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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.
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.
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.
En primer lugar, se determina la longitud característica de Sachs mediante la expresión:
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.
Entonces, la sobrepresión máxima directa relativa de Sachs puede determinarse mediante:
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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:
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: