29 jun. 2016

ESTALLIDO DE DEPÓSITOS (BLEVE)

ESTALLIDO DE DEPÓSITOS (BLEVE)
El término BLEVE se utiliza para designar mediante su acrónimo en inglés una explosión mecánica en la que interviene un líquido en ebullición que se incorpora rápidamente al vapor en expansión. La traducción literal sería la de "expansión explosiva del vapor de un líquido en ebullición" correspondiente a "boiling liquid expanding vapour explosion", o BLEVE. Es un caso especial de estallido de un depósito en cuyo interior se almacena un líquido bajo presión.
Secuencia de imágenes de BLEVE de un depósito de propano de 400 litrosCuando se almacena un líquido a presión elevada (normalmente a su presión de vapor a la temperatura de almacenamiento), la temperatura de almacenamiento suele ser notablemente mayor que su temperatura de ebullición normal. Cuando se produce la ruptura del recipiente, el líquido de su interior entra en ebullición rápidamente debido a que la temperatura exterior es muy superior a la temperatura de ebullición de la sustancia. El cambio masivo a fase vapor, provoca la explosión del depósito porque se supera la resistencia mecánica del mismo. Se genera una onda de presión acompañada de proyectiles del propio depósito y piezas menores unidas a él que alcanzan distancias considerables. Además, en el caso de que la sustancia almacenada sea un líquido inflamable, se produce la ignición de la nube formando lo que se denomina bola de fuego que se irá expandiendo a medida que va ardiendo la masa de vapor.
La característica principal de una BLEVE es precisamente la expansión explosiva de toda la masa de líquido evaporada súbitamente. Normalmente, la causa más frecuente de este tipo de explosiones es debida a un incendio externo que envuelve al depósito en cuestión, debilita mecánicamente el contenido, lo que produce una fisura o ruptura del mismo, con la despresurización, ondas de presión y el BLEVE del conjunto.
Por tanto, las consecuencias de una BLEVE de un depósito que almacena bajo presión un líquido inflamable son las siguientes:
Sobrepresión por la onda expansiva.
De todos los efectos, el que generalmente tiene un alcance mayor es el de la radiación por la bola de fuego. Los factores que influyen fundamentalmente en dicho efecto son el tipo y cantidad de producto y las condiciones ambientales, fundamentalmente temperatura y humedad relativa. Con respecto al efecto de sobrepresión, depende fundamentalmente de la presión de almacenamiento, la relación de calores específicos del producto implicado y de la resistencia mecánica del depósito. La formación de proyectiles no está todavía del todo resuelta y normalmente se utiliza un método indirecto para su determinación y cuantificación.
Otro de los efectos secundarios nocivos que podrían producirse es el denominado efecto dominó, como consecuencia de que los efectos de sobrepresión, radiación y proyectiles alcancen a otros depósitos, instalaciones o establecimientos con sustancias peligrosas y generen en ellos a su vez otros accidentes secundarios propagando y aumentando las consecuencias iniciales. Este efecto dominó constituye una de las principales novedades del Real Decreto 1254/99 sobre accidentes graves con sustancias peligrosas.

Sobrepresión: explosión súbita del vapor en expansión

El modelo propuesto permite obtener la sobrepresión producida por la onda de presión debida a la explosión del depósito a una distancia dada. El modelo se basa en el método de Brode para la determinación de la sobrepresión debida al estallido de depósitos esféricos.
Este método es aplicable a depósitos de geometría esférica, no obstante, puede obtenerse una aproximación a otros tipos determinando uno esférico equivalente.
Aunque en rigor el método es válido para sobrepresiones de 0,1 bar, puede extrapolarse hasta 0,05 bar con un error por defecto BLEVEinferior al 20%.
Datos necesarios
Los datos necesarios a suministrar al modelo son los siguientes:
  • Presión y volumen del depósito.
  • Relación de calores específicos del producto que se expande.
Descripción
La energía involucrada en el estallido se calcula mediante la expresión:
Fórmula
E: Energía liberada en el estallido (kJ).
P: Presión de los gases en el interior del tanque en el momento de la explosión (kPa).
Patm: Presión atmosférica (101,3 kPa).
g: Coeficiente de capacidades caloríficas del gas en las condiciones del estallido (adimensional).
V: Volumen del tanque (m3)
La presión de los gases en el interior del tanque en el momento de la explosión se puede estimar a partir de las condiciones de diseño del tanque. Se suele tomar como valor de cálculo 1,25 veces la presión de tarado de las válvulas de seguridad.
El coeficiente de capacidades caloríficas del gas en las condiciones de estallido se calcula teniendo en cuenta que el fluido experimenta un proceso isócoro (a volumen constante), desde las condiciones nominales hasta las de estallido.
Se determina una "escala de longitudes" que relaciona distancias con sobrepresiones reducidas P.
Finalmente, la "sobrepresión" se determina mediante:
DP = Patm · P

