Pérdidas evaporativas en tanques: Sello perimetral y seguridad operativa

En los tanques de techo flotante, la pérdida de contacto entre el sello perimetral y el casco puede abrir rutas de fuga difíciles de detectar. Las pérdidas evaporativas en tanques generan mermas de producto, emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) y condiciones que elevan el riesgo de incendio en el espacio anular.

La evaluación técnica debe considerar la geometría del tanque, la fuerza radial, la respuesta de los materiales, la trazabilidad, la inspección y la comprobación de la eficacia del sistema. Bajo este enfoque, el sello funciona como una barrera activa para la seguridad operativa, el control de emisiones y la conservación del inventario.

Pérdidas evaporativas en tanques de techo flotante

Las pérdidas por evaporación en tanques de almacenamiento no proceden de una sola fuente. En los tanques de techo flotante, el sello perimetral aporta una fracción de las emisiones, pero también intervienen los accesorios de la cubierta, las costuras de ciertas cubiertas internas atornilladas y el producto que permanece adherido al casco cuando desciende el nivel.

La metodología EPA AP-42, Capítulo 7.1, separa estas fuentes para estimar su contribución. Esta diferenciación ayuda a establecer si la merma procede del espacio anular, de penetraciones de la cubierta o de una condición operativa que requiere otra medida correctiva.

Acción del viento sobre el espacio anular

En los techos flotantes externos, el viento genera variaciones de presión alrededor de la cubierta y favorece la renovación del vapor en cualquier discontinuidad. Una holgura corta, pero ancha y expuesta, puede liberar más vapor que varias separaciones pequeñas distribuidas en la circunferencia.

La inspección debe registrar ubicación, longitud, ancho y evolución de cada holgura en diferentes niveles de llenado. La pérdida perimetral también depende de la volatilidad del producto, el diámetro del tanque y las condiciones meteorológicas del sitio.

Sellos en techos flotantes internos

En un tanque de techo flotante interno, la cubierta móvil opera debajo de un techo fijo que la protege de la lluvia, la radiación solar y la acción directa del viento. Esta configuración reduce la exposición ambiental del sello, pero no elimina las emisiones: el vapor puede escapar por el espacio anular, los accesorios de la cubierta y las costuras de cubiertas internas atornilladas.

A diferencia de los techos flotantes externos, en los internos no se ha identificado un mecanismo dominante de pérdida inducido por el viento. El control depende principalmente del ajuste circunferencial, la continuidad de la barrera, la permeabilidad del material, las uniones de la cubierta y el cierre de sus accesorios.

El sistema puede utilizar únicamente un sello primario o incorporar un sello secundario sobre una placa vertical extendida del borde. Esta segunda barrera aporta control adicional sobre el vapor residual, siempre que mantenga contacto continuo y permita el movimiento vertical de la cubierta.

Calidad de sellos de tanques en condiciones reales

La calidad de sellos de tanques expresa la capacidad del sistema para conservar la contención durante el servicio. Una membrana puede parecer íntegra y haber perdido capacidad de ajuste por relajación, abrasión o paso de vapor a través del material. Un conjunto metálico también puede abrir holguras si su recorrido no compensa la ovalidad, las soldaduras sobresalientes o el descentrado del techo.

La selección debe considerar el producto almacenado, la temperatura, el rango de variación del espacio anular y la exposición ambiental. El material, la geometría y la fuerza de contacto deben funcionar de manera conjunta para mantener el cierre perimetral sin restringir el movimiento vertical del techo.

Fuerza radial, fricción y movimiento

La fuerza radial es uno de los factores más importantes del funcionamiento. Una carga insuficiente permite que el viento o la variación del espacio anular separen la barrera del casco. El sello pierde capacidad de cierre y las emisiones aumentan, aunque la membrana conserve una apariencia aceptable.

Una carga excesiva incrementa la fricción, acelera la abrasión, puede plegar o desgarrar la membrana y eleva el riesgo de atascamiento frente a irregularidades del casco. La ingeniería debe establecer un rango estable de contacto que permita el movimiento vertical sin someter el sistema a esfuerzos innecesarios.

En los sellos de zapata mecánica, esa fuerza de contacto puede generarse mediante distintas configuraciones de resortes, mecanismos articulados o elementos de compresión. La arquitectura seleccionada debe absorber las variaciones del espacio anular y mantener las placas próximas al casco durante el recorrido del techo, mientras la barrera de vapor conserva la continuidad del cierre.

