instituto politÉcnico nacionalpara el nuevo control del sistema de protección contra incendios....

CONTROL DEL SISTEMA DE

PROTECCIÓN CONTRA

INCENDIO DE UNA TURBINA DE

GAS MÓVIL

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

T E S I S

Que para obtener el Título de

Ingeniero en Control y Automatización.

Presentan: Presentan: Presentan: Presentan:

Ángeles Falcón Guadalupe Edith Barbosa Mondragón Linda Inés

Vega García Cindel

Asesores de Tesis: M. en C. Leandro Brito Barrera

Ing. Omar Nava Rodríguez

México, D. F. Noviembre 2007

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “ZACATENCO”

ÍNDICE

Planteamiento Del Problema 2

Objetivos 3

Objetivos Particulares 3

Justificación 4

Alcances 5

Capitulo I. Antecedentes 6

1.1 Análisis De Los Sistemas De Detección 7

1.1.1 Tipos De Fuego 8

1.1.2 Criterios Legales 9

1.1.3 Criterios Técnicos 9

1.1.4 Clasificación De Detectores 10

1.2 Análisis De Los Sistemas De Extincion 21

1.2.1 Sistemas De Extinción Mediante Agua 21

1.2.2 Sistemas De Extinción Mediante Gas 23

1.2.3 Sistemas De Extinción Mediante Polvo 23

1.2.4 Sistemas De Extinción Mediante Espuma 24

1.3 Análisis De Las Arquitecturas De Los Sistemas De Seguridad 24

1.3.1 Sistemas De PLC De Seguridad 26

Capitulo II. Sistema Actual De La Turbina De Gas Móvil 27

2.1 Generación De Energía Eléctrica En Una Turbina De Gas Móvil 28

2.1.1 Remolque De Poder 28 2.1.2 Remolque De Control 28 2.2 Descripción Del Sistema Actual De Protección 29

Contra Incendios En La Turbina De Gas.

2.2.1 Descripción De Operación 30

2.2.2 Reajuste Del Sistema 30

2.2.3 Dióxido De Carbono Como Agente Extintor 31

2.3 Descripción Del Equipo 31

2.3.1 Equipo Primario 31

2.3.2 Accesorios Para El Equipo 32 2.4 Distribución De Los Componentes Del Sistema De Protección 33

Contra Incendios Ubicado En La Turbina De Gas Movil.

2.5 Desventajas Del Sistema De Protección Contra Incendios 35

Utilizado Actualmente.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “ZACATENCO” TESIS

