modulo 3 incendios no confinados

8/11/2019 Modulo 3 Incendios No Confinados

1/60

Curso Internacional a distancia

La dinmica de los incendios, sus efectos yconsecuenciasJulio 6, 13, 20 y 27 de 2010

Grabar


2/60

MODULO 1 Principios bsicos sobre los incendios

MODULO 2 Incendios confinados

MODULO 3 Incendios no confinadosMODULO 4 Las consecuencias de los incendios


La dinmica de los incendios, sus efectos y

consecuenciasJulio 6, 13, 20 y 27 de 2010


3/60

Modulo 3

Incendios no Confinados


La dinmica de los incendios, sus efectos y

consecuenciasJulio 20 de 2010

Small Business Member


4/60

OBJETIVOS

Caracterizacin de la pluma del fuego

El flujo de gases bajo techo

Activacin de detectores de incendio Incendios de hidrocarburos

Tipo piscina (Pool fires)

Tipo chorro (Jet fires) Bolas de fuego (Bleves)

Fogonazos (Flash fires)


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Lozano & Asociados 5

Tamao y forma de las llamas


6/60

La Pluma del fuegoBjn Karlsson; James G Quintiere. Enclosure Fire

Dynamics Chapter 4 Fire Plumes and Flame Heights.2000 CRC Press LLC

James G Quintiere, Fundamental of fire phenomenaChapter 10 Fire Plumes. 2006 John Wiley & Sons Ltd.

Z

Entorno de la llama

Reginde laPluma degases

Llama laminarOscilatoria

AireInducido

Vrtices Toroidales, oRemolinos grandes

r

D


7/60


Altura de la llama

Zona de llamascontinuas

Zona de llamasintermitente

Altura de la llama

Las llamas persisten un

50% del tiempo

250.235 1.02 ( )L Q D m

D

Q


8/60

Caractersticas de la Pluma

Z0

Z

mp

DOrigen Virtual

AireT

Perfiles de Temperatura yVelocidad

Zona de llamas

Zona de la Pluma

2

1/3 5/3

00.20 ( )

p c

p

gm Q Z Z

c T

2

50 0.083 1.02Z Q D m

El origen virtual


9/60


Caractersticas de la Pluma

Temperatura y velocidad de losgases en el centro de la pluma

2 503 3

0 0

1 13 3

0 0

25 ,

1.03 /

oc

c

T Q Z Z C K

U Q Z Z m s

0.6 0.8c r rQ X Q X a

Qc es la tasa de calor convectivo en kWL

Z0

Z

U0

T0=Tg-T

DOrigen Virtual

Airea T

Tg


10/60

Flujo de gases en techosno confinados


11/60


Flujo de gases en el techo

T

TP

To

Umax

Umax

Aire

Aire

Q

5 12% H

H

1 % H

Tmax


12/60



Estimacin de temperaturas para Q constante

H

r

Q

0.1H

T

TU

23

53

23

( )16.9 0.18

5.38 0.18

kQ rT T paraH

H

kQr rT T para

HH


13/60



Estimacin de velocidades para Q constante

H

r

Q

0.1H

T

TU

13

13

56

0.96 0.15

0.195 0.15

kQ rU paraHH

kQH rU para

Hr

H


14/60


Flujo de gases en el techoEfecto de las paredes2

H

r

KQ

T

TU

K = 2

K = 4


15/60


Activacin de rociadores y Detectores de calorEn techos no confinados y Q constante

QCov

QRad

QCond

( ) dConv d g d d dT

Q hA T T m cdt

:

( )

d g dd

d

d

d

Despejando

hA T T dT

dt m c

m cDefiniendo

hA

12 ( )

g dd u T TdT

dt RTI

12Definiendo RTI u


16/60


Activacin de rociadores ydetectores de calor

Tasa de generacin de calor constante

0.1HH

r

Q

T

TgUg

Rociador o detector de calor (RTI, Tact )

01 expd d gt U

T T T T T C RTI

Incremento de temperaturadel detector

Tiempo requerido para su

activacin

ln .g

activacion

g actg

T TRTIt seg

T TU


17/60


18/60

VALORES TPICOS DE RTI


19/60


Ensayo UL detectores calor

Fuego de 1.6 m2 de mezcla Etanol Metanol (~1200 kW)

S

3.8 m

10 pies

El detector de calor debe

activarse antes que elrociador para tener asignadoun espaciamiento S

El tamao del fuego y suubicacin se ajustan para queel rociador de fusible normal de1650F se active en 2 minutos


20/60


Visualizando el tamao del fuego UL

Altura promedio de las llamas

250.23 1.02 ( )L Q D m

2

50.23 1200 1.02 1.42 ( )L m

L

L = 2.47 m

Q= 1200 kW

1,42 m

A = 1.6 m2


21/60


15 m

3 m

T1 ?