Este principio puede observarse en dos configuraciones desarrolladas por COTESO. En el COT1, las placas metálicas de zapata se apoyan contra el casco mediante un mecanismo articulado tipo tijera y resortes de lámina, mientras una barrera de vapor completa el cierre. El diseño se adapta a la geometría específica del tanque y permite responder a variaciones importantes del espacio anular. 

El COT30 emplea un principio mecánico diferente: las placas de compresión generan la presión de sellado contra el casco y reciben el respaldo de resortes de lámina de acero inoxidable. Una barrera de vapor de PTFE situada entre ambos componentes completa el cierre. En ambas configuraciones, el objetivo es conservar una presión de contacto suficientemente estable para limitar el paso de vapor y permitir simultáneamente el desplazamiento vertical del techo sin generar fricción o esfuerzos que comprometan el sistema.

Trazabilidad y certificados MTR

La aceptación del sello requiere más que una revisión visual. El plan de calidad debe incluir identificación de componentes, trazabilidad de lotes, control dimensional, inspección de uniones y registros que relacionen el diseño aprobado con la instalación ejecutada.

Los certificados MTR (Material Test Report) permiten comprobar composición, propiedades mecánicas y procedencia de los materiales metálicos. Deben complementarse con registros de fabricación, inspección de uniones y control de montaje. Para membranas y componentes poliméricos se requieren fichas y certificados específicos del fabricante.

Materiales según las condiciones de servicio

Las barreras flexibles deben evaluarse por su resistencia al paso de vapor o permeación, al rasgado, a la abrasión y a la fatiga por flexión. También importa su respuesta frente a hidrocarburos, radiación ultravioleta, ozono y cambios de temperatura.

En los componentes metálicos interesan la rigidez, la recuperación elástica, la corrosión y el comportamiento de fijaciones, resortes o articulaciones. Nombrar PTFE, NBR, EPDM, FKM, acero galvanizado o acero inoxidable resulta insuficiente sin relacionarlos con el producto, la geometría y la vida útil prevista.

Esta relación puede observarse en el diseño del COT30, donde COTESO incorpora una barrera de vapor de PTFE entre las placas de sellado y el sistema de resortes. La selección no responde únicamente a la presencia del polímero: debe considerar su compatibilidad con el producto almacenado y la exposición prolongada a ozono, radiación UV, agua de lluvia y variaciones de temperatura. Para las piezas metálicas, el fabricante contempla diferentes grados de acero inoxidable y acero galvanizado según las condiciones de servicio.

Seguridad en tanques de almacenamiento

La seguridad en tanques de almacenamiento exige controlar la liberación de vapores y las fuentes de ignición. Cuando una holgura descarga vapores COV hacia la periferia del techo, puede formarse una mezcla inflamable si la concentración alcanza el rango comprendido entre el límite inferior y el superior de inflamabilidad.

El deterioro del sello no causa automáticamente un incendio, pero aumenta la cantidad de combustible disponible en fase vapor. El riesgo final depende de la volatilidad, la ventilación, la temperatura, la continuidad eléctrica y el control de trabajos capaces de producir calor, arcos o chispas.

En los techos flotantes externos, un sello secundario correctamente ajustado añade una segunda barrera sobre el espacio anular y limita la liberación de vapor que no ha sido contenida por el sistema primario. Un ejemplo es el COT20L de COTESO, un sello secundario de placas de compresión donde estas mantienen una punta elastomérica en contacto con el casco, mientras una barrera de vapor situada detrás del conjunto completa el cierre. Al funcionar independientemente del sello primario, su desempeño depende del contacto continuo con el casco, la geometría del espacio anular y la compatibilidad de los materiales con las condiciones de servicio.

Protección contra incendios e intervención segura

El sistema de sellado debe ser compatible con los diques de espuma (foam dams), cámaras de descarga y demás elementos de protección. NFPA 11 cubre sistemas de espuma de baja, media y alta expansión, mientras la gestión integral también requiere puesta a tierra, continuidad eléctrica, detección y respuesta de emergencia.

