ALOHA v 5.4.1.2. y MARPLOT v 4.1.2. Manual de Usuario

Actividad 4

Tarea 4.2.1

ARCOPOL

The Atlantic Regions’ Coastal Pollution Response

Versión: Versión 1

Última actualización: 03/06/2011

Autor: Meteogalicia

Líder de la actividad: IST

Socios involucrados: CETMAR, Meteogalicia, INTECMAR, IST, CIIMAR, EGMASA, Irish Marine Institute, Bretagne Region, Aquitaine Region

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Índice 1. Objetivos .................................................................................................................. 3

2. Características principales ....................................................................................... 3

3. Instalación de ALOHA .............................................................................................. 4

4. Pasos básicos a la hora de utilizar el ALOHA ........................................................... 4

4.1. Indicar la ciudad, fecha y hora del accidente ............................................. 5

4.2. Seleccionar el producto químico liberado .................................................. 7

4.3. Introducir las condiciones meteorológicas ................................................. 9

4.4. Describir la descarga del producto químico ............................................. 12

4.5. Mostrar en un gráfico las “zonas de riesgo” ............................................. 26

4.5.1. Radiación térmica emitida por el incendio (Thermal radiation) ............... 26

4.5.2. Dispersión de una nube tóxica ............................................................... 28

4.5.3. Zonas de Inflamabilidad elevada (Flammable Area of Vapor Cloud) ...... 32

4.5.4. Riesgo de explosión (Blast Area of Vapor Cloud Explosion) .................. 34

4.6. Determinar los niveles de riesgo en una ubicación específica ................. 37

5. Selección del tipo de modelo y unidades de medida .............................................. 41

6. Limitaciones del ALOHA ........................................................................................ 42

7. Herramientas de visualización: MARPLOT y GOOGLE EARTH ............................. 45

8. Referencias ............................................................................................................ 54

9. Anexo: como conectar la estación meteorológica portátil al ALOHA ...................... 55

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1. Objetivos Durante una emergencia debida a un episodio de contaminación atmosférica es preciso disponer de herramientas sencillas, que puedan ayudar a planificar la actuación de los servicios de emergencia en un breve espacio de tiempo. Para cumplir este objetivo, MeteoGalicia ha desarrollado una Estación Meteorológica Autónoma de fácil traslado y puesta en marcha, capaz de suministrar datos meteorológicos completos y fiables al programa informático ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres = Ubicaciones Zonales de Atmósferas Peligrosas). Este programa ha sido diseñado para ser usado por responsables de los servicios de emergencias ante accidentes químicos, así como para la planificación y entrenamiento ante situaciones de emergencia. El documento actual es un Manual de Usuario del programa ALOHA, e incluye una serie de instrucciones para poder ser utilizado conjuntamente con la Estación Meteorológica Autónoma desarrollada por MeteoGalicia.

2. Características principales

El programa ALOHA emplea en sus cálculos dos modelos de dispersión: un modelo Gaussiano para gases ligeros que ascienden rápidamente, y el modelo Degadis para gases densos que se dispersan a ras de suelo. Ambos modelos predicen la velocidad de emisión de vapores químicos que escapan a la atmósfera desde tuberías rotas, fugas de tanques, charcos de líquidos tóxicos en evaporación o directamente desde cualquier otra fuente de emisión. Por tanto, ALOHA es capaz de estimar cómo una nube de gas peligrosa podría dispersarse en la atmósfera después de una descarga química accidental. ALOHA es de ejecución rápida en ordenadores de sobremesa y portátiles (PC ó Macintosh), que son fácilmente transportables y accesibles al público. Su diseño es sencillo e intuitivo, de modo que pueda operarse rápida y fácilmente durante situaciones de alta presión. Contiene una base de datos con información sobre las propiedades físicas de unos 1.000 productos químicos peligrosos comunes. Los cálculos realizados por el ALOHA representan un compromiso entre exactitud y velocidad: se ha diseñado para que produzca buenos resultados con la suficiente rapidez para que puedan usarlo los responsables de los servicios de emergencia. Además revisa la información que se le introduce y avisa cuando se comete un error. ALOHA ha sido desarrollado conjuntamente por las agencias norteamericanas NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) y EPA (Environmental Protection Agency).

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3. Instalación de ALOHA La última versión de ALOHA se puede descargar de la siguiente web: http://www.epa.gov/emergencies/content/cameo/aloha.htm ALOHA está disponible en dos plataformas: Microsoft Windows y Apple Macintosh. Para ordenadores con sistema operativo Windows, ALOHA requiere:

- Windows 95 o superior - Al menos 1 MB de memoria RAM - 2.5 MB de espacio en disco duro

Las pruebas efectuadas hasta el momento para testear el programa se han realizado con Windows, por ser el sistema operativo más ampliamente distribuido actualmente. Las instrucciones que se indican a continuación son para la versión del ALOHA en Windows.

4. Pasos básicos a la hora de utilizar el ALOHA

Para estimar las zonas de peligro con ALOHA, es necesario suministrar información sobre el escenario del accidente. La interfaz del ALOHA guía al usuario en el proceso de entrada de datos a través de cuadros de diálogo. En primer lugar es preciso iniciar un nuevo escenario presionando sobre la opción “New” del menú “File”, o abrir un escenario ya simulado anteriormente con la opción “Open”.

