Tanques de Almacenamiento

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

PROGRAMA DE: TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS MODALIDAD A DISTANCIA

TUTOR: Jorge PAZMIÑO URQUIZO

2008

ASIGNATURA:

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

(QUINTO NIVEL)

UNIDAD DIDÁCTICA

TECNOLOGÍA EN PETRÓLEOS MODALIDAD A DISTANCIA UNIDAD DIDÁCTICA

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BIENVENIDA

Señores estudiantes de la Escuela de Petróleos de la Universidad Tecnológica Equinoccial, programa de Tecnología en Petróleos con la modalidad del Sistema de Educación a Distancia, inscritos en la asignatura de Tanques de Almacenamiento, deseo expresarles mi más afectuosa bienvenida para abordad, conjuntamente, la fascinante actividad de explorar una de las principales infraestructuras en la industria petrolera, ya que el almacenamiento de petróleo o gas en los centros de producción y en los de refinación o exportación generalmente dan una seguridad estratégica al país o permite aprovechar oportunidades comerciales.

Después de un largo trayecto en la industria, es satisfactorio transmitir el conocimiento y experiencias a las nuevas generaciones: de allí que, durante las próximas cuatro semanas me comprometo a aportar en todo lo que esté a mi alcance del conocimiento de la ciencia y tecnología, como facilitador de su aprendizaje, tendiente a desarrollar destrezas que espero sean de gran utilidad en el desenvolvimiento de sus actividades laborales cotidianas y en particular para que redunde en su crecimiento personal intelectual.

El sistema educativo a distancia está basado en las teorías sobre el aprendizaje por trabajo personal. Esto significa un esfuerzo de doble vía. Yo he expuesto mi compromiso y ahora espero el suyo, para que conjugando esfuerzos podamos alcanzar el éxito en este curso, que en síntesis es obtener su aprobación al finalizar el módulo.

Reitero mi colaboración y disponibilidad de apoyo en el trabajo de estas próximas semanas.

Jorge PAZMIÑO URQUIZO


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IMPORTANCIA DE LA ASIGNATURA

Entre las principales actividades que dan valor agregado a los hidrocarburos constituye el almacenamiento de los hidrocarburos en tanques de almacenamiento; así pues, el disponer de grandes capacidades de almacenamiento para los volúmenes de petróleo o gas producidos y en las zonas de extracción, tienen por objetivo flexibilizar la operación; mientras que estás mismas capacidades de almacenamiento en los lugares de refinación o exportación, permiten brindar una seguridad estratégica al país y la oportunidad de obtener los mayores beneficios comerciales, respectivamente.

Por otro lado, dentro de los sistemas de almacenamiento de los hidrocarburos, tiene singular resalte aquel que es en tanques de acero. Pero esta actividad sólo es posible ejecutarla si se realiza la operación coordinada y segura de una serie de equipos que están agrupados en el lugar que se conoce como Área de Tanques.

Por lo expuesto, la responsabilidad operativa en los tanques de almacenamiento tiene un rol relevante para el eficiente y eficaz desempeño del tratamiento de los hidrocarburos. De allí, la importancia de que el tecnólogo, además de manejar correctamente los equipos (destrezas manuales) complemente con el conocimiento intelectual de los principios que gobiernan los procesos técnicos desde el punto de vista de la ingeniería (destrezas intelectuales), que conjugándola adecuadamente se garantizará una operación segura que es el objetivo primordial en este tipo de sistemas.


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ÍNDICE

CAPÍTULO I TANQUES & NORMAS

1. Origen del Almacenamiento

2. Tanques de Acero

3. Tipos de Tanques 4. Cubetos para Tanques 5. Normas

CAPÍTULO II CARACTERÍSTICAS & ACCESORIOS 1. Diámetro / Altura

2. Techo, Pisos y Paredes 3. Interior del Tanque

4. Accesorios 5. Mantenimiento

CAPÍTULO III MEDICIÓN & FISCALIZACIÓN 1. Calibración

2. Medición

3. Fiscalización

4. Automatización

CAPÍTULO IV SISTEMA CONTRA INCENDIOS

1. Incendio

2. Tipos de Sistemas 3. Detección de Fuego

4. Enfriamiento de Tanques 5. Extinción del Fuego

6. Diseño

REFERENCIAS


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CAPÍTULO I

TANQUES & NORMAS

1. Origen del Almacenamiento En 1859 Colonel Drake produjo el primer pozo de petróleo en Titusville, Pennsylvania, USA, y desde allí la primera inquietud surgió en como almacenarlo, especialmente para poder transportarlo. De esta manera, el sistema conocido en esa fecha eran los recipientes para almacenar el vino, vasijas que eran construidas de madera y especialmente de roble para que tengan una mayor vida útil. Por tal motivo, en la fecha aunque han desaparecido del mercado este tipo de recipientes con uso en la industria petrolera, sin embargo se ha inmortalizado su nombre, ya que la unidad de medida tradicionalmente utilizada para todo tipo de transacción en el mundo

se la conoce como barril, cuyas siglas son bbl.

Posteriormente este barril fue reemplazado por ductos de acero para satisfacer con el requerimiento para el cual servían que era el de permitir el transporte de un lugar a otro; pero también, fue indispensable que bien sea en el origen o destino se disponga de un almacenamiento para el petróleo crudo, de allí surgieron una serie de tecnologías hasta llegas a los tanques de acero empernados y posteriormente electro soldados sus planchas de acero. Los recipientes de almacenamiento para los hidrocarburos líquidos son conocidos como tanques de almacenamiento y a lo que nos circunscribiremos a estudiarlos en esta ocasión, dejando para otra


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oportunidad los recipientes de almacenamiento que son para gases, ya que en ellos se utilizan otros tipos de tecnologías. Hoy en día el almacenamiento cubre tres funciones muy relevantes e importantes:

1. Flexibilidad Operativa Aunque la operación en la industria petrolera es continua, sin embargo ella no es constante en lo que se refiere a los volúmenes de petróleo producido. Ello obedece a que el volumen producido se incrementa a medida que aumenta la actividad extractiva, posteriormente se mantiene en una etapa que se la denomina la meseta de explotación ya que es en esta parte de la vida del proyecto la producción permanece prácticamente constante y finalmente comienza a decrecer la explotación porque este tipo de energía no es renovable. Los incrementos súbitos de producción deben ser almacenados, las paradas programadas o de emergencia de los ductos conducen a la necesidad de disponer de capacidad de almacenamiento en la estación cabecera de ellos para no impactar en la producción de los pozos. Los tanques de almacenamiento, tanto en la estaciones de producción como en las estaciones cabecera de los ductos, son verdaderos pulmones en el acople de dos procesos industriales como es el de explotación de petróleo y el de transporte. El almacenamiento de petróleo crudo aumenta cuando existe problemas aguas abajo en el proceso y decrece cuando existe problemas aguas arriba. Es criterio para la operación de estos tanques es que siempre tienen que estar en condiciones bajas de almacenamiento.

2. Capacidad Estratégica

Como almacenamiento estratégico se conoce al volumen de petróleo crudo que requieren las refinerías del país para procesar en función de los consumos de los productos derivados por un lapso de tiempo determinado que permita, en caso de una eventual emergencia, canalizar las compras adecuadas. Este volumen es determinado por el producto de la carga de petróleo crudo requerida por las refinerías diariamente y los días que son


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suficientes para solventar cualquier emergencia (en el caso de Ecuador es de 15 días).

3. Capacidad Comercial En muchas ocasiones es necesario disponer de almacenamiento en los centros de exportación con el propósito de lograr un mejor precio dentro de los procesos de compra venta de crudo; es decir, con un buen almacenamiento de crudo se puede lograr buenas perspectivas comerciales.


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2. Tanques de Acero Los primeros tanques hechos con planchas de acero se caracterizaron porque sus planchas baroladas fueron ensambladas mediante pernos. Aún en nuestros días se observa la utilización de este tipo de tanques para usarlos temporalmente. No tienen mucha capacidad de almacenamiento.

Los tanques de almacenamiento son construidos con planchas baroladas y ensamblados todas ellas mediante suelda especial. Tienen un diseño particular que se refleja en el espesor del tanque para cada sección; así pues en la parte inferior el espesor es mayor y en la parte superior es menor. Además tienen anillos de refuerzo que permiten su rigidez. Las entradas tanto para producto como para las personas que realicen mantenimiento (man hole) son tratadas su metalurgia térmicamente.


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3. Tipos de Tanques Anteriormente se ha indicado la primera clasificación de los tanques de acero que en lo sucesivo únicamente lo denominaremos como tanques y son: tipo empernado o soldado en los términos ya indicados. Considerando la presión existen los tanques atmosféricos o de presiones cercanas a la presión atmosférica. En este tipo se encuentran todos los tanques que almacenan petróleo crudo muerto; es decir, petróleo crudo libre de gas disuelto que se transportará por un sistema de ductos. Por otro lado, en procesos de planta especialmente, existen recipientes que generalmente son de tipo horizontal y muy conocidos como “salchichas” que están a presiones mayores a la atmosférica y por lo tanto se los conoce en la industria petrolera como vessel, por sus características están fuera del alcance de este tratado. Los tanques de almacenamiento de petróleo crudo tienen una nueva clasificación en función de las características de diseño del techo. También, este criterio es válido para tanques de almacenamiento de productos como gasolinas y diesel. Por las características del techo del tanque ellos son:

Tanques de Techo Flotante Este tipo de techo flota sobre el producto que almacena desplazándose verticalmente de acuerdo al nivel superior del fluido. Debido a este contacto y al peso del techo, no existe evaporación del fluido) crudo o productos refinados), hecho que disminuye riesgos de incendios o explosión; es decir, con este tipo de tanques se disminuye las pérdidas por evaporación y no genera electricidad estática. Según el diseño del techo puede ser: Tipo cazuela, Tipo Pontón y Tipo doble cubierta, como se puede apreciar en el gráfico que se presenta a continuación.


