Factores Fisicoquimicos Del Fuego y Explosiones Tema 2

7/24/2019 Factores Fisicoquimicos Del Fuego y Explosiones Tema 2

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UNIVERSIDAD AUTONOMASEGURIDAD INDUSTRIAL GABRIEL RENE MORENO

Para conocer el anlisis, la prevencin y la mitigacin de accidentes en las

industrias es conveniente conocer las bases fisicoqumicas de los mismos y

tambin su extincin.Con este fin se van a recopilar definiciones que sirvan como conceptos

fisicoqumicos que se emplean en esta rea.n el campo de la seguridad industrial general se trata de anali!ar, prevenir y

mitigar los efectos de" #ccidentes qumicos"

misiones o fugas

$ntoxicacin

Corrosin a personas

#ccidentes trmicos" $ncendio

%uemaduras por contacto, conveccin o radiacin.

#ccidentes mecnicos" xplosiones

Cada de ob&etos

'olpes y cadas personales

#ccidentes elctricos" $niciadores de fuego y explosin.

electrocucin

2. DEFINICIONES Y CONCEPTOS BASICOS.

#bordaremos conceptos bsicos de qumica y fsica que faciliten el conocimiento

de la fisicoqumica de los accidentes.

2.1.- propiedade !ii"o#$%&i"a pri'"ipa(e de (a $)a'"ia.

Peo a)*&i"o: peso de un tomo de un elemento simple expresado engramos. Peso de un tomo gramo.

Peo &o(e"$(ar:peso de la molcula, de una sustancia compuesta, comosuma de los tomos que componen aquella y en las proporciones que indica

su frmula, expresada en gramos. peso de una molcula gramo o mol.

Peo epe"%!i"o a+o($)o: peso de la unidad de volumen de una sustancia.

Peo epe"%!i"o de *(ido o (%#$ido: es el peso especfico absoluto detales sustancias referidas al del agua a ().


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Peo epe"i!i"o re(a)i,o de ae ,apore: es el peso especfico

absoluto de tales sustancias referidas al del aire en las mismas condiciones

de presin y temperatura.

Ca(or epe"i!i"os la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la unidad

de masa en un grado *+cal-gr)Co /0lb)12.

Capa"idad "a(or%!i"as la relacin entre la cantidad de energa calorfica transferida a un cuerpo

o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que

experimenta.

Fae ,apor e' e#$i(i+rio "o' (%#$ido:volviendo a los equilibrios liquido3vapor en

recipiente cerrados, es interesante el estudio del volumen ocupado en esos por la

fase de vapor. llo se debe a la necesidad de establecer grados de llenado mximo

para dic4os recipientes. &emplo" tanques para almacenamiento a presin,

cisternas para transporte a presin, etc.2

Prei*' de ,apor de $' (%#$ido:es la presin que e&ercen las molculas de una

fase liquida sobre la fase vapor o gaseosa con la que este en contacto. 5ignifica en

trminos de presin, la energa cintica de las molculas de lquido.

2.2.-For&a de e'er%a

E'er%a #$%&i"a:la contenida en la sustancia E'er%a de a")i,a"i*':la que se necesita comunicar a los reactantes para

que se inicie una reaccin. E'er%a )/r&i"a:calor"

Ca(or e'i+(e:para aumentar la temperatura de la sustancia Ca(or (a)e')e" efecto trmico de los cambios de estado fsico debido

a la variacin de la energa cintica de las molculas.

Calor latente de fusin" es la cantidad de calor necesario para

que la unidad de masa de una sustancia pase del estado

slido al lquido.


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Calor latente de vapori!acin" es la cantidad de calor

necesaria para que la unidad de masa pase del lquido a

vapor.