Capítulo III Selección Del Equipo 37

3.1 Selección Del Equipo De Control 38

3.1.1 Selección De La Megafonía Y Señalización 38

3.1.2 Justificación De La Selección 39

3.2 Selección De Los Sensores Del Sistema De Detección 40

3.2.1 Sensor De Llamas Ir Multiespectro Ir X3301 41

3.2.1.1 Justificación De Selección 42

3.2.2 Sensor De Humo 42

3.2.2.1 Justificacion de la selección 44

3.3 Selección Del Sistema De Extinción Mediante Co2. 45

3.3.1 Cilindros Co2 Fike Corporation 45

3.3.2 Válvula 46


3.4 Selección Del Controlador Lógico Programable 49


3.5 Selección De La Estación De Aborto Y Botones De Inicio Manual 59

3.5.1 Estación De Aborto Para Sistemas De Extinción 59

E Interruptor Selector De Principal/Reserva

3.5.2 Operación 59

3.5.3 Interruptor Selector 60


3.6 Cajas Manuales Para Alarmas De Incendio Inteligentes 61

Msi-10b Y Msi-20b

Capitulo IV. Arquitectura, Control Y Simulación Del Sistema. 63

4.1 Generalidades Del Sistema 64

4.2 Control Del Sistema 64 4.3 Simulación Del Control 72

4.4 Arquitectura Del Sistema De Protección Contra Incendios 84

En Una Turbina De Gas Móvil

Capitulo V. Costos Y Factores Económicos 87

5.1 Costos De Inversión 88

5.2 Proyecto De Inversión (Conceptualización) 88

5.2.1 Calculo De La Rentabilidad De La Inversión. 88

5.2.2 Calculo Del Valor Presente O Actual Neto (Van) 89

5.3 Costo/Beneficio 90

5.4 Efectividad Y Resultados 93

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “ZACATENCO” TESIS

Conclusiones 95

Glosario 96

Bibliografía 98


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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente el sistema de alarmas contra incendios con el que cuenta Comisión Federal de Electricidad (CFE) tiene graves deficiencias de seguridad, ya que si bien extingue un incendio no resulta efectivo para la salvaguarda del personal que ahí labora, así como tampoco hay un sistema de prevención el cual proporcione un aviso oportuno para prevenir el siniestro. Adjunto a estas deficiencias de seguridad el sistema de control empleado actualmente carece de los últimos avances tecnológicos lo cual lo haría más eficiente y de respuesta más rápida, esto es debido a la tecnología con que cuenta el sistema, la cual es la original.


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OBJETIVOS

Diseñar el Control del sistema de protección contra incendio de una turbina de gas móvil por medio de las nuevas tecnologías actuales para garantizar la seguridad, la salvaguarda del personal y del equipo en la turbina de gas móvil.

OBJETIVOS PARTICULARES

Diseñar un sistema que no sea únicamente utilizado para contener y extinguir un incendio sino que también sea medio de prevención para el personal que opera la turbina, esto implementando un sistema de alarma que actué antes de que se inicie el fuego.

• Reinstrumentar el proceso y seleccionar un controlador • Diseñar estrategias de contención y extinción • Diseñar estrategias de prevención y alarmado • Dar una mayor seguridad a los operadores y al equipo


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JUSTIFICACIÓN

El actual sistema de protección contra incendios carece de innovaciones tecnológicas, al ser

estas implementadas se debe lograr reducciones en los costos del sistema, ya que al lograr evitar un incendio simultáneamente se están reduciendo costos del equipo a reemplazar y del material empleado para la extinción de los incendios; en el aspecto humano, una mayor seguridad garantiza disminución en indemnizaciones por accidentes de trabajo, por ende se logra un mayor aprovechamiento de tiempos hombre-máquina.


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ALCANCES

Mediante el análisis del sistema actual y las nuevas tecnologías existentes en el mercado, se

diseñara el control del sistema de protección contra incendios para el logro de mejoras sustanciales para la reducción de costos, ya que todo lo que se invierta se debe recuperar en disminución de gastos que se originan cuando ocurren los incendios.

Se incluirán la distribución de área, mediante planos, de los dispositivos que se seleccionen

para el nuevo control del sistema de protección contra incendios. Irán incluidos la lógica de control orientada al sistema y los recursos necesarios para elaborarla, a través de un software que permita simular la operación.


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Capitulo I. Antecedentes

Es importante realizar un análisis de las tecnologías actuales que satisfagan el control,

seguridad y el buen ejercicio del sistema a implementar, para así responder a las normas actuales de seguridad y efectuar el sistema en un tiempo mínimo. Adjunto a este tema se realizara un análisis los dispositivos ya que es una herramienta que puede usarse para estimar y jerarquizar la importancia de seguridad en la turbina, calculando así cuantitativamente los impactos sobre el personal y el equipo. La información que un análisis de dispositivos proporciona será utilizada para apoyar a las decisiones del control a emplear así como del equipo de detección y extinción de incendios.


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1.1 Análisis de los sistemas de detección

La utilización de sistemas de control de detección de incendios, permiten la detección y localización automática del incendio, así como la puesta en marcha automática de aquellas secuencias del plan de alarma incorporadas a la central de detección.

Los detectores son parte clave de estos sistemas, y son aquellos elementos que permiten detectar el fuego a través de alguno de los fenómenos que le acompañan (gases, humos, temperaturas o radiación UV, etc.).

En la actualidad existe una gran diversidad de tecnologías que permiten abordar toda la problemática relacionada con la detección de incendios, no hay que olvidar que el tipo de local a proteger y los tipos de fuego que puede albergar condiciona la selección, localización y capacidad de respuesta de los detectores. La elección o emplazamiento inadecuados de un tipo de detector puede crear problemas, que van desde la ausencia de alarma hasta excesivas falsas alarmas.

