Roberto Saettone

¿Se debe Considerar el Sistema de Detección de Fuego y Gas como una Función Instrumentada de Seguridad?

Sistemas de Seguridad con Requerimientos Especiales / /
Para responder esta pregunta es necesario definir el Sistema de Detección de Fuego y Gas (SDFyG). Un SDFyG es aquel diseñado e instalado para proteger contra los riesgos de fuga de gas (combustible, inflamable o tóxico) y fuego dentro de áreas monitoreadas; capaz de detectar el evento peligroso en su etapa incipiente, permitiendo tomar medidas inmediatas para su control y mitigación. La efectividad de este sistema, según el reporte técnico ISA TR84.00.07 y el Handbook de SFPE, se basa en tres (3) factores principales:
  • Cobertura de detección: Es la probabilidad que tiene el sistema de poder detectar el evento peligroso específico para el cual fue diseñado. Este factor es comúnmente descartado en las Funciones Instrumentadas de Seguridad (SIF), debido a que se da por sentado que el sensor tiene la capacidad de detectar la variable que está monitoreando (p.e. presión, temperatura, flujo, etc.), y solo fallaría en caso de problemas con la tubería de conexión, lo que usualmente es poco probable.
  • Disponibilidad de seguridad: Es la probabilidad de que el sistema actúe durante una demanda y está asociada al hardware. Se calcula de forma similar a la Probabilidad de Falla en Demanda Promedio (PFDavg) de una SIF, pudiendo utilizar las técnicas presentadas en el reporte técnico ISA TR84.00.02 considerando las tasas de falla aleatorias de los elementos sensores, controlador de lógica y los elementos finales; así como, las arquitecturas utilizadas para cada grupo de elementos, períodos de prueba, entre otros.
  • Efectividad de Mitigación: Es la probabilidad que tiene el sistema de reducir exitosamente las consecuencias del evento peligroso específico para el cual fue diseñado.
De conformidad con la norma IEC 61511: 2016, podemos decir que una SIF es aquella diseñada para alcanzar un Nivel de Integridad de Seguridad (SIL), con la intención de alcanzar y mantener un estado seguro para el proceso y trabajar en conjunto con otras capas de protección para la reducción de un riesgo específico.
En base a lo anterior, para que una Función de Seguridad (FS) del SDFyG pueda considerarse como una SIF, el mismo debe garantizar la detección del evento peligroso, alcanzar y mantener un estado seguro del proceso, estar definida para un riesgo en específico, tener asociado un SIL y, adicionalmente, debe poder definirse la Especificación de los Requisitos de Seguridad (SRS) (tiempo de respuesta, fallos de causa común, requisitos para las prioridades / las inhibiciones / los desvíos, entre otros); tal como lo establece la norma IEC 61511: 2016.
Los puntos que realmente marcan la diferencia entre una FS del SDFyG y una SIF están referidas a la capacidad de detección y la efectividad para reducir el riesgo, debido a que en el caso de un SDFyG existen muchos factores que afectan estas características; por lo que, generalmente es difícil garantizar que un SDFyG alcance y mantenga un estado seguro del proceso, así como generar una reducción de riesgo equivalente al menos de SIL 1 (10 – 100).
Entre los factores que afectan la posibilidad de que el evento peligroso se encuentre dentro del área de detección de un SDFyG, están:
  • Cambios en la dirección y velocidad del viento.
  • Puntos de ignición inesperados.
  • Objetos que desvíen el escape de material u obstaculicen el “campo de detección” del sensor.
  • Cantidad suficiente o insuficiente del material asociado a la fuga (tamaño de la nube o de la llama).
  • Inadecuado posicionamiento del sensor (distancia, altura, dirección e inclinación)
Algunos de los factores que influyen en la efectividad reducir el riesgo (o de la mitigación en este caso) son:
  • Falla del sistema automático de extinción de incendios.
  • Efectividad del método de extinción de incendios (polvo químico, agua, espuma, etc.).
  • Ocurrencia de un evento peligroso mayor al esperado.
  • Falla de la extinción manual de respaldo.
  • Afectación y vulnerabilidad del personal durante el combate del incendio.
  • Falla de la ventilación posterior a la extinción del incendio.
Para ilustrar lo antes dicho, presentamos un árbol de eventos con los factores que afectan el rendimiento de sistemas de detección de fuego y gas, considerando valores optimistas para la mayoría de los casos de detección, disponibilidad de seguridad y mitigación:
Tal y como se puede observar en el ejemplo, a pesar de usar equipos certificados y tener una disponibilidad de seguridad equivalente a SIL 2 (0,99 – 0,999), comúnmente obtenidos en el mercado, el factor de reducción de riesgos alcanzado por la FS del SDFyG es ligeramente mayor a 5, siendo menor que la banda inferior de SIL 1 (10 – 100). Este ejemplo refuerza lo antes dicho, es poco probable para la mayoría de los casos poder considerar las FS de los SDFyG como SIF, ya que es necesario que las mismas posean un nivel de desempeño elevado, el cual de acuerdo con los cálculos es una cobertura de detección y efectividad de mitigación superior a 0,90.
Sin embargo, existen excepciones en los cuales se podría considerar los SDFyG como SIFs, por ejemplo:
Una caseta de pintura, la cual impide la disipación de los gases inflamables y tóxicos, pudiendo alcanzar concentraciones potencialmente peligrosas dentro de la caseta. Una de las posibles acciones para proteger al personal contra este peligro, es tener un control de acceso, y alarma al detectarse altas concentraciones de gases inflamable y/o tóxicos. Es posible asumir que la cobertura de detección es cercana a 100% por encontrarse dentro de un área cerrada, y al realizar esta acción garantizaría que el personal no se vea afectado, siempre y cuando los dispositivos asociados al SDFyG funcionen de manera apropiada al momento de la demanda.
De forma general podemos decir que las funciones de seguridad asociadas a los SDFyG no deben ser consideradas como SIFs, salvo contadas excepciones, ya que los mismos no cumplen con todos los requisitos que exige la norma IEC 61511: 2016, siendo los más determinantes el no poder alcanzar y mantener el estado seguro del proceso; y la capacidad de detectar el evento peligroso específico para el cual se supone ha sido diseñado, lo que probablemente impedirá que alcance una reducción del riesgo en al menos un factor de 10 (SIL 1).
Se recomienda que los SDFyG tengan un Ciclo de Vida de Seguridad (CVS), dentro del cual el diseño sea realizado con un enfoque basado en desempeño. El usuario final debe garantizar que los mismos sean operados y mantenidos de forma que la reducción de riesgo que le ha sido asignada permanezca vigente durante toda su vida útil.

