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Contaminacion microbiana en turbo-combustibles de aviacion y su evaluacion a traves de la medicion del adenosin trifosfato (ATP).

Resumen

La corrosion inducida por microorganismos es un fenomeno importante en la industria de los hidrocarburos, por su presencia en toda la cadena de valor de esta industria. Uno de los sectores de esta industria que cobra particular atencion es su presencia en los sistemas de manejo de combustible de aviacion Jet A-1, dado su impacto en la seguridad en el transporte de pasajeros. Las bacterias presentes en el combustible de aviacion pueden causar diversos problemas operacionales: como ensuciamiento, obstruccion, depositos y corrosion en tanques de almacenamiento, filtros y lineas de las aeronaves y facilidades de tierra, deficiencias que de no atenderse adecuadamente, comprometen la seguridad, funcionamiento y mantenimiento de las operaciones aeronauticas.

Este trabajo de investigacion se realizo con la finalidad de desarrollar un protocolo que permita evaluar la contaminacion microbiana en turbo-combustibles de aviacion tipo Jet-A1, a traves de tecnicas de microbiologia clasica y la medicion de adenosin trifosfato (ATP) empleando la metodologia de bioluminiscencia, con la finalidad de correlacionar ambos metodos. La importancia de haber desarrollado este estudio es que se logro detectar los microorganismos presentes, causantes de diversos problemas operacionales que comprometen la seguridad, el funcionamiento y el mantenimiento en las aeronaves, debido a biocorrosion. La aplicacion de la metodologia clasica descrita permitio su conteo en las muestras estudiadas, y la aplicacion del HY-LITE[R] facilito la evaluacion de las muestras debido a lo eficaz, innovador, viable y preciso, ya que los consumidores directos en la industria aeronautica pueden ejecutar las acciones de mantenimiento pertinentes.

Palabras clave: Microbiologia, luminometro Hy-Lite[R], turbo-combustible, bioluminiscencia, biocorrosion.

Abstract

Corrosion induced by microorganisms is an important phenomenon in the oil industry, due to the presence of microorganisms in the entire value chain of this industry. One sector of this industry needs to pay attention to the presence of microorganisms in JETA-1 fuel handling systems, given its impact on safety in the transportation of passengers. Bacteria present in aviation fuel can cause various operational problems as fouling, filter clogging, deposits and corrosion in storage tanks as well as in lines of aircraft and ground facilities. If they are not properly addressed, these problems can compromise safety, operation and maintenance of aircraft operations.

This research work was conducted in order to develop a protocol for assessing microbial contamination in turbo-jet-Al aviation fuel through classical microbiology techniques and measurement of Adenosine Triphosphate (ATP) using a bioluminescence methodology, with the aim of correlating both methods. The importance of having developed this study is that it was possible to detect microorganisms in aviation fuel samples that cause various operational problems that compromise the security and maintenance of aircraft because of bio-corrosion. The application of classical microbiological analysis made possible counting colonies microorganisms in Jet A-1 fuel samples, and the application of HY-LITE [R] made the evaluation of the aviation fuel samples easier due to its effectiveness, innovation, viability and accuracy, enabling direct consumers in the airline industry perform relevant maintenance actions.

Key words: Microbiology, Hy-Lite[R] Luminometer, Jet Fuel, Bioluminescence, Microbiologically-influenced corrosion.

Microbial contamination in turbo-jet aviation fuel and its evaluation through measurement of Adenosine Triphosphate (ATP)

Introduccion

Las bacterias y hongos son microorganismos que crecen y pueden crear un ambiente propicio para la corrosion en los depositos donde se encuentran contenidos, ya que sus subproductos metabolicos son acidos organicos y acido sulfhidrico, los cuales ejercen un efecto negativo en piezas metalicas (Mardigan, 2004). La presencia de estos microorganismos en los combustibles de aviacion y en los sistemas de conduccion del combustible causa grandes problemas de biodeterioro o efectos adversos sobre los materiales, que se traduce en perdidas economicas para la industria aeronautica, segun lo menciona Passman (2003).

