Determinación de la composición del fluido y de sus propiedades asociadas

6.1.1 Generalidades

El procedimiento para análisis de consecuencias de nivel 2 presentado en este párrafo proporciona las ecuaciones y fundamentos necesarios para el cálculo riguroso de áreas de consecuencia para varios eventos inflamables y tóxicos resultantes. Un índice de estos eventos se provee en la tabla 6.1.

Para un análisis de consecuencias de nivel 2, se deberá usar la composición real del fluido, incluyendo mezclas. Los resolvedores de propiedades de fluido permiten al analista el calcular las propiedades físicas del fluido de manera mas acertada. Un resolvedor de fluidos también proveerá la habilidad para realizar cálculos flash para una mejor determinación de la fase de emisión y tomar en cuenta las emisiones de dos fases. En muchos de los cálculos de consecuencias, las propiedades físicas del fluido se requieren tanto a condiciones de almacenamiento así como a condiciones después de su emisión en la atmósfera.

6.1.2 Propiedades requeridas para condiciones de almacenamiento

Como se muestra en el diagrama de flujo de la figura 6.1, al inicio del análisis de consecuencias, se utiliza un flash isotérmico para determinar la distribución de fases y las propiedades de la mezcla multi componente de alimentación a la temperatura y presión de almacenamiento. Las fracciones masa y molares se determina así como la composición de cada fase. Las propiedades termodinámicas tales como entropía y entalpía también son calculadas junto con las propiedades de transporte tales como viscosidad y conductividad térmica. Las propiedades requeridas del fluido a las condiciones de almacenamiento para un análisis de consecuencias de nivel 2 se enlistan a continuación.

a) Fase de almacenado (vapor, liquido, critico, dos fases) b) Fracción másica de liquido, fracl

c) Fracción másica del vapor, fracv d) Peso molecular, MW

e) Densidad del liquido, ρl f) Viscosidad de liquido, µl

g) Relación de calores específicos de gases ideales, k=Cp/Cv h) Entalpía de la mezcla

i) Entropía de la mezcla

j) Presión y Temperatura Crítica Tc y Pc k) Temperatura de Auto-Ignición, AIT

l) Presión de saturación, Psat, a temperatura de almacenado m) Limites de inflamabilidad, LFL y UFL

n) Calor de Combustión HC

o) Limites tóxicos (p. ej. IDLH, ERPG. AELG, Probits, etc.)}

6.1.3 Propiedades requeridas a condiciones de flasheo

Esta es seguida por el cálculo de un flash isentrópico (requiriendo que la entropía permanezca igual a su valor calculado a condiciones de almacenamiento) a presión atmosférica, Patm, que simule la liberación del fluido desde una fuga o una ruptura en el tanque contenedor. La resultante temperatura de flash, Tf, se determina en conjunto con la distribución de fases y propiedades de cada fase a estas condiciones. La mezcla liberada puede ser tanto fase única liquida, una sola fase vapor o una mezcla de dos fases de ambas como se muestra en la figura 6.1. Las propiedades del fluido requeridas a las condiciones de flasheo para el análisis de consecuencias de nivel 2 se enlistan a continuación.

a) Fase de flash (vapor, liquido, dos fases) b) Temperatura de flash, Tf

c) Fracción de flash, fracfsh d) Densidad del liquido ρl e) Densidad del vapor ρv

f) Calor especifico del liquido Cpl g) Calor de combustión del liquido HCl h) Calor de combustión del vapor HCv

i) Calor latente de vaporización del liquido ΔHv j) Temperatura de punto de Burbuja del liquido Tb k) Temperatura de punto de Rocío de los vapores Td

Como se muestra en la figura 6.1, donde el fluido es falseado a una sola fase liquida, el cálculo de la temperatura de punto de burbuja se realiza a una presión atmosférica para encontrar la temperatura Tb, a la cual aparecen las primeras burbujas de vapor. De manera similar, en el caso del caso de una sola fase vapor, el calculo de punto de roció es realizado a presión atmosférica para encontrar la temperatura Td a la cual las primeras gotas de liquido empiezan a condensar.

Para fluidos que puedan falsear en dos fases, se requerirá del cálculo de ambos puntos el de burbuja y el de rocío, dependiendo de la composición del fluido

a) para fluidos puros o mezclas binarias (dos componentes en mezcla), no se requerirá de cálculos adicionales debido a que en estos casos las temperaturas de punto de rocío y punto de burbuja están a la misma temperatura isentrópica de flasheo, p. ej. Tb=Td=Tf

b) Para mezclas multi-componentes, se recurrirá del calculo tanto del punto de burbuja como el de rocío.

6.1.4 Procedimiento de Cálculo

a) PASO 1.1- Obtener la composición del fluido almacenado. Para mezclas, concéntrese en los componentes mayoritarios del fluido mezcla e intente el obtener al menos el 90% de la mezcla identificada y cuantificada. Un análisis mas detallado de la composición no es justificado, a menos que existan cantidades pequeñas de materiales tóxicos en la mezcla.

b) PASO 1.2 – Usando un “resolvedor" de propiedades de fluido, determine las propiedades del fluido especificadas en 6.1.2 para el fluido a condiciones de almacenamiento. Algunos de las propiedades del fluido requeridas pro el analista, tales como LFL, UFL, Calor de combustión y límites tóxicos pueden requerir de una investigación para su determinación. El analista puede necesitar del uso de Hojas de Seguridad (MSDS) u otras bases de datos del fluido, tales como DIPPR, para determinar estas propiedades. Las reglas de mezclado (p. ej. Principio de LeChatelier para LFL y UFL) están disponibles para la determinación de propiedades de mezclas pero, en general, se puede utilizar un método de ponderación molar para la estimación.

c) PASO 1.3 – Usando un “resolvedor" de propiedades de fluidos, realice un flasheo isentrópico (aceptable si isentálpico) y determine la temperatura de flash Tf, la fase de flasheo y la fracción de flash, fracfsh. d) PASO 1.4 – Determine las temperatura de punto de burbuja y punto de rocío del fluido, como sea

necesario.

1) para líquidos, determine el punto de burbuja, Tb, a presión atmosférica. 2) para vapores, determine el punto de rocío, Td, a presión atmosférica.

3) para fluidos que se desprendan en dos fases, la temperatura de punto de burbuja Tb y la temperatura de punto de rocío a presión atmosférica. Note que para fluidos puros y mezclas binarias, no se requiere de cálculos debido a que la temperatura de punto de burbuja y la temperatura de punto de rocío son iguales a la temperatura de flash, como se determino en el PASO 1.3