Riesgo Social y Curva F-N
Documentación técnica para la cuantificación del Riesgo Social, construcción de la Curva F-N, evaluación de criterios ALARP y cálculo de Riesgo Individual en QRA industrial
1. Introducción
El Riesgo Social cuantifica el peligro que representa una instalación industrial para la colectividad que reside o trabaja en sus alrededores. A diferencia del Riesgo Individual (que evalúa la probabilidad de que una persona específica fallezca), el Riesgo Social expresa la relación entre la frecuencia de ocurrencia de un accidente y el número de víctimas fatales que podría causar.
La herramienta principal para visualizar y evaluar el Riesgo Social es la Curva F-N (curva frecuencia-número):
- Eje X (N): Número de fatalidades en un evento
- Eje Y (F): Frecuencia acumulativa = frecuencia anual de eventos que causen al menos N fatalidades [eventos/año]
Ambos ejes usan escala logarítmica.
Requisito regulatorio
Las Curvas F-N son requeridas por los principales estándares de QRA a nivel mundial (UK R2P2, Países Bajos RIVM, México ASEA, Australia HIPAP, Hong Kong HKSAR) para licencias de operación y planificación de uso del suelo.
2. Conceptos Clave
Frecuencia de Escenario P(As)
Tasa anual [eventos/año] de ocurrencia del escenario accidental — obtenida de LOPA, árboles de fallo o bases de datos históricas (OREDA, TNO FACTS)
Fatalidades Esperadas E[F(As)]
Número esperado de muertes dado que ocurre — calculado por los modelos de consecuencias mediante integración en anillos concéntricos con funciones Probit
Población Expuesta Ng
Personas dentro del radio de riesgo — definido por el radio al 1% Probit para modelos térmicos/sobrepresión, o por el área LFL para Flash Fire
Riesgo Individual Promedio RIg
Probabilidad anual de muerte de una persona promedio en la población expuesta —
2.1 Definiciones Formales
3. Secuencia de Cálculo
Fatalidades del modelo — Para cada escenario, FatalityUtils.js integra la probabilidad de muerte en anillos concéntricos de 5 m de espesor (hasta 10 km), calculando con la función Probit correspondiente.
Población expuesta — ng-calculator.ts calcula usando el radio al 1% Probit para modelos térmicos/sobrepresión, el área del polígono LFL para Flash Fire, o la suma ponderada de la rosa de vientos para escenarios multi-direccionales.
Construcción de la Curva F-N — calculateFnCurve() recopila todos los pares y calcula para cada valor único de , generando una función escalón decreciente en escala log-log.
Evaluación ALARP — analyzeUnacceptableScenarios() compara cada punto de la curva con el límite superior , calcula el exceso de frecuencia y genera recomendaciones de reducción por escenario.
4. Cálculo de Fatalidades por Anillos Concéntricos
4.1 Geometría de Anillos y Dosis Térmica
El área de estudio se divide en anillos concéntricos de 5 m de espesor, desde el punto de emisión hasta el radio máximo (por defecto 10 km):
La dosis térmica acumulada en cada anillo:
Código: FatalityUtils.js → calculateFatalities().
4.2 Funciones Probit de Fatalidades
Metodología CCPS (Eisenberg):
Referencia: CCPS, Guidelines for CPQRA, 2nd Ed., p. 269.
Metodología TNO:
Referencia: TNO Green Book (CPR 14E), 1997, p. 20, ec. 3.5.
4.3 Conversión Probit → Porcentaje Fatal
4.4 Fatalidades por Anillo
Criterio de parada
El cálculo se detiene cuando . Si el resultado se devuelve como 0 (impacto despreciable). Código: FatalityUtils.js, líneas 111–200.
5. Cálculo de la Población Expuesta —
5.1 PoolFire, JetFire, VCE, FireBall
Se interpola en los resultados del modelo para encontrar el radio al 1% de probabilidad de muerte :
Interpolación lineal entre los dos anillos adyacentes donde el porcentaje fatal cruza el 1%:
Código: ng-calculator.ts → calculateNgForProbitModel().
6. Construcción de la Curva F-N
6.1 Definición Formal
Dado un conjunto de escenarios accidentales, cada uno con frecuencia [eventos/año] y fatalidades [personas]:
es la suma de frecuencias de todos los escenarios que producen al menos fatalidades.
Código: social-risk-table.tsx → calculateFnCurve().
6.2 Algoritmo de Cálculo
Recopilar todos los escenarios con sus pares : frecuencia y fatalidades de cada uno
Obtener el conjunto único de valores , ordenados de mayor a menor
Para cada : calcular donde
Graficar los pares como función escalón decreciente en ejes log-log
Propiedad monotónica
La Curva F-N siempre es una función escalón decreciente: para todo , ya que umbrales de fatalidad más altos solo pueden ser superados por menos escenarios.
