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NTP 328: Anlisis de riesgos mediante el rbol de sucesos

Fecha de Publicación: 22/10/2009

NTP 328: Anlisis de riesgos mediante el rbol de sucesos

Vigencia Actualizada por NTP Observaciones
Vlida
ANLISIS
Criterios legales
Criterios tcnicos
Derogados: Vigentes: Desfasados: Operativos: S

Redactor: Manuel Bestratn Bellov Ingeniero Industrial
CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO

El rbol de sucesos es una sencilla tcnica de anlisis cualitativo y cuantitativo de riesgos que permite estudiar procesos secuenciales de hipotticos accidentes a partir de sucesos iniciales indeseados, verificando as la efectividad de las medidas preventivas existentes.

Fuente: Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales de Espaa


Introduccin


Existen diversas tcnicas para el desarrollo de estudios de seguridad que aplican sistemas de rboles para considerar las cadenas causales de acontecimientos que llegan finalmente a materializarse en accidentes.

Es importante su distincin ya que sus finalidades y aplicaciones son bien diferentes.

El "rbol causal" es una tcnica ya tratada en la anterior Nota Tcnica de Prevencin 274.91 que permite, a partir de un accidente real ya sucedido, investigar sobre las circunstancias desencadenantes que han confluido en el mismo a fin de determinar sus causas primarias.

Como cada accidente es nico, el rbol causal tambin reproducir con fidelidad tan solo lo que sucedi y no lo que pudiera haber acontecido adicionalmente.

Muy diferente sucede con la tcnica denominada "rbol de fallos y errores" tiene como objetivo reproducir todas las vas posibles que puedan conducir a un acontecimiento final antes de que ste suceda.

Ante un determinado y posible accidente (normalmente grave) que puede ser generado por una multiplicidad de causas y circunstancias adversas, trata de conocer todas las posibles vas desencadenantes, identificando los fallos bsicos y originarios.

La probabilidad de materializacin de tales fallos tambin deber ser averiguada, para poder estimar cul es la del acontecimiento final en cuestin. Es, como vemos, una tcnica inductiva de tipo cualitativo y cuantitativo, ms compleja que la anterior, debido a que incorpora el anlisis probabilstico.

El "rbol de sucesos", objetivo de este documento, es una tcnica de algn modo complementaria al "rbol de fallos y errores". Esta tcnica del rbol de sucesos, desarrolla un diagrama grfico secuencial a partir de sucesos "iniciadores" o desencadenantes de incidencia significativa y, por supuesto indeseados, para averiguar todo lo que puede acontecer y, en especial, comprobar si las medidas preventivas existentes o previstas son suficientes para limitar o minimizar los efectos negativos. Evidentemente tal suficiencia vendr determinada por el correspondiente anlisis probabilstico que esta tcnica tambin acomete.

El "rbol de sucesos" ha tenido su origen y ms amplia aplicacin en las industrias nuclear, aeronatica y qumica.


Descripcin del mtodo

El proceso de desarrollo general de los rboles de sucesos consta de las siguientes etapas:

Cuadro 1: Etapas en el desarrollo de los rboles de sucesos

  1. Etapa previa, familiarizacin con la planta.
  2. Identificacin de sucesos iniciales de inters.
  3. Definicin de circunstancias adversas y funciones de seguridad previstas para el control de sucesos.
  4. Construccin de los rboles de sucesos con inclusin de todas las posibles respuestas del sistema.
  5. Clasificacin de las respuestas indeseadas en categoras de similares consecuencias.
  6. Estimacin de la probabilidad de cada secuencia del rbol de sucesos.
  7. Cuantificacin de las respuestas indeseadas.
  8. Verificacin de todas las respuestas del sistema.


Etapa previa, familiarizacin con la planta


Es imprescindible, antes de iniciar un estudio de este tipo, haber agotado el anlisis preliminar de riesgos que permita conocer y controlar la diversidad de situaciones anmalas que puedan acontecer en una instalacin, ya sea tanto por factores internos como externos a la misma.

