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Direccin General de Proteccin Civil

ZOnAS DE PLAniFICACIn PARA ACCIDEnTES GRAVES

, DE TIPO TERffiiCO (en el mbito del Real Decreto 1254/99 [Seveso 11])

UNIVERSIDAD DE MURCIA

ZONAS DE PLANIFICACIN PARAACCIDENTES GRAVES DE TIPO TRMICO

(en el mbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II))

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICAUNIVERSIDAD DE MURCIA

DIRECCIN GENERAL DE PROTECCIN CIVILMINISTERIO DEL INTERIOR

2002

ZONAS DE PLANIFICACINPARA ACCIDENTES GRAVES

DE TIPO TRMICO(en el mbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II))

Enrique Gonzlez Ferrads (Coordinador)Francisco Jos Ruiz Boada (Coordinador)

Agustn Miana AznarJoaqun Navarro Gmez

Jos Ruiz GimenoJess Martnez Alonso

Edita: Direccin General de Proteccin Civil. Ministerio del InteriorServicio de Publicaciones. Universidad de Murcia

I.S.B.N.: 84-8371-352-7Depsito Legal: MU-2562-2002

Fotografas portada cedidas por: Protego, Fike Iberica y Dreams Wizards

Impreso en Espaa - Printed in Spain

Imprime: F.G. GRAF, S.L.

Presentacin ................................................................................................................. 11

Prlogo .......................................................................................................................... 13

Captulo 1. Introduccin ............................................................................................. 15

1.1. Los incendios en la industria qumica .................................................................... 151.2. Referencias bibliogrficas ...................................................................................... 18

Captulo 2. Tipologa de los incendios ....................................................................... 19

2.1. Incendios en charco o depsito .............................................................................. 192.1.1. Desarrollo del incendio ............................................................................... 192.1.2. Factores que influyen en la radiacin trmica ............................................ 21

2.1.2.1. Mecanismos de la evaporacin durante el incendio ...................... 212.1.2.2. Geometra de la llama .................................................................... 22

2.2. Bolas de fuego ........................................................................................................ 232.2.1. Definiciones de BLEVE y bola de fuego ................................................... 242.2.2. Formacin de la nube de vapor................................................................... 252.2.3. Desarrollo de la bola de fuego .................................................................... 262.2.4. Factores que influyen en la radiacin trmica ............................................ 282.2.5. Propiedades caractersticas de las bolas de fuego ...................................... 28

2.3. Dardos de fuego ...................................................................................................... 292.3.1. Definicin .................................................................................................... 292.3.2. Formacin y desarrollo del dardo de fuego ................................................ 292.3.3. Factores que influyen en la radiacin trmica ............................................ 30

2.4. Incendios flash ........................................................................................................ 312.5. Referencias bibliogrficas ...................................................................................... 32

ndice general

8 ZONAS DE PLANIFICACIN PARA ACCIDENTES GRAVES DE TIPO TRMICO

Captulo 3. Efectos de la radiacin trmica ............................................................. 35

3.1. Efectos sobre las personas ...................................................................................... 353.1.1. Quemaduras de primer grado: Tipologa y valores umbral ........................ 363.1.2. Quemaduras de segundo grado: Tipologa y valores umbral ..................... 393.1.3. Quemaduras de tercer grado: Tipologa y valores umbral ......................... 413.1.4. Factores que condicionan la mortalidad por quemaduras de segundo y

tercer grado .................................................................................................. 423.2. Efectos sobre los materiales ................................................................................... 44

3.2.1. El concepto de dosis de radiacin trmica aplicado a los materiales ........ 443.2.2. Intensidad crtica de radiacin .................................................................... 45

3.3. Referencias bibliogrficas....................................................................................... 47

Captulo 4. Modelos de clculo de la intensidad y de la dosis de radiacin trmica . 49

4.1. El modelo de fuente puntual (MFP)....................................................................... 494.1.1. La potencia total generada en los incendios ............................................... 50

4.1.1.1. Incendios en charco o depsito ...................................................... 514.1.1.2. Bolas de fuego ................................................................................ 524.1.1.3. Dardos de fuego ............................................................................. 52

4.1.2. Coeficiente de transmisividad atmosfrica ................................................. 544.2. El modelo de llama slida (MLLS) ....................................................................... 56

4.2.1. Factores de visin ........................................................................................ 574.2.1.1. Incendios en charco o depsito ...................................................... 584.2.1.2. Bolas de fuego ................................................................................ 624.2.1.3. Dardos de fuego ............................................................................. 63

4.2.2. La potencia de emisin de la radiacin trmica ......................................... 664.2.2.1. Incendios en charco o depsito ...................................................... 674.2.2.2. Bolas de fuego ................................................................................ 694.2.2.3. Dardos de fuego ............................................................................. 70

4.3. Dosis de radiacin trmica ..................................................................................... 704.3.1. Propuesta para determinar las dosis de radiacin trmica.......................... 72

4.4. Referencias bibliogrficas ...................................................................................... 74

Captulo 5. Valores lmite para establecer las zonas de planificacin en losaccidentes de tipo trmico .......................................................................................... 77

5.1. Referencia normativa .............................................................................................. 79

NDICE 9

Captulo 6. Ejemplos de clculo de zonas de planificacin .................................... 81

6.1. El programa EFFECTS 4 ....................................................................................... 816.1.1. Incendios en charco ..................................................................................... 826.1.2. Bolas de fuego ............................................................................................. 836.1.3. Dardos de fuego .......................................................................................... 85

6.2. Ejemplos de clculo para incendios en charco ...................................................... 866.2.1. Descripcin de los escenarios accidentales ................................................ 866.2.2. Datos de entrada al programa EFFECTS 4 ................................................ 866.2.3. Resultados proporcionados por el programa EFFECTS 4 ......................... 876.2.4. Tratamiento de los resultados...................................................................... 886.2.5. Zonas de planificacin ................................................................................ 89

6.3. Ejemplos de clculo para bolas de fuego ............................................................... 906.3.1. Descripcin de los escenarios accidentales ................................................ 906.3.2. Datos de entrada al programa EFFECTS 4 ................................................ 906.3.3. Resultados proporcionados por el programa EFFECTS 4 ......................... 916.3.4. Tratamiento de los resultados...................................................................... 926.3.5. Zonas de planificacin ................................................................................ 936.3.6. Validacin del procedimiento para determinar la dosis de radiacin tr-

mica para bolas de fuego ............................................................................ 946.4. Ejemplos de clculo para dardos de fuego ............................................................ 96

6.4.1. Descripcin de los escenarios accidentales ................................................ 966.4.2. Datos de entrada al programa EFFECTS 4 ................................................ 976.4.3. Resultados proporcionados por el programa EFFECTS 4 ......................... 976.4.4. Tratamiento de los resultados...................................................................... 986.4.5. Zonas de planificacin ................................................................................ 99

6.5. Referencia ............................................................................................................... 100

Captulo 7. Nomenclatura .......................................................................................... 101

ndice de Tablas ........................................................................................................... 105

ndice de Figuras ......................................................................................................... 107

Anexo. La funcin PROBIT aplicada a los accidentes de tipo trmico ................ 109

I.1. Referencias bibliogrficas ...................................................................................... 111

Presentacin

La Direccin General de Proteccin Civil, a travs del Ministerio del Interior, tieneasumidas las funciones que, como Autoridad Competente, le corresponden a nivel nacionaly ante la Unin Europea, para la transposicin, aplicacin y seguimiento de la Directiva delConsejo 96/82/CE, de 9 de diciembre (Directiva Seveso II), relativa al control de los riesgosinherentes a los accidentes graves en los que intervengan sustancias peligrosas.

La promulgacin de esta Directiva supuso respecto a la anterior legislacin Directiva82/501/CE y sus modificaciones (Directiva Seveso I) la incorporacin de nuevos criteriosque afectan entre otros a la definicin del mbito de aplicacin, a los requisitos que ha decumplir el industrial titular del establecimiento afectado, como la definicin de la polticade prevencin de accidentes graves, el desarrollo de un sistema de gestin de seguridad quedescriba los elementos puestos en juego para aplicar dicha poltica, la valoracin del efectodomin entre establecimientos prximos, etc.

La transposicin de la Directiva Seveso II a nuestro ordenamiento legal se llev a cabomediante el Real Decreto 1254/1999, de 16 de julio, y recientemente, tras un proceso deconsultas en el que han participado las partes implicadas autoridades estatales y autonmi-cas, representantes de la industria qumica, tcnicos y personal especializado, se ha elabo-rado la Directriz Bsica de Proteccin Civil para el Control y Planificacin ante el Riesgode Accidentes Graves en los que Intervienen Sustancias Peligrosas. Este documento consti-tuye la herramienta tcnica para la aplicacin del Real Decreto citado, cuyo objeto primor-dial es la prevencin de los accidentes graves y la limitacin de sus consecuencias para elhombre, el medio ambiente y los bienes. Para alcanzar esta finalidad, se estructura en elmarco de competencias de las Comunidades Autnomas el desarrollo de planes de emergen-cia exterior para los establecimientos afectados, debiendo tener en cuenta la ubicacin dedichos establecimientos en sus polticas de asignacin de suelo, realizar labores de inspec-cin, organizar la informacin a la poblacin, etc.

Ciertos elementos contemplados en el Real Decreto citado necesitan un desarrolloms pormenorizado que el recogido en la propia Directriz Bsica. La complejidad, exten-sin o justificacin de aspectos tales como la tipologa de los accidentes y las magnitudesque definen los fenmenos peligrosos, los anlisis de consecuencias y los ndices utiliza-dos para establecer las zonas de planificacin, el efecto domin, etc., demandan por partede las administraciones competentes, criterios principalmente tcnicos, de carcter homo-gneo.


Por ello, la Direccin General de Proteccin Civil ha entendido necesario elaborar guasde carcter tcnico y recomendatorio, dirigidas a establecer criterios que permitan interpre-tar y desarrollar determinados requisitos de la Directriz Bsica.

La elaboracin de estas guas precisa de informacin actualizada sobre aspectos tcni-cos y cientficos que, en una actividad de gran complejidad, como es la industria qumica,donde se incorporan continuamente nuevas tecnologas y sustancias, requiere de rigor ycalidad. Por ello, la Direccin General de Proteccin Civil cuenta con la labor asesora delGrupo de Investigacin de Seguridad e Higiene en la Industria del Departamento de Inge-niera Qumica de la Universidad de Murcia.