Ca(or de rea""i*'" efecto trmico de las reacciones qumicas.

nerga elctrica nerga mecnica

2.0.-Tra'&iio' de "a(or Por conduccin" generalmente a travs de medio solido su expresin es"

#-3At

r ley de 1ourier

Donde"q6 caudal trmico. *+cal4r2

+6 conductividad trmica. *+cal4r7m8

29t6 diferencia de temperatura en los lados del medio atravesado. *)C29r6 espesor del medio. *m2

#6 rea o seccin atravesada. *m82

Por "o',e""i*':a travs de o entre medios fluidos en movimiento. 5u

expresin matemtica es"q 6 0c# 9tDonde"0c6 coeficiente de transmisin de calor por conveccin. *+cal4r7m

8 )C2

Por radia"i*':a travs de medios mso menos transparentes a las

radiaciones. 5u expresin es"%6 0r# */(misor: /(receptor2Donde"0r6 coeficiente de trasmisin de calor por radiacin

# 6 rea del emisor *m82/6 temperatura *)-2

2.4.-Tra'!ere'"ia de &a)eria

Di!$i*':un gas se difunde de manera que ocupara uniformemente el

espacio en el que se 4a emitido, si 4ay otro gas presente *el aire de la

atmosfera2 las fuer!as intermoleculares secundarias retardaran lasvelocidades de difusin. el coeficiente de difusin de un gas dado

siempre toma un valor dependiendo del otro gas con el que esta

empare&ado. 5u expresin matemtica es"

m 6 3 D 7# c

x


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Donde"m6 caudal msico molar. *;oles4r2D6 difusividad molecular o conectiva. *;oles4r7m


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0.1.- Ca(or de "o&+$)i*' o poder "a(or%!i"o.- s la cantidad de calor que seorigina en la combustin de la unidad de masa de un combustible *+cal-g2. 5uele

tener un valor muy elevado por e&emplo"

Calor de combustin del carbono" A))) -cal-g.

Calor de combustin del metano" BBA)) -cal-g.

0.2. I'!(a&a"i*'.-$niciacin y mantenimiento de combustin con llama en polvos, gases yvapores. sto ser cuando se 4aya suministrado a los combustibles, en tales

estados fsicos, energa suficiente *generalmente trmica2 para"

a8 'enerar vapores inflamables" por evapori!acin *lquidos2 o por pirolisis*slidos2.

+8$niciar la combustin *energa de activacin2 de los vapores generados en a2,supuesta la presencia de un comburente.

5i se suministra por calentamiento la energa a2 y por una fuente exterior *c4ispa o

llama2 la de b2 se estar en la temperatura de inflamacin. 5i se suministran

ambas, a2 y b2, mediante calentamiento se alcan!ar la temperatura de ignicin

espontanea o auto ignicin.

0.2.1. P$')o de I'!(a&a"i*' 9F(a poi')8.-s la temperatura mnima a la que unliquido emite vapores suficientes para que, iniciada mediante una fuente de ignicin

a&ena al mismo *c4ispa, llama, etc.2 n una aplicacin instantnea, se origine la

combustin sostenida de dic4os vapores.

0.2.2. P$')o de a$)oi'i"i*' 9i'i"i*' epo')a'ea8.-es la temperatura mnimaen que una sustancia *slida, lquida o gaseosa2 tiene energa suficiente para iniciar

y mantener la combustin sin necesidad de una fuente de ignicin a&ena.

0.2.0. 6e;"(a i'!(a&a+(e.-=a combustin de gas y vapores tiene lugar en fasegaseosa, supone unas proporciones estequiomtricas *8 moles de oxigeno

comburente cada uno de metano combustible2 a&ustadas que podemos suponer

como de combustin qumicamente perfecta. =o ms frecuente en los incendios y

explosiones es que no se den tales proporciones, si no otras situadas en unentorno de concentraciones alrededor de la estequiometria.

0.2.4. Li&i)e de i'!(a&a+i(idad.3 5on las proporciones de combustible ycomburente que definen los extremos del entorno, alrededor de las

estequiomtricas, dentro del que se inicia y propaga la combustin en fase


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gaseosa. 5e expresan en trminos de concentraciones de combustible en la

me!cla gaseosa.a8 =mite inferior de inflamabilidad. Concentracin de combustible por deba&o

de la cual no se inicia ni mantiene la combustin. 5uele estar situada en la

!ona de unidades del B al B. =a llama en las cercanas del lmite inferiorsuelen ser a!uladas o incluso incoloras.

