ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΜΕΝΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Transcript

1 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΛΥΜΕΝΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 9 ο Εξάμηνο Ακ. Έτος

2 ΑΚΗΣΗ 3. Να υπολογιστεί η δόση θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση 100m από το κέντρο φλεγόμενης λίμνης. Η λίμνη έχει δημιουργηθεί από την διαρροή 28,3m 3 υγρού βενζολίου και έχει πάχος 2cm. Θεωρείστε ότι πρόκειται για ακίνητο παρατηρητή με χρόνο έκθεσης τα 60 δευτερόλεπτα Δίνονται: Σημείο βρασμού: 80,1 o C Θερμοκρασία αέρα: 15 C Θερμότητα καύσης: 4,18 * 10 7 J/kg Θερμότητα εξάτμισης: 4,33 *10 5 J/kg Ειδική θερμότητα υγρού βενζολίου = 1,73 kj/kgk View factor (F) = 0,0964 Σελ. 2

3 1. Εκτίμηση φαινομένου. Δόση Θερμικής Ακτινοβολίας 100m Φωτιά λίμνης Ακίνητος Παρατηρητής Σελ. 3

4 2. Βήματα επίλυσης. Βήμα 1 ο : Υπολογισμός ρυθμού καύσης ανά μονάδα επιφανείας Συγκρίνω θερμοκρασία βρασμού υγρού και θερμοκρασία περιβάλλοντος T b = 80,1 o C > 15 o C = T π Άρα ο ρυθμός καύσης ανά μονάδα επιφανείας δίνεται από την εξίσωση m = h c 10-3 / (h v + c vl ΔΤ) με: h c = 4,18 * 10 7 J/kg h v = 4,33 *10 5 J/kg c vl = 1730 J/kgK ΔΤ = Τ b T π = 65,1 o C m = 0,0766 kg/m 2 s Σελ. 4

5 2. Βήματα επίλυσης. Βήμα 2 ο : Υπολογισμός ροής θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση x q(x) = E F τα όπου: Ε = 0,35 m h c / (72 m 0,61 + 1) = = 69951,1 kw/m 2 F = 0,0964 τα = 1 q(x) = 6743,286 kw/m 2 Σελ. 5

6 2. Βήματα επίλυσης. Βήμα 3 ο : Υπολογισμός δόσης θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση x για ακίνητο παρατηρητή ισχύει: D = q(x) 4/3 t με t = 60s D = (kw/m 2 ) 4/3 s Σελ. 6

7 ΑΚΗΣΗ Να υπολογιστεί το μέγιστο ύψος του κέντρου μίας πύρινης σφαίρας η οποία δημιουργείται από την ακαριαία ανάφλεξη προπανίου από έκρηξη δεξαμενής 45m Ποια η ακτίνα της πύρινης σφαίρας; 3. Να υπολογιστεί η δόση θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση 200m από το κέντρο της πύρινης σφαίρας γνωρίζοντας ότι η διαθέσιμη θερμότητα καύσης είναι ίση με 4,115*10 7 J/kg Η δεξαμενή ήταν γεμάτη με προπάνιο κατά 85%. Δίνονται: Πυκνότητα προπανίου: 517 kg/m 3 Σημείο βρασμού προπανίου: -43 o C Πίεση δεξαμενής: 1,6 MPa Θερμοκρασία αέρα: 10 C τα: 1, γ: 0,825, δ: 0,26 Σελ. 7

8 Βήματα επίλυσης. Βήμα 1 ο : Μέγιστο ύψος κέντρου σφαίρας Δίνεται από την εξίσωση: z = 1,97 (g 1/2 t f / V 1/6 ) 0,86 V 1/3 z = 83,632 m Θεωρώντας ότι όλη η αποθηκευμένη μάζα του προπανίου συμμετέχει στη δημιουργία της πύρινης σφαίρας τότε: V = 0,85 45 = 38,25 m 3 (αρχικός όγκος αερίου που σχηματίζει την πύρινη σφαίρα) m = ρ V = 19775,25 kg (μάζα πύρινης σφαίρας) t f = 0,852 m 0,26 = s (χρονική διάρκεια πύρινης σφαιρα) g = 9,81 m 2 /s Σελ. 8

9 Βήματα επίλυσης. Βήμα 2 ο : Ακτίνα πύρινης σφαίρας Δίνεται από την εξίσωση: r f = 3,24 m 0,325 r f = 80,683 m Βήμα 3 ο : Δόση θερμικής ακτινοβολίας Υπολογίζεται πρώτα η ροή θερμικής ακτινοβολίας q(l) = τα h c f m (1-δ) / (4 π L 2 γ) f = 0,27 P 0,32 = 0,314 L = 200m q(l) = 47,039 kw/m 2 Σελ. 9

10 Γιατί q(l) και όχι q(x)?? Για να δούμε: L 2 = r f2 + x 2 r f L=200? Οπότε: αν L = 200, x = 183 αν x = 200, L = 215,66 x=200? για κάθε ζευγάρι Ισχύει q(l) = q(x) Σελ. 10

11 Όμως ισχύει?? Για να δούμε το φαινόμενο έκρηξη Α 1. Τρίγωνο ΑΒΓ: ΑΓ 2 = ΑΒ 2 +ΒΓ 2 2. Τρίγωνο ΑΔΕ: ΑΕ 2 = ΑΔ 2 +ΔΕ 2 ΑΕ = L ΑB = r f ΔΕ = x Άρα L 2 r f2 + x 2 Β Γ Δ Δεξαμενή προπανίου Ε Ακίνητος Παρατηρητής Σελ. 11

12 2. Βήματα επίλυσης. Βήμα 4 ο : Υπολογισμός δόσης θερμικής ακτινοβολίας σε απόσταση x για ακίνητο παρατηρητή ισχύει: D = q(x) 4/3 t f D = 1893,982 (kw/m 2 ) 4/3 s ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Γιατί t = t f = 11,154s και όχι t = 60s??? Γιατί ακίνητος παρατηρητής??? Σελ. 12

13 2. Βήματα επίλυσης. ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Επειδή t f = 11,154s < 60s Μπορώ να έχω έκθεση για περισσότερο χρόνο? Για κινούμενο παρατηρητή πρέπει: Να υπολογιστεί η απόσταση x όπου το q(x ) = 1 kw/m 2 Να υπολογιστεί ο συνολικός χρόνος (t c ) που χρειάζεται για να φτάσει ο παρατηρητής μέχρι το σημείο x. θεωρώντας ότι ο παρατηρητής κινείται με σταθερή ταχύτητα (u) θα ισχύει: t c = (x x) / u Σελ. 13

14 2. Βήματα επίλυσης. για κινούμενο παρατηρητή ισχύει: ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ t r ο χρόνος αντίδρασης του παρατηρητή ώστε να περάσει από την ακίνητη στην κινούμενη κατάσταση Αν t c > t f τότε θέτω t c = t f Στο ολοκλήρωμα δεν βάζω q(x ) = 1 (Συνήθως t r = 5s και u = 4m/s) Σελ. 14