En mantenimiento o modernización del sello (retrofit) debe distinguirse entre herramientas no chispeantes y equipos intrínsecamente seguros. Las primeras reducen la probabilidad de chispas por impacto o fricción; los segundos son equipos eléctricos diseñados para limitar la energía disponible y evitar la ignición de una atmósfera peligrosa. Ninguna categoría sustituye la evaluación del área clasificada ni el monitoreo atmosférico.

Emisiones de COV en tanques con TANKS 5.3

La cuantificación transforma fugas difíciles de valorar en pérdidas evaporativas cuantificables, útiles en la ingeniería, control de inventarios y cumplimiento ambiental. API MPMS 19.2 aborda las pérdidas por evaporación en tanques de techo flotante, mientras que API MPMS 19.3, Parte B, establece un método de concentración en aire para determinar los factores de pérdida de los sellos perimetrales.

La herramienta oficial TANKS 5.3 de la EPA utiliza datos químicos, meteorológicos, del tanque, de los accesorios de la cubierta y del sello perimetral para estimar emisiones de COV y contaminantes peligrosos del aire en tanques de techo fijo y flotante. Sus resultados dependen de la calidad de la información introducida y deben contrastarse con la condición física de los componentes.

Ecuaciones para el cálculo de pérdidas por fuente

Para la operación rutinaria, el balance puede expresarse así:

Lₜ = Lₛ + Lw

Donde Lₜ representa las pérdidas rutinarias totales, Lₛ las pérdidas estacionarias y Lw las pérdidas por adherencia del producto al casco durante el descenso del nivel.

A su vez:

Lₛ = Lᵣ + Lf + Ld

Donde Lᵣ corresponde a las pérdidas del sello perimetral, Lf a las pérdidas de los accesorios de la cubierta y Ld a las pérdidas de las costuras de cubiertas internas atornilladas. Este balance evita atribuir toda la merma al sello antes de revisar las demás rutas de emisión.

Medición regulatoria de holguras

Las holguras en sellos de techo flotante deben evaluarse según la regulación aplicable. Como referencia estadounidense, 40 CFR 63.1063 describe un procedimiento con sondas para medir longitud, ancho y área acumulada en techos flotantes externos sujetos a esa disposición.

Tabla de referencia: límites regulatorios de holguras según 40 CFR 63.1063

Tipo de sello	Área acumulada máxima	Ancho máximo permisible
Sello primario	≤ 212 cm² por metro de diámetro (10,0 in²/ft)	3,81 cm (1,50 in)
Sello secundario	≤ 21,2 cm² por metro de diámetro (1,0 in²/ft)	1,27 cm (0,50 in)

Nota de aplicación: Estos límites proceden de 40 CFR 63.1063(d)(3)(ii)–(iii) y aplican a los tanques sujetos a esa subparte o a normas que la incorporen por referencia. Fuera de Estados Unidos deben revisarse la regulación ambiental, los permisos y los criterios de la autoridad competente.

Costos de las pérdidas evaporativas

Cada kilogramo de hidrocarburo emitido representa producto adquirido, procesado, transportado y almacenado que deja de estar disponible para comercialización o transferencia. La pérdida directa puede estimarse mediante:

Merma anual = masa evaporada × valor recuperable unitario

El valor recuperable puede basarse en costo de reposición, margen de contribución, valor de transferencia interna o precio neto. En mezclas complejas, el vapor puede contener una proporción mayor de componentes ligeros y volátiles; utilizar el precio promedio del líquido puede distorsionar el impacto económico.

Costos indirectos y calidad del producto

El efecto financiero también incluye medición ambiental, reportes, inspecciones no programadas, mantenimiento correctivo, repuestos e indisponibilidad. Para evitar duplicidades, cada concepto debe asociarse con un flujo económico independiente dentro del modelo financiero de la terminal.

La evaporación preferencial de componentes volátiles puede modificar presión de vapor, densidad o especificación comercial del producto restante. En determinadas operaciones, esta alteración de calidad puede superar el costo de la merma volumétrica.

Retrofit de sellos de tanques y retorno de inversión

Un retrofit de sellos de tanques debe comenzar con una línea base documentada que incluya la configuración instalada, el mapa de holguras, la condición de la barrera, el producto almacenado, la temperatura, el viento, los ciclos operativos, las emisiones estimadas y los costos históricos. Esta evaluación evita sustituir el sello cuando la principal ruta de emisión se encuentra en accesorios o costuras de la cubierta.