Siempre que se desee abrir un escenario ya guardado en un fichero ALOHA, habrá que seleccionar entre dos modos de trabajo: Modo Respuesta (“Response Mode”) o Modo Planificación (“Planning Mode”).

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Response Mode : Selecciona este modo de trabajo para utilizar ALOHA durante una emergencia real. Cuando ALOHA abre el fichero, restaurará la información que permanecerá constante a lo largo de los días de la emergencia, es decir, la localización, el compuesto químico liberado, y las dimensiones de los depósitos de almacenamiento y áreas de contención. El usuario deberá suministrar información específica del incidente para el día especificado, incluyendo las condiciones meteorológicas actuales, y las circunstancias del accidente (por ejemplo, la localización y dimensiones de un agujero en un tanque, o el área de un charco de compuesto químico vertido). Planning Mode: Este modo se emplea cuando es preciso estudiar un escenario simulado anteriormente con ALOHA durante una emergencia, ya que almacena todos los valores de entrada suministrados al ALOHA cuando se guardó el fichero. Si el usuario hubiese utilizado el reloj del ordenador para especificar la fecha y hora del accidente, ALOHA establecerá la fecha y hora del fichero guardado como un dato constante. Si se utilizó una estación meteorológica portátil durante el accidente, la transmisión de datos atmosféricos más reciente recibida por ALOHA se guardará en el fichero para ser utilizada en estudios posteriores. Por último, cabe señalar que los ficheros creados en la versión actual del ALOHA son multiplataforma, es decir, el usuario puede abrir un fichero creado en Microsoft Windows en un ordenador Macintosh y viceversa. Se indican a continuación los 6 pasos básicos imprescindibles en dicho proceso.

4.1. Indicar la ciudad, fecha y hora del accidente

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Para la fecha y hora del accidente, ALOHA permite indicar una fecha determinada o utilizar la fecha y hora del ordenador donde está abierto ALOHA.

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4.2. Seleccionar el producto químico liberado

El ALOHA dispone de una base de datos de información química con más de mil compuestos químicos peligrosos.

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Si el compuesto químico no se encuentra en la base de datos del ALOHA es posible añadirlo, para ello es preciso conocer sus propiedades químicas básicas, que difieren en función del modelo de dispersión empleado (modelo Gaussiano para gases ligeros, y modelo Degadis para gases pesados).

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Los creadores del ALOHA han desarrollado también una base de datos de propiedades químicas online, que contiene información de miles de compuestos químicos, y una herramienta que predice las reacciones que podrían ocurrir si varios compuestos químicos se mezclasen. Su dirección web es la siguiente: http://cameochemicals.noaa.gov/

4.3. Introducir las condiciones meteorológicas La información meteorológica puede provenir de alguna de estas dos fuentes: a) automáticamente de una estación meteorológica portátil instalada en el lugar del

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accidente, o b) introducida manualmente por el usuario en base a datos de radar meteorológico o estaciones meteorológicas cercanas.

a) Datos de una estación meteorológica portátil. Se obtienen de una aplicación desarrollada por MeteoGalicia que envía datos de viento y temperatura del aire al ALOHA.

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b) Información meteorológica introducida manualmente por el usuario. Los datos

meteorológicos mínimos necesarios para que el ALOHA estime la nube de contaminantes son: módulo y dirección del viento, altura a la que se han realizado las mediciones, rugosidad de la zona, nubosidad, temperatura del aire y humedad relativa.

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4.4. Describir la descarga del producto químico

ALOHA permite modelizar escapes químicos de 4 tipos de fuentes de emisión:

4.4.1. Emisiones directas a la atmósfera 4.4.2. Charcos o piscinas de compuestos químicos en evaporación 4.4.3. Tanques 4.4.4. Tuberías de gases

4.4.1. Emisiones directas a la atmósfera En el caso de emisiones directas, el usuario debe suministrar al ALOHA la cantidad de gas contaminante descargada a la atmósfera durante el periodo de tiempo considerado (de forma instantánea o continua), o si carece de información suficiente sobre una descarga como para usar otra opción de fuente de emisión, pero cree que puede hacer una estimación aproximada de la cantidad liberada.

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4.4.2. Charcos o piscinas de compuestos químicos en evaporación. Se elige esta opción cuando el charco formado no aumenta de área. Si el líquido continúa escapando de un tanque y derramándose en el charco, de modo que el área y volumen del charco aumenten, entonces es preferible seleccionar la opción tanque. Antes de suministrar información sobre las dimensiones y condiciones en las que se encuentra el charco, ALOHA verifica si el compuesto químico derramado es inflamable, en cuyo caso solicita al usuario que especifique uno de los dos escenarios posibles: que el charco está ardiendo o de momento sólo se está evaporando.

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Seleccionado cualquiera de ambos caso, a continuación es preciso indicar las dimensiones del charco y la cantidad de compuesto derramado.

En el primer escenario posible, que el charco está ardiendo, el usuario debe indicar al ALOHA la temperatura inicial del compuesto que está ardiendo.

