27 may. 2013

Análisis de consecuencias de accidentes graves de incendios y explosiones

FIREX
Análisis de consecuencias de accidentes graves de incendios y explosiones
FIREX es una aplicación informática que permite realizar el estudio de la distribución espacial de intensidades de radiación térmica y/o sobrepresiones, la determinación de las zonas de riesgo y la zonificación de las consecuencias derivadas de un accidente con sustancias peligrosas que presenten riesgos de explosión y/o incendio.
FIREX está diseñado para ser utilizado en ordenadores PC-compatibles bajo entorno "Windows", versión 95 o superior. También se dispone de una nueva versión del programa FIREX en aplicación web denominada SIMLinks.Nuevo acceso
Pantalla de presentación del programa
Pantalla de presentación del programa
La aplicación informática FIREX, consta de una serie de módulos o menús que permiten la realización de todos los supuestos incidentales que se pueden presentar en un establecimiento industrial en el que estén presentes sustancias peligrosas.
Los principales módulos que presenta la aplicación FIREX, son los siguientes:
  1. Un menú principal, que permite el acceso al resto de menús del programa
  2. Un menú de acceso a los módulos de cálculo de los supuestos accidentales que se deseen
  3. Un menú de análisis de zonas de riesgo
  4. Un menú de análisis de zonas de vulnerabilidad
  5. Un menú de presentación de resultados donde se incluyen los datos del estudio realizado, representaciones cartográficas, representaciones gráficas, listados de fugas, evaporaciones, etc. alcance de proyectiles.
Para el estudio de las distribuciones de fugas, evaporaciones, intensidades de radiación térmica debidas a incendios, sobrepresiones debidas a explosiones y/o alcance de fragmentos también debidas a explosiones de tanques, se utilizan una serie de modelos matemáticos cuyas formulaciones, hipótesis y limitaciones se presentan se han presentado en esa página.
Para el análisis de consecuencias, se ha utilizado la Metodología Probit, que también está explicada anteriormente.
FIREX está dotado de un módulo de presentación de resultados que permite visualizar en pantalla y obtener copias por impresora de:
  • Listados alfanuméricos de los resultados.
  • Representación gráfica de resultados en diagramas cartesianos.
  • Representación cartográfica de los resultados, conteniendo las zonas afectadas (intervención y alerta) y las isolíneas correspondientes al análisis de consecuencias y vulnerabilidad.

Menú principal

Es la pantalla que permite acceder a estudios nuevos, estudios ya realizados y a la base de datos de sustancias con todas sus propiedades.
Pantalla principal de acceso al programa
Pantalla principal de acceso al programa

Listado de estudios

Es el conjunto de todos los estudios y supuestos accidentales que se han desarrollado anteriormente y que se almacenan automáticamente en una carpeta adicional denominada estudios. Contienen todos los datos de cada estudio, resultados, representaciones cartográficas, gráficos, etc.
Pantalla de acceso a los estudios y resultados
Pantalla de acceso a los estudios y resultados
Por ejemplo, en la figura anterior se puede ver el estudio realizado y almacenado bajo el título "fuga de propano" y con el nombre "fugprop". A partir de su selección se acceden a todas las pantallas de resultados.

Listado de sustancias

Como se ha indicado, en la ventana de listado de sustancias aparecen todas las sustancias peligrosas almacenadas en la base de datos del sistema. Para cada sustancia se presentan datos físico-químicos y termodinámicos.
Pantalla de acceso a las propiedades de las sustancias
Pantalla de acceso a las propiedades de las sustancias