Ambas instituciones vienen colaborando en temas relativos a la prevencin y a la pro-teccin frente a los riesgos de accidentes asociados a la industria qumica. Como conse-cuencia de ello, el Grupo de Investigacin ha realizado diversos informes y trabajos entrelos que destaca el programa informtico AIDA para la ayuda a la interpretacin y apli-cacin del Anexo I del Real Decreto 1254/1999, de libre acceso a travs de Internet.

Como resultado del inters por ambas partes de establecer las bases de una cooperacinms intensa, se inicia una nueva etapa, en la que se desarrollarn estudios que faciliten laaplicacin de los nuevos requerimientos que demanda la normativa, a travs de esta serie deGuas Tcnicas, elaboradas por expertos de ambas instituciones.

Nos sentiramos plenamente satisfechos si estas publicaciones cumplen su objetivo, queno es otro que servir de ayuda a los sectores implicados o interesados en el complejo mbitode la seguridad industrial.

Octubre, 2002

Juan San Nicols Santamara Jos Ballesta GermnDirector General de Proteccin Civil Rector de la Universidad de Murcia

Prlogo

Entre los accidentes de mayor nivel de peligrosidad que pueden manifestarse en la in-dustria qumica destacan los diversos tipos de incendios que pueden surgir como conse-cuencia de fallos tcnicos o humanos en la utilizacin o produccin masiva de sustanciascombustibles. Dichos incendios no slo deben considerarse como un accidente aislado, sinoque en muchas ocasiones tienen carcter expansivo, generando el denominado efecto domi-n, cuyas consecuencias pueden ser ms graves que las del incendio precursor.

En sta Gua se describe la tipologa de los grandes incendios exteriores en la mencio-nada actividad, los efectos sobre los seres vivos y los materiales, definiendo las magnitudespeligrosas que producen daos, constituidas por la intensidad de radiacin trmica y el tiempode exposicin o duracin del incendio, cuya combinacin define el concepto de dosis. Seexcluye la descripcin y valoracin de otros posibles fenmenos peligrosos, como la forma-cin de productos txicos, dado que, en general, la corriente trmica ascendente los aleja delsuelo, disminuyendo as su impacto, salvo la persistencia de condiciones atmosfricas des-favorables que propicien el abatimiento de las emisiones, aspecto que se tratar implcita-mente en otra Gua.

Adems de lo anterior, se exponen los modelos de clculo internacionalmente ms acep-tados para determinar las dosis de radiacin y se hace un estudio completo de los valoreslmite propuestos para establecer las zonas de planificacin en la Directriz Bsica de Protec-cin Civil para el Control y Planificacin ante el Riesgo de Accidentes Graves en los queIntervienen Sustancias Peligrosas. Uno de los objetivos bsicos de esta Gua es exponer unametodologa para evaluar las citadas zonas en los incendios en charco, bolas de fuego ydardos de fuego. A travs de diversos ejemplos y a partir de los valores de la intensidad enfuncin de la distancia dados por el programa EFFECTS 4, de probada idoneidad para estassituaciones, se indican los criterios para determinar los perfiles de dosis que establecen elalcance de los daos.

La continuada evolucin de los conocimientos en este mbito hace que esta Gua per-manezca abierta a los avances que, con seguridad, se producirn en un futuro prximo.

Finalmente, agradecemos a Antonia Garcs y a Sonia Romn su valiosa colaboracinen la elaboracin de esta Gua.

Los autores

INTRODUCCIN 15

IntroduccinCaptulo

1

1.1. LOS INCENDIOS EN LA INDUSTRIA QUMICA

En la industria qumica se elaboran, utilizan o trasiegan productos inflamablesmayoritariamente derivados del petrleo que pueden dar origen a diversos tipos de incen-dios. Segn Crawley (1982) la mayor parte de ellos presentan en general una causa comn:La fuga masiva e incontrolada de producto sobre el medio que rodea el depsito de almace-namiento o equipo. El desarrollo posterior del suceso depende de un amplio nmero de fac-tores: estado fsico (gas y/o lquido) y caractersticas del producto, velocidad con la que seproduce la emisin o vertido, posibilidad inmediata o diferida de ignicin, etc., pero en todocaso, y desde el punto de vista de la planificacin ante accidentes graves, la radiacin tr-mica es la manifestacin ms peligrosa de los incendios.

No obstante, cabe sealar que pueden producirse otros fenmenos peligrosos, como lageneracin de sustancias txicas, ondas de presin, o formacin de proyectiles, estos lti-mos tpicos de las explosiones, dado que los incendios y las explosiones qumicas presentancaractersticas similares siendo su principal diferencia la velocidad de liberacin de energa,mucho menor en los incendios que en las explosiones, pero en esta Gua Tcnica slo sehace referencia al dao provocado por la radiacin trmica.

En la tabla 1.1 se recoge la tipologa de los incendios en funcin del estado fsico de losproductos y del momento en que se aporta la energa de activacin.

TABLA 1.1. Tipos de incendios

Denominacin Estado fsico del producto Ignicin

Incendio en charco o depsito Lquido Inmediata o diferida

Bola de fuego Gas o lquido Inmediata

Dardo de fuego Gas o lquido Inmediata o diferida

Incendio flash Gas Diferida

Resulta ilustrativo comentar algunas estadsticas sobre los incendios acaecidos en m-bitos industriales; en este sentido Planas (1989) recopila datos de diferentes organismos


Fire Protection Association (Londres); Industrial Risk Insurers (Chicago) indicados enlas tablas 1.2 a 1.7.

TABLA 1.2. Causas ms frecuentes de la gnesis de incendios de hidrocarburos

Causa del incendio Frecuencia (%)

Derrame y escape de lquido o gas inflamable 17.5

Sobrecalentamiento, superficies calientes, etc. 15.6

Fallos de tuberas y accesorios 11.1

Averas elctricas 11.1

Cortes y soldaduras 11.1

Provocados 4.9

Otras 28.7

De estos datos se deduce que las causas ms frecuentes de los incendios implican lafuga de sustancias inflamables, que incluyendo los ocurridos por fallos de tuberas y acce-sorios alcanzan el 28.6% en total.

TABLA 1.3. Localizacin de los incendios

Localizacin del incendio Frecuencia (%)

Edificios de fabricacin o procesos cerrados 42.2

Estructuras al aire libre 33.3

Almacenes 6.7

Otros 17.8

TABLA 1.4. Origen de grandes incendios en industrias qumicas y petroleras

Enclave o equipo Frecuencia, (%)

Almacenamiento: 42.0

Almacn o lugar abierto 27.0

Tanques 15.0

Equipos: 31.0

Tuberas 19.0

Reactor o mezclador 5.0

Secadero de vapor 2.5

Cabinas de pulverizacin y vaporizacin 1.0

Torres de refrigeracin 1.0

Sin especificar 2.5

Accesorios: 16.0

Acoplamientos, collarines, juntas 8.0

Equipos elctricos 8.0

Sin especificar: 11.0

INTRODUCCIN 17

Se observa que el 73 % de los incendios tiene su origen en depsitos de almacenamien-to y equipos.

TABLA 1.5. Tipos de energas causantes de la ignicin

Tipologa Frecuencia, (%)

Calor procedente de objetos calientes 29.1

Arco o sobrecarga elctrica 21.0

Calor procedente de los objetos activados por combustibles 19.0

Calor de origen natural 11.0

Fuegos abiertos o chispas 10.4

Procedente de la accin de fumar 4.2

Calor procedente de fuego exterior 2.8

Explosivos o fuegos artificiales 2.2

Otras formas 2.3

Principalmente intervienen cuatro tipos de fuentes de energa: objetos calientes, electri-cidad, objetos activados por combustibles y origen natural.

TABLA 1.6. Productos involucrados

Producto incendiado inicialmente Frecuencia (%)

Segn el estado fsico

Gas 13.0

Vapor 20.0

Lquido 25.0

Slido 29.0

Desconocido 13.0

Segn el tipo de producto

Hidrocarburos: 29.5

Gas 4.0

Lquido/vapor 23.0

Slido 2.5

Otros productos orgnicos: 29.0

Lquido/vapor 20.0

Slido 9.0

Otros productos: 41.5

Slidos celulsicos 8.0

Hidrgeno 9.0

Azufre 1.0

Desconocido 23.5

Los productos relacionados con el petrleo, sus derivados y otras sustancias orgnicasintervienen en el 60% de los casos. Segn Garrison (1986), en una revisin que abarca un


periodo de treinta aos, los GLP se han visto implicados en el 30% de los accidentes ocu-rridos en industrias qumicas que procesan o almacenan hidrocarburos.

TABLA 1.7. Factores que contribuyen a agravar los daos producidos por un incendio eninstalaciones de proceso qumico

Factores Frecuencia (%)

Ausencia de sistemas de proteccin 35.6

Fallos humanos 15.6

Presencia de otros lquidos inflamables 11.1

Rotura de otros recipientes 8.9

Acumulacin de residuos 8.9

Sistema de proteccin inadecuado o deteriorado 6.7

Otros 13.2

De los factores anteriores se destacan la ausencia o inadecuado sistema de proteccinms del 40% y el fallo humano.

1.2. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Crawley, F.K.; (1982). The effects of the ignition of a major fuel spillage. I. Chem. E.Symposium Series, 71, The Assessment of Major Hazards Symposium, 125-145.

Garrison, W.G.; (1986). One hundred largest losses-A Thirty-year review of property damagelosses in the hydrocarbon-chemical industries. Ninth Edition. M & M ProtectionConsultant, Chicago.

Planas, G.; (1989). La prevencin de incendios y explosiones en las instalaciones industria-les. Ingeniera Qumica, 141-155.

INTRODUCCIN 19

Tipologa de los incendiosCaptulo

2

2.1. INCENDIOS EN CHARCO O DEPSITO

Cuando un combustible lquido arde, lo que realmente se quema es la parte que seevapora desde la superficie del mismo, sobre la que se apoya la base de las llamas; esto es,los vapores emitidos se mezclan con el aire y cuando se sobrepasa el lmite inferior deinflamabilidad y se aporta la energa de activacin necesaria, se produce el incendio. Si estprecedido por una fuga o derrame, el lquido se extiende, ocupando una superficie que de-pende de la existencia de cubeto u obstculos que impidan su progresin. El incendio tam-bin puede tener lugar inicialmente en el propio contenedor o depsito, pero en muchasocasiones se produce la rotura del equipo produciendo la formacin del charco.

Es habitual clasificar el fenmeno descrito como incendio en pared (wall fire) o in-cendio en charco (pool fire) Joulain, 1996 segn que la base del incendio sea alargadao pueda aproximarse a crculos, cuadrados o paraleleppedos con lados no muy diferentes,si bien, como indica Fernndez Pello (1991), esta clasificacin resulta arbitraria en unbuen nmero de casos por ello, aqu se generalizan estos accidentes como incendios encharco.

2.1.1. Desarrollo del incendio

El desarrollo del incendio puede presentar diferencias segn que se produzca en charcoconfinado o no, o en un depsito. Cada uno de ellos conlleva, en general, las siguientesetapas:

Incendio en charco

1 Etapa: Iniciacin. Por sobrellenado o rotura del tanque, de una conexin, de una tubera,etc. Las causas pueden ser variadas, por ejemplo, fallo de los sistemas de control,impacto exterior, fisura provocada por fallo de soldadura, fatiga del material, etc.

2 Etapa: Fuga del contenido. Vertido del producto sobre el rea circundante, limitada o nopor un cubeto o por la topografa del terreno. La temperatura del lquido debe


ser superior a la de inflamacin. Generacin de una nube de vapor sobre el lqui-do.

3 Etapa: Incendio. La combustin de la nube se produce al encontrar un foco de ignicin.Si el incendio tiene lugar en un cubeto se puede propagar al lquido que aun per-manezca en el tanque.

Incendio en depsito referido a los de techo flotante

1 Etapa: Iniciacin. Rotura del anillo de cierre del techo flotante por desgaste, deterioro oimpacto sobre el mismo.

2 Etapa: Fuga del vapor. Emisin gaseosa de hidrocarburos, con formacin de una nubeesttica sobre el techo.

3 Etapa: Incendio. Deflagracin de la nube e incendio por electricidad esttica, fenmenometeorolgico rayo, etc. Incendio perimetral anillo de cierre, fallo de los sis-temas de extincin, posterior colapso del techo y extensin del incendio a toda lasuperficie del combustible.

Incendio en depsito boilover

Un caso particularmente grave de incendio en depsito es debido al fenmeno denomi-nado boilover o borbolln, que puede producirse sobre todo cuando se almacenan mez-clas de hidrocarburos y hay agua en la base del recipiente. Las etapas que sigue este fen-meno son las siguientes:

1 Etapa: Iniciacin. Sobrecalentamiento de la capa superficial debido a la radiacin trmi-ca generada en el incendio.

2 Etapa: Formacin de una capa de productos pesados a alta temperatura. El aumento detemperatura de la capa superficial hace que sta entre en ebullicin, experimen-tando un proceso de destilacin, donde los componentes ms voltiles son losque en mayor medida se incorporan al incendio. De esta forma, la capa superfi-cial se va enriqueciendo en componentes pesados, lo que provoca el aumento dela temperatura de ebullicin.

3 Etapa: Formacin de una onda de calor. A medida que la temperatura de destila-cin aumenta, la capa de productos pesados crece a mayor velocidad que eldescenso de la superficie del lquido, aumentando la temperatura de la faseorgnica.

4 Etapa: Proyeccin del lquido al exterior. Cuando la onda de calor alcanza la capa in-ferior acuosa se produce su vaporizacin violenta. La expansin brusca proyecta

TIPOLOGA DE LOS INCENDIOS 21

el combustible lquido al exterior que al entrar en contacto con las llamas provocala formacin de bolas de fuego o de charcos que combustionan, extendiendo elalcance del incendio.

En cualquier caso, para que se produzca este fenmeno se deben dar tres condiciones:Presencia de agua en el recipiente, generacin de la onda de calor lo que supone la existen-cia de una amplia gama de volatilidades de los componentes y que se alcance una viscosi-dad de los hidrocarburos que dificulte el paso del vapor generado.

2.1.2. Factores que influyen en la radiacin trmica

La magnitud de la radiacin trmica emitida depende de numerosos factores que sepueden agrupar de la siguiente forma:

a) Propiedades del combustible: Entalpas de combustin y de vaporizacin, tempera-tura de ebullicin y calor especfico del lquido.

b) Caractersticas de la llama: Temperatura, potencia emisiva especfica y geometraaltura de la llama y dimetro del charco.

c) Otros procesos qumicos implicados en la combustin: Formacin de humos y pro-ductos gaseosos parcialmente quemados que disminuyen la potencia emisiva de lallama.

La naturaleza de la sustancia y las caractersticas geomtricas de la llama juegan un papelfundamental en la intensidad de radiacin trmica. La primera porque determina el caudal devapor que se incorpora al incendio, aunque tambin depende de los mecanismos de evapora-cin que tienen lugar durante el evento, y la segunda porque caracteriza las dimensiones delfoco emisor. As, por ejemplo, en el caso de incendios confinados, la superficie de la base dela llama est determinada por el rea de confinamiento depsito, cubeto,... ; mientras que,por el contrario, si no hay confinamiento la superficie del charco puede sufrir variacionesimportantes desde que se inicia la fuga o derrame hasta que se produce la ignicin, alcanzandoun mximo, que posteriormente decrece a medida que se consume el producto.

Por otro lado, la radiacin trmica recibida por un objeto depende tambin de las carac-tersticas del receptor (tipo, dimensiones, ubicacin y orientacin respecto de la llama) y delas condiciones atmosfricas (la humedad y el dixido de carbono disminuyen la transmisi-vidad de la radiacin y el viento refrigera el objeto e inclina la llama).

2.1.2.1. Mecanismos de la evaporacin durante el incendio

Como se ha indicado, para que se produzca la combustin el lquido ha devaporizarse previamente. Por ello, es importante el conocimiento de los mecanismos


mediante los cuales el producto se incorpora a la fase vapor y la velocidad con la que lohace, distinguindose:

a) La evaporacin normal del lquido debida a su presin de vapor.

b) La evaporacin forzada, como consecuencia del calor transferido desde las llamasa la superficie del lquido.

La contribucin de cada uno ellos al total evaporado es funcin de la fase en la que seencuentre el incendio. As, cuando alcanza su pleno desarrollo la contribucin del segundomecanismo es determinante, suponiendo en algunos casos el 80% del total del productoevaporado. Sin embargo, en los instantes iniciales, el primer mecanismo tiene un papelimportante, sobre todo en incendios de sustancias cuya temperatura de ebullicin es inferiora la ambiental. Por ello, se distinguen dos situaciones:

a) Si el producto derramado tiene un punto de ebullicin inferior a la temperaturaambiente (gas licuado), se produce una vaporizacin sbita que facilita la forma-cin de la mezcla inflamable combustible-aire.

b) Para productos lquidos, el incendio se puede producir si sus puntos de inflamacinson inferiores a la temperatura ambiente; si son superiores no se produce.

2.1.2.2. Geometra de la llama

La geometra de la llama es otro aspecto relevante para estimar la emisin superficialde la radiacin trmica. Para definirla se recurre a diferentes modelos, siendo el ms simpleaquel que considera la llama concentrada en un punto. Otros modelos se apoyan en unadescripcin ms realista, a travs de geometras sencillas, tales como cilindros o laminas.De stas, la cilndrica es la ms utilizada, siendo las magnitudes importantes el dimetroigual al del charco o tanque y la altura de la llama coincidente con la zona visible de lamisma, tal y como se representa en la figura 2.1.

FIGURA 2.1. Representacin esquemtica de un incendio en charco modelizado con forma cilndrica.


Para estimar el dimetro del charco se debe tener en cuenta si est confinado o no. Enaquellos delimitados por cubetos, se dispone del dimetro real geometra circular o suequivalente geometra cuadrada o rectangular. Sin embargo, si no existe cubeto, el reatotal implicada no est siempre claramente definida, sobre todo si la fuga se produce sobreun terreno sin obstculos que no permita contener el derrame, si bien se puede utilizar elvalor mximo de la superficie que puede cubrir el lquido derramado. El dimetro mximoalcanzado por el charco es funcin, adems del tipo de escenario, del caudal o cantidad totalfugada y de la velocidad de evaporacin. En este sentido Mudan (1984) clasifica las posibi-lidades en tres categoras dependientes del caudal y la duracin del derrame:

a) Continuos: Cuando el caudal de fuga es aproximadamente constante durante dilata-dos perodos.

b) Instantneos: Si el derrame ocurre en un corto periodo de tiempo.

c) Discontinuos: Si el caudal de fuga vara ostensiblemente con el tiempo.

Este ltimo caso se suele incluir en alguno de los anteriores, aunque, a veces, se plan-tean dificultades para decidir la calificacin.

Para derrames continuos el lquido se extender, ampliando la zona del incendio, has-ta que la velocidad de fuga se iguale a la velocidad de evaporacin. Esta condicin permitecalcular el dimetro mximo alcanzado. En el caso de derrames instantneos se alcanza eldimetro mximo rpidamente para ir decreciendo con el tiempo, hasta que todo el productose haya consumido.

En general, las expresiones disponibles en la bibliografa para determinar la extensindel derrame proporcionan dimetros mximos que en realidad slo se mantienen duranteperiodos cortos; por ello, a efectos de estimacin del rea afectada, se recurre al uso de valorespromedio, con lo cual se consigue una aproximacin ms realista. Un inconveniente de lamayor parte de dichas expresiones es que han sido deducidas para terrenos impermeables yplanos.

Otro factor a tener en cuenta es la accin que el viento produce sobre la geometra delas llamas, que se materializa en dos efectos: El ensanchamiento de la base del incendio enla direccin del viento y la inclinacin de las llamas.

2.2. BOLAS DE FUEGO

En numerosas instalaciones industriales es comn el almacenamiento de gases bajopresin con el fin de mantenerlos en estado lquido, disminuyendo el volumen del contene-dor requerido.


En estas condiciones existe un riesgo potencial de accidente debido a un posible escapedel contenido provocado por la rotura parcial o total de los contenedores Prugh (1991a yb) ha recopilado accidentes acaecidos entre los aos 1926 y 1986. Cuando los gases soninflamables, el escape puede ir seguido de su posterior ignicin, producindose la bola defuego. Un caso particular del mismo, especialmente grave, es el denominado BLEVE se-guido de bola de fuego, conceptos que conviene definir.

2.2.1. Definiciones de BLEVE y bola de fuego

Estos fenmenos suelen aparecer asociados (Winder y cols, 1992; Melhem y Croce,1993), si bien cabe resear que bola de fuego y BLEVE son fenmenos distintos. Esto que-da reflejado en la definicin inicial para BLEVE propuesta por Wall (1978) trmino queutiliz para describir el dao producido por la explosin sufrida por un reactor de una plantaqumica debido a una sobrepresin y la ofrecida por la NFPA (1986), utilizada por otrosautores Kletz (1977), Lees (1980), Prugh (1991a, 1991b) o McDevitt (1992): BLEVE,acrnimo ingls correspondiente a Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, supone larotura catastrfica de un contenedor que almacena un gas licuado por encima de su puntode ebullicin a la presin atmosfrica, produciendo la fuga instantnea y masiva de dicholquido a la atmsfera. El rpido descenso de la presin a que se ve sometido el productofugado en el momento de la rotura, provoca un flash explosivo de una parte del lquido queforma una nube de vapor mezcla de aire y material fugado. Si el producto es inflamabley encuentra un punto de ignicin puede producirse la combustin de la mezcla, dando lugaral segundo fenmeno peligroso, esto es, la bola de fuego fireball. Este ltimo fenmeno sepuede producir, tambin, a partir de una nube no confinada de vapor inflamable, sin serprecedido por una BLEVE.

