N3 Avanzado · Lección 6 de 8 · 36 min

Autocalentamiento, gases y seguridad en el almacenamiento

Logística y cadena de suministro

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Explicar las fases biológica y química del autocalentamiento (comprender).
Aplicar la teoría de Frank-Kamenetskii para estimar cómo cambia el tamaño seguro de una pila con la temperatura (aplicar).
Identificar los riesgos de gases tóxicos y falta de oxígeno en bodegas de pellets (evaluar).

Conviene saber antes

Lección «Almacenamiento: pérdidas de materia seca y de energía».
Cinética química: ecuación de Arrhenius.

Una pila de biomasa puede calentarse sola hasta encenderse. Primero actúa la fase biológica: microorganismos que respiran y liberan calor; en aserrín, Miyawaki et al. (2021) midieron 70 °C a las ≈30 horas. Por encima de esa temperatura los microorganismos dejan de actuar y sigue la fase química: oxidación lenta que, si el calor no se disipa, se acelera sola. En sus ensayos, el aserrín de cedro no subió a 170 °C pero sí se disparó por encima de 180 °C, y la corteza, con más potasio, superó los 200 °C (Miyawaki et al., 2021).

El criterio de ignición espontánea es un balance: el calor generado crece exponencialmente con la temperatura (Arrhenius) y el calor perdido crece linealmente con el tamaño de la superficie. Por encima de un tamaño crítico, la pila no puede disipar su propio calor.

\delta=\frac{E}{R\,T_0^{2}}\,\frac{\rho\,Q\,A\,r^{2}}{\lambda}\,e^{-E/(R\,T_0)}\qquad \delta>\delta_c\ \Rightarrow\ \text{ignición}

Parámetro de Frank-Kamenetskii: compara la generación interna de calor con la conducción hacia afuera; δc depende de la geometría (≈0,88 losa, 2,00 cilindro, 3,32 esfera).

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$E$	energía de activación	J mol⁻¹
$R$	constante de los gases, 8,314	J mol⁻¹ K⁻¹
$T_0$	temperatura ambiente	K
$\rho\,Q\,A$	densidad, calor de reacción y factor preexponencial	kg m⁻³; J kg⁻¹; s⁻¹
$r$	dimensión característica (semialtura o radio)	m
$\lambda$	conductividad térmica de la pila	W m⁻¹ K⁻¹

\frac{r_2}{r_1}=\frac{T_2}{T_1}\,\exp\!\left[\frac{E}{2R}\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right)\right]

Con la misma geometría y material (δ = δc), cómo cambia el tamaño crítico al pasar de una temperatura ambiente T₁ a T₂ (derivado de la expresión de δ).

Variables de la ecuación 2
Símbolo	Significado	Unidad
$r_1,\,r_2$	tamaño crítico a T₁ y a T₂	m
$T_1,\,T_2$	temperaturas ambiente	K

Ejemplo resuelto 1

Verificar con datos publicados: bagazo de 40 °C a 50 °C

Boonmee y Pongsamana (2017) calcularon, con E = 89 kJ/mol, alturas seguras de 10,0 m a 40 °C y 6,0 m a 50 °C. Comprueba la relación con la ecuación de escalado.

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$E$	89.000	J mol⁻¹	Boonmee y Pongsamana (2017)
$T_1,\,T_2$	313,15; 323,15	K	—
$h_1$	10	m	Boonmee y Pongsamana (2017)

Término exponencial:
$\frac{89\,000}{2\times8{,}314}\left(\frac{1}{323{,}15}-\frac{1}{313{,}15}\right)=-0{,}5289$
Relación de tamaños:
$\frac{h_2}{h_1}=\frac{323{,}15}{313{,}15}\,e^{-0{,}5289}=0{,}608$
Altura a 50 °C:
$h_2=10{,}0\times0{,}608=6{,}08\ \mathrm{m}$

Resultado

h_{50}\approx6{,}1\ \mathrm{m}\ \ (\text{publicado: }6{,}0\ \mathrm{m})

Interpretación: La ecuación de escalado reproduce el resultado publicado. Sirve para entender la sensibilidad: 10 °C más de temperatura ambiente reducen la altura segura en cerca de 40 %.

Ejemplo resuelto 2

Extrapolar a 30 °C de temperatura ambiente

Con el mismo método, estima la altura segura de la pila de bagazo a 30 °C de temperatura ambiente. Es una extrapolación del modelo, no un dato medido.