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En el segundo escenario (el charco no arde), se indica al ALOHA la temperatura y tipo de suelo, además de la temperatura inicial del charco.

Esta información es utilizada por el ALOHA, junto con las propiedades del producto químico derramado y las condiciones atmosféricas, para estimar el calor transferido entre el suelo, la atmósfera y el charco, según el esquema siguiente:

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4.4.3. Derrames procedentes de tanques. En primer lugar, se indican las dimensiones del tanque causante del derrame químico.

A continuación hay que especificar la temperatura y el estado químico del compuesto almacenado.

Al indicar a ALOHA que un tanque contiene líquido (haciendo clic en Tank contains liquid ), el usuario tendrá que indicar la cantidad de producto almacenado en el tanque,

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de una de estas cuatro formas: masa del producto químico, volumen de líquido, altura del nivel de líquido en el tanque o porcentaje de llenado del tanque.

Cuando indique a ALOHA que un tanque contiene únicamente gas (haciendo clic en Tank contains gas only ), será preciso introducir la presión del tanque o la cantidad de gas que contiene.

Si no está seguro de que el producto químico que contiene el tanque sea un gas o un líquido (haciendo clic en Unknown ), ALOHA necesitará el valor de la masa total del producto químico almacenado en el tanque para poder predecir el estado químico del mismo y la cantidad que podría derramarse.

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Al continuar con la introducción de datos, si el producto almacenado es inflamable pueden producirse 3 tipos de accidentes en el tanque:

a) El compuesto químico vertido (tanto la fracción que se evapora de accidente con líquidos, como con compuestos gaseosos) se dispersa formando una nube tóxica y no arde.

b) El compuesto químico está ardiendo debido a alguna chispa ocurrida durante el accidente, formando un charco de fuego (pool fire) en el caso de productos líquidos o una ráfaga de fuego (jet fire) para productos almacenados en estado gaseoso.

c) Si el tanque contiene gas licuado puede producirse un BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion), una explosión que formará una bola de fuego mientras el producto restante se acumula en un charco que está ardiendo (pool fire).

A continuación se muestran sendos cuadros de diálogo donde se observan los posibles escenarios en función de que el compuesto químico sea un gas o un líquido.

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En ambos casos, tanto con compuestos líquidos como gaseosos, es preciso indicar las dimensiones y el tipo de fuga del tanque.

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Cuando el compuesto químico almacenado es un líquido, es preciso introducir la altura del escape o fuga con respecto al fondo del tanque. Esta información se puede indicar de tres formas: dando la altura a la que está situada la fuga en unidades de longitud, como un porcentaje respecto a la altura total del tanque, o utilizando la barra de desplazamiento a la derecha del diagrama del tanque para indicar la altura de la fuga en la pared del tanque.

Si el compuesto liberado es un líquido no presurizado formará un charco, para este caso el ALOHA necesita información sobre: el tipo de suelo, la temperatura inicial del líquido, y las dimensiones del charco. En el caso de un líquido presurizado, al salir del tanque se evapora inmediatamente y se dispersa en la atmósfera.

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Si no se han colocado barreras para tratar de contener el producto vertido, se le indicará al ALOHA que el máximo diámetro y área que puede alcanzar el charco es desconocido. En tal caso, al programa asume por defecto una serie de valores típicos tanto para vertidos en tierra como sobre el agua:

� Vertidos sobre tierra: - Profundidad = 0,5 cm - Diámetro máximo = 200 m

� Vertidos sobre agua: - Profundidad = 0,17 cm

En el caso de que el líquido no presurizado forme un charco que arda, solamente será necesario informar al ALOHA del máximo diámetro y área que puede alcanzar el charco.

Por último, cuando se modeliza un episodio de BLEVE, ALOHA asume que la totalidad o parte del compuesto químico liberado forma una bola de fuego, y la cantidad

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restante se acumula en un charco que está ardiendo. La información que precisa el ALOHA en este caso es: o bien el porcentaje de compuesto químico que forma parte de la bola de fuego, o la presión o temperatura del tanque que permita al ALOHA estimar dicho porcentaje.

4.4.4. Tuberías de gases Antes de suministrar información sobre las dimensiones de la tubería averiada y las condiciones de presión y temperatura en las que se encuentra el gas emitido, ALOHA verifica si el compuesto químico derramado es inflamable, en cuyo caso solicita al usuario que especifique uno de los dos escenarios posibles: el escape químico arde o no arde.

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El siguiente paso es indicar las características geométricas de la tubería, tales como: diámetro, longitud, grado de rugosidad de la pared interna de la tubería (que aumenta o disminuye la velocidad de escape del gas desde la tubería) y conexión de la tubería (si está conectada por su extremo roto a un depósito de grandes dimensiones, y en tal caso la velocidad de escape se mantiene constante durante un largo período de tiempo, o cerrada en el extremo no roto, y por tanto la tasa de descarga decae con el tiempo al vaciarse la tubería).

Por último, se introducen las condiciones de presión y temperatura del compuesto emitido, y el tamaño del agujero (si la tubería está obstruida en el extremo no roto con algún dispositivo de cierre, es preciso indicarle al ALOHA el diámetro o bien el área del agujero, en caso de que la tubería esté conectada a un depósito de grandes dimensiones ALOHA supone que el diámetro del agujero equivale al diámetro del conducto).