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Índices de Riesgo en la Industria de los Procesos

Análisis de Peligros y Riesgos / /
Todas las organizaciones enfrentan una variedad de riesgos que pueden afectar alcanzar sus objetivos. La gestión del riesgo ayuda a la toma de decisiones, al tener en consideración la incertidumbre y la posibilidad de eventos futuros o circunstancias y sus efectos sobre los objetivos planteados.
En la Industria de los Procesos, la evaluación del riesgo es una parte de la gestión del riesgo, la cual provee un proceso estructurado que identifica como son afectados los objetivos, y analiza el riesgo en términos de consecuencias y su probabilidad de ocurrencia, antes de la toma de decisiones sobre la necesidad de un mayor esfuerzo. La evaluación del riesgo trata de responder las siguientes preguntas: 
  • ¿Qué puede pasar y por qué?    
  • ¿Cuáles son las consecuencias?
  • ¿Cuál es la probabilidad de ocurrencia?
  • ¿Existen factores que puedan mitigar las consecuencias o reducir la probabilidad del riesgo?
  • ¿Es el nivel de riesgo aceptable o requiere mayor esfuerzo?
Para poder establecer el nivel de riesgo, el mismo debe estar asociado con un impacto o afectación, es decir, el nivel de riesgo a personas, operadores, ambiente, equipos, entre otros. Una manera de simplificar el uso del riesgo y su compresión es la utilización de los Índices de Riesgo, los cuales suelen ser usados para poder comparar e identificar posibles medidas de reducción y control de riesgo a través de la evaluación del mismo, en caso de ser necesario.
A continuación, presentamos los Índices de Riesgo que son comúnmente utilizados en la Industria de los Procesos:

Riesgo Individual (IR – Individual Risk, IRPA – Individual Risk per Annum): Es el riesgo de fatalidad que experimenta una persona de forma individual en un periodo de tiempo determinado. Este índice de riesgo depende de la porción del tiempo que una persona permanece en cada área, así como la vulnerabilidad que tiene a los efectos de los posibles escenarios que puedan ocurrir en cada área. Normalmente se utiliza para cuantificar el riesgo asociado a fatalidades y es expresado en fatalidades por año.
En donde,
 =                   Fracción del tiempo
general que un miembro del grupo k se encuentre en el área de interés
 =     Probabilidad de que un miembro
del grupo k se encuentre en la ubicación i
 =           Frecuencia de ocurrencia
del evento j
 =      Probabilidad de fatalidad en la
ubicación i debido a la consecuencia del evento peligroso j
 =       Probabilidad de las condiciones
atmosféricas requeridas para producir la consecuencia del evento peligroso j
 =      Probabilidad de que el evento
peligroso se dirija hacia la ubicación i
Supongamos que un operador pasa el 30% de su tiempo en oficinas, 60% en planta y el 10% restante en el comedor, esto es considerando que el mismo solo se encuentra en las facilidades 2000 horas al año (22,83%). Se estima en base a cálculos previos de LSIR, que el riesgo en las oficinas es 1×10-6año-1, en planta es de 8×10-6año-1 y en el comedor 3 x 10-7 año-1, el resultante del IRPA para este tipo de operador con esa distribución y características específicas es de:
Con este resultado podemos establecer en base a los criterios de tolerabilidad de la empresa si el nivel de riesgo individual del Operador es Tolerable o Intolerable, si es necesario la aplicación de Medidas de Reducción de Riesgos, y donde se podrían enfocar los esfuerzos de dichas medidas.

Riesgo Social (SR – Societal Risk): Es el riesgo que experimenta un grupo de personas (trabajadores y publico/terceros) expuestos a las consecuencias derivadas de eventos peligrosos. El Riesgo Social puede ser representado gráficamente a través de la curva F-N, en donde se presenta la relación entre la frecuencia acumulativa y el número de fatalidades. El riesgo social es usado para medir el riesgo colectivo al cual están expuestas un grupo de personas en áreas que podrían estar expuestas a eventos peligrosos, e indica la frecuencia que un número especifico de personas sufrirán un nivel especifico de daño (p.e. muerte). El Riesgo Social para trabajadores es también conocido como Riesgo Agregado de acuerdo con la norma API 752.
Tomemos como ejemplo la siguiente curva FN de riesgo agregado (riesgo social a operadores), donde se puede observar que el número máximo de fatalidades esperadas es de seis (6) personas sin importar el tipo de operador, y la frecuencia acumulativa no sobrepasa el criterio de riesgo tolerable o mínimo establecido de ejemplo. En caso de que el riesgo acumulado sobrepasara el nivel de riesgo tolerable, se debería analizar posibles medidas de reducción
de riesgos.
Figura 1. Riesgo Agregado de Ejemplo
Esta representación gráfica de riesgo social no es posible utilizarla para valores individuales, ya que en la misma se encuentran todos los grupos de operadores. Es posible realizar una curva FN para cada tipo de operador, y aunque esta representación serviría el análisis de cada grupo de operadores de forma social e individual, perdería el propósito como riesgo social al no considerar todos los operadores de forma conjunta.