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Tanques de Techo Fijo Estos son de diseño simple bajo la Norma 650 y a diferencia de los anteriores al existir un espacio libre entre el nivel del fluido y la tapa hay presencia de vapores y por consiguiente se incrementan los riesgos. Generalmente son tanques de volúmenes pequeños en alrededor de los 10,000 bbl.

• TECHO FLOTANTE TIPO

CAZUELA


PONTON


DOBLE CUBIERTA


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Tanques de Techo Flotante y Fijo Existen tanques que tienen por diseño techo flotante y además uno de techo fijo en forma de domo cuya finalidad es da una protección extra al tanque.

4. Cubetos para Tanques Todo tanque debe encontrarse en un cubeto que tiene por objeto el almacenar el líquido en el caso de un derrame, es decir poder tenerlo confinado para mantener un control sobre él, ya que no debe soslayarse que


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una de las características de la fase líquida es que esta toma la forma del recipiente que lo contiene. Además de confinar el producto derramado, los cubetos son los elementos con los que se puede mitigar los impactos ambientales, por ello que ellos deben estar recubiertos para poder aislar el terreno de posibles infiltraciones de petróleo crudo o de cualquier otro contaminante obtenido de él. Los principales recubrimientos de un cubeto son: concreto o cualquier material resistente a los hidrocarburos. Un cubeto en su espacio libre tiene que tener una capacidad de almacenamiento de 1.1% de su capacidad nominal. Sin embargo, referirse a la normatividad que pueda tenerse en el país o en la empresa.

5. Normas La construcción de tanques de almacenamiento se los realiza cumpliendo una normatividad que generalmente es la Norma API, de ella la API 650 es para tanques atmosféricos, la API 620 para líquidos con presión de vapor de 17 psi. Pero en la construcción de tanques entran otras especialidades como son: metalurgia del acero para determinar los espesores de pared en función de la presión que tiene el contenido del tanque a las diferentes alturas de su pared; aspectos térmicos que consideren los cambios de temperatura, ya que en algunos de ellos hay que calentar el crudo para disminuir su viscosidad; tipo de suelda utilizada, así como su procedimiento en el proceso de construcción, ya que fallas en esta etapa constructivas se reflejan muchas veces después de años de operación del tanque.


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Códigos A continuación se presentan algunos de los códigos utilizados en la construcción de tanques de almacenamiento:

SIGLAS DESCRIPCIÓN

AGA American Gas Association API American Petroleum Institute

ASME American Society Of Mechanical Engineers ASTM American Society for Testing and materials

IP Institute of Petroleum ISA Instrument Society of America ISO International Standards organization

NACE National Association of Corrosion Engineers PRCI Pipeline Research Council International

Otras normas relacionadas: ANSI B1.1 Unified inch screw thread

B1.20.1 Pipe threads, general purpose B16.5 Pipe flanges and flanged fittings B16.9 Factory made wrought steel buttwelding fittings B16.10 Dimensions of valves B16.11 Forged steel fittings, socket-welding and threaded B16.24 Bronze pipe flanges and flanged fittings B16.25 Buttwelding ends

API 5L Specification for line pipe RP5L1 Railroad transportation of line pipe RP5L2 Epoxy coating of line pipe RP5L3 Drop weight tear testing RP5L5 Marine transportation of line pipe RP5L6 Transportation of pipelines on inland waterways 6D Pipeline valves 598 Valves inspection 599 Plug valves 600 Gate valves 610 Centrifugal pumas for general refinery services 650 Welded steel tanks for oil storage 1104 Pipeline welding


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ASME B31.3 Chemical plant and petroleum refinery piping B31G Manual for determinating the remaining strength of corroded

pipelines B31.4 Liquid transportation systems for hydrocarbons, liquid petroleum

gas, anhydrous ammonia and alcohols

Pipeline safety regulations of the US Department of Transportation. ASTM A53 Pipe, steel, blade and hot dipped, zinc-coated and seamless

A105 Materials for flanges and forged fittings A106 Seamless carbon steel pipe for high temperature service A134 Pipe steel, electric fusion A182 Materials for flanges and forged fittings A193 Materials for bolting A194 Materials for nuts A216 Materials for valve castings, etc. A234 Materials for piping fittings A283 Low and intermediate tensile strength carbon steel plate shapes and

bars A307 Materials for bolts and studs A320 Material for bolts A351 Materials for valve castings, etc. A370 Mechanical properties testing E71 Radiographic inspection of steel castings

MSS SP-6 Contact faces of pipe flanges and connecting end flanges of valves

and fittings SP-25 Standard marking system for valves, flanges, fittings SP-44 Steel pipe lines flanges SP-53 Magnetic particle examination method SP-54 Radiographic method SP-55 Usual method SP-75 High test wrought buttwelding fittings SP-93 Liquid penetrant examination method

SEW 08970 Steel analysis pipeline components SEL 07269 US Inspection of steel plates


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CAPÍTULO II

CARACTERÍSTICAS & ACCESORIOS

1. Diámetro / Altura Las principales variables que se manejan en un tanque de almacenamiento son el diámetro y la altura del tanque. Estas tienen especial relevancia en los cálculos de agua de enfriamiento y en la espuma necesaria en sistemas contra incendios. Generalmente la altura se encuentra limitada en alrededor de los 12 m., ya que una pared del tanque está conformada verticalmente por la unión de alrededor de siete (7) planchas, como puede observarse en el siguiente tanque de techo flotante. Lo variante es básicamente el diámetro del tanque para poder lograr obtener la capacidad de almacenamiento nominal que se quiera proyectar para el diseño del tanque.


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2. Techo, Piso y Paredes Los principales elementos constructivos de un tanque son el Piso, Paredes y el Techo.

Piso El piso de un tanque está formado por planchas que se encuentran traslapas entre ellas unos 5 a 8 cm., y soldadas a partir de la parte central hacia las periferias dando una inclinación hacia el pozo en donde se despacha el producto. Esto es con el propósito de que el agua por decantación no se mantenga en el tanque una vez que se tiene movimiento del producto. Especial cuidado debe darse en la construcción al material que estará en contacto con la plancha de acero, ya que la corrosión puede darse a través del terreno, por lo que se deberá colocar los aislantes adecuados y conforme a diseño, sin soslayar el hecho de colocar la protección catódica adecuada con ánodos de sacrificio. El piso tendrá un excelente recubrimiento epóxico y en los sitios en que descanse las patas del techo flotante deberá colocarse planchas de refuerzo al igual en donde se baje el toma muestras y el equipo de medición, pues al topar repetidamente el fondo del tanque, la pintura puede deteriorarse y ser un foco propicio para la corrosión en el fondo del tanque.


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El sumidero debe ser muy bien diseñado i construido para no tener obstrucciones.

Paredes Las paredes de un tanque de almacenamiento son construidas con planchas baroladas en fábrica según diseño. Además son telescopiadas en espesor de plancha desde el piso hasta el techo, se mantiene el mismo espesor en la misma sección de las planchas que se colocan en el plano horizontal. En la gráfica se observa el proceso de construcción de la pared del tanque.


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Techo El techo como se indicó anteriormente puede ser flotante o fijo; si es flotante los criterios adoptados para su diseño son importantes, en todo caso lo más importante es la flotación que debe tener sobre el fluido, de tal manera que no atasque y se desequilibre; por lo contrario si es fijo se deberá cuidar que no sufra pandeos las planchas pues puede dar lugar a que el agua se acumule y sea un foco para la corrosión y constituye un peligro para el mantenimiento. Especial mención debe hacerse que en los tanques de techo flotante el agua de lluvia se recoge hacia el centro del tanque para luego, interiormente ser conducido para ser desalojada por una salida en la parte inferior del tanque.

3. Interior del Tanque


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En las fotografías anteriores se puede observar como el techo del tanque se encuentra asentado en sus patas. Este espacio tiene aproximadamente la altura de 2 m., y el objeto es el permitir el mantenimiento tanto sea del piso como del techo del tanque. Es de mencionar que al menos este volumen del petróleo crudo del tanque se conoce como la capacidad mínima, ya que debe evitarse que las patas del tanque asienten en el piso, en condiciones operativas normales. También se observa los man hole que son los ingresos que todo tanque debe tener para el mantenimiento o reparación del mismo, como es el caso de estás fotos. En las fotos de abajo se presenta a una altura de 30 cm., del piso una tubería que se conecta a la pared del tanque y es por ella que se desaloja el agua del techo flotante. En la siguiente foto se observa que se recoge el agua del techo y por medio de ductos articulados se llega al fondo del mismo.

Debido a que las articulaciones sufren roturas y por lo tanto el líquido se contamina con el agua, existen nuevas tecnologías como es el caso de ductos flexibles que se colocan en el interior del tanque para desempeñar el mismo objetivo, Aquí el movimiento del ducto flexible es helicoidal, teniendo


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tensores que permitan su direccionamiento y no sea aplastado por las patas del techo.

4. Accesorios Entre los accesorios que tiene un tanque de almacenamiento se pueden citar:

Venteos

Posee una válvula de respiración y un tubo de venteo en el techo, permite que el aire atrapado escape y evita que se forme un vacío cuando el techo descansa sobre los soportes.

Sofocador del Venteo

Si el venteo se inflama permite extinguir cualquier fuego.

Boca de Aforo

Sitio por el cual se realiza la toma de muestras y el aforamiento o medición del tanque.

Mezcladores del Tanque

Estos mezcladores son hélices giratorias que se colocan en la pared del tanque en el primer anillo, normalmente está dos por tanque y colocados uno al extremo del otro y permite homogenizar todo el producto del tanque.

Sellos del Tanque

Es el elemento que se coloca alrededor del techo flotante del tanque y su propósito es hacer sello entre la tapa y las paredes del tanque con el objeto de no permitir fuga de producto o de gases.


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Escaleras de Acceso

Proporciona un acceso seguro desde el borde superior del tanque a la cubierta del techo flotante.

Soporte del Techo

Soportan el techo del tanque. También se las conocen como las patas del techo flotante.

Drenaje del Techo

Sistema de desalojo del agua lluvia que se deposita sobre el techo del tanque.