Los productos que han provocado bolas de fuego incluyendo las BLEVEs seguidasde bola de fuego han sido generalmente gases licuados almacenados bajo presin, comoGLP propano y butano, productos de sntesis etileno, propileno, cloruro de vinilo, etc., y,en menor medida, el gas natural.

Cabe aadir que la cantidad de sustancia involucrada en una bola de fuego es funcinde la magnitud de la evaporacin inicial de producto fugado. Segn Johnson y Pritchard(1990) se puede estimar la cantidad implicada en el flash inicial a partir de datos relaciona-dos con las condiciones de la fuga y la propiedades termodinmicas de la sustancia fugada,fijando el lmite del 35%, por encima del cual la totalidad de la masa participa en la bola defuego, no producindose incendio en charco. Un criterio similar ha sido utilizado anterior-mente por Hasegawa y Sato (1977), quienes observan experimentalmente que cuando elflash inicial es igual o superior al 36% del total, el incendio desarrollado es una bola defuego, mientras que si el flash es inferior al 20% se produce un incendio en charco. En elintervalo comprendido entre ambos valores, pueden producirse los dos tipos de incendios.


2.2.2. Formacin de la nube de vapor

La formacin y evolucin de la nube de vapor o gas inflamable es decisiva en la gene-racin y desarrollo posterior de la bola de fuego.

El mecanismo de formacin de la nube de gas inflamable ha sido descrito mediante dosmodelos. El primero, propuesto por Hardee y Lee (1975), est basado en la conservacin dela cantidad de movimiento inicial de la fuga y el segundo, propuesto por Maurer (1977),est condicionado por un proceso de difusin turbulenta.

El primer modelo parte de la hiptesis siguiente: Rotura de un contenedor que almace-na un gas licuado a temperatura por encima de su punto de ebullicin; evaporacin sbitaque conlleva la expansin rpida de una mezcla de vapor y lquido en forma de aerosol;mezcla con el aire circundante en ausencia de focos de ignicin. Se supone la formacininicial de una nube hemisfrica, situada a nivel del suelo. Aplicando el principio de conser-vacin de la cantidad de movimiento se obtienen relaciones para el tamao de la nube enfuncin del tiempo y para el caudal de descarga. Asimismo, determinan el tiempo transcu-rrido desde la fuga para que la concentracin media de la nube se encuentre por debajo dellmite inferior de inflamabilidad, obteniendo valores muy pequeos pocos segundos.

El modelo de Maurer (1977) describe mejor el proceso de mezcla en la nube. Se tratade un tratamiento terico en el que inicialmente se parte de un ncleo central de concentra-cin homognea rodeado por una regin donde la concentracin desciende con la distanciasiguiendo un modelo gaussiano. Este ncleo se rompe en diferentes fragmentos que se des-plazan rpidamente, expandiendo la nube y por tanto aumentando su volumen. Esta expan-sin provoca la entrada de aire y la aparicin de zonas heterogneas formadas por combus-tible puro, mezclas combustible/aire y aire sin mezclar, cuyos volmenes y concentracionesvaran continuamente con el tiempo. Este modelo permite el clculo de la distribucin deconcentraciones con el tiempo y el radio de la nube que an no se ha diluido, a travs decoeficientes de difusin obtenidos experimentalmente.

El tiempo para que la concentracin media de la nube se site por debajo del lmiteinferior de inflamabilidad, calculado mediante este modelo, es igualmente muy pequeo,aunque algo superior al que se obtiene aplicando la metodologa de Hardee y Lee (1975);as, para una masa de 1000 kg de propano, los tiempos obtenidos son 2.5 y 1.6 segundos,respectivamente.

En consecuencia, se deduce que para que se produzca una bola de fuego, la fuente deignicin debe encontrarse cerca del punto donde se genera la fuga, lo cual es una justifica-cin ms de la asociacin entre BLEVEs y bolas de fuego.


2.2.3. Desarrollo de la bola de fuego

Una vez iniciada la combustin de la nube de vapor, la evolucin en los primerosmomentos y su desarrollo posterior dependen de varios factores, entre los que cabe sealar:

a) Cantidad de movimiento inicial, funcin, a su vez, de la velocidad impuesta por elflash inicial.

b) Efectos de la elevacin.

c) Enfriamiento por radiacin.

Las etapas implicadas en el desarrollo de la bola de fuego, han sido descritas por High(1968) y por Crawley (1982). Ambos autores distinguen tres fases principales:

1 Etapa: Fase de crecimiento. Que, a su vez, se puede subdividir en dos subetapas. En laprimera, en la cual se alcanza aproximadamente la mitad del dimetro mximo,la temperatura de la llama llega a 1300 C y se produce la vaporizacin y reca-lentamiento de la nube. El proceso de mezcla aire-combustible durante este pe-riodo es rpido y est potenciado por la turbulencia debida a la alta velocidad delflash (McQuaid, 1975). En la segunda, se alcanza el dimetro mximo y la tem-peratura de la llama desciende hasta aproximadamente 1100 C, debido a efectosprovocados por los humos y otros productos parcialmente quemados. Se estimaque la duracin de esta fase representa el 12% del tiempo total de duracin de labola y coincide aproximadamente con el perodo en el que la bola permanece sinapenas despegar del suelo.

2 Etapa: Fase de incendio estable. Es la de mayor duracin; en ella se mantiene aproxima-damente constantes el dimetro de la bola de fuego y su temperatura.

Se observa una serie de vrtices en la superficie cuya geometra es aproximada-mente esfrica y comienza a elevarse sobre el suelo, adquiriendo forma de hon-go. La aireacin a travs de la superficie es ms efectiva que la observada paralos incendios en charco, lo cual permite justificar que los valores de la potenciaemisiva especfica sean mayores que en estos ltimos, debido a la mayor rapidezdel proceso y la elevada eficacia de la combustin, sin formacin de inquemadosy hollines. A su vez, segn High (1968), el proceso de elevacin conlleva un aportesuplementario de aire por la parte inferior, que arrastra hacia la bola el combus-tible que se encuentra a nivel de suelo, lo cual genera un vstago incandescente yla forma tpica de hongo figura 2.2.


As pues, la geometra evoluciona desde una semiesfera a la tpica forma de hon-go finalmente un toroide, pasando por la forma esfrica cuando las fuerzasascensionales comienzan a ser predominantes.

3 Etapa: Fase de extincin. La llama se hace ms tenue observndose pequeos destellosprovocados por acumulaciones de combustible que arden sin producir humos.

En el caso particular de las bolas de fuego asociadas a la generacin previa de unaBLEVE, el desarrollo de este accidente en la mayora de las situaciones puede describirse atravs de las siguientes etapas:

1 Etapa: Iniciacin. Se supone la generacin de un incendio exterior. La radiacin yconveccin trmicas o el contacto directo de la llama inciden sobre el depsito oequipo considerado calentando el producto y, por consiguiente, aumentando lapresin de vapor de ste. En las paredes se forman burbujas de vapor nucleacinque se desprenden y se incorporan a la fase gas.

2 Etapa: Fuga. El aumento de presin y el debilitamiento del material por la elevada tem-peratura exterior supera la resistencia mecnica del contenedor provocando surotura brusca. Este efecto es ms intenso en la zona del contenedor en contactocon la fase gaseosa, debido al menor coeficiente de transferencia de calor, propi-ciando un incremento mayor de la temperatura del material.

3 Etapa: Generacin de la bola de fuego. El producto fuga de forma bifsica, produciendoadems un intenso flash que rompe la masa lquida proyectndola a gran veloci-dad. El incendio exterior inflama la zona de la nube con concentraciones dentrodel intervalo de inflamabilidad, iniciando la formacin de la bola de fuego, cuyadescripcin se ha comentado anteriormente, que depende, segn Chen y cols(1998), del volumen de llenado del contenedor, de la naturaleza del productoinvolucrado y de la temperatura y presin en el interior del recipiente.

FIGURA 2.2. Evolucin de la geometra de la bola de fuego durante su desarrollo (High, 1968).

Movimientos dentrode la bola de fuego


Conviene indicar que la secuencia descrita no es la nica que origina BLEVEs y bolasde fuego. As, Moorhouse y Pritchard (1982) basndose en observaciones experimentalessealan que aunque las bolas de fuego se deben en la mayor parte de los casos a fugas rpi-das de producto en contenedores presurizados, tambin se han producido en tanques atmos-fricos sometidos a un incendio, al manifestarse el fenmeno denominado boilover (Garo,Vantelon y Fernndez-Pello, 1996), que como se indico anteriormente, provoca la proyec-cin sbita y violenta del liquido inflamable debido a la vaporizacin repentina de agua uotros lquidos de elevadas presiones de vapor contenidos en el fondo del tanque.


Los factores que influyen en la magnitud de la radiacin trmica generada por las bolasde fuego son los mismos que los descritos para los incendios en charco o depsito, es decir,aquellos relacionados con las propiedades del combustible implicado entalpa de combus-tin, temperatura de ebullicin, etc., las caractersticas de la llama potencia emisiva espe-cfica, geometra y los procesos qumicos que tienen lugar en la combustin sin apenasformacin de humos debido a la mejor aireacin del sistema. No hay diferencias con losincendios en charco en relacin a los parmetros que condicionan la radiacin recibidadependientes del receptor y de las condiciones atmosfricas. As pues, la naturaleza de lassustancias y las caractersticas geomtricas de la llama juegan un papel esencial en la inten-sidad de la radiacin trmica que llega al objeto expuesto.

Para la estimacin de la radiacin trmica generada se recurre a distintos modelos, loscuales consideran la bola de fuego bien como un punto donde se concentra la llama, o comouna esfera que se mueve desde el suelo y cuyo volumen aumenta durante la elevacin, sien-do los parmetros ms importantes el dimetro mximo, el tiempo de duracin y la potenciaemisiva especfica, que se analizan ms adelante.

