Comprender y aprender el comportamiento del amoníaco a través de simulación avanzada es clave para mejorar la seguridad y generar la confianza necesaria para respaldar una adopción más amplia, escribe Gu Hai, vicepresidente de Tecnología (Pacífico), ABS.

La industria marítima busca acelerar su transición a combustibles alternativos para alcanzar los objetivos globales de descarbonización. Desde el GNL y el metanol hasta el amoníaco y el hidrógeno, cada uno ofrece ventajas únicas en la búsqueda de la descarbonización.

Entre ellos, el amoníaco se destaca como uno de los principales candidatos para lograr emisiones netas cero debido a su combustión libre de carbono y su potencial escalabilidad.

Sin embargo, su adopción depende de abordar desafíos críticos de seguridad como la toxicidad, la inflamabilidad y las propiedades corrosivas. ABS está a la vanguardia de esta transición, desarrollando marcos avanzados para facilitar la integración segura del amoníaco en las operaciones marítimas, a la vez que permite el cumplimiento de las normativas en constante evolución.

Los desafíos del amoníaco

La toxicidad del amoníaco es probablemente el obstáculo más importante para su adopción generalizada, con riesgos para la salud incluso en bajas concentraciones. La transición al amoníaco como combustible requerirá una recapacitación exhaustiva del personal marítimo, ya que las competencias actuales de los marinos no abordan los peligros específicos del amoníaco.

Si bien existe experiencia en el manejo de amoníaco en industrias especializadas como la refrigeración y la producción de fertilizantes, ampliar este conocimiento al transporte marítimo global presenta desafíos importantes.

El Convenio Internacional sobre Normas de Formación, Titulación y Guardia para la Gente de Mar (STCW) es el estándar de formación para combustibles alternativos, pero las normas para el amoníaco se basan en la experiencia con el GNL como combustible. Estas normas requerirán una revisión para abordar la toxicidad del amoníaco, las incompatibilidades de los materiales y los protocolos específicos de respuesta a emergencias.

Esta combinación de riesgos supone un desafío para los procesos empleados en la gestión de la seguridad a bordo. El enfoque óptimo de múltiples etapas utilizará técnicas consolidadas y posiblemente las combinará con un nuevo enfoque que extraiga datos del proceso inicial y utilice nuevas herramientas de agencia para analizar comportamientos y respuestas en situaciones de emergencia.

Enfoques básicos de gestión de la seguridad

La gestión de la seguridad del amoníaco comienza con la identificación sistemática de peligros mediante metodologías estructuradas que han demostrado su eficacia en diversas aplicaciones industriales. Los talleres de Identificación de Peligros (HAZID) y de Estudios de Peligros y Operabilidad (HAZOP) sirven como plataformas colaborativas donde equipos multidisciplinarios mapean sistemáticamente los posibles modos de fallo a lo largo de todo el ciclo de vida del sistema de combustible de amoníaco.

Estos talleres emplean técnicas estructuradas de lluvia de ideas, análisis de incidentes históricos y conocimiento experto para identificar riesgos que abarcan desde operaciones rutinarias de abastecimiento de combustible hasta escenarios de emergencia en espacios confinados de salas de máquinas.

La eficacia de los talleres HAZID/HAZOP es especialmente evidente en aplicaciones de amoníaco, donde la toxicidad aguda requiere una comprensión integral de los riesgos antes de la implementación del sistema. Estas sesiones identifican no solo los peligros relacionados con los equipos, sino también los riesgos de factores humanos, como la exposición de la tripulación durante el mantenimiento rutinario o los procedimientos de respuesta a emergencias. Los talleres generan una identificación detallada de los riesgos que sirve de base para el posterior análisis cuantitativo y el desarrollo de estrategias de mitigación.

Además, las simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) representan una metodología crucial para comprender el comportamiento de las columnas de amoníaco durante liberaciones accidentales, proporcionando predicciones de alta fidelidad que fundamentan el diseño de sistemas de seguridad. Estas simulaciones modelan fenómenos físicos complejos, como la vaporización del amoníaco líquido, la formación de nubes de vapor y los patrones de dispersión en diferentes condiciones ambientales.

ABS de cortesía

La tecnología permite a los ingenieros visualizar cómo evolucionan las columnas de amoníaco en escenarios del mundo real, ya sea durante operaciones de abastecimiento de combustible de barco a barco o dentro de espacios confinados como salas de máquinas y áreas de preparación de combustible.

La sofisticación del análisis CFD se extiende a factores ambientales en tiempo real, incorporando patrones de viento, variaciones de temperatura y condiciones de estabilidad atmosférica. En aplicaciones marítimas, se utilizan simulaciones para modelar la dispersión de los derrames a través del mástil de ventilación, considerado uno de los principales riesgos potenciales para la tripulación, los buques adyacentes y el personal en tierra.

