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Nubes de gas txico en la

industria

Fuga, dispersin y control

Francisco Javier Andrs Bombero de empresa Nivel Tcnico HAZMAT NFPA Capacitacin en Proteccin Civil Tcnico de Emergencias Sanitarias

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Introduccin

De sobra son conocidos los

beneficios que aporta la industria a la

sociedad, no conoceramos nuestra actual

forma de vida sin esta actividad. Sin

embargo, la del refino del petrleo, la

qumica, la farmacutica, etc. almacenan,

utilizan y procesan productos que

accidentalmente pueden ocasionar daos

graves a personas y medio ambiente.

En una emisin de sustancia txica en una industria la peligrosidad viene determinada por el nivel de toxicidad de las sustancias involucradas y por la persistencia y alcance de la nube. Gran parte de las sustancias habituales en la industria presentan elevada toxicidad, provocando efectos agudos, incluso letales, en cortos periodos de tiempo; en muchos casos estos efectos se manifiestan a concentraciones muy pequeas como consecuencia de su elevada reactividad con componentes biolgicos esenciales, que pondran en serio riesgo nuestra vida.

Ms adelante analizar factores

como cantidad de la emisin, dinmica atmosfrica y condiciones del entorno que determinarn la direccin, alcance y persistencia de las nubes. El conocimiento y anlisis de estos elementos son imprescindibles para equipos de bomberos y personal de intervencin que tienen como responsabilidad el control de dicha nube.

1. Riesgos de los

gases

El trmino GAS, describe el estado

fsico de una materia que no tiene forma ni

volumen propios, sino que se adapta a la

forma y volumen del continente.

Puesto que todas las sustancias

pueden adoptar el estado gaseoso, segn

la temperatura y presin que se les

aplique, el trmino GAS se emplea a las

substancias que existen en estado gaseoso

en condiciones llamadas normales, es

decir, a temperaturas y presiones normales

(TPN), que son aproximadamente 21C y 1

Atm., de presin.

Los gases constituyen una amplia

gama de productos cuya peligrosidad

puede ser muy variable. En general todo

gas en grandes proporciones supone algn

tipo de riesgo, ya que modifica las

condiciones atmosfricas que permiten

mantener la vida.

En funcin de sus propiedades qumicas, los gases pueden ser: inflamables, comburentes, txicos, corrosivos, o reactivos violentos. En definitiva, las propiedades fsicas y qumicas del gas involucrado determinarn la gravedad del incidente. En el presente artculo solo hablaremos de los txicos. Entre las caractersticas fsicas estn, por ejemplo, su densidad; una baja densidad respecto al aire significara una rpida dispersin, sin embargo una densidad ms alta har que el gas se deposite junto al suelo, zonas bajas, stanos, arquetas, etc.

Bien es cierto, que al cabo de un

tiempo, en un espacio abierto, el gas se

diluir en el aire y quedar sujeto

totalmente al movimiento que ste tenga.

En otro orden de cosas, hay que

destacar la diferente consideracin que

tiene un escape si ste tiene lugar en fase

gaseosa o en fase lquida. Esta ltima,

obviamente, representa una mayor

gravedad por el mayor volumen de gas que

libera. En tal sentido, resulta de capital

importancia intentar que un escape en fase

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lquida se convierta, de resultar posible, en

escape gaseoso.

La mayora de los gases no son

visibles a simple vista, lo que agrava el

riesgo de un escape. Si se produce una

nube de gas a consecuencia de una fuga,

ser difcil prever exactamente la zona que

ocupar sta, incluso aunque el estudio

est basado en datos fiables de

caractersticas del gas, velocidad del

viento, temperatura, etc.

Lo ms fiable ser la comprobacin

con equipos de medidas y analizadores de

gases, aunque los datos proporcionados

por un nico equipo no son extrapolables a

una amplia zona, ya que las

concentraciones pueden variar

sensiblemente.

Los gases tienen que contenerse en

recipientes completamente cerrados y es

ms rentable su almacenamiento cuanto

mayor cantidad de gas contenga el

recipiente y menos volumen ocupe. Por

ello, se pueden encontrar en diversas

presentaciones para una utilizacin

comercial ms rentable:

1 Gases comprimidos

Se le llama gas comprimido, a

aquel gas que a temperatura normal y bajo

presin dentro de un recipiente conserva

su estado gaseoso. Seran aquellos gases o

mezclas de gases, cuya temperatura crtica

es menor o igual a -10C.

2 Gases licuados

Es el que a temperaturas normales

y bajo presin, se presenta en fase lquida y

parcialmente en fase gas. La presin

depende fundamentalmente de la

temperatura del lquido. Son aquellos cuya

temperatura crtica sea mayor o igual a -

10C.

3 Gases criognicos

Llamamos gases criognicos a

aquellos gases que para mantenerlos

licuados en el interior de su envase

debemos proporcionarle unas

temperaturas muy por debajo de las

temperaturas normales, generalmente por

encima de su punto de ebullicin a

temperatura y presin normales, y a

presiones proporcionalmente bajas o

moderadas. La principal razn de esta

diferencia respecto al gas licuado, es que el

gas criognico no puede mantenerse

indefinidamente en el recipiente que lo

contiene debido a que ste no puede

impedir la penetracin del calor de la

atmsfera, que tiende continuamente a

elevar su presin hasta un nivel que puede

llegar a exceder la resistencia de cualquier

tipo de recipiente.

Son aquellos gases cuya temperatura de

ebullicin a presin atmosfrica es inferior

a -40C.

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El primer riesgo de un gas en estado

criognico es el propio al gas, es decir

siendo el hidrgeno un gas altamente

inflamable, el hidrgeno lquido presenta

tambin un alto ndice de inflamabilidad. El

peligro de un gas determinado aumenta

significativamente en su forma criognica.

A parte del peligro inherente al gas, todos

los criognicos poseen tres caractersticas

peligrosas resultantes de sus extremadas

bajas temperaturas:

Alta relacin de expansin de vapor

Capacidad para licuar otros gases

Efecto de sobreoxigenacin

Peligro para la salud. Quemaduras y suboxigenacin.

A los riesgos inherentes al tipo de gas y a

su condicin de licuado, se unen en este

caso los resultantes de las

extremadamente bajas temperaturas que

se producen si se produce una fuga en fase

lquida. Una fuga de estas caractersticas

generar una nube de gas que en muchos

casos es 700 veces mayor que el volumen

del lquido fugado; el enfriamiento ser tan

brusco que puede generar severas

quemaduras en los tejidos vivos, e incluso

en fase gaseoso los gases tienen

temperaturas tan bajas que pueden daar

los pulmones, las mucosas o los ojos.

4 Gases disueltos a presin

ste sera el caso

de transporte cuyo

representante sera el

Acetileno. El acetileno, es

un gas que no podemos

presurizar si no est en

unas condiciones muy

especiales. Necesita de

un envase relleno de una masa porosa, en

la cual se le aade Acetona, y en el

momento de realizar la carga de acetileno,

ste se disuelve con la Acetona y se

distribuye en los poros de la masa porosa

interior.

Lo caracterstico de estos gases es

que no se conservan en estado libre, sino

que se disuelven en otro medio, en general

a causa de su reactividad.

2. Conceptos bsicos

Densidad: es el peso por unidad de

volumen de un producto. En general

disminuye con el aumento de la

temperatura. Le densidad del agua a

temperatura ambiente es aprox. 1g/cm3.

Conocer la densidad de un producto es

importante para determinar su flotabilidad

en agua. La densidad de los productos

orgnicos suele ser inferior a la del agua.

Densidad relativa de un gas: es el

cociente entre la densidad del gas y la del

aire (1,2 Kg/cm3). Es importante para

determinar en caso de escape:

a) Modo de dispersin

b) Velocidad de dispersin

Cuando el peso molecular del gas o del

lquido que est generando vapores es

superior a 29 (peso molecular del aire), el

gas o los vapores sern ms pesados que el

aire. Hay que tener en cuenta la

temperatura, pues afecta de forma

importante a la densidad. Un gas ms

ligero que el aire a temperatura ambiente

puede ser circunstancialmente ms denso

cuando se encuentra a bajas temperaturas.

Los gases presurizados, al expandirse se

enfran y esto aumentar su densidad

hasta que su temperatura se vaya

igualando con la del ambiente.

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Solubilidad: es la capacidad de una

sustancia de disolverse en otra. Depende

del tipo de fuerzas intermoleculares. Estas

pueden ser:

a) Polares (ej.: agua)

b) No polares (ej.: grasas)

En general las del mismo tipo tienden a

disolverse entre s.

Las fuerzas de cohesin del soluto son

superadas por las que se forman entre l y

el disolvente. La solubilidad vara con la

temperatura:

La solubilidad de un slido en un

lquido aumenta con el incremento

de temperatura

La solubilidad de una gas en un

lquido disminuye con el

incremento de la temperatura

El grado de solubilidad de una

sustancia en agua determinar la eficacia

de las tcnicas de dilucin y abatimiento de

una nube de gas en caso de fuga. Tambin

influye en la dispersin del producto en un

terreno hmedo y en los efectos sobre ojos

y mucosas.

Grados de solubilidad: 100% mezclable 10-99% muy soluble 1-10% medianamente soluble 0-1% poco soluble Ejemplos: NH3 68% a 20C, Cl2 1% a

20C, HF 70% a 20C. Presin de vapor: es la presin

caracterstica de un vapor en equilibrio con su fase lquida. Determina la capacidad o tendencia de las sustancias a vaporizarse.

El conjunto de molculas que tienden a desprenderse de una materia ejercen una presin sobre el aire circundante. Esta presin de denomina presin de vapor.

La de un lquido aumenta ostensiblemente con la temperatura y es siempre constante para una temperatura dada. Cuanto mayor es la presin de vapor, mayor ser su velocidad de evaporacin. Por otro lado, las sustancias con elevadas presiones de vapor tendrn puntos de ebullicin bajos.

La propiedad fsica de los lquidos que ms influencia tiene sobre su combustin es su presin de vapor. La evaporacin de un lquido est asociada directamente a este valor.

Se suelen utilizar varias unidades de presin, algunas de las ms comunes son:

Mbar, (milibar); bar (bar); mmHg (milmetros de mercurio), atm (atmsferas) kPa (kilopascal). Equivalencias aproximadas:

1 bar = 100 kPa 1 atm = 760 mm Hg

Es muy importante diferenciar los conceptos de vaporizacin, evaporacin y ebullicin:

-Vaporizacin: es el paso de lquido a gas

-Evaporacin: es el paso de lquido a vapor en contacto con el aire

-Ebullicin: es el paso de lquido a vapor cuando su presin de vapor iguala a la atmosfrica

Punto de ebullicin: en este punto,

cuando pasan al estado gaseoso, todas las materias tienen una presin de vapor de 100 kPa, esto es igual a la presin atmosfrica.

La temperatura ambiente y el conocimiento del punto de fusin y ebullicin permiten una rpida apreciacin del estado en que se encuentra el producto qumico en cuestin, slido, lquido o gaseoso. Esta es la base del comportamiento de un producto qumico en una fuga y por lo tanto, los primeros datos tcnicos que hay que tratar de conseguir.

Si la temperatura en ese momento (temperatura ambiente) es ms alta que el

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punto de ebullicin del producto en cuestin, entonces la presin vapor tambin ser mayor que 100 kPa. Como ejemplo de sustancia que a cualquier temperatura normal se encuentra por encima de su punto de ebullicin tenemos el cloro.

A 20 C el cloro tiene una presin vapor de 650 kPa. Otro ejemplo es el butano, cuyo punto de fusin est a -138C, el punto de ebullicin a -0,5C y la presin vapor es de 165 kPa a 20C.

Podemos entonces concluir que el conocimiento de la presin vapor a una temperatura determinada es de importancia capital para poder evaluar con cierta exactitud el comportamiento de un producto qumico en una fuga.

3. Fugas

La existencia de recipientes de

almacenamiento y de procesos presenta situaciones de riesgo por escape de una sustancia txica. En el caso de fuga se formar una nube de vapor txico con una determinada concentracin en funcin de la distancia a la fuente de emisin, que tambin afectar a la planta de proceso o almacenamiento y a su entorno, pudiendo generar efectos nocivos a una distancia considerable del punto de emisin.