Por esta razón, cuando se elige un detector para un lugar específico se debe tener en cuenta el ambiente al que va a estar expuesto en condiciones normales. Por ejemplo un detector de infrarrojos o ultravioleta no se debe emplear en lugares donde se lleven a cabo operaciones de soldadura con arco o autógena, ya que puede generar falsas alarmas debido a la presencia de energía radiante. Por otro lado, los detectores que responden a partículas de humo son especialmente propensos a falsas alarmas, de fuentes tales como humos de cocina, cigarrillos o escapes de automóviles.

Por ende, al planificar un sistema de detección de incendios, los detectores deben elegirse teniendo en cuenta los siguientes factores:

• Tipo de fuegos potenciales que puedan producirse • Tipo y cantidad de combustible presente • Posibilidad de fuentes de ignición • Condiciones ambientales • Valor de la propiedad a proteger • Legislación A continuación se describen los tipos de fuegos existentes así como los diferentes criterios

legales y técnicos que hay que tener en cuenta para hacer una correcta selección un detector de incendios.


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1.1.1 Tipos de fuego

Los fuegos se clasifican en función de su velocidad de ignición y según el combustible que los produce. Por su velocidad de ignición los fuegos pueden ser:

• A: de ignición lenta

• B: de ignición rápida

• C: de ignición violenta

Esta clasificación del fuego es la menos usual. La más valida, que tiene el carácter de internacional y que figura en tratados sobre la materia, es la que contempla a los fuegos en razón del material combustible que los origina.

De acuerdo con esta segunda clasificación se denominan los fuegos de la siguiente manera:

• TIPO A: Son los llamados fuegos secos e influyen los de materiales sólidos, generalmente de tipo orgánico cuya combustión suele tener lugar con formación de brasas, son tales como papel, madera, fibras y, en general, todos aquellos que durante su ignición producen brasas y que, como residuo de esa ignición, dejan ceniza. Los materiales productores de fuego A se caracterizan por no tener desprendimientos de gases o vapores en su presentación natural.

• TIPO B: Los fuegos grasos, son aquellos que incluyen los líquidos o sólidos que por la acción del calor funden con este tipo de fuego, son producidos por gases, líquidos o sólidos inflamables; para los últimos es condición esencial el que tengan desprendimientos de gases, vapores o partículas, en su estado original.

• TIPO C: Los que tienen su origen en equipos, dispositivos o conductores eléctricos. En realidad son fuegos que aunque producidos por la electricidad al originar calentamientos, se producen en los materiales aislantes y no en los conductores. La electricidad, en sentido estricto, no produce fuegos; produce chispas o torna a los materiales en ígneos pero sin inflamarlos o sin ponerlos en estado de combustión.

• TIPO D: Los que tienen su origen en cierto tipo de metales combustibles, tales como el zinc en polvo, el aluminio en polvo, el magnesio, el litio, el sodio, el potasio, el titanio, etc.

En ocasiones de manera errónea, se suelen denominar como fuegos D a los producidos por la combinación de dos o tres de los fuegos anteriores. Esto es, a los fuegos en que intervienen sólidos y líquidos combustibles; sólidos y "fuegos eléctricos"; líquidos y fuegos "eléctricos"; etc. Como máximo exponente de este tipo de fuegos, se presenta el incendio producido por elementos líquidos inflamables, como por ejemplo gasolina o aceite, y sólidos combustibles, combinando a estos con la aparición de chispas eléctricas o "fuegos eléctricos".


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1.1.2 Criterios legales

La composición de los sistemas de detección automática de incendios, las características de sus componentes, así como los requisitos que han de cumplir y los métodos de ensayo de los mismos, se deben de ajustar a lo especificado en las siguientes Normas UNE:

• UNE 23-007177 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de Incendios. Parte I: Introducción".

• UNE 23-007178 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de incendios. Parte V: Detectores puntuales que contienen un elemento estático".

• UNE 23-007182 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de Incendios. Parte V: Detectores térmicos termovelocimétricos puntuales sin elemento estático."