2.2.5. Propiedades caractersticas de las bolas de fuego

Las caractersticas primarias de las bolas de fuego son el dimetro, el tiempo de duracin yla altura mxima alcanzada. A travs de diferentes estudios, ha quedado establecido lo siguiente:

a) Los valores de las caractersticas citadas son cuasi independientes de la naturalezade la sustancia implicada en el incendio, dependiendo fundamentalmente de la can-tidad involucrada.

b) Se ha encontrado relaciones de tipo potencial entre dichas magnitudes y la masaque participa en la combustin.

c) El crecimiento del dimetro es muy rpido, y, como se ha indicado anteriormente,en los primeros momentos alcanza su valor mximo, producindose entonces el des-pegue del suelo, mantenindose la bola elevada hasta la finalizacin del suceso.


d) El tiempo de duracin de la bola es pequeo; incluso para grandes cantidades desustancia, no suele ser superior a un minuto. En la bibliografa se presentan discre-pancias en cuanto a su definicin. As, Hardee y Lee (1977) lo establecen, aproxi-madamente, en el doble del tiempo de despegue; Gayle y Brandsford (1965) lo es-tipulan como el perodo de visibilidad; Roberts (1982), como el perodo durante elcual la bola se comporta como una fuente de radiacin efectiva y Fay y Lewis (1977y 1979) como el tiempo de combustin completa.

e) La altura mxima se define normalmente como la separacin mxima alcanzadadesde el suelo hasta el centro de la bola. Se ha observado experimentalmente queuna bola de fuego se eleva continuamente hasta el momento de su extincin. Engeneral, se admite que la altura oscila entre 0.75 y 1.5 veces el dimetro mximoHigh (1968), Hasegawa y Sato (1978), Center for Chemical Proccess and Safety(1989), Johnson y Pritchard (1990).

2.3. DARDOS DE FUEGO

2.3.1. Definicin

Un dardo de fuego se puede definir como: La ignicin de una fuga continua de gaseso vapores inflamables contenido en tuberas o en recipientes sobrepresionados. As pues,el escape no es debido a una rotura catastrfica del contenedor que dara lugar en la mayo-ra de las casos a una bola de fuego, sino que se produce a travs de un orificio pequeorespecto al tamao del contenedor, o por escape de una tubera, generndose una salida tur-bulenta del combustible en forma de chorro.

En la iniciacin de la combustin tiene una gran importancia la velocidad de salida del pro-ducto. Wohl y cols (1949) tras estudiar el proceso de mezcla despus de la fuga y el comporta-miento de la combustin, han llegado a la conclusin de la existencia de una velocidad mnimade salida del combustible para la formacin del dardo de fuego, denominada velocidad crtica.

2.3.2. Formacin y desarrollo del dardo de fuego

Se puede suponer las siguientes fases de desarrollo:

1 Etapa: Iniciacin: Fisura o rotura pequea de un contenedor o tubera de interconexinque almacena o transporta un combustible bajo presin. Las causas de dicha ro-tura pueden ser variadas impacto exterior, fallos en soldaduras, bridas o vlvu-las, fatiga del material, etc..

2 Etapa: Fuga: En general, al tratarse en la mayor parte de los casos de gases licuados,almacenados bajo presin, se supone que la fuga se produce inicialmente en fase


Lo

ng

itu

d d

e l

a l

lam

a

tubera

Zona de despegue

lquida producindose un flash que depende de las condiciones termodinmicasdel fluido. Ms tarde, dependiendo de la posicin del orificio y de las caracters-ticas del fluido, la fuga puede producirse en estado vapor. El rgimen de la fugasuele ser muy turbulento, lo que facilita la incorporacin de aire y el proceso demezcla con ste.

3 Etapa: Ignicin: Segn sea el escenario accidental, la evolucin del proceso difiere: Siinmediatamente a la fuga se encuentra un punto de ignicin se produce el dardode fuego; por el contrario, si no hay un foco de ignicin prximo, se origina unanube constituida por el flash inicial y, en su caso, por la evaporacin desde elcharco, que evoluciona en funcin de las caractersticas orogrficas y meteorol-gicas. Si en su recorrido, la nube encuentra un foco de ignicin y deflagra (incen-dio flash), el frente de llama retrocede hacia el origen del chorro y si ste persistese genera el dardo de fuego.


Al igual que ocurre con los dos incendios anteriores, la radiacin trmica generada porun dardo de fuego depende de numerosos factores, relacionados fundamentalmente con laspropiedades del combustible fugado entalpa de combustin, temperatura de ebullicin...,las caractersticas de la llama potencia emisiva y geometra, los procesos qumicos impli-cados en la combustin formacin de humos, entre otros, as como las caractersticas dela fuga velocidad de salida del gas- y las condiciones ambientales presencia de viento.

En el caso de incidencia directa del dardo sobre los elementos prximos, los efectosson considerablemente superiores a los debidos a la radiacin.

En cuanto a la geometra de la llama, la figura 2.3 representa esquemticamente undardo de fuego.

FIGURA 2.3. Representacin esquemtica de un dardo de fuego.


Los dardos son modelizados de diferentes formas segn la metodologa de calculo parala estimacin de la intensidad de radiacin trmica. As, para las ms sencillas, se considerala llama concentrada en un punto, mientras que aquellas que requieren una descripcin msajustada a la realidad lo configuran como un tronco de cono o un cilindro. De stas, la geo-metra cnica truncada es la ms utilizada, siendo las magnitudes ms importantes paraestablecer la radiacin trmica, la longitud, las anchuras de las bases y el ngulo de orien-tacin del dardo con respecto al suelo o a la vertical.

Con relacin a las condiciones de la fuga, interesa tener en cuenta la distancia dedespegue lift off y la velocidad de salida del chorro. La primera se define como la longi-tud medida desde el orificio de salida hasta donde se inicia la llama figura 2.3. Esta sepa-racin es debida a que la turbulencia de salida del gas impide la combustin estable. En estesentido, Kent (1968) ha evaluado dicho aspecto, llegando a la conclusin que cuando ladescarga es inferior a 0.2 Mach, la distancia de despegue es prcticamente nula, inicindoseel dardo en el mismo orificio. En cuanto a la velocidad de salida, se ha constatado que elincremento de su valor provoca un descenso en la fraccin de energa radiante y, por consi-guiente, en los niveles de radiacin recibida (TNO, 1997).

Otro aspecto fundamental en la evaluacin de la radiacin trmica es la presencia deviento, ya que su influencia en la geometra del dardo es mucho mayor que en los incendiosen charco y en las bolas de fuego.

2.4. INCENDIOS FLASH

Este accidente hace referencia a la combustin de nubes de vapor no confinadas queest caracterizada por la gran rapidez del frente de llama. La secuencia tpica de este eventopuede describirse de la forma siguiente:

1 Etapa: Fuga: El producto fugado debe ser un gas combustible licuado o no que irrumpecomo tal o se genera como consecuencia de la rpida vaporizacin desde un char-co.

2 Etapa: Dispersin: El gas es arrastrado y dispersado por el aire. Generalmente, el pro-ducto tiene una temperatura inicial inferior a la ambiental como consecuenciade la expansin cuasi adiabtica de la fuga y en la mayora de los caso su masamolecular es superior a la del aire. Ambas caractersticas originan una nube den-sa que avanza reptando por las zonas ms bajas del terreno, condicionando ladispersin, que se produce de forma ms lenta que la de los gases ligeros o neu-tros.

3 Etapa: Ignicin: Si la nube encuentra un punto de ignicin se produce la combustin dela regin de la nube donde la concentracin est comprendida entre los lmites deinflamabilidad. Si la ignicin se produce cerca de la fuga y el volumen fugado es


importante puede producirse una bola de fuego, en la que interviene toda la masafugada que se halla por encima del lmite inferior de inflamabilidad.

Debido a la elevada velocidad del frente de llama se originan ondas de presin cuyosefectos se hacen sentir a mayores distancias que la radiacin trmica, denominndose comoexplosin de nube de vapor no confinada EVNC. La transicin entre el incendio y laexplosin que depende en gran medida de la masa de vapor de la sustancia inflamableimplicada es difcil de precisar. En cualquier caso, slo se suelen considerar los efectos dela radiacin trmica dentro de la nube, ya que el tiempo de duracin de la combustin esmuy pequeo aunque la intensidad es elevada.

Finalmente, cabe indicar que si el incendio flash tiene lugar en el interior de un dep-sito o recinto confinado se puede producir una explosin, que puede ser detonante, por loque los fenmenos peligrosos de mayor significacin son mecnicos ondas de presin eimpulso mecnico as como la formacin de proyectiles, denominndose a este eventoexplosin confinada o, en su caso, de depsito o contenedor.


Center for Chemical Process and Safety (AIChE) and Technology, Inc.; (1989). Guidelinesfor chemical process quantitative risk analysis, pp 126, 142, 159, 161, 169. (Citado porPrugh, 1994).

Chen, H.; Lin, M.; Chao, F.; (1998). Thermal response model and thermal risk analysis forLPG Storage. J. Chin. Inst. Chem. Engrs., 29(1), 45-52.

Crawley, F.K.; (1982). The effects of the ignition of a major fuel spillage. I. Chem. E.Symposium Series, 71, The Assessment of Major Hazards Symposium, 125-145.

Fay, J.A.; Lewis, D.H.; (1977). Unsteady burning of unconfined fuel vapour clouds. 16th

Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, 1397-1405.Fay, J.A.; Desgroseilliers, G.J.; Lewis, D.H.; (1979). Radiation from burning hydrocarbon

clouds. Combust. Sci. Technol., 20, 141-151.Fernandez-Pello, A.C. (1991). Proceedings of The ASME/JSME Termal Engineering Joint

Conference. J.R. Lloyd and Y. Kurosaki, eds., ASME Book 10309E; 261.Garo, J.P., Vantelon, J.P.; Fernndez-Pello, A.C.; (1996). Effects of the fuel boiling point on

the boilover burning of liquid fuels spilled on water. 26th Symposium (International) onCombustion, The Combustion Institute, 1461-1467.

Gayle, J.B.: Brandsford, J.W.; (1965). Size and duration of fireball from propellant explosions.NASA Report TMX-53314. (Citado por Lihou y Maund, 1982).

Hardee, H.C.; Lee, D.O.; (1975). The expansion of clouds from pressurised liquids. Accidentanalysis and prevention, 7, 91-102.

Hardee, H.C.; Lee, D.O. (1977). A simple conduction model for skin burns resulting fromexposure to chemical fireballs. Fire Research, 1, 199-205.