Un estudio documental con la recogida de experiencias sobre instalaciones similares ser, junto al anlisis histrico de incidentes-accidentes acaecidos, una buena base de partida a ser discutida y analizada conjuntamente por los mandos y trabajadores implicados en el funcionamiento del proceso y por quienes deban conducir la aplicacin de esta tcnica analtica. Esta es una metodologa que requiere ser aplicada en un marco participativo a travs de grupos de trabajo establecidos, que conozcan los diferentes aspectos que determinan el funcionamiento correcto o incorrecto de una instalacin. Cuanto ms compleja sea sta, mayor deber ser el soporte documental y la preparacin previa del equipo de trabajo.


Identificacin de sucesos iniciales de inters


Tras los anlisis preliminares de familiarizacin con la planta es necesario elaborar una lista de sucesos iniciadores lo ms completa posible, de acuerdo al alcance del anlisis. Dicha lista inicial surgir principalmente de:

  • Los sucesos iniciadores ocurridos en otras plantas.
  • La comparacin con otros anlisis previos realizados.
  • El anlisis preliminar de sistemas.

Los sucesos iniciadores corresponden a fallos que, de producirse, requieren la respuesta de lo que se denominan sistemas "frontales" de seguridad, para evitar efectos negativos de importancia.

Cabe distinguir los sucesos iniciadores propiamente dichos, de otros sucesos que son consecuencia de los primeros, especialmente en esta fase de identificacin en la que ser imprescindible efectuar tambin, por necesidad de simplificacin, un agrupamiento de sucesos iniciadores de acuerdo a las funciones de seguridad que deben realizarse o a la combinacin de respuestas de sistemas.


Definicin de las circunstancias adversas y de las funciones de seguridad para el control de sucesos

Una funcin de seguridad es una respuesta activa de previsin o dispositivo, o bien una barrera, capaz de interrumpir la secuencia de un suceso inicial a una consecuencia peligrosa.

Las funciones de seguridad pueden ser de muchos tipos, la mayora de ellas se caracterizan por su respuesta ante fallos o xitos de demandas. Algunos ejemplos son:

  • Sistemas automticos de seguridad.
  • Alarmas de aviso y la consiguiente respuesta de los operarios.
  • Barreras o sistemas de contencin para limitar los efectos de un accidente.

Hay que considerar tambin aquellas circunstancias que puedan tener un papel adverso en el desarrollo secuencial de sucesos. As por ejemplo, en un derrame de sustancia inflamable:

  • Ignicin o no ignicin de la fuga.
  • Explosin o deflagracin.
  • Lquido derramado en interior de cubeto de retencin o no.
  • Durante el da o en la noche.
  • Condiciones meteorolgicas.

Dentro de las funciones de seguridad cabe diferenciar las que son generadas por los sistemas "frontales", que son los sistemas primarios de respuesta ante los sucesos iniciadores, de las que son generadas por los sistemas "soporte" o "redundantes", que son los que deben actuar, ya sea para garantizar la eficacia de los anteriores o bien cuando se produce un fallo de respuesta de stos. Habr casos en que ser conveniente considerar, en el desarrollo del rbol, todas las funciones de seguridad incluidos los sistemas "soporte". En otros casos no ser necesario, siempre que en la respuesta del sistema "frontal" del que dependa se indique la probabilidad real de fallo en el que estara integrada la fiabilidad de respuesta del conjunto de ambos sistemas.

Tanto las circunstancias potencialmente adversas como las funciones de seguridad previstas han de ser definidas de forma simplificada siguiendo la secuencia lgica de acontecimiento o intervencin en el proceso concatenado de sucesos y consecuencias, y designadas normalmente por letras correlativas del abecedario.

