El estudio de la distribución espacial de sobrepresiones debidas al estallido de depósitos se realiza por aplicación del "Método de Brode".
Hipótesis y limitaciones
El método es únicamente aplicable a depósitos esféricos, no obstante, puede obtenerse una aproximación suficiente en depósitos de geometrías diferentes determinando un depósito esférico equivalente.
En rigor, el método es válido únicamente para sobrepresiones superiores a 0,1 bar (10 kPa), pero puede extrapolarse hasta 0,05 bar (5 kPa) con un error por defecto inferior al 20%.
Descripción
El método parte de la energía total liberada en el estallido que, dependiendo de si se trata de una explosión de tipo físico o químico, se puede calcular como:
Explosión Física:
- 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)
- P: Presión de los gases en el interior del tanque en el momento de la explosión (kPa).
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, es decir, a V=cte. desde las condiciones nominales hasta las de estallido.
Explosión Química:
- E: Energía liberada en el estallido (kJ).
- Qr: Calor de reacción (kJ/kmol).
- M: Masa equivalente de substancia que reacciona (kg).
- Pm: Peso molecular (kg/kmol).
- Qr: Calor de reacción (kJ/kmol).
La masa equivalente de substancia reaccionante no coincidirá, en general, con la contenida inicialmente en el tanque y para su determinación habrá que tener en cuenta:
- Tanto por ciento de substancia que reacciona.
- Energía consumida, de la total liberada en la reacción, para la elevación de temperatura hasta el punto de ebullición y la posterior vaporización de la mezcla reactivos-productos.
- Energía inicial de expansión disponible (en el caso de almacenamientos en tanques a presión).
- Dilución o tanto por ciento de pureza del almacenamiento.
Conocida la energía total liberada en el estallido, determinaremos las energías disponibles para ondas de presión y para proyectiles en función del tipo de rotura del tanque. El reparto se realiza en función de los siguientes criterios:
|
Tipo de rotura
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Fracción de la energía total utilizada en proyección de fragmentos
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Fracción de la energía total disipada en ondas de sobrepresión
|
| Frágil | 0,2 | 0,8 |
| Dúctil | 0,4 | 0,6 |
De esta forma, si llamamos f a la fracción (tanto por uno) de la energía total que se disipa en forma de ondas de sobrepresión, las energías disponibles para ondas de presión y para misiles (Ep y Em respectivamente) serán:
Ep = f · E
Em = (1 - f) E
Conocida Ep determinaremos la "escala de longitudes" mediante la ecuación:
Se determina una "escala de longitudes" que relaciona distancias con sobrepresiones reducidas P.
Finalmente, la "sobrepresión" se determina mediante:
DP = Patm · P
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.
La aplicación informática FIREX© desarrollada por el grupo GUIAR, utiliza estos modelos matemáticos para el cálculo de análisis de consecuencias de explosiones físicas y químicas.