MACRO PARA LA EVALUACION DEL RANGO DE DISTANCIA DE LOS

Las hojas de condiciones, propiedades termodinámicas, y energía total de este libro de Microsoft Excel ®, son iguales a las de la macro de sobre-presión.

En la hoja de velocidad inicial, el usuario tiene la posibilidad de variar el radio de calor específico (γ), debe ingresar la masa del tanque almacenador en kilogramos, el porcentaje de la energía destinada a los fragmentos y la temperatura ambiente.13 Por último en la hoja de rango de fragmentos, se muestra los alcances que pueden llegar a tener los fragmentos, teniendo en cuenta que el máximo alcance se da cuando los proyectiles salen lanzados a un ángulo de 45 grados. Se realiza una distribución del rango que puede llegar a alcanzar los fragmentos, para determinar en qué porcentaje es más probable que alcance el misil. Esto se muestra con cada uno de los tres métodos mencionados anteriormente.

13 _{Este valor debe estar entre el 20% y el 50%, sino se encuentra entre estos valores, el programa marca un error al} momento de calcular de velocidad inicial de los fragmentos.

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Figura 13. Calculo de la velocidad inicial para un tanque de 100.000 galones, 95% de llenado del tanque presión de la válvula de seguridad de 1.9 MPa y 564 mmHg de presión atmosférica

Figura 14. Cálculo de la velocidad inicial de los fragmentos y distribución de su alcance variando los ángulos de lanzamiento.

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9. SIMULACION GENERAL A CONDICIONES ATMOSFERICAS DE BOGOTA

A continuación se presentan los resultados que dan la simulación de la onda de sobre- presión y de generación de fragmentos, estableciendo como valores iniciales los siguientes:

o _{Presión atmosférica: 564 mmHg} o _{Volumen del tanque: 10.000 galones} o _{Presión válvula seguridad: 1,9 MPa}

o _{Factor de corrección: 1,21 (Exposición al fuego)} o _{Forma del tanque: Cilíndrica}

o _{Temperatura ambiente: 20°C.}

En ambos casos se asume el mismo volumen de llenado (95%), con el que se obtiene una masa de líquido de 14,877.92 kg y una masa de vapor de 108.28 kg. Con estos datos el programa calcula la energía total para la onda de sobre-presión, la cual es 2512.39 MJ.

9.1. ONDA DE SOBRE-PRESION

Como resultado, se obtiene una presión en el momento en el que se fractura el tanque de 2.37*106 Pa. Es necesario evaluar las propiedades termodinámicas a dos presiones. A la presión atmosférica ingresada por el usuario y a la presión que se obtuvo en el momento en que se fractura el tanque.

Presión Atmosférica

T(K) T (°C) P0 (bar) P0 (Pa) Vf (m³/kg) Vg (m³/kg) Hf (kJ/kg) Hg (kJ/kg) Sf (kJ/kg*K) Sg (kJ/kg*K) 224,1 -49,05 0,75 75193,82 0,001699 0,57182 406,02 840,98 3,80 5,75

Tabla 12. Propiedades del propano a 564 mmHg.

Presión en el momento de la falla

T(K) T (°C) P1 (bar) P1 (Pa) Vf (m³/kg) Vg (m³/kg) Hf (kJ/kg) Hg (kJ/kg) Sf (kJ/kg*K) Sg (kJ/kg*K) 338,6 65,5 23,74 2374194 0,002412 0,01766 709,82 953,35 4,87 5,59

Tabla 13. Propiedades del propano a 2,39*106 Pa.

Con los valores obtenidos de energía y masa de gas y vapor del propano, el programa realiza el cálculo del sobre-presión side-on-peak, para las diferentes distancias.

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Seguidamente se muestra la distancia máxima a la que puede llegar a ocurrir algún efecto debido a la onda de sobre-presión en estructuras y en humanos.