El combustible Jet A-1 es el mas utilizado por las lineas aereas del mundo y se caracteriza por su alto poder calorico, bajas temperaturas (bajo punto de congelacion) y de combustion que le permiten un adecuado funcionamiento en ese intervalo de temperaturas, satisfaciendo los requisitos de la norma venezolana Covenin 1023 (2000). Sin embargo es susceptible a la humedad, que permite el desarrollo de hongos y bacterias que corroen los materiales donde se encuentran almacenadas, que pueden acarrear grandes consecuencias, segun explica PDVSA (2005).

Actualmente los combustibles Jet A-1 estan confrontando problemas de biodeterioro, lo que ha causado muchos accidentes aereos asi como tambien grandes perdidas economicas, como .consecuencia de la falta de aplicacion de medidas preventivas para estos combustibles, segun explican Goncalves y Sirit (2005). No obstante, este problema puede ser solventado si se llevan a cabo los respectivos analisis microbiologicos con los que se detecta el crecimiento de bacterias u hongos; y tambien se pudiera emplear otro metodo como la bioluminiscencia, con el cual se detectan los microorganismos por medio del adenosin trifosfato (ATP), Estos analisis permiten establecer las condiciones en que llegan los combustibles y que, una vez analizados, pueda efectuarse el mantenimiento respectivo a los tanques de almacenamiento de los combustibles empleados en la aviacion, debido a que en estas areas es donde se localiza la mayoria de las bacterias presentes en los combustibles debido a la acumulacion de agua, lodo y sedimentos que, dadas ciertas condiciones permiten el desarrollo microbiano de las bacterias y hongos. El uso de las reacciones de luciferasa para analizar el ATP, presente en muestras donde esten contenidos microorganismos, es un medio facil para enumerar los microorganismos, presentes. La pequena cantidad de luz producida es proporcional a la ATP, y por lo tanto el numero de microorganismos. Una bacteria promedio contiene alrededor de 1x1 [10.sup.-15] g de ATP por celula. La extraccion adecuada de ATP a partir de los microorganismos es una parte esencial de cualquier protocolo, como es la eliminacion de la no- microbiana ATP a partir de, por ejemplo, las celulas somaticas tambien presentes en las muestras. El ensayo ATP da una medida global del numero de microorganismos presentes, es decir, no es especifica a las especies presentes segun lo explica Stanley (1989).

Esta investigacion tiene sus bases en estudios previos como los de Goncalves y Sirit (2005), Silva (2009), Racioppo (2009) y Valera (2010). Se presentan las bacterias sulfato-reductoras, al igual que el hongo Hormoconis resinae, como la mayor causa de que los tanques de almacenaje de lubricantes y combustibles presenten biocorrosion. Al igual que los estudios ya mencionados, se emplearon metodologias ya desarrolladas para la deteccion de bacterias y hongos aerobios mesofilos, Pseudomonas aeruginosa y bacterias sulfato-reductoras con el objetivo de establecer la contaminacion microbiana presente en los combustibles de aviacion empleando tecnicas de microbiologia convencional y la medicion de adenosin trifosfato (ATP) con la metodologia de bioluminiscencia, con la finalidad de correlacionar ambos metodos.

Materiales y metodos

Seleccion de muestras de combustibles de aviacion

Las catorce muestras seleccionadas para realizar la evaluacion de contaminacion microbiana en combustible de aviacion fueron del tipo Jet A-1, suministradas por una aerolinea comercial venezolana, las cuales provienen de los tanques izquierdos y derechos de diferentes aviones, y una muestra de un tanque cisterna. Adicionalmente se prepararon cinco muestras de combustibles que fueron contaminadas con kits microbiologicos en el laboratorio, para un total de 20 muestras analizadas.