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Toda la información introducida y los parámetros calculados (duración, velocidad de descarga y cantidad total vertida) se muestran en el sumario de texto (Text Summary), independientemente del tipo de fuente de emisión seleccionada. Revise que no se ha cometido ningún error al introducir la información de entrada, y que los parámetros estimados por el ALOHA le resultan razonables. Además, ALOHA incluye en el sumario de texto notas adicionales que describen algunas circunstancias especiales que pueden existir (como por ejemplo, riesgo de que un compuesto químico liberado produzca cáncer, “Carcinogenic risk”), o mensajes que indican la información que aún le queda por introducir al ALOHA (por ejemplo, “Not enough chemical data to use Heavy Gas option”, en tal caso ALOHA utilizará el modelo de dispersión Gaussiano a pesar de que el compuesto es más denso que el aire, a menos que el usuario introduzca información adicional suficiente para emplear el modelo de gases pesados. La ventana de Sumario de Texto (Text Summary) permanece abierta siempre que se ejecuta ALOHA. Escoja “New” en el menú “File” cada vez que quiera borrar la información existente del Sumario de Texto.

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Si se desea que ALOHA muestre en un gráfico la velocidad promedio de descarga durante el accidente, hay que acceder al menú “Display”, la opción “Source Strength”.

El accidente puede producir una liberación instantánea o paulatina de compuesto químico, y a su vez la velocidad de descarga puede ser constante o variable durante el accidente. Todas estas características se muestran en el gráfico “Source strength” del ALOHA, como se puede observar a continuación.

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4.5. Mostrar en un gráfico las “zonas de riesgo”

ALOHA puede dibujar Zonas de Riesgo (threat zone) que representan el área en cuyo interior la concentración a nivel del suelo de un gas contaminante excederá del Nivel de Preocupación (LOC: Level of concern) seleccionado por el usuario, después de iniciarse la descarga accidental. El Nivel de preocupación (LOC) requiere a su vez de una definición más precisa: se trata de un valor umbral a partir del cual se considera que los seres vivos y bienes materiales dentro de dicha zona se encuentran en peligro. Ese peligro puede ser de varios tipos: toxicidad, inflamabilidad o riesgo de incendio, radiación térmica emitida por un incendio y sobrepresión de una nube de vapor que puede causar una explosión.

Si se eligen tres niveles de preocupación, ALOHA mostrará las zonas de preocupación en tres colores: rojo, naranja y amarillo. La zona roja representa el área de mayor peligro, y las zonas naranjas y amarillas las áreas de menor peligro. Cuando un compuesto inflamable se vierte accidentalmente, forma una nube de vapor que puede explotar y aumentar la gravedad del accidente. Para compuestos inflamables que ya han comenzado a arder, ALOHA sólo muestra un posible escenario de peligro:

4.5.1. Radiación térmica emitida por el incendio (Thermal radiation) El usuario puede seleccionar entre los niveles de preocupación (LOCs) que almacena por defecto el ALOHA o definir un nuevo valor si dispone de información técnica suficiente para ello.

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Las zonas de riesgo para este escenario son 3 círculos concéntricos, mostrando tres valores distintos de niveles de preocupación en cada uno de ellos. El círculo rojo representa la zona de mayor riesgo, el círculo naranja la zona de riesgo medio y el círculo amarillo la zona de menor riesgo. A diferencia de las nubes tóxicas, las zonas de riesgo debidas a la radiación térmica de un incendio se extienden en todas las direcciones simultáneamente, pero se extienden un poco más lejos en la dirección del viento.

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En el caso de compuestos inflamables que no han comenzado a arder, ALOHA es capaz de mostrar el área de tres posibles escenarios de peligro: 4.5.2 Dispersión de una Nube tóxica (Toxic Area of Vapor Cloud) 4.5.3 Zonas de Inflamabilidad elevada (Flammable Area of Vapor Cloud) 4.5.4 Riesgo de explosión si se encendiese una chispa debido a la acumulación de

vapores (Blast Area of Vapor Cloud Explosion)

Si el compuesto no es inflamable, únicamente se mostrarán las zonas de riesgo asociadas a la dispersión de una nube tóxica, que a continuación se detallan.

4.5.2. Dispersión de una nube tóxica Para descargas accidentales de compuestos tóxicos existen diferentes niveles de preocupación (LOCs) que se pueden emplear. ALOHA utiliza los siguientes tipos de niveles de preocupación: 1. AEGLs (Acute Exposure Guideline Levels) : representan el umbral límite de

exposición para la población general y son aplicables para periodos de exposición desde 10 minutos a 8 horas. Los valores AEGLs están definidos para tres niveles de daño (AEGL-1, AEGL-2 y AEGL-3), cada uno se caracteriza por un grado distinto de toxicidad. Dirección web: http://www.epa.gov/opptintr/aegl/

1.1. AEGL-1 es la concentración de una sustancia química en el aire (expresada en ppm o mg/m3) por encima de la cual se predice que la población general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar molestias notables, irritación o ciertos efectos sintomáticos. Estos efectos son transitorios, no incapacitantes y reversibles una vez que cesa el periodo de exposición.