9.1.1. Daños en estructuras por medio del método de fluidos no ideales

Como se mencionó anteriormente, se han propuesto dos formas de representar los datos en estructuras. A continuación se presentan los daños estructurales según Glasstone para la onda de sobre-presión calculada por el método de Baker:

Distancia (m) Tipo de daño sugerido por Glasstone y a que distancia ocurre

29,40 Destrucción total de edificios. Maquinaria pesada movida y dañada seriamente

31,65 Tren cargado en sus vagones es demolido totalmente

34,54 Paneles no reforzados de ladrillo (25 - 35 cm de ancho) fallan por flexión o esfuerzos

34,54 Los carros cisterna cargados son volteados

40,96 Cercano a destrucción completa de casas

40,96 Prensa hidráulica en construcciones dañada levemente. Postes de madera encajados a _presión

44,10 Ruptura del revestimiento ligero industrial

53,53 Ruptura de tanques de almacenamiento. Edificios demolidos

53,53 Las máquinas pesadas en edificios industriales sufrieron poco daño. Construcciones de acero _{se tuercen, se dañan los soportes de acero} 61,43 Rompimiento de concreto no reforzado. Límite más bajo de daño estructural serio. Destrucción _{del 50% de las casas de ladrillo}

61,43 Colapso parcial de paredes y techos de casas

74,57 Torcimiento de los soportes de acero en los edificios

88,44 Corrugación de paneles de acero y aluminio, fatiga de estos. Se presenta falla en los paneles _{de madera}

82,97 Demolición parcial de casas. Se vuelven inhabitables

115,58 Rompimiento de ventanas grandes y pequeñas. Daño en los marcos de las ventanas

124,42 Daños estructurales menores

151,04 Distancia segura. 10% ventanas rotas. Probabilidad de 0.95 de no tener daños serios alejado

de este valor

210,40 Umbral para el rompimiento de vidrio

249,55 Falla de ventanas bajo esfuerzos

374,00 Falla de vidrio por estallido sónico

454,28 Rompimiento de vidrios grandes bajo esfuerzos

521,18 Sonido molesto

Tabla 14. Distancias – daños con sus respectivos intervalos de presión. Propuesta por Glasstone. Método de fluidos no ideales.

A continuación se presenta la clasificación propuesta por Stephens, con sus respectivas distancias para el cálculo de la onda de sobre-presión por el método de Baker:

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Sugerido por Stephens

Distancia (m) Zona Tipo de daño

27,10 A Destrucción total

40,96 B Daño severo

57,86 C Daño moderado

115,58 D Daño reducido

Tabla 15. Distancias – daños con sus respectivos intervalos de presión. Propuesta por Stephens. Método de fluidos no ideales.

9.1.2. Efectos en humanos por medio del método de Baker En humanos, se presenta el siguiente comportamiento:

Intervalo de distancia (m) Tipo de efecto sobre los humanos

41,26 En adelante No pasa nada grave debido a la sobre-presión

24,40 41,26 Umbral ruptura de tímpano

21,26 24,40 50% mayores de 20 anos ruptura tímpano

24,40 32,95 Umbral daño en Pulmones

17,51 21,26 Daño severo en los Pulmones

13,72 21,26 Umbral Letalidad

11,30 13,72 50% de Letalidad

0 11,30 100% de Letalidad

Tabla 16. Distancias – efectos sobre humanos, debidos a la onda de sobre-presión. Método de fluidos no ideales.