Metodologia empleada

La sistematica utilizada sera la metodologia descrita por Passman, (2003) ASTM "Fuel and Fuel Systems Microbiology-Fundamentals, Diagnosis, and Contamination Control", que incluye las normas ASTM D-6469 "Standard Guide for Microbial Contamination in Fuels and Fuel Systems" y ASTM D-4412 "Standard Test Methods for Sulfate-Reducing Bacteria in Water and Water-Formed Deposits". El Manual de metodos generales de microbiologia de la Universidad Central de Venezuela, de los autores Clavell y Pedrique, asi como nuevas metodologias de trabajo como la ASTM D-7436-08 "Standard Test Method for Adenosine Triphosphate (ATP) Content of Microorganisms in Fuel, Fuel/Water Mixtures and Fuel Associated Water", con el fin de realizar los analisis a las diversas muestras de combustible de diferentes procedencias.

Para la cuantificacion de los microorganismos presentes se analizaron las muestras de combustible de aviacion a traves de la preparacion de medios de cultivos liquidos y solidos para luego determinar la presencia o ausencia de bacterias aerobias mesofilas, hongos y levaduras, Pseudomonas aeruginosa y bacterias sulfato-reductoras (BSR) en los combustibles de aviacion Jet A-l; y se evaluo la metodologia de deteccion de la presencia de ATP a traves del luminometro Hy-Lite[R] patentado por Merck (2010). Para cuantificar las bacterias presentes en los medios de cultivos solidos, como lo es el recuento total de unidades formadoras de colonias (UFC), se empleo un equipo contador de colonias que esta disponible en el laboratorio.
   Estandarizacion de las metodologias que permitan
   determinar e identificar la presencia de microorganismos
   en las muestras de turbo-combustible Jet A-1


Para determinar la presencia de microorganismos aerobios mesofilos, Pseudomonas aeruginosa y bacterias sulfato-reductoras en las muestras de turbo-combustible Jet A-1, se emplearon los procedimientos que se describen brevemente en la Figura 1:

[FIGURA 1 OMITIR]

Resultados y discusion

Se obtuvieron como resultado en todas las muestras, luego de la filtracion por membrana e inoculacion en los medios de cultivos m-TGE, TSB y Tioglicolato, la presencia de turbidez con formacion de un precipitado blanco y olor desagradable al transcurrir cuatro dias de incubacion, lo que indica la presencia de contaminacion microbiana aerobia mesofila en dichas muestras.

Se infiere que en las 20 muestras analizadas del combustible de aviacion Jet A-1 hubo un crecimiento de microorganismos aerobios mesofilos, debido a los cambios del aspecto fisico de las muestras que se reflejo en el enturbiamiento y precipitado blanco en los tres medios de cultivos utilizados, percibiendose en ellos hasta un olor desagradable. Es necesario acotar que con el metodo de filtracion por membranas a traves del cultivo de medios liquidos no se logra identificar con exactitud los microorganismos aerobios que contaminan el combustible de aviacion y por ello se recomienda realizar el cultivo con medios solidos (agares selectivos), que permitan identificar los tipos de microorganismos presentes.

Como se puede observar en la Figura 2, los medios de cultivo m-TGE y Tioglicolato son los mas propensos para evidenciar la presencia de las bacterias Pseudomonas aeruginosa en las muestras del turbo-combustible Jet A-1 evaluadas.

[FIGURE 2 OMITIR]

En la mayoria de las muestras evaluadas se evidencio la ausencia de las bacterias Pseudomonas aeruginosa, debido a que no hubo presencia del color verdoso, ni formacion de colonias sobre las lineas de inoculacion, las cuales son representativas de este microorganismo. Dada las razones mencionadas, se noto que en la mayoria de las muestras evaluadas del turbo-combustible Jet A-1 no estan presentes estas bacterias; por ende, no estan sujetas a esta contaminacion microbiana.

Las muestras #17-m-TGE, #17-Tioglicolato, #17-TSB y #20-TSB presentaron un cambio en el aspecto fisico del agar, en el que se observo un color verdoso al igual que un olor a frutas, lo cual es muy caracteristico de este tipo de bacteria. Es posible que estas muestras presenten contaminacion microbiana con la bacteria Pseudomonas aeruginosa, es por ello que para confirmar su presencia o ausencia se debe realizar una serie de pruebas bioquimicas.

