BOILOVER“Historial de un evento catastrófico”1ra. parte

Articulo de Gerardo Crespo, escrito para la Hermandad de Bomberos:

Corría la mañana del 14 de septiembre de 1924, en la Bahía de Monterrey (USA) cuando una tormenta eléctrica descargo un rayo que con fuerza certera impacto en un tanque de almacenaje de petróleo de 8700 m3 perteneciente a la Associated & Standard Oil Company dentro del parque de tanques de la planta.

Esto origino un incendio total en dicho tanque con voladura de su techo, en esa época todavía no había respuesta propia a las emergencias por medio de las Brigadas industriales de emergencia por lo que fueron convocados los Cuerpos de Bomberos de la zona y aledaños tales como Monterrey, New Monterrey, Oak Grove, Carmel y Pacific Grove.

Aproximadamente a las 16:30 horas ocurre el primer Boilover este dato nos habla que el tanque posiblemente se encontraba a la totalidad de su carga debido al tiempo transcurrido desde el inicio hasta el evento.

En la mayoría de los casos una vez producido el Boilover el tanque en cuestión queda auto extinguido debido a que prima dentro de su estructura o interior vapor de agua con algunos rastros del combustible causando una atmósfera inerte el resto del contenido es vertido en su totalidad fuera del tanque provocando de esta manera el escalonamiento del siniestro induciendo otros incendios en otros tanques e instalaciones, como ocurrió en este caso.

A las 18:00 horas un segundo Boilover en otro tanque y a las 21:30 horas un tercer y ultimo Boilover en otro tanque, solo al ocurrir el primer Boilover se produjeron dos muertes y un sin numero de heridos los dos eventos siguientes no provocaron victimas ni heridos, ya que el comando de la emergencia había decido replegarse ante la inminencia de un desastre mayor.

En estas épocas recién se comenzaba a estudiar el peligro que representaba el agua amalgamada al petróleo frente a la presencia de calor y fuego (por ejemplo) dentro de una cisterna de almacenaje; socios naturales e inseparables el agua y los petróleos juntos forman parte del mundo natural, así conviven en las cuencas sedimentarias, juntos se los extrae, la industria hace ingentes esfuerzos para deshidratar el petróleo “pero” la asociación es tan fuerte que irremediablemente en la mayoría de las cisternas en el mundo ya sea estratificada, emulsionada, como agua libre o decantada el agua siempre esta presente, ocurre que al momento del incendio total de una cisterna de almacenaje de petróleo o de mezclas de aceites o combustibles con distintas fracciones (pesadas y livianas) puede producirse un evento catastrófico tanto para la industria como para los Bomberos que están combatiendo el siniestro, denominado “BOILOVER” o “REBOSAMIENTO POR EBULLICION” es lo mas parecido a una erupción volcánica.

El 30 de agosto de 1983 en la refinería de Amoco en Milford Haven en Gales (UK) el incendio total de un tanque de 60.000 m3 de petróleo y un diámetro de 73 metros (casi una catedral) provocó un Boilover con una altura de 650 metros casi tres veces la altura de la torre “Eiffel” dejo a su imaginación la distancia que pudo haber alcanzado en su radio horizontal.

PREGUNTA, Pero solamente la presencia de agua es riesgosa en los tanques de almacenaje de líquidos combustibles como para provocar estos eventos catastróficos..?

RESPUESTA, “NO” el Boilover esta estrechamente ligado a las características físico/químicas del combustible que se pueda estar incendiando más la probabilidad de presencia de agua.

PORQUE..? Porque es necesaria la formación de una interfase fría/caliente que va a dar lugar a una “onda de calor” que ira paulatinamente viajando por conveccion hacia el interior a través del liquido combustible, esa “onda de calor” se estima que viaja 1 metro por hora a temperaturas de mas de 200°C, mas temperatura que la del punto de ebullición del agua, si a 100°C 1 litros de agua se expande 1700 veces al momento del Boilover puede llegar a multiplicarse 2000 veces o mas.

PREGUNTA, en consecuencia cual seria el resultado..?

RESPUESTA, dependiendo de la cantidad de combustible almacenada esa “onda de calor” ira viajando la profundidad que sea necesario dejando a su paso un volumen muy importante del producto, al tomar contacto con el agua esta se transformara en vapor con fuerza explosiva arrojando el liquido fuera del tanque casi en toda su totalidad “efecto piston”.

