Un desbordamiento (o ebullición ) es un fenómeno extremadamente peligroso en el que una capa de agua debajo de un estanque en llamas (por ejemplo, un incendio en un tanque abierto ) comienza a hervir, lo que da como resultado un aumento significativo en la intensidad del fuego acompañado de una expulsión violenta del fluido en llamas a las áreas circundantes. [1] [2] El desbordamiento solo puede ocurrir si el fluido líquido es una mezcla de diferentes especies químicas con puntos de ebullición suficientemente diversos , aunque un llamado desbordamiento de capa fina , un fenómeno mucho menos peligroso, puede surgir de cualquier combustible líquido inmiscible con agua. El petróleo crudo , el queroseno y algunos combustibles diésel son ejemplos de combustibles que dan lugar al desbordamiento.
Los desbordes a escala industrial son poco frecuentes, pero pueden provocar graves daños a las plantas. Dado que el fenómeno se produce de forma repentina y poco previsible, pueden producirse víctimas mortales, especialmente entre los bomberos y los transeúntes a los que no se ha obligado a abandonar la zona.
El desbordamiento y el espumado son fenómenos similares al desbordamiento por ebullición, pero distintos de este. El desbordamiento se produce cuando se vierte agua sobre un charco de líquido en llamas, lo que puede provocar la expulsión repentina de líquido en llamas, así como un crecimiento considerable de la llama si el incendio es pequeño, como es el caso de rociar agua sobre el fuego de una sartén . El desbordamiento es una situación que se produce cuando hay una capa de agua debajo de una capa de un combustible viscoso que, aunque no está en llamas, está a una temperatura más alta que el punto de ebullición del agua.
La extrema violencia de los desbordamientos se debe a la expansión del agua de líquido a vapor , que es por un factor de 1500 o más. [3] En escenarios prácticos de almacenamiento, la presencia de agua debajo del fluido en llamas a veces se debe a una acumulación espuria durante la operación de la planta (por ejemplo, agua de lluvia que ingresa a una costura en el techo del tanque, productos fuera de especificación de la fuente, agua residual de un depósito de petróleo o condensación de humedad ) o como consecuencia de intentos de extinguir el incendio con agua. [4] Un escenario típico para un incendio de tanque que eventualmente puede resultar en un desbordamiento es una explosión confinada inicial que hace volar el techo del tanque. [5]
Las especies químicas puras no son propensas a la ebullición. Para que se produzca, el material debe ser una mezcla de especies con puntos de ebullición suficientemente diversos . El petróleo crudo y algunas mezclas comerciales de hidrocarburos, como el queroseno y algunos combustibles diésel , son ejemplos de tales materiales. [2] El hecho de que estos se almacenen en grandes tanques atmosféricos en refinerías , parques de tanques , centrales eléctricas , etc. hace que la ebullición sea un peligro de interés en términos de seguridad del proceso . [6] [7] Durante un incendio en un charco, se produce un proceso de destilación en el combustible. La separación de los componentes ligeros de los más pesados se produce gracias al movimiento convectivo del fluido. Se forma una capa intermedia de combustible, llamada zona caliente u onda de calor , que se vuelve progresivamente más rica en especies de punto de ebullición más alto. Su temperatura, así como su espesor, aumentan progresivamente. Su límite inferior se mueve hacia abajo hacia la interfaz combustible-agua a una velocidad mayor que la que disminuye el nivel general de combustible debido al fuego que lo quema. Como resultado, cuando la zona caliente alcanza la capa de agua, puede que todavía quede una cantidad considerable de combustible sin quemar por encima del agua. Cuando el agua entra en contacto con la zona caliente, se forma algo de vapor. La turbulencia resultante promueve la mezcla del agua con el combustible caliente. Esto puede dar lugar a una rápida vaporización del agua. La violenta expansión de las burbujas de vapor empujará hacia fuera una parte significativa del combustible que se encuentra por encima de ellas, provocando un violento desbordamiento de líquido en llamas. [5] En estas condiciones, el agua puede sobrecalentarse , en cuyo caso parte de ella pasa por una ebullición explosiva con nucleación homogénea de vapor. Cuando esto sucede, la brusquedad de la expansión mejora aún más la expulsión del combustible en llamas. [8] [9] [10] Las velocidades típicas de la zona caliente son de 0,3 a 0,5 metros por hora (1,0 a 1,7 pies/h), aunque se han registrado velocidades de hasta 1,2 metros por hora (4,0 pies/h). [11]