Al realizar el aislamiento en placas de Petri utilizando como medio de cultivo solido el Sabouraud Dextrosa Agar (SAD), se pudo observar en todas las muestras evaluadas la formacion de colonias que presentaron caracteristicas de mohos filamentosos, sobre las lineas de inoculacion en el SAD.

A traves de la micrografia se logro identificar la forma caracteristica de la estructura del hongo Hormoconis resinae mediante un lente de 40x y 100x para la muestra #1-Tioglicolato del turbo-combustible Jet A-1. De igual manera se identificaron en las muestras #12 m-TGE, #12-Tioglicolato, #12 .TSB y #14 -TSB, la presencia de hongos aerobios del mismo grupo filo que no pertenecen a la familia Hormoconis resinae. Es por ello que se recomienda realizar las pruebas bioquimicas pertinentes para identificarlos, ya que por micrografia se puede inferir que es el hongo de la especie Acremonium o Fusarium y con las pruebas bioquimicas se confirmaria su especie.

Se encontro, despues de realizar las pruebas para determinar la presencia de las bacterias anaerobias en las muestras de combustible, empleando el medio de cultivo solido Sulpahte API Agar, la ausencia de colonias. Por lo que se concluye que en la mayoria de las muestras de turbo-combustible Jet A-1 evaluadas no hay presencia de BSR. Vale mencionar que se exceptua la muestra #5 de las demas analizadas, debido a que en esta se determino la presencia de un hongo filamentoso anaerobio. Este hongo no ha sido identificado, sin embargo, por micrografia se podria tratar del Aureobasidium pullulans o Helminthosporium, pero para confirmar su especie se recomienda realizar las pruebas bioquimicas correspondientes que permitan identificarlo.

Como se puede observar en la Figura 3, los medios de cultivo m-TGE y TSB son los medios mas adecuados para evidenciar la presencia de mohos y levaduras en las muestras de turbo-combustible Jet A-1 evaluadas, ya que proporcionan las fuentes de carbono y energia necesarias que favorecen la proliferacion de hongos.

[FIGURA 3 OMITIR]

Mediante la metodologia de aislamiento en placas Petri utilizando como medio de cultivo solido el Sulphate API Agar se evidencio la ausencia de las bacterias sulfato-reductoras, debido a que no hubo crecimiento de colonias ni presencia de sulfuro de hierro, que se caracteriza por una pigmentacion de color negro sobre las lineas de inoculacion. Sin embargo, en la muestra #5 se detecto la presencia de un hongo anaerobio, que se podria tratar de la especie Aureobasidium pullulans o Helminthosporium sp.

En la Figura 4 se observa un grafico de barra el cual representa la contaminacion microbiana en el combustible de aviacion Jet A-1, a traves de la medicion de ATP con la metodologia de bioluminiscencia para cada una de las muestras evaluadas.

Aqui se puede apreciar que las muestras #11, #12 y #13 se pueden clasificar como de contaminacion media, ya que se encuentran en el rango de 1000 y 5000 RLU (unidades de luz relativa)mientras que para las muestras restantes la contaminacion es baja debido a que estan por debajo de los 1000 RLU. La muestra #13, la cual fue contaminada en el laboratorio resulto con la mayor contaminacion microbiana mientras que la muestra #3, que pertenece al tanque derecho de un Boeing 737-300, resulto ser la menos contaminada.

La Figura 5 corresponde a un grafico de dispersion, en el cual se observa una curva exponencial representando el comportamiento y el grado de contaminacion microbiana en las muestras de turbo-combustible analizadas. El grado de contaminacion se hace evidente en la medida que incrementa la cantidad de ATP reportada en RLU/litros de combustible, lo cual implica mayor nivel de contaminacion.