Pintura

Importante el color para identificar el tipo de producto según la normatividad de la empresa.

Línea de Enfriamiento, Cámara de Espuma y Rociadores

Sirve para el tratamiento de enfriar las paredes del tanque cuando hay presencia de un incendio en él o en los tanques vecinos. La cámara de espuma y los rociadores de espuma son parte del sistema contra incendios que se describirán en el Capítulo IV.


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Retenedores de Llamas

Consisten en placas o celdas para evitar que ingresen llamas en el momento del venteo.

Indicador de Temperatura

Miden la temperatura del contenido del tanque a 3 ft de la base y a 2’6” de la pared del tanque.

Medidor Automático de Nivel Mide el nivel del tanque.

Calentador de Tanque

Cuando el contenido del tanque requiere calentamiento.

Drenaje de Agua

Permite evacuar el agua decantada del producto.

Válvula de Respiración

Adaptación de un tipo de válvula de alivio.

Diques de Tanques

Muros perimetrales al tanque evitar que el líquido, en caso de rotura del tanque, se desparrame.

Man Hole

Elementos colocados en el primer anillo del tanque con el objeto de permitir el ingreso de personal para el mantenimiento del mismo.


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5. Mantenimiento Se debe llevar una historia detallada de la vida útil de un tanque de almacenamiento y en particular de los mantenimientos realizados. Normalmente una inspección del tanque se debe realizar entre los tres y cinco años, pero a medida que se avanza en el tiempo y en función de su desempeño, este tiempo puede irse ajustando. Téngase presente que el sacar de servicio un tanque en forma no programada puede dar lugar a que la empresa caiga en tener un lucro cesante que puede ser de graves consecuencias financieras para la compañía. Los principales pasos que se realizan en este proceso son:

Vaciar el tanque de almacenamiento

Sacar de servicio; es decir aislarlo del sistema de operación normal de la planta

Abrir venteos para desgasificar el tanque a los niveles permitidos por seguridad industrial de la empresa

Abrir todas las entradas posibles, tales como los ingresos para personal

Limpieza total

Inspección ultrasónica del piso y techo del tanque

Análisis de integridad de las planchas y planificación de la reparación

Toma de decisión de realizar la reparación con los materiales existentes o postergar para disponer de los mismos.

Reparación del piso y del techo del tanque

Calibración del tanque

Aprobación del agente regulador de las tablas de calibración

Cierre del tanque

Puesta en servicio del tanque


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Aquí se presenta un flujograma del proceso de mantenimiento propuesto en el manual de operaciones de una compañía petrolera.


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CAPÍTULO III

MEDICIÓN & FISCALIZACIÓN

TRANSFERENCIA DE CUSTODIA Aún hoy en día la medición de tanques de almacenamiento sirve realizar la transferencia de custodia de petróleo, de allí su importancia que tiene la calibración del tanque, la cual es consignada en una tabla en que relaciona a cada centímetro de altura del tanque con el volumen del mismo y también sus factores de corrección por variación de temperatura. Aunque la medición de un tanque es un proceso manual, el operador deberá ser consciente de la trascendencia de su dato y precisión, por lo que se recomienda desarrollar una especial destreza en la toma de las medidas y de ser posible hacer varias veces para ponderarlas en un promedio. En la transferencia de custodia de un producto, además de la cuantificación volumétrica del mismo, también es importante la calidad del producto por lo que es indispensable tomar muestras para en laboratorio determinar las características más relevantes del producto. Por ello, tomar una muestra requiere de destreza y despertar la intuición de que la muestra que se analizara en un alto grado es representativo del total del volumen del producto en el tanque.


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1. Calibración del Tanque La medición de cantidades constituye la base crítica de unas buenas relaciones contractuales y reducción de pérdidas en el comercio mundial de químicos, productos del petróleo y gases licuados. La calibración es la ciencia de la exacta determinación del auténtico volumen de un sistema de contenido, que corresponde a cierto valor de medición. Por lo tanto, la utilidad del mejor sistema de medición o la medición manual más precisa se invalida si los volúmenes equivalentes son extraídos de tablas de calibraciones dudosas ó inexactas.

Existen en el mercado mundial compañías independientes, como por ejemplo la empresa SGS entre otras, que están dedicadas a la calibración de tanques de almacenamiento, buques-tanques, etc., que tienen nuevos desarrollos tecnológicos, en donde se adoptando técnicas tales como la Tecnología Láser a Distancia y Calibración Óptica, así como formas más tradicionales de calibración física.

La Tecnología Láser a Distancia permite la calibración sin instalación de andamios, evitando por lo tanto costes e interrupciones adicionales. Las tablas de calibración, certificados de precisión y software que garantizan determinaciones de volumen fiables y máxima confianza de las partes afectadas.

2. Medición El proceso de medición de los tanques de almacenamiento es uno de los pasos más importantes.


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Tipos de Medición


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Medición Correcta e Incorrecta

Tipo de Plomada


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Medición a Vacio y a Fondo

Procedimiento de Medición a Vacio


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Procedimiento de Medición a Fondo

Medición a Fondo


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Medición de Agua Libre

Procedimiento para Medir el Agua Libre

Medición de Temperatura


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Procedimiento para Medir Temperatura

Muestreo de Petróleo Crudo


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Toma Muestra Corrida

Tipos de Muestreo


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3. Fiscalización La fiscalización es el trámite administrativo que se realiza con la entidad controladora del proceso de cambio de custodia, como resultado de una venta del producto en unos casos y en otros por la recepción del producto por compañías operadoras en el país. De adjunta el documento Normas_Fiscalización-VEN que contiene la normatividad venezolana para el caso concerniente a la fiscalización por parte del Ministerio de Energía y Minas, MEM. El estudiante dará lectura a este documento.


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4. Automatización Muchos centros de almacenamiento actualmente están automatizados y todos los procesos operativos para medición de los hidrocarburos líquidos se los puede realizar remotamente.


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En resumen, la tendencia es un manejo automatizado de la medición de los tanques de tal manera que sea manejado por un sistema SCADA y todo a través de pantallas instaladas en la Sala de Control respectiva de la planta o área de tanques.


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CAPÍTULO IV SISTEMA CONTRA

INCENDIOS

1. Incendios La peor catástrofe que puede suceder en un área de tanques es el incendio de uno de los tanques. Para ejemplificar esta situación se tienen las siguientes fotografías.


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2. Tipos de Sistemas De lo anterior se pueden obtener las siguientes conclusiones:

1. Es probable la ocurrencia de un incendio en un tanque de almacenamiento

2. Se requiere la acción inmediata para atacar el problema de incendio en el tanque

3. Para los tanques vecinos se requiere agua para poder enfriarlos y de esta manera mantener erguidos los tanques, es decir procurar con este método el acero de las paredes no se deformen

4. El mejor químico para atacar el fuego es la espuma 5. El requerimiento de agua es importante 6. En los monitores debe existir suficiente capacidad volumétrica y en

especial que la presión permita llegar al techo del tanque Por lo expuesto, como en este caso el ataque al fuego se lo realiza por medio de monitores y bladder con el químico para generar la espuma. Esta situación como se observa requiere el movimiento del personal desde la sal de control o donde se encuentra hasta el lugar del incendio para poder activar los monitores y ello conlleva tiempo. Este es uno de los tipos de sistemas ampliamente utilizados en varias áreas de almacenamiento de petróleo crudo o combustibles en la industria petrolera. Hoy en día la tecnología se ha automatizado para que al iniciarse el fuego este sea detectado y se active automáticamente el sistema de enfriamiento a los tanques vecinos y para el tanque en donde se presenta el incendio actué inmediatamente el sistema de espuma con un arranque automático de las unidades de bombeo del sistema contra incendios.


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De tal manera que la nueva tecnología ha tenido gran acogida en la industria petrolera, y contiene tres acciones fundamentes:

Detección de Fuego Mediante detectores de fuego con una tecnología sofisticada, puede monitorearse permanentemente el área de incidencia de la zona de almacenamiento de productos inflamables. Estos detectores de fuego, a penas detectan la presencia de una llama activa el sistema contra incendios. Los detectores están estratégicamente colocados con el objeto de poder tener redundancia y auto control entre ellos a través de un control en PLC, lográndose de esta forma minimizar las falsas alarmas de presencia de fuego.

Sistema de Enfriamiento Los detectores de fuego determinan exactamente el tanque que presenta fuego y por medio de la programación en los PLC se activa el sistema de enfriamiento para los tanques vecinos, conforme a las características del diseño.

Sistema de Espuma En forma paralela y una vez precisado el tanque en donde se originó el fuego, se activa para ese tanque exclusivamente el sistema de espuma para atacar en la forma más inmediata a la sección del sello del tanque de techo flotante que es el lugar más propicio para que se inicie un incendio. Este actuar obedece a las órdenes previamente programadas en un PLC.


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3. Detección de Fuego El Sistema de Detección de Fuego es un sistema direccionable que utiliza una Red de Operación Local/Circuito de Señal de Línea (LON/SLC), para su funcionamiento en campo requiere de la presencia tanto de dispositivos que realicen la activación de una alarma como los sensores de flama, de humo y los pulsadores, estos dos últimos conectados a los módulos de entrada y salida (EDIO), como de dispositivos que muestren las alarmas activadas, tales como luces estroboscópicas y sirenas. El funcionamiento de los elementos que generan alguna acción como de los dispositivos que realizan una acción específica, está basado en una lógica de causa y efecto; esta lógica de operación para la una Estación debe estar detallada en la matriz causa-efecto que se consigna en un documento apropiado para el efecto.