+8 =mite superior de inflamabilidad. Concentracin de combustible por encimade la cual no se inicia ni mantiene la combustin. 5uele estar situado en

mrgenes ms amplios de concentraciones. Cuando la concentracin de

combustible est en las cercanas del lmite superior de inflamabilidad se

produce 4umo, que es la suspensin de partculas slidas en los gases de

combustin.

4. FISICO


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=a ignicin trmica se establece cuando el balance de calor arro&a una

acumulacin tal que la temperatura de la masa gaseosa va aumentado

4asta alcan!ar un valor crtico.

5.> 6ECANIS6OS DE CO6B7STI?N

ntre los mecanismos de combustin tenemos"

5.1 Co&+$)i*' de *(ido

a2 =os *(idoseg?n dos modalidades" Combustin si llama del solido.3 es frecuente denominarla como

incandescente, pero nosotros preferimos definirla como combustin en brasa. llo

es porque en muc4os casos se 4abla de gases incandescentes, lo que puede crear

confusin. l residuo slido de tal combustin se llama ceni!a.

Combustin con llama de los vapores inflamables de pirolisis.3 sta esuna descomposicin trmica de los slidos, por efecto del calentamiento debido ala propia combustin, que genera gases y vapores, alguno de los cuales pueden

ser inflamables. stos ?ltimos arden seg?n c2.

5.2. Co&+$)i*' de (%#$ido

b2 =os(%#$ido no arden, pero si arde los vapores generados en suevaporacin.

5.0 Co&+$)i*' de ae

c2 =os gases y vapores inflamables arden, en la propia fase gaseosa, con emisin

de llama. sta manifestacin se debe a que parte de la energa trmica liberada

para la combustin se emite, en forma de energa radiante visible, desde los

gases y slidos en suspensin, ambos incandescentes. =os polvos

suspendidos en aire, o en otro carburante gaseoso, tienen una naturale!a

seme&ante a la de los gases" partculas combustibles *molculas en los gases2

suspendidas en un medio comburente.

6e"a'i&o de "o&+$)i*'


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Exidacin del carbono *con reduccin del Exigeno2 *Combustin2

Exidacin del C"4+

C0===>C

>educcin del O2:O20

O22

RedoxCompletaC0+O2

0

=CO2+42

Exidacin de un 4idrocarburo *con reduccin del oxigeno2 *combustin2"

Exidacin del metano"

1+4++4H

CH4

4+1===>C

>educcin del O2:O20

2O2

RedoxCompleta CH44+1+2O2

0

CO2+42

@2 H2O+12

5.4 Ca(or de "o&+$)i*'

s la cantidad de calor que se origina en la combustin de la unidad de

masa de un combustible *Kcal

Kg por e&emplo2 suele tener un valor muy

elevado # si *considerando rdenes de magnitud2 se tiene"

Calor de combustin del carbono* ecuacin B2" A)))

Kcal

Kg

Calor de combustin del metano *ecuacin 8 2" BBA))Kcal

Kg


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5i el calor de fusin del agua es de unas A)Kcal

Kg y el calor de

vapori!acin del agua es de unos ()Kcal

Kg " quemando un -ilogramo de

metano se pueden fundir unos B(A +g de 4ielo o vapori!ar unos 88 -g de

agua.

l calor de combustin se denomina tambin poder calorfico.

. E=PLOSIONES

0na explosin es la liberacin simultnea de energa calorfica, lumnica y sonora en

un intervalo temporal nfimo. De esta forma, la potencia de la explosin esproporcional al tiempo requerido y su orden de magnitud ronda los gigavatios. =os

orgenes de las explosiones se suelen dividir en dos clases"

31sicos" ;ecnicos *c4oques de mviles2, electromagnticos *relmpagos2 o

neumticos *presiones y gases2

3%umicos" de reacciones de cintica rpida.

.1.-Ep(oio' de!(ara')e

0na deflagracin es una reaccin *explosin2 cuya onda expansiva es algo ms

lenta que la de una detonacin. n este caso, el ad&etivo de flagrante supongo

que debe implicar que sirve para disminuir la velocidad de la onda expansiva de

la explosin del polvo.