[FIGURA 5 OMITIR]

En la Figura 6 se observa un diagrama de caja el cual representa la contaminacion en las muestras de turbo-combustible Jet A-1 evaluadas, en el cual se puede comparar la cantidad de ATP reportada y se evidencia la contaminacion encontrada. La finalidad de este grafico es mostrar la diferencia porcentual presente entre la contaminacion leve y moderada, ya que el mayor valor reportado en RLU de la contaminacion leve se encuentra muy por debajo del menor valor de la muestra que presenta contaminacion moderada. El 25% de las muestras que presentan contaminacion baja estan en el orden de los 63 RLU, mientras que el 75% restante se encuentra por encima de los 82 RLU y por debajo de los 110 RLU.

[FIGURA 6 OMITIR]

En la Figura 7, se puede observar un grafico de dispersion con la finalidad de correlacionar los resultados obtenidos por el metodo de la microbiologia clasica versus los obtenidos por el metodo de bioluminiscencia, de modo que se establezca una tendencia que permita ajustar la mejor recta. Se logro la recta aplicando los principios basicos de las estadistica para el muestreo de poblaciones, con una confianza de 95%, y por el metodo de regresion lineal se llego a la expresion matematica Log (HY-LITE[R])= 0,2229*Log(UF[C.sub.totales])+ 1,1063

[FIGURA 7 OMITIR]

En la Figura 8 se puede observar un grafico de dispersion para el caso de la contaminacion leve, con la finalidad de correlacionar los resultados obtenidos por el metodo de la microbiologia clasica versus los obtenidos por el metodo de bioluminiscencia, de modo que se establezca una tendencia que permita ajustar la mejor recta. Se logro la recta aplicando los principios basicos de las estadistica para el muestreo de poblaciones, con una confianza del 95%, y por el metodo de regresion lineal se llego a la expresion matematica Log(HY-LITE[R])= 0,2442* Log(UF[C.sup.totales])+O,7984.

[FIGURA 8 OMITIR]

Es importante mencionar que no se dispone de estudios de otros investigadores que hayan o esten trabajando con el equipo portatil de Merck en el area de bioluminiscencia, por lo que este estudio inicial es uno de los precursores en este tema.

Conclusiones y recomendaciones

--El analisis de las muestras de turbo-combustibles Jet A-1 empleando la microbiologia clasica permitio determinar la presencia de microorganismos aerobios mesofilos en todas las muestras de combustible de aviacion evaluadas.

--Mediante el empleo del agar cetrimida y las pruebas bioquimicas se concluye la ausencia de Pseudomonas aeruginosa en las muestras de combustible estudiadas.

--Los medios de cultivos m-TGE y TSB son los medios mas apropiados para evidenciar la presencia de mohos en las muestras de turbo-combustible Jet A-1 evaluadas, ya que proporcionan las fuentes de carbono y energia necesarias que favorecen la proliferacion de este tipo de organismo.

--Mediante la metodologia de aislamiento de placas Petri utilizando como medio de cultivo solido el Sulphate API Agar, se evidencio la ausencia de las bacterias sulfato-reductoras, debido a que no hubo crecimiento de colonias ni presencia de sulfuro de hierro, que se caracteriza por una pigmentacion de color negro sobre las lineas de inoculacion.

--Con la metodologia de bioluminiscencia, con la medicion de ATP se logro clasificar las muestras de turbo-combustible Jet A-1 analizadas en parametros de contaminacion baja y media, ya que no se presento contaminacion alta en las muestras evaluadas.

--Las expresiones matematicas que permiten establecer la correlacion entre ambas metodologias varian segun la cantidad de muestras tomadas, ya que estas son las que definen el ajuste de la mejor curva.

--Es necesaria la continuacion de esta investigacion, debido a que para la evaluacion y validacion de la correlacion entre la metodologia de la microbiologia clasica y los resultados obtenidos por el metodo de bioluminiscencia, se empleo el minimo de muestras necesarias que engloban estadisticamente los rangos de contaminacion microbiana en los valores de las muestras analizadas.

Recibido: 08/02/2012

Aceptado: 12/11/2012

Referencias

CLAVELL, L. y PEDRIQUE, M. (1983). Microbiologia Manual de metodos generales, Universidad Central de Venezuela, Caracas.

COMISION VENEZOLANA DE NORMAS INDUSTRIALES (COVENIN 1023) (2000). (5a revision). Productos derivados del petroleo. Turbocombustibles. Editorial Fondonorma, Caracas, Venezuela.

GONCALVES, C. y SIRIT, E. (2005). Analisis microbiologico en combustibles turbo kerosina y en fluidos de corte. Trabajo de grado, Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela.

MERCK (2010). HY-LITE[R] Jet A-1 [en linea]. Recuperado el 18 de noviembre del 2010 de: http://www.merck-chemicals.com.ve/

PASSMAN, F. (2003). Fuel and fuel system microbiology: fundamentals, diagnosis, and contamination control. Mayfield, USA. ASTM Stock Number: MNL47.

PETROLEOS DE VENEZUELA, S.A--PDVSA (2005). Certificado de Calidad de turbo-combustibles. Caracas, Venezuela.

RACIOPPO, M. (2009). Desarrollo de metodologias de trabajo para la cuantificacion de bacterias sulfato reductoras en muestras de combustibles de aviacion. Trabajo de grado, Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela.

SILVA, B. (2009). Establecimiento de protocolos para la cuantificacion de hongos Hormoconis resinae en turbocombustibles de aviacion. Trabajo de grado, Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela.

STANLEY, P. (1989). "A review of bioluminescent ATP techniques in rapid microbiology". Journal of Bioluminescence and Chemfluminiscence. Volume 4, Issue 1, pages 375-380.

VALERA, A. (2010). Evaluar el uso de biocidas para el control de bacterias sulfato reductoras (BSR) presentes en muestras de combustibles de aviacion. Trabajo de grado, Universidad Metropolitana, Caracas, Venezuela.

RONALD ALEXANDER TORRES SANGUINO (1)

rtorres@unimet.edu.ve

BEATRIZ CECILIA LEAL (2)

bleal@unimet.edu.ve

DANIELA PAEZ (3)

danatt@gmail.com

Laboratorio de Combustibles y Lubricantes, Departamento de Estudios Ambientales, Universidad Metropolitana, Caracas. Venezuela.

(1) Licenciado en Quimica, mencion Tecnologia de la Universidad Central de Venezuela. Magister en Quimica de la USB y Diplomado en Gestion de la Calidad y Productividad de la UJAP. Actualmente se desempena como profesor a tiempo parcial y coordinador del Laboratorio de Microbiologia en Combustibles y Lubricantes de la Universidad Metropolitana.

(2) Doctoranda (PhD) en Proyectos de Ingenieria, profesor titular e investigador de la Universidad Metropolitana en el Departamento de Estudios Ambientales de la Facultad de Ingenieria. Licenciado en Quimica (UCV), Especialista en Tribologia (FAV), Especialista en Gestion Ambiental Empresarial (UNIMET), Especialista y Diplomado Avanzado (MSc) en Proyectos de Ingenieria (UPV, Espana), y en etapa de culminacion del doctorado.

(3) Graduada de Ingenieria quimica de la Universidad Metropolitana. Actualmente es ingeniero de procesos en una empresa de consultoria que suministra servicios profesionales al sector petrolero energetico e industrial del pais, con experiencia de alrededor de dos anos en simulaciones de procesos para el cumplimiento estandar (Process Safety Management) en refinerias.
FIGURA 4
REPRESENTACION DEL ATP LEIDO EN EL HY-LITE[R] EN UNIDADES
DE LUZ RELATIVA (RLU/LITROS DE COMBUSTIBLE) PARA CADA MUESTRA
DE JET A-1 EVALUADA

RLU leido en las muestra de combustible evaludas

1     50
2     82
3     48
4     63
5    110
6     85
7     55
8     52
9    110
10    80
11   1200
12   1850
13   4550
14   475
15   325
16    81
17   140
18    80
19    76
20    98

Muestras de combustible Jet A-1

Nota: Tabla derivada de grafico de barra.
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Author:Torres Sanguino, Ronald Alexander; Leal, Beatriz Cecilia; Paez, Daniela
Publication:Anales de la Universidad Metropolitana
Date:Jan 1, 2013
Words:3861
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