Una vez confirmado que el espacio anular constituye una fuente relevante de pérdida, el retrofit deja de ser únicamente una sustitución de componentes. Deben evaluarse la geometría real del casco, el recorrido radial requerido, las variaciones del rim gap, la compatibilidad química, la presión de contacto y las condiciones que encontrará el sistema durante todos los niveles operativos del techo.

Para proyectos de modernización, COTESO dispone de sistemas de sellado para techos flotantes, entre ellos sistemas primarios liquid-mounted shoe plate desarrollados para tanques de techo flotante externo. El COT1 emplea placas metálicas de zapata, mecanismos articulados, resortes de lámina y una barrera de vapor; el COT30 utiliza placas de compresión, resortes de acero inoxidable y barrera de PTFE. En ambos diseños, la configuración básica se adapta a las condiciones geométricas y de servicio de cada tanque.

La diferencia constructiva resulta relevante durante la ingeniería de retrofit porque el mecanismo utilizado para generar la presión contra el casco influye en la capacidad del sello para absorber variaciones del espacio anular, conservar la barrera de vapor y acompañar el movimiento vertical del techo. La selección debe partir de la condición medida del activo y no únicamente de la configuración de sello existente.

Bajo este criterio, la modernización puede integrar levantamiento dimensional, selección de materiales, ingeniería, fabricación e instalación del sistema. El objetivo técnico es recuperar un contacto circunferencial estable y reducir la ruta de emisión identificada, evitando atribuir al nuevo sello pérdidas que realmente proceden de accesorios, penetraciones de otras discontinuidades del techo.

Evaluación económica del proyecto

La inversión total debe incluir levantamiento dimensional, ingeniería, materiales, fabricación, transporte, instalación, supervisión, puesta en marcha e indisponibilidad. El ahorro neto anual puede expresarse como:

Ahorro neto anual = producto conservado + costos evitados − gastos operativos nuevos

El periodo de recuperación simple se calcula mediante:

Retorno simple = inversión total ÷ ahorro neto anual

El análisis requiere evaluar cambios en el precio, la volatilidad, las condiciones meteorológicas, la vida útil y la frecuencia de mantenimiento.

Aceptación y seguimiento operativo

Después del montaje deben verificarse contacto circunferencial, tensión radial, libertad de movimiento, uniones, fijaciones, ausencia de interferencias y estado de la barrera de vapor. La inspección debe comparar la condición instalada con los criterios de diseño y aceptación.

El seguimiento puede integrar mapas de holguras, recálculo de emisiones, tendencias de inventario e inspecciones visuales. Las cámaras de imagen óptica de gas (OGI) y los detectores portátiles de COV sirven como apoyo cuando el procedimiento y las condiciones ambientales permiten interpretar correctamente los resultados.

Conclusión

Las pérdidas evaporativas en tanques de techo flotante permiten evaluar seguridad industrial, calidad funcional del sello y eficiencia del inventario. El parámetro decisivo es la capacidad del sistema para conservar, el contacto, limitar el paso de vapor y adaptarse a la geometría del casco durante cada ciclo operativo. El uso complementario de AP-42, API MPMS, TANKS 5.3, NFPA 11 y la regulación de holguras ofrece una base verificable para diagnosticar emisiones y justificar una modernización. Bajo este enfoque, el sello se convierte en un componente determinante para la seguridad, el control de mermas y el desempeño operativo.

Referencias

1. U.S. EPA. AP-42, Chapter 7, Section 1: Organic Liquid Storage Tanks. 
2. API. MPMS Chapter 19.2, Evaporative Loss from Floating-Roof Tanks. 
3. API. MPMS Chapter 19.3, Part B — Air Concentration Test Method — Rim Seal Loss Factors for Floating Roof Tanks. 
4. eCFR. 40 CFR §63.1063, Floating Roof Requirements. 
5. COTESO. COT1 Liquid Mounted Primary Shoe Plate Seal. Product Datasheet. 
6. COTESO. COT30 Liquid Mounted Primary Shoe Plate Seal. Product Datasheet. 
7. COTESO. COT20 Secondary Compression Plate Seal. Product Datasheet. 
8. COTESO Group. Tank Seals for Floating Roofs. 

Preguntas frecuentes (FAQs)