💥 Tema 25: BLEVE: NTP 293 y NTP 294

Ayuntamiento de Oviedo · Servicio de Extinción de Incendios y Salvamento (SEIS) · Agente Técnico/a Conductor/a Especialista del SEIS

Resumen

El epígrafe pide el fenómeno BLEVE según dos notas técnicas de prevención del antiguo Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (hoy INSST), ambas de Manuel Bestratén y Emilio Turmo: la NTP 293, «Explosiones BLEVE (I): evaluación de la radiación térmica», y la NTP 294, «Explosiones BLEVE (II): medidas preventivas». BLEVE son las siglas de Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, «expansión explosiva del vapor de un líquido en ebullición». Es una explosión mecánica: un caso especial de estallido catastrófico de un recipiente a presión, con escape súbito a la atmósfera de una gran masa de líquido o gas licuado a presión sobrecalentados. No necesita reacciones químicas ni combustión (podría darse en calentadores de agua y calderas de vapor) y es exclusiva de líquidos o gases licuados. Lo normal es que la origine un incendio exterior que incide sobre el recipiente, sobre todo por encima del nivel del líquido; si el producto es inflamable, el vapor liberado deflagra y forma la bola de fuego (fireball). La masa evaporada aumenta su volumen más de 200 veces y los fragmentos proyectados son la prueba de confirmación de una BLEVE.

Condiciones (NTP 293), interdependientes entre sí. Primera: producto en estado de líquido sobrecalentado, es decir, a una temperatura superior a la que le correspondería en equilibrio con su presión de vapor; ocurre con el recipiente expuesto a un incendio o sobrellenado, y además debe superarse una temperatura límite. Segunda: bajada súbita (isoentrópica) de la presión en el interior, por desprendimiento del disco de ruptura, pérdida de resistencia del recipiente en un incendio, perforación por impacto, rotura por sobrellenado o disparo de válvulas de seguridad mal diseñadas; cuanto mayor es la caída de presión, mayores son los efectos. Con ambas, el líquido cambia de estado masivamente por formación espontánea y generalizada de burbujas (nucleación espontánea). Si la nucleación es homogénea (afecta a todo el conjunto) la explosión es mucho más violenta que si es heterogénea (zonas en contacto con la pared).

Termodinámica (NTP 293). La temperatura crítica es la máxima a la que se puede licuar un gas, y la presión crítica, la máxima presión de vapor que puede tener un líquido. La línea espinodal une los puntos límite de inestabilidad y, con la binodal o de Andrews, delimita las zonas de metaestabilidad. En la práctica se toma como límite de seguridad la recta tangente a la curva de saturación en el punto crítico: la diferencia entre el límite real de sobrecalentamiento y el de esa tangente, a presión atmosférica, oscila entre 20 y 35 ºC. Ejemplo del butano (presión crítica 38,7 atm, temperatura crítica 152,8 ºC): la tangente corta el eje en 360,4 K, unos 88 ºC, así que los límites prácticos de riesgo van de 88 ºC a 152,8 ºC, que corresponden a presiones de vapor de 12 a 38,7 atm.

Consecuencias (NTP 293): radiación térmica, sobrepresiones por la onda expansiva y proyección de fragmentos metálicos. El efecto más nocivo es la radiación térmica: la bola de fuego mata a todo ser vivo que quede dentro y puede propagar incendios y nuevas BLEVE a recipientes próximos (efecto dominó). Los fragmentos pueden llegar incluso a 1.000 m. Los daños graves a personas por sobrepresión (lesiones pulmonares, rotura de tímpano) no suelen darse a más de 100 m de la superficie exterior de la bola de fuego, y los daños estructurales considerables pueden alcanzar, en casos extremos, 500 m desde el centro de la explosión.

Fórmulas de la NTP 293 (modelo simplificado, TNO). Diámetro máximo de la bola de fuego: D = 6,48 · W^0,325 (D en metros, W masa total de combustible en kg). Altura del centro de la bola: H = 0,75 · D. Duración: t = 0,852 · W^0,26 (segundos); en esferas de gran capacidad puede llegar a tres minutos. Irradiación recibida: I = d · F · E (kW/m²). Coeficiente de transmisión atmosférica: d = 2,02 · (P'v · x)^-0,09, con P'v la presión parcial del vapor de agua en el aire (Pa; es la presión de saturación por la humedad relativa) y x la distancia en metros entre la envolvente de la bola y el punto. Factor geométrico de visión: F = D² / (4 · x²), con x la distancia desde el centro de la esfera. Intensidad media de radiación: E = fr · W · Hc / (π · D² · t), con Hc el calor de combustión (kJ/kg) y fr un coeficiente de radiación entre 0,25 y 0,40. Dosis (Eisenberg): t · I^(4/3), con I en W/m².

