, 2015).

51

Fuente: Elaborado por la autora en el software ©2016 Google earth - Image©2016

Digital Globe

Para poder apreciar de mejor manera las áreas de peligrosidad obtenidas mediante

la modelación para el escenario 1 (riesgo de incendio tipo “flash fire”), cuando la

capacidad del tanque de almacenamiento se encuentra al 25%, en el gráfico 11 (ver

gráfico 11), se ha incorporado la imagen satelital de los valores obtenidos.

Gráfico 12: Diagrama del Área de peligrosidad al 50% y 100% de la capacidad

del tanque de almacenamiento


versión 5.4.5

En el gráfico 12 (ver gráfico 12), se puede apreciar únicamente el área de

peligrosidad de color amarillo, puesto que el área de color rojo representa una huella

muy pequeña que no puede ser representada en la escalada empleada para su

diagramación, señalando además que las líneas entrecortadas representan el

intervalo de confianza de la dirección del vientok.

52

En el anexo B y C, (ver anexos en referencia), se presentan los resultados de las



encuentran al 50% y 100%.

Para poder apreciar de mejor manera las áreas de peligrosidad obtenidas mediante

la modelación para el escenario 1 (riesgo de incendio tipo “flash fire”), cuando la

capacidad del tanque de almacenamiento se encuentra al 50% y 100%, en el gráfico

13 (ver gráfico 13), se presenta la imagen satelital de los valores obtenidos.

Gráfico 13: Área de peligrosidad al 50% y 100% de la capacidad del tanque de

almacenamiento.


Digital Globe

Finalmente, en el gráfico 14 (ver gráfico 14), se presenta la imagen satelital donde

se encuentran identificadas las áreas de peligrosidad cuando la capacidad del tanque

de almacenamiento se encuentra al 25%, 50% y 100%.

53

Gráfico 14: Área de peligrosidad al 25%, 50% y 100% de la capacidad del tanque

de almacenamiento.


Digital Globe

5.2 Resultado de las áreas de peligrosidad para el escenario 2: nube de

vapor inflamable la cual puede ocasionar un incendio y/o explosión tipo “pool

fire”

En cuanto a esta modelación se determina que es improbable que se produzca este

tipo de incendio, debido a que la temperatura de almacenamiento del

biocombustible en análisis se encuentra debajo de su punto de inflamación, por esto

se descarta que para esta sustancia se produzca este riesgo de incendio.

54

Gráfico 15: Modelación correspondiente al escenario 2


versión 5.4.5

En el anexo E, F y G (ver anexos en referencia), se presentan los resultados de las



encuentran al 25%, 50% y 100%.

55

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. Conclusiones

1. Del análisis realizado se determina que en el Ecuador no se disponen datos

respecto al número de accidentes ocurridos por incendios y/o explosiones

relacionados con el procesamiento y almacenamiento de biocombustibles.

2. De la modelación realizada se determina lo siguiente:

El área de mayor riesgo, en donde se puede generar un incendio cuando se

produce el vertido de un líquido por una fuga en un tanque cuya capacidad

de almacenamiento se encuentra al 25%, y no se quema pero se deposita en

la superficie y comienza a evaporarse (“flash fire”), corresponde a 16 metros

a la redonda.

El área de mayor riesgo, se puede generar un incendio cuando se produce el

vertido de un líquido por una fuga en un tanque cuya capacidad de

almacenamiento se encuentra al 50% y 100%, que no se quema pero se

deposita en la superficie y comienza a evaporarse (“flash fire”), corresponde

a 22 metros a la redonda.

El área de menor riesgo, (área estimada en donde la concentración del

biocombustible a base de origen vegetal podría superar el 10% de su límite

inferior de explosión), se puede generar un incendio cuando se produce el


almacenamiento se encuentra al 25% mismo que no se quema pero se

deposita en la superficie y comienza a evaporarse (“flash fire”), corresponde

a 63 metros a la redonda.

56

El área de menor riesgo, (área en donde la concentración del biocombustible

a base de origen vegetal podría superar el 10% de su límite inferior de

explosión); en la que se puede generar un incendio cuando se produce el


almacenamiento se encuentra al 50% y 100% y no se quema pero se deposita

en la superficie y comienza a evaporarse (“flash fire”), corresponde a 92

metros a la redonda.

A las condiciones modeladas se determina que es improbable que se

produzca incendio del tipo “pool fire”, puesto que la temperatura de

almacenamiento del tanque se encuentra debajo de su punto de inflamación.

3. Para las condiciones atmosféricas establecidas en la presente modelación, se

puede determinar que en el área de almacenamiento de biocombustible a base de

aceite vegetal de la planta de procesamiento ubicada en la provincia de Manabí,

puede ocurrir únicamente incendios por flash fire.