La mayora de circunstancias y funciones de seguridad son consideradas normalmente de respuesta binaria. Las situaciones intermedias en funcin de los diferentes rangos de respuesta suelen ser traducidas tambin a la doble opcin. Por ejemplo, una vlvula de seguridad que deba abrirse para liberar una sobrepresin en un recipiente, tendr en el anlisis una doble opcin: abrirse o no abrirse. La situacin de abertura parcial se considerar normalmente como no abertura, ya que las consecuencias desde el punto de vista de la seguridad posiblemente le sean ms prximas. A pesar de ello cabra la posibilidad de considerar, si fuera necesario, ms de dos situaciones de respuesta de las funciones de seguridad, a costa de complicar el rbol, al ser necesario discernir las probabilidades de acontecimiento de cada una de las opciones, y ms an si en funcin de stas debieran intervenir los sistemas "soporte" de seguridad.

El analista debe ser cuidadoso en detallar de forma cronolgica, segn el orden de intervencin, todas las funciones de seguridad previstas. Las circunstancias adversas por su parte aparecern en el rbol tantas veces como sea necesario, y siempre que puedan afectar a las funciones de seguridad, segn lo que pueda ir sucediendo en el tiempo.

Las intervenciones humanas que representan funciones clave de respuesta de seguridad ante fallos deben ser incorporadas en los momentos oportunos.


Construccin de los rboles de sucesos

La representacin grfica del rbol se realiza siguiendo la progresin cronolgica de sucesos previsibles, a partir del suceso iniciador considerado, en principio, de inters. Convencionalmente se construye el diagrama de izquierda a derecha.

En lnea de cabecera horizontal se indican las diferentes funciones de seguridad y circunstancias a considerar en el orden cronolgico esperado, las cuales correspondern en el desarrollo del rbol con los nudos en los que la respuesta afirmativa se traduce en una lnea vertical ascendente y la negativa en una lnea descendente, para proseguir luego horizontalmente a cada uno de los sucesivos nudos. Solamente los nudos que afecten materialmente a las consecuencias deberan ser mostrados explcitamente en el rbol de sucesos. Algunas ramas pueden ser ms desarrolladas que otras, segn necesidades. Las secuencias finales del rbol recogern las diferentes situaciones de xito o fracaso.

A fin de facilitar la interpretacin de las diferentes vas secuenciales de xitos y fallos hasta alcanzar los sucesos finales, es conveniente denominara cada funcin de seguridad con letras correlativas del abecedario, con el mismo orden de actuacin esperado. Cuando una funcin de seguridad acte favorablemente se representar por ejemplo con la letra B, y cuando falle por B. As podremos identificar fcilmente las diferentes combinaciones de fallos y xitos de las funciones de seguridad previstas en el sistema en estudio.

Cabe destacar que el rbol, adems de representar el papel que desempean las funciones de seguridad y lo favorables o desfavorables que puedan ser las consecuencias finales de cada suceso iniciador, habra de mostrar tambin los diversos tipos de desenlaces negativos que puedan surgir. As por ejemplo, una fuga de gas inflamable, podra originar diversas consecuencias finales adversas como: explosin BLEVE, deflagracin de nube no confinada, bola de fuego, dispersin segura. Todas ellas habran en principio de ser reflejadas en el rbol.


Clasificacin de las respuestas indeseadas en categoras de similares consecuencias


Uno de los objetivos del rbol es identificar aquellas consecuencias negativas de significativa importancia que puedan acontecer. En tal sentido, y por necesidades de simplificacin, aquellos efectos de escasa relevancia no habran de ser desarrollados en las sucesivas etapas del anlisis.

Ante las consecuencias significativas es necesario detenerse en el acontecimiento mismo y estudiar la posible incidencia de factores meteorolgicos o ambientales y que no hubieran quedado reflejados en el primer desarrollo del rbol de sucesos, para incorporarlos si cabe.

Muchas consecuencias desarrolladas a travs de las diferentes ramas del rbol sern similares (por ejemplo, una explosin puede ser la consecuencia de diversos sucesos en los que estn implicados sustancias inflamables o explosivas). Por ello las respuestas finales indeseadas deben ser clasificadas de acuerdo al tipo de modelo de consecuencias que debe ser estudiado para completar el anlisis.


