API 537: Diseño, seguridad y sostenibilidad en sistemas de flare 

En las plantas industriales, , los sistemas de flare representan la última línea de defensa ante una sobrepresión o liberación de gases. Pero su función va mucho más allá de quemar excedentes. La norma API 537 establece cómo diseñar Flare capaces de lograr una combustión eficiente, minimizar emisiones de metano y compuestos orgánicos volátiles (COV), y reducir el impacto ambiental de la quema de gas (flaring). Aplicar sus lineamientos significa avanzar hacia una sostenibilidad ambiental real, donde la seguridad operativa y la productividad trabajan en perfecta sincronía.

El propósito fundamental de API 537

La Norma API 537, emitida por el American Petroleum Institute, tiene como objetivo definir los criterios de diseño, operación y mantenimiento de los sistemas de antorcha o flare systems utilizados para manejar descargas de gases provenientes de procesos industriales. Su enfoque principal es garantizar una combustión controlada y segura de los flujos de alivio (flujo relieve) que se liberan en situaciones normales o de emergencia.

El propósito fundamental de esta norma es proteger al personal, las instalaciones y el medio ambiente, asegurando que los gases inflamables se quemen de forma completa, con mínima generación de humo, y sin permitir la ocurrencia de fenómenos peligrosos como el flashback, la radiación térmica excesiva o el retorno de la llama hacia la planta.

Principales riesgos en sistemas de flare según API 537

El diseño de un sistema de flare inadecuado puede generar múltiples riesgos, tanto para las personas como para el entorno. Según API 537, los más relevantes son:

• Flashback o retroceso de llama: ocurre cuando la llama viaja hacia atrás en la línea de gas, un evento altamente peligroso que puede causar explosiones.
• Emisiones de humo y combustión incompleta: una señal de baja eficiencia de combustión, asociada a una mezcla deficiente de aire y gas, o a una velocidad de salida inadecuada.
• Radiación térmica excesiva: puede dañar equipos cercanos o poner en riesgo al personal. API 537 especifica límites de exposición y métodos de cálculo.
• Líquido slugging: el ingreso repentino de líquidos a la línea de flare puede apagar la llama o causar un golpe hidráulico.
• Flow relief (flujo de alivio): caudal de gas liberado desde válvulas de seguridad hacia la antorcha; un flujo excesivo no controlado puede generar sobrepresiones, inestabilidad en la llama y riesgos de retroceso o radiación térmica elevada.
• Impactos ambientales por emisiones: la quema de gas (flaring) produce dióxido de carbono y trazas de metano, contribuyendo al calentamiento global si no se controla la eficiencia de combustión.

Estos riesgos son abordados por la norma mediante criterios de diseño, control y monitoreo continuo, que aseguran que el sistema opere dentro de márgenes seguros y sostenibles.

Diseño de sistemas de flare conforme a API 537

El diseño de los sistemas de flare de acuerdo a  API 537 no se limita a dimensionar una antorcha. Implica un enfoque integral que considera tipo de gas, presión de descarga, eficiencia de combustión, dispersión térmica y factores ambientales.

Consideraciones de selección de diseño

El diseño considerar el flujo relieve (flow relief), la composición del gas (incluyendo metano y COV), la presencia de líquidos (líquido slugging), la altura de la antorcha, el soporte estructural, la selección del quemador, los pilotos, la ignición, detección de llama y los sellos de purga.

También se debe evaluar la eficiencia de combustión, para minimizar metano y COV,  y la seguridad operativa del sistema de quemado en antorcha en plantas industriales. Además, la norma toma en cuenta el impacto de las emisiones de humo, radiación térmica y posibles efectos sobre el entorno.

Principales componentes de diseño

Algunos ejemplos de componentes tratados por la norma incluyen:

• Quemador (flare burner): diseñado para cada tipo de gas y servicio específico, con vida útil mínima de cinco años bajo mantenimiento adecuado, asegurando combustión eficiente.
• Pilotos de ignición: confiables y adaptados a las condiciones operativas, aseguran arranque seguro y continuo del sistema.
• Equipos de detección de llama: monitorizan la presencia de la llama, evitando la liberación de metano sin combustión y reduciendo riesgos de emisiones nocivas.
• Sellos de purga de gas: previenen la entrada de aire que pueda causar flashback, manteniendo la seguridad operativa del sistema.
• Soporte estructural de flare elevada: diseñado para resistir viento, sismos y esfuerzos del flujo de alivio, garantizando estabilidad de la antorcha en todas las condiciones.

Tipos de sistemas de flare y configuraciones estructurales

API 537 clasifica los sistemas de flare en tres grupos principales:

• Flare elevados (Elevated flares): dispersan el calor y la radiación térmica mediante una llama alta, común en refinerías y plantas químicas.
• Flare de quemador multipunto (Multi-burner flares): distribuyen el flujo de gas entre múltiples boquillas, reduciendo el humo y aumentando la eficiencia de combustión.
• Flare cerrados o “enclosed flares”: diseñadas para minimizar el impacto visual y controlar emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), usadas en zonas urbanas o sensibles.