4. La escasa información relacionada con las propiedades fisicoquímicas y/o

parámetros de peligrosidad relacionados con combustión de una sustancia, como

por ejemplo los límites de inflamabilidad del biocombustible a base de aceite

vegetal, hace necesaria la aplicación de otras metodologías para el análisis del

riesgo por incendio tipo “flash fire” que permitan verificar la información obtenida

en la presente simulación. A pesar de lo antes indicado y tomando en cuenta que

aún no se dispone de suficiente información respecto del análisis de accidentes por

incendio en plantas de procesamiento de biocombustible en el Ecuador, se puede

establecer que las áreas de peligrosidad identificadas corresponden a información

base.

57

6.2. Recomendaciones

1. Una vez establecidas las áreas potenciales en las cuales se puede producir un

incendio a consecuencia del vertido de un líquido por una fuga en un tanque, en el

cual no se quema pero se deposita en la superficie y comienza a evaporarse (“flash

fire”), se recomienda realizar un análisis más profundo, tomando en cuenta las

condiciones modeladas, de tal manera, que permitan definir medidas y/o acciones

para la mitigación y/o control de riesgos por incendios, así como en el desarrollo de

los planes de emergencia y contingencia para este tipo de industrias.

2. Se recomienda realizar el modelamiento para diferentes diámetros de orificio

con la finalidad de poder establecer la posible afectación y/o modificación del área

de peligrosidad debido al riesgo de incendio para la fase de almacenamiento y

cuando se produce el vertido de un líquido por una fuga en un tanque, en el cual no

se quema pero se deposita en la superficie y comienza a evaporarse (“flash fire”).

3. Siendo que las áreas de peligrosidad estimadas, cuando se produce un incendio

tipo “flash fire”, para el 50% y 100% de la capacidad de almacenamiento del tanque,

presentan los mismos valores, se recomienda modelar para este tipo de incendio,

considerando que la capacidad de almacenamiento se encuentra en un rango de 0 a

50%, a fin de poder obtener mayores datos que permitan determinar el rango de

áreas de peligrosidad, información que servirá de base para el establecimiento de

medidas para la mitigación y/o control de riesgos para este tipo de incendio.

58

7. PROPUESTA DE RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA

Al no disponer de suficiente información respecto a la indagación de los accidentes

ocurridos en plantas de procesamiento de biocombustibles a base de aceite vegetal

a nivel nacional, se plantea como necesario el levantamiento de esta información, a

fin de contar con elementos que permitan verificar los datos obtenidos en la

investigación realizada.

En forma adicional, es necesario realizar ensayos que permitan determinar las

propiedades fisicoquímicas, sobre todo los límites de inflamabilidad del

biocombustible empleado en el análisis realizado, con los datos obtenidos, se debe

realizar nuevamente la simulación realizada a fin de verificar las áreas de

peligrosidad encontradas.

Finalmente, y conforme a la simulación realizada, misma que ha permitido estimar

las zonas en peligro en las cuales se puede formar una nube de vapor inflamable

que puede ocasionar un incendio y/o explosión repentina, debido al vertido por la

fuga del tanque, es necesario en forma prioritaria identificar las posibles fuentes de

ignición a fin de poder reducir la probabilidad de ocurrencia de este siniestro.

Además, y siendo que los tanques de almacenamiento del biocombustible a base de

aceite vegetal presentan niveles de acidez considerables, se propone verificar,

mediante el empleo de técnicas específicas, que permitan determinar el espesor de

las paredes de los tanques de almacenamiento a fin de determinar el desgaste debido

a los efectos de la corrosión.

Es necesario destacar que se pueden emplear, como mecanismos de respuesta ante

incendios de tipo activos como sistemas de detección y alarma, equipos de control

y señalización, detectores de humo, y/o implementación de extintores de incendios

del tipo ABC; para ello se puede aplicar metodologías que permitan determinar su

número y ubicación en el área de estudio, sin olvidar la elaboración de programas

59

de capacitación orientado a la toma de conciencia y conocimiento en los

trabajadores.

60

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Combustión: Es el proceso de oxidación rápida que consiste en una

combinación del oxígeno con aquellos materiales o sustancias capaces de

oxidarse, dando como resultado la generación de gases, partículas, luz y calor.

(Ministerio del Ambiente, 2015).

Capacidad calórica: Es la cantidad de energía necesaria para alzar la

temperatura en 1ºC de una cierta cantidad de materia (Romo, 1976).

