Caracteristicas ALOHA

1. Parámetros básicos del programa El ALOHA precisa para su funcionamiento de cuatro parámetros básicos: 1. La localiza

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1.

Parámetros básicos del programa El ALOHA precisa para su funcionamiento de cuatro parámetros básicos: 1. La localización: La situación de la fuente se utiliza para hacer cierta referencia a la posición solar, al igual que se indica la fecha y la hora. 2. El elemento químico: Tener claras las condiciones de escape no resulta fácil de obtener, ya que es impredecible conocer, en muchos casos las cantidades y los volúmenes de estas sustancias pueden o podrían no estar a disposición pública. 3.

Las condiciones meteorológicas: Los datos que se requieren en este apartado son los propios que se estiman en la recogida de datos meteorológicos de una estación. Idealmente el programa permite conectar con una estación meteorológica móvil (Station for Atmospheric Measurement – SAM) para introducir los datos de manera directa. Entre la información que se requiere destaca la velocidad del viento, la dirección del viento y la altura de la medida meteorológica. Por otro lado se requieren las características de rugosidad del terreno (variaciones de altitud del entorno del foco – campo abierto, ciudad o zona forestal), el nivel de cobertura del cielo, es decir, valorar de 1 a 10 la nubosidad existente. Por último, se ha de introducir la temperatura del aire, la clase de estabilidad atmosférica, la posible existencia de inversión térmica y la humedad del ambiente.

4. El tipo de emisión: El programa requiere de la mayor cantidad de información disponible sobre el tipo de escape que se haya producido. En caso de ser por rotura de un tanque de combustible o almacenamiento, de una tubería o gaseoducto, o por emisión directa. Todos los supuestos requieren de información sobre la liberación, sea la temperatura del gas, la presión, el diámetro del orificio de salida en caso de rotura, si ha sido por emisión brusca o continuada, el tiempo transcurrido durante la emisión, etc. En definitiva, las características reales o probables de una emisión de gases.

El programa ALOHA tiene ciertas limitaciones, como cualquier modelo de dispersión atmosférica, que impiden la realización de huellas de contaminantes precisas y realistas. Las limitaciones advertidas por el propio programa son las siguientes: 1. Condiciones de viento de muy baja velocidad. Para velocidades de viento menores a 2 nudos o 1 metro por segundo medidas a 3 metros de altura sobre el terreno, las huellas contaminantes no son fiables ya que en esas condiciones tan estables los contaminantes se pueden dispersar por zonas fuera de la huella o penacho. 2. Condiciones atmosféricas muy estables. Relacionado con lo expuesto en el punto anterior, bajo condiciones de gran estabilidad atmosférica habrá por lo general velocidades de viento muy bajas y a penas mezcla de contaminantes entre la nube de gas y la atmósfera circundante. 3. Cambios en la dirección de viento y efectos del terreno. Bajo el programa ALOHA se asume que la velocidad y dirección de viento son constantes a cualquier altura y a lo largo del trazado seguido por la nube contaminante o tóxica después de un escape químico. ALOHA también considera que el terreno bajo la nube de gas es relativamente llano y libre de obstáculos. 4. No se puede predecir la concentración del gas liberado después de un escape en un instante y un punto determinados a sotavento del escape ya que, entre otras cosas, ello depende de factores aleatorios. ALOHA, en cambio, muestra concentraciones que representan medias para periodos de tiempo de varios minutos. ALOHA predice que las concentraciones medias serán mayores más cerca del punto del accidente o escape y a lo largo del eje que muestra la dirección del viento. Si en los anteriores párrafos se ha explicado las dificultades que ALOHA tiene para predecir las huellas de contaminantes en ciertas situaciones, con resultados que hay que tomar con prevención, a continuación se resaltarán las situaciones que están fuera del alcance del programa y que en ningún caso se podrán modelar: 1. Los derivados de la combustión tras fuegos o explosiones. Es decir, ALOHA no tiene en cuenta los derivados de la combustión, por ejemplo el humo, ya que éste se eleva justo después de la explosión y antes de que el viento actúe. Por otro lado, ALOHA tampoco modela las reacciones químicas que se puedan ocasionar en la interacción de los gases expulsados en el escape y los gases propios de la atmósfera. 2. Otro caso que ALOHA no tiene en cuenta son los procesos que afectan a la dispersión de partículas. 3.

ALOHA ha sido diseñado para modelar sustancias químicas puras y algunas soluciones pero en ningún caso es posible predecir el comportamiento de mezclas químicas.