Además de la presencia de una capa de agua debajo del combustible, se deben cumplir otras condiciones para que se produzca un desbordamiento en la zona caliente:
Los riesgos que plantea un desbordamiento en una zona caliente son importantes por varias razones. A escala industrial, los tanques de hidrocarburos pueden contener hasta cientos de miles de barriles de fluido. Si se produce un desbordamiento, la cantidad de líquido en llamas que sale del tanque puede ser enorme. [16] [17] Los fluidos en llamas expulsados pueden viajar a velocidades de hasta 32 kilómetros por hora (20 mph) [14] y alcanzar distancias muy superiores a los límites de los diques de contención secundarios , a menudo cientos de metros o del orden de diez diámetros de tanque a sotavento. [16] [17] Sin embargo, los diques siguen siendo una medida importante para reducir la propagación del incendio. [18] Además, dado que el inicio del desbordamiento a veces es impredecible (ya sea en términos de tiempo hasta el inicio o si ocurrirá en absoluto (porque la presencia de agua en el fondo del tanque puede no ser un factor conocido)), el impacto en los bomberos que han intervenido para controlar el incendio puede ser mortal. En algunos casos, simples transeúntes quedaron atrapados en el incendio y perecieron. [16]
Los incendios de tanques que parecen relativamente estables pueden estallar en desbordamientos masivos varias horas después de que se inicia el incendio, como ocurrió en el desastre de Tacoa . [19] La falta de apreciación de los peligros que plantea una capa de agua debajo del combustible ha sido una causa importante que contribuyó a las secuelas de los accidentes por desbordamiento, en términos de pérdidas humanas y materiales. La incertidumbre en torno al momento en que se inicia el desbordamiento agrega imprevisibilidad que complica aún más los esfuerzos de los servicios de extinción de incendios. [20] [21] Se han desarrollado modelos matemáticos para el desbordamiento que predicen el tiempo necesario para que se inicie el desbordamiento, entre otras cosas. [22]
Los siguientes son algunos accidentes notables en los que se produjo un desbordamiento estándar o en zona caliente:
Un desbordamiento de capa fina [a] ocurre en una de dos situaciones:
En un desbordamiento de capa fina, el tamaño de las llamas aumenta al iniciarse el desbordamiento y se produce un sonido crepitante característico. [27] Sin embargo, debido a la pequeña cantidad de combustible que queda, este fenómeno es mucho menos peligroso que un desbordamiento estándar. [ cita requerida ] El estudio del desbordamiento de capa fina es de interés en el contexto de la quema in situ de derrames de petróleo sobre el agua. [30]
El desbordamiento es un fenómeno similar al desbordamiento, aunque distinto de este. Se produce cuando se vierte agua sobre el combustible mientras se produce un incendio en un charco. Si el incendio es lo suficientemente pequeño, el agua que hierve instantáneamente en contacto con el fuego o con las capas inferiores del líquido en llamas (que no están en llamas, pero pueden estar más calientes que el punto de ebullición del agua) puede extender las llamas, especialmente en dirección ascendente. [2] [31]
En los incendios de tanques a escala industrial, no hay ningún efecto perceptible cuando se rocía agua sobre el fuego, [2] aunque el agua que se hunde hasta el fondo del tanque puede contribuir a un desbordamiento posterior. [32] Sin embargo, a menor escala, los desbordamientos plantean riesgos importantes. Tratar de apagar un incendio en una sartén o en aceite de cocina con agua, por ejemplo, provoca desbordamientos, que pueden dañar a las personas y propagar el fuego en la cocina. [33] También han ocurrido incidentes graves de quemaduras durante las celebraciones del Festival del Medio Otoño , donde hervir cera de vela y verter agua sobre ella para entretenerse se ha convertido en una costumbre. [34]