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$T_2$	303,15	K	—
$h_1\ (40\,^\circ\mathrm{C})$	10	m	Boonmee y Pongsamana (2017)

Relación de tamaños:
$\frac{h_2}{h_1}=\frac{303{,}15}{313{,}15}\,e^{\frac{89\,000}{16{,}628}\left(\frac{1}{303{,}15}-\frac{1}{313{,}15}\right)}=1{,}701$
Altura:
$h_{30}=10{,}0\times1{,}701=17{,}0\ \mathrm{m}$

Resultado

h_{30}\approx17\ \mathrm{m}

Interpretación: Más margen que a 40 °C, pero la temperatura que cuenta es la de la superficie de la pila, que al sol del trópico puede superar la del aire. Y el bagazo húmedo añade la fase biológica, que precalienta la pila. El margen real se mide con termopares, no se supone.

Figura 1Altura segura de una pila de bagazo según la temperatura ambiente (m)

Cada 5 °C de temperatura ambiente reducen la altura segura entre un 20 y un 25 %; los valores a 30 y 35 °C son extrapolaciones del modelo.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Altura segura de una pila de bagazo según la temperatura ambiente (m)
Temperatura ambiente (°C)	Publicado (Boonmee y Pongsamana, 2017)	Escalado de Frank-Kamenetskii
40	10	10
45	7,8	7,77
50	6	6,08
30	—	17,01
35	—	12,99

Fuente: Boonmee y Pongsamana (2017), Engineering Journal 21(3), 37–50 (Ea = 89 kJ/mol). Escalado derivado de la teoría de Frank-Kamenetskii con la misma Ea.

Gases en bodegas de pellets. Los pellets de madera almacenados emiten monóxido de carbono y aldehídos (sobre todo hexanal) aun a temperatura ambiente, por autooxidación de las grasas y los ácidos grasos de la madera. Svedberg et al. (2004) midieron 56 mg/m³ de CO en una bodega industrial y 123 mg/m³ dentro de cuartos de almacenamiento domésticos. Además, el oxígeno se consume. Por eso la ISO 20023:2018 regula la manipulación y el almacenamiento seguros de pellets en aplicaciones pequeñas: incendios, explosiones de polvo, emisión de gases, falta de oxígeno y daños por hinchamiento.

Hipótesis contrastadas

¿Es el autocalentamiento un riesgo relevante para los residuos agroindustriales del trópico?

H1 sí, más que en climas templados, porque la temperatura ambiente reduce el tamaño seguro.
Evidencia a favor
- Las astillas de sauce almacenadas a la intemperie perdieron 18–21 % de su materia seca en 3 a 7 meses, con calentamiento de la pila (Whittaker et al., 2016).
- En bagazo, la altura segura cae de 10,0 a 6,0 m al pasar de 40 a 50 °C de temperatura ambiente (Boonmee y Pongsamana, 2017).
- Hay muchos casos en los que la ignición espontánea dentro de una gran pila de bagazo terminó en incendio con llama (Boonmee y Pongsamana, 2017).
Evidencia en contra
- La temperatura media del aire en la Costa ecuatoriana es menor que 40 °C; el riesgo depende sobre todo del tamaño de la pila y de la humedad.
Fuentes: Boonmee, N., & Pongsamana, P. (2017). Spontaneous ignition of bagasse stockpiles in Thailand: A fire safety concern. Engineering Journal, 21(3), 37–50.
H2 el riesgo depende del material: alto en materiales húmedos y ricos en nutrientes, bajo en secos como la cascarilla.
Evidencia a favor
- La fase biológica necesita humedad y nutrientes: con 40 % bh se obtuvo un autocalentamiento estable (Miyawaki et al., 2021).
- Las sales inorgánicas, en especial el potasio, favorecieron el autocalentamiento de la corteza; al lavarlas se suprimió (Miyawaki et al., 2021).
Evidencia en contra
- La cascarilla seca no tiene fase biológica activa, pero si se moja (patio sin techo) puede iniciarla; no hay estudios publicados de autocalentamiento de cascarilla.
- Los pellets, aun secos, generan CO y consumen oxígeno en espacios cerrados (Svedberg et al., 2004).
Fuentes: Miyawaki, N., Fukushima, T., Mizuno, T., Inoue, M., & Takisawa, K. (2021). Effect of wood biomass components on self-heating. Bioresources and Bioprocessing, 8(1), 21.; Svedberg, U. R., Högberg, H.-E., Högberg, J., & Galle, B. (2004). Emission of hexanal and carbon monoxide from storage of wood pellets, a potential occupational and domestic health hazard. Annals of Occupational Hygiene, 48(4), 339–349.

Certeza media

Conclusión: El riesgo es real y crece con el tamaño de la pila, la humedad y la temperatura ambiente (alta certeza para el bagazo y las astillas). Para la cascarilla seca y techada es bajo, pero no nulo si se rehumecta. En bodegas de pellets el riesgo principal no es el fuego sino el CO y la falta de oxígeno.

Figura 2Bodega de pellets con ventilación, sensores de CO y termopares en la pila.