4. Por último, ALOHA no modela la dispersión y comportamiento de fragmentos peligrosos producto de una explosión.

2.

Datos de base: Inputs y variables

A continuación se expondrá todos los pasos necesarios para obtener una correcta huella de contaminante que, posteriormente, nos permitirá representar cartográficamente la exposición derivada de los riesgos involucrados. Figura 1.- Interfaz del programa ALOHA

La figura anterior representa la visión de la interfaz que aparece siempre en el programa. Sobre ese resumen de texto que está inserto sobre la ventana del programa irán apareciendo todos los valores y parámetros que se van definiendo para componer el tipo de suceso o accidente. Entre ellos se encuentra la localización de la fuente emisora, los datos del compuesto químico, los datos de la información meteorológica, los datos del tipo de emisión (tipo de fuente y forma del foco) y los niveles de alerta. A continuación se irá exponiendo gráficamente cada uno de ellos en los siguientes apartados: 2.1. Localización de la fuente emisora El programa permite definir la información referente al foco emisor donde se puede producir un accidente o un escape de algún compuesto. Figura 2.- Datos de localización del foco

En la figura anterior se muestran los parámetros a introducir para añadir un foco. Entre estos se encuentran el nombre, la altitud de la instalación y las coordenadas expresadas en coordenadas geográficas. 2.2. Tipo de edificio También se deben introducir las características del edificio o instalación que produce la emisión o el accidente Figura 3.- Parámetros de infiltración de edificios

Por un lado el programa permite seleccionar el tipo de edificio, según aparece en la figura anterior, con las características de volumen y altura del mismo. 1. Edificio cerrado de oficinas 2. Edificio de un piso a. Alrededores resguardados (árboles, arbustos…) b. Alrededores despejados 3. Edificio de dos pisos a. Alrededores resguardados (árboles, arbustos…) b. Alrededores despejados 4. Relación de intercambio aéreo por hora Por otro lado, se requiere la introducción de las características de los edificios circundantes. Se permiten dos posibilidades: que el edificio esté despejado de obstáculos o que el edificio esté rodeado de objetos u otros edificios que provoquen un efecto de apantallamiento a la hora de modelar las emisiones. 2.3. Tipo de compuesto químico Otro factor importante es el escoger el compuesto químico adecuado, es decir, la composición del gas o líquido liberado en el suceso catastrófico. En la figura siguiente se puede observar la ventana del programa ALOHA para la elección de ese compuesto químico. Existe la posibilidad de elegir entre una cantidad enorme compuestos químicos puros o una serie de soluciones químicas, entre las que se encuentran el ácido nítrico y otros.

ALOHA, para cada uno de los compuestos químicos, tiene insertadas las características físico – químicas de ellos. Destacan el punto de ebullición, la concentración, la presión, el punto de congelación, los niveles de alerta estudiados empíricamente, etc. Figura 4.- Elección del compuesto químico

2.4. Datos y condiciones meteorológicas Dentro de este apartado, los parámetros que se deben introducir necesariamente son la velocidad del viento, medida en nudos, millas por hora o metros por segundo; la dirección del viento, tanto en forma de dirección propia de la rosa de los vientos como en ángulo; la altura de medida con respecto al suelo de las variables antes mencionadas. Figura 5.- Introducción de datos meteorológicos

Por otra parte, se debe incluir un valor para la rugosidad del terreno situado a sotavento del punto de emisión. El grado de turbulencia atmosférica influye en como se mezclan la nube contaminante y el aire que le rodea. La fricción entre el terreno y el aire que pasa por esa zona es uno de los factores que influyen en la turbulencia atmosférica. Por supuesto, cuanta mayor rugosidad y, por tanto, fricción haya en la superficie, mayor será la turbulencia que se genere. ALOHA permite introducir un valor para la rugosidad que oscila entre 0,001 (para el hielo o pista de aeropuerto) y 165 (zonas urbanas enrevesadas y altas). En general,

un valor inferior a 20 es considerado como rugoso y mayor es considerado como despejado.