Hasegawa, K.; Sato, K.; (1977). Study on the fireball following steam explosion of n-pentane.Proceedings of the Second International Symposium on Loss Prevention and Safety


Promotion in the Process Industry, Heidelburg, 297-304. (Citado por Lihou y Maund,1982).

Hasegawa, K; Sato, K.; (1978). Tech. Mem. Fire Res. Inst., 12, Tokio. (Citado por Lihou yMaund, 1982).

High, R.W.; (1968), The saturn fireball. Annals of New York Academy of Science, 152,441-451.

Johnson, D.M.; Pritchard, M.J.; (1990). Large escale experimental study of boiling liquidexpanding vapour explosions (BLEVES), Gastech LNG/LPG Conference and Exhibition,Gastech.

Joulain, P.; (1996). Convective an Radiative Transport in pool and wall fires: 20 years ofresearch in Poitiers. Fire Safety Journal, 26, 99-149.

Kent, G.R.; (1968). Practical Design of Flare Stacks. Hydrocarbon Processing, 43(8), 122.Kletz, T.A.; (1977). Unconfined vapor cloud explosions. AIChE Loss prevention, 11, 50,

Appendix 1.Lees, F.P.; (1980). Loss prevention in the process industries. Butterworth. (Citado por Crocker

y Napier, 1988).Lihou, D.A.; Maurd, J.K,; (1982). Thermal radiation hazard from fireball. I. Chem. E.

Symposium Series, 71, The Assessment of major Hazards Symposium, 131-224.Maurer, B.; Hess, K.; Giesbrecht, H.; Leuckel, W.; (1977). Modelling of vapour cloud

dispersion and deflagration after bursting of tanks filled with liquefied gas. Proceedingof 2nd International Loss Prevention Symposium, Frankfurt, European Federation ofChemical Engineers, 305-321.

McDevitt, C.A.; (1992). Initiation of a boiling liquid expanding vapour explosion. Diss. Abstr.Int. B, 53(1), 432-433.

McQuaid, J., (1975). Air entrainment into blended axisymetric sprays. I. Mech. E.Proceedings, 189.

Melhem, G.A., Croce, P.A.; (1993). Data summary of the National Fire ProtectionAssociations BLEVE test. Process Safety Progress, 12(2), 76-82.

Moorhouse, J.; Pritchard, M.J.; (1982). Thermal radiation hazards from large pool fires andfireballs - A literature review. I. Chem. E. Symposium Series, 71, The Assessment ofMajor Hazards Symposium, 397-428.

Mudan, K.S.; (1984). Thermal radiation hazards from hydrocarbon pool fires. Prog. EnergyCombust. Sci., 10, 59-80.

National Fire Protection Association, (1986). Fire protection handbook, 16 th. (National FireProtection Association, (1987), Manual de Proteccin contra incendios. EditorialMAPFRE S.A., Madrid.)

Prugh, W.; (1991a). Quantify BLEVE hazards. Chemical Engineering Progress, 1, 66-72.Prugh, W.; (1991b). Quantitative evaluation of BLEVE hazards. J. of Fire Prot. Engr., 3(1),

9-24.Roberts, A.F.; (1982). Thermal radiation hazards from release of LPG from pressurized

storage. J. Fire Safety Studies, 4, 197-212.TNO; (1997). Methods for the calculation of physical effects (The yellow book), Chapter 6

Heat flux from fires. C.J.H. van den Bosch y R.A.P.M. Weterings, eds. The Hague (Ho-landa).


Wall, M.L.; (1978). Just What is a BLEVE. Fire Journal, NFPA, Mass, 46.Winder, C.; Tottszer, A.; Navratil, J.; Tandon, R.; (1992). Hazardous materials incidents

reporting: Results of a nationwide trial. Journal of Hazardous Materials, 31, 119-134.Wohl, K.; Gazley, C.; Kapp, N.; (1949). 3rd Symposium (International) on combustion, The

Combustion Institute, 288. (Citado por Crocker y Napier, 1988).


Efectos de la radiacin trmicaCaptulo

3

La propiedad peligrosa derivada de los incendios en recintos abiertos es la radiacintrmica emitida. Sus efectos sobre los seres vivos y los materiales son diversos y dependende variados factores, resultando importante definirlos dado que son el punto de partida paradeterminar las zonas afectadas por estos accidentes.

Otro riesgo derivado de los incendios es la formacin de sustancias txicas y humos,cuyo estudio presenta una gran dificultad, debido a la complejidad de los procesos qumicosque tienen lugar y a la variedad de factores que intervienen. Pero, en todo caso, los efectossobre los elementos vulnerables situados en los alrededores de instalaciones exteriores personas y medio ambiente resultan de menor importancia, ya que el transporte trmicovertical aleja los productos del suelo, salvo que se presenten condiciones meteorolgicasmuy desfavorables para la dispersin. Lo que sigue hace mencin exclusivamente a los efectosde la radiacin trmica.

3.1. EFECTOS SOBRE LAS PERSONAS

El efecto principal que la radiacin trmica produce en los seres vivos y particularmen-te en el hombre, se manifiesta en quemaduras de distinto nivel y gravedad, que dependern,entre otros factores, del tipo de incendio involucrado. As, en incendios en charco se produ-cir una respuesta del sujeto expuesto, que tratar de protegerse o alejarse del foco emisor,mientras en que incendios flash o bolas de fuego, las posibilidades de proteccin disminu-yen dada su corta duracin.

En general, la accin de la radiacin trmica sobre las personas se puede concretar endos tipos de efectos: fisiolgicos y patolgicos. Los primeros son de menor importancia,caracterizndose por el aumento en el ritmo cardiaco, mayor grado de transpiracin y ligeraelevacin de la temperatura corporal. El nivel de dao producido es mnimo, por lo que enningn caso merecen mayor atencin. Los efectos patolgicos se concretan en quemadurasproducidas como consecuencia de la absorcin de calor a travs de la piel.

Las quemaduras se clasifican generalmente en las siguientes categoras: De primero,segundo y tercer grado algunos autores incluyen un cuarto grado. Esta clasificacin se


basa en la extensin y profundidad del dao, relacionada con la temperatura alcanzada porla piel, que depende de la intensidad de radiacin recibida y del tiempo de exposicin.

Varios autores Buettner (1951a), Hardee y Lee (1977) han relacionado la temperatu-ra alcanzada por la piel a distintas profundidades con el tiempo de exposicin a la radiacin.Sin embargo, la temperatura no es un criterio til para establecer el nivel de dao produci-do. Es ms adecuado el concepto de dosis de radiacin trmica, que pone de manifiesto ladependencia del dao producido con los factores siguientes: La intensidad de radiacin in-cidente, I, y el tiempo de exposicin, t

e. La definicin matemtica de dosis comnmente

aceptada TNO (1989), Shield (1995), es la siguiente:

D I te=4 3/ (3.1)

De la misma forma que se dispone de valores umbral de temperatura para los distintosniveles de dao, sera conveniente disponer de los valores umbral de dosis equivalentes. Aeste respecto se comenta a continuacin la bibliografa ms relevante.

3.1.1. Quemaduras de primer grado: tipologa y valores umbral

Las quemaduras de primer grado producen un dao superficial, caracterizado por elenrojecimiento y sequedad de la piel que provoca sensacin dolorosa. No aparecen ampo-llas y la sensacin de dolor crece a medida que aumenta el tiempo de exposicin. No requie-re asistencia mdica, ya que los daos producidos son reversibles al cabo de uno o dos das.

FIGURA 3.1. Datos experimentales obtenidos por Buettner (1951b) para alcanzar la sensacin de dolory recta de ajuste.

10

9

8

7

6

5

4

3

2

Tiempo de exposicin, s

5 6 7 8 9 20 30 40 5010

Inte

nsid

ad d

e r

adia

ci

n, kW

/m2

EFECTOS DE LA RADIACIN TRMICA 37

Partiendo de datos experimentales obtenidos por Buettner (1951b) representados en lafigura 3.1 se puede establecer un valor umbral a partir del cual comienza la sensacin dedolor y se produce este tipo de quemaduras.

La correlacin entre el tiempo de exposicin, en segundos, y la radiacin incidente, enkW/m2, obtenida mediante el ajuste de los datos de la figura 3.1 es la siguiente:

( )t Ie

= 35 1 33/ . (3.2)

que puede ser modificada mediante:

DI = I4/3t

e 115 (kW/m2)4/3s (3.3)

donde DI es la dosis de radiacin para quemaduras de primer grado, (kW/m2)4/3s, que res-

ponde a la definicin de dosis indicada por la ecuacin 3.1.

Mediante las funciones PROBIT (Finney, 1971) anexo I se ha estimado el efecto dela radiacin trmica sobre personas debido a explosiones nucleares (Eisenberg, 1975). En elcaso de incendios de hidrocarburos, la radiacin trmica tiene una longitud de onda mayorque la generada en las explosiones nucleares, de manera que la energa trmica que se trans-mite es mayor que la puesta en juego en las radiaciones nucleares. En este sentido, TNO(1989) modifica las expresiones iniciales de Eisenberg (1975), para tener en cuenta lo ante-rior, utilizando datos experimentales de Stoll y Chianta (1969), proponiendo la ecuacinsiguiente:

)(ln0186.3+-39.83=3/4

etIP (3.4)

donde P es la funcin PROBIT.

A partir de la ecuacin 3.4 puede obtenerse la expresin de la dosis:

(3.5)

La figura 3.2 compara las ecuaciones 3.3, obtenida a partir de los datos de Buettner, yla 3.5, propuesta por TNO (1989) para el 1, 10 y 50% de poblacin afectada (la relacinentre el PROBIT y el porcentaje de poblacin afectada se indica en el anexo I).

La proximidad de las lneas correspondientes a las ecuaciones 3.3 y 3.5 (para el 1% deafectados) puede considerase aceptable, de manera que la primera puede representar un valorumbral conservador mnimo para la gnesis de quemaduras de primer grado en personasexpuestas a incendios de hidrocarburos.

Este lmite es corroborado por Bagster y Pitblado (1989) que constatan la aparicin de

P + 39.83


estas quemaduras para dosis de 118 (kW/m2)4/3s 4.7 kW/m2 durante 15 s. El mismo valorde intensidad fue anteriormente propuesto por Robertson (1976) como lmite para causardolor sin aparicin de ampollas quemaduras de primer grado, si bien no establece el tiem-po de exposicin.

Por otra parte, Mudan (1984) indica que la exposicin prolongada a una radiacin de1.7 kW/m2 no produce sensacin de dolor, casi coincidente con lo publicado por Bagster yPitblado (1989) y el Center for Chemical Process Safety (1989) que la sitan en 1.6 kW/m2.Esto es, dicho valor puede considerarse como el lmite inferior de aplicabilidad de la ecua-cin 3.3, de manera que para valores inferiores a 1.7 kW/m2 el tiempo de exposicin notiene influencia en el nivel de dao.

