Numerical analysis of the explosion of gas tanks using computational fluid dynamics

Buildings are composed of several systems, each with specific designs and regulations to ensure that constructions are safe and viable. Many residential, commercial, and industrial buildings have systems with gas central storage, which must be subjected to strict safety criteria to avoid accidents. In addition to the safety mechanisms provided by manufacturers, designers of these gas central storage must consider other devices to reduce explosion risk and mitigate the damaging blast effects. Explosions are physical-chemical phenomena that are characterized by the sudden expansion of a material and, consequently, energy release. When an accidental explosion occurs, much damage is caused by the shock wave and fragments. In the case of pressure vessels, a mechanical explosion can occur. Studying this explosion is essential to developing a more reliable, safe design for surrounding buildings and its users. This work aims to study the effects of gas tank explosions. In this study, the Autodyn computational tool based on fluid dynamics (CFD) is used. This software allows the modeling of complex explosion scenarios and the evaluation of blast wave parameters. For each numerical model, the overpressure levels outdoors and indoors are evaluated. The results indicated how the wave overpressures are distributed in different scenarios, and from them, it was possible to analyze the damaging levels. resumo: As edificações são compostas por vários sistemas, cada um com projetos e normas específicas para garantir que as construções sejam seguras e viáveis. Muitos edifícios residenciais, comerciais e industriais possuem sistemas com centrais de gás, as quais devem ser submetidas à rigorosos critérios de segurança para evitar acidentes. Além dos mecanismos de segurança fornecidos pelos fabricantes, os projetistas dessas centrais de gás devem considerar outros dispositivos para reduzir o risco de explosão e mitigar os efeitos danosos da explosão. As explosões são fenômenos físico-químicos que se caracterizam pela expansão súbita de um material e, consequentemente, liberação de energia. Quando ocorre uma explosão acidental, muitos danos são causados pela onda de choque e fragmentos. No caso de vasos sob pressão, pode ocorrer a explosão mecânica e a compreensão dos efeitos desse evento é essencial para o desenvolvimento de projetos mais confiáveis e seguro para as edificações e seus usuários. Este trabalho tem como objetivo o estudo dos efeitos da explosão de tanques de gás. Neste estudo, é utilizada uma ferramenta computacional baseada em fluidodinâmica computacional (CFD); o Autodyn. Esse software permite a modelagem de cenários complexos de explosão e a avaliação de parâmetros de ondas de choque. Para cada modelo numérico, são avaliados os níveis de sobrepressão no exterior e no interior. Os resultados indicaram como se deu a distribuição das sobrepressões da onda em diversos cenários e partir deles foi possível traçar estimativas de dano.