Líquido combustible: Aquél que tiene un punto de inflamación igual o

superior a 38 º C y líquido inflamable el que lo tiene inferior a 38 ºC (Sierra,

1991)

Peso molecular: Masa de un mol de una sustancia química. Un mol es la

cantidad de una sustancia que contiene 6,02 X10 23 moléculas. (ALOHA,

2015)

Poder calórico: o calor de combustión es la cantidad de calor producido por

la quema de una cantidad unitaria de una sustancia bajo condiciones

específicas. (ASTM American Society for Testing and Materials, 2014)

Punto de congelamiento: Temperatura a la cual una sustancia química existe

en equilibrio entre la fase sólida y líquida y depende de la composición

química y de la presión aplicada. (ALOHA, 2015)

Punto crítico: Representa la mayor temperatura y presión para las que una

especie química pura pueda existir en equilibrio vapor/líquido. A estas

condiciones de temperatura y presión se denominan críticas. (Smith, Van

Ness, & Abbott, 1997)

61

Reacción de Trans-esterificación: Reacción química que se produce entre

un aceite de origen vegetal y/o animal y un alcohol, mediante la acción de un

catalizador (ácido o básico), produciendo el biocombustibles (biodiesel

generalmente) y otros subproductos como glicerina (Agarwal, 2007).

Sustancias Comburentes: Sustancias que, sin ser necesariamente

combustibles por sí mismas, pueden generalmente, liberando oxígeno, causar

la combustión de otras materias o contribuir a ello (NTE INEN 2266, 2013).

Temperatura de inflamación: Es la temperatura mínima a la cual un líquido

inflamable desprende suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con

el aire que rodea la superficie del líquido o en el interior del recipiente

empleado. (Sierra, 1991).

Temperatura de ebullición: Máxima temperatura a la cual puede existir en

equilibrio la fase liquida y vapor de una sustancia. Por encima de esta

temperatura, una sustancia en esta líquido se evapora y depende de la

composición de un producto químico y la presión aplicada. A medida que

aumenta la presión, el punto de ebullición también aumenta. (ALOHA, 2015)

62

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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69

ANEXOS

Anexo A: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación

realizada para el escenario 1 cuando la capacidad de almacenamiento del

tanque se encuentra al 25%

Fuente: ALOHA® software, versión 5.4.5

70

Anexo B: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación




71

Anexo C: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación




72

Anexo D: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación




73

Anexo E: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación




74

Anexo F: Resumen del reporte de resultados obtenidos de la modelación




75

BIOGRAFÍA DE LA AUTORA

Cristina Fabiola Gavilanes Albán, ciudadana ecuatoriana nacida el 13 de noviembre

de 1985 en la ciudad de Quito provincia de Pichincha, culminó sus estudios

secundarios en la Unidad Educativa María Auxiliadora desde 1997 - 1998 hasta

2003 – 2004, en la cual obtuvo su especialización de Ciencias –Físico Matemático.

En noviembre de 2009, culminó sus estudios de pregrado en Ingeniería Química,

en la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador con el

desarrollo del trabajo de graduación titulado “Tratamiento de agua residual de la

empresa extractora de aceite de palmiste AEXAV”.

En mayo de 2011 inició su carrera profesional como Asesora freelance en empresas

petroleras, en las cuales desarrolló procedimientos y registros en las áreas de

seguridad, salud ocupacional, ambiente, comercialización y operaciones para la

implementación del sistema integrado de gestión.

Posteriormente, en marzo de 2012, trabajó en el Departamento de Petróleos,

Energía y Contaminación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central del

Ecuador, colaboró en la elaboración de Ensayos de Control de Calidad en muestras

de petróleo y sus derivados.

Finalmente en enero de 2013 hasta la presente se encuentra trabajando en la

Dirección de Gestión Ambiental del Gobierno Autónomo Descentralizado de la

Provincia de Pichincha en calidad de técnica especialista en auditorías ambientales.

A lo largo de estos años ha adquirido una amplia experiencia en la implementación

y elaboración de auditorías de gestión puesto que ha obtenido las siguientes

certificaciones: QUALITY MANAGEMENT SYSTEMS AUDITOR/ LEAD AUDITOR

TRAINING COURSE (BASED ON ISO 9001:2008 STANDARD); ENVIRONMENTAL

MANAGEMENT SYSTEMS AUDITOR/ LEAD AUDITOR TRAINING COURSE

(BASED ON ISO 14001:2004 STANDARD) y LEAD ASSESSOR OHSAS 18001:2007.

BASED ON OHSAS 18001:2007 STANDARD).

universidad central del ecuador facultad de … · 2000 a inicios del año 2009 .....10 4. resumen...

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