7.3. RIESGO Y CONTROL DE NUBES TOXICAS POR TRANSPORTE EN EL GASES

Este capítulo pertenece al curso en línea de mercancías peligrosas, en concreto a los riesgos sobre gases.

CURSO ONLINE SOBRE TRANSPORTE DE GASES

7.3. NUBES TÓXICAS 

La existencia de recipientes de almacenamiento y de procesos presenta situaciones de riesgo por escape de una sustancia tóxica. 

En el caso de fuga se formará una nube de vapor tóxico con una determinada concentración en función de la distancia a la fuente de emisión, que también afectará a la planta de proceso o almacenamiento y a su entorno, pudiendo generar efectos nocivos a una distancia considerable del punto de emisión. 

Entre las muchas circunstancias que pueden ser origen de emisiones peligrosas, aparece frecuentemente el fallo del propio equipo contenedor de la sustancia.

También es importante considerar otras situaciones de escapes por válvulas que se quedan abiertas o por venteos forzados en emergencias. 

Un ejemplo de esta última situación sería el fallo de la refrigeración en un recipiente de almacenamiento de un gas licuado refrigerado a baja presión, que daría como resultado un venteo forzado con una gran liberación de vapor. 

Las situaciones que dan origen a la emisión de contaminantes se pueden clasificar de la forma siguiente:

Según el fluido (figura 1):

• Gas/vapor
• Líquido
• Mezcla de vapor y líquido

Según el equipo afectado:

• Recipientes
• Conducciones de tuberías
• Otros equipos

Según la abertura:

• Rotura completa
• Abertura limitada (válvula de alivio, disco de rotura, orificio, grieta, conexión, purga, toma de muestras, cierres de bombas, bridas, extremos o rotura de tuberías, etc.)

Según el recinto:

• Dentro de un edificio
• Al aire libre

Según la altura de emisión:

• A nivel inferior del suelo
• A nivel del suelo
• A nivel superior del suelo

Según el impulso del fluido:

• Bajo impulso
• Gran impulso

En función de la fase en la que sale del recipiente:

Fig. 1: Tres tipos de fugas en almacenamiento de gases licuados

La figura 2 muestra la secuencia seguida en la formación y evolución de nubes densas, que es la tipología más común producida en los escapes accidentales de sustancias peligrosas, habiéndose dividido en las siguientes etapas:

1. Emisión, que está condicionada por el contenedor, las características termodinámicas de la sustancia, las condiciones de almacenamiento (temperatura y presión) la posición y dimensiones de la rotura. En función de éstos parámetros el fluido irrumpe en el
exterior de forma monofásica (totalmente gasificado O prácticamente líquido) o bifásica.

• La fase líquida se extiende sobre el terreno y se evapora en función de mecanismos térmicos (transmisión de calor desde el suelo y el aire) y másicos (por transferencia desde el charco al aire).

 

Fig. 2. Esquema básico de la evolución de una nube de gas denso.

 
2. Abatimiento sobre el suelo. Las fluidodinámicas de la emisión gaseosa y de la atmósfera circundante condicionan la mezcla inicial de la sustancia y el aire; si la densidad de la nube es mayor que la del aire se produce el abatimiento de dicha mezcla.

3. Extensión y avance por gravedad.
La nube pesada se comporta de forma parecida a como lo haría un líquido, esto es, se extiende y discurre sobre el terreno, adaptándose a la geometría del mismo y ocupando las zonas más bajas. La fuerza gravitatoria domina a las de flotación y dispersión durante esta etapa.

4. Dispersión pasiva. La progresiva entrada de aire en el frente de avance y, en menor medida, a través de la zona superior de la nube reptante, hace disminuir la densidad de la “interfase”, hasta que sus características fluidodinámicas se aproximan a las del aire próximo, iniciándose entonces la denominada dispersión pasiva.

• Si la sustancia emitida tiene una densidad similar o menor a la del aire (gas neutro o ligero) o si la mezcla en el momento de la emisión es muy intensa, de manera que se produce una rápida disminución de la densidad, sólo se verifican las etapas citadas en primer y último lugar, esto es, la emisión y la dispersión pasiva.

Elementos y parámetros implicados en las fugas

Cuando se produce una emisión de un gas o vapor, ya sea procedente de una fuga de gas propiamente dicha o como consecuencia de la evaporación de un charco de líquido, dicho gas en contacto con la atmósfera sufre una dispersión por dilución del gas y se extiende en ella arrastrado por el viento y las condiciones meteorológicas.

Los tipos de emisiones, por tanto dependen de la naturaleza del gas (propiedades termodinámicas) y de la continuidad o discontinuidad de la emisión.

Una de las características principales que condiciona la evolución de un gas/vapor en la atmósfera es su densidad, distinguiéndose tres posibilidades:

• Gases ligeros: densidad inferior a la del aire.
• Gases pasivos o neutros: densidad similar a la del aire.
• Gases pesados: densidad mayor que la del aire.