PREGUNTA, Ocurre en cualquier liquido combustible…?

RESPUESTA, “NO” mayormente ocurre si o si en petróleos, PORQUE..? Porque los petróleos tienen en su composición fracciones livianas y pesadas con distintas temperaturas de destilación y densidades, entonces que ocurre..? las fracciones mas livianas se queman o destilan y las mas pesadas y calientes bajan, esto se conoce como intercambio de capas frías por capas calientes, formando la onda de calor convectiva.

Pero también puede ocurrir con el almacenaje o la mezcla de distintos líquidos combustibles pesados o aceites.

CASO TESTIGO de este hecho fue el Boilover del tanque #8 (37.800 m3, 55 metros de diámetro, al momento del siniestro contenía 13.400 m3) de la central termoeléctrica de “Tacoa” Venezuela, el 19 de diciembre de 1982, se suponía que el tanque contenía un fuel pesado del #6, se puede decir que un “monoproducto” que no cuenta con distintas composiciones o fracciones como el petróleo por lo cual el Boilover no era posible que ocurra, pero lamentablemente para nuestros Hermanos Bomberos Venezolanos “ocurrió” este evento que enluto a la comunidad Bomberil Latinoamericana de la época provocó mas de 150 fallecidos entre ellos unos 40 Bomberos; resultado de la investigación se dedujo que efectivamente el tanque contenía un fuel del 6 pero a lo largo de un tiempo la compañía adquirió fuel n° 6 de distintos proveedores, estos líquidos discrepaban en sus componentes o en sus fracciones de esta manera constituyeron una mezcla de combustibles pesados con distintas características físico/químicas las que al momento del incendio dieron lugar a la formación de la onda de calor que tomando contacto con el agua decantada provoco el Boilover a las 12:15 horas y escalonando el incendio al tanque #9.

El Boilover fue estudiado, probado y comprobado por distintos científicos y expertos a lo largo del siglo pasado, veamos que nos indican:

1925 H.Hall

En 1925 H.Hall científico norteamericano realizo las primeras pruebas a gran escala con experimentaciones sistemáticas del fenómeno Boilover; llevo a cabo mas de 100 experimentos utilizando recipientes que emularan tanques de almacenaje a escala desde 68 cm. hasta 4.50 m conjuntamente a una amplia gama de líquidos combustibles.

Descubrió que había un efecto de superposición en el tanque cuando el Boilover ocurre, habiendo una capa superficial muy caliente donde existen las llamas a continuación en virtud de que hay una capa isotérmica muy caliente para mas abajo encontrarse con capas mas frías.

Observa que hay una fuerte temperatura límite entre estas capas también que esta capa caliente crece conforme el fuego se incrementa en la superficie y que el Boilover en esta capa se produce cuando llega a la parte inferior de la cisterna y evapora el agua (o emulsión de combustible-agua).

Observó también que cuando no se produjo el Boilover tampoco hubo formación de zona caliente o interfase de zona muy caliente en contacto con las capas frías mas abajo, esto ocurrió en la mayoría de los líquidos combustibles titulados como monoproductos.

Esto llevo a H.Hall a la siguiente conclusión que ha de existir una subcapa de agua caliente para lograr la transferencia térmica debido a que la conductividad del calor no se puede atribuir al ya que es un mal conductor y la propagación se desarrolla a una velocidad mucho mas rápida de lo que pueda permitir el combustible.

En consecuencia la idea de esta superposición se debe a un efecto de destilación, las fracciones mas pesadas se hunden a ciertas temperaturas, las mas livianas ganan la zona de llamas realimentando el fuego, la caída de las fracciones mas pesadas provocan el intercambio de capas frías por capas calientes llegando a tomar contacto con el agua a temperaturas mayores a las del punto de ebullición del agua.

H.Hall lo llamo ciclo continuo pero atención que las capas calientes pesadas son menos densas que las capas frías en consecuencia debe de haber la intervención de agua libre o estratificada permitiendo la formación de este intercambio o ciclo.