Estimacin de la probabilidad de cada secuencia del rbol de sucesos

A cada una de las secuencias del rbol le corresponde una determinada probabilidad de acontecimiento. Consecuentemente la suma de las probabilidades de cada nudo ante las diferentes alternativas valdr 1,0. Ello ser vlido tanto para respuesta binaria como mltiple.

Las fuentes de datos de probabilidades pueden ser diversas: registros histricos de incidentes-accidentes, datos de la instalacin y de proceso, datos de productos qumicos, datos medioambientales y meteorolgicos, datos de fiabilidad de componentes, datos de fiabilidad humana y, como no, la opinin de los expertos. Puede ser necesario en algunos casos utilizar la tcnica del rbol de fallos para estimar algunas probabilidades, especialmente en sistemas de seguridad que encierren cierta complejidad en conocer su capacidad de respuesta.

En algunos casos, ya sea porque no se disponga de datos precisos o porque es suficiente disponer slo de una cuantificacin orientativa, los datos probabilsticos a emplear tendrn un valor aproximado. Pero en todo caso es imprescindible disponer siempre de tal informacin. El mayor o menor rigor en el dato de probabilidad estar en funcin de la gravedad de las consecuencias resultantes.


Cuantificacin de las respuestas indeseadas

La frecuencia de cada una de las posibles consecuencias podr ser determinada por el producto de la frecuencia del suceso inicial y de cada una de las probabilidades de los sucesos intermedios.

Como comprobacin, la suma de todas las frecuencias de las diferentes consecuencias, tanto las favorables como las desfavorables, debe coincidir con la frecuencia del suceso inicial. El tratamiento sera ms complejo si hubiera dependencia entre los diferentes sucesos o hubiera situaciones de parcial xito o fracaso.

Si lo que nos interesa es determinar la probabilidad conjunta de consecuencias negativas, al margen de su individualizada importancia, deberemos efectuar la adicin de frecuencias de todas estas. Ello tendr sentido normalmente cuando la magnitud de las consecuencias negativas sea similar.

Por motivos de simplificacin y cuando se pretenden valores orientativos en el clculo de la probabilidad de cada acontecimiento final indeseado, se multiplican exclusivamente las probabilidades de fallo de las diferentes secuencias, despreciando las probabilidades de xito.


Verificacin de todas las respuestas del sistema


Debido a la limitacin de datos disponibles o a incorrecciones en la aplicacin del mtodo en el proceso estudiado, al haberse omitido importantes ramas del rbol, pueden alcanzarse resultados del rbol incorrectos. Para evitarlo es fundamental cubrir adecuadamente esta etapa final de verificacin de resultados, aplicando el sentido comn y contrastando con datos histricos.


Ejercicios

Ejercicio 1: rbol de sucesos para un suceso inicial de prdida de agua de refrigeracin en proceso qumico exotrmico

Se trata de estudiar las condiciones de seguridad de un reactor qumico que dispone de los siguientes sistemas de control trmico frente a procesos exotrmicos:

Un indicador de temperatura visual en el rea de trabajo, un indicador de temperatura con alarma al alcanzarse la temperatura T, y finalmente un indicador de la temperatura mxima T2 asociado a un sistema automtico de cierre de la vlvula de entrada de materias primas al reactor.

Por motivos de simplificacin se han integrado en el rbol algunas funciones de seguridad en una sola. As, la funcin B "Deteccin y actuacin del operario" integra tres funciones de seguridad: que el indicador de temperatura funcione correctamente, que el operario visualice en el momento oportuno la lectura y finalmente que el operario acte correctamente, tras observar que aquella es superior a la normalmente esperada.

Por tanto, cuando se indica que tal funcin tiene una probabilidad de fallo de 10-1 (muy alta) se entiende que esta representa la adicin de las correspondientes probabilidades de los susodichos posibles fallos, ya que con cualquiera de ellos en ltimo trmino el operario no actuara, ya sea porque no se entera de lo que acontece o porque omite hacerlo.

