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INTRODUCCIÓN
En la manipulación y el almacenamiento del gas natural, quizás el peligro más importante que se debe controlar, es el de una explosión. Y para ello, se hace necesario conocer muy bien el fenómeno y los factores que intervienen, para detectar con mayor facilidad los riesgos involucrados en las actividades cotidianas, de una estación de servicio de GNVC, por ejemplo.
El triángulo de la combustión es el principio fundamental que se debe abordar, cuyos componentes ya muy conocidos por todos, son: El aire (Oxígeno), el material combustible y la fuente de ignición. Véase Figura No. 1.
Una explosión es la consecuencia de muchos eventos encadenados, que finalmente convergen y se resumen en el triángulo de la combustión. En este artículo, se pretende explicar cada uno de los fenómenos previos y su cuantificación a través del Programa (software) AREASMEQ, el cual fue creado con el objetivo primordial de calcular la extensión de los sitios Clasificados Peligrosos, o Clasificación de Áreas como también se le conoce; paralelamente, se ha usado para calcular los niveles y distancias de afectación de gases tóxicos, que eventualmente pueden escapar hacia el medio ambiente.
Las “burbujas” calculadas con el software AREASMEQ y graficadas en dos dimensiones con una escala humana, deben entenderse como un espacio generado por la rotación de las curvas sobre un eje vertical, que pasa por la fuente de escape del gas; dentro del cual una fuente de ignición causa la reacción (explosión) de la mezcla, y a la inversa, una fuente de ignición fuera de estos límites no causa daños. GLOSARIO
Densidad relativa. Es una característica física de cada gas o vapor, que se obtiene de dividir la densidad del material sobre la densidad del aire en condiciones de temperatura y presión de referencia.
Límite Inferior de Explosión LIE. Es la cantidad mínima en porcentaje con respecto al aire, que requiere un gas o un vapor para reaccionar en presencia de una fuente de ignición. CARACTERÍSTICAS Y FACTORES EN LA DISPERSIÓN DE UN GAS
De acuerdo con la norma NTC 2050, una sustancia combustible o inflamable es un gas, vapor, polvo o fibra combustible, que al mezclarse con el aire o encontrarse depositado en forma de capas, tiene la capacidad de producir una combustión o una explosión. Para efectos de este escrito, solo se analizará la dispersión de los gases y vapores, por considerar que la presencia del material particulado puede ser evaluado de manera visual.
La Densidad Relativa es la primera propiedad física que debe ser estudiada en una dispersión, porque este valor determina la tendencia de ubicación. Con el propósito de ilustrar este fenómeno, se ha hecho el análisis de un gas con el Programa AREASMEQ, al cual se le ha cambiado únicamente su Densidad Relativa, manteniendo constante todos los demás factores influyentes. En la Figura No.2 se ilustra la forma de la disolución, en donde la línea muestra los puntos en donde la concentración es igual al 2% de gas con respecto al aire, partiendo desde una fuente de escape ubicada a 1.3 m del piso. Para una Densidad Relativa de 4.5, se observa que la tendencia del gas es a depositarse en las partes bajas, cercanas al suelo. Para una Densidad Relativa igual a 1, se tiene como resultado un casquete esférico con centro en la fuente de escape. Y para una Densidad Relativa igual a 0.6, es notoria la tendencia a elevarse y ocupar las partes superiores del punto de inyección de gas.
En la Figura No.3, se muestra la dispersión de un gas o un vapor variando el Límite Inferior de Explosión con el Programa AREASMEQ, manteniendo constantes los demás factores. En estas circunstancias, se hace notar que la forma de la dispersión se conserva en todos los casos, pero las distancias se hacen mayores cuando el LIE disminuye. En la industria se tiene una amplia gama de sustancias, cuyo LIE varía entre el 15% y el 0.6%, siendo las más peligrosas aquellas con un porcentaje más bajo, porque recorren una mayor distancia para que su difusión alcance niveles de mezcla, que no reaccionan en presencia de una fuente de ignición. 
Para variaciones con la temperatura del medio ambiente, la dispersión de los gases se ve menos afectada; porque la misma concentración se encuentra a una distancia mayor equivalente a un 3.5%, cuando se tiene un cambio de 50 °C a 20 °C; y un cambio en la distancia equivalente a un 7.5% en un diferencial de temperatura de -5 °C a 50 °C. La observación más importante, es que a menor temperatura la misma concentración alcanza una mayor distancia; razón por la cual, los análisis de riesgo deben hacerse en las temperaturas más bajas registradas, por cuanto son mayores las distancias abarcadas. 
La dispersión de los gases variando la presión atmosférica, es equivalente a realizar los cálculos en diferentes alturas sobre el nivel del mar. Las simulaciones corridas con el Programa AREASMEQ, han mostrado que para encontrar el mismo porcentaje de mezcla desde la fuente, la distancia recorrida es mayor cuando se efectúa a cero metros sobre el nivel del mar; y viceversa, para grandes alturas (4000 m). Esta diferencia es equivalente a una variación en las distancias desde la fuente del 14% aproximadamente; por tanto el riesgo debe ser considerado mayor a bajas alturas sobre el nivel del mar. Véase Figura No. 5. 