Estudio nuevo: módulos de cálculo

En el menú principal, pulsando sobre el botón Estudio Nuevo, se entra en la pantalla que presenta los módulos de cálculo propiamente dichos. Aparece una pantalla de módulos de cálculo con las seis hipótesis de accidentes:
Pantalla de acceso a los módulos de cálculo
Pantalla de acceso a los módulos de cálculo
En los casos en los que se ignore la cantidad o el caudal de sustancia que se pone en juego en el accidente, se accede directamente al cálculo de fugas y/o al cálculo de evaporaciones.
Módulo de cálculo de fugas
La mayoría de los accidentes graves tienen su origen en una fuga de una sustancia peligrosa que el sistema no es capaz de detener o minimizar. El programa permite el cálculo de los caudales y cantidades de sustancias que se fugan en determinadas condiciones.
Como se ha explicado anteriormente, en los casos de incendio de charco, dardo de fuego y UVCE, si los datos de fuga requeridos no se disponen, se entra automáticamente en el módulo de fugas, en el que aparece una pantalla que requiere datos relativos a la sustancia de que se trate, datos del tipo de fuga, datos ambientales, etc.
Se pueden representar fugas de tuberías y depósitos. En el caso de depósitos, tanto horizontales, verticales o esféricos, a presión atmosférica ó a presiones elevadas para el caso de almacenamientos de gases licuados.
Pantalla de acceso al cálculo de fugas, caso de fuga de tubería
Pantalla de acceso al cálculo de fugas, caso de fuga de tubería
Módulo de cálculo de evaporaciones
Si la fuga ha sido de líquido o de un gas licuado, se habrá formado un charco del que se producirá una evaporación, que puede dar lugar a la emisión de grandes cantidades de sustancia. El programa permite el cálculo de los caudales de evaporación para determinar las cantidades de gas inflamable que se pueden generar.
Los datos de los que parte el cálculo de la evaporación de charco son los que proceden del cálculo de la fuga correspondiente, pero pueden ser cambiados si se desea.
Dependiendo de los valores de la temperatura de ebullición de la sustancia y de la temperatura ambiente, se estará en el caso de líquidos hirvientes o no hirvientes, y se pedirán unos datos u otros.
El resultado de la evaporación será un determinado caudal y una cantidad evaporada en función del tiempo estimado para el que el líquido permanece evaporándose.
Módulo cálculo de incendio de charco (Pool Fire)
Es el primer módulo de cálculo de un accidente grave propiamente dicho. A partir de los datos de la fuga de sustancia inflamable, o introduciendo los datos de caudales de fuga y/o cantidad fugada si se conocen, se realiza el cálculo inicial del diámetro del charco, altura de las llamas y duración del incendio.
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de incendio de charco
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de incendio de charco
Posteriormente, la aplicación procede al cálculo de la radiación térmica y a la elaboración de las gráficas y listados correspondientes.
Módulo de dardo de fuego (Jet Fire)
Un dardo de fuego puede ocurrir cuando se produce la inflamación de un chorro de gas inflamable como resultado de una fuga de gas de una tubería o depósito. Los datos necesarios son solamente la presión existente en la tubería, la cantidad de gas o el caudal fugado (que se puede obtener a partir del cálculo de la fuga de gas), la posición de la fisura o rotura, el diámetro y algún otro dato de carácter meteorológico.
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de dardos de fuego
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de dardos de fuego
Una vez introducidos todos los datos requeridos, el programa calcula el caudal de descarga y la duración estimada del dardo. Estos valores aparecen en el lado derecho de la pantalla. El valor de la duración estimada del dardo puede modificarse si se cree que la fuga puede ser controlada.
A partir de ahí se realiza el cálculo de la radiación con las gráficas y listados de fugas y radiaciones.
Módulo de explosión de nube de vapor no confinada (UVCE)
Si se produce la fuga de un gas inflamable más denso que el aire o la evaporación de grandes cantidades de líquido inflamable, se genera una nube de gas en unas condiciones de no confinamiento pero con dificultades para su dispersión natural. En estas condiciones, si esta nube encuentra un punto de ignición se podría producir la explosión del vapor inflamable que contiene la nube. El cálculo se realiza a partir de los caudales de fuga de gas o de evaporación y la cantidad que entra en juego es la que existe entre los límites de inflamabilidad de la sustancia.
En este caso es verdaderamente importante la introducción de datos meteorológicos muy exactos, pues de ellos depende en gran medida la dispersión de la nube inflamable: categoría de estabilidad atmosférica, velocidad y dirección del viento, coeficiente de rugosidad del terreno (topografía) son datos importantes.
Se procederá al cálculo del fichero de sobrepresión-distancia, con sus respectivos listados y gráficos.
Pantalla del módulo de cálculo de explosiones de nubes de vapor no confinadas
Pantalla del módulo de cálculo de explosiones de nubes de vapor no confinadas
Módulo de BLEVE de un depósito
Un tipo muy especial de estallido de un depósito es la BLEVE. Si el incendio de charco estudiado anteriormente hace que las llamas o que intensa radiación térmica incida sobre un determinado depósito con líquido almacenado bajo presión en su interior, se puede producir un estallido por el calentamiento externo del recipiente, al perder resistencia mecánica el material de la pared y estanqueidad bruscamente. Los efectos de sobrepresión por el estallido son importantes. Además, si el líquido es inflamable, se genera una bola de fuego con intensa radiación térmica. Otro efecto asociado es la generación de proyectiles que viajan a grandes distancias.
Se requieren datos sobre las cantidades de sustancia almacenada, el volumen del depósito, presión en el estallido, etc. Un dato importante es la fracción de energía para ondas de presión o porcentaje de la energía total disponible que interviene en la propagación de ondas. El resto intervendrá en la proyección de fragmentos. Los datos bibliográficos recomiendan un valor de 96% destinado a ondas de sobrepresión y un 4% para la proyección de fragmentos.
Se procederá al cálculo del fichero de sobrepresión-espacio y del de radiación-distancia, con sus correspondientes gráficos y listados.
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de BLEVE de depósitos
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de BLEVE de depósitos
Módulo de explosión física
Es un tipo de explosión originada por algún fenómeno físico: acumulación de presión en el interior de un recipiente, etc. Los datos necesarios son mínimos: volumen del tanque, sustancia, presión en el momento del estallido y fracción de energía para las ondas de presión como en el caso de la BLEVE.
Se procederá al cálculo del fichero de sobrepresión-espacio, con sus correspondientes ficheros de resultados y gráficos.
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de explosiones físicas
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de explosiones físicas
Módulo de explosión química
Es un caso similar al del estallido de un depósito cuyo origen está en alguna reacción química en el interior a partir de una cantidad inicial de sustancia que reacciona. Los datos necesarios son la cantidad de sustancia, el volumen del tanque, la presión nominal del tanque y la fracción para las ondas de presión.
Se procederá al cálculo del fichero de sobrepresión-espacio, con sus correspondientes gráficos y listados de resultados.
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de explosiones químicas
Pantalla de acceso al módulo de cálculo de explosiones químicas