Entre las muchas circunstancias

que pueden ser origen de emisiones peligrosas, aparece frecuentemente el fallo del propio equipo contenedor de la sustancia. Tambin es importante considerar otras situaciones de escapes por vlvulas que se quedan abiertas o por venteos forzados en emergencias. Un ejemplo de esta ltima situacin sera el fallo de la refrigeracin en un recipiente de almacenamiento de un gas licuado refrigerado a baja presin, que

dara como resultado un venteo forzado con una gran liberacin de vapor.

Las situaciones que dan origen a la

emisin de contaminantes se pueden

clasificar de la forma siguiente:

Segn el fluido (figura 1): o Gas/vapor o Lquido o Mezcla de vapor y lquido

Segn el equipo afectado: o Recipientes o Conducciones de tuberas o Otros equipos

Segn la abertura: o Rotura completa o Abertura limitada (vlvula

de alivio, disco de rotura, orificio, grieta, conexin, purga, toma de muestras, cierres de bombas, bridas, extremos o rotura de tuberas, etc.)

Segn el recinto: o Dentro de un edificio o Al aire libre

Segn la altura de emisin: o A nivel inferior del suelo o A nivel del suelo o A nivel superior del suelo

Segn el impulso del fluido: o Bajo impulso o Gran impulso

En funcin de la fase en la que sale del recipiente:

Fig. 1. Tres tipos de fugas en almacenamiento de gases licuados.

La figura 2 muestra la secuencia

seguida en la formacin y evolucin de

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nubes densas, que es la tipologa ms comn producida en los escapes accidentales de sustancias peligrosas, habindose dividido en las siguientes etapas:

1. Emisin, que est condicionada

por el contenedor, las caractersticas termodinmicas de la sustancia, las condiciones de almacenamiento (temperatura y presin) la posicin y dimensiones de la rotura. En funcin de estos parmetros el fluido irrumpe en el exterior de forma monofsica (totalmente gasificado o prcticamente lquido) o bifsica. La fase lquida se extiende sobre el terreno y se evapora en funcin de mecanismos trmicos (transmisin de calor desde el suelo y el aire) y msicos (por transferencia desde el charco al aire). Fig. 2. Esquema bsico de la evolucin de una nube de gas denso.

2. Abatimiento sobre el suelo. Las fluidodinmicas de la emisin gaseosa y de la atmsfera circundante condicionan la mezcla inicial de la sustancia y el aire; si la densidad de la nube es mayor que la del aire se produce el abatimiento de dicha mezcla.

3. Extensin y avance por gravedad. La nube pesada se comporta de forma parecida a como lo hara un lquido, esto es, se extiende y discurre sobre el terreno, adaptndose a la geometra del mismo y ocupando las zonas ms bajas. La fuerza gravitatoria

domina a las de flotacin y dispersin durante esta etapa.

4. Dispersin pasiva. La progresiva entrada de aire en el frente de avance y, en menor medida, a travs de la zona superior de la nube reptante, hace disminuir la densidad de la interfase, hasta que sus caractersticas fluidodinmicas se aproximan a las del aire prximo, inicindose entonces la denominada dispersin pasiva.

Si la sustancia emitida tiene una densidad similar o menor a la del aire (gas neutro o ligero), o si la mezcla en el momento de la emisin es muy intensa, de manera que se produce una rpida disminucin de la densidad, slo se verifican las etapas citadas en primer y ltimo lugar, esto es, la emisin y la dispersin pasiva.

3.1 Elementos y

parmetros

implicados en las

fugas

Cuando se produce una emisin de un gas o vapor, ya sea procedente de una fuga de gas propiamente dicha o como consecuencia de la evaporacin de un charco de lquido, dicho gas en contacto con la atmsfera sufre una dispersin por dilucin del gas y se extiende en ella arrastrado por el viento y las condiciones meteorolgicas.

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Los tipos de emisiones, por tanto dependen de la naturaleza del gas (propiedades termodinmicas) y de la continuidad o discontinuidad de la emisin.

Una de las caractersticas principales que condiciona la evolucin de un gas/vapor en la atmsfera es su densidad, distinguindose tres posibilidades:

Gases ligeros: densidad inferior a la del aire.

Gases pasivos o neutros: densidad similar a la del aire.

Gases pesados: densidad mayor que la del aire.

A efectos prcticos no se puede hablar, en la mayora de los casos, de un comportamiento puro de gas ligero neutro o pesado, ya que los factores que influyen en l son mltiples y variables en el tiempo y una mezcla gas/aire puede evolucionar como un gas pesado sin serlo debido a:

Peso molecular del gas. Temperatura del gas. Temperatura y humedad del aire

ambiente. Presencia de gotas lquidas

arrastradas en la emisin. Reacciones qumicas en la nube,

etc.

Otra caracterstica importante es la duracin del escape, que puede da lugar a:

1. Escapes instantneos formando una bocanada.

2. Escapes continuos sin depender del tiempo, formando un penacho.

3. Escapes continuos dependiendo del tiempo.

Como se ha comentado anteriormente, la dispersin de un gas puede proceder de una fuga de gas de un depsito o tubera a presin y como consecuencia de la fuga de lquido que se evapora. Esto implica analizar el proceso desde dos puntos de vista:

1. Dispersin de chorro turbulento, a partir de una fuga de gas a presin.

2. Dispersin de nube neutra, para gases sometidos nicamente a las turbulencias atmosfricas.

En primer lugar interesa conocer el estado fsico de la sustancia o producto que irrumpe al exterior y la masa o caudal emitido. Estos aspectos dependen de la combinacin de los elementos que se describen a continuacin:

1. Los contenedores, en los que cabe

distinguir tres tipologas: depsitos, tuberas conectadas a depsitos y tuberas aisladas.

La geometra de los depsitos tiene escasa relevancia en la dinmica de la emisin, siendo la altura del recipiente la caracterstica ms destacable por su influencia en la dilucin inicial, si la fuga se produce por la parte superior del equipo. En las tuberas conviene conocer si estn o no conectadas a depsitos. En el primer caso, si sufre una rotura, se producir la emisin o vertido condicionados por el volumen almacenado en el depsito, producindose, si no se bloquea, una fuga casi estacionaria de larga duracin. En la figura 3 se sealan las zonas o elementos que se ven ms frecuentemente afectados por roturas.