Si se tiene en cuenta que la radiacin mxima que recibe una persona en un da deverano soleado alcanza el valor de 1 kW/m2, la propuesta de Mudan (1984) puede parecerexcesiva, dado que, como es sabido, una exposicin prolongada bajo dichas condicionespuede producir daos considerables. Sin embargo, a efectos de planificacin ante incendios,el valor aportado por Mudan puede considerarse adecuado, dado que, en general, la pobla-cin est protegida por la ropa y, adems, alcanzar algn enclave protegido en un tiempono muy alto (segundos o minutos).

FIGURA 3.2. Representacin de las ecuaciones 3.3 datos de Buettner y 3.5 TNO (1989) paraquemaduras de primer grado.


3.1.2. Quemaduras de segundo grado: tipologa y valores umbral

Las quemaduras de segundo grado afectan considerablemente a la epidermis capaexterna de 0.05 a 0.1 mm de espesor, provocando la aparicin de ampollas, presentando elresto un aspecto hmedo y enrojecido, siendo necesario el tratamiento mdico para recupe-rar la zona daada.

Se puede encontrar un valor de la dosis umbral que provoca la formacin de ampollasen seres humanos a partir de los datos experimentales obtenidos por Stoll y Green (1952) yMetha y cols (1973), recogidos en la figura 3.3.

La ecuacin analtica ajustada es la siguiente:

(3.6)

siendo DII la dosis de radiacin para quemaduras de segundo grado, (kW/m2)4/3s, donde puede

observarse que esta ecuacin adopta la misma forma que la 3.1.

Bagster y Pitblado (1989) proponen como dosis umbral la equivalente a recibir unaintensidad de radiacin de 4.7 kW/m2 durante 30 s. El valor resultante, 236 (kW/m2)4/3s, seaproxima al anterior. Lihou y Maund (1982), ajustan los datos publicados por Stoll y Chianta(1971), experimentando con piel de cerdo, obteniendo la siguiente relacin:

FIGURA 3.3. Datos experimentales obtenidos por Stoll y Green (1952) y Metha y cols (1973) y recta deajuste para quemaduras de segundo grado.


(3.7)

que puede transformarse en una ecuacin anloga a la 3.6, esto es:

DII = I1.4 t

e = 239 (kW / m2)1.4s (3.8)

proporcionado tambin un valor numrico prximo a los anteriores, si bien se observa unaligera variacin del exponente de la intensidad de radiacin trmica.

TNO (1989) propone igualmente una ecuacin para el clculo de la dosis para quema-duras de segundo grado basndose en la metodologa PROBIT, obteniendo:

)(ln0186.3+4-43.1=3/4

etIP (3.9)

a partir de la cual se obtiene el valor de dosis siguiente:

(3.10)

donde, de nuevo, la dosis ser funcin del PROBIT y por tanto del porcentaje de poblacinafectada. En la figura 3.4 se representan las ecuaciones 3.6 y 3.10, estimando para esta l-tima el 1, 10 y 50 % de poblacin afectada.

FIGURA 3.4. Representacin de las ecuaciones 3.6 y 3.10, para valores umbral de quemaduras desegundo grado.

P + 43.14


En este caso se observa una menor concordancia de las ecuaciones 3.6 y 3.10 (1% depoblacin afectada), con relacin a la obtenida para quemaduras de primer grado ecuaciones3.3 y 3.5 (1% de poblacin afectada). Una posible razn de esta desviacin puede deberseal mtodo utilizado por TNO para obtener la ecuacin 3.10, consistente en la interpolacinterica entre las funciones PROBIT correspondientes a quemaduras de primer grado y elumbral inferior de letalidad.

En definitiva, la ecuacin 3.6 se estima ms adecuada para la determinacin del valordel umbral de quemaduras de segundo grado, dado que se ha obtenido a partir de datosexperimentales con humanos, y resulta concordante con los encontrados por diversos auto-res, antes citados.

3.1.3. Quemaduras de tercer grado: tipologa y valores umbral

Las quemaduras de tercer grado se extienden a la dermis capa interna de la piel de 1a 2 mm de espesor donde se alojan terminaciones nerviosas y races capilares, provocandola insensibilidad de la parte afectada que presenta aspecto seco, de diversa coloracin tantoms oscura cuanto mayor sea el nivel de dao. Esta zona es vulnerable a los agentespatgenos que pueden dar lugar a infecciones, por lo que requiere atencin mdica urgentey en muchos casos los daos son irreversibles, pudiendo provocar la muerte.

En este caso no se dispone de relaciones suficientemente contrastadas para establecerla dosis umbral. TNO (1989) evala la probabilidad de muerte por quemaduras de este tipomediante la funcin PROBIT siguiente:

(3.11)

a partir de la cual puede obtenerse la dosis umbral para este nivel de dao:

(3.12)

donde DIII

es la dosis de radiacin trmica para quemaduras de tercer grado, (kW/m2)4/3s.

Hardee y Lee (1973), partiendo del modelo de Bader (1971) para el clculo de la inten-sidad de radiacin trmica generada por una bola de fuego, indican que valores de radiacinde aproximadamente 114 kJ/m2 puede provocar quemaduras de tercer grado en pocos se-gundos.

)(ln 56.2 + 36.38- = 3/4 !"

# ! "

!!! = =+

4 3

12 80

2 56/

.

.exp

P + 36.38


TABLA 3.1. Relacin de mortalidad en funcin de la edad y del porcentaje de reaquemada (Bull, 1971)

% rea Edad (aos) quemada 0-4 10-14 15-19 20-24 25-29 30-34 35-39

93 1 1 1 1 1 1 1 1 88-92 0.9 0.9 0.9 1 1 1 1 183-87 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1 1 78-82 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 73-77 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 068-72 0.6 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 063-67 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 058-62 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 053-57 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 048-52 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.5 043-47 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 038-42 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 033-37 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 028-32 0 0 0 0.1 0.1 0.1 0.1 023-27 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.18-22 0 0 0 0 0 0 0.1 0.113-17 0 0 0 0 0 0 0 0 8-12 0 0 0 0 0 0 0 0 3-7 0 0 0 0 0 0 0 0 0-2 0 0 0 0 0 0 0 0

45-49 50-54 55-59 60-64 65-69 70-74 75-79 93 1 1 1 1 1 1 1 1 88-92 1 1 1 1 1 1 1 1 83-87 1 1 1 1 1 1 1 1 78-82 1 1 1 1 1 1 1 1 73-77 1 1 1 1 1 1 1 1 68-72 0.9 0.9 1 1 1 1 1 163-67 0.9 0.9 1 1 1 1 1 158-62 0.8 0.9 0.9 1 1 1 1 153-57 0.7 0.8 0.9 0.9 1 1 1 148-52 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1 1 143-47 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1 1 138-42 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1 1 33-37 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 0.9 1 28-32 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.9 1 23-27 0.2 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.9 18-22 0.1 0.1 0.2 0.30 0.4 0.6 0.8 13-17 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 08-12 0 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 03-7 0 0 0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.0-2 0 0 0 0 0.1 0.1 0.2 0.2

3.1.4. Factores que condicionan la mortalidad por quemaduras de segundo y tercergrado

Cuando se producen quemaduras de segundo y tercer grado existe una cierta probabi-lidad de mortalidad que depende de la superficie cutnea daada y de la edad. La tabla 3.1pone de manifiesto esta relacin para una poblacin desprovista de ropa.


La situacin habitual, sobre todo en mbitos industriales, es que la poblacin al ir ves-tida encuentre una importante proteccin frente a la radiacin trmica, siempre que la ropano alcance los lmites de ignicin. La tabla 3.2 recoge la distribucin, en porcentaje, de lapiel segn las distintas partes del cuerpo.

TABLA 3.2. Distribucin en porcentaje de la piel por zonas para personas con edadsuperior a 15 aos (Brandwonden, 1979)

Parte del cuerpo Porcentaje de piel sobre la totalidad

Cabeza 7

Cuello 2

Tronco (torso) 13

Tronco (espalda) 13

Glteos 5

Genitales 1

Brazos 8

Antebrazos 6

Manos 5

Muslos 19

Pantorrillas 14

Pies 7

Zona desnuda 20

Las partes sombreadas de la tabla 3.2 suelen encontrarse desnudas. En la tabla 3.1 pue-de obtenerse la probabilidad de mortalidad para la poblacin afectada por este porcentaje depiel quemada ver tramo correspondiente a 18-22% de rea quemada, observndose unareduccin significativa de la mortalidad respecto a poblaciones desprovistas de ropa.

Si se produce la ignicin de la ropa, se considera que la mortalidad es prcticamentesegura. Segn TNO (1989) la dosis de radiacin lmite -definida como D=I2t- para que seproduzca la ignicin est comprendida entre 2.5104 y 4.5 104 (kW/m2)2s. Este intervalodepende de las caractersticas y espesor de los tejidos utilizados.

Si no se produce la ignicin de la vestimenta TNO estima para una distribucin depoblacin similar a la holandesa que slo el 14% de los individuos afectados sufrirn quema-duras de segundo y tercer grado con resultado de muerte. Por ello, para cuantificar el nmerode fallecimientos en poblaciones vestidas, TNO propone el siguiente procedimiento:

1. Conocida la dosis, calcular la funcin PROBIT para mortalidad mediante la ecua-cin 3.11 vlida para poblaciones desnudas.

2. Con el valor de PROBIT as calculado, determinar el porcentaje de mortalidad tabla I.1, anexo I.


3. Multiplicar el valor del porcentaje de mortalidad por 0.14 para determinar el por-centaje real de fallecimientos, como consecuencia de la proteccin proporcionadapor la ropa.

Obsrvese que el 14 % corresponde, segn la tabla 3.2, al rea de la piel que general-mente estar expuesta cabeza, cuello y manos.

3.2. EFECTOS SOBRE LOS MATERIALES

La radiacin trmica puede afectar a edificaciones y equipos de proceso cercanos alorigen del accidente. El estudio de estos efectos debe concentrarse sobre aquellos compo-nentes esenciales de estas construcciones; en este sentido TNO (1989) considera los siguientesmateriales crticos:

a) Madera.b) Materiales sintticos.c) Vidrio.d) Acero.

considerando dos niveles de dao:

Nivel 1, que supone la ignicin de los mismos, as como la rotura de vidrios o fallos deelementos estructurales de edificios.