Análisis de las Zonas de Riesgo

Una vez que se ha realizado el cálculo del accidente correspondiente o bien se ha abierto un estudio anterior en el que este cálculo no se hubiera llevado a cabo, aparecerá activado, en el menú principal, el botón correspondiente a Análisis de Zonas de Riesgo en el que se muestran los resultados de las zonas de intervención, alerta y efecto dominó a partir de las radiaciones y/o sobrepresiones calculadas anteriormente.
Pantalla de datos del estudio y resultados de las Zonas de Riesgo debido a radiación térmica
Pantalla de datos del estudio y resultados de las Zonas de Riesgo debido a radiación térmica
En la pantalla que aparece a continuación se presentan los datos principales del estudio y las zonas de riesgo: zona de intervención, zona de alerta y zona del efecto dominó, teniendo en cuenta la naturaleza de éstas: zonas de riesgo debidas a la radiación, producidas por incendios y/o zonas de riesgo debidas a la sobrepresión, producidas por explosiones
En el caso de BLEVE se calculan los dos tipos de zonas de riesgo: radiación debida a la bola de fuego y sobrepresión debida a la explosión.

Análisis de vulnerabilidad

Una vez que se ha realizado el cálculo del accidente correspondiente o bien se ha abierto un estudio anterior en el que éste cálculo no se hubiera llevado a cabo, aparecerá activado, en el menú principal, el botón correspondiente a Análisis de Vulnerabilidad.
En los casos de incendio de charco y dardo de fuego, se presentarán directamente los efectos de radiación térmica, dando tres valores de distancias (en metros), que corresponden a las zonas del 99%, 50% y 1% de probabilidad de ocurrencia de muertes por exposición a dicha radiación.
Pantalla de resultados del análisis de vulnerabilidad debido a radiación térmica
Pantalla de resultados del análisis de vulnerabilidad debido a radiación térmica
En el caso de existir onda expansiva (UVCE, explosión física o explosión química), en la pantalla se da el título del estudio y de todas las posibles consecuencias de las ondas de sobrepresión, se han seleccionado únicamente las siguientes:
    • Muertes por hemorragia pulmonar.
    • Rotura de tímpanos.
    • Rotura de cristales.
    • Daños en estructuras.
A su vez, para cada una de las tres primeras consecuencias, se dan tres distancias:
    • Radio (en metros) en el que se produce dicho efecto con una probabilidad del 99%.
    • Radio (en metros) en el que se produce dicho efecto con una probabilidad del 50%.
    • Radio (en metros) en el que se produce dicho efecto con una probabilidad del 1%.
Y para la consecuencia asociada con los daños en estructuras, se dan las distancias:
    • Radio (en metros) correspondiente a zona de total demolición.
    • Radio (en metros) correspondiente a daños irrecuperables en estructuras.
    • Radio (en metros) correspondiente a daños graves reparables en estructuras.
En el caso de haber llevado a cabo el estudio de un BLEVE de un depósito, aparecerá en pantalla primero los efectos correspondientes a la sobrepresión (tal y como se han explicado en la UVCE), y pulsando este último botón aparecerán entonces los efectos correspondientes a la radiación (igual que en los incendios de charco o los dardos de fuego).