Un desbordamiento de espuma se produce cuando hay una capa de agua debajo de una capa de aceite viscoso que no está en llamas y cuya temperatura es superior al punto de ebullición del agua. [31] Un ejemplo es el asfalto caliente cargado en un vagón cisterna que contiene algo de agua. Aunque al principio no ocurra nada, el agua puede acabar sobrecalentándose y más tarde empezar a hervir violentamente, lo que provoca un desbordamiento. [2]
El agua no suele ser adecuada para extinguir incendios de líquidos . En el contexto de los desbordamientos y los desbordes, el combustible suele ser más ligero que el agua. A escala industrial, esto significa que el agua aplicada a un incendio en un tanque abierto se hundirá hasta el fondo del tanque, lo que puede provocar un desbordamiento en una etapa posterior. A escala pequeña/doméstica, suponiendo que el agua pueda encontrar su camino hacia abajo a través del combustible, el uso de agua puede hacer que el contenido del recipiente se derrame y propague el incendio. Si el agua no se hunde de manera eficiente hasta el fondo, puede producirse un desbordamiento violento. Esto hace que el agua sea ineficiente como agente extintor y potencialmente muy peligrosa. [32]
Los desbordamientos de las zonas calientes de los tanques de gran tamaño son fenómenos relativamente poco frecuentes, pero pueden ser extremadamente perjudiciales, por lo que su prevención y control son muy importantes. [17]
El desbordamiento se puede prevenir revisando y drenando regularmente el agua en el fondo de los tanques. [14]
En términos de diseño de la planta , las distancias entre tanques tendrían que ser superiores a cinco veces el diámetro de los tanques para evitar la escalada a los tanques adyacentes. En la mayoría de los casos, no es factible diseñar una disposición de este tipo. [17]
Los incendios en tanques de petróleo crudo abiertos pueden combatirse utilizando espuma contra incendios a una velocidad de 10–12 L/(min × m 2 ) . Sin embargo, no está claro si estas velocidades son adecuadas para minimizar la posibilidad de un evento de ebullición, especialmente en casos en los que el ataque con espuma se inicia mucho después del inicio del incendio en el tanque. Se ha sugerido que la lucha contra incendios con espuma debe iniciarse dentro de las 2–4 horas posteriores a la ignición. [35]
La radiación térmica durante un desbordamiento es considerablemente mayor que durante el incendio de la piscina que lo precede. Aunque el evento es de corta duración, las actividades de respuesta a emergencias, para las cuales los niveles sostenibles de radiaciones térmicas son típicamente de 6,3 kW/m 2 , no pueden llevarse a cabo de manera segura, por lo que las operaciones deben realizarse desde una distancia segura. [17]
Existen algunos métodos para evaluar la probabilidad y la proximidad de un desbordamiento en los incendios de tanques. Se puede hacer una estimación a priori a partir de la curva de destilación y las propiedades del combustible, con la ayuda de fórmulas matemáticas, incluidas las que se dieron anteriormente. Sin embargo, este método requiere el conocimiento de la profundidad de la capa de agua en el fondo del tanque. Además, no considera la posibilidad de que haya una capa de emulsión de agua y combustible sobre el agua. La progresión de la zona caliente se puede monitorear utilizando tiras verticales de pintura intumescente aplicadas a las paredes del tanque, o aplicando un chorro de agua a las paredes para evaluar a qué altura comienza a hervir. También se ha propuesto el uso de cámaras termográficas o pirómetros . Sin embargo, sigue habiendo incertidumbre con respecto a la presencia y profundidad de una capa de agua o de una emulsión de agua y combustible, y la imprevisibilidad sobre el inicio del desbordamiento no se puede disipar por completo. [20] [21] Drenar el producto del tanque puede reducir las consecuencias accidentales, porque menos fluido estaría sujeto al desbordamiento. Sin embargo, bombear el producto también puede reducir el tiempo hasta el inicio del desbordamiento. [36]