1.2. AEGL-2 es la concentración de una sustancia química en el aire (expresada en ppm o mg/m3) por encima de la cual se predice que la

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población general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar efectos duraderos serios o irreversibles o ver impedida su capacidad para escapar.

1.3. AEGL-3 es la concentración de una sustancia química en el aire (expresada en ppm o mg/m3) por encima de la cual se predice que la población general, incluyendo individuos susceptibles, podría experimentar efectos amenazantes para la vida o incluso provocar la muerte.

2. ERPGs (Emergency Response Planning Guidelines): se desarrollaron como directrices de planificación, para anticipar los efectos adversos sobre la salud humana causados por la exposición a una sustancia química tóxica. Existen tres directrices de daño: ERPG-1, ERPG-2 y ERPG-3. Todas ellas tienen en común que se han determinado para una hora de duración de la exposición al agente químico. Dirección web: http://www.aiha.org/insideaiha/GuidelineDevelopment/ERPG/Pages/default.aspx

2.1. ERPG-1 es la máxima concentración en aire por debajo de la cual se cree que casi todos los individuos pueden estar expuestos hasta una hora experimentando sólo efectos adversos ligeros y transitorios o percibiendo un olor claramente definido.

2.2. ERPG-2 es la máxima concentración de aire por debajo de la cual se cree que casi todos los individuos pueden estar expuestos hasta una hora sin experimentar o desarrollar efectos serios o irreversibles o síntomas que pudieran impedir la posibilidad de llevar a cabo acciones de protección.

2.3. ERPG-3 es la máxima concentración en aire por debajo de la cual se cree que casi todos los individuos pueden estar expuestos hasta una hora sin experimentar o desarrollar efectos que amenacen su vida.

3. TEELs (Temporary Emergency Exposure Limits): son niveles de preocupación

temporales similares a los ERPG, se utilizan cuando no están disponibles los ERPG para el compuesto químico liberado. Los TEELs se basan en límites de concentración o parámetros toxicológicos, estos parámetros incluyen una amplia variedad de efectos sobre la salud, incluyendo efectos cancerígenos. Existen tres niveles de daño: TEEL-1, TEEL-2 y TEEL-3, su definición es similar a la definición de los ERPG, pero difieren en el tiempo de duración de la exposición, los TEEL calculan la concentración promedio durante 15 minutos, y los ERPG tras 1 hora de duración de la exposición. Dirección web: http://orise.orau.gov/emi/scapa/chem-pacs-teels/teels-definitions.htm

4. IDLH (Inmediately Dangerous to Life or Health): se trata de un límite originariamente establecido para seleccionar aparatos de respiración automáticos que deban emplearse en ciertos lugares de trabajo. Se define como la concentración en la atmósfera de cualquier sustancia tóxica, corrosiva o asfixiante

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que suponga un riesgo inmediato para la vida o pueda causar efectos adversos irreversibles o interfiera con la capacidad individual para escapar del ambiente peligroso. Dirección web: http://www.cdc.gov/niosh/idlh/

ALOHA utiliza la siguiente jerarquía para seleccionar un nivel de preocupación (LOC) por defecto:

i. AEGL calculado para un periodo de exposición de 60 minutos ii. ERPG iii. TEEL iv. IDLH

Para IDLH existe un único nivel de daño, pero AEGL, ERPG y TEEL se definen para tres niveles de daño, -1, -2 y -3. A medida que aumenta el número del nivel de daño se incrementa el nivel de peligro, así por ejemplo, AEGL-3 es más peligroso que AEGL-1. Generalmente, los valores “-3” se utilizan para trazar la franja roja de las zonas de riesgo (threat zone), que representa la zona de mayor peligro. A continuación se muestra el cuadro de diálogo con los niveles de preocupación (LOCs) que muestra el ALOHA por defecto, en este caso los TEELs.

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En el mapa de la Zona de Riesgo, las líneas de trazos representan la incertidumbre en la dirección del viento, y las líneas continuas alrededor de la zona sombreada representan las líneas de confianza de la dirección del viento, donde la probabilidad de que la nube de gas permanezca es superior al 95%. Presiona el botón Help en el cuadro de diálogo “Toxic Level of Concern” para saber cómo seleccionar el parámetro más adecuado.

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4.5.3. Zonas de Inflamabilidad elevada (Flammable Area of Vapor

Cloud) La zona inflamable es el área predicha por el ALOHA donde la concentración de vapor de una sustancia química inflamable (con capacidad para arder) a nivel del suelo está dentro del rango de inflamabilidad y puede iniciarse un incendio si se produce alguna chispa en el ambiente. Las zonas de riesgo (threat zone) estimadas por el ALOHA se utilizan para determinar si existen posibles fuentes de ignición en su radio de acción, y el nivel de congestión entendido como la densidad de obstáculos que generan turbulencia dentro de una nube de vapor, ambos parámetros son necesarios para que se produzca una explosión en la nube de vapor (vapor cloud explosion). Los niveles de preocupación (LOC) que se emplean en este tipo de escenarios se denominan Límite inferior de explosividad (LEL ) y Límite superior de explosividad (UEL), son los límites de la región inflamable de una nube de vapor y representan la concentración de combustible en aire, expresada en porcentaje. A continuación se muestran dos diagramas explicativos.

