Simulación de explosiones utilizando Herramientas computacionales CFD

OSSA ZUAIN G., THAI TUONG A., TRELLES CASTRO A., D'ALESSANDRO A., TONELLI S.,

Los Cocos, Córdoba

Encuentro; III Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos ? RITeQ 2014; 2014

PLAPIQUI y IDTQ

Las explosiones son fenómenos en los cuales se libera energía de forma súbita y violenta. Esta energía se disipa a través de una variedad de mecanismos que incluyen a la formación de ondas de presión, radiación térmica y proyectiles. Las explosiones se clasifican de acuerdo al tipo de energía que las origina en explosiones físicas o químicas, según que la energía liberada sea de presión o química respectivamente. En el primer caso la energía de un gas comprimido se libera súbitamente a causa de un fallo mecánico seguido del colapso del recipiente que contiene a la sustancia en cuestión. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando se produce un aumento de presión en el interior de un recipiente debido a sobrellenado. Si la presión aumenta lo suficiente, se producirá la falla catastrófica al superarse la tensión de rotura del material. Por su parte, las explosiones debidas a la liberación de energía química son causadas por una reacción descontrolada que da lugar a una elevación de la temperatura y al número de moles en fase gas. Esto hace que el gas se expanda rápidamente como una onda de presión produciendo daño a los alrededores. En ambos casos, para entender cómo evolucionan las explosiones se han desarrollados enfoques teóricos, semiempiricos y prácticos. Aún así, dada la complejidad de los mecanismos involucrados, existe un importante grado de incertidumbres respecto al comportamiento de una explosión, en especial debido a las dinámicas involucradas (milisegundos) y la influencia de los obstáculos en los alrededores. Las herramientas utilizadas para la simulación de explosiones se pueden dividir en dos grandes grupos según la forma como se calcule la sobrepresión. Las aproximaciones más simples se basan en resolver modelos empíricos y semi-empíricos para predecir los valores de sobrepresión en el tiempo en un determinado punto del espacio. Los modelos más rigurosos utilizan herramientas más complejas de CFD (Computational Fluid Dynamics). Estos modelos utilizan métodos numéricos y algoritmos computacionales para resolver los balances de masa, cantidad de movimiento y energía en el entorno propuesto. En este trabajo se simula la sobrepresión debido a la onda expansiva de una explosión, utilizando herramientas CFD. Se analiza la influencia de las condiciones de borde en la solución del problema y se discute la incorporación de condiciones de borde programas por el usuario. Por último se presenta un ejemplo donde se comparan los resultados de la simulación con valores obtenidos en la bibliografía.