Pérdida de Vidas Potenciales (PLL – Potential Loss of Life): Es una medida de Riesgo Social y representa el número de fatalidades que se esperan puedan ocurrir cada año, promediado en periodos largos. Este índice puede ser usado en contexto de un evento o durante un periodo de exposición.
En donde,
           Frecuencia anual del escenario
           Numero de fatalidades esperadas para el escenario
              Número total de escenarios
               Número total de tipos de consecuencias
El PLL es utilizado como entrada en la toma de decisiones sobre medidas de reducción de riesgos. Como podemos observar en la siguiente tabla, se determinó a manera de ejemplo.
Tabla 1. Valores PLL de Ejemplo
Medida de Reducción de Riesgos – MRR
PLL de la Unidad
(fatalidades)
PLL al implementar la MRR (fatalidades)
MRR 1
3 x 10-5 año-1
1,5 x 10-5 año-1
MRR 2
2,0 x 10-5 año-1
MRR 3
2,3 x 10-5 año-1

Tasa de Accidentes Fatales (FAR – Fatal Accident Rate): Se define como el número de fatalidades esperado en 100 millones de horas de exposición. El tiempo de exposición a veces es ilustrado como 1000 personas que trabajan 2000 horas al año durante 50 años.
En donde,
=            Pérdida de Vidas Potenciales
Este índice normalmente se utiliza con fines comparativos, utilizando datos históricos de la empresa o internacionales. En la siguiente tabla se presenta a manera de ejemplo valores FAR de Inglaterra:
Tabla 2. Valores FAR de Ejemplo
Industria o Actividad
FAR
1974 – 1978
1987 – 1990
Pesca profunda
140
42
Producción de Petróleo y Gas costa afuera
82
62
Minería de Carbón
10,5
7,3
Ferroviaria
9
4,8
Construcción
7,5
5
Agricultura
5,5
3,7
Química e industrias aliadas
4,3
1,2
Industria de manufactura
1,2
Vehicular
0,75
0,6
Industria textil
0,25
0,05

Costo Implícito de Evitar una Fatalidad (ICAF – Implied Cost of Avoiding a Fatality): Representa una estimación del beneficio de evitar un daño o fatalidad. Este índice es importante en los análisis costo beneficio riesgo.
En donde,
=                Costo de implementación de medida ($)
=                Tiempo de vida estimado de la Planta (años)
=          Diferencial de Pérdida de Vidas Potenciales con la implementación de las medidas
El ICAF puede ser utilizado para tomar decisión sobre medidas de reducción de riesgos, por ejemplo, asumamos una planta que tiene un tiempo de vida estimado de 20 años, cuál sería el ICAF de una medida de reducción de riesgo a tomar en base a su costo de implementación.
Tabla 3. Valores ICAF de ejemplo
Costo de la medida de reducción de riesgos
($)
ICAF
($/fatalidad evitada)
1.000,0
154.000,0
10.000,0
1.540.000,0
100.000,0
15.400.000,0
Utilizando los resultados obtenidos podemos decidir si la medida a implementar es Costo-Efectiva o puede ser descartada, tomando como base criterios de la empresa o internacionales.

Riesgo Geográfico o Riesgo Especifico por Ubicación (GR – Geographic Risk, LSIR – Location Specific Individual Risk): Es la representación gráfica del riesgo individual de forma geográfica, considerando una permanencia de 24 horas al día, los 365 días al año.
En la siguiente figura se puede observar a manera de ejemplo, un plano con la representación gráfica de diferentes curvas de iso-riesgo de fatalidad.
Figura 2. Riesgo Geográfico de Fatalidad de Ejemplo
A continuación, se presenta los índices comúnmente utilizados en base a la fase del proyecto:
Figura 3. Índices de Riesgo para los Diferentes Fases de Ingeniería
(basado en Rausand).
Referencias:
  1.  International Electrotechnical Commission – IEC/ISO 31010 – Risk management – Risk assessment techniques. 2009.
  2. Jan-Erik Vinnem. Offshore Risk Assessment – Principles, Modelling and Applications of QRA Studies. Edition 3 2014.
  3. Center for Chemical Process safety – CCPS. Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis. Edition 2 2000.
  4.  UK Offshore Operators Association – UKOOA. Fire and Explosion Guidance. Edition 2 2003.
  5. I. L. Johansen, M. Rausand. Risk Metrics: Interpretation and Choice.
  6. Health and Safety Executive – HSE. Andrew Franks. Simplified Approach to Estimating Individual Risk. 2017.

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