Fig.3 .Zonas o elementos tpicos a travs de los que se producen con ms frecuencia fugas accidentales. C: colapso de equipo o tubera. F: fisura por fallo de material o soldadura. Roturas de bridas (B), instrumentos (I), vlvulas (V), prensas de bomba (S). Apertura o rotura de vlvula de seguridad (VS), de purga (VP) o de disco de ruptura (DR).

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2. El estado fsico de los fluidos en el momento de la fuga juega un papel muy importante. Cabe distinguir entre gases, gases licuados y lquidos, que dependen de la presin y temperatura de almacenamiento.

Las sustancias lquidas almacenadas a temperatura inferior a la de ebullicin a presin atmosfrica tienen sobre ellas un espacio ocupado por un gas (aire u otro componente inerte, como nitrgeno, dixido de carbono, etc.), que contiene la sustancia en fase gaseosa, cuya presin parcial en el equilibrio coincide con la presin de vapor a la temperatura de almacenamiento.

Una excepcin a este caso lo constituyen los almacenamientos en tanques de techo flotante, donde no hay prcticamente cmara de gas, al estar el lquido en contacto directo con la cubierta superior mvil.

3. El tamao del orificio de fuga

establece el modelo de fuga: la duracin de la emisin (gas) o vertido (lquido), verificndose:

Fuga instantnea Si el orificio es grande con relacin al

volumen del recipiente (siendo la rotura catastrfica el caso extremo) la irrupcin suele ser muy rpida y en un breve lapso de tiempo.

Debido a la alta presin y a la elevada velocidad de escape, el gas se dispersar inicialmente con una total independencia del viento. El escape puede compararse con el chorro de gas de un jet que absorbe y arrastra grandes cantidades del aire de su entorno.

Despus se forma una nube de gas pesada y fra, que es arrastrada por el viento. La nube de gas desaparece en el aire con relativa rapidez.

Fuga prolongada

Si el orificio es pequeo con relacin al volumen del recipiente se produce una fuga continua durante un periodo mayor de tiempo, aunque generalmente de caudal decreciente. Suele producirse por rotura de una vlvula, tubera o un orificio en la superficie de un lquido. Un chorro de lquido y aerosol se escapar de manera turbulenta mezclndose con gran volumen de aire. El tipo de fuga depende del estado fsico del fluido y de la situacin (altura del orificio en el contenedor), salvo que se trate de un gas almacenado a presin, en el que la posicin del orificio es irrelevante.

Dado lo prolongado del proceso de la desaparicin de la nube de gas, se forma una pluma que se extiende en el sentido del viento. La pluma puede recorrer grandes distancias, pero desaparece con lentitud. Las concentraciones no alcanzan los niveles caractersticos de una fuga instantnea, pero la exposicin prolongada a los efectos de la fuga implica mayores riesgos dentro de edificios.

4. Cuando se trata de vertidos, el

grado de contencin alrededor de los equipos condiciona la formacin de los charcos. Un cubeto, un depsito

semienterrado o una tubera canalizada en zanja facilitan la recogida y disminuyen el rea de evaporacin. Por el contrario, en terreno llano y sin obstculos el lquido se extiende, aumentando el rea de evaporacin y, por consiguiente, se incrementa el producto evaporado.

3.2 Parmetros

meteorolgicos que

influyen en la mezcla

y dispersin de la

fuga

La capa de aire ms prxima al suelo, denominada capa lmite atmosfrica, cuya altura puede oscilar entre 200 y 1000 m, es, desde el punto de vista fluidodinmico, la ms compleja por

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su interaccin con la litosfera e hidrosfera. En ella se producen todos los fenmenos relacionados con la mezcla y dispersin de las nubes que interesan destacar aqu, siendo los parmetros ms significativos los siguientes: La magnitud, direccin y persistencia del viento. La temperatura y la presin. La humedad y la pluviosidad. La radiacin solar. La turbulencia.

Todos estos parmetros estn interrelacionados. As, la radiacin solar condiciona la temperatura y sta la densidad que, a su vez, determina la presin... Pero interesa aqu independizarlos, citando brevemente la influencia de cada uno en los fenmenos estudiados.

La velocidad del viento tiene una

gran importancia en la dispersin, de manera que, como primera aproximacin, la concentracin del producto fugado en la direccin del viento y en cualquier punto resulta inversamente proporcional a esta magnitud. La velocidad vara con la altura, aspecto que se trata ms adelante al estar relacionado con la turbulencia. Por ello, es necesario referenciar la altura a la que se realiza la medida para obtener con ella valores representativos que servirn para evaluar el movimiento de las emisiones pesadas a ras del suelo o el transporte de las nubes neutras o ligeras.

La direccin del viento condiciona la direccin del transporte de las sustancias fugadas y, por consiguiente, su impacto. A nivel de microescala (para extensiones con distancia menores a 1 km) y de mesoescala (entre 1 y 10 km), la topografa, la presencia de obstculos o la proximidad del mar, influyen considerablemente en la direccin del viento, provocando los efectos valle o montaa-valle, las brisas marinas, las corrientes predominantes en calles y avenidas..., todo ello como consecuencia de variaciones locales de

presiones, que, a su vez, estn originadas por diferencias trmicas.

La persistencia del viento expresa el nmero de ocasiones que en periodos determinados (1, 7, 13,...horas) la direccin del viento permanece estable, en cada uno de los sectores definidos por las direcciones geogrficas. Este parmetro es de inters para prever los probables cambios de direccin del viento que influyen de la misma manera en la direccin de la nube y, por consiguiente, en las posibles localizaciones de los impactos.

La temperatura ambiente influye en la cintica de las reacciones de transformacin de las sustancias fugadas en aire, acelerando generalmente estos procesos. Algunos parmetros o mecanismos de inters dependen de la temperatura, como la densidad del aire y de la nube, la presin de vapor, que hace aumentar la evaporacin desde los charcos, los coeficientes de transferencia de calor y de materia

La humedad provoca la formacin de aerosoles lquidos cuando el producto fugado es higroscpico (amoniaco, cloruro amnico, cloruro de hidrgeno, fluoruro de hidrgeno,...) y puede transformar las nubes ligeras en pesadas al aumentar la masa molecular. Tambin influye en los procesos de transformacin atmosfricos, al actuar como intermedio o reactante.