T2 ?

2.47 mT = 25

0C

Q = 1200 kW

Recreando el fuego UL


22/60


Clculos manualesDeterminacin de T1

23

53

( )

16.9 0.18

kQ r

T T para HH

23

0

1 53

0

1

(1200)

16.9 305.83

25 305.8 330.8

T T C

T C


23/60


Clculos manualesDeterminacin de T

2

2

3

5.38 0.18

kQr rT T para

HH

2

3

0

2

0

2

120010.5

5.38 42.23

25 42.2 67.2

T T C

T C


24/60


Condiciones del fuego ULActivacin del detector de calor

15 m

3 m

T1=330.80C

T2=67.2

0

C

2.47 mT = 25

0C

Tiempo activacin = 1 50 seg.

Q = 1200 kW Constante


25/60



Estimacin de temperaturas para Q =

t2

H

r

0.1H

T

TU

2Q t

Alpert, R. Handbook of Fire Protection engineering, Chapter 2 Ceiling Jet Flow .4th edition

* * *

4/ 3

* ** * *

0.63

* *

0 cuando

cuando0.126 0.210 /

0.59

f

f

f

T t t

t tT t t

r H

rU T

H


26/60

Flujo de gases en el techoEstimacin de temperaturas para Q = t2

*

1/54

*

2/ 5 1 3/5

* *

1/5

donde y (1 )

/

0.813 1

c R

pc

c

f

c

t gt A

c TA H

T T TT

A g H

r Ut U

H A H


27/60


Activacin de rociadores ydetectores de calor

Tasa de generacin de calor variable Q = t2

0.1HH

r

T

TgUg

Rociador o detector de calor (RTI, Tact )

Incremento de temperatura delos gases alrededor del

detector

2Q t

T = Tg - T

Incremento de temperatura delos del detector para el tiempo t

Td

(t) - Td

(0)

Donde Td(0) es la temperatura deldetector al inicio del incendio, esdecir la temperatura ambiente T

NFPA 72/ Anex B.3 Evaluation of Heat Detection System Performance


28/60

Activacin de rociadores y detectores de calorTasa de generacin de calor variable Q = t2

1/2

*

*

* 1/4*

*

1/ 21/ 2 * *

* **

1 (1 )( ) (0)

4 ( ) (1 )( ) 3

Donde: 0.146 0.242

3Y=

4

Y

d d

Y

d

T eT t T T

YT

T T edT t T

tdtD

t

rD

H

U U T t D

RTIU tT

NFPA 72/ Annex B.3 Evaluation of Heat Detection System Performance


29/60

NFPA 72/ Annex B.3 Evaluation of Heat Detection System Performance. Fig. B.3.3.4.4


30/60

Continuacin


31/60


Detector de calor fijo y combinado


32/60


Incendio de crecimiento rpido

15 m

3 m

T2=780C

2.98 mT = 25

0C

Tiempo activacin = 3 17 seg.

Q = 1682 kWFuego decrecimientorpido


33/60

Incendios de hidrocarburos

Tipo piscina

Tipo chorro

Bolas de fuego Fogonazos


34/60

El tamao de un reguero noconfinado

Estimado del espesor del charco: Para derrames menores a 95 litros

estimar = 0.7 mm

Para derrames mayores a 95 litros

estimar = 2.8 mm El rea se puede estimar como:

Para derrames menores a 95 litrosestimar A/V = 1.4 m2/L

Para derrames mayores a 95 litrosestimar A/V = 0.36 m2/L

VA

A = Area del charco

V = Volumen del reguero

= Espesor del charco

NOTASe ha encontrado experimentalmente que el rea del incendio es mayor al rea del charco original.

Por tanto para efectos de clculo se podra asumir un aumento del 55% del rea del charco.

rea del lquido quemndose A = 1.55 (rea del liquido derramado)


35/60

Calor generado

D

2

c

3

4

= Tasa de quemado (Kg/s)

h Calor de combustion (kcal/kg)

= Densidad del liquido (kg/m )

y = Velocidad de regresion (m/s)

D = Diametro del charco (m)

c

Q m h

Dm y

m

NOTALos valores de en las tablas anteriores, son validos para incendios confinados tipopiscina (tienen un espesor de combustible mayor a 25 mm). Cuando se analiza un charcono confinado, se debe utilizar una quinta parte de este valor reportado.