.2 Ep(oi*' de)o'a')e

0na detonacin es una reaccin de propagacin cuyo frente avan!a a la

velocidad snica o supersnica, por lo tanto, su mecanismo es por compresinde onda de c4oque. =a masa que detona puede encontrarse en estado lquido,

solido, gas o vapor, puede estar libre o confinado.

n las explosiones por detonacin 4ay que distinguir dos frentes de

expansiones de los gases a alta presin, cada uno de los cuales viene

asociado una onda de c4oque.


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- l frente de la explosin que avan!a en la me!cla sin reaccionar. =a onda dec4oque se debe a la expansin, en la me!cla de los gases de alta que va

generando la detonacin.

- l frente de la explosin que avan!a en el ambiente. =a onda de c4oque sedebe a la expansin, en el ambiente, de los gases a alta presin ya generados

por la detonacin.

.0 Ep(oio'e "o' e!e")o +(e,e

=F es el acrnimo ingles boiling liquide expanding vapour explosin que

significa explosin de vapores que se expanden al 4ervir el lquido. ste tipo de

explosin ocurre en tanques que almacenan gases licuados a presin y

sobrecalentados, en los que por ruptura o fuga del tanque, el lquido del interior

entra en ebullicin y se incorpora masivamente al vapor en expansin.

=a causa ms frecuente de este tipo de explosiones es debida a un incendio

externo que envuelve al tanque presuri!ado, lo debilita mecnicamente, eleva

la temperatura del lquido contenido y aumenta lapresin dentro del tanque.

=lega a un punto en que la presin alcan!a valores que el recipiente no puede

soportar, produciendo una fisura o ruptura del mismo. sto ocasiona un s?bitodescenso de la presin,comien!a el proceso de nucleacinespontnea y todo lo

del lquido contenido cambia su estado a gaseoso en forma virtualmente

instantnea, aumentando su volumen a cientos de miles de veces. 5i el vapor

liberado corresponde a un producto inflamable, se genera una bola de fuego

tambin en expansin. 5i el producto no es inflamable igual ocurre la explosin

tipo =F la onda expansiva de sobrepresin ocurre cuando el lquido se

convierte e gas, su volumen cambia dramticamente *ley '#G3=055#C G

EG=2 lo que causa esta onda de sobrepresin.

.>.- FISICO


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.1.- E)i'"i*' por e'!ria&ie')o.

E'!ria&ie')o: Con este mtodo se logra reducir la temperatura de loscombustibles para romper el equilibrio trmico y as lograr disminuir el calor y

por consiguiente la extincin.

.1.1 E'!ria&ie')o de( &a)eria( e' ((a&a:

l enfriamiento del material en llamas es el mtodo ms com?n utili!ado para

extinguir el fuego. l agua est extensamente disponible y es el me&or agente

de refrigeracin para utili!ar especialmente en fuegos de materiales slidos.

vaporndose en el contacto con el fuego, el agua tambin cubre el incendio,

cortando el suministro de oxgeno. 5in embargo, nunca deberas aplicar el agua

a incendios que implican el aceite de cocina caliente o la grasaH el agua puede

4acer que se extienda.

5i del medio reaccionante se consigue retirar energa se detendr la

realimentacin citadas y, con ello, el proceso de combustin. /oda adiccin al

fuego produce un efecto refrigerante en mayor o menor medida. llo no

obstante, 4ay que destacar el agua como medio extintor principal por

refrigeracin. 5us caractersticas ms importantes a tales efectos son"

a2 #bundancia, facilidad para aportacin y aplicacin.

b2 calores especficos y latente de evaporacin elevados *B -cal+gIC y unas

() -cal-g respectivamente2" grancapacidad especfica para retirar calor.

c2 evaporacin a una temperatura convenientemente ba&a.

.2.- E)i'"i*' por di($"i*' o re)irada de o%e'o.

.2.1. So!o"a"i*': esta tcnica consiste en despla!ar el oxgeno presente enla combustin, tapando el fuego por completo, evitando su contacto con el

oxgeno del aire.

xcluir el oxgeno del fuego.