La pluviosidad es el meteoro ms importante desde el punto de vista de la eliminacin de los contaminantes atmosfricos, incluso para los productos insolubles, dado que el concepto de insolubilidad es relativo. As, la presencia en aire de sustancias consideradas insolubles, tales como los hidrocarburos voltiles, disminuye muy significativamente tras un episodio lluvioso.

3.3 Nubes densas:

comportamiento y

modelos

Anteriormente hemos hablado de causas y factores de las emisiones, ahora

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veremos de forma breve el comportamiento posterior. Los modelos tratan de calcular las concentraciones de gases que se encuentran a una determinada distancia del foco emisor, tanto para gases txicos como inflamables, as como las cantidades de gas inflamable que se encuentran entre los lmites de inflamabilidad de sustancias inflamables.

Las nubes densas de gas se producen cuando:

Cuando la masa molecular de la sustancia fugada es superior a la del aire. La mayora de los productos de inters industrial tienen esta caracterstica.

Si la temperatura de la emisin es inferior a la del aire circundante se incrementa la densidad. Incluso las sustancias con masas moleculares menores a las del aire pueden superar la densidad atmosfrica si la disminucin trmica es suficientemente importante. Esta situacin puede producirse en la expansin de los gases almacenados a presiones superiores a la atmosfrica o en la evaporacin de gases licuados desde charcos.

La capacidad reactiva de algunas sustancias puede dar lugar a otras de mayor masa molecular: este es el caso de las sustancias hidroflicas (que se pueden mezclar con agua) que pueden reaccionar con el vapor de agua ambiental.

La mayora de las nubes producidas en

las fugas de sustancias de inters industrial tienen un comportamiento denso. No obstante, puede ocurrir el fenmeno opuesto, esto es, nubes de sustancias consideradas a priori pesadas por su masa molecular, pueden comportarse como neutras, debido a emisiones a altas temperaturas, tales que la flotabilidad supere los efectos gravitatorios, o si la mezcla con aire es rpida y suficientemente efectiva para que la densidad se aproxime a la del aire.

Desde el punto de vista de los anlisis de consecuencias, las nubes densas son ms peligrosas que las neutras debido a los comportamientos y circunstancias siguientes:

o La masa de vapor txico tiende a

permanecer a poca altura (a ras de suelo), que es la posicin en la que ms comnmente se encuentran los elementos vulnerables (personas y la mayor parte de los seres vivos), aumentando por tanto el riesgo.

o Si la sustancia es inflamable, la posibilidad de encontrar un punto de ignicin es mayor en zonas cercanas al suelo, donde tambin se producir la deflagracin posterior. Por ambas razones se incrementa el riesgo de impacto trmico (llamarada) y mecnico (explosin).

o La dilucin de las nubes densas es ms lenta que los gases neutros, por lo que la primera es capaz de recorrer mayores distancias y permanecer durante ms tiempo a concentraciones elevadas.

El movimiento de una nube en sus

momentos iniciales est ntimamente influenciado por el modo en el que la emisin se incorpora en la atmsfera. El modelo de dispersin densa est conectado con el modelo de fuga. La rotura catastrfica de un contenedor se modela generalmente considerando que se forma instantneamente una nube densa e instantnea, con geometra cilndrica, Fig. 4. Una aproximacin similar puede usarse para una fuga procedente de un orificio de tamao intermedio. Existen muchos modelos y clculos que permiten hacer una estimacin de la dispersin de una emisin, pero queda fuera del objetivo de este artculo.

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Fuga de amonaco

Fig 4. Modelo de cajas (Box models). A: fuga instantnea, B: fuga prolongada.

Fig 5. Abajo: Otro modelo: Los tres trminos de la ecuacin gaussiana del penacho: concentracin en el eje central y trminos vertical y lateral.

Toda industria donde exista este riesgo debe establecer las zonas de planificacin en el caso de nubes txicas. El RD 1196/2003, de 19 de septiembre, por el que se aprueba la Directriz bsica de proteccin civil para el control y planificacin ante el riesgo de accidentes graves en los que intervienen sustancias peligrosas define dos zonas de planificacin: de Intervencin y de Alerta. En la primera el nivel de dao ocasionado por el accidente justifica la aplicacin inmediata de medidas de proteccin; en la segunda no es necesario llevar a cabo dichas medidas, excepto sobre los grupos crticos, constituidos por aquellos sectores de poblacin que sean especialmente vulnerables a los niveles de los parmetros que determinan la peligrosidad del accidente. Para establecer las zonas de planificacin en el caso de nubes txicas, es necesario en primer lugar definir los niveles de dao en cada una de las zonas y a continuacin determinar la extensin y geometra de las mismas. Dada la complejidad de clculo de estos parmetros, se recomienda utilizar programas informticos especialmente diseados para esta finalidad, por ello no es objeto de este trabajo. Para ms informacin consultar:

Zonas de planificacin para accidentes graves de tipo txico, (en el mbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II)

EPA (1999). ALOHA Users Manual. U.S. Environmental Protection Agency. National Oceanic and Atmospheric Administration, Washington.

En una emergencia se conoce la direccin del viento, lo que permite delimitar las zonas afectadas (elipsoides). En planificacin no es conocida la direccin del viento, por lo que las zonas afectadas se consideran circulares, con centro en el origen del accidente.

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4. Control de nubes

CONCEPTOS:

Confinamiento (NFPA): procedimientos que se toman para mantener un material en un rea definida o limitada, cuando el producto se ha salido de su contenedor y los respondedores necesitan confinarlo o controlarlo. Es una accin defensiva, que se toma para dar respuesta a un producto ya derramado y con la finalidad de mantenerlo dentro de un rea especfica.

Contencin (NFPA): accin ofensiva que se toma para mantener el producto que no ha escapado, dentro de su contenedor. Solo lo realizar personal entrenado.

La clave en la resolucin de

muchos incidentes estar la idea de contener un derrame o fuga de un producto qumico en un rea lo ms pequea posible o en el interior de un recipiente. Sin embargo, las tareas de contencin incluyen ciertos aspectos de prevencin:

1. Limitar la proximidad de

personas en el rea de contencin

2. Valorar si el producto es ms peligroso en grandes cantidades, o disipado en una gran superficie

3. Cuestionarnos la seguridad del rea contaminada; si cumple su funcin

La principal funcin del equipo o

brigada de emergencia ser la de minimizar los daos que puedan ocasionar las fugas tanto a las personas como al medio ambiente o equipos industriales.

