Fuga De Gases

Introducción
La emisión de sustancias peligrosas es la primera fase a estudiar, una vez se tienen relacionadas las situaciones o escenarios de peligro mediante una cuidadosa
auditoría de los procesos e instalaciones existentes. En esta Nota Técnica se consideran las emisiones en fase gaseosa que pueden ocurrir en un recipiente de
almacenamiento o proceso.
La relación entre presión,temperatura y volumen de un gas real es compleja, aunque a excepción de presiones elevadas, el comportamiento de los gases se
aproxima al de un gas ideal, para el cual el volumen de una masa dada es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la temperatura
absoluta.
En un proceso isotérmico (T = constante) se cumple:
pV = nRT = constante
p = presión absoluta del gas (Pa).V = volumen ocupado por el gas (m3
).
n = nº de kilomoles contenidos en el volumen V de gas (kmol).
R =constante universal de los gases (8314J /(kmol K)).
En un proceso adiabático (sin absorción o cesión de calor) se cumple de forma aproximada:
pVk
= constante
Si la expansión se aproxima a un proceso adiabático reversible (isoentrópico), el coeficiente adiabático k se transforma en larazón de los calores específicos γ.
γ= Cp
/Cv
Cp
= calor específico a presión constante (J/(kg K)).
Cv
= calor específico a volumen constante (J/(kg K)).
Las capacidades caloríficas de los gases ideales dependen solamente de la temperatura y los gases reales se aproximan tanto más a un gas ideal cuanto menor
sea la presión. En expansiones no isoentrópicas el coeficiente adiabático k esmenor que γ.
Las condiciones isotérmicas solo se pueden mantener si existe una buena transferencia de calor con el entorno y esta situación ocurre con caudales reducidos y
tiempos prolongados de emisión en equipos pequeños. Las condiciones más cercanas a un proceso adiabático se dan en situaciones contrarias, es decir grandes
instalaciones con caudales elevados y tiempos reducidos.
Ejemplostípicos de emisión por fugas en fase gaseosa se tienen normalmente en las situaciones siguientes:
● Conexiones de tuberías y equipos.
● Roturas de tuberías y equipos.
● Orificios en equipos (conducciones, recipientes) que contienen gas a presión.
● Descarga en válvulas de alivio de seguridad (sólo para fase vapor).En lo referente a los posibles escenarios que dan origen a la emisión desustancias peligrosas y aspectos a considerar en un escape, se remite al lector a la NTP-
362-1994 "Fugas en recipientes y conducciones. Emisión en fase líquida".
El caudal de emisión de cualquier fluido y en nuestro caso de un gas o vapor por un orificio, se determina mediante las relaciones fundamentales de la mecánica
de fluidos, que se pueden encontrar en los textos clásicos de esta materia.
Lasexpansiones que tienen lugar en las situaciones de emisión, son normalmente de uno de los dos tipos: expansión con estrangulamiento y expansión libre. La
expansión con estrangulamiento ocurre cuando el gas sale a través de una abertura o grieta muy estrecha. Se tiene una gran resistencia de fricción y una energía
cinética baja. Cuando la abertura es mayor se alcanza una situación de expansiónlibre. La resistencia por fricción es baja y la energía cinética elevada.
Las situaciones de mayor interés en nuestro estudio por el riesgo que implican, corresponden a una expansión libre, la cual se considera aproximadamente como
adiabática.
En el estudio del flujo de un gas, caracterizado por una masa molecular M y una razón de calores específicos γ, por un orificio de característicasdeterminadas
(diámetro y coeficiente de descarga Cd
), en un recipiente a presión interna absoluta p y temperatura termodinámica T (absoluta), a su entorno ambiental exterior a
presión atmosférica pa
, se demuestra que mientras la razón de las presiones p/pa
se mantiene superior a la razón crítica r
crít
= [(γ+1)/2]
γ/(γ-1)
el caudal de emisión
sólo depende de la presión p y es...