Si un compuesto químico en fase vapor entra en contacto con una fuente de ignición, se iniciará un incendio sólo si la concentración de combustible en el aire se encuentra entre el LEL y el UEL. Por debajo del LEL es improbable que se produzca un incendio debido a la escasez de compuesto químico inflamable, y por encima del UEL tampoco es probable que arda porque no existe aire suficiente en el ambiente para iniciar la llama. Cabe señalar que resulta más peligroso aquel producto que tenga un LEL bajo y un rango de explosividad amplio. Un ejemplo de este tipo de sustancias es el Hidrógeno, tiene LEL=4% y UEL=74,2%.

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Por último, es conveniente indicar que a menudo la inflamabilidad de un compuesto está relacionada con su grado de volatilidad y las condiciones de presión y temperatura de evaporación. Compuestos altamente volátiles y con puntos de evaporación bajos normalmente tienen bajos valores de LEL.

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Presiona el botón Help en el cuadro de diálogo “Flammable Level of Concern” para obtener más información.

4.5.4. Riesgo de explosión (Blast Area of Vapor Cloud Explosion)

La definición más básica de una explosión es la liberación repentina e intensa de energía que produce ruido ensordecedor, aumento drástico de temperatura, desprendimiento repentino de escombros, y una onda de presión de duración muy corta que puede alcanzar grandes distancias. Los tres riesgos principales que se deben considerar cuando se produce una explosión son: radiación térmica, sobrepresión u onda explosiva, y fragmentos peligrosos desprendidos violentamente. No todos estos peligros están presentes en cada explosión y la severidad de cada uno dependerá del tipo de explosión. Uno de los principales peligros asociados con cualquier explosión es la sobre presión, también denominada onda explosiva, se refiere a la repentina aparición de una onda de presión después de una explosión -cuanto mayor sea la explosión inicial, más destructiva será la onda explosiva. Las ondas de presión son casi instantáneas, viajan a la velocidad del sonido.

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A pesar de que una onda de presión pueda parecer menos peligrosa que un incendio o fragmentos peligrosos desprendidos violentamente, puede ser tan dañino como ellos. La onda de presión irradia hacia el exterior como una gigantesca ráfaga de aire, estrellándose con todo lo que encuentra en su camino, generando escombros a su paso. Si la onda de presión tiene la energía suficiente, puede lanzar gente contra edificios o árboles, dañar o derruir edificios, afectar a los órganos humanos sensibles a los cambios de presión como oídos y pulmones. Cuando se utiliza ALOHA para predecir los efectos de una explosión, es preciso tener en cuenta el entorno del lugar de la explosión a la hora de interpretar las zonas de riesgo (threat zone) estimadas por el ALOHA. Objetos de gran tamaño (como edificios o árboles) en el camino de la onda de presión pueden afectar a su fuerza destructiva y la dirección que tome. Por ejemplo, si varias edificaciones rodean el lugar de la explosión, la onda explosiva real será más pequeña que la predicha por el ALOHA. Pero al mismo tiempo, se generarán más residuos desprendidos súbitamente al causar daños estructurales en los edificios. El nivel de preocupación (LOC) que se emplea para trazar las zonas de riesgos de una explosión es la sobrepresión u onda explosiva. Se trata del nivel umbral de presión de la onda explosiva a partir del cual puede existir determinado peligro. Cuando se modeliza un escenario de explosión, ALOHA sugiere tres valores de sobrepresión por defecto basados en fuentes ampliamente aceptadas (AIChe 1994, Lees 2001 and Federal Emergency Management Agency et al. 1988). El programa utiliza estos valores umbral para crear las siguientes zonas de riesgo:

- Rojo: 8.0 psi (destrucción de edificios) - Naranja: 3.5 psi (probables lesiones graves) - Amarillo: 1.0 psi (rotura de cristales)

1 psi = 0.06894757 bar = 0.06804596 atmósferas

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Nota: versiones del ALOHA anteriores a la 5.4 sólo modelizan zonas de riesgo debidas a nubes tóxicas.

4.6. Determinar los niveles de riesgo en una ubicación específica Una vez trazadas las zonas de riesgo basadas en alguno de los niveles de preocupación definidos anteriormente: toxicidad, inflamabilidad, radiación térmica emitida por un incendio o sobrepresión, se puede utilizar la opción “Threat at Point” para obtener información específica en puntos de interés (como escuelas y hospitales) dentro y alrededor de las zonas de riesgo. El usuario puede consultar la amenaza en una determinada localización de dos formas:

1. Haciendo doble click sobre el gráfico del ALOHA que muestra las zonas de riesgo (Threat zones)

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ALOHA utilizará coordenadas relativas a la dirección del viento para ubicar el punto seleccionado. Dicho punto aparece señalado en color azul en las zonas de riesgo. Si ALOHA no es capaz de generar el gráfico que muestre las zonas de riesgo, el usuario puede acceder a esta opción seleccionando “Threat at Point” del menú Display.

2. Seleccionando “Threat at Point” del menú Display.

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En esta segunda opción, para visualizar el punto donde se querría obtener la estimación del riesgo se pueden usar dos tipos de coordenadas de localización: coordenadas fijas o coordenadas relativas a la dirección del viento. La elección de coordenadas afectará a la información que el ALOHA muestra al usuario, pues con las coordenadas relativas el punto especificado “seguirá al viento” si la dirección de éste cambia, y con las coordenadas fijas el punto permanecerá en la misma posición en el gráfico aunque la dirección del viento cambie.

Por ejemplo, si se selecciona “Threat at Point” para la dispersión de una nube de gas tóxica, ALOHA mostrará un gráfico de concentración frente al tiempo, como el siguiente.

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En el gráfico se observa la concentración estimada dentro de un edificio (indoor) y en los exteriores de las edificaciones (outdoor) de la ubicación seleccionada, y el valor numérico de los niveles de preocupación (LOC) en dicho punto expresados como: AEGL, ERPG, TEEL o IDLH. Nota: ALOHA estima la velocidad a la que un contaminante podría infiltrarse en un edificio asumiendo que las puertas y ventanas del mismo están cerradas. Si las puertas y/o ventanas están abiertas, y las condiciones meteorológicas son las adecuadas, la concentración en el interior podría ser superior a la indicada por el ALOHA. La información mostrada en el gráfico también se recogerá en varias líneas de texto del Text Summary.

Por último, el procedimiento para mostrar la radiación térmica emitida por un incendio es similar al mostrado para una nube tóxica.

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5. Selección del tipo de modelo y unidades de medida ALOHA puede utilizar la información suministrada sobre las propiedades y cantidad de compuesto químico liberado para elegir entre el modelo de dispersión Gaussiano y el modelo de gases pesados en sus cálculos. El usuario también puede especificar el modelo de dispersión que debe usar el ALOHA. Asegúrese de que la primera opción está seleccionada en el programa, para ello:

1. Seleccione “Calculation Options” del menú SetUp.

2. En el cuadro de diálogo que aparece, seleccione “Let ALOHA decide (select this if unsure). Click en OK.

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ALOHA puede emplear en sus cálculos dos tipos de unidades: inglesas (libras, yardas, millas, etc.), o métricas (gramos, kilogramos, metros, kilómetros). Los pasos que debe seguir el usuario para cambiar de un tipo de unidades a otras se muestran a continuación.

6. Limitaciones del ALOHA Como cualquier otro modelo, ALOHA no puede ser más preciso que la información que se le suministra. Pero aún cuando se facilitan los mejores valores posibles de entrada, ALOHA puede ser poco fiable en ciertas situaciones, y no puede modelar ciertos tipos de accidentes.

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Los resultados del ALOHA pueden ser poco fiables cuando se dan las condiciones siguientes:

� Velocidades de viento muy bajas (pues la dirección del viento es menos predecible en tal caso)

� Condiciones atmosféricas muy estables (suelen darse de madrugada o por la mañana temprano cuando casi no hay viento, en ese caso el compuesto químico liberado “casi” no se mezcla con las capas de aire a su alrededor, por tanto puede alejarse del lugar del accidente sin diluirse en la atmósfera y permanecer en altas concentraciones dentro de la nube contaminante).

� Desigualdad de concentración cerca de la fuente de emisión del contaminante

(debido a remolinos de viento u otros movimientos aleatorios, que pueden aumentar o disminuir la concentración de contaminante en un punto respecto al valor inicialmente estimado para dicho punto).

Dirección aleatoria del humo alrededor del fuego

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� Cambios de viento y efectos de conducción del terreno (en valles y colinas, o

zonas urbanas)

Cambios en la dirección del viento debidos a las pendientes del terreno

Variaciones de pequeña magnitud en la dirección del viento en zonas urbanas.

ALOHA no tiene en cuenta los efectos de:

� Subproductos de incendios, explosiones y reacciones químicas

� Partículas sólidas o radiactivas, los procesos de deposición seca y húmeda que les afectan

� Mezclas de compuestos químicos, no los modeliza

� Terreno, supone que el suelo es plano alrededor del accidente

� Fragmentos peligrosos tras una explosión, no modeliza su trayectoria

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7. Herramientas de visualización: MARPLOT y GOOGLE EARTH

ALOHA puede mostrar las zonas de peligro sobre planos cartográficos usando en primer lugar el programa MARPLOT, y luego el GOOGLE EARTH, ambos programas de distribución gratuita como ALOHA. A continuación se explica paso a paso la visualización de mapas en estos dos programas. Una vez instalado MARPLOT en el ordenador, ALOHA sitúa automáticamente un submenú que conecta con el MARPLOT dentro del menú “Sharing” del ALOHA. El submenú MARPLOT dentro del ALOHA contiene dos ítems: a) Help, para aprender a intercambiar información entre MARPLOT y ALOHA, y b) Go to Map, que abre MARPLOT o va a este programa si ya está abierto.