Es difcil separar en este apartado, lo que se consideran gases, y lo que son vapores que desprenden ciertos lquidos. En la mayor parte de productos peligrosos en forma lquida, cuando se derraman desprenden vapores que pueden ser altamente txicos o corrosivos. As pues, nuestra primera misin ser la de minimizar el rea donde pueden afectar estos vapores o gases.

Mientras se produce una fuga, muchos productos son capaces de asociarse qumicamente con otros simplemente por el aumento de la temperatura, por accin del sol, o en contacto con el agua, dando lugar a reacciones exotrmicas y que produzcan gran cantidad de vapores. Una ignicin sbita e inesperada puede ser fatal, sea por la propia ignicin, como por los vapores resultantes de la misma que pueden ser ms txicos si cabe.

Los escapes de gas nicamente los podemos controlar y mitigar en cierta medida. stos se pueden controlar dirigindolos, diluyndolos y dispersndolos para impedir su contacto con personas entrando en edificios, o evitando que se acerquen a puntos calientes que actuaran de ignicin, mientras que simultneamente se est intentando detener el flujo de la fuga.

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MTODOS EMISIONES DE VAPOR

El agua, en sus diferentes fases,

junto con las nieblas de agua ("water spray"), resultan, en principio, efectivas en la dispersin y/o dilucin de los vapores con aire que requiere la reduccin del rigor y la severidad de los efectos de una emisin peligrosa.

No obstante, en algunos casos, estos vapores solo sern parcialmente neutralizados o absorbidos. Dilucin y dispersin de vapores

Para la dilucin y/o dispersin de un gas se precisa del empleo de algn fluido que pueda ser portador. El ms comn es el agua, que en forma finamente pulverizada o niebla (water spray) y a flujo o caudal intenso hacia la fuente de emisin y desde una posicin segura respecto a la direccin del viento, puede disolver gran parte de gas, puede abatir gran parte de la nube (solo ser efectiva contra una fraccin del vapor), y adems, por el sistema de aplicacin, siempre se da un aporte extra de aire que favorece su dispersin en la atmsfera. En el caso de gases licuados y criognicos el agua se debe aplicar siguiendo la direccin del viento para evitar que entre en contacto con el charco, lo cual provocara un aumento de la vaporizacin del producto debido al aporte de calor que proporcionaramos.

Los gases licuados no criognicos frecuentemente se evaporan tan rpidamente al contacto con el aire o tierra que no permanecen en fase lquida una vez se escapan sin formar charcos. Aunque existen excepciones; los de menor presin de vapor (Butano y Cloro) y aquellos que poseen alto calor latente de vaporizacin (amoniaco), incluso los gases de alta presin de vapor, tales como el propano pueden llegar a formar charcos si las temperaturas ambientales son muy bajas, pero son excepciones.

Los gases criognicos, por otra parte, deben obtener todo el calor

necesario para su evaporacin del contacto con el aire o el terreno, y por lo tanto, forman unos charcos caractersticos si la fuga es de duracin continuada. En tales casos, la aplicacin de un fluido en el charco aumentar el ndice de vaporizacin, provocando el efecto contrario al deseado.

Tanto los gases licuados no criognicos, como los criognicos, poseen un indicador de posicin perfectamente visible e inherente a su naturaleza. El efecto refrigerante de su vaporizacin condensa el vapor de agua del aire formando una niebla que coincide aproximadamente en toda la superficie del charco, aunque la mezcla aire-gas frecuentemente se extiende algunos metros ms de los bordes definidos por la niebla (foto inferior).

Otro aspecto a tener en cuenta es que los vapores de un gas licuado siempre son ms densos que el aire debido a las bajas temperaturas en que se encuentran y a la condensacin de la humedad ambiental, por lo tanto se extendern a baja altura durante bastante distancia en direccin del viento, hasta que su temperatura llegue a la ambiental, momento en el cual depender de la densidad propia del gas. Si es ms ligero que el aire ascender, si no se mantendr a nivel del suelo. Inconvenientes El agua no es siempre la solucin para todo, a nosotros como bomberos quizs nos cueste entenderlo pero a veces es ms perjudicial que beneficiosa. Por eso

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debemos tener muy claro qu producto fuga y otras circunstancias de la emergencia. En incidentes que involucran una grave amenaza para la vida como por ejemplo accidentados con riesgo de afectacin por la emisin txica, viviendas cercanas, centro de ancianos sin posibilidad de evacuacin, etc., rociar agua para dispersar los vapores siempre ser la mejor opcin. Si, por otro lado, el escape tiene lugar en un rea remota lejos de la poblacin, rociar agua para la dispersin no siempre ser la mejor opcin. Para ser eficaz, el producto debe ser hidrosoluble o la nube de vapor debe ser capaz de ser movida por los chorros de agua. Otras veces, el uso de agua puede generar que una emisin que por su naturaleza ascendera y se disipara en el ambiente hara lo contrario, con lo que lo tendramos a ras del suelo.

Los principales inconvenientes de la dilucin con un fluido portador, es que el fluido contiene una parte del producto, y que al caer en el suelo estamos contaminando todo lo que entre en contacto con l. Aunque este hecho en la industria est en gran parte controlado por la red de canalizaciones de agua, arquetas y balsas, con lo que se podra contener y/o neutralizar luego. Otro aspecto importante a tener en cuenta es que algunos gases reaccionan qumicamente con el agua. Un ejemplo es el cloro, que en contacto con el agua, por reaccin qumica se forma cido clorhdrico, que lo tendremos en el suelo, incluso luego podra reaccionar con algunos metales liberando hidrgeno. El amonaco reacciona formando hidrxido de amonio, un lquido extremadamente corrosivo que requerir contencin u limpieza. El gas natural, el propano, el cloro y el dixido de azufre no son solubles en agua y el uso de vapor de agua simplemente traslada los vapores a otra zona. Cortinas de agua (confinamiento)

Las cortinas de agua se utilizan, fundamentalmente, con el fin de separar

los gases y vapores emitidos, de las personas y fuentes de ignicin, as como para confinar la nube. No obstante, las cortinas de agua tambin generan el efecto "water spray".