A efectos prácticos no se puede hablar, en la mayoría de los casos, de un comportamiento puro de gas ligero neutro o pesado, ya que los factores que influyen en él son múltiples y variables en el tiempo y una mezcla gas/aire puede evolucionar como un gas pesado sin serlo debido a:

• Peso molecular del gas.
• Temperatura del gas.
• Temperatura y humedad del aire ambiente.
• Presencia de gotas líquidas arrastradas en la emisión.
• Reacciones químicas en la nube, etc.

Otra característica importante es la duración del escape, que puede da lugar a:

1. Escapes instantáneos formando una bocanada.
2. Escapes continuos sin depender del tiempo, formando un penacho.
3. Escapes continuos dependiendo del tiempo.

Como se ha comentado anteriormente, la dispersión de un gas puede proceder de una fuga de gas de un líquido que se evapora. Esto implica analizar el proceso desde dos puntos de vista:

1. Dispersión de chorro turbulento, a partir de una fuga de gas a presión.
2. Dispersión de nube neutra, para gases sometidos únicamente a las turbulencias atmosféricas.

En primer lugar interesa conocer el estado físico de la sustancia o producto que irrumpe al exterior y la masa o caudal emitido. 

Estos aspectos dependen de la combinación de los elementos que se describen a continuación:

1. Los contenedores, en los que cabe distinguir tres tipologías: depósitos, tuberías conectadas a depósitos y tuberías aisladas.

• La geometría de los depósitos tiene escasa relevancia en la dinámica de la emisión, siendo la altura del recipiente la característica más destacable por su influencia en la dilución inicial, si la fuga se produce por la parte superior del equipo.

• En las tuberías conviene conocer si están o no conectadas a depósitos. En el primer caso, si sufre una rotura, se producirá la emisión o vertido condicionados por el volumen almacenado en el depósito, produciéndose, si no se bloquea, una fuga casi estacionaria de larga duración. 

Fig.3 .Zonas o elementos típicos a través de los que se producen con más frecuencia fugas accidentales.

• En la figura 3 se señalan las zonas o elementos que se ven más frecuentemente afectados por roturas.
• C: colapso de equipo o tubería. 
• F: fisura por fallo de material o soldadura. 
• Roturas de bridas (B), instrumentos (1), válvulas (V), prensas de bomba (5). 
• Apertura o rotura de válvula de seguridad (VS), de purga (VP) o de disco de ruptura (DR).

2. El estado físico de los fluidos en el momento de la fuga juega un papel muy importante. Cabe distinguir entre gases, gases licuados y líquidos, que dependen de la presión Y temperatura de almacenamiento.

Las sustancias líquidas almacenadas a temperatura inferior a la de ebullición a presión atmosférica tienen sobre ellas un espacio ocupado por un gas (aire u otro componente inerte, como nitrógeno, dióxido de carbono, etc.), que contiene la sustancia en fase gaseosa, cuya presión parcial en el equilibrio coincide con la presión de vapor a la temperatura de almacenamiento.

Una excepción a este caso lo constituyen los almacenamientos en tanques de techo flotante, donde no hay prácticamente cámara de gas, al estar el líquido en contacto directo con la cubierta superior móvil.

3. El tamaño del orificio de fuga: la duración de la emisión (gas) o vertido (liquido), verificándose:

7.3.1. Fuga instantánea 

Significa que el escape tiene lugar durante un breve lapso de tiempo, suficiente para vaciar la vasija.

 Debido a la alta presión y a la elevada velocidad de escape, el gas se dispersará inicialmente con entera independencia del viento. 

El escape puede compararse con el chorro de gas de un jet que absorbe y arrastra grandes cantidades del aire de su entorno. Después se forma una nube de gas, pesada y fría, que es arrastrada por el viento. La nube de gas desaparece en el aire con relativa rapidez.

7.3.2. Fuga prolongada 

Si el orificio es pequeño con relación al volumen del recipiente se produce una fuga continua durante un periodo mayor de tiempo, aunque generalmente de caudal decreciente. 

Suele producirse por rotura de una válvula, tubería o un orificio en la superficie de un líquido. 

Un chorro de líquido y aerosol se escapará de manera turbulenta mezclándose con gran volumen de aire. 

El tipo de fuga depende del estado físico del fluido y de la situación (altura del orificio en el contenedor), salvo que se trate de un gas almacenado a presión, en el que la posición del orificio es irrelevante. 

Dado lo prolongado del proceso de la desaparición de la nube de gas, se forma una pluma que se extiende en el sentido del viento. 

La pluma puede recorrer grandes distancias, pero desaparece con lentitud. 

Las concentraciones no alcanzan los niveles característicos de una fuga instantánea, pero la exposición prolongada a los efectos de la fuga implica mayores riesgos dentro de edificios.