1947 L.Burgoyne.

En 1947, Burgoyne motivado por las investigaciones de H. Hall, trabajó utilizando una gama más amplia de combustibles, clasifico en las zonas calientes de interfaz y no la formación de la zona caliente que forman estos combustibles, siendo el primero de interés con respecto a Boilovers.

También informó de que Boilover se produjo cuando la capa llegó a la zona caliente de la capa acuosa en la parte inferior de la cisterna. Sin embargo, descubrió que las fracciones mas livianas destiladas en la parte superior de la cisterna sólo bajo el fuego son menos densas que la zona caliente justo por debajo.

Burgoyne presento la teoría de que la zona caliente a granel se debe a la circulación del fluido. Como el combustible se quema un poco de energía se utiliza para vaporizar la interfase frío/calor que suministra a la interfaz superior del fuego y conserva algo de calor para conducir la circulación masiva de la zona caliente en los fluidos.

Esto significó que la zona caliente está determinada por coeficientes de transferencia de calor en la interfaz frío/calor del liquido y la interfaz gaseosa de la superficie del petróleo (así como propiedades térmicas del aceite) en lugar de la transferencia de masa efectos propuestos por el Sr. H. Hall.

1961 Blinov y Kodiakov

En 1961 los rusos, Blinov y Kodiakov trabajaron en la ebullición propiamente dicha a escala de laboratorio y descubrieron que el agua bajo el petróleo se convirtió en un líquido supercaliente llegando a hervir y posteriormente producir un efecto casi explosivo, de cambio de fase conduciendo al Boilover, efecto pistón, rebosamiento.

Cuando se calienta el agua necesita llegar a una temperatura con un punto para la enucleación para formar burbujas de vapor. En el caso de un tanque en fuego normalmente utiliza la pared.
El trabajo de laboratorio de Blinov y Kodiakov se realizó con pequeñas cisternas donde las calentaron desde el exterior induciendo la propagación térmica a través de las paredes metálicas.

Debido a que este dio lugar a la expulsión de combustible y explosivos Boilovers se propuso que la zona caliente de crecimiento podrían ser propagadas por conducción a través de la pared del tanque.
Esto era radicalmente diferente al mecanismo propuesto por el Sr. H. Hall y en tela de juicio por Burgoyne.

1973 A.Hall

Escribió un papel fundamental de los mecanismos del Boilover, este examino detalladamente todos los estudios anteriores y sus distintas teorías pero opto por no discernir con ellos, debido al hecho que el mecanismo de producción según su opinión de la formación de la zona caliente de interfaz es todavía relativamente desconocida.

1988 C.Hasegawa

Casi 20 años después Hasegawa, trabajando en el Instituto de Investigaciones de Incendios de Tokio, otra vez observo las dos teorías principales propuestas para la formación de la zona caliente (H.Hall y Burgoyne).
Utilizando una gama de distintos tamaños de tanques, Hasegawa observó la vaporización de las fracciones mas ligeras en la interfase frío/calor y que la interfaz de la zona caliente era uniforme en composición y temperatura tanto horizontal como verticalmente, apoyando la teoría de Burgoyne.

Este vapor que se forma en la interfaz puede ser un mecanismo para mejorar la mezcla y por lo tanto, la homogeneidad de la zona caliente. También descubrió que la formación de la zona caliente era muy dependiente del tamaño y material del tanque como del combustible que se quema apoyando la teoría Blinov y Kodiakov.

Hasegawa llegó a la conclusión de que, para las cisternas en virtud de diámetros reducidos (como los utilizados por Blinov y otros en su laboratorio) la formación de la zona caliente es una función muy compleja en la interacción térmica de la pared, la superficie libre de fuego y la interfaz frío/calor, se puede demostrar en laboratorios pero dista mucho de la realidad.

Sin embargo, en tanques con un diámetro más amplio la zona caliente sólo depende de las propiedades térmicas del combustible y no del tipo de tanque o material constructivo.

Se observó también que, como la interfaz caliente-fría se mueve hacia abajo hay un movimiento oscilatorio superpuesto sobre si mismo. Esta oscilación se debe probablemente a la formación de las burbujas de vapor; pero Hasegawa tomó nota de que la tasa de oscilación está estrechamente vinculada a las temperaturas frías y calientes del combustible al momento de la conversión o del intercambio de capas.