La información crucial generada por las simulaciones de CFD informa directamente el desarrollo de planes de respuesta a emergencias. Los simulacros y ejercicios en vivo siguen siendo esenciales para validar los planes de respuesta a emergencias, proporcionando una valiosa experiencia para respaldar los ejercicios teóricos. Estos ejercicios ofrecen pruebas realistas de procedimientos y una evaluación integral de los recursos físicos y la infraestructura, incluyendo salidas de emergencia, sistemas de comunicación y equipo médico.

Sin embargo, los simulacros en vivo presentan limitaciones, como el alto costo, la intensidad de los recursos y los posibles riesgos de seguridad al simular escenarios peligrosos. Por lo tanto, la tecnología de simulación desempeña un papel crucial para superar las limitaciones de los simulacros en vivo, a la vez que proporciona entornos seguros para probar los procedimientos de emergencia en diversas condiciones, y puede realizarse antes de la construcción del buque.

Evaluación del plan de respuesta a emergencias basado en agentes

Si bien los marcos existentes proporcionan una base estructural, las características únicas del amoníaco requieren adaptaciones significativas para abordar riesgos específicos y problemas de toxicidad. Los planes tradicionales de respuesta a emergencias, diseñados para derrames de petróleo, se centran principalmente en la contaminación ambiental y los riesgos de incendio, mientras que los incidentes con amoníaco presentan riesgos inmediatos de exposición a sustancias tóxicas potencialmente mortales que exigen prioridades de respuesta fundamentalmente diferentes.

El desarrollo de ABS de un análisis probabilístico avanzado de riesgos basado en agentes representa un avance significativo en los planes de respuesta a emergencias al considerar las incertidumbres tanto en el comportamiento de la columna de amoníaco como en los factores humanos durante situaciones de emergencia. Este enfoque integra resultados de CFD, comportamientos humanos y hallazgos de talleres HAZID/HAZOP con escenarios realistas de fugas para simular las respuestas de la tripulación y sus consecuencias ante diversos peligros identificados.

El modelado basado en agentes representa un enfoque computacional sofisticado para simular sistemas complejos mediante la interacción de entidades, conocidas como agentes, cada una con características de comportamiento, propiedades y capacidades de toma de decisiones distintivas. Estos agentes operan como entidades independientes dentro de un entorno definido, donde pueden percibir su entorno, procesar información y ejecutar acciones según reglas predefinidas y comportamientos adaptativos.

La ventaja fundamental de esta metodología reside en su capacidad para capturar comportamientos emergentes derivados de las interacciones de agentes individuales, como los humanos. Permite a las partes interesadas, como armadores, operadores portuarios o propietarios de instalaciones de abastecimiento de combustible, simular escenarios de evacuación realistas.

Este enfoque permite examinar cómo las diferencias individuales y las interacciones locales pueden generar patrones a gran escala en los flujos de evacuación, la formación de cuellos de botella y el desempeño general de la evacuación y la mitigación.

El modelado basado en agentes proporciona un marco para incluir agentes como el comportamiento humano en las simulaciones. Los factores humanos, como el proceso de toma de decisiones, se integran en el modelado basado en agentes mediante técnicas de simulación de Monte Carlo. Este enfoque reconoce que el comportamiento humano durante las emergencias es inherentemente estocástico, y que las personas responden de forma diferente e impredecible a situaciones similares en función de factores como la ubicación, la velocidad de desplazamiento y los niveles de estrés.

Al emplear métodos de Monte Carlo (aplicando algoritmos computacionales que usan muestreos aleatorios repetidos para modelar la probabilidad de diferentes resultados en un proceso con variables inciertas), la simulación puede tener en cuenta la variabilidad en las respuestas humanas y generar distribuciones estadísticas de resultados en lugar de predicciones deterministas.

Un enfoque integrado

El enfoque integrado facilita la evaluación dinámica de riesgos, donde las probabilidades de los eventos evolucionan a medida que avanzan las operaciones de respuesta, incorporando cambios en tiempo real en las condiciones ambientales, la disponibilidad de recursos y las limitaciones operativas. Esta dimensión temporal es crucial para la planificación de la respuesta a emergencias, ya que la eficacia de las intervenciones y los riesgos que enfrentan los respondedores y los evacuados cambian continuamente durante un incidente.

El marco considera las limitaciones temporales fundamentales en escenarios de emergencia, donde las decisiones o acciones retrasadas pueden tener efectos en cadena sobre el rendimiento general del sistema y los resultados de seguridad. Variables ambientales como las condiciones meteorológicas y la propagación de riesgos se integran en los modelos, lo que permite evaluaciones más realistas de cómo los factores externos influyen tanto en el comportamiento de los agentes como en la eficacia de la respuesta a emergencias a nivel de todo el sistema.

La integración de los marcos tradicionales de respuesta a emergencias con simulación avanzada, como la dinámica computacional de fluidos (CFD), y el análisis cuantitativo de riesgos basado en simulación, ayuda a crear una estrategia de respuesta a emergencias más robusta, sistémica y temporal. Este enfoque integral permite identificar puntos críticos de riesgo, evaluar los procedimientos de evacuación y mejorar la coordinación entre los participantes en la respuesta a emergencias.

Gu Hai es vicepresidente de Tecnología (Pacífico) en ABS.