=os agentes que se asfixian son sustancias usadas para extinguir el fuego

cortando el suministro de oxgeno. =a espuma, que es el contenido de algunos

extintores, puede ayudar a enfriar y aislar la superficie del combustible desde el

aire, eliminar la combustin y ser capa! de resistir al viento e interrumpir la


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corriente. 5in embargo, nunca utilices espuma en equipos de energa elctrica,

debido a que es un conductor elctrico. Etros agentes asfixiantes incluyen

dixido de carbono, que se encuentra en algunos extintores de incendios y se

usa idealmente en el equipo elctrico y arena, que es efica! slo en peque@as

!onas de combustin.

5e trata aqu de eliminar o dificultar el acceso de comburente *oxigeno areo

en la mayora de los casos2. llo se puede conseguir mediante la aportacin de

gases inertes *no inflamables2, como an4drido carbnico, nitrgeno,

4idrocarburos 4alogenados, etc.

n los recintos cerrados se puede llegar a su inundacin con tales gases. llo

es efica!, aunque deban tenerse en cuenta riesgos subsidiarios de tal forma de

prevencin y extincin"

a2 #tmosfera irrespirableb2 Posibilidad de la formacin de gases txicos yo inflamables en la combustin

pobre en oxgeno.

.0.- e)i'"i*' por re)irada de( "o&+$)i+(e.

.0.1. Serea"i*': Consiste en eliminar o asilar el material combustible quese quema, usando dispositivos de corte de flu&o o barreras de aislacin, ya que

de esta forma el fuego no encontrara ms elementos con que mantenerse.

xtraer el combustible del fuego

Etro mtodo de extincin de un incendio es eliminar el suministro de

combustible al desconectar la energa elctrica, aislando el flu&o de los lquidos

inflamables o extraer el combustible slido, tal como madera o textiles. n los

incendios forestales, un cortafuego corta alrededor el fuego que ayuda a aislar

a?n ms el combustible. n caso de incendio de gas, cierra la vlvula principaly corta el suministro de gas es la me&or manera de extinguir el fuego.

Partamos de la base de que la !ona de combustin con llama se encuentra en

la fase gaseosa que est en la cercana de la interface, entre la fase

condensada *liquida o solida2 que origina vapores combustibles y estos ?ltimos.

5i se retira parte o toda la fase condensada originadora yo los vapores


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inflamables generados se conseguirn extinguir el fuego. llo puede

conseguirse de dos maneras"

a8 Dire")a:eliminacin de combustible. Por e&emplo" vaciado de un tanque o siloretirando la parte de combustible no incendiadaH corte de una fuga de gas

ardiendo, etc.

+8 I'dire")a: interposicin entre el combustible y la !ona gaseosa de reaccin, deuna capa o lamina de material no inflamable aislante" arena ceni!a, espuma,

troc4as cortafuegos en incendios forestales, etc.

.4.- E)i'"i*' por i'i+i"i*' a (a ((a&a.

.4.1. I'i+i"i*'" sta tcnica consiste en interferir la reaccin qumica delfuego, mediante un agente extintor como son el polvo qumico seco y el

an4drido carbnico

0so de un in4ibidor de llama.

=os in4ibidores de llama son sustancias que reaccionan qumicamente con elmaterial en llamas, por lo tanto extingue las llamas. =os extintores qumicos

secos traba&an de esta manera, y puede contener fosfato mono amnico, sodio

y bicarbonato de potasio y cloruro de potasio. =os lquidos de vapori!acin,

tales como 4alon, tambin tienen una accin de in4ibicin de la llama. 5in

embargo, la mayora de estas sustancias 4an sido eliminadas debido a los altos

niveles de toxicidad.

ste mtodo de extincin, que es aplicable solo a la modalidad de combustin

con llama, se basa en el ataque a las reacciones en cadena que tienen lugar en

la misma. 5e trata aqu de introducir, en el seno de las llamas, sustancias quee&ercen una catlisis negativa o in4ibicin favoreciendo las reacciones de

terminacin de cadenas mediante la combinacin de aquellas con las especies

activas y transmisoras. Para ello se emplean"

a2 Polvos a base de aniones bicarbonato, carbonato, 4aluro o fosfatos y cationes

alcalinos *Ja o me&or +2 o amonio.


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C6 concentracin de contaminante *ppm2 en el punto considerado.

66caudal msico de componente contaminante emitido*/mda2

H6velocidad del aire a la altura ! *millas42

H16velocidad del aire a la altura de B pie *millas42

= Y 6coordenadas *pie2 del punto de emisin.6coordenada viento aba&o

6coordenada viento a travs

;6coordenada vertical

6altura del punto de emisin *pies2

'6factor meteorolgico, es n?mero comprendido entre ) y B, definido en"

H H13 z( n2n

)

Cuando no se dispone de datos meteorolgicos para resolver esta ecuacin, se

puede suponer"

Para lapsos de tiempos grandes" n6B Para condiciones neutras" n6B Parainversintrmica suave" n6B Parainversintrmica severa" n6B

e6base de los logaritmos naturales *e68.OBA


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!$e')ee&iorao+re e($e(o9pie8

"orrepo'die')ePara'1K49pie

91K488) Dy6

).8( HD!6

).B(


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= &M.6distancia *pies2 desde el punto de emisin 4asta aquel otro donde se daCmx.

+8 &ode(o de pa#$i((:

C9=Y8%

2 $& y& z 7 e

12(

Y

& z )2

[e12(

Zh& z)

2

+e12(

Z+h& z)

2

]

Dnde"C9=Y8Concentracin *QgJm


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3). a

MB.

=igeramente

estable

MB. 1 stable

Co'idera"io'e re(a)i,a a( rieo de i'"e'dio:Cuando se emiten gases o vapores inflamables a la atmosfera es inevitable quese formen me!clas inflamables. 5i se produce me!cla inflamable *a nivel del

suelo o de otros sitios2 4ay peligro de incendio con da@os a personas o

instalaciones. Para evitar esto, es necesario tener en cuenta"a2 velocidad y temperatura del gas o vapor emitido.b2 condiciones y peso molecular de la emisin.c2 condiciones meteorolgicas.d2 topografa y presencia de estructuras cercanas al punto de emisin.e2 elevacin del punto de emisin con respecto al nivel del suelo.

.2e&iio'e de (%#$ido 'ie+(a:=os lquidos emitidos en la atmosfera tienden a decantar 4acia el suelo.Cuando tales lquidos incluyen componentes voltiles puede originarse una

atmosfera inflamable. 5i se emiten cantidades apreciables de lquidos

inflamables a la atmosfera el riesgo de fuego o explosin puede ser grande.

Por ello la evacuacin de lquidos procedentes de sistemas de alivio debe

4acerse de forma controlada. =o mismo para el caso de emisiones que puedan

formar nieblas de goticulas.

.0"o'e"$e'"ia de (a e&iio'e:

n la evaluacin cuantitativa de las consecuencias existen modelos

matemticos que permiten evaluar las circunstancias en el lugar de origen de

un siniestro y, lo que es ms importante, la variacin de las consecuencias con

la distancia contada desde el mismo.

=a secuencia de sucesos suele ser"

B. emisin *con vapori!acin si es lquida2.8. Dispersin de gases o vapores.


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5e cuenta con modelos matemticos anteriormente mencionados, que

cuantifican la variacin de la concentracin *en el espacio2 con la distancia.

I'"e'dio:Para estimar el calor recibido desde una llama cualquiera, puede aplicarse la

ecuacin de Ka&e-*


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BIBLIOGRAFIA: ;anual de seguridad industrial en plantas qumicas y petroleras3

fundamentos, evaluacin de riesgos y dise@o .W.;.5torc4 De 'racia.Fol.B.

X" incendio y explosin"

http!!"""#$%t&%#''((#)%!*)%'&+,&%!,)+*)!INCENDIO.EXPLOSION#p*/

INTEGRANTES:

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http://www.istas.ccoo.es/descargas/gverde/INCENDIO_EXPLOSION.pdfhttp://www.istas.ccoo.es/descargas/gverde/INCENDIO_EXPLOSION.pdf


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Universidad AutnomaGabriel Ren Moreno

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FACTORES FISICOQUIMICOS DEFUEGO ! AS E"#OSIO$ES

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Factores Fisicoquimicos Del Fuego y Explosiones Tema 2