Otro factor muy importante que afecta la disolución de los gases en el medio ambiente, es la distancia de la fuente hasta el nivel del piso; debido a que sustancias con Densidad Relativa mayores a uno (1) estando a cero metros sobre el nivel del piso, tienden a expandirse una mayor distancia en sentido horizontal. Dicha expansión empieza a recogerse en la misma medida que la fuente de escape se aleja del nivel del suelo, tal y como se observa en la Figura No. 6. Si se eleva lo suficiente el punto de inyección del vapor, el porcentaje de mezcla en cercanías de la tierra estará por debajo del LIE, y no representará riesgo alguno, debido a la presencia de una fuente de ignición en esta región.
 Por último, los caudales de inyección son decisivos en el tamaño de las fronteras alrededor de las fuentes de escape. En este aspecto hay que hacer una diferenciación importante entre los gases y los vapores. Para los gases el caudal de escape o inyección hacia el medio ambiente, dependerá del diferencial entre la presión interna del contenedor y la presión atmosférica, y del área del orificio de salida. En cambio, el caudal de vapores es función del área expuesta del líquido; por ejemplo, unos cuantos centímetros cúbicos de Gasolina dentro de un tubo de ensayo, tardará mucho más tiempo en evaporarse que la misma cantidad depositada en una superficie plana; en el mismo orden de ideas, el caudal de vapores es consecuencia del área de contacto entre el interior del tanque y la atmósfera.
DISPERSIÓN DEL GAS NATURAL
Una vez analizadas y comprendidas de manera individual, las características y factores que intervienen en la difusión de los gases con el Programa AREASMEQ, se muestra a manera de ejemplo, el estudio de una operación cotidiana en una estación de servicio de GNVC; correspondiente al llenado del tanque del vehículo automotor a través de los surtidores.
El primer paso es entender con el mayor grado de detalle posible, el proceso que se lleva a cabo; para encontrar las fugas hacia la atmósfera de Gas Natural, que pueden ocurrir de manera normal o eventual. Para este caso en particular, se puede concluir que los únicos escapes que se pueden producir, corresponden a una liberación accidental como consecuencia de una mala operación (conexión incorrecta de la válvula), o falla en los accesorios de conexión por deterioro, mala calidad o piezas dañadas. Para efectos prácticos de este artículo, no se tiene en cuenta el venteo normal que se realiza, para retirar el gas remanente dentro de la manguera del surtidor hacia el medio ambiente. Por tanto, en condiciones normales no debe haber presencia de combustible por fuera del sistema cerrado de llenado.
Las características y factores que intervienen en la difusión tomada como ejemplo, son de muy fácil consecución. Estos son: - Densidad Relativa del Gas Natural: 0.6
- Límite Inferior de Explosión del Gas Natural: 5%
- Temperatura mínima promedio en el medio ambiente de Bogotá: 5°C
- Presión atmosférica de Bogotá: 0.74 atm. (2600 metros sobre el nivel del mar).
- Altura sobre el nivel del piso: 1 metro
- Caudal de inyección: 126,513 cm3/seg.
El caudal de inyección de Gas Natural fue calculado con el Programa AREASMEQ, teniendo en cuenta los siguientes datos: - Presión interna dentro del surtidor para el llenado: 3000 psi.
- Temperatura del Gas Natural dentro del surtidor: 15°C.
- Área del orificio de salida del Gas Natural: 0.3 cm2.
Como el evento que se analiza es ocasional e imprevisto, es preciso asignar el área del orificio a través del cual escapará el gas; por tanto, este es el único parámetro obtenido por medio de conjeturas analizadas hasta donde es posible; todas las demás variables son verificables y cuantificables. En la figura No. 7 se observan los resultados de la dispersión, durante una fuga eventual en el llenado del tanque del vehículo.
 CONCLUSIONES
Dentro de la “burbuja” calculada con el Programa AREASMEQ, cualquier fuente de ignición ocasionada dentro de ella, tiene la capacidad de producir una explosión; si ocurre durante una fuga eventual en el llenado del tanque de un vehículo. Si se observa con atención, las instalaciones eléctricas ubicadas en el techo (canopy) de los surtidores, quedan afectadas por una mezcla potencialmente explosiva; en consecuencia, estas deben ser diseñadas y especificadas de acuerdo con los requisitos establecidos en la norma NTC 2050 – Código Eléctrico Colombiano; de igual manera, cualquier otro sistema eléctrico que se vea afectado por dicha envolvente.
Si se compara el modelo de dispersión del Gas Natural hecho con el Programa AREASMEQ, con el esquema propuesto en la norma NFPA 52 mostrado en la Figura No. 8; se puede ver, que la mezcla potencialmente explosiva es muy reducida en comparación a la zona establecida con el software, lo cual arroja resultados prácticamente contradictorios, porque la instalación eléctrica en el techo (canopy) será de uso común más económica, pero con una elevada probabilidad de que ocurra una explosión.
Los esquemas propuestos en los estándares nacionales e internacionales, que se ocupan de la clasificación o análisis de la dispersión de gases y vapores explosivos, sin excepción están bajo el título de Práctica Recomendada, dejando al Ingeniero Proyectista la responsabilidad de modificar el grado y la extensión de estas. Es por esta razón, que en la norma NTC 2050 sección 500-5 se lee textualmente “La clasificación de área, el alambrado y la selección de equipos deben estar supervisados por un Ingeniero especializado en lugares peligrosos (clasificados)”. |
Notas Técnicas 