ALOHA también necesita conocer la porción de cielo que está cubierto de nubes o despejado ya que la radiación solar incidente es otro aspecto a tener en cuenta. Los valores permitidos oscilan en un rango entre 0 y 10, de completamente cubierto a despejado. Figura 6.- Introducción de datos meteorológicos

En otro orden, en una segunda ventana relacionada con los aspectos atmosféricos, se debe introducir un valor de temperatura ambiente que influirá a la hora de comparar la temperatura de escape del gas con el aire circundante. Este aspecto es fundamental ya que la presencia de ella hace que los contaminantes permanezcan largo tiempo en el área de emisión, agravando enormemente los problemas de salud. Por último, se ha de incluir el dato sobre la humedad relativa. ALOHA considera importante este aspecto para calcular el valor de mezcla de contaminantes en la atmósfera, para estimar el ratio de evaporación cuando la fuente se trate de una balsa o depósito abierto (puddle) y para realizar los cálculos en la dispersión de gases pesados. A continuación se enumeran, de forma esquemática, todos los aspectos tratados que conciernen a la situación y condiciones atmosféricas. 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9.

Velocidad del viento Dirección del viento Altura del medidor sobre el terreno Rugosidad del terreno a. Campo abierto b. Zona urbana o boscosa c. Valor de longitud de rugosidad Cobertura nubosa Temperatura del aire Tipo de estabilidad atmosférica Opciones de inversión atmosférica Humedad

2.5. Tipo de fuente y forma del foco La potencia de la fuente (source strength) es tanto el ratio al cual el compuesto químico entra en la atmósfera como el ratio al cual se quema, dependiendo del escenario. Puede que un compuesto sea liberado muy rápidamente (la potencia de la fuente es alta),

por ejemplo cuando un contenedor contiene sustancias a presión, o puede que se libere más lentamente sobre un periodo de tiempo más prolongado (la potencia de la fuente es baja), por ejemplo cuando se evapora un depósito abierto o balsa. ALOHA puede modelar cuatro tipos de fuentes distintas: 1. Directa: Se elegirá esta opción si se conoce el ratio (cantidad y duración) de emisión al cual el contaminante está siendo liberado o evaporado directamente a la atmósfera o si se tiene poca información sobre la emisión y no se puede utilizar otra opción. Como se puede observar en la figura siguiente ALOHA pide la introducción de una serie de parámetros, como son: las unidades de masa o volumen, elección de emisión instantánea o continua, la cantidad de contaminante liberado a la atmósfera y la altura de la fuente. Figura 7.- Parámetros de la fuente tipo “directa”

2. Charco o balsa o depósito a cielo abierto (puddle): Se utilizará este tipo de fuente cuando se quiera modelar el vertido de un líquido o compuesto químico que ha formado un charco o está almacenado en una balsa y está siendo evaporando en la atmósfera. ALOHA permite modelar dos tipos de escenarios dentro de este tipo de fuente: la evaporación de la balsa o charco y el incendio de la misma (pool fire). En el primero se contabilizan los efectos tóxicos, las nubes de vapor y la sobrepresión y en el segundo el sobrecalentamiento. Figura 8.- Parámetros de la fuente tipo “balsa”

3. Tanque o depósito: El compuesto es liberado del depósito de almacenamiento, tanto como un gas como un líquido.

Se debe introducir la forma y el tamaño o volumen del tanque. Más tarde, en otra ventana se pide la inclusión de otros parámetros como: el estado físico del compuesto (líquido o gas) y la temperatura del tanque, así como el volumen del líquido o gas dentro del contenedor. Después se pide el tipo de escenario: BLEVE, depósito ardiendo (pool fire) o balsa a cielo abierto evaporándose (evaporating puddle). Figura 9.- Parámetros de la fuente tipo “depósito o tanque”

4. Canalización: Escape de gas presurizado a través de la rotura de una tubería La canalización puede estar ardiendo o no. Para el primer caso, con respecto a los riesgos potenciales, ALOHA mide los efectos de la nube tóxica que se producen a sotavento de la instalación, tiene en cuenta la nube de vapor ocasionada y los efectos de la sobrepresión después de una supuesta explosión. En el segundo caso, cuando el compuesto químico esté ardiendo, los riesgos potenciales son producto del sobrecalentamiento y de los subproductos a sotavento del escape. Figura 10.- Parámetros de la fuente lineal tipo “conducción de gas”

3.

Niveles de alerta: Levels of Concern

El Nivel de alerta (Level of Concern – LOC) es el umbral de concentración de contaminante aerotransportado a partir del cual existe riesgo El programa ALOHA da cuatro posibilidades de nivel de alerta (LOC):

1.

IDLH: Es el acrónimo en inglés para Nivel de peligrosidad inmediato para la vida o salud (Immediately Dangerous to Life or Health). Originariamente fue un límite establecido por el Instituto Nacional para la Seguridad y la Salud en el Trabajo (National Institute for Occupational Safety and Health – NIOSH) para seleccionar mascarillas de oxígeno para su uso en lugares de trabajo. El nivel IDLH de un producto químico es una estimación de la concentración máxima en el aire a el cual un trabajador sano podría ser expuesto sin sufrir efectos permanentes sobre la salud o efectos que le imposibilitasen escapar del lugar del accidente.