Lo que no es evidente. El tamaño seguro de una pila no es una propiedad del material sino de material, tamaño y clima juntos. Con los datos del bagazo, 10 °C más de temperatura ambiente reducen la altura segura en cerca de 40 %: el manual de almacenamiento de una planta en un clima templado no sirve tal cual en el trópico.

Ejercicios

Cálculo●●○
Con la ecuación de escalado y E = 89 kJ/mol, calcula la relación de altura segura entre 45 °C y 40 °C y compárala con Boonmee y Pongsamana (2017).
Ver la solución
h₄₅/h₄₀ = 0,777; con 10,0 m a 40 °C da 7,77 m, frente a 7,8 m publicados.
Criterio●○○
¿Por qué la corteza se autocalentó más que el aserrín en Miyawaki et al. (2021)?
Ver la solución
Porque tenía más materia inorgánica, sobre todo potasio, que favorece la oxidación; al lavarla con agua se redujo el potasio y se suprimió el autocalentamiento.
Criterio●●○
Un operario debe entrar a un silo de pellets cerrado durante una semana. Escribe tres medidas previas.
Ver la solución
1. Ventilar el silo y medir CO y oxígeno antes de entrar (Svedberg et al., 2004 midieron hasta 123 mg/m³ de CO en cuartos de almacenamiento). 2) No entrar solo: permiso de trabajo en espacio confinado, vigía y comunicación. 3) Mantener la ventilación durante el trabajo y llevar un detector personal de CO.

Autoevaluación

¿Hasta qué temperatura actúa, aproximadamente, la fase biológica del autocalentamiento?
1. ≈30 °C
2. ≈70 °C
3. ≈180 °C
4. ≈300 °C
Ver la respuesta
Respuesta: B. Miyawaki et al. (2021) midieron 70 °C en ≈30 h; por encima domina la oxidación química.
Según Frank-Kamenetskii, si la temperatura ambiente sube, el tamaño seguro de la pila…
1. aumenta
2. disminuye
3. no cambia
4. se duplica siempre
Ver la respuesta
Respuesta: B. La generación de calor crece exponencialmente con la temperatura.
¿Qué norma trata la seguridad del almacenamiento de pellets en aplicaciones pequeñas?
1. ISO 17225-2
2. ISO 18135
3. ISO 20023
4. ISO 17831-1
Ver la respuesta
Respuesta: C. ISO 20023:2018: incendios, explosiones de polvo, emisión de gases y falta de oxígeno.

Referencias

Miyawaki, N., Fukushima, T., Mizuno, T., Inoue, M., & Takisawa, K. (2021). Effect of wood biomass components on self-heating. Bioresources and Bioprocessing, 8(1), 21. https://doi.org/10.1186/s40643-021-00373-7
Boonmee, N., & Pongsamana, P. (2017). Spontaneous ignition of bagasse stockpiles in Thailand: A fire safety concern. Engineering Journal, 21(3), 37–50. https://doi.org/10.4186/ej.2017.21.3.37
Svedberg, U. R., Högberg, H.-E., Högberg, J., & Galle, B. (2004). Emission of hexanal and carbon monoxide from storage of wood pellets, a potential occupational and domestic health hazard. Annals of Occupational Hygiene, 48(4), 339–349. https://doi.org/10.1093/annhyg/meh015
International Organization for Standardization. (2018). ISO 20023:2018 Solid biofuels — Safety of solid biofuel pellets — Safe handling and storage of wood pellets in residential and other small-scale applications. ISO. https://www.iso.org/standard/68134.html
Whittaker, C., Yates, N. E., Powers, S. J., Misselbrook, T., & Shield, I. (2016). Dry matter losses and greenhouse gas emissions from outside storage of short rotation coppice willow chip. BioEnergy Research, 9(1), 288–302. https://doi.org/10.1007/s12155-015-9686-y

Para profundizar

Boonmee, N., & Pongsamana, P. (2017). Spontaneous ignition of bagasse stockpiles in Thailand: A fire safety concern. Engineering Journal, 21(3), 37–50. — Aplicación completa del método de Frank-Kamenetskii a pilas reales de bagazo, con cinética medida.
Svedberg, U. R., Högberg, H.-E., Högberg, J., & Galle, B. (2004). Emission of hexanal and carbon monoxide from storage of wood pellets, a potential occupational and domestic health hazard. Annals of Occupational Hygiene, 48(4), 339–349. — El estudio que documentó el CO y los aldehídos en bodegas de pellets; base de las normas de seguridad.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Autocalentamiento, gases y seguridad en el almacenamiento (Versión 2026-10) [Lección del curso «Logística y cadena de suministro»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/logistica-y-cadena-de-suministro/autocalentamiento-y-seguridad/

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