Tngase en cuenta que cuando un acontecimiento final requiere la conjuncin o simultaneidad de varios fallos, su probabilidad resultante es igual al producto de las probabilidades de cada uno de tales fallos.

En cambio, cuando un acontecimiento indeseado puede tener lugar de varias formas diferentes, su probabilidad de materializacin es igual a la suma de las probabilidades de cada una de ellas. Por ello, como fase final del rbol de sucesos, al determinar la probabilidad de una situacin descontrolada debemos sumar las probabilidades de cada una de las situaciones finales indeseadas.

La resolucin de este ejercicio se indica en el cuadro.

Cuadro 2: Ejercicio 1: rbol de sucesos para un suceso inicial de prdida de agua de refrigeracin en proceso qumico exotrmico

Se trata de una posibilidad remota, por lo que los sistemas de seguridad existentes se consideraran suficientes.


Ejercicio 2: rbol de sucesos para un suceso inicial de fallo de control trmico en tnel de secado


Un secadero por aire caliente utilizado para el secado de piezas impregnadas de disolvente dispone de un sistema de ventilacin forzado que aspira aire del exterior calentndolo mediante resistencias elctricas protegidas, y lo expulsa al exterior, salvo una parte que por razones de aprovechamiento energtico se recircula en el secadero.

Existe un control de temperatura del aire de impulsin asociado al funcionamiento del ventilador. Por caractersticas de diseo solamente, en caso de fallar tal control trmico, puede formarse atmsfera inflamable.

Para evitar que se pueda formar atmsfera inflamable en el interior del secadero, se ha instalado un explosmetro de medicin continua con dos unidades de lectura independientes, conectado con la vlvula de regulacin de la recirculacin del aire, de tal forma que cuando se supera el 30% del lmite inferior de inflamabilidad, se cierra automticamente mediante servosistema dicha vlvula. La segunda unidad de lectura debera dar seal acstica perceptible, al alcanzarse el lmite inferior de inflamabilidad, a fn de avisar para situar el sistema en condiciones de seguridad. Un fallo en el funcionamiento del explosmetro provocara el paro de las dos unidades de lectura.

  1. Representar el rbol de sucesos tras el fallo del control trmico (probabilidad de fallo 2.10 -2 ).
  2. Determinar cada una de las probabilidades de las diferentes consecuencias indeseadas a partir de las siguientes probabilidades de fallo obtenidas de bancos de datos del suministrador de equipos y de la experiencia. Determinar la probabilidad de tener una atmsfera inflamable en el secadero.

    Fallo de funcionamiento del explosmetro 1.510 -2
    Fallo de lectura del explosmetro 2.010 -2
    Fallo del sistema de accionamiento de la vlvula de regulacin de la recirculacin 1.810 -2
    Fallo del sistema de alarma 1.010 -3
    Fallo por actuacin incorrecta tras alarma 1.010 -1

  3. A la vista de los resultado del apartado anterior, qu medida preventiva prioritaria recomendara para mejorar la seguridad del sistema?

La resolucin de este ejercicio se indica en el cuadro 3.


En los resultados obtenidos podemos observar que el explosmetro es el factor predominante en la determinacin de las probabilidades de las situaciones de riesgo, ya que el fallo de este instrumento nos produce directamente el acontecimiento indeseado. con una probabilidad digna de consideracin (10 -4).

Sera conveniente instalar un segundo explosmetro de medicin continua con dos unidades de lectura, este segundo explosmetro deber ser totalmente independiente del primero, con el fin de evitar fallos en los dos por causa comn.


Bibliografa

(1)
AMERICAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINERS Guidelines for Hazard Evaluation Procedure New York. 1985

(2) LEES, FRANK P. Loss Prevention in the Process Industrias London. 1980

(3) AMERICAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINERS Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis. New York. 1.989.