2. AEGL: Los niveles guía de exposición aguda (Acute Exposure Guideline Levels – AEGL) han sido desarrollados por el Comité sobre toxicología del Consejo nacional de investigación de los EE.UU. El Comité ha llevado a cabo directrices detalladas para el desarrollo de estándares uniformes y sencillos de respuesta a emergencias para el público en general. Los criterios en las directrices han tenido en cuenta a las personas más sensibles en caso de accidente y han pretendido proteger a la inmensa mayoría de la población. El comité ha comenzado a poner las directrices en práctica desarrollando niveles AEGL para productos químicos específicos. A mediados del año 2001 se definieron valores de AEGL para cuatro productos químicos y actualmente se están preparando valores de AEGL para más productos químicos. El objetivo del comité es definir valores de AEGL para las 300 sustancias más peligrosas enumeradas en la legislación de los E.E.U.U. (la EPA ofrece una lista en internet de estas sustancias). Las directrices definen tres niveles base de AEGL: a. AEGL 1: La concentración aerotransportada de una sustancia sobre la cual se predice que la población en general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar malestar notable, irritación, o ciertos efectos no sensoriales asintomáticos. Sin embargo, los efectos no provocan daños irreversibles y permanentes después de terminar a la exposición al riesgo. b. AEGL 2: La concentración aerotransportada de una sustancia sobre la cual se predice que la población en general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar efectos sobre la salud adversos e irreversibles y también incapacidad para escaparse en una situación de peligro. c. AEGL 3: La concentración aerotransportada de una sustancia sobre la cual se predice que la población en general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar efectos peligrosos para la salud o incluso la muerte. Cada uno de los tres niveles de AEGL (AEGL-1, AEGL-2 y AEGL-3), han sido desarrollados para cada uno de los periodos de exposición: 10 minutos, 30 minutos, 1 hora, 4 horas y 8 horas. ALOHA, sin embargo, sólo utiliza un periodo de exposición de AEGL de diez minutos. Cuando el nivel AEGL está disponible y se conoce puede ser el mejor método de nivel de alerta. Sin embargo el juicio de experto y la experiencia deberían utilizarse para seleccionar el nivel de alerta adecuado y poder interpretar los datos obtenidos a raíz de su utilización.

3. ERPG: Las directrices de planificación en respuesta a emergencias (Emergency Response Planning Guidelines – ERPG) han sido desarrolladas por el comité ERPG de la Asociación americana de la industria del higiene (American Industrial Hygiene Association). Las ERPG fueron concebidas como directrices de planificación para anticiparse a los efectos adversos y nocivos sobre la población debidos a la exposición a productos químicos tóxicos. Los niveles ERPG han sido estructurados en tres grados con un denominador común: la duración de una hora a la exposición al peligro. Cada directriz identifica la sustancia, las propiedades químicas y físicas información estudiada de toxicidad sobre animales y experiencias en la población. a. ERPG 1: es la concentración aerotransportada máxima por debajo de la cual se cree que la inmensa mayoría de las personas pudieran estar expuestas durante una hora sin sufrir otros síntomas que no sean efectos suaves y pasajeros sobre la salud o percibir un claro hedor. b. ERPG 2: es la concentración aerotransportada máxima por debajo de la cual se cree que la inmensa mayoría de las personas pudieran estar expuestas durante una hora sin sufrir o desarrollar efectos irreversibles sobre la salud u otros efectos que pudiesen perjudicar las posibilidades de una persona para tomar medidas de protección. c. ERPG 3: es la concentración aerotransportada máxima por debajo de la cual se cree que la inmensa mayoría de las personas pudieran estar expuestas durante una hora sin sufrir o desarrollar efectos en la salud con riego de muerte. Las directrices ERPG no protegen a todo el mundo. Las personas hipersensibles sufrirían reacciones adversas a concentraciones mucho menores que las sugeridas por las directrices. De hecho, según aparece reflejado en el ALOHA, los niveles ERPG, como otros niveles ya vistos, están basados sobre todo en estudios sobre animales, por lo que se deben tomar con precaución cuando se pretendan aplicar a humanos. Este tipo de niveles se enfocan en el periodo temporal de una hora después de la emisión del gas o del accidente. Los periodos de exposición pueden ser más dilatados o menos, sin embargo el comité realizador de los niveles ERPG advierte contra tratar de extrapolar los niveles ERPG a periodos más amplios de tiempo. Es importante recordar sobre los niveles ERPG que no contienen factores de seguridad, por el contrario, los ERPG se estiman mediante las supuestas reacciones del público general a exposiciones a contaminantes. Los ERPG deben servir como un instrumento de planificación y no como un estándar para proteger al público en general. 4. TEEL: Límites de exposición a emergencias temporales (Temporary Emergency Exposure Limits – TEEL) son niveles de alerta temporales similares a ERPG definidos por el Departamento de energía de los EE.UU. para usarlos cuando los niveles ERPG no están disponibles. Tal como se acaba de comentar más arriba sobre ERPG, los niveles TEEL no incorporan factores de seguridad. En cambio, están diseñados para representar la predicción sobre la supuesta respuesta del público en general