Además de la tipología de combustión, existen variantes estructurales que mejoran la mantenibilidad y seguridad del sistema:

• Sistemas modulares o seccionales: permiten armar y desarmar por tramos, facilitando transporte y mantenimiento en campo.
• Flare abatibles mediante pivote en la base: diseñados para descender o girar desde su base, lo que agiliza inspecciones y reduce la exposición del personal a la altura.
• Sistemas desmontables con grúa: en Flare de gran tamaño, se desatornilla la base y se iza la estructura con grúas para su revisión o reemplazo.

Estas configuraciones aportan flexibilidad y sostenibilidad operativa, disminuyendo paradas de planta, riesgos laborales y costos de mantenimiento. Su correcta selección, según las condiciones de proceso y entorno, es esencial para cumplir con los principios de API 537.

Combustión eficiente y control de emisiones

Uno de los pilares de la API 537 es asegurar una combustión eficiente. Esto significa que los gases liberados se oxiden completamente, convirtiendo los hidrocarburos en CO₂ y vapor de agua, con mínima producción de humo y metano.

Para lograrlo, la norma recomienda:

• Uso de sellos tipo anular o líquido para evitar ingreso de aire y prevenir flashback.
• Incorporar vapor, aire o gas auxiliar para mejorar la mezcla aire-combustible.
• Monitorear la temperatura y la forma de la llama para garantizar una oxidación completa.

Una combustión deficiente no solo genera emisiones contaminantes, sino también pérdidas energéticas y mayor radiación térmica hacia el entorno. De allí que la API 537 enfatiza en la calibración adecuada del flujo y en la verificación periódica del sistema de quemado en antorcha en plantas industriales.

Seguridad y sostenibilidad ambiental

Uno de los principios esenciales del diseño según API 537 es asegurar una combustión eficiente, garantizando que la quema de gas (flaring), el metano y los compuestos orgánicos volátiles (COV) se realicen con mínimos residuos y máxima estabilidad. Este enfoque no solo mejora la sostenibilidad ambiental, sino que también incrementa la eficiencia del sistema y disminuye los riesgos asociados a la operación continua. 

La sostenibilidad ambiental en los sistemas de flare no se limita a controlar emisiones, sino también a diseñar equipos más seguros, duraderos y fáciles de mantener. API 537 impulsa un enfoque de seguridad operativa y reducción de impacto ambiental mediante tres ejes:

• Diseño seguro: estructuras calculadas para soportar vientos, temperaturas extremas y esfuerzos mecánicos, evitando fallos estructurales.
• Control del flujo relieve: válvulas y sellos aseguran una liberación controlada, evitando sobrepresiones.
• Monitoreo ambiental: uso de sensores de temperatura, cámaras infrarrojas y analizadores de gases para registrar eficiencia y emisiones de COV y metano.

La adopción de estas prácticas reduce los impactos de la quema de gas en antorcha, mejora la reputación ambiental de la instalación y contribuye a los objetivos globales de descarbonización.

Buenas prácticas operativas

Para asegurar seguridad operativa y sostenibilidad se deben implementar medidas tales como:

• Evaluación del flujo relieve (flow relief) en condiciones normales y de contingencia.
• Monitoreo y control del líquido slugging, para evitar que líquido no deseado entre al quemador y degrade la combustión.
• Asegurar la ignición fiable mediante pilotos, detección de llama y equipos de ignición adecuados.
• Mantener la eficiencia de combustión, minimizando emisiones de humo y metano residual.
• Evaluar radiación térmica y diseñar la antorcha y estructura de soporte para cumplir con límites aceptables para personal y equipos adyacentes.
• Realizar mantenimiento programado, inspección de los componentes de la antorcha, estructura y sellos de purga, para asegurar la vida útil y confiabilidad del sistema.

Innovaciones en diseño y operación

Los avances tecnológicos están transformando los sistemas de flare hacia soluciones más limpias y automatizadas. Hoy se implementan sistemas de encendido remoto, monitoreo por drones térmicos, y quemadores de baja emisión de humo.

Asimismo, las simulaciones por Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) permiten predecir la radiación térmica y optimizar el tamaño del quemador multipunto, garantizando una distribución uniforme del gas y mayor eficiencia de combustión.

Estas innovaciones consolidan a la API 537 como un documento, adaptable a los desafíos de la industria moderna, donde la sostenibilidad y la seguridad van de la mano.

Conclusión

Aplicar los lineamientos de la API 537 asegura un diseño seguro y eficiente de sistemas de flare, e  impulsa la sostenibilidad ambiental en la industria energética. Desde evitar el flashback hasta reducir emisiones de metano y COV, esta norma guía la transición hacia operaciones más limpias y responsables. Adoptar sus principios es invertir en seguridad, eficiencia y un futuro energético más sostenible.

Referencias

1. American Petroleum Institute. (2024). API Std 537: Flare Details for Petroleum, Petrochemical, and Natural Gas Industries (4th ed.). Washington, DC: American Petroleum Institute.
2. American Petroleum Institute. (2020). API Standard 521: Pressure-relieving and depressuring systems (7ª ed.). Washington, DC: American Petroleum Institute