Proyección de fragmentos: proyectiles

Fragmento procedente de una BLEVE de un depósito de PropanoLa onda de presión que se genera como consecuencia de la explosión, provoca la destrucción del continente en un número determinado de fragmentos, según las características físicas de resistencia del depósito. Parte de la energía generada en la explosión se utiliza para la generación de ondas de presión y parte, para proyectar esos fragmentos. Normalmente esta fracción de energía se distribuye entre un 80% para la generación de ondas de presión y un 20% para los fragmentos.
Esta energía de la explosión se transforma en energía cinética de los proyectiles, que serán desplazados a una determinada distancia.
Un determinado fragmento tendrá, por tanto la velocidad media de:
Fórmula
U0: velocidad media de un fragmento (m/s).
Ef: Energía disponible para la proyección de fragmentos (J)
m: masa del recipiente (kg).
La velocidad en función de la distancia se determina por:
U(r) = U0 exp(-Cw Af r r/mf)
U(r): velocidad a distancia r (m/s).
U0: velocidad media de un fragmento (m/s).
Cw: coeficiente aerodinámico del fragmento (adimensional)
Af: superficie del fragmento perpendicular a la trayectoria (m2).
r: densidad del aire (kg/m3)
r: distancia (m)
mf: masa del fragmento (kg)
La distancia máxima de alcance del fragmento se halla a través de las siguientes iteraciones:
rm+1 = h·U(rm)/g·t
rm+1: distancia r+1 (m).
h: altura del lanzamiento (m)
U(rm): velocidad del fragmento a distancia r (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2).
t: tiempo de alcance (s)
El número de fragmentos se puede determinar a partir de la siguiente expresión:
Nº fragmentos = -3,77 + 0,0096·V
V: volumen del depósito (m3)
Válido para depósitos comprendidos entre 700 y 2.500 m3.

Bola de fuego asociada a la BLEVEBola de fuego: radiación térmica

Como se ha comentado anteriormente, la bola de fuego se produce cuando tras producirse el estallido del depósito, la gran masa evaporada de sustancia inflamable asciende en el exterior, arrastrando finas partículas de líquido y entrando en combustión en forma de hongo al haberse producido la difusión en el aire por debajo del límite superior de inflamabilidad. A medida que se expande la masa de vapor, la bola de fuego se irá expandiendo.
El modelo que se describe utiliza ecuaciones semiempíricas para determinar el diámetro, la duración y la potencia emisiva de la bola de fuego. Se aplica únicamente a bolas de fuego al aire libre. Permite obtener el flujo de radiación térmica sobre una superficie cercana a la bola de fuego.
Datos necesarios
Los datos que se necesitan para la ejecución del modelo son los siguientes:
  • Entalpía de combustión del producto que arde.
  • Presión parcial de vapor de agua en el aire (1,227 kPa)
Descripción
El diámetro de la bola de fuego viene dado por:
Dc = 6,48 m0,325
Dc: diámetro máximo (m)
m: masa total de sustancia involucrada (kg)
La duración de la bola de fuego viene dada por:
tc = 0,852 m0,26
tc: tiempo de duración (s)
m: masa total de sustancia involucrada (kg)
Se han determinado experimentalmente duraciones de bolas de fuego de hasta tres minutos para esferas de gran capacidad.
Se determinan el poder emisivo y el flujo radiante global.
La relación entre el diámetro de la bola de fuego y la distancia al elemento vulnerable permite determinar el factor de visión entre ambos de manera similar a losincendios de charco.
El flujo radiante global es:
Fórmula
q/A: flujo termico (W/m2)
: transmitancia atmosférica (adimensional)
F: factor de visión (adimensional)
E: potencia emisiva total (W/m2)
La transmitancia o transmisividad atmosférica se determina como una función del producto de la presión parcial de vapor de agua en la atmósfera y la distancia entre la llama y el punto donde se quiere determinar el flujo de radiación.
Su valor es:
= 1,3940 – 0,1366 log10(pvr)
para valores de pvr comprendicos entre 2 104 y 107 Pa·m
Si no se tienen datos fiables, se tomará la transmisividad como la unidad.
Los modelos matemáticos presentados anteriormente, son mayoritariamente admitidos por la comunidad científica internacional para el cálculo de consecuencias y se basan, entre otros, en la siguiente bibliografía:
  • Methods for the calculation of the physical effects of the escape of dangerous material (Liquids and gases). Parts I and II. CPR 14E. The Yellow Book, TNO. 1997.
  • Methods for the determination of possible damage to people and objects from releases of hazardous materials. CPR 16E. The Green Book, TNO. 1992.
  • Loss prevention in the process industries. Volúmenes 1, 2 y 3. Frak P. Lees. Segunda edición. Ed. Buttherworth-Heinemann, 1995.
  • Perry´s Chemicals engineer´s handbook. Sexta edición. Robert H. Perry, Don Green. Ed. McGraw-Hill, 1984.
  • Análisis y reducción de riesgos en la industria química. J. M. Santamaría, P. A. Braña. Ed. Mapfre, 1994.
  • Guidelines for chemical process quantitative risk analysis. Center for Chemical Process Safety. AIChE. Nueva York, 1989.
  • Guidelines for evaluating the characteristics of vapour cloud explosions, flash fires and BLEVEs. Center for Chemical Process Safety. AIChE. Nueva York, 1994.
  • Manual de protección contra incendios. NFPA, 2ª edición. Ed. Mapfre. Madrid.
  • Guía para la elaboración de estudios de seguridad. Guía técnica. Dirección General de Protección Civil. Madrid, 1988.
  • Manual de seguridad industrial en plantas químicas y petroleras. J. M. Storch de Gracia. McGraw Hill, 1998.
  • Metodologías de análisis de riesgos. Volúmenes I y II. CIEMAT-Dirección General de Protección Civil. Madrid, 1990.
  • Guía técnica. Metodologías para el análisis de riesgos. Visión general. Dirección General de Protección Civil. Madrid, 1994.
  • Guías Técnicas. Métodos cualitativos y cuantitativos para el Análisis de Riesgos. Dirección General de Protección Civil. Ministerio del Interior. Diciembre 1994, Madrid

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