• UNE 23-007182 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de Incendios. Parte VII: Detectores de Humo tipo Puntual. Luz difusa, transmitida o ionización."

• UNE 23-007182 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de Incendios. Parte VIII: Detectores térmicos para umbrales elevados de temperatura."

• UNE 23-007182 "Componentes de los Sistemas de Detección automática de Incendios. Parte IX: Ensayos de sensibilidad ante hogares tipo".

Sólo se instalarán detectores de la clase y sensibilidad adecuada, de manera que estén específicamente capacitados para detectar el tipo de incendio que previsiblemente se pueda producir en cada local, evitando que los mismos puedan activarse en situaciones que no se correspondan con una emergencia real.

1.1.3 Criterios técnicos

Los criterios legales mencionados en el punto anterior contienen las condiciones mínimas que debe reunir un sistema de detección para que cumpla la función para la que son exigidos.

A continuación se analizara algunos de estos aspectos técnicos, casi a nivel de reflexión, como intento de proporcionar una herramienta útil para una mejor adaptación del sistema.

• El tipo de material incendiable condiciona la elección del tipo de detector según se prevean sus efectos de combustión en los primeros momentos.

o Tipo de material: sólido (madera, plástico o metal); liquido (alcohol, grasa, aceite,

gasolina, etc.); gas (acetileno, hidrógeno, etc.); instalaciones eléctricas. o Forma en que se presenta: bloques grandes o partículas, pilas elevadas o extendidas,

recipientes grandes o pequeños.

• Efectos perturbadores • La concentración de valores influye sobre la sensibilidad del detector y su cobertura.

Por ejemplo, no es lo mismo proteger papel moneda que periódicos, un armario


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eléctrico en una oficina o en un quirófano, un local industrial o un asilo u hospital. • La altura del techo condiciona el tipo de detector, su sensibilidad y la cobertura.

• La forma del techo condiciona la cobertura por detector y su emplazamiento. Según la forma de los techos: inclinados, a dos vertientes, en diente de sierra, con jácenas, cuadrículas o celosías, pueden acumular o dispersar humo y temperatura.

1.1.4 Clasificación de detectores

Como se ha comentado en el apartado anterior los detectores son los elementos que detectan el fuego a través de alguno de los fenómenos que le acompañan: gases, humos, temperaturas o radiación UV, visible o infrarroja. Según el fenómeno que detectan se clasifican:

o Detector térmico: sensibles a elevaciones de temperatura. o Detector termostático: se activa cuando la temperatura (T) ambiente excede un cierto valor

durante un intervalo de tiempo suficiente. o Detector termovelocimétrico: se activa cuando la velocidad de aumento de la T excede de

un valor durante un tiempo suficiente. o Detector combinado: aquel que incorpora un elemento termostático y otro

termovelocimétrico. o Detector compensado: Se les da este nombre por que compensan el retraso en la actuación

del detector de temperatura fija y las posibles falsas alarmas y el riesgo de no actuar ante incendios de desarrollo lento en el detector termovelocimétrico.

o Detector de humo: sensibles a partículas de productos de combustión o pirólisis en suspensión en el aire.

o Detector iónico: se activa debido a la influencia de los productos de la combustión sobre la corriente eléctrica en la cámara de ionización.

o Detector óptico: se activa debido a la influencia de los productos de la combustión sobre el flujo o la difusión de la luz en las zonas infrarroja, visible o ultravioleta del espectro electromagnético.

o Detectores mixtos: Evaluación conjunta de humo y temperatura.

o Detector de llamas: sensibles a la radiación emitida por las llamas.


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Detectores térmicos

También reciben el nombre de detectores de temperatura. Actúan por el estímulo de la elevación de temperatura provocada por el calor del incendio.

Existe una gran variedad de modelos que es conveniente conocer aunque no todos se encuentren comercializados en nuestro país.

• Temperatura fija o termostática:

o Metal eutéctico.fusible.

o Ampolla de cuarzo.

o Lámina bimetálica.

o Cable termosensible.

o Cable de resistencia variable con la temperatura.

• Termovelocimétricos:

o Cámara neumática.

o Termoeléctricos.

o Electrónicos.

• Combinados.

• Compensados. Detectores térmicos de temperatura fija o termostática

Los detectores de temperatura fija evalúan la temperatura máxima en que debe ser activada una alarma. Tales detectores están diseñados para operar o con un termistor, con un fusible, con una banda bimetal o un fluido de expansión. Frecuentemente no cumplen con las normas EN54.

Los detectores de calor detectan incendios con llamas que activan una alarma cuando se alcanza en el detector una temperatura máxima predeterminada. Son apropiados para detectar incendios donde puede esperarse un aumento rápido de la temperatura y en áreas donde no puede usarse un detector de respuesta más rápida.

Detectores térmicos de temperatura fija con metal eutéctico fusible

El elemento detector está formado por una pieza de aleación eutéctica (aquélla que tiene una temperatura de fusión constante lo más baja posible) en forma de eslabón que bloquea un interruptor eléctrico hasta que se alcanza la temperatura de fusión y se cierra un circuito que activa la alarma.


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Detectores térmicos de temperatura fija con ampolla de cuarzo

El elemento detector está formado por una ampolla de cuarzo, conteniendo un líquido especial, que al dilatarse por el calor, revienta y libera un muelle o varilla que cierra un circuito eléctrico y se activa la alarma.

Las aplicaciones, ventajas e inconvenientes son las mismas del tipo anterior.

Figura 1. Detector térmico de temperatura fija con ampolla de cuarzo

Detectores térmicos de temperatura fija con lámina o membrana bimetálica

El elemento detector es una lámina o membrana formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatación, que al aumentar la temperatura se deforma hacia un contacto fijo, cerrando el circuito eléctrico y activando la alarma. En la figura 2 se esquematiza el modelo de membrana.

Figura 2. Aparato de temperatura fija de membrana bimetálica

Detectores térmicos de temperatura fija con cable termosensible

Reaccionan en cualquier tramo que le llegue el calor. Consisten en dos conductores metálicos tensados y separados entre sí por un aislamiento termofusible y todo el conjunto recubierto con una envoltura protectora de golpes y roces. A una temperatura determinada por la graduación del detector, se funde el aislamiento y los dos conductores entran en contacto, activándose la alarma.


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Figura 3. Detector térmico de temperatura fija con cable termosensible

Detectores térmicos de temperatura fija con cable de resistencia variable con la

temperatura

Se basan en que el sobrecalentamiento o fuego directo percibido por un tramo del cable detector hace disminuir su resistencia eléctrica, lo cual traduce en un aumento de la corriente eléctrica, que activa una alarma cuando se llega a un valor determinado. Este valor se puede alcanzar por una gran elevación de temperatura en un tramo corto o una menor elevación que afecte a un tramo más largo.

Detectores termovelocimetricos

Reaccionan cuando la temperatura aumenta a una velocidad superior a un cierto valor (de 5 a 10 °C por minuto).

Estos detectores se basan en la diferencia de respuesta de dos elementos o componentes del dispositivo sensor ante un aumento de temperatura superior a un nivel determinado.

Detectores termovelocimétricos de cámara neumática o aerotérmicos

En estos detectores el aumento de temperatura provoca la expansión del aire contenido en una cámara interior del detector provista de un diafragma flexible.

En la figura 4 se muestra el funcionamiento de un detector de este tipo con dos cámaras. Esas cámaras B se deforman en el diafragma flexible superior C al dilatarse el aire contenido en el sistema, siempre que el aumento de temperatura sea rápido. Si es lento, el aire se escapa por los respiraderos del tubo capilar F. Con la deformación hacen contacto los elementos C y D que cierran el circuito y se activa la alarma.

A= Tubo de cobre extendido en el local

Figura 4. Detector termovelocimétrico aerotérmico de tubo y cámara neumática


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En otros modelos, en vez de cámara de expansión de aire como elemento sensor se emplea un tubo de cobre de pequeño diámetro y gran longitud que se distribuye por el local a proteger, y con sus dos extremos conectados al diafragma de la unidad receptora. Este modelo es esencialmente adecