Presentazione I - Corsi di Laurea a Distanza - Politecnico di Torino
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<strong>Politecnico</strong> <strong>di</strong> <strong>Torino</strong><br />
CeTeM<br />
Sicurezza e ambiente<br />
9659A Sicurezza e ambiente<br />
Prof. Prof.<br />
Marino Mazzini<br />
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA<br />
DIPARTIMENTO IPARTIMENTO DI COSTRUZIONI<br />
OSTRUZIONI<br />
MECCANICHE ECCANICHE E NUCLEARI UCLEARI<br />
DISPERSIONE ATMOSFERICA DEGLI<br />
INQUINANTI AERIFORMI<br />
DISPERSIONE ATMOSFERICA<br />
DI GAS PESANTI<br />
In<strong>di</strong>ce della lezione 5ª<br />
1) Introduzione<br />
2) Fenomenologia e fasi<br />
3) Modellistica<br />
4) Conclusioni<br />
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Data ultima revisione 06/06/02 Autore: Prof. Marino Mazzini
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CeTeM<br />
Sicurezza e ambiente<br />
9659A Sicurezza e ambiente<br />
INTRODUZIONE<br />
Importanza del problema:<br />
RILASCI ACCIDENTALI DI GAS,<br />
VAPORI O MISCELE BIFASE:<br />
• tossici: Cl 2, , SO 2, , ecc. ecc<br />
• infiammabili ed esplosivi:GPL,C 3H8 (propano), (propano), C 4H 10 (butano), ecc. ecc<br />
GAS DENSI = gas più pi pesanti dell’aria dell aria<br />
pV =<br />
a<br />
M<br />
RT<br />
a<br />
=<br />
V<br />
pM<br />
RT<br />
• gas ad elevato peso molecolare<br />
•• gas rilasciati in atmosfera a bassa<br />
temperatura<br />
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ρ<br />
=
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CeTeM<br />
Sicurezza e ambiente<br />
9659A Sicurezza e ambiente<br />
ESEMPIO DI GAS AD ELEVATO PESO MOLECOLARE<br />
Anidride Anidride solforosa solforosa SO 2<br />
A parità parit <strong>di</strong> p,T:<br />
SO2<br />
SO = 2 M aria<br />
aria<br />
MSO = 2<br />
M<br />
ρ ρ ≅ 2.<br />
2ρ<br />
Anidride Anidride carbonica carbonica CO 2<br />
aria<br />
2 = M CO<br />
64<br />
ESEMPIO DI GAS AD ELEVATO PESO MOLECOLARE<br />
A parità parit <strong>di</strong> p,T:<br />
M<br />
ρ ρ ≅ 1.<br />
5ρ<br />
CO2<br />
CO = 2 M aria<br />
aria<br />
aria<br />
44<br />
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Sicurezza e ambiente<br />
9659A Sicurezza e ambiente<br />
ESEMPIO ESEMPIO DI GAS GAS RILASCIATI RILASCIATI A BASSA BASSA TEMPERATURA<br />
TEMPERATURA<br />
ρ<br />
CH<br />
Metano Metano liquefatto liquefatto CH 4<br />
Temperatura <strong>di</strong> ebollizione:<br />
TbCH<br />
4<br />
4<br />
= −161°<br />
C = 112 K<br />
M<br />
4 = M CH<br />
CH4<br />
a<br />
( Tb<br />
) = ρaria<br />
≅1.<br />
4ρaria<br />
M<br />
16<br />
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aria<br />
T<br />
T<br />
Ammoniaca NH 3<br />
b<br />
CH4<br />
ESEMPIO DI GAS RILASCIATI A BASSA TEMPERATURA<br />
Temperatura <strong>di</strong> ebollizione:<br />
T<br />
ρ<br />
b<br />
ρ<br />
NH3<br />
NH<br />
NH<br />
3<br />
3<br />
= −33<br />
° C = 240 K<br />
=<br />
M<br />
NH<br />
3 = M NH<br />
( vapore ) aria<br />
aria<br />
M<br />
aria<br />
3<br />
T<br />
T<br />
b<br />
a<br />
NH3<br />
ρ<br />
kg<br />
= 820 ≅ 700ρ<br />
3<br />
m<br />
( liquido)<br />
aria<br />
≅ 0.<br />
7ρ<br />
17<br />
In miscela bifase (vapori e gocce finissime), qualche % <strong>di</strong><br />
liquido è sufficiente a dare una nube densa:
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Sicurezza e ambiente<br />
9659A Sicurezza e ambiente<br />
FENOMENOLOGIA E FASI DELLA<br />
DISPERSIONE DISPERSIONE DI GAS GAS DENSI DENSI<br />
Termine <strong>di</strong> sorgente<br />
Caduta ed allagamento (“slumping (“ slumping”) ”)<br />
gravitazionale<br />
Dispersione stratificata<br />
Dispersione turbolenta<br />
TERMINE DI SORGENTE<br />
Quantità rilasciata m (“puff (“ puff”) ”)<br />
o portata G (rilascio continuo)<br />
Natura della sostanza:<br />
• gas o vapore<br />
vapore<br />
•• miscela miscela bifase bifase (titolo (titolo nube nube = )<br />
totale<br />
Con<strong>di</strong>zioni iniziali della nube (temperatura,<br />
frazione d’aria nella nube, ecc.) ecc.)<br />
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m<br />
m
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9659A Sicurezza e ambiente<br />
MODELLO A PUFF<br />
Salvo la fase iniziale del caso <strong>di</strong> un<br />
getto, consente anche la trattazione <strong>di</strong><br />
rilasci continui, come:<br />
G<br />
(kg/s)<br />
100<br />
50<br />
0<br />
SUCCESSIONE SUCCESSIONE DI PUFF PUFF<br />
I = 850 kg<br />
II = 500 kg<br />
III = 350 kg<br />
SCHEMATIZZAZIONE DI<br />
RILASCI CONTINUI:<br />
SERIE DI PUFF<br />
0 50 100<br />
t (s)<br />
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U = 5 m/s<br />
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Y (m)<br />
30<br />
20<br />
10<br />
SERIE DI PUFF<br />
Rilascio <strong>di</strong> Cl 2<br />
- 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 50 X (m)<br />
Categoria<br />
meteorologica D<br />
1° puff a<br />
t = 20 s<br />
U = 5 m/s<br />
- 10<br />
- 20<br />
- 30<br />
Y (m)<br />
30<br />
20<br />
10<br />
- 10<br />
- 20<br />
- 30<br />
1° puff<br />
SERIE DI PUFF<br />
Rilascio <strong>di</strong> Cl 2<br />
- 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 50 X (m)<br />
Categoria<br />
meteorologica D<br />
2° puff<br />
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“SLUMPING” GRAVITAZIONALE DELLA NUBE<br />
La nube formatasi a seguito del rilascio <strong>di</strong><br />
un gas denso continua ad allargarsi per<br />
effetto della gravità<br />
Il miscelamento con aria, particolarmente al<br />
bordo sul piano orizzontale, contribuisce<br />
alla <strong>di</strong>luizione della nube<br />
Le <strong>di</strong>mensioni della nube si accrescono in<br />
base all’equazione:<br />
dR<br />
dt<br />
= K<br />
Δρ<br />
ρ<br />
gH<br />
“SLUMPING” GRAVITAZIONALE DELLA NUBE<br />
La fase <strong>di</strong> “slumping “ slumping” ” gravitazionale termina<br />
quando l’allargamento della nube ( per effetto<br />
della gravità) è efficacemente contrastato<br />
dall’azione del vento<br />
Numero <strong>di</strong> Richardson:<br />
Richardson<br />
R<br />
i<br />
Δρ<br />
= g<br />
ρ<br />
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a<br />
L = scala delle lunghezze (<strong>di</strong>ametro della nube)<br />
a<br />
L<br />
U<br />
R i ≤<br />
40<br />
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DISPERSIONE STRATIFICATA<br />
La concentrazione della nube si riduce<br />
ulteriormente per <strong>di</strong>luizione con l’aria, finché la<br />
sua densità non <strong>di</strong>viene praticamente uguale a<br />
quella dell’aria<br />
Il comportamento della nube <strong>di</strong>venta quello <strong>di</strong><br />
un gas neutrale quando<br />
r - ra @@ 1 g/m 3<br />
ovvero<br />
Ri £ 1<br />
DILUIZIONE NUBE NELLE FASI DI SLUMING E<br />
DISPERSIONE STRATIFICATA<br />
L’ingresso <strong>di</strong> aria nella nube è valutato con<br />
l’equazione:<br />
dM a<br />
dt<br />
= f<br />
⎛ α ′<br />
dR ⎞<br />
( α′ , U)<br />
+ f ⎜ ′ , ⎟<br />
⎝ dt ⎠<br />
ove: aa´ = costante <strong>di</strong> “entrainment<br />
entrainment” superiore<br />
aa´´ ´´ = costante costante <strong>di</strong> “entrainment<br />
entrainment” laterale<br />
dR<br />
dt<br />
= velocità velocit ra<strong>di</strong>ale <strong>di</strong> espansione della<br />
nube (nella fase <strong>di</strong> <strong>di</strong>spersione<br />
gravitazionale è sostituita sostituita da U)<br />
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MODELLO A BOX DI COLEBRANDER<br />
Il modello riproduce abbastanza fedelmente la<br />
fenomenologia descritta.<br />
E’ tradotto (con qualche mo<strong>di</strong>fica concettuale)<br />
nei co<strong>di</strong>ci <strong>di</strong> calcolo EGADAZ, DEGADIS, DENZ.<br />
Si ammette che inizialmente si formi una nube<br />
cilindrica molto piatta (rapporto <strong>di</strong>ametro/altezza<br />
uguale a 10), a concentrazione uniforme .<br />
DATI EMPIRICI SULLE CARATTERISTICHE INIZIALI DELLA NUBE PER<br />
IL RILASCIO DI GAS DENSI<br />
Proprietà<br />
Sostanza NH 3<br />
Cl 2<br />
(°) (°)<br />
LNG C 4H 10<br />
Tb (°C) - 33 - 35 - 161 - 2.0<br />
Massa della nube (kg) M M M 0.8M<br />
Aria inglobata 9.6M 4M 13M 2.8M<br />
Densità nube (kg/m 33 ) 1.68 1.71 1.52 1.64 1.64<br />
Temperatura nube (°C) - 50 - 45 - 66 - 45<br />
Volume nube (m 3 ) 6.63M 2.92M 9.21M 2.19M<br />
(°) In con<strong>di</strong>zioni normali tali gas sono più leggeri dell’aria, ma originano nubi<br />
dense per la presenza presenza <strong>di</strong> <strong>di</strong> goccioline <strong>di</strong> liquido o per bassa temperatura<br />
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