domingo, 1 de abril de 2007

BLEVE Y BOILOVER

El termino BLEVE fue utilizado por primera vez en el año 1957 cuando los ingenieros norteamericanos James B.Smith, Williams S. Marsh y Wilbur L. Walls investigaban las causas de una explosión de un recipiente de acero utilizado para la producción de resina fenolica a partir de la formalina (disolución de formaldehído en agua) y fenol. A partir del descubrimiento de este fenómeno estrictamente físico que no requiere de ningún tipo de reacción química y que se puede producir hasta en calentadores de agua y calderas, el modelo pudo llegar a explicar una serie de accidentes ocurridos en el pasado y que no se podían estimar explicaciones; por lo tanto si el liquido es inflamable, combustible, reactivo, venenoso, tóxico etc. indudablemente los riesgos aumentan considerablemente. La palabra BLEVE esta formada por cinco letras que definen el fenómeno, que en ingles seria "Boiling Liquid Expanding Vapor Explosión" esto significaría definido "EXPLOSIÓN POR LA EXPANSIÓN DE LOS VAPORES DE LOS LÍQUIDOS EN EBULLICIÓN".En consecuencia podemos definir a la explosión BLEVE como la ruptura ya sea en dos o mas pedazos de un recipiente, con proyección de fragmentos a grandes distancias, un inmenso frente de fuego con grandes distancias en su entorno y elevación acompañado de la correspondiente radiación calórica y onda expansiva (en el caso especifico de los líquidos inflamables y combustibles que acompañan el mayor poder destructor), debido a un fenómeno "especial" que se da en ciertas circunstancias, no obstante la primera esencial pero no suficiente, es que el gas licuado o el liquido se encuentre a una temperatura mayor a la que se encontraría de estar a presión atmosférica normal, entonces la temperatura de ebullición (a 1 Atm) a de ser bastante menor a la que se encuentra el liquido dentro del recipiente.No obstante se deben dar tres condiciones necesarias para la producción de este fenómeno:1) Tiene que tratarse de un gas licuado o un liquido sobrecalentado y a presión.2) Que se produzca una súbita baja de presión en el interior del recipiente, esta condición puede ser originada por impactos, rotura o fisura del recipiente, actuación de un disco de ruptura o válvula de alivio con diseño inadecuado. 3) También es necesario que se den condiciones de presión y temperatura a los efectos que se pueda producir el fenómeno de nucleación espontánea, con esta condición se origina una evaporación de toda la masa del líquido en forma de flash rapidísima, generada por la rotura del equilibrio del líquido como consecuencia del sobrecalentamiento del líquido o gas licuado.

A continuación se dará explicación de estas tres condiciones esenciales:
1-Liquido sobrecalentado y bajo presión Los gases licuados se deben encontrar a una temperatura "bastante superior" a la que se encontraba si estuviese a presión atmosférica normal (1 Atm) no es suficiente que se encuentre a unos pocos grados por encima de su temperatura ya que esta es una condición bastante común en la mayoría de los gases licuados (GLP, Amoniaco, Cloro), algunos criogénicos (CO2, Nitrógeno, etc.).También ocurre con los líquidos que se encuentran por encima de su temperatura de ebullición, cuando los recipientes que los contienen entran en contacto con fuentes de calor y estando bien cerrados aumentan su presión, este es un caso muy común en ciertos incendios donde la intensidad del mismo involucra recipientes que se encuentren en el lugar.Por tales motivos dos grandes categorías de productos pueden ocasionar BLEVES como:l) Todos los gases licuados almacenados a temperatura ambiente inflamables o no.ll) Los líquidos que accidentalmente entran en contacto con fuentes de calor.Conforme a lo desarrollado para que exista una BLEVE la primer condición esencial pero no suficiente es el sobrecalentamiento de los gases licuados o los líquidos, pero también es necesario que se encuentren a presión y en el caso de los líquidos que no se almacenan presurizados, esta condición de presión es debido a su aumento cuando accidentalmente se calienta.2-Súbita baja de presión La segunda condición necesaria pero no suficiente es que dentro del recipiente que contiene el líquido se produzca un súbito descenso de la presión.Cualquier problema de colapso estructural del recipiente, fisura u oquedad que pueden ser producidas por causas mecánicas, grietas en las chapas del tanque, impactos, choque o vuelcos de la cisterna bajo presión en su transporte.Es importante aclarar que esto no ocurriría con los líquidos inflamables y combustibles que no están presurizados, luego del colapso por fallas mecánicas, choques o impactos a lo sumo se produciría el derrame del producto.También puede producirse una BLEVE por causas térmicas, la resistencia del acero al carbono disminuye gradualmente al aumentar la temperatura por encima de los 204°C, los datos se basan en aceros con bajo contenido de carbono no obstante las curvas varían en el caso de otros aceros, pero el efecto de perdida de resistencia es relativamente similar con el aumento de temperatura en los metales comunes inclusive a temperaturas no tan criticas como las que desarrolla un incendio, (fig.1.2); en el caso de los aceros utilizados comúnmente en la construcción de tanques para GLP pueden colapsar a presiones de 14 a 20 Kg/cm2, por calentamiento de la chapa entre los 650 a 700 °C, debido a que la resistencia se reduce un 30% comparativamente a temperaturas normales.