Umbrales y ejemplo de la NTP 293. La nota cita la Directriz Básica del sector químico de 1991: límite de la zona de intervención, 5 kW/m² con un tiempo máximo de exposición de 3 minutos; límite de la zona de alerta, 3 kW/m² con exposición prácticamente indeterminada. (Es el dato de la NTP, de 1992; la directriz vigente es posterior.) Ejemplo resuelto: esfera con 200 m³ de butano a 20 ºC (densidad 0,5 kg/dm³, luego W = 100.000 kg), punto a 200 m y humedad relativa del 50 %. Resultados: D = 273 m, H = 204 m, t = 17 s, P'v = 0,5 · 2.310 = 1.155 Pa, d = 0,68, F = 0,23, E = 288 kW/m² (con fr = 0,25), I = 45 kW/m² y 31,5 kW/m² sobre una superficie vertical en el suelo. Con el método Probit de la NTP 291: quemaduras de primer grado en todos los expuestos y un 19 % de mortalidad.

NTP 294: objetivos y presiones. Como una vez producida la BLEVE es difícil evitar la propagación, lo fundamental es impedir que se genere. Las medidas se agrupan en cuatro objetivos: limitar las presiones excesivas, limitar las temperaturas excesivas, prevenir roturas en las paredes de los depósitos y aplicar sistemas retardantes de la nucleación espontánea; deben contemplarse en la fase de diseño. Presiones: las válvulas de seguridad y los discos de ruptura controlan ligeros aumentos de presión, pero son poco eficaces frente a la BLEVE y pueden contribuir a favorecerla (su cierre tardío provoca una caída brusca de presión); deberían abrir antes de la presión que corresponde a la temperatura límite de sobrecalentamiento y con mínima inercia, y conviene poner varios discos con distintas presiones de ruptura. Además: capacidad de vaciado rápido a depósitos vacíos en zona segura, tubería de purga de pequeño diámetro (máximo 3/4 de pulgada) con la primera válvula calorifugada y de cierre rápido, y control riguroso del grado de llenado, porque ningún recipiente resiste la dilatación del propio líquido.

NTP 294: temperaturas. Cubetos de retención con desagüe y pendiente para vaciarlos rápido hacia un contenedor seguro, sin bombas ni equipos dentro y con juntas de estanqueidad en las tuberías que atraviesan sus muros. Refrigeración con agua de todo el depósito, en especial la parte superior en contacto con la fase vapor, mediante una red envolvente de rociadores (reparte mejor, pero es vulnerable al incendio) o un rociado desde la parte superior (una sola tubería, más fácil de proteger). La normativa fija 3,8 l/min·m², pero los cálculos hacen recomendables más de 10 l/min·m². Monitores de agua o espuma, mejor manejables a distancia. Aislamiento térmico: el enterramiento es el sistema más seguro; también lanas de vidrio, hormigones especiales o pinturas intumescentes. Un recipiente expuesto a un incendio puede resistir sin BLEVE unos 10 minutos con fuego directo y cerca de una hora con fuegos no tan próximos.

NTP 294: roturas y nucleación. Control periódico riguroso de espesores y corrosión, sobre todo en las soldaduras; prever los impactos mecánicos; los recipientes cilíndricos horizontales se sitúan de modo que su eje longitudinal no apunte a otros depósitos ni a zonas con riesgo; en vagones y camiones cisterna, reforzar la estructura portante, circular a menor velocidad y evitar en lo posible las zonas habitadas. Sistemas retardantes de la nucleación espontánea, todavía en fase de experimentación: un enrejillado de láminas expandidas de aleación de aluminio en celdillas hexagonales dentro del recipiente (reparte el calor, retrasa la subida de presión y actúa como apagallamas) y la adición de partículas gelificadas de menos de una micra dispersas en el líquido.

Claves para el examen

• BLEVE: expansión explosiva del vapor de un líquido en ebullición. Es una explosión mecánica.
• No necesita reacción química ni combustión; la bola de fuego solo aparece si el producto es inflamable.
• Dos condiciones: líquido sobrecalentado y bajada súbita de la presión.
• El volumen aumenta más de 200 veces. Fragmentos: hasta 1.000 m.
• Nucleación homogénea: explosión mucho más violenta que con la heterogénea.
• Límite real frente a la tangente en el punto crítico: entre 20 y 35 ºC. Butano: de 88 a 152,8 ºC.
• Efecto más nocivo: la radiación térmica.
• D = 6,48 · W^0,325. H = 0,75 · D. t = 0,852 · W^0,26.
• I = d · F · E. F = D² / (4 · x²). fr entre 0,25 y 0,40.
• Ejemplo: 100.000 kg de butano dan D = 273 m, H = 204 m y t = 17 s.
• Según la NTP 293 (que cita la Directriz Básica de 1991): zona de intervención, 5 kW/m² (3 minutos); zona de alerta, 3 kW/m².
• NTP 294, cuatro objetivos: presión, temperatura, roturas y nucleación.
• Las válvulas de seguridad son poco eficaces frente a la BLEVE y pueden favorecerla.
• Refrigeración: norma 3,8 l/min·m²; recomendable más de 10. Sobre todo la parte superior.
• Resiste unos 10 minutos con fuego directo y cerca de una hora con fuego no tan próximo.

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• BLEVE - Prevención y Respuesta (Parte 1)
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