"m


36/60

Propiedades de algunos hidrocarburos

MaterialDensidad

(kg/m3)Hc

(MJ/Kg)(kg/m2-s)

Gasolina 740 43.7 0.055

Kerosene 820 43.2 0.039

JP-4 760 43.5 0.051

JP-5 810 43.0 0.054

Fuel OilPesado

940 1000 39.7 0.035

Crudo 830 - 880 42.5 42.7 0.022 0.045

Aceite paratransformador

760 46.4 0.039

SFPE Handbook of Fire Protection Engineering Tercera edicin, pgina 3-26, tabla 3-1.13

"m


37/60

Propiedades de gases licuados

Material Densidad(kg/m3) Hc(MJ/Kg) (kg/m2-s)

Gas NaturalLicuado

415 50.0 0.078

Gas Licuadode Petrleo

585 46.0 0.099

MaterialDensidad

(kg/m3)Hc

(MJ/Kg)(kg/m2-s)

Metanol 796 20.0 0.029

Etanol 794 26.8 0.029

Propiedades de alcoholes

SFPE Handbook of Fire Protection Engineering Tercera edicin, pgina 3-26, tabla 3-1.13

"m

"m


38/60

Duracin de un fuego tipo piscina

2

2

3

3

" "

Donde

Masa de liquido (kg)" Rapidez de quemado del lquido por

unidad de rea en (Kg / m s)

Area de la piscina m

Volumen de lquido (m )

Densidad en (kg/m )

M Vt

m A m A

Mm

A

V


39/60

Altura de las llamas

L

250.235 1.02 ( )L Q D m

Heskestad, G. Luminous Heights of turbulent

diffusion flames. Fire Safety Journal 5 (1983)

0.61

2

3

2

"42

:

" Tasa de quemado (Kg/m -s)

Densidad del aire ambiente (kg/m )

Diametro equivalente de la piscina (m)

g = gravedad (9.8 m/s )

mL D

gD

Donde

m

D

Thomas, The sizes of flames from natural fires


40/60

Inclinacin de la llama

Velocidadde viento

u0

D

* 0

1/3

0" /

UU

g m D

*

*

*

cos 1 Cuando U 1

1cos Cuando U 1

U


41/60

Deformacin de base de la llama

0.48

0.06910

103

(Velocidad del viento a 10 m de altura)

' 1.25

Donde:

Numero de Froude

Densidad del aire ambiente (Kg/m )

12.18 Densidad del vapor a la temperatura d

aire

vap

aire

w

vap

b

D FrD

Fr

M

T

3

0

e ebullicin (Kg/m )

M Peso Molecular (Kg/Kmol) y T Temperatura de ebullicin ( )w b

K

D

UFrgD

U

Handbook for Fire Calculations and Fire Risk Assessment in

the Process Industry, Chapter 7 Liquid Fires. SINTEF, 2003


42/60

Depresin de las llamas

1 '3

dH D D

Hd

D

DHandbook for Fire Calculations and Fire Risk Assessment inthe Process Industry, Chapter 7 Liquid Fires. SINTEF, 2003


43/60

Dimensin de un charco incendiadodebido al derrame continuo

1

2

3

4

D = Diametro del charco (m)

Caudal derramado (m / )

= Velocidad de Regresion (m/s)

D

s

V

y

Vy


44/60

Chorro de fuego (Jet Fire)

Zona de FlujoConvectivo.Llamas pordifusin y plumade gases.

Zona de combustin TurbulentaEl aire entra formando grandes remolinos.La combustin ocurre en escamas. Lavelocidad de combustin es mayor que lavelocidad de mezclado aire/combustible.

Despegue

de llamaNo haycombustin.Alta entradade aire


45/60

Naturaleza y caractersticasChorros de fuego

Fuego de un chorro de gas (Gas fire jet) Fuego de un chorro en dos gases (liquida y gas).

Tpico de crudo o de gases disueltos en un liquido.

Tambin puede ocurrir cuando un liquido presurizadoes capaz de vaporizarse rpidamente. Por ejemplocomo cuando se fuga propano o butano.

