29 jun. 2016

EXPLOSIONES DE VAPOR NO CONFINADAS (UVCE)

https://www.unizar.es/guiar/1/Accident/An_conse/UVCE.htm
EXPLOSIONES DE VAPOR NO CONFINADAS (UVCE)
Las explosiones que se consideran aquí, son las denominadas explosiones de nubes de vapor no confinadas, traducción de la expresión inglesa Unconfined Vapour Cloud Explosion, y de ahí su acrónimo UVCE, que de ahora en adelante utilizaremos.
Se puede definir como deflagración explosiva de una nube de gas inflamable que se halla en un espacio amplio (aunque con ciertas limitaciones), cuya onda de presión alcanza una sobrepresión máxima del orden de 1 bar en la zona de ignición.
Este tipo de explosiones se originan debido a un escape rápido de gran cantidad de gas o vapor inflamable que se dispersa en el aire o por evaporación rápida de un líquido inflamable para formar una nube de características inflamables mezclada con el aire. Cuando un gas inflamable se encuentra una fuente de ignición (normalmente superficies calientes, chispas, motores eléctricos, etc.), una parte de esta masa de gas (la que se encuentra entre los límites de inflamabilidad de la sustancia de que se trate), deflagra por efecto de la fuente de ignición y se produce la explosión. Normalmente son deflagraciones y en raras ocasiones se transforman en detonaciones.
Puede que no llegue a alcanzarse la deflagración, con lo que se originaría una llamarada, incendio súbito de nube de gas, incendio flash o "flash fire". La frontera entre este tipo de situaciones no está muy clara y depende de la velocidad de combustión de la mezcla, las características del vapor. En estos incendios flash, los efectos de presión son despreciables frente a los efectos térmicos derivados de la inflamación de la mezcla vapor inflamable-aire.

Descripción del modelo

El modelo parte de los resultados que se derivan de la dispersión de los vapores inflamables. Se calcula la cantidad de gas que existe entre los límites de inflamabilidad de la sustancia de que se trate, lo que determina un volumen de gas inflamable. Si antes de que se produzca la dispersión total de una nube inflamable, ésta encuentra un punto de ignición, se producirá su explosión, que generará unas ondas de presión causadas por la expansión/contracción del aire.
Se utiliza el modelo de Sachs, mediante la correlación de la sobrepresión directa máxima y del impulso con la energía y velocidad de propagación de la llama de la deflagración. Este método proporciona una estimación del efecto según la distancia para una explosión grave de hidrocarburos que puedan proporcionar hasta 5·1012 J de energía.

Hipótesis y limitaciones

El modelo se basa en correlaciones empíricas. Si la energía total de explosión es mayor que 5·1012 J, no hay suficiente información para los efectos del daño. Para valores bajos de la energía total de explosión hay suficientes datos como para hacer una estimación.
Datos necesarios
Entalpía de combustión y concentración estequiométrica de la sustancia que deflagra.
Descripción
En primer lugar, se determina la longitud característica de Sachs mediante la expresión:
Fórmula 1
En la que Vo es el volumen ocupado por una mezcla estequiométrica de la masa que deflagra con aire, y Ec la energía de combustión por unidad de volumen, que para una mezcla estequiométrica es aproximadamente de 3,5 x 106 J/m3.
LS: Longitud característica de Sachs (m)
V0: Volumen ocupado por mezcla estequiométrica de la masa que deflagra con aire (m3)
Ec: Energía de combustión por unidad de volumen (aproximadamente 3,5.106 J/ m3)
Patm: Presión atmosférica (Pa)
Entonces, la sobrepresión máxima directa relativa de Sachs puede determinarse mediante:
Fórmula 2
PS: Presión reducida de Sachs (Pa)
c: Constante de reactividad del producto
LS: Longitud característica de Sachs (m)
r: Distancia (m)


El valor de la constante c depende de la reactividad de la sustancia que deflagra. Así se establece una clasificación en sustancias de reactividad baja, media y alta basándose en la velocidad de llama. En caso de no conocerse la reactividad de la sustancia, se considerará alta. El siguiente cuadro muestra el valor de c para cada una de las categorías de reactividad.
Reactividad
c
baja
0,02
media
0,06
alta
0,15
A partir de la sobrepresión de Sachs, puede determinarse la sobrepresión máxima directa como:
Dp = Patm·PS
Por otra parte, se determinan la duración característica de Sachs y la duración de la fase de sobrepresión positiva. A partir de ahí se determina el impulso específico por unidad de volumen transmitido por la onda de presión:
Fórmula 3
I: Impulso específico de la onda de presión (Pa·s)
t+: Duración de la fase de sobrepresión positiva (s)
Dp: Sobrepresión (Pa)
El modelo matemático presentado anteriormente, es mayoritariamente admitido 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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