9.1.3. Daños en estructuras por medio del método de Brode

A continuación se presentan los daños estructurales según Glasstone para la onda de sobre-presión calculada por el método de Brode a una temperatura ambiente de 17°C:

Distancia (m) Tipo de daño sugerido por Glasstone y a que distancia ocurre

22,17 Destrucción total de edificios. Maquinaria pesada movida y dañada seriamente

23,86 Tren cargado en sus vagones es demolido totalmente

26,04 Paneles no reforzados de ladrillo (25 - 35 cm de ancho) fallan por flexión o esfuerzos

26,04 Los carros cisterna cargados son volteados

30,88 Cercano a destrucción completa de casas

30,88 Prensa hidráulica en construcciones dañada levemente. Postes de madera encajados a

presión

33,24 Ruptura del revestimiento ligero industrial

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40,36 Las máquinas pesadas en edificios industriales sufrieron poco daño. Construcciones de _{acero se tuercen, se dañan los soportes de acero} 46,31 Rompimiento de concreto no reforzado. Límite más bajo de daño estructural serio. _{Destrucción del 50% de las casas de ladrillo}

46,31 Colapso parcial de paredes y techos de casas

56,22 Torcimiento de los soportes de acero en los edificios

66,67 Corrugación de paneles de acero y aluminio, fatiga de estos. Se presenta falla en los _{paneles de madera}

62,55 Demolición parcial de casas. Se vuelven inhabitables

87,13 Rompimiento de ventanas grandes y pequeñas. Daño en los marcos de las ventanas

93,80 Daños estructurales menores

113,86 Distancia segura. 10% ventanas rotas. Probabilidad de 0.95 de no tener daños serios _{alejado de este valor}

158,61 Umbral para el rompimiento de vidrio

188,12 Falla de ventanas bajo esfuerzos

281,94 Falla de vidrio por estallido sónico

342,46 Rompimiento de vidrios grandes bajo esfuerzos

392,89 Sonido molesto

Tabla 17. Distancias – daños con sus respectivos intervalos de presión. Propuesta por Glasstone. Método de Brode

A continuación se presenta la clasificación propuesta por Stephens, con sus respectivas distancias para el cálculo de la onda de sobre-presión por el método de Brode:

Sugerido por Stephens

Distancia (m) Zona Tipo de daño

20,43 A Destrucción total

30,88 B Daño severo

43,62 C Daño moderado

87,13 D Daño reducido

Tabla 18. Distancias – daños con sus respectivos intervalos de presión. Propuesta por Stephens. Método de Brode.

9.1.4. Efectos en humanos por medio del método de Brode En humanos, se presenta el siguiente comportamiento:

Intervalo de distancia (m) Tipo de efecto sobre los humanos 31,10 En adelante No pasa nada grave debido a la sobre-presión

18,39 31,10 Umbral ruptura de tímpano

16,03 18,39 50% mayores de 20 anos ruptura tímpano

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13,20 16,03 Daño severo en los Pulmones

10,34 13,20 Umbral Letalidad

8,52 10,34 50% de Letalidad

0 8,52 100% de Letalidad

Tabla 19. Distancias – efectos sobre humanos, debidos a la onda de sobre-presión. Método de Brode.

9.1.5. Comparación entre los métodos

En general, los métodos utilizados para determinar las distancias seguras, en este trabajo, tienen una buena aproximación a la realidad, a pesar de esto, la diferencia de resultados entre los dos métodos es de 200 metros.14 Si se sigue el patrón resultante utilizando la metodología para fluidos no ideales, en cuanto a daños estructurales, esa diferencia de 200 metros equivale a rompimiento de vidrios por estallido sónico, rompimiento de vidrios grandes bajo esfuerzos y sonido molesto.

La diferencia porcentual de resultados entre estos métodos, viene dada por la siguiente tabla:

Diferencia porcentual

Stephens Glasstone Humanos

23,28% 23,28% 23,28% 23,28%

Tabla 20. Diferencia porcentual entre los métodos de cálculo de onda de sobre-presión

Como se puede observar en la tabla anterior, la diferencia porcentual entre ambos métodos es constante e igual a 23,28%, lo que permite determinar la siguiente relación para calcular los daños estructurales y efectos en humanos para fluidos no ideales, teniendo las distancias para el método de Baker:

nkoN _{=5=.""}np

Donde DFNI es la distancia de fluidos no ideales y DB es la distancia del método básico de Baker.15

14

Refiriéndose a distancias de evacuación.

15

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