Fuego de un chorro de liquido presurizado no

voltil. Como el kerosene, diesel, crudoestabilizado, etc. Se requiere de una fuente deignicin permanente para que el fuego persista.


46/60

Algo de sobre fluidos compresibles

Velocidad del sonido en flujo compresible

donde

Numero de Mach

donde velocidad del fluido

p

v

c

cc kRT k

c

V VMa V

c kRT

Flujo Subsnico Ma < 1Flujo Snico Ma = 1Flujo Supersnico Ma > 1


47/60

Ma < 1

disminuye

aumenta

aumenta

disminuye

disminuye

P

V

Ma

T

Tobera subsnica

aumenta

disminuye

disminuye

aumenta

aumenta

P

V

Ma

T

Tobera Supersnica

Ma > 1

0

0

0

P

T

S

S

S

P

T

Ma = 1

*

*

*

P

T


48/60

Caractersticas del flujo snico

Ma < 1

0

0

0

P

T

*

*

*

P

T

(Ma)A = 1

Ma < 1

0

0

0

P

T

*

*

*

P

T

(Ma)B = 1

A

A

B(Ma)A < 1

*

0

*1

0

1*

1

0

2

1

21

2

1

k

k

k

T

T k

P

P k

k

PUNTOCRTICO


49/60

Flujo msico snico1

1

0

0

2

1

k

kkMm CAP

ZRT k

Donde

C = Coeficiente de descarga, adimensional.A = rea de flujo, mK = cp/cv of the gasP0

= Presin absoluta del gas, PaM = Masa molecular del gas, kg/kmoleR = Constante universal de los gases = 8314.5 (Nm) / (kmoleK)T0 = Temperatura absoluta del gas, K

Z = Factor de compresibilidad del gas P0 and T0, adimensional


50/60

Estabilidad de la LlamaB. J. Lowesmith, G. Hankinson, M. R. Acton and G. Chamberlain. An overview of the nature of hydrocarbon Jet Fire hazards inthe oil and gas industry and a simplified approach to assessing the hazards Process Safety and Environmental Protection.

Vol 85 (B3) 207220

Estabilidad de lallama de chorrosde Gas Natural


51/60

Longitud de la llama


52/60


53/60


54/60


A. Palacios, M. Muoz, and J. Casal Jet Fires: An ExperimentalStudy of the Main Geometrical Features of the Flame in Subsonicand Sonic Regimes January 2009 Vol. 55, No. 1 AIChE Journal


55/60


L

S

A. Palacios, Jet Fires: An Experimental .Regimes January

2009 Vol. 55, No. 1 AIChE Journal


56/60

D

Z

BlevesBeyler, C. Handbook of Fire Protection engineering, Chapter 10, Section

3 Fire Hazard calculations for large open hydrocarbon fires.4th edition

1/35.8 (m)

M = Masa en Kg.

eD M

1/62.6dt M

Tiempo estimado de

duracin de la Bleve


57/60

Zona de combustin

Direccin de lapropagacin de la llama

Zona rica no

inflamable

Piscina de Liquidoevaporndose

Zona inflamable

Direccindel viento

Fogonazo (Flash fire)

3 32

3nube x y z l u

V r r

Zona noinflamable


58/60

Masa de gas sin

quemarse

Altura dela Llama

Ancho de la Llama

Direccindel viento

Direccin de lapropagacin

de la llama

H = 0.4D

D

1/2 1/2

3/2 3/2

2 22ln y 2ln

2 2l u

x y z l x y z u

m mr r

k k


59/60

Volumen inflamable de la nube

3

3

:

Concentracin en el limite inferior de explosividad (Kg/m )

Concentracin en el limite superior de explosividad (Kg/m )

= Masa total de gas que se a escapado (kg)

r Parmetro de la nube

l

u

l

Donde

K

K

m

de vapor en el limite inferior de explosividad

r Parmetro de la nube de vapor en el limite superior de explosividad

Coeficiente de dispersin en la direccin del viento (m)

Coeficiente de dis

u

x

y

persin en la direccin tranversal al viento (m)Coeficiente de dispersin en la direccin vertical (m)

z


60/60

Tiempo efectivos de combustin

12

1 1

1 32

3

1 1 1 1tan tan ln

2 2 32

:

; T Temperatura adiabtica del gas

Temperatura ambiente.

efectivo

a

gigi

a

a

t t

t

kT

donde

T

T

T

modulo 3 incendios no confinados

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