a incidentes relacionados con compuestos químicos a diferentes concentraciones. Estos niveles de alerta se pueden dividir en tres grados: a. TEEL-1 predice irritación y otros efectos menores. b. TEEL-2 predice irritación seria pero con efectos reversibles. c. TEEL-3 predice impacto muy severo con probabilidad de muertes. Las directrices TEEL no protegen a todo el mundo. Las personas hipersensibles sufrirían reacciones adversas a concentraciones mucho menores que las sugeridas por las directrices. De hecho, según aparece reflejado en el ALOHA, los niveles TEEL, como otros niveles ya vistos, están basados sobre todo en estudios sobre animales, por lo que se deben tomar con precaución cuando se pretendan aplicar a humanos. Este tipo de niveles se enfocan en el periodo temporal de una hora después de la emisión del gas o del accidente. Los periodos de exposición pueden ser más dilatados o menos, sin embargo el comité realizador de los niveles TEEL advierte contra tratar de extrapolar los niveles TEEL a periodos más amplios de tiempo. Al contrario que los niveles ERPG, que se derivan de extensas experiencias sobre animales, los niveles TEEL proceden de una metodología estándar que usa niveles de alerta (LOC) disponibles y procedimientos preestablecidos para adoptarlos a los niveles TEEL. Como resultado de ello estos niveles están disponibles para una amplia gama de compuestos químicos. La metodología para la obtención de niveles TEEL, la cual usa un mayor abanico de información disponible que la requerida para la obtención de los niveles ERPG, puede ser utilizada para obtener los niveles de alerta para una gama amplia de productos químicos. La principal ventaja de los niveles TEEL es que puede proveer referencias útiles cuando no haya ningún otro nivel de alerta (LOC) disponible. Sobre el trazado de la huella contaminante en ALOHA, se observa que el área sombreada de distintos colores representa la huella en sí misma. Las líneas rayadas exteriores plasmadas a lo largo de ambos lados de la huella representan la incertidumbre en la dirección del viento. El viento raramente sopla de forma constante hacia una única dirección, por lo que según cambia de dirección, la nube contaminante cubrirá otra área determinada. Las líneas de incertidumbre alrededor de la huella encierran la región sobre la que 19 veces de cada 20 la nube gaseosa se espera que permanezca. A continuación se muestran dos figuras, obtenidas del programa ALOHA, que representan distintos niveles de alerta (Level of Concern – LOC) en función de las concentraciones de los contaminantes y de la velocidad del viento. Como ejemplo, se incluyen los niveles ERPG y TEEL.

Figura 11.- Alcances de la huella contaminante según niveles de alerta

Según va disminuyendo la velocidad del viento la dirección del mismo ofrece mayor variabilidad y por tanto, cuanto menor sea la velocidad, las líneas de incertidumbre se agrandarán y se alejarán de la huella propiamente dicha. De hecho, se llega al extremo de formarse un círculo alrededor del foco de emisión cuando la velocidad del viento es muy baja. En estos casos se forma una línea rayada circula cuyo radio es la distancia máxima entre el foco y el punto más alejado de la huella contaminante. Esta línea representa el área máxima del alcance posible de la huella contaminante. El círculo punteado se cierra entero alrededor del foco debido a la incertidumbre existente en relación a la dirección del viento debido a su escasa velocidad. Figura 12.- Alcances de la huella contaminante y las líneas de incertidumbre

1. Bibliografía González Ferreiro, D. (2006). Tesis de grado. Cartografía de exposición a riesgos tecnológicos mediante modelos de dispersión atmosférica y mapa de viento. Universidad de Alcalá de Henares, España.