Simulación numérica de explosiones en calderas: pautas para la distribución de planta como medida de mitigación de daños

• Ricardo Alberto Morales-Vargas ^[1]
  1. [1] Universidad de Costa Rica

     Universidad de Costa Rica

     Hospital, Costa Rica

     
• Localización: Revista de Salud Ambiental, ISSN-e 1697-2791, Vol. 20, Nº. 2, 2020 (Ejemplar dedicado a: La metodología de evaluación del riesgo en la práctica de la salud ambiental: algunas experiencias), págs. 137-149
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Numerical Simulation of Boiler Explosions: guidelines for Plant Layout as a Damage Mitigation Measure
  • Simulação numérica de explosões de caldeiras: diretrizes para projetos de instalações como medida de mitigação de danos
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• Resumen
  • español

    En diversos países las explosiones en calderas han generado daños serios y costosos por destrucción de sitios de trabajo y accidentes de trabajadores, los que van desde quemaduras, laceraciones, hasta la muerte. La causa principal de explosiones en calderas es por bajo nivel de agua, generándose recalentamientos en los tubos, vaporización súbita, elevación de la presión y fallo catastrófico. Este artículo hace una revisión de los requisitos técnicos en la normativa hispanoparlante para la operación segura de calderas, enfocándose en la correcta ubicación y distanciamiento del cuarto de calderas, considerando el riesgo mayor: la explosión de una caldera. Se comparan los hallazgos de la normativa latinoamericana con otra legislación internacional. Se analizan daños potenciales, tomándose casos-tipo de explosiones para los tamaños de caldera comunes de un fabricante líder, y usuales en Latinoamérica, según experiencia del autor. La sobrepresión máxima resultante se calculó como función de la distancia estimándose el daño de la onda de choque, para recomendar la ubicación ideal o mejorada del cuarto de calderas, minimizando el daño de explosiones y quemaduras de vapor de agua. Se estimaron “distancias seguras” mínimas entre la caldera y otras estructuras y equipos, protegiendo a seres humanos de la sobrepresión. Se muestra la utilidad de modelos simples de sobrepresión-distancia, junto con modelos Probit, en relación con modelos más complejos de dinámica de fluidos y cálculos estructurales de elementos finitos. Se propone que el análisis obligatorio de las consecuencias, utilizando modelos numéricos similares o más complejos, se incorpore en la legislación latinoamericana e internacional para guiar la distribución de la planta.

  • English

    Boiler explosions in various countries have caused costly, serious damage to workplaces and injuries to employees ranging from burns and lacerations to death. The main cause of boiler explosion is a low water level, which causes overheating of the boiler tubes, leading to sudden vaporization, an increase in pressure, and catastrophic failure. This article reviews the technical requirements for the safe operation of boilers in the regulations of Latin American countries, focusing on the correct location and distancing of the boiler room according to the major hazard the explosion of the boiler. Current location requirements in Latin America are compared to those in other international legislations. In addition, potential damagesare analyzed according to standard explosion cases for common boiler sizes in Latin America and from a leading manufacturer and to the author´s experience.

    The resulting peak overpressure was calculated for these cases as a function of distance, the damage of the shock wave being estimated in order to recommend an ideal or improved boiler room location to thus minimize the damage from explosions and the severity of water vapor burns. Minimum “safe distances” between the boiler and other structures and equipment were estimated to also protect human beings from overpressures. The usefulness of simple distance-overpressure models in combination with Probit models is discussed in relation to more complex models of fluid dynamics and finite-element structural calculations. It is proposed that mandatory analysis of consequences, using similar or more elaborate models, be incorporated in Latin American and other international legislations and used to guide plant layout.

  • português

    Em vários países, as explosões de caldeiras geraram danos sérios e dispendiosos devido à destruição de locais de trabalho e lesões nos trabalhadores, que vão desde queimaduras e lacerações até a morte. A principal causa de explosões de caldeiras deve-se aos baixos níveis de água, gerando superaquecimento nos tubos, vaporização repentina, aumento de pressão e falha catastrófica. Este artigo faz uma revisão dos requisitos técnicos nos regulamentos de língua espanhola para a operação segura de caldeiras, focando-se na localização e distância corretas da sala da caldeira, considerando o maior risco: a explosão de uma caldeira.

    As conclusões das regulamentações latino-americanas são comparadas com outras legislações internacionais. Foram analisados potenciais casos típicos de explosão de caldeiras, usando tamanhos de caldeiras comuns na América Latina de um fabricante líder, segundo a experiência do autor. A sobrepressão máxima resultante foi calculada em função da distância estimando o dano da onda de choque, para recomendar a localização ideal ou melhorada da sala da caldeira, minimizando o dano de explosões e queimaduras por vapor de água. Foram estimadas “distâncias seguras” mínimas entre a caldeira e outras estruturas e equipamentos, protegendo os seres humanos da sobrepressão. É demonstrada a utilidade de modelos simples de sobrepressão-distância, juntamente com modelos Probit, em relação a modelos mais complexos de dinâmica de fluidos e cálculos estruturais de elementos finitos. Propõese que a análise obrigatória das consequências, utilizando modelos numéricos semelhantes ou mais complexos, seja incorporada na legislação latino-americana e internacional para orientar os projetos de instalações industriais.