Presentación de resultados

En el menú principal, se encontrará activado el botón de presentación de resultados siempre que se hayan llevado a cabo los cálculos de radiación y/o de sobrepresiones.
Pantalla de acceso a presentación de resultados
Pantalla de acceso a presentación de resultados
Se presentan las opciones de ver los datos del estudio que se ha realizado, zonas de riesgo, análisis de vulnerabilidad y los correspondientes listados y gráficos de todos los cálculos realizados. La opción más espectacular consiste en la realización de mapas de los resultados mediante el uso de una cartografía apropiada.
Respecto a los gráficos (sean éstos de radiación, de sobrepresión o de fugas), antes de cada gráfico se presenta una ventana con los límites de los ejes que se tomarán por defecto, pero que pueden ser cambiados. Es posible que, debido a la elección de unos límites de cálculo exagerados, la curva no sea bien visible, tras lo cual será posible volver a verla cambiando los límites de los ejes cartesianos tantas veces como sea necesario hasta conseguir una curva bien definida.
En ocasiones los límites de cálculo son tales que el programa exige el cambio de estos valores para el correcto funcionamiento del algoritmo. Para ello informará al usuario, en esta misma ventana, de la necesidad de cambiar los valores en uno u otro eje.
En el caso de los gráficos correspondientes al cálculo de fugas, se presentará primero el gráfico masa fugada–tiempo, y al descargarse éste se presentará directamente el gráfico caudal instantáneo–tiempo.
  • Zonas de Riesgo: aparecen las siguientes posibilidades:
    • Resultados: se presentarán los resultados de la misma manera que en los casos anteriores, teniendo en cuenta que esta vez no existirá retardo alguno, ya que el cálculo ha sido realizado con anterioridad y los resultados almacenados.
    • Cartografía: se representan las zonas de riesgo por efecto de la radiación (caso de incendios o dardos de fuego) y/o de la sobrepresión (caso de explosiones) en un plano con la cartografía de la zona.
  • Análisis de vulnerabilidad: aparecen las siguientes posibilidades:
    • Resultados: se presentarán los resultados de la misma manera que los casos anteriores, teniendo en cuenta que esta vez no existirá retardo alguno, ya que el cálculo ha sido realizado con anterioridad y los resultados almacenados.
    • Cartografía: se representará en un plano con la cartografía de la zona las muertes por hemorragia pulmonar, rotura de tímpanos, daños en estructuras y rotura de cristales, si ha habido cálculo de sobrepresiones, y radiación térmica, si ha existido este cálculo. En el apartado de cartografía se explica con más detalle el funcionamiento.
    • Gráficos: se requerirá, como en la cartografía, la naturaleza del análisis, y se presentará la curva probabilidad (%) frente a la distancia al punto del accidente (m). En la figura de abajo, se ve la probabilidad de rotura de cristales frente a la distancia.
  • Proyectiles: esta opción sólo se encuentra en el caso de explosiones que involucren recipientes, es decir, explosiones físicas, químicas y BLEVEs. En el de alcance de proyectiles se explica con más detalle el funcionamiento.
Pantalla de presentación de gráficos
Pantalla de presentación de gráficos

Alcance de proyectiles

Pulsando el botón correspondiente de la pantalla de resultados, se abrirá una nueva ventana que permite calcular el alcance de los proyectiles que se generan en una explosión de un depósito. En ella se podrán llevar a cabo tantos cálculos de supuestos de proyectiles como se quiera. Los datos necesarios son: peso del recipiente, número de fragmentos, altura del recipiente desde el suelo y energía disponible para los proyectiles que resulta de restar al total generado en la explosión la que se ha utilizado para el cálculo de las sobrepresiones.