7. Zonas de Tolerabilidad y Criterios ALARP
7.1 Líneas Límite
Las líneas de tolerabilidad son funciones potenciales en el plano log-log:
| Línea | Fórmula | Significado |
|---|---|---|
| Límite superior | Frontera entre zonas Inaceptable y ALARP | |
| Límite inferior | Frontera entre zonas ALARP y Aceptable |
Código: fn-curve-analysis.ts → calculateUpperLimit(); fn-curve-chartjs.tsx → drawLimitLines().
7.2 Zonas ALARP
Principio ALARP
ALARP (As Low As Reasonably Practicable) — el riesgo debe reducirse tanto como sea razonablemente practicable. Estar en la zona ALARP no significa que el riesgo sea aceptable; debe demostrarse que reducciones adicionales no son razonablemente factibles.
| Zona | Criterio | Acción requerida |
|---|---|---|
| Inaceptable | Reducción obligatoria del riesgo | |
| ALARP | Reducir a menos que sea desproporcionadamente costoso | |
| Aceptable | No se requiere acción adicional |
7.3 Criterios por Estándar Internacional
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| (superior) | eventos/año |
| (inferior) | eventos/año |
| Pendiente | |
| Referencia | R2P2 (2001) |
Configuración por proyecto
Los valores , y se configuran en Configuración del Proyecto → Criterios de Riesgo Social y se persisten en project.socialRiskCriteria.
8. Análisis de Escenarios Inaceptables
Un punto es inaceptable cuando .
Identificar el punto inaceptable — Encontrar todos donde
Aplicar objetivo ALARP — Establecer objetivo con 10% de margen de seguridad:
Calcular exceso de frecuencia:
Reducción requerida por escenario — Para el escenario contribuyente: Si , el escenario no puede resolver el problema solo — se requieren reducciones combinadas.
Código: fn-curve-analysis.ts → analyzeUnacceptablePoint(), líneas 60–127.
9. Riesgo Individual
9.1 Cálculo
9.2 Clasificación (NTE-002-CGPC, §14.3)
| Clasificación | Criterio |
|---|---|
| Aceptable | |
| ALARP | |
| Inaceptable |
Código: individual-risk-summary.tsx → evaluateRiskStatus().
9.3 Criterios por País / Norma
| Grupo | Intolerable | Tolerable |
|---|---|---|
| Público | /año | /año |
| Trabajadores | /año | /año |
Referencia: R2P2 (2001)
Código: individual-risk-presets.ts.
10. Modo de Uso en el Sistema
Definir escenarios — Para cada fuente, crear RiskModels con su tipo de evento (PoolFire, JetFire, FlashFire, VCE, FireBall) y asignarle una frecuencia .
Ejecutar cálculo de consecuencias — Correr el cálculo de cada modelo para obtener fatalidades.sumaFatalidades y fatalidades.resultados.
Configurar criterios — En Configuración del Proyecto → Criterios de Riesgo Social, seleccionar el estándar internacional o ingresar valores personalizados de , y .
Visualizar la Curva F-N — En la pestaña Riesgo Social → subpestaña Curva F-N, la tabla calcula automáticamente y para cada escenario y los grafica.
Interpretar zonas — Puntos sobre la línea superior () son inaceptables. El sistema genera recomendaciones automáticas de reducción de frecuencia.
Riesgo Individual — En la subpestaña Riesgo Individual, ingresar o dejar que el sistema lo calcule, y verificar contra el criterio del país.
Flash Fire con pétalos (rosa de vientos)
Para eventos Flash Fire con dirección de viento incierta, activar la rosa de vientos en el panel del modelo. El sistema expande el escenario en hasta 16 sub-escenarios — uno por dirección del viento — cada uno con frecuencia efectiva y su propia . En la curva F-N aparecen como filas separadas: {nombre_escenario} — {dirección}.
11. Aplicaciones de la Curva F-N
| Aplicación | Descripción |
|---|---|
| QRA industrial | Evaluación de riesgo cuantitativo de instalaciones petroquímicas, plantas de proceso y terminales de almacenamiento |
| Planes de uso de suelo | Determinar zonas de restricción y distancias de seguridad alrededor de instalaciones peligrosas |
| Licencias de operación | Comparar el riesgo de la instalación contra criterios regulatorios nacionales para obtener permisos |
| Diseño de salvaguardas | Identificar qué escenarios requieren capas adicionales de protección (SIL, válvulas de seguridad, PLC) |
| Comparación de alternativas | Evaluar el impacto de diferentes configuraciones de planta, materiales o tecnologías en el perfil de riesgo |
| Comunicación con autoridades | Presentar resultados del estudio de riesgo de manera estandarizada ante reguladores (ASEA, HSE, INERIS) |
| Seguros industriales | Cuantificar el PML (Probable Maximum Loss) para el cálculo de primas de seguros |
| Planes de emergencia | Determinar zonas de evacuación basadas en isópletas de concentración/radiación |