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Dispositivos De La Lon. Los dispositivos para el Sistema de Detección de Fuego son sensores de flama, botoneras, dispositivos de entrada y salida y un módulo de reles; en la Tabla 1, se indica la cantidad de elementos de la Red de Operación Local del Sistema Contra Incendios. En esta misma tabla se encuentra el rango de direcciones para cada uno de los dispositivos a ser instalados en el sistema de detección. Tabla 1. Listado de dispositivos

NOMBRE #

DISPOSITIVOS DIRECCION ESTACIÓN

TABLERO DE

CONTROL

FD-XX 68 80-147 X

RM-XX 3 230-232 X

EDIO-XX 26 201-226 X X

PSM-XX 3 246-248 X X

Los elementos de la LON se dividen en dos grandes bloques, el primero son los elementos de control del sistema contra incendios que estarán ubicados en un cuarto de control, el segundo bloque son los elementos de campo. Estos dos grandes bloques deben diferenciarse entre sí. El esquema general de cableado de alimentación y comunicación de la Estación, debe consignarse conjuntamente con la instrumentación y la instalación de los dispositivos que componen el lazo. Inicialmente se realizará la descripción de los elementos que se encuentran en el cuarto de control y luego se detallarán los dispositivos de campo necesarios para realizar la detección del sistema de fuego de la Estación. Cuarto De Control En el cuarto de control está un panel donde se ubican los siguientes dispositivos:

Controlador Eagle Quantum Premier (Controlador Redundante), este dispositivo controla cada uno de los elementos que componen el lazo, verifica la correcta operación de cada uno de los elementos y tomará acción sobre elementos finales de control para la extinción.


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El sistema redundante tiene como propósito general:

o Proveer un Sistema capaz de conmutar entre controladores con un tiempo 0.

o Proveer un sistema redundante con un mínimo esfuerzo y mantenimiento:

o Configuración Automática del backup. o Sincronización Automática del controlador principal y el backup. o Cumple los requerimientos de Redundancia de NFPA-72 Fire

Alarm Control Units.

Sistema De Alimentación de Energía. El Sistema está compuesto por los siguientes equipos:

o Power Supply. o Power Supply Monitor. o Backup Baterías.

Los tres equipos son los encargados de entregar la energía a todo el Sistema Contra Incendios. El Power Supply Monitor es el encargado de indicar las condiciones de falla del Sistema de Alimentación de Energía. Entre las condiciones de falla y estado que supervisa están:

o Fallas en la Power Supply. o Pérdida de Voltaje de AC o Pérdida de Voltaje de Baterías. o Falla en la Puesta Tierra del Sistema. o Niveles Altos y Bajos de los Voltajes de AC y DC o Niveles de Corriente de Carga de las Baterías.

Dispositivo de entradas-salidas, EDIO. Este dispositivo tendrá conectados en sus canales diez detectores de humo, y dispositivos de activación del sistema de supresión que están detallados en el presente documento.

Botones de prueba, conectadas directamente al controlador.

Módulos de Reles. Estos serán los encargados de enviar la señal a las paradas de emergencias de los dispositivos involucrados en la lógica de Shutdown.

HMI. Los equipos encargados del interfaz hombre-máquina para esta estación se ubicarán uno en el cuarto de control y otro con


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comunicación inalámbrica en la Oficina Terminal, permitiendo el monitoreo, habilitación de elementos y realización de pruebas del sistema contra incendios.

Dispositivos De Campo Los elementos de campo que actualmente componen la LON contabilizan el número total de sensores de flama, y módulo de entradas y salidas discretas. Las alarmas audibles (sirena) y visibles (luz estroboscópica) están conectadas a módulos de entradas y salidas discretas EDIO distribuidos de tal manera que alertarán a toda la Estación ante la presencia de un conato de incendio. Las botoneras o pulsadores se instalarán en las canales de los módulos de entradas y salidas EDIO distribuidas en las Zonas que se requieran. Los actuadores de la parte de extinción se conectarán en los dispositivos de entradas y salidas del EDIO respectivo. Las señales que permitan el monitoreo, encendido o apagado remoto de las bombas del sistema contra incendios, se conectarán en los canales de los dispositivos de entradas y salidas EDIO correspondientes.

Matriz De Causa & Efecto La matriz de causa efecto es una herramienta que permite determinar las acciones que deben ejecutarse al momento al presentarse un evento; las causas son de varios tipos:

Existe una alarma de fuego detectada por los sensores de flama.

Existe humo y es detectado por los sensores de humo dentro de cuartos de control.

Se ha activado un canal de un módulo de entradas discretas a través de un botón pulsador.

Estos eventos o causas se encuentran en las filas de la matriz de causa y efecto; a su vez, las acciones a ejecutarse o eventos se encuentran en las columnas de la matriz y son las siguientes:

Activación de los Canales del Sistema de Alarmas.

Activación de los Canales del Módulo de Reles.

Activación de los Canales del Módulo de Entradas y Salidas para los actuadores del sistema de extinción.


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Descripción De Los Elementos De La Matriz De Causa & Efecto Los dispositivos de campo están divididos en Zonas las cuales corresponden a diferentes Zonas de la estación; como, área de tanques, sala de máquinas, etc.

Por ejemplo en la ZONA: ÁREA de TANQUES

En esta Zona se instalarán los detectores de fuego ópticos para tener una cobertura total del tanque y otro detector para cubrir la tubería de entrada y salida del tanque; los detectores de fuego se instalarán para tener una cobertura total del tanque y el otro detector para cubrir la tubería de entrada y salida del tanque, en este tanque también se instalará un sensor de calor lineal. En esta Zona si uno de los detectores de fuego obtiene una respuesta de presencia de flama o si se activara el sensor de calor, se accionarán las señales de alarmas audibles y visibles a través de los canales del módulo de entradas y salidas discretas EDIO.

El sistema de supresión actuará de la siguiente manera:

El sistema de espuma se activará únicamente en el tanque en el que hay presencia de fuego.

El sistema de agua de enfriamiento se activará en el tanque donde exista presencia de fuego y en los tanques que se hallen dentro del área de conato de incendio del tanque afectado.

Se utilizarán los canales de los módulos de entradas y salidas EDIO para la activación de los solenoides del sistema de agua y espuma. Además se instalarán pulsadores de alarma de incendio para el tanque, con el fin de alertar y posteriormente evacuar el agente e iniciar la parada de la Zona.

Se generará una señal por tanque para emplearse en el shutdown del proceso utilizando los canales del Módulo de Réles ubicado en el Cuarto de Control.

Otro ejemplo típico es la ZONA: SALA DE MÁQUINAS

En esta Zona se tiene la sala de máquinas para una mejor cobertura de los detectores de fuego.


48

SALA DE MAQUINAS

Se instalarán detectores de fuego ópticos dos por cada bomba o motor ubicados sobre las mismas en las esquinas opuestas diagonalmente para el motor. Estos detectores permitirán discriminar la detección de fuego en cada bomba cuando los dos detectores correspondientes estén alarmados al mismo tiempo y realizar la automatización del sistema de supresión.

También se instalará un pulsador por cada bomba, estos pulsadores se configurarán para realizar el shutdown de la bomba y activar el sistema de supresión en la bomba afectada, mediante la activación del control head para el sistema de polvo químico y la activación de las válvulas solenoides para el sistema de espuma. En esta Zona también se instalará un sistema de alarmas audible y luminosa, la cual se activará cuando los detectores obtengan una respuesta de presencia de flama, o con la activación de alguna botonera.

Al existir una señal de fuego el controlador del sistema contra incendios enviará una señal que se conectará en paralelo con la parada de emergencia de cada bomba. El envío de la señal se lo realizará a través del módulo de relés y luego de transcurrido el tiempo necesario para asegurar que la bomba se haya detenido completamente, el controlador enviará la señal al dispositivo de entradas y salidas discretas para activar el sistema de supresión, activando primero el sistema de espuma y luego de un tiempo de retardo se activará el sistema el de polvo químico. Otro ejemplo importante es la ZONA: OFICINA TERMINAL

Debido al riesgo existente en esta sección se instalarán detectores de humo conectados al módulo de entradas y salidas discretas EDIO, de tal manera que cubran los puntos más sensibles que puedan provocar un conato de incendio.

Para la activación del sistema de supresión se usará un canal del dispositivo de entradas y salidas EDIO que energizará un control head (actuador) para activar el sistema de supresión. Las alarmas audibles y visibles de esta área se encuentran conectadas al módulo de entradas y salidas discretas.

En la oficina terminal se ubicará el equipo necesario para el HMI del sistema conectado de manera inalámbrica con el cuarto de control.


49

BOMBAS DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS Para monitoreo de las bombas del sistema contra incendios, sistema de agua y sistema de espuma; se conectarán en los canales de los dispositivos de entradas y salidas del EDIO las siguientes señales provenientes de las bombas:

BOMBA JOCKEY BOMBA ELECTRICA BOMBA DIESEL

Falla de inicio Falla de inicio Falla de inicio

Estado de la bomba Sobre revolución Sobre revolución

Falla de AC Falla de batería

Estado de la bomba Falla de cargador o AC

Baja presión de aceite

Estado de la bomba

El interfaz HMI del sistema contra incendios recibirá la información proveniente de las bombas que le permitirá realizar el monitoreo del estado y las posibles fallas y actuar sobre el encendido / apagado remoto de las mismas de ser necesario. Para el sistema de aguas se designará un dispositivo de entradas y salidas por cada bomba, un dispositivo EDIO para la bomba eléctrica y otro EDIO para la bomba diesel, otro para la bomba jockey; estas bombas se encargarán del suministro de agua para el sistema contra incendios. Para el sistema de espuma se designarán los dispositivos, EDIO para la bomba eléctrica que se encargará del suministro de concentrado de espuma para el sistema contra incendios, además se realizará el monitoreo de un switch de presión que se colocará en la línea de espuma.

FILOSOFIA DE CONTROL

El sistema contra incendios tiene la capacidad de realizar la detección y extinción de manera automática siguiendo la lógica de control que se encuentra en el controlador de acuerdo la matriz de Causa y Efecto. ABREVIACIONES Y DEFINICIONES

C&E Matriz Causa y Efecto CCR Cuarto de Control NPF North Processing Facility ESD Apagado de Emergencia


50

F&G Sistema de Fuego y Gas FD Detección De Fuego HMI Interfase Hombre Máquina LON Red de Operación Local MAC Manual Alarm Call Point PCS Process Control System

S3 Safety System Software SIL Safety Integrity Level

SLC Signaling Line Circuit Los dispositivos del sistema de detección generan los siguientes eventos:

Alarmas.

Shutdown y Supresión

ALARMA DE FUEGO Una alarma de Fuego se produce cuando los detectores de Fuego de cada una de las Zonas detectan la presencia de flama o cuando una estación manual ha sido activada. El evento se registra en la pantalla del controlador indicando el mensaje “FIRE ALARM”, el Tag del sensor que está produciendo la alarma de Fuego y la dirección que este sensor posee, además se enciende uno de los LEDS que posee el controlador en color Rojo para indicar que una alarma de fuego se está produciendo. Además, se tiene la posibilidad de que al presentarse un evento de alarma, se puede reconocer el evento a través del botón Acknowledge del Panel de Control del CCR, cuando se reconoce una alarma se silencia la señal audible tanto del panel de control como cualquier señal audible que se encuentre en campo. En esta estación, cuando una alarma de fuego se presente, esta activa el sistema de alarmas; es decir, una señal audible y una luz estroboscópica, dependiendo de la Zona. La sirena dejará de sonar el momento que se reconozca la alarma desde el Panel de Control CCE. La luz estroboscópica se apagará cuando se realice el reset desde el controlador y la alarma de fuego haya desaparecido. ALARMA AUDIBLE Y VISIBLE Toda la alarma que puede generar el sistema de detección del sistema de F&G causa alarma audible y visible.


51

La lógica de funcionamiento de las alarmas audibles y visibles se basa en el siguiente diagrama de bloques:

SHUTDOWN Y SUPRESIÓN La lógica de shutdown y supresión para cada máquina o válvula lo realizarán entre los siguientes dispositivos:

Detección de fuego. Si existe una señal de fuego, de acuerdo a la lógica de detección según los requerimientos de cada una de las Zonas.

Botonera. Si Existiera un conato de fuego la lógica de shutdown y de extinción se iniciara con el accionamiento de la botonera o con un comando desde el HMI y para dar seguridad a la señal de los sensores de fuego.

Comando de Emergencia HMI. El sistema contra incendios dispondrá con un comando en el HMI que realizara la secuencia de shutdown y extinción, independiente de lo que realice el sistema de detección. Para ingresar a la pantalla donde se encuentra este comando el operador contara con una clave diferente y de mayor nivel de acceso.

Al haber cumplido la lógica de shutdown, el controlador del sistema contra incendios, enviará una señal que se conectará con la parada de emergencia de cada uno de los dispositivos de las Zonas en las que esta acción sea necesaria.

El envío de la señal se lo realizará a través del módulo de reles.

Luego de un tiempo en el que se haya asegurado que el shutdown se ha cumplido completamente, el controlador enviará la señal al EDIO para que realice la activación del actuador del sistema de extinción.

Detección de Fuego.

Botonera de Campo.

OR Activación de alarma Sonora y Visible


52

SISTEMA DE EXTINCIÓN Luego de que el sistema de apagado de emergencia se haya detenido completamente, el sistema contra incendios activará la extinción.

El período de tiempo que existirá entre el shutdown y la supresión será el mínimo necesario para apagar los dispositivos ubicados en la Zona afectada.

4. Enfriamiento de Tanques Agua para enfriamiento y control de incendios. Las unidades a ser usadas serán las correspondientes al sistema métrico y al sistema inglés. La forma en la que se presentan las unidades se muestra en el siguiente ejemplo (unidades área):

SIMBOLOGÍA USADA

A área, m2 [ft2] AL área lateral, m2 [ft2] d diámetro tuberías, mm [in] D diámetro, m [ft] Di diámetro interior del anillo de espuma, m [ft] Ed máxima separación entre cámaras de descarga de espuma, m [ft] Famin flujo de agua mínimo recomendado, m3/h-m2 [gpm/ft2] Femin flujo de espuma mínimo recomendado, m3/h-m2 [gpm/ft2] h altura, m [ft] Kfactor factor calculado para seleccionar los sprinklers, gpm/psi½ L longitud, m [ft] na número de anillos, adimensional nCE número de cámaras de espuma, adimensional nm número de mangueras para la solución de espuma, adimensional.

m2 [ft

2]

Sistema métrico

Sistema inglés


53

ns número de sprinklers, adimensional. Pdes presión de descarga por los sprinklers, bar [psi] PT perímetro exterior del tanque, m [ft] Qdes caudal de descarga de agua por los sprinklers, m3/h [gpm] QE caudal de espuma, m3/h [gpm] QW caudal de agua, m3/h [gpm] QWa caudal de agua por anillo de enfriamiento, m3/h [gpm] QWE caudal de agua para la solución espumante, m3/h [gpm] QWT caudal de agua total necesaria para un incendio crítico, m3/h [gpm] SRE solución de espuma requerida, m3/h [gpm] SRC solución de espuma requerida por cámara, m3/h [gpm] Sm solución requerida para las mangueras de espuma, m3/h [gpm] tm tiempo mínimo de operación en las mangueras, segundos tT tiempo total de descarga, segundos tV tiempo total de vaciado de las piscinas, segundos V volumen [capacidad], m3 [gal] V1 volumen estimado ocupado por equipos, m3 [ft3] VE volumen de concentrado de espuma, m3 [gal] Vm volumen de concentrado de espuma en las mangueras, m3 [gal] Vp volumen de la piscina del sistema contra incendios, m3 [gal] VTE volumen total de concentrado de espuma, m3 [gal] VAE volumen de agua para la solución con espuma, m3 [gal] %esp porcentaje concentrado de espuma, adimensional (1 equivale al 100%) CÁLCULO AGUA DE ENFRIAMIENTO En un incendio, los efectos destructivos del fuego pueden llegar a dañar seriamente equipos y/o instalaciones cuyo resultado puede desencadenar en un incendio de dimensiones incontrolables; por este motivo se utiliza el agua para el enfriamiento de los equipos (transformadores, por ejemplo) y/o instalaciones (tanques de almacenamiento de combustibles, por ejemplo) para evitar que estos colapsen. Para el estudio de sistemas contra incendios se consideran el enfriamiento de:

a) Tanques: éstos incluyen los tanques de techo fijo (cónico) y de techo flotante.

b) Transformadores: éstos no incluyen transformadores ubicados en el

interior de cuartos de control o lugares que impliquen el riesgo de otros equipos.


54

TANQUES1

El cálculo de la cantidad de agua requerida para enfriar este tipo de instalaciones está determinado básicamente por el área lateral exterior; por lo que se consideran los siguientes datos iniciales:

- Diámetro exterior de la pared del tanque, D en m [ft]. - Altura de la pared exterior del tanque, h en m [ft].

Con estos datos iniciales se calcula el área exterior del tanque con la aplicación de la fórmula 1:

hDAL ** (1)

Donde:

AL es el área lateral exterior del tanque, en ][ 22 ftm

El requerimiento de agua de enfriamiento en tanques de almacenamiento de combustibles se determina según la condición en que se encuentre en una instalación; es decir, el tanque puede ser el incendiado o el tanque puede ser el adyacente a un tanque incendiado. Para cada uno de estos casos se tiene un factor de aplicación de flujo de agua según la Norma PE–SHI–018 de PETROECUADOR que en los 2 últimos párrafos de la página 231 expresan:

“A efectos de diseño del sistema de agua contra incendio, el consumo de agua para enfriamiento del tanque incendiado, se determinará en base a la aplicación de una tasa de 0,48 m3/h x m2 (0,2 gpm/pie2), considerando que sólo deberá enfriarse un cincuenta por ciento (50% del área total de las paredes del tanque). Este requerimiento se establece, ya que en caso de incendio, solamente deberá enfriarse la pared del tanque por encima del nivel del líquido contenido, y se supone que la situación prevaleciente es tener los tanques a no menos del 50% de llenado”.

“El consumo de agua de enfriamiento para los tanques adyacentes, se determinará en base a una tasa de aplicación de 0,24 m3/h x m2 (0,1 gpm/pie2), considerando sólo la protección de aquellos tanques que queden contenidos total o parcialmente en el cuadrante de mayor demanda de agua, obtenido al trazar un círculo concéntrico con el tanque incendiado, de radio 2D, siendo D el diámetro de dicho tanque. Asimismo, se considera que sólo el cincuenta por ciento (50%) de las paredes de los tanques adyacentes requieren ser protegidos contra el calor del incendio”.

1 Para este tipo de requerimientos ver el “Compendio de Normas de Seguridad Industrial” de

PETROECUADOR, Reimpresión octubre 2004, Norma PE – SHI – 018, páginas desde la 227 a la 232.


55

Resumiendo lo anterior se tienen que, los factores son:

22

3

minmin*

2,0*

48,0ft

gal

mh

mFa Tanque incendiado.

22

3

minmin*

1,0*

24,0ft

gal

mh

mFa Tanque adyacente.

Además, que la cantidad de agua requerida en cada caso se debe calcular con la siguiente fórmula:

2

* minFaAQ L

W (2)

Donde: QW es el caudal de agua de enfriamiento, m3/h [gpm] Los caudales de agua, en las estaciones que poseen tanques de almacenamiento relativamente grandes, son significativamente altos sobre todo cuando se analizan sectores críticos en los cuales existen protección para los tanques incendiados y los adyacentes. Esto significa que la demanda total de agua de enfriamiento, será en muchos casos, tan alta que no debe ser desperdiciada tratando de enfriar por completo a los tanques adyacentes, por tal razón, se prevé la instalación de anillos que descargan el agua de manera sectorizada; es decir, en cuadrantes:

(a) Un anillo (b) Dos anillos


56

(c) Tres anillos (d) Cuatro anillos

Tanques de almacenamiento de combustible con diferentes números de anillos según su aplicación.

Por lo expuesto, aparecen otras variables que se indican a continuación:

an Número de anillos de enfriamiento.

QWa Caudal de agua en cada anillo de enfriamiento, m3/h [gpm]

Cuya fórmula se expresa como:

a

WWa

n

QQ (3)

TRANSFORMADORES

Aquí se cuantifica la cantidad de agua que se necesita aplicar a cada uno de los transformadores en caso de que ocurra un incendio. Para tal efecto, el cálculo se fundamenta en el factor de aplicación de agua sobre paredes exteriores del transformador según la norma NFPA 15 ítem 7.4.4.3.12 de “Aplication and Protection” sobre “Transformers” (7.4.4). Se considera, para este tipo de cálculo, el siguiente dato inicial:

LA Área lateral libre del transformador.

2 7.4.4.3.1 The water shall be applied at a net rate not less than 10,2 (L/min)/m

2 (0,25 gpm/ft

2) of

projected area of rectangular prism envelope for the transformer and its appurtenances, and not less

than 6,1 (L/min)/m2 (0,15 gpm/ft

2) on the expected nonabsorbing ground surface area of exposure.


57

Según la norma NFPA 1% (descrita como nota al pie), básicamente describe que:

“El agua deberá ser aplicada a una tasa neta de 10,2 L/min x m2 [0,25 gpm/ft2] de área proyectada en un prisma rectangular para el transformador y sus accesorios, y no menor a 6,1 L/min x m2 [0,15 gpm/ft2] sobre superficies no absorbentes”.

Por lo que, el factor se definirá como:

22

3

min 25,0*

611,0ft

gpm

mh

mFa

Con estos parámetros, el flujo que debe descargarse sobre los transformadores se definirá como:

min* FaAQ LW (4)

SELECCIÓN DE BOQUILLAS DE AGUA

La distribución adecuada de este flujo sobre las superficies del transformador, es importante para mantener la misma temperatura de enfriamiento sobre todas éstas; por tal razón, se escogen boquillas de descarga de agua adecuadas para cada necesidad cuyas características presentan las siguientes variables:

Presión de descarga ( desP ); que es la presión necesaria para cumplir con un

caudal adecuado según se requiera. Este valor se determina desde un cálculo hidráulico o fijado previamente para cuestiones de diseño.

Factor nominal ( factorK ). La norma NFPA 13 en su numeral 6.2.3 Sprinkler

Discharge Characteristics, indica un factor nominal en función del caudal y la presión presentes en la boquilla de descarga de agua formulada como sigue:

des

desfactor

P

QK (5)

Este factor se deduce de la Tabla 6.2.3.1 mencionada en el numeral 6.2.3 y que se presenta a continuación.


58

Tabla extraída de la norma NFPA 13 numeral 6.2.3 (versión en inglés).

Caudal de descarga ( desQ ). Las tablas proporcionadas por el fabricante

indican las características de funcionalidad de las boquillas de descarga de agua en función del caudal y la presión. Despejando la fórmula 5 resulta que el caudal puede ser obtenido con la siguiente fórmula:

desfactordes PKQ * (6)

Por tanto, el número de sprinklers (boquillas) de agua a ser instalados se determina en función de los siguientes pasos:

1. Determinar la presión de descarga ( desP ) a partir de un cálculo

hidráulico o definiéndola dentro de un rango aceptable para las condiciones bajo las cuales operará (puede variar de 50 a 90 psi).

2. De la tabla del fabricante de boquillas, se selecciona la boquilla que

cumpla con el requerimiento de factor nominal ( factorK ). Este paso

puede iniciar con el primer valor que presente en la tabla o con la experiencia del calculista.

3. Con los dos datos anteriores se aplica la fórmula 6 para determinar el

caudal de descarga ( desQ ) que tendrá el sprinkler seleccionado.


59

4. Con el resultado de la fórmula 4 y el del paso 3 se determina el

número de sprinkler que se requiere para cubrir las necesidades de enfriamiento de las superficies del transformador en estudio, aplicando lo siguiente:

des

Ws

Q

Qn (7)

5. En caso de que el número de sprinklers no satisfaga adecuadamente

la distribución que se requiere, se seguirán los pasos desde el 2 hasta el 4 con la selección de otro tipo de sprinkler hasta cumplir con las necesidades de protección del transformador.

5. Extinción del Fuego Los sistemas de extinción de incendios son:

1. Sistema con agente espumante. 2. Sistema con polvo químico seco.

3. Sistema con agente FM-200.

CÁLCULO PARA REQUERIMIENTOS DE ESPUMA Y AGUA PARA LA SOLUCIÓN El cálculo de los requerimientos para la cantidad de espuma necesaria en el combate de incendios está en concordancia con la norma NFPA 11. La norma diferencia la aplicación de espuma para:

1. Tanques.- éstos pueden ser de 2 tipos básicamente: - Tanques de techo cónico (fijo) - Tanques de techo flotante.

2. Diques.

TANQUES

Para los requerimientos de espuma en supresión de incendios producidos en tanques de almacenamiento de combustible se consideran el cálculo para


60

tanques de techo cónico (fijo) y de techo flotante. Todos los cálculos que se presentan en esta sección están basados en la norma NFPA 11 capítulo 5.

TANQUES DE TECHO CÓNICO (FIJO)

Los criterios para el diseño y el cálculo de este tipo de tanques se encuentran en la Norma NFPA 11 capítulo 5 numeral 5.2.5 el mismo que se ha tomado como base para detallar la metodología de cálculo. Primeramente, es importante saber el tipo de combustible almacenado en el tanque y si éste es compatible con los diferentes tipos de concentrados y los procesos de aplicación de éstos. Una vez que se conoce el tipo de combustible almacenado en el tanque, se determina el dato principal para el cálculo que es el diámetro nominal (D) del tanque. Con el diámetro del tanque se determina el número de descargas a ubicar alrededor del mismo según se muestra en la siguiente tabla, asignando este

valor a la variable ( CEn ).

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.2.5.2.1

(Versión en inglés).

Así mismo, con el tipo de combustible, se determina la tasa de aplicación de solución espumante que se debe utilizar y el tiempo que ésta se descarga sobre la superficie del combustible almacenado en el tanque. Estos datos se muestran en la tabla correspondiente indicada más abajo, para combustibles del tipo I, II y crudos almacenados en tanques de techo cónico.


61

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.2.5.2.2 (Versión en inglés).

Los datos extraídos de esta tabla se asignan a las variables como se indica a continuación:

-

22

3

minmin*

1,0*

244,0ft

gal

mh

mFe es la variable que indica la tasa mínima

de aplicación de solución espumante.

- Tt es la variable que indica el valor del tiempo de descarga de la solución

espumante, en minutos. Además, la norma NFPA 11 numeral 5.9 especifica que, adicionalmente a los sistemas de protección primarios, deben existir protecciones suplementarias para casos en los que el área protegida así lo requiera. La mencionada norma específica; además, la protección con mangueras

cuya cantidad ( mn ) de éstas depende del diámetro del tanque y se indican en

la siguiente tabla.

minFe

Tt


62

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.9.1.2

(Versión en inglés)

El tiempo de descarga de la solución ( mt ) por estos medios suplementarios

se presenta en la Tabla 5. Este tiempo está basado en un flujo de operación

de las mangueras RmS de 189 L/min. (50 gpm).

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.9.1.2

(Versión en inglés)

La finalidad de estos datos es conocer el flujo que corresponde a cada dispositivo de descarga (cámaras de espuma) y la capacidad de los equipos que almacenan el concentrado y los sistemas de descarga de concentrado. Todo esto se obtiene siguiendo los pasos descritos a continuación:

1. Con el diámetro nominal del tanque (D) se calcula el área (A) de la superficie expuesta del combustible almacenado, según la siguiente fórmula:

4*

2DA (8)

2. Con la tasa de aplicación mínima minFe de la tabla correspondiente, se

calcula la solución de espuma requerida ( RES ), usando la siguiente

fórmula:

min* FeASRE (9)


63

3. Con el número de descargas (cámaras [ CEn ]) obtenido de la tabla

respectiva y la solución calculada en el paso 2 se determina la solución requerida en cada cámara con el uso de la siguiente fórmula:

CE

RERC

n

SS (10)

4. Con estos datos se obtiene la cantidad de concentrado para la

protección de los tanques tomando en consideración que, para los combustibles almacenados en las estaciones petroleras analizadas, requieren de concentrados de espuma del tipo AFFF al 3%. Esto aplicando la fórmula siguiente:

TREE tespSV *%* (11)

Donde:

EV es el volumen de concentrado de espuma requerido,

en m3 [gal] %esp es el porcentaje de concentrado de espuma,

adimensional (1 equivale al 100%)

5. Ahora se determina la cantidad de concentrado que se requiere para la protección suplementaria con el uso de mangueras con los datos de las tablas correspondiente mencionadas, usando la siguiente fórmula:

mRmmm tespSnV *%** (12)

6. Con los resultados de los numerales 4 y 5 se calcula la cantidad total (

TEV ) de concentrado que se requerirá para la selección de la

capacidad del tanque que lo almacenará aplicando la siguiente fórmula:

mETE VVV (13)

7. Finalmente se obtiene la cantidad y el flujo de agua que se requerirá

para formar la solución espumante teniendo en consideración que, usando un concentrado AFFF al 3%, se tiene el 97% de agua en la solución, así:

TEAE VV3

97 (14)


64

T

AEWE

t

VQ (15)

Donde: VAE volumen de agua para la solución con espuma, m3

[gal] QWE caudal de agua para la solución espumante, m3/h

[gpm]

TANQUES DE TECHO FLOTANTE

Los criterios para el diseño y el cálculo de este tipo de tanques se encuentran en la norma NFPA 11 capítulo 5 numeral 5.3.5.3 el mismo que se ha tomado como base para detallar la metodología de cálculo. Primeramente, es importante saber el tipo de sello que posee el tanque y si la protección se la realiza con espuma sobre los sellos o por debajo de ellos. Una vez que se conoce el tipo de sello en el tanque, se determinan los siguientes datos:

1. Diámetro nominal del tanque (D).

2. Diámetro interior de la barrera de espuma ( iD ) que, de acuerdo con la

norma NFPA 11 numeral 5.3.5.4.4, se encuentra a una distancia no menor a 0.3 m (1 ft) y no mayor a 0.6 m (2 ft) de la pared lateral exterior del tanque.

3. De la tabla correspondiente se obtiene:

- La tasa mínima de aplicación de espuma sobre la sección anular

del tanque (formada por la barrera de espuma), cuyo valor es:

22

3

minmin*

3,0*

733,0ft

gal

mh

mFe

- La distancia máxima entre cámaras de espuma ( dE ) según la

distancia a la que se encuentra la barrera de espuma, como se mencionó en el numeral anterior.

Con todos estos datos se calcula la cantidad de concentrado, flujo de solución espumante, cantidad de agua y flujo de agua para la solución siguiendo los siguientes pasos:


65

1. Calcular el área de la región anular formada por la barrera de espuma

aplicando la siguiente ecuación:

22

4iE DDA

(16)

Donde: AE es el área de la región anular, m2 [ft2]

2. Con la tasa mínima de aplicación minFe se calcula la cantidad de solución de espuma requerida para el tanque, según lo siguiente:

min* FeAS ERE (17)

3. Determinar el perímetro del tanque ( TP ) correspondiente al diámetro

nominal con la siguiente fórmula:

DPT * (18)

4. Con la distancia entre cámaras y los datos principales, se obtiene el

número de cámaras de espuma (descargas) CEn es:

d

TCE

E

Pn (19)

El resultado que de esta ecuación se calcula debe ser considerado

como un número entero, como su inmediato superior o inmediato inferior.

5. Con estos datos se siguen los pasos desde el numeral 3 al 7 del

cálculo de volúmenes, capacidades y flujos, tanto de agua como de espuma, para tanques de techo cónico.


66

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.9.1.2 (Versión en inglés)

DIQUES

Para los requerimientos de espuma necesarios para cubrir áreas rodeadas por un dique. Todos los cálculos que se presentan en esta sección están basados en la norma NFPA 11 capítulo 5 numeral 5.7. El dato de entrada principal para iniciar el cálculo es el área rodeada por el dique ( A ). Ésta será determinada como el área efectiva a ser protegida. Seguidamente, es importante saber el tipo de accesorio de descarga que se va a instalar en las diferentes locaciones. Éste sirve para determinar el factor

que expresa la tasa mínima de aplicación de espuma ( minFe ) y el tiempo de

descarga de la solución ( Tt ) según el tipo de hidrocarburo, cuyos valores se

obtienen de la siguiente tabla:

Tabla con datos extraídos de la norma NFPA 11 Tabla 5.7.3.1 (Versión en inglés)


67

Estos datos sirven para determinar la solución de espuma requerida, el volumen de concentrado, el flujo de agua y el volumen de agua. Todos estos datos se obtienen con los siguientes pasos:

1. Aplicar la ecuación 9 para calcular la solución requerida RES .

2. Usando el tiempo Tt y un concentrado de espuma %esp (que para el

tipo de hidrocarburos usados en las estaciones es al 3%) para un concentrado de espuma tipo AFFF, con la fórmula 11 obtiene el

concentrado de espuma EV .

3. Para determinar el volumen y el flujo de agua requerido para formar la

solución espumante, se utilizan las fórmulas 14 y 15 respectivamente.

SELECCIÓN DE SPRINKLERS DE ESPUMA

La selección de los sprinklers de espuma es equivalente a la selección de sprinklers para agua de enfriamiento descrito en el numeral 3.2.2. La diferencia radica en el tipo de sprinkler y sus características propias de cada aplicación.

6. Diseño El diseño de un sistema contra incendios es extenso, pero se indica a continuación los principales cálculos de requerimientos necesarios para solventar un incencio. CÁLCULO DEL REQUERIMIENTO MÁXIMO DE AGUA Los requerimientos máximos de agua para el enfriamiento y para formar las soluciones espumantes dependen del tipo de estación y el sector analizado dentro de la misma. Los sitios que, generalmente, concentran los mayores requerimientos de agua, son las estaciones de almacenamiento de combustibles en las que existen tanques de almacenamiento relativamente grandes y que involucran otros tanques adyacentes que deben ser protegidos. En muchos casos el requerimiento mayoritario de agua se ve concentrado en la cantidad de agua que se requiere para formar las soluciones espumantes para proteger diques.


68

Los requerimientos máximos regirán la selección de los equipos de bombeo y espuma. Aquí se enfoca el análisis del requerimiento máximo de agua a tanques de almacenamiento. Para obtener el requerimiento máximo de agua se deben seguir los siguientes pasos:

1. En uno de los párrafos anteriores se menciona que en los tanques de almacenamiento, se protegerá con espuma y agua de enfriamiento el tanque incendiado y con agua de enfriamiento los tanques adyacentes que se encuentren total o parcialmente dentro de un círculo trazado desde el centro del tanque incendiado con radio igual a dos diámetros de dicho tanque (2*D).

Bajo esta consideración se realiza el gráfico correspondiente (ejemplo de la Figura), en el cual el tanque T-6 es el incendiado y los tanques T-4, T-5, T-7, T-8 y T-10 son los adyacentes que se encuentran dentro del radio de cobertura del calor siendo esta consideración la de mayor consumo de agua de enfriamiento del gráfico.

Radio de cobertura alcanzado por el tanque T-6.


69

2. Utilizando el método de cálculo indicado anteriormente, se determina

la cantidad de agua de enfriamiento para cada tanque suponiendo un incendio en cada uno. Si se asumen los siguientes flujos para los tanques mencionados en el paso 1, se tiene que: QW4 flujo de agua para el tanque T-4 QW5 flujo de agua para el tanque T-5 QW6 flujo de agua para el tanque T-6 QW7 flujo de agua para el tanque T-7 QW8 flujo de agua para el tanque T-8 QW10 flujo de agua para el tanque T-10

3. Como el tanque incendiado T-6 debe ser protegido, además de agua de enfriamiento, con espuma, el flujo de agua para formar la solución espumante cuyo método de cálculo se presentó anteriormente. Con esto se tiene que dicho flujo es: QWE6 flujo de agua para la solución espumante del tanque T-6

4. Los flujos mostrados en el paso 2 son los correspondientes a utilizar un factor de aplicación de 0,48 m3/h x m2 (0,2 gpm/pie2); pero se conoce que este factor es aplicable solamente al tanque incendiado. Para los tanques adyacentes se usa el factor de 0,24 m3/h x m2 (0,1 gpm/pie2), que matemáticamente resulta ser la mitad del flujo correspondiente al del tanque incendiado, por lo que los flujos serán:

2

4WQ flujo de agua considerando como tanque adyacente

al tanque T-4.

2


al tanque T-5.

2


al tanque T-7.

2


al tanque T-8.

2


al tanque T-10.


70

5. Como se mencionó en párrafos anteriores, la utilización del agua en caso de un incendio es crítica por lo que no puede ser “desperdiciada”; por tal motivo se considera que los tanques adyacentes poseen cuadrantes protegidos por una sección de anillo con alimentación de agua independiente; es decir, si un tanque posee 4 anillos se podrán activar 1, 2, 3 o los 4 anillos a la vez (este seccionamiento también ayuda a reducir el diámetro de la tubería usada en éstos). Con esta consideración se han dividido los tanques del ejemplo en anillos como se muestran en la figura:

División de anillos según el tamaño y los requerimientos del tanque.

6. En caso de un incendio, los anillos que se activarán serán: Tanque T-04 1 anillo (anillo #2) Tanque T-05 2 anillos (anillos #2 y #3) Tanque T-06 todos los que existieren Tanque T-07 1 anillo (anillo #1) Tanque T-08 1 anillo (anillo #1) Tanque T-10 2 anillos (anillos #1 y #2) Con esto se deduce que el flujo a ser utilizado por cada tanque será:

Tanque T-04

22

1 4WQ

Tanque T-05

24

2 5WQ

Tanque T-06 QW6 y QWE6


71

Tanque T-07

22

1 7WQ

Tanque T-08

22

1 8WQ

Tanque T-10

24

2 10WQ

7. Usando todos éstos datos se determina que el flujo total necesario

para el máximo requerimiento será:

24

2

22

1

22

1

24

2

22

1 108766

54 WWWWEW

WWWT

QQQQQ

QQQ

Donde:

QWT es el caudal de agua total necesaria para un incendio crítico, en m3/h [gpm]

8. Con el resultado del paso 7 se determina el tamaño que debe tener la piscina o tanque de almacenamiento de agua para el sistema contra incendios. La capacidad de almacenamiento mínima de agua de la piscina, o del tanque, está en función del tiempo según lo especifica la norma PE–SHI–018 en su numeral 4.5, cuyo contenido dice:

“Cuando la fuente de suministro de agua es limitada se requiere una capacidad de almacenamiento mínima de 6 horas, a la demanda máxima de diseño para el incendio único mayor que puede producirse en una instalación”. “Las instalaciones ubicadas en zonas remotas donde no exista una fuente ilimitada de agua, podrán tener una capacidad de almacenamiento mínima de 3 horas en las mismas condiciones del caso anterior”

Con esto, el tiempo de vaciado de las piscinas (tV) puede adoptar uno de los siguientes valores: tV = 6 horas; o, tV = 3 horas. La fórmula para obtener la capacidad de las piscinas es:

VWTP tQV * (20) Donde:


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Vp es el volumen de la piscina o del tanque del sistema contra incendios, en m3 [gal]

CÁLCULO HIDRÁULICO

RED DE DUCTOS Una red de ductos constituye un sistema interconectado de varios tramos de ductos entre sí en la cual se puede disponer de varias fuentes y entregas del fluido que se transporta; también, permite que con el sistema de red de ductos se pueda optimizar las capacidades de flujo de cada uno de los tramos de ducto, esto es el diámetro del mismo. La red de ductos contiene nodos fuente en donde se consignan los volúmenes de fluidos que ingresan al sistema; otros nodos que representan las extracciones de fluidos del sistema o en otras palabras los puntos de suministro de los fluidos; finalmente, existen nodos interconexión que sirven para conectar dos tramos de ducto que tienen diferentes características como puede ser el diámetro, o en donde se unen más de dos segmentos de ductos. ECUACIONES La ecuación utilizada es la ecuación de Bernulli, que combinada con la ecuación de Darcy-Weisbach permite representar el flujo de fluidos en ductos circulares y obtener de esta manera el gradiente hidráulico para cada segmento de tubería. Además, debe incluirse las restricciones que deben satisfacer cada uno de los nodos, el más fundamental de ellos es que la suma de flujos en un nodo interconexión, por ejemplo debe ser cero, y considerar los nodos frontera (entrada y salida de fluido al sistema). El resolver una RED es complejo, porque el sistema de ecuaciones que se ha generado es no lineal y se requiere un procedimiento iterativo de solución, conocido como el Método de Newton-Raphson, que constituye la metodología para poder abordar a la solución. Básicamente, la solución al problema está en determinar en cada nodo de la RED la presión y para los conectores o tramos de ducto el flujo que atraviesa por ellos.


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RED DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS Una RED DE DUCTOS para sistemas contra incendios, generalmente está diseñada en una red principal que es cerrada y se la conoce como red principal por las características del diámetro disponible y los volúmenes que transporta. Es cerrada porque con ello se está garantizando que el agua que llega a un punto cualquiera lo puede hacer por dos vías, con lo que se disminuye las pérdidas por fricción, por un lado y por otro el que todo punto siempre dispondrá de agua a presión adecuada para atacar un incendio. A partir de la red principal salen las redes secundarias que pueden ser monitores o las líneas para abastecer a los sistemas de enfriamiento en cada uno de los tanques. SOFTWARE Para los cálculos de la RED se ha utilizado un sistema desarrollado para el efecto denominado PER que determina las condiciones y características básicas de la RED. Posteriormente se ejecuta otro software con el que se logra un mayor afinamiento de la RED. RESULTADOS Durante el proceso de análisis de la RED se trata de modificar los cuellos de botella que existan, tal que no existan tramos de ducto con altas pérdidas de fricción, para lo que se modifica el diámetro de la línea. En este proyecto las REDES existen y por consiguiente el trabajo desarrollado ha sido para optimizarlo y mejorarlo para satisfacer las nuevas condiciones de flujo de agua que existe para satisfacer los requerimientos de agua para enfriamiento y también para la generación de la espuma suficiente para sofocar un incendio, considerando en el contexto general de la RED, la situación más crítica. ANÁLISIS HIDRÁULICO El análisis hidráulico se considera en función del caso más crítico de la estación. De dicha red, se determinan los nodos, cuyos datos involucran los resultados mostrados en la figura respectiva. Los datos que debe contener el diagrama de nodos son:

1. Las longitudes de tubería entre nodo y nodo (por ejemplo entre el 1 y el 6 o entre el 5 y el T-6E).


74

2. Los diámetros de las tuberías que se encuentran entre nodos. 3. La presión y/o flujo para la bomba.

4. Los flujos de descarga para los nodos: T-4, T-5, T-6E, T-6W, T-7, T-8

y T-10. Con estos datos el cálculo se realiza utilizando un software de diseño de sistemas hidráulicos. En este software la red hidráulica se presenta como se muestra en la figura correspondiente, en cuya red se distinguen los siguientes objetos:

Símbolo que identifica a una fuente que suministra flujo y/o presión.

Símbolo que identifica una salida de flujo o presión.

Símbolo que representa un nodo de conexión.

Identificación de una tubería conectando nodos.

Cuando alrededor de uno de estos símbolos se encuentre un cuadrado de color rojo se indica que ese identificador no tiene los valores necesarios para el análisis hidráulico. La tabla de resultados se ve como la mostrada en la figura.


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Red supuesta para el análisis hidráulico del ejemplo


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Nodos hidráulicos para el sector crítico de la red

Nodos hidráulicos elaborados por el software


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Tabla de resultados para el ejemplo.

CÁLCULO REQUERIMIENTOS DE POLVO QUÍMICO SECO

Una característica fundamental del polvo químico es la caracterización de un agente de extinción que actúa en 3 dimensiones (no como la espuma que actúa en superficies planas horizontales); en base a este criterio, el diseño de este tipo de sistemas se basará específicamente en dos parámetros fundamentales: el volumen y la longitud de las tuberías. La norma NFPA 17 indica que la distribución de los sistemas con polvo químico seco dependerán de cada fabricante según su experiencia; por lo que, para el cálculo se usa los productos y sistemas de Kidde Fire Systems © - Fire Supresión Systems ® cuyo diseño se presenta en detalle en su manual de diseño, instalación, operación y mantenimiento. Los parámetros fundamentales en el diseño de este tipo de sistemas se describen como:


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1. El volumen que cubrirá el agente sobre el equipo protegido considerando la disposición de las boquillas de descarga según muestran los esquemas de las figuras.

Distribución de las boquillas de descarga para los cilindros.

Cobertura de una boquilla de Polvo Químico a las distancias especificadas.

En estas figuras se muestran las áreas y los volúmenes de cobertura que tendrán los diferentes cilindros de polvo químico (cilindros de 21, 45 y 68 libras).

KVS-45

KVS-45 y

KVS-68

30 in

30 in

Boquillas de descarga de

polvo químico

KVS-21


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2. La longitud desde los cilindros de polvo químico seco hasta la boquilla de descarga más alejada. La norma NFPA 17 indica que la distribución de los sistemas con polvo químico seco dependerán de cada fabricante según su experiencia; por lo que, se usa los productos y sistemas de Kidde Fire Systems © - Fire Supresión Systems ® cuyo diseño se presenta en detalle en su manual de ingeniería.

Con estos datos se seleccionan los equipos a utilizar según el área efectiva y la altura de cada equipo; es decir, su volumen nominal (ver las figuras presentadas a continuación como ejemplos).


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Cobertura de los sistemas de Polvo Químico a las distancias especificadas.

CÁLCULO REQUERIMIENTOS DE FM-200® Los sistemas de supresión de incendios que utilizan los denominados agentes limpios, son sistemas que se utilizan en áreas en que se permite inundación total y se requieren proteger equipos eléctricos y/o electrónicos. Al igual que para el polvo químico, la norma (en este caso la NFPA 2001) los sistemas con FM-200® se calculan bajo consideraciones propias del fabricante; por lo que, para el caso analizado se usa el manual de diseño, instalación, operación y mantenimiento de los sistemas “FM-200 ADS Series” de Kidde Fire Systems©. La información que se vaya a detallar se utilizará como base para diseñar con el software “Kidde ADS Series FM-200 Flow Calculation Program”, cuyos requerimientos se detallan a continuación:

1. Se debe determinar la concentración requerida para el diseño según el tipo de la zona de riesgo, así:

- Clase A o C: la mínima concentración de diseño debe ser del

6.25%. - Clase B: utilizar los datos de la Tabla.

Tabla con datos extraídos del manual de diseño, instalación, operación y mantenimiento de los sistemas “FM-200 ADS Series” de Kidde Fire Systems©, página 4-2, edición septiembre 2004.


81


82

2. Se debe determinar las dimensiones como: ancho, largo y altura de la zona de riesgo o en su defecto el volumen de dicha zona.

3. Temperatura del área: mínima y máxima.

4. Número de boquillas a instalar en el área. Este paso está

fundamentado especialmente en la disposición del cuarto. Se puede ajustar manualmente también la cantidad de agente que se quiere descargar por una boquilla; esto hace que se descargue mayor cantidad de agente en el área de mayor demanda.


83

5. Se debe determinar la elevación del cuarto sobre el nivel del mar.

6. Con todos estos datos el programa sugiere una cantidad de agente

requerido para esa área.

7. A continuación se traza un dibujo isométrico con las características reales de la distribución que tendría el sistema. Esto se logra con las herramientas propias del software. Lo importante es ingresar los datos de longitudes de tubería, accesorios a utilizar y boquillas de descarga. El programa indicará un error si la forma de distribuir no satisface las condiciones en que esta operará. El diseñador se encargará, en base a su experiencia, determinar la ruta y dimensiones adecuadas. Ver la figura para un ejemplo del mencionado isométrico.

Isométrico producido en el software ADS de

Kidde Fire Systems cuyas características indican la forma en que el sistema operará.

8. El resultado del cálculo realizado se sintetiza en un reporte cuyo

contenido se detalla de la siguiente forma:

- Página 1: En ésta se muestran los datos del cliente y el diseñador (nombres, cargos, teléfonos, nombre del proyecto, nombre del área analizada, etc.)

- Página 2: En ésta se muestran los datos del área a proteger

(elevación, alto, ancho, largo, concentración, factor de corrección atmosférica, volumen, número de boquillas de descarga, etc.). Estos datos se mostrarán para cada cuarto ingresado (si su


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configuración es en forma de una L por ejemplo) en una nueva página (página 3, 4, etc.).

- Página 3: En ésta se muestran las características del tipo de

cilindro seleccionado (manual o automáticamente); es decir, las características del cilindro de agente, su porcentaje de llenado, el gas impulsor, número de parte, capacidad máxima de los mismos, número de cilindros, etc.).

En esta página también se pueden presentar los resultados de las características de la tubería (diámetro, longitud y elevación).

- Página 4: En ésta se muestran las tablas con los datos de la

tubería, los accesorios y las boquillas (el flujo que pasa por éstas, su nombre, su tamaño, su área de descarga).

- Página 5: En ésta se presenta un informe de la aceptación del

sistema, es decir, el tiempo de descarga del agente, porcentaje en la tubería, porcentaje antes de la primera tee, mínima concentración de diseño, concentración corregida, presión en las boquillas, cantidad de agente que sale por éstas, etc.

- Página 6: En ésta y de aquí en adelante, se presentan los

isométricos y vistas de la instalación.


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Villahermosa, México 17 de noviembre de 2008


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REFERENCIAS

1. Jahn, F., Cook, M., and Graham, M.: 2000, Hydrocarbon Exploration and

Production, Elsevier. 2. Normas API, NFPA, PETROECUADOR, etc.

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