La cortina de agua, que diluye los vapores merced al aire en ella ocluido, resulta solo parcialmente efectiva cuando se trata de vapores no solubles en agua. La nube puede ser diluida por la accin de la cortina pero los efectos de sta, a medida que el vapor se va alejando de su fuente de emisin, van mermando.

El empleo de sistemas de rociadores de agua en las reas de almacenamiento de gases licuados txicos puede tener funciones de seguridad diferentes. De un lado, la instalacin de cortinas de agua a lo largo del permetro de las reas de almacenamiento, especialmente en instalaciones al aire libre y en los supuestos de que el gas txico sea soluble en agua y no genere reacciones peligrosas, puede ser un sistema para controlar parcialmente las fugas, minimizando as la cantidad de gas liberado (figura 6).

Fig.6 Cortinas de agua perimetrales.

Es evidente que esta medida debe

ser acompaada con otras medidas de seguridad, entre las que procede citar el posible trasvase de lquido desde el depsito afectado a otro de reserva.

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De otra parte, dado que algunos

gases txicos pueden ser asimismo

inflamables o encontrarse a distancias

relativamente prximas a zonas con riesgo

de incendio, es conveniente proteger

frente a la radiacin trmica, aquellos

depsitos, compresores, bombas, hornos,

etc. que puedan verse afectados. En tales

circunstancias, estos elementos habran de

protegerse con sistemas de rociadores o

pantallas fijas o mviles de agua.

DERRAMES LQUIDOS

Introduccin

Habr que considerar los riesgos

adicionales como combustibilidad,

reactividad con el agua, posibilidad de

reaccin espontnea, etc.

Recordar que los riesgos

principales son:

La emisin de vapores txicos.

Depender de su presin de vapor,

y de la superficie del derrame. Hay

que tener en cuenta que la

reaccin del lquido con el terreno

o con otros productos podra

generar gases a pesar de que su

presin de vapor fuera reducida.

La penetracin en el terreno,

alcance de cursos de agua o

recorrido de arquetas y cunetas

desnudas. En la industria lo ms

probable ser esta ltima

posibilidad.

En general, y teniendo en cuenta la

direccin y velocidad del viento, 50 metros

de distancia de intervencin ser

suficiente, pero habra que aumentarla en

funcin de si sus vapores son muy txicos,

el derrame es muy grande y su presin de

vapor es muy alta.

Las acciones principales sern:

Rescate de posibles vctimas. Si no

vamos a entrar en contacto directo

con el producto o con altas

concentraciones de vapor, el Nivel

1 (ropa normal de intervencin de

bombero con ERA) de proteccin

ser suficiente. En caso contrario

se recomienda el Nivel 3 (traje

hermtico, encapsulado o antigs)

Nivel 3, traje hermtico.

Acciones defensivas: confinamiento

del derrame. Accin prioritaria

(despus del rescate de vctimas)

para limitar las consecuencias del

siniestro. Para ello se puede utilizar

material especfico (barreras

flotantes, canaletas y bandejas de

recogida, depsitos plegables, etc.,

o materiales habituales o del

entorno (palas, toldos, mangueras,

tierra, etc.)

Acciones ofensivas: contencin del

derrame. Accin para cesar el

vertido y que no siga fugando, se

realiza tapando y obturando si son

perforaciones de una tubera o

depsito o reapretando bridas en

el caso que fuguen. La realiza

personal entrenado y con equipos

improvisados o especficos.

Tambin existe la posibilidad

mediante vlvulas de

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seccionamiento, manuales o

mecanizadas, pero aun as a veces

tardan en hacer efecto y mientras

se vaca la lnea o tubera producen

una fuga considerable.

Fuga en lnea. Se aprecia tambin una vlvula y una

bomba. Elementos que servirn para cesar la fuga.

Dilucin

El agua es un agente de gran

efectividad cuando se trata de derrames de

materia miscible o soluble en ella. Sin

embargo, cuando el calor generado es alto,

el uso de agua puede incrementar la

vaporizacin, precisndose grandes

cantidades de este elemento que es

preciso aplicar rpidamente. Esta

circunstancia, unida a otros

inconvenientes, hace que sean ms

recomendables las cubriciones con

elementos no reactivos.

Neutralizacin

La neutralizacin exige valores

mucho mayores que los que demandan las

relaciones estequiomtricas, a fin de evitar

agravar los riesgos de las emisiones de

vapor. Para derrames cidos, se recurre a

materiales como la caliza o cenizas de sosa

(la sosa custica origina riesgo de

corrosividad).

Resulta frecuente el uso de equipos de

extincin de incendios para aplicar a

distancia y contra derrames cidos o

material custico, agentes neutralizantes y

solidificantes. Una proporcin aconsejable

es emplear dos partes de agente por cada

parte de cido o base derramada.

Supresin de vapores Un derrame de producto txico puede requerir supresin de vapores, sobre todo si tambin es inflamable. Se puede llevar a cabo mediante la utilizacin de una manta de plstico, o una capa de espuma compatible con el producto, sta debera ser de tipo AFFF, de baja expansin y en una proporcin del 6%, adems se debe aplicar de forma generosa siguiendo las tcnicas de aplicacin. Ambas, reducirn la produccin de vapores del producto, no obstante, la espuma requerir de una inspeccin frecuente para asegurar que no se ha deteriorado y que los vapores continan controlados segn lo planeado. Los productos derramados pueden ser retirados por un camin de vaco o por una bomba neumtica de trasiego. FUGA DE GAS EN FASE LQUIDA

El gas licuado que escapa y se

derrama normalmente est a una

temperatura superior a su temperatura de

ebullicin a presin atmosfrica, de ah su

nombre de lquido sobrecalentado.

Al producirse la prdida de contencin, el

gas licuado sufre un descenso sbito de su

presin de almacenamiento hasta la

presin atmosfrica. Esto da lugar a una

evaporacin sbita, tambin llamada

evaporacin flash, que al mismo tiempo

puede arrastrar una cantidad considerable

de lquido en forma de aerosol (pequeas

gotas). Una parte de esas gotas puede

volver a caer al suelo en forma de lluvia

(rain out) debido al enfriamiento y

condensacin y otra parte se evaporar a

causa de la absorcin de calor procedente

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del aire ambiente que se mezcla con la

emisin de fluido.