Marplot puede cargar diferentes tipos de capas: ficheros vectoriales como los shapefiles, o imágenes rasterizadas como los ficheros geotiff. Las capas que desee cargar el usuario deben estar previamente a su disposición. El SITGA (Sistema de Información Territorial de Galicia) almacena información cartográfica que puede ser consultada y descargada por cualquier usuario. http://sitga.xunta.es/sitganet/ Una vez almacenadas las capas que se deseen visualizar en MARPLOT, se inicia el procedimiento para cargarlas:

1) Acceder al submenú “Basemap Builder” del menú “View” o mediante la pestaña “Basemap”

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2) A continuación se abrirá un cuadro de diálogo que muestra las capas cargadas, y las características de cada una de ellas. En ese cuadro, se selecciona la opción “Add Layer”.

3) Se abrirá otro cuadro de diálogo para buscar en el directorio de carpetas la capa que se desee cargar. MARPLOT sólo admite los ficheros con extensión: .shp, .tiff, .txt, .sid, .kml.

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4) Una vez encontrada la capa, se abrirá otro cuadro de diálogo solicitando al usuario que indique el nombre, el grupo al que pertenecerá esa capa, y la etiqueta del campo donde se almacenan los datos que serán mostrados (para ficheros vectoriales), y se presiona sobre el botón Add Layer.

5) Por último, MARPLOT mostrará la capa seleccionada, como se puede ver en las dos imágenes siguientes.

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Cuando los programas ALOHA y MARPLOT han sido instalados en el mismo ordenador y están funcionando simultáneamente, ALOHA ubica automáticamente un submenú dentro del menú “Sharing” del MARPLOT. El usuario puede seleccionar distintas opciones de este menú.

a) La más importante es “Set Source Point”, que indica la localización del accidente haciendo previamente click en algún lugar de la capa, ALOHA señalará ese lugar con una cruz rosa y utilizará coordenadas absolutas para guardarlo en memoria, en dicho punto se mostrarán las zonas de riesgo calculadas por el ALOHA.

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b) La segunda opción en importancia es “Set Threat Point”, sirve para indicar la localización de un punto en las inmediaciones del accidente (Por ejemplo, una escuela o un hospital) donde se desea conocer información específica del riesgo (como la evolución de la concentración interior y exterior del contaminante frente al tiempo). Para ello, primero se hace click en la localización donde se desea obtener la información, y luego se selecciona “Set Threat Point”

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ALOHA situará un símbolo en forma de cruz azul inscrita en un círculo para marcar la posición indicada en MARPLOT.

Y mostrará los datos calculados para dicho punto (en este caso evolución de la concentración frente al tiempo).

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c) Si se quiere eliminar o cambiar la ubicación de las zonas de riesgo en MARPLOT sólo es preciso emplear la opción “Delete ALOHA Objects”, y dejará la capa en blanco de nuevo.

d) Por último, otra opción destacada del MARPLOT es la posibilidad de exportar

las zonas de riesgo visualizadas a un fichero KML, que puede ser abierto con Google Earth o Google Maps.

En esta imagen se muestra el fichero prueba.kml en Google Earth

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En esta otra imagen, se muestra el mismo fichero abierto con Google Maps

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8. Referencias

ALOHA User’s Manual. Febrero 2007. Versiones 5.4.1 y 5.4.1.2. http://www.epa.gov/oem/docs/cameo/ALOHAManual.pdf MARPLOT 4.0 Technical Documentation http://www.epa.gov/oem/docs/cameo/TechDoc_Marplot40.pdf CAMEO User’s Manual. Octubre 2010 http://www.epa.gov/oem/docs/cameo/CAMEOManual.pdf

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9. Anexo: como conectar la estación meteorológica portátil al ALOHA

Creación de dos puertos series virtuales para conec tar el ALOHA a la estación meteorológica portátil desarrollada por Me teoGalicia El programa com0com instala parejas de puertos serie virtuales conectados entre si virtualmente, no físicamente en ordenadores con sistema operativo Windows. De esta forma, los puertos serie virtuales así creados pueden ser utilizados por otros programas que necesiten de ellos, sin necesidad de instalar puertos serie físicos.

Se describen a continuación los 7 pasos básicos para instalar este programa y crear los puertos serie virtuales: 1. Descargarse de internet el programa gratuito com0com (comprimido con winzip) de la siguiente página web: http://com0com.sourceforge.net/ 2. Descomprimir el programa y guardar los ficheros descomprimidos en una carpeta de de nuestro ordenador. 3. Hacer doble click en setup.exe y seguir las instrucciones de las ventanas de instalación.

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4. Una vez instalado el programa com0com, se accede a la ventana de comandos a través del menú de inicio

5. Teclee las siguientes instrucciones en la ventana de comandos del com0com para crear una pareja de puertos serie virtuales y cambiarle el nombre que les asigna por defecto a COM3 y COM4.

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6. Una vez creados los puertos serie virtuales, se puede comenzar a utilizar el programa que conecta el ALOHA a la estación meteorológica portátil, para ello basta hacer doble click en conecta_ALOHA_y_EMAS_Movil.exe, dentro de la carpeta: aplicación emas móviles aloha/dist.

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7. Presionar el botón Ejecutar en la Advertencia de seguridad y a continuación se abrirá el programa que conecta el ALOHA y la estación meteorológica portátil.