1993/94 Koseki

Koseki atribuye la uniformidad de la zona caliente a una fuerte convección y vapor de combustible que provocan una agitación, ya que ascienden a través de él. Asimismo, atribuyó el fuerte gradiente de temperatura en la interfaz frío/calor, al hecho de que sólo es calor que se transfiere por conducción aquí y como se ha señalado anteriormente el petróleo es un muy pobre conductor de calor. Esto significa que la temperatura cayó lejos exponencialmente como lo demuestra Drysdale.

Él llegó a la conclusión de que:

La profundidad del líquido es un factor importante a la hora de boilover.

Que la energía necesaria para la formación de la zona caliente esta estrechamente y directamente conectada con la fase gaseosa sobre la superficie del líquido y las llamas de la superficie, se requiere incendio total del tanque con voladura total del techo.

La conducción a través de la pared del tanque es muy pequeña, este es un dato sumamente importante para los Bomberos; cabe mencionar que el aporte por conducción de calor utilizando como vehículo la envolvente metálica de las paredes del tanque es de mínima contribución al proceso que estamos enunciando.

PREGUNTA, consecuencia porque arriesgar autobombas y en algunos casos escaleras mecánicas y hasta plataformas elevadoras rodeando a un tanque en llamas…? El mínimo impacto de un chorro directo sobre una superficie metálica limitada nos podrá asegurar que el tanque no colapse..? esto llevado al plano del ataque por medio de líneas de mangueras o cañones monitores de hasta 5000 lpm (elementos convencionales utilizados por Cuerpos de Bomberos) nos aseguraran la intención que se tiene al respecto, creo que lo indicado por estos científicos no es un dato menor al momento de decidir que ataque emplazar de que manera y con que medios ya que como se observa su aplicabilidad es mas riesgosa que beneficiosa.

1995 Broeckmann

De la Universidad de Dortmund también trabajó en una amplia gama de combustibles llevo a acabo su correlación con los resultados de Koseki y también observó la naturaleza ondulatoria de la ampliación de la zona caliente.

También observó que la temperatura oscila en la interfaz. Esto se explica por la formación de vapor y la consiguiente producción de pulsos convectivos, es decir, la formación de burbujas mueve hacia arriba fases frías de combustible y provoca la caída de fases calientes.

La investigación concluyó que la zona caliente de expansión se debió a esta intensa convección causada por la formación de burbujas de vapor de fracciones de combustible ligeras en la interfaz.
Más significativamente, luego de que la modelisación matemática sobre el descenso de la zona caliente presentado es un método para calcular el orden de magnitud de las tasas de la zona caliente de descenso, que tiene aplicaciones prácticas en el tanque de demostración y en las estrategias de lucha contra incendios. Si la tasa de expansión de la zona caliente se puede determinar a tiempo por tanto, los bomberos entonces sabrán cuánto tiempo tienen para extinguir el fuego hasta que haya un gran aumento en el peligro de la aparición del Boilover. El modelo actualmente se limita a brindar parámetros de tiempos aproximados el cálculo de la zona caliente de sus temperaturas es imposible debido a la enorme cantidad de parámetros y variables que depende.

En la 2da. parte de este trabajo abordaremos las estrategias en el combate de estos fuegos, la anatomía de este fenómeno, otras derivaciones dependiendo las condiciones como lo son el Slopover (rebosamiento superficial) y el Frothover (rebosamiento espumoso) y otras reglas a tener en cuenta antes y durante el incendio.

UN HOMENAJE A LOS HERMANOS BOMBEROS DE VENEZUELA

TACOA DICIEMBRE DE 1982

Siempre que desarrolle cursos, jornadas e inclusive este articulo trabajando en base a compartir conocimientos y experiencias en incendios de tanques de almacenaje nunca deje pasar y no deseo hacerlo ahora la posibilidad de realizar un homenaje a todos los hombres y mujeres de los Cuerpos de Bomberos de Venezuela que trabajaron arduamente aquellos fatídicos días de diciembre de 1982, a pesar que el “Diablo bajo a la playa de Tacoa” “El ángel de esos valerosos Bomberos vivirá por siempre en nuestra inspiración”.

Dedico este trabajo a mis hermanos Bomberos de Venezuela

Que Dios los bendiga!!

Gerardo Fabián Crespo

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