Cartografía

Para acceder a la representación cartográfica de los resultados, basta con seleccionar dentro de la Presentación de Resultados, uno de los botones de Cartografía que aparecen en Zona de Riesgos, Análisis de Vulnerabilidad o Proyectiles. Hay que seleccionar uno u otro dependiendo de los tipos de resultados que se desean representar.
Representación cartográfica de las zonas de riesgo
Se representan las zonas de riesgo por efecto de la radiación (caso de incendios o bolas de fuego) y/o de la sobrepresión (caso de explosiones). En el caso de BLEVE, se pedirá inicialmente la naturaleza de las zonas de riesgo a representar, es decir, radiación o sobrepresión.
A continuación, aparece un plano del establecimiento o instalación en la que hipotéticamente podría producirse un accidente, con una leyenda que pide que se seleccione el punto exacto de la fuga. Para ello, basta con pulsar con el ratón sobre la instalación visible en pantalla. Una vez seleccionado el punto, se cargará un plano de escala intermedia, en la que se presentarán diferentes circunferencias dependiendo del tipo de accidente estudiado.
Pantalla de representación cartográfica de resultados
Pantalla de representación cartográfica de resultados
Así, en el caso de haber realizados estudios de incendios de charco, de dardos de fuego, de explosiones físicas, químicas y BLEVEs, una vez seleccionado el punto exacto de la fuga, el programa dibujará directamente sobre ese punto (marcado por un punto y una circunferencia amarillos) tres circunferencias, correspondientes a la Zona de Intervención (en color rojo), la Zona de Alerta (en color azul) y la Zona de Efecto Dominó (en color verde).
En el caso de UVCEs, al seleccionar el punto exacto de la fuga, el programa pedirá, en una ventana superpuesta, la dirección del viento en grados sexagesimales, según el cuadro explicativo que se puede observar pulsando el botón Ayuda adyacente. Hay que tener en cuenta que la dirección del viento se mide según el sentido del que procede éste, y que la dirección 0º coincide con el norte geográfico. A continuación, el programa dibujará el punto de fuga (marcado con un punto y una circunferencia amarillos), el punto de explosión (marcado con un punto y una circunferencia de color azul claro, unido con el anterior por una línea discontinua) y, sobre este, tres circunferencias correspondientes a la Zona de Intervención (en color rojo), la Zona de Alerta (en color azul) y la Zona de Efecto Dominó (en color verde). En el caso de una UVCE, la explosión tiene lugar cuando la nube encuentra una fuente de ignición. El caso más desfavorable consistiría en que dicha fuente la encontrase cuando se concentra más cantidad de la sustancia entre los límites de inflamabilidad y éste es, precisamente, el punto que se ha considerado como centro de la explosión.
Pantalla de representación cartográfica de resultados de una UVCE
Pantalla de representación cartográfica de resultados de una UVCE

Representación de las Zonas de Vulnerabilidad
Análogamente al caso anterior, se pueden representar cartográficamente los daños alas personas y a los bienes materiales producidos por un determinado accidente: muertes por hemorragia, rotura de tímpanos, daños en estructuras y rotura de cristales, si ha habido cálculo de sobrepresiones, y radiación térmica, si ha existido este cálculo.
En el caso de haber realizado estudios de incendios de charco o de dardos de fuego, una vez seleccionado el punto exacto de la fuga, el programa dibujará directamente sobre ese punto (marcado por un punto y una circunferencia amarillos) tres circunferencias correspondientes a la Zona de 99% (en color rojo), 50% (en color azul) y 1% (en color verde) de probabilidad de ocurrencia de muertes por exposición a radiación térmica.
En el caso de UVCEs, al seleccionar el punto exacto de la fuga sobre el tramo visible, el programa pedirá, en una ventana superpuesta, la dirección del viento en grados sexagesimales, según el cuadro explicativo que se puede observar pulsando el botón Ayuda adyacente. Hay que tener en cuenta que la dirección del viento se mide según el sentido del que procede éste, y que la dirección 0º coincide con el norte geográfico. A continuación, el programa dibujará el punto de fuga (marcado con un punto y una circunferencia amarillos), el punto de explosión (marcado con un punto y una circunferencia de color azul claro, unido con el anterior por una línea discontinua) y, sobre este, tres circunferencias correspondientes a la Zona de probabilidad del 99% (en color rojo), del 50% (en color azul) y del 1% (en color verde) de ocurrencia de muertes por hemorragia pulmonar, rotura de tímpanos, daños en estructuras y rotura de cristales, dependiendo del análisis seleccionado. El punto de explosión se ha considerado igual que en el caso de la representación de las zonas de riesgo.
Representación cartográfica de los daños a las personas por efecto de la radiación
Representación cartográfica de los daños a las personas por efecto de la radiación
Representación de los Proyectiles
Análogamente se representa el alcance de los proyectiles generados en una explosión BLEVE, física o química.
Representación cartográfica de alcance de proyectiles
Representación cartográfica de alcance de proyectiles

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