Nivel 2, de menor importancia, en los cuales se produce decoloraciones serias en la super-ficie del material, desprendimiento de pinturas y deformaciones apreciables de ele-mentos estructurales de edificios, sin que se produzca el colapso.

3.2.1. El concepto de dosis de radiacin trmica aplicado a los materiales

La estimacin de valores umbral a partir de los cuales se producen daos en materialespresenta una gran complejidad, dada la diversidad de parmetros y circunstancias que afec-tan al fenmeno tales como el tipo de material constructivo del contenedor, espesor, geo-metra, contacto o no con la llama, contenido del recipiente, revestimientos, aislamiento,condiciones de almacenamiento, etc., lo que justifica la escasa bibliografa publicada sobreeste tema. Por otra parte, estos aspectos estn directamente relacionados con la manifesta-cin del denominado efecto domin que tiene lugar cuando un accidente primario pro-voca otro secundario, cuyas consecuencias pueden ser ms importantes que las ocasiona-das por el precursor.

Segn Robertson (1976) pueden producirse incendios secundarios en edificacionescuando stas se hallen sometidas a flujos de radiacin superiores a 12.6 kW/m2 y en plantas


de proceso y tanques de almacenamiento de productos inflamables cuando la radiacin seasuperior a 37.8 kW/m2. El valor lmite para edificaciones es inferior al de plantas de procesodebido a la generacin de mayores emisiones de vapores inflamables en los elementos es-tructurales de madera, papel, plsticos, recubrimientos, etc. El segundo lmite se fundamen-ta en estudios sobre distribucin de tanques de almacenamiento de productos inflamables,donde se establece que, por razones de seguridad ante el incendio de un tanque, cualquierotro contiguo no debe recibir una radiacin superior al valor indicado. El citado autor esta-blece un lmite de tiempo en torno a 20 minutos para que se produzca la ignicin del ele-mento vulnerable, prximo al considerado por Lihou y Maund (1982) -17 minutos, quienesproponen la utilizacin de la siguiente ecuacin para la gnesis de incendios secundarios enedificaciones:

(kW/m2)s (3.13)

y para equipos de proceso y tanques de almacenamiento:

(kW/m2)s (3.14)

Sin embargo, ante la variedad de circunstancias que pueden tomar parte en estos fen-menos, la utilizacin de las ecuaciones 3.13 y 3.14 debe tomarse con muchas reservas.

3.2.2. Intensidad crtica de radiacin

Dada la dificultad para establecer y utilizar valores umbral de dosis de radiacin, TNO(1989) propone el concepto de intensidad crtica de radiacin para estimar el nivel dedao sobre materiales. Partiendo del concepto de dosis es evidente que cuanto mayor sea laintensidad de radiacin trmica recibida, menor debe ser el tiempo de exposicin necesariopara producir la ignicin del material. Sin embargo, en el extremo opuesto, por debajo de undeterminado valor de intensidad, se puede observar que no se produce la ignicin aunque eltiempo de exposicin sea muy elevado. Este valor define la intensidad crtica de radiacinpara materiales, concepto que supone el umbral inferior a partir del cual se aplica el concep-to de dosis.

Como se puede apreciar en la representacin genrica de la figura 3.5, la intensidadcrtica de radiacin necesaria para producir la ignicin presenta un valor cuasi asinttico amedida que aumenta el tiempo de exposicin.

TNO (1989) propone valores de intensidad crtica de radiacin trmica orientativos paraestimar daos de nivel 1 y 2 para materiales comunes de construccin tabla 3.3.

!H = .12 6 103

0

H!

0

3 10.837=


Figura 3.5. Representacin genrica de la intensidad critica de radiacin para materiales.

Tiempo de exposicin

Inte

nsid

ad r

adia

nte

Intensidad crtica de radiacin, ICR

TABLA 3.3. Intensidades crticas de radiacin y temperaturas de ignicin para diferentesmateriales (TNO, 1989)

Daos de nivel 1 Daos de nivel 2

Material ICR

, kW/m2 T, K ICR

, kW/m2 T, K

Madera 15 683 2 373

Sinttico 15 2 373

Vidrio 4 393 - -

Acero 100 773 25 473

Otros autores Romano y cols (1885) recogen diferentes valores de intensidad crticao mxima tolerables para varios materiales, indicados en la tabla 3.4.


TABLA 3.4. Intensidades de radiacin mxima tolerable para diferentes materiales(Romano y cols, 1985)

Material Mxima radiacin tolerable, kW/m2

Cemento 60

Cemento precomprimido 40

Hormign 200

Acero 40

Madera 10

Vidrio 30-300

Pared de ladrillos 400

Puede observarse las discrepancias con los valores de TNO, si bien los autores antescitados no indican el nivel de dao considerado.


Bader, D.E.; Donaldson, A.B.; Hardee, H.C.; (1971). Liquid-propellant rocket abort fire model.Journal of Spacecraft and Rockets, 8(12), 1216-1219.

Bagster, D.F; Pitblado, R.M.; (1989). Thermal hazards in the process industry. ChemicalEngineering Progress, 7, 69-75.

Brandwonden; (1979). Philips-Duphar Nederland B.V., Amsterdam. (Citado por TNO, 1989).Buettner, K.; (1951a). Effects of extreme heat and cold on human skin. I. Analysis of

temperature changes caused by different kinds of heat application. J. Appl. Physiol., 3,691-702.

Buettner, K.; (1951b). Effects of extreme heat and cold on human skin. II. Surface temperature,pain and heat conductivity in experiments with radiation heat. J. Appl. Physiol., 3,703-713.

Bull, J.P.; (1971). Revised analysis of mortality due to burns. Medical Research CouncilIndustrial Injuries and Burns Unit, Birmingham Accident Hospital, Birmingham, TheLancet, 1133-1134. (Citado por TNO, 1989).

Center for Chemical Proccess and Safety (AIChE) and Technology, Inc.; (1989). Guidelinesfor chemical process quantitative risk analysis. pp 126, 142, 159, 161, 169. (Citadopor Prugh, 1994).

Eisenberg, N.A.; Lynch, C.J.; Breeding, R.J.; (1975). Vulnerability Model: A simulation systemfor assessing damage resulting form marine spills (VMI). US Coast Guard, Office ofResearch and Development, Report n. CGD-137-75, NTISAD-015-245. (Citado porTNO, 1989)

Finney, D.L.; (1971). Probit analysis. Cambridge University Press, London. (Citado por TNO,1989).

Hardee, H.C.; Lee, D.O.; (1973). Thermal hazard from propane Fireballs. Transportationplanning and technology, 2, 121-128.

Hardee, H.C.; Lee, D.O. (1977). A simple conduction model for skin burns resulting fromexposure to chemical fireballs. Fire Research, 1, 199-205.


Lihou, D.A.; Maund, J.K.; (1982). Thermal radiation hazard from fireball. I. Chem. E.Symposium Series, 71, The Assessment of Major Hazards Symposium, 191-224.

Metha, A.K.; Wong, F.; Williams, G.C.; (1973). Measurement of flammability and burnpotential of fabrics. Summary Report to NSF-Grant #GI-31881, Fuels ResearchLaboratory, Massachussetts Institute of Technology, Cambridge, Massachussetts. (Ci-tado por Mudan, 1984).

Mudan, K.S.; (1984). Thermal radiation hazards from hydrocarbon pool fires. Prog. EnergyCombust. Sci., 10, 59-80.

Robertson, R.B.; (1976). Spacing in chemical plant design against loss by fire. I. Chem. E.Symposium Series, 47, Accidental release, assessment containment and control, 157.

Romano, A.; Piccinini, N.; Bello, G.C.; (1985). Evaluacin de las consecuencias de incen-dios, explosiones y escapes de sustancias txicas en plantas industriales. IngenieraQumica, noviembre, 271.

Shield, S.R.; (1995). The modelling of BLEVE fireball transients. I. Chem. E. SymposiumSeries, 139, 227-236.

Stoll, A.M.; Chianta, M.A.; (1969). Method and rating system for evaluation of thermalradiation. J. Appl. Physiol., 14, 373-382.

Stoll, A.M.; Chianta, M.A.; (1971). Trans. N.Y. Acad. Sci., 649-670. (Citado por TNO, 1989).Stoll, A.M.; Greene, L.C.; (1952). Relationship between pain and tissue damage due to

thermal radiation. J. Appl. Physiol., 14, 373-382.TNO; (1989). Methods for the determination of possible damage. The green book CPR

16E. CIP-data of the Royal Library. The Hague, The Netherlands.


Modelos de clculo de la intensidady de la dosis de radiacin trmica

Captulo

4

La estimacin de la intensidad de la radiacin trmica recibida por elementos vulnera-bles situados en los alrededores de los incendios requiere el conocimiento de numerosasvariables, tales como la geometra del incendio, el calor generado por la combustin, la frac-cin que es emitida en forma de radiacin, la posible formacin de humos, la radiacinabsorbida por la atmsfera, la posicin del objeto, etc. Para los distintos tipos de incendios,se han desarrollado varios modelos de clculo siendo los ms citados los que se indican enla tabla 4.1.

TABLA 4.1. Modelos semiempricos para estimar la radiacin trmica generada enincendios de productos inflamables

Modelos puntuales Fuente Puntual (MFP)

Fuente Mltiple (MFPM)

Modelos de superficie emisora Llama slida (MLlS)

Radiador Equivalente (MRE)

Radiador Equivalente Aproximado (MREA)

De todos ellos, los ms utilizados son el de fuente puntual (MFP), que es el de mayorsencillez, y el de llama slida (MLlS), ms riguroso al adaptarse mejor a la realidad delfenmeno. Ambos modelos se describen a continuacin.

Una vez determinada la intensidad trmica sobre cualquier receptor, se puede abordarel clculo de la dosis de radiacin, cuyas relaciones causa-efecto se han tratado en el cap-tulo anterior. Al final de este captulo se procede al desarrollo de las expresiones generalesde la dosis de radiacin sobre los seres humanos, teniendo en cuenta los distintos tiempos deduracin de los incendios, lo que obliga a considerar hiptesis diferentes en cuanto al esta-blecimiento de los tiempos de exposicin.

4.1. EL MODELO DE FUENTE PUNTUAL (MFP)

Los supuestos en que se basa la aplicacin de este modelo son los siguientes:


1. El proceso de combustin se concentra en un punto, desde donde se emite toda laenerga radiante.

2. Para cada sustancia la energa radiada es una fraccin de la energa total producidaen el proceso de combustin.

3. La propagacin de la radiacin sigue una geometra esfrica, teniendo como origenel punto donde se supone concentrado el incendio.

Segn esto, la intensidad de radiacin que incide sobre un rece

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