La parte de gas licuado restante

forma un charco de lquido en el suelo que

est a una temperatura igual a la de

ebullicin la cual es muy baja con respecto

a la temperatura del suelo. Si el derrame es

de poca magnitud, la evaporacin del

charco es muy rpida y todo el gas licuado

se incorpora a la atmsfera en muy poco

tiempo. En derrames importantes, tras la

rpida evaporacin inicial, el suelo

(substrato) sufre un enfriamiento

suficiente para que la subsiguiente

evaporacin del charco transcurra de

forma menos rpida.

En el caso de un gas licuado a

presin con fuga por un punto del depsito

o recipiente inferior a la superficie del

lquido (fase lquida) ser prioritario reducir

o contener la fuga. Hay que tener en

cuenta que el lquido al perder presin o

ganar temperatura y vaporizarse puede

aumentar su volumen entre 200 y 700

veces, as un pequeo derrame puede

convertirse en una gran fuga de gas. Si el

recipiente lo permite lo podemos voltear

para que el orificio de salida quede en la

fase gaseosa del producto contenido. En

general la presin y el caudal de fuga en

fase lquida ser constante y solo

depender de la presin de vapor y de la

temperatura del producto.

Relicuefaccin Un mtodo de control de fuga de un gas licuado en fase lquida es la maniobra de relicuefaccin. Esta consiste en recoger mediante una manguera, tubera o embudo de lona el flujo del lquido o aerosol y conseguir que por enfriamiento (generado por la propia vaporizacin de parte del lquido) y

condensacin en la superficie del conducto recupere o conserve su estado lquido, canalizndolo hasta una zona de almacenamiento, desde donde se proceder a su control y trasvase.

FUENTES BSICAS RECOMENDABLES DE

INFORMACIN SOBRE PRODUCTOS

Para la intervencin en incidentes

con presencia de materias peligrosas de

cualquier naturaleza, tanto en industria

como en transporte de mercancas

peligrosas en vas pblicas, es muy

recomendable, imprescindible dira yo, una

fuente de informacin de productos y

fichas tcnicas de intervencin. Aqu

podremos consultar a pie del siniestro las

caractersticas del compuesto o materia

involucrada en el mismo. Rpida

identificacin de peligros especficos,

propiedades fsico-qumicas, modo de

actuacin, distancias en las zonas de

aislamiento y proteccin, proteccin

personal requerida, etc.

A modo de ejemplos podra citar la

conocida Gua de Respuesta en

Emergencias (CANUTEC), fue desarrollada

en forma conjunta entre el Departamento

de Transporte de Canad (TC), el

Departamento de Transporte de Estados

Unidos (U.S. DOT), la Secretara de

Comunicaciones y Transportes de Mxico

(SCT), y el Centro de Informacin Qumica

para Emergencias (CIQUIME) de Argentina.

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Otra fuente es el libro de bolsillo

del NIOSH (Instituto Nacional para la Salud

y la Seguridad Ocupacional), es

normalmente consultado por higienistas

industriales, con el fin de proteger a los

empleados de sus plantas contra la

exposicin peligrosa a productos qumicos.

Este libro de bolsillo no abarca un gran

nmero de qumicos, pero incluye

informacin muy extensa sobre los

qumicos que describe.

Aparecen ordenados

alfabticamente por nombre del producto,

con informacin asociada a tiempos

mximos de exposicin, propiedades

qumicas, formulas, rutas de exposicin,

etc. La informacin es fcil de leer, no

obstante, el libro usa muchas abreviaturas

para caractersticas fsico-qumicas,

equipos de proteccin personal y peligros

para la salud.

Informacin que provee:

A. Limites de Exposicin Personal

B. Propiedades qumicas y fsicas de los

productos qumicos

C. Frmulas.

D. Equipos de Proteccin Personal

E. Rutas de exposicin

F. Reactividad, etc.

Software

Los programas informticos

tambin son una excelente ayuda para los

equipos de emergencias en este tipo de

intervenciones. As pues, el mando o

responsable de coordinar las actuaciones

podr obtener e interpretar abundante

informacin avanzada de forma rpida a

travs del uso de recursos informticos.

Para ello es imprescindible contar

con un ordenador porttil, tableta o mvil

4G. Estos recursos son extremadamente

prcticos ya que pueden ser llevados

directamente al lugar de la emergencia.

Estas fuentes de informacin no son

completamente fiables y pueden contener

errores, no obstante, son mucho ms

fiables y completas que muchas fuentes de

informacin escritas.

Existen muchos tipos de programas

y con diversas funciones: dispersin de

nubes de gas, zonificacin del lugar de la

emergencia, neutralizacin de cidos,

fuentes de datos de productos, etc.

Algunos de los ms conocidos son:

NEUTRACID

SPILL CALC

CAMEO

WISER

HAZMASTER G3

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A MODO DE CONCLUSIN...

Este tipo de intervenciones, con

presencia de materias o mercancas

peligrosas, son complejas. Es un mbito

especfico que requiere estudio,

conocimientos, formacin y

entrenamiento. No hay que olvidar que en

general y en cualquier tipo de intervencin,

el sentido comn es lo que debe primar. A

veces se nos olvida.

Francisco Javier Andrs

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Referencias consultadas

NTP 362: Fugas en recipientes y conducciones: emisin en fase lquida.

(Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e

Higiene en el Trabajo)

NTP 363: Prevencin de fugas en instalaciones (I): seguridad en proyecto (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo)

NTP 338: Control de fugas en almacenamientos de gases licuados txicos (II)

(Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e

Higiene en el Trabajo)

NTP 329: Modelos de dispersin de gases y/o vapores en la atmsfera: fuentes puntuales continuas (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo)

Curso Avanzado de Intervencin en Incidentes con Materias Peligrosas

(Gobierno Vasco, Departamento de Interior, Servicio Central de Publicaciones)

Curso Tcnico en Intervencin con Materias Peligrosas, niveles de

entrenamiento OSHA y NFPA (Escuela Andaluza de Tcnicos de Emergencias)

El Libro del Bombero Profesional, Editorial; Videotraining. Autor: Fernando

Bermejo Martn

Zonas de planificacin para accidentes graves de tipo txico, (en el mbito del Real Decreto 1254/99 (Seveso II). Departamento de ingeniera qumica universidad de Murcia Direccin General de Proteccin Civil Ministerio del Interior

Materiales Peligrosos Incidentes, 2 Edicin. Autor: Chris Hawley