Conforme a lo expresado el calor en contacto con el tanque tiene un doble resultado peligroso, en primer lugar el debilitamiento de la estructura metálica del mismo y en segundo lugar el incremento de la presión interna del líquido.Como también la entrada en funcionamiento de un dispositivo de alivio de presión de aplicación directa sobre el recipiente que incontrolada y súbitamente libere el exceso de presión, puede dar lugar a una BLEVE.Esto se debe al comportamiento de las válvulas de seguridad, las mismas tienen la función de aliviar el exceso de presión conforme a una calibración estipulada, lo que les permitirá en caso que el tanque este expuesto al fuego de descargar parte del producto en estado de ebullición, pero bajo ningún concepto estos dispositivos evitaran la producción de una BLEVE o el debilitamiento de la chapa por el sobrecalentamiento, en el mejor de los casos retrasaran el momento de la explosión.


A pesar que no se cuenta con información puntual que documente que alguna BLEVE se produjo a causa de un dispositivo de alivio es importante desarrollar dos posibilidades que de presentarse al mismo tiempo "pueden" dar lugar a la misma:1- Que este calibrada a una presión superior aquella cuya correspondiente temperatura sea más elevada a la de la línea de sobrecalentamiento, lugar donde es posible la nucleacion espontánea. 2- Que el dispositivo sea de gran caudal lo que originara en muy pocos instantes la evacuación de gran cantidad de producto dando lugar a una súbita caída de presión, esto ocurrirá con un disco de ruptura no así con una válvula de alivio que al descender la presión inmediatamente se ira cerrando a la calibración que estaba regulada
. 3-Nucleacion espontánea. Es importante resaltar que referente a la teoría de R.C.REID y KING sobre la nucleacion espontánea, aunque todavía se continúan las experimentaciones parece confirmar dichas hipótesis.Esta es la tercera y más específica condición para que ocurra una explosión BLEVE, una evaporación en masa tipo flash en milésimas de segundo que haga de desencadenante para el fenómeno.Conforme a lo realizado por estos investigadores y otros, se puede explicar el mecanismo de esta explosión partiendo previamente del fenómeno de vaporización en las distintas condiciones de presión y temperatura.Por ejemplo:- Tenemos un gas licuado o líquido sobrecalentado encerrado en un depósito y en equilibrio con su vapor a la presión correspondiente a las condiciones de equilibrio.- Por cualquier motivo o causa mecánica se produce la falla de la chapa del depósito, formándose una grieta, fisura, agujero.- En consecuencia se producirá una súbita caída de presión, por consiguiente el líquido debería comenzar a hervir y a bajar su temperatura a través de toda su masa hasta llegar al nuevo valor de presión (que será el valor de la presión atmosférica).- Habrá por lo tanto un gas licuado o un líquido por encima de la temperatura a la que teóricamente estaría en equilibrio a la presión atmosférica, esto dará lugar a un desequilibrio que producirá una ebullición violenta que puede terminar de colapsar, rajar o fisurar él deposito.Conforme a lo investigado por REID y de acuerdo a la teoría cinética de los gases, cabe aclarar que no se producirá nucleacion espontánea y evaporación en flash hasta que alcance una determinada temperatura para cada producto.La vaporización súbita en caso de BLEVE se considera en el orden de un 10% para los gases, un 25% para los gases criogénicos y un 50% para los gases no criogénicos. Esta súbita vaporización puede evacuar desde un tercio y la mitad de su volumen en el caso del Propano contenido, en algunas BLEVES, se pudo observar fragmentos que pesan varias toneladas pueden salir proyectados a grandes distancias (300 y 600 metros) y en algunos casos en los que fueron despedidos a 2500 metros. Al producirse esta expansión se forma la típica bola de fuego (para el caso de los líquidos inflamables y combustibles) donde un porcentaje del liquido sale despedido de la zona de la explosión a alta velocidad, parte de este producto no llega alcanzar su temperatura de ignición, yendo a caer a grandes distancias en estado liquido y frío, hubo casos de encontrar el pavimento de asfalto disuelto a 800 metros del sitio de la BLEVE a causa del gas en estado liquido, en otros casos comentarios hechos por los bomberos que combatían un incendio en momentos de la ocurrencia de una BLEVE; manifestaban que sintieron el fresco al pasar cerca de ellos el gas licuado y frío.- Sistemas modernos de prevención de BLEVES. A continuación desarrollaremos los aspectos puntuales de campo de investigación actual sobre sistemas de prevención que ayuden a evitar la ocurrencia de estos fenómenos.1- Estudio de nuevos diseños de discos de ruptura y válvulas de seguridad (alivio).2- Colocación en el interior de los recipientes de mallas que retarden la aparición de la BLEVE.3- Adición de núcleos iniciadores de ebullición para evitar la nucleacion espontánea.- Introducción de mallas retardantes de BLEVES. Hasta la actualidad existen dos sistemas de retardo de aparición de BLEVES basándose en mallas introducidas dentro de los recipientes uno de origen Canadiense el otro Alemán. Son mallas de material de aluminio de pequeñas celdillas hexagonales que pueden formar capas compactas dentro del producto cubriendo todo su volumen, consiguiendo tres efectos:a- En caso del recipiente ser atacado por un fuego exterior reparte el calor en todo el interior evitando el ablandamiento puntual del sector donde acomete la llama, evitando la formación de la temida fisura donde comienza el colapso del recipiente.b- Como se menciona anteriormente al distribuir homogéneamente el calor principalmente en la fase gaseosa evita el aumento de presión en la cámara de vapores (parte superior de la cisterna).c- En caso de encontrarse dentro del recipiente aire en los limites de explosividad, esta malla también evitaría la posible explosión por detonación de la mezcla explosiva, debido a que como se menciona favorece la distribución homogénea del calor generado y su apagado.No obstante lamentablemente estos dispositivos tienen algunos aspectos desfavorables:1- Su relativo alto costo.2- Se pierde el 2% del volumen real del recipiente.3- Aumento del peso muerto en unos 1500 Kg. (conforme al peso de una cisterna de 40 m3)4- Problemas de falta de fluidez en líquidos viscosos, reacciones con productos químicos.5- Complica las reparaciones y revisiones del tanque.- Adición al fluido de núcleos iniciadores de la ebullición. Esta es un área todavía en experimentación, se observaron buenos resultados en la adición al fluido de ciertos geles o líquidos preparados para que se comporten como tales, dispersados homogéneamente en toda la masa del líquido con el objetivo de evitar la nucleación espontánea.


1-REBOSAMIENTOS DE LIQUIDOS COMBUSTIBLES.

Dentro de los fenómenos fisico-quimicos devastadores de incendio tienen ganada su reputación los “rebosamientos” en incendios de líquidos combustibles.En muchos Países han ocurrido a consecuencia de estos siniestros y causas asociadas verdaderas catástrofes, principalmente en vidas de Bomberos, Brigadistas Industriales y personal de apoyo.Existen tres mecanismos de rebosamientos dependiendo de ciertas causas y circunstancias:
-REBOSAMIENTO POR EBULLICION
“BOILOVER”
-REBOSAMIENTO SUPERFICIAL
“SLOPOVER”
-REBOSAMIENTO ESPUMOSO
“FROTHOVER”
De estos tres fenómenos el “Boilover” es el mas peligroso, debido a su potencial intensidad, sin subestimar o minimizar las reacciones del Slop. Y Forthover. Distintas causas obraron para que estos siniestros cobren tantas vidas, la principal y como reglas que se pueden aplicar a la vida misma fue la organización, el desconocimiento, la imprevisión etc. de estos fenómenos por las organismos de emergencia, llevándolos a subestimar la situación; la falta de equipamiento adecuado, minimizando el margen de seguridad y como así también la información errónea del real contenido del tanque por parte de la empresa siniestrada hacia los Bomberos, esto surge rápidamente del análisis de los hechos que tuvieron en algunos casos verdadera relevancia internacional. .



2-BOILOVER (Rebosamiento por ebullición).
En todo incendio de tanque/s de almacenaje de petróleo y que haya volado el techo, producto de la explosión inicial, durante el desarrollo del siniestro las capas compuestas por las fracciones de líquidos livianos se van destilando a través de la combustión del producto; esto es visible por las grandes llamas rojas y naranjas con desprendimiento de inmensas columnas de humo negro.El resto del componente del petróleo que son las fracciones pesadas conforman una “onda convectiva de calor” que mediante este proceso comienza en sentido inverso a descender, realizando lo que se conoce como “intercambio de capas frías por capas calientes” estas capas calientes forman la onda de calor. Las fracciones pesadas y calientes a temperaturas de entre los 200 a 300ºC aprox. Se calcula que realizan el descenso a 1 metro por hora aprox. por otro lado la zona de combustión sobre la superficie del líquido, zona de llama va quemando y descendiendo a unos 30cm por hora aprox.
Esta onda de calor convectiva al tomar contacto con el agua decantada en el fondo del tanque produce una súbita transformación a vapor supercalentado expandiéndose 1:1700/2000 veces dependiendo de la temperatura del líquido, dando lugar al rebosamiento de todo el contenido. Pensemos que el agua en estado liquido se expande 1700 veces a 100ºC y un aspecto fundamental que marca el comienzo del rebosamiento aparte del tremendo ruido como a frituras producto del contacto del agua con las capas calientes; es el súbito incremento de la temperatura y la radiación térmica entorno a toda la zona.El combustible es lanzado fuera del tanque en una explosión violenta formando una columna ascendente que en algunos casos supero los 30 metros de altura aprox. expandiéndose hacia los costados hasta tomar contacto con la tierra y proseguir propagándose y trasladándose en todas direcciones destruyendo todo lo que encuentra a su paso, en algunos casos la temperatura supero los 1200ºC. La presencia de fuerte viento (-1988- Punta Alta, provincia de Buenos Aires, Argentina) y la irregularidad del terreno (-1982-Tacoa, Venezuela) en parte pueden ser factores determinantes para propagar el rebosamiento hacia algunos lugares mas que a otros.



3-Tres condiciones fundamentales deben darse para que se produzcan estos fenómenos.












1- Incendio total de un tanque con voladura del techo.






Los incendios en tanques de almacenaje se pueden dar de varias formas para este caso es decisivo que el techo haya volado a causa mayormente de la explosión inicial que dio lugar al incendio. En los tanques de techo fijo y cónico, esta parte es de suma importancia para las emergencias de incendio ya que los techos actúan como fusibles siendo la parte más débil de toda su estructura.






2- Presencia de agua en estratos o capas del combustible y en el fondo del tanque.






El agua convive continuamente con el petróleo, forma parte del mismo y siendo mas pesada en los tanques de almacenaje siempre tendremos restos de agua decantada en el fondo. Pero también se forman en los estratos intermedios emulsiones de agua libre y petróleo, principalmente esto dependerá del trabajo que tuvo el deposito en tareas de llenado o bien de exportación; el agitamiento de los líquidos conforman estas emulsiones que son las que provocan inicialmente los slopover.






3- Desarrollo de la “onda de calor”, intercambio de capas frías por capas calientes.






Esta característica también es determinante, ya que en monoproductos es poco probable que se forme la onda de calor por no existir el intercambio de capas frías por capas calientes que convectivamente desciendan hasta contactar las emulsiones de agua o el agua decantada en el fondo del tanque. Pero en productos como el petróleo estos fenómenos se producen indefectiblemente, ya que el petróleo tiene en su composición fracciones livianas y fracciones pesadas, como se menciona. Las personas a cargo de dotaciones de Bomberos o Brigadistas Industriales que deban combatir incendios de tanques de almacenaje de petróleo deben dar por hecho que estos fenómenos se producirán. En consecuencia están obligados a tomar las medidas de seguridad, prevención y contingencia para evitar serios desastres y accidentes entre el personal. Para tener en cuenta la importancia y el papel determinante que tiene la onda de calor; un incendio en un tanque de petróleo a la vera de un camino en el estado de Texas, USA; los Bomberos habían extinguido el incendio y en momentos que creían haber finalizado se produjo el Boilover, porque? La onda de calor a pesar que en la superficie las llamas se extinguieron, continuo descendiendo en la intimidad del tanque y a través del producto hasta tomar contacto con el agua y rebosar todo el petróleo fuera del depósito, varios bomberos resultaron con quemaduras.




Los Boilovers pueden ocurrir de varias formas, no obstante se puede establecer un patrón en el proceso de la reacción pero no siempre debemos pensar que puede darse de esta forma.Por ejemplo se han observado siniestros en los cuales antes del Boilover se produjeron hasta dos Slopover o rebosamientos superficiales (-1980-Caleta Cordova, provincia de Chubut, Argentina). Como se menciona anteriormente la posibilidad de la producción de slopover va a depender del movimiento del fluido en el tanque, en consecuencia es una información vital que se debe constatar en la emergencia.


4-SLOPOVER (Rebosamiento superficial).
Este fenómeno tiene la misma mecánica de producción que el Boilover, y como se menciona se produce en líquidos combustibles como el petróleo que tiene varios componentes, unos livianos y otros mas pesados con distintas temperaturas de destilación. Tras el incendio y el intercambio de capas frías por capas calientes que dan lugar a la formación de la onda de calor; esta puede encontrarse durante su descenso con estratos de agua o emulsión de agua/petróleo a distintas distancias debajo de la superficie; la onda convectiva toma contacto con estas capas de agua libre, produciendo un rebosamiento superficial con derrames parciales, sin grandes consecuencias de propagación. Este proceso se puede volver a repetir, en tal sentido los bomberos no deben confiarse que se haya producido el Boilover, pues el incendio continua hasta la etapa que la onda de calor llega a contactar con el agua decantada en el piso del tanque de petróleo donde ahí se produce el boilover que es el fenómeno mas desvastador.



4-SLOPOVER (Rebosamiento superficial) continuación.
Durante las tareas de extinción del incendio del buque tanque “Perito Moreno” en Dock-Sud, dársena de inflamables en el polo petroquímico de la ciudad de Avellaneda, Buenos Aires, Argentina al transcurrir unos cuatro días del comienzo del siniestro se produjo súbitamente el rebosamiento superficial que con intensa energía cruzo completamente el canal.Todas las dotaciones de bomberos que estaban trabajando de ese lado tuvieron rápidamente que evacuar, el avance del fuego se freno en el muelle continuando la propagación hacia el final del canal reduciendo su intensidad a unos 300 metros aprox. destruyendo todo a su paso. El slopover es un fenómeno que con ciertas condiciones puede ser tan destructivo como el Boilover, no así comparativamente en incendios de tanques de almacenaje. Dock-Sud-Avellaneda-Provincia de Buenos Aires-Argentina 1984 *Explosión, incendio y slopover del buque tanque “Perito Moreno”, esta foto muestra el slopover al momento que se estaba produciendo; cruzando a la orilla contraria del canal e impactando contra el muelle, dos buques de apayo con sus monitores intentando combatirlo.



5-FROTHOVER (Rebosamiento espumoso).
El Frothover se produce con una mecánica similar al Boilover y el Slopover, siempre se repite el mismo proceso que básicamente es el contacto del agua que queda decantada en los tanques de almacenaje con ondas de calor o con producto caliente a temperaturas superiores a los 100ºC como lo es el caso del Frothover. Este fenómeno es el rebosamiento de una espuma vapor/aceite que se esparce en torno al tanque, en el Frothover puede que debido a la temperatura y a la tensión de va0por del combustible tengamos presencia de llama o por la grangeneracion de vapor de agua se produzca una atmósfera inerte que no permita la formación de llamas.El mismo se puede producir en monoproductos y productos con cierta viscosidad como ser aceites minerales y que en sus procesos puedan almacenarse a temperaturas elevadas, justamente por la característica de viscosidad como lo son por ejemplo los asfaltos, alquitranes etc. En consecuencia el accidente puede ser debido a una mala maniobra de proceso y no a causa del incendio.

La “onda de calor” se formara y conforme se vaya realizando el intercambio de capas frías por capas calientes debido a la destilación por combustión, emprenderá su viaje en la intimidad del crudo lentamente hacia la parte inferior donde puede encontrar en su recorrido ya sea “emulsión de agua/petróleo” o bien el agua decantada en el fondo del mismo. Y justamente al tener mayor capacidad, mayor será el tiempo que demore en contactar el agua a altas temperaturas para producir vapor y generar los slopover o bien el boilover.
Por tales motivos en estos siniestros la prioridad nº “0” es organizar los medios de extinción y la prioridad nº1 los medios de protección y enfriamiento o ambos en operaciones simultaneas. Se debe extinguir correctamente para evitar que la onda de calor tenga contacto con el agua, no obstante se han registrado casos de tanques completamente extinguidos, en momentos que los bomberos estaban levantando el material se produjo el Boilover, que ocurrió? El hecho en si es que el fuego fue extinguido en la superficie del tanque, pero la onda de calor continuo su viaje, en el exterior el aspecto era de un incendio extinguido, en el interior la onda de calor tomo contacto a altas temperaturas con el agua produciendo el Boilover, ocasionando serias quemaduras algunos bomberos y provocando el abandono y evacuación de la zona rápidamente, este es otro factor a tener en cuenta para no descuidarse.

Observación de las señales externas en la onda de calor.La destrucción y decoloración de las virolas de chapa de las paredes nos orientan a que distancia se puede encontrar viajando la onda de calor.

En incendios de tanque de almacenaje de petróleo debemos tener en cuenta algunos aspectos importantes: 1) Si en la zona al momento del incendio había trabajadores - A los efectos de organizar la búsqueda y el rescate. 2) Estado o situación operativa del tanque - En que condiciones operativas se encuentra y que cantidad de crudo contiene, como se menciona anteriormente el nivel del liquido se identificara fácilmente ya que la superficie en llamas quemara y comenzara a castigar las paredes con lo que esto brindara una notable diferencia.

3) Información, esquemas, planos del lugar, de instalaciones -Toda esta información es parte del componente principal de los Planes de Acción y Los planes de Intervención Interna, en base a esta información se organizara la respuesta a la emergencia. 4) Sistema de aprovisionamiento de agua -Instalaciones fijas para tomas de autobombas, sistemas de protección y enfriamiento para instalaciones en riesgo, caudales y presiones de la red, capacidad de almacenaje y reserva. Esta información es vital principalmente en plantas que por su ubicación no cuentan con fuentes de abastecimiento en grandes cantidades y dependen solamente de la capacidad de almacenaje que en algunos casos puede ser de 3000 a 6000 metros cúbicos. 5) Equipamiento y suministros a disposición - Cantidad y tipo de agentes espumigenos, líneas de mangueras y conductos, monitores de gran caudal, boquillas y pitones sean para tareas aplicación de espuma o bien enfriamiento y protección a otras instalaciones con agua. Dentro del tiempo que se cuenta para armar el ataque a las instalaciones incendiadas es importante que las personas a cargo estimen correctamente los equipos y suministros a utilizar, ya que las maniobras que resulten en fracaso son duros golpes. En consecuencia un ataque infructuoso, sin resultados puede desembocar en serios riesgos para las personas e instalaciones. Una vez que se comiencen las tareas de extinción se deben mantener hasta lograr la extinción total del tanque, no se pueden suspender o detener pues todos los esfuerzos invertidos en la tarea irreversiblemente se perderán.6) Planes de intervención - La planificación de las maniobras, tácticas y estrategias es el eje vital para llevar a cabo las operaciones de lucha contra incendios, teniendo en cuenta la ayuda externa en las distintas especialidades, estos planes deben ser practicados y revisionados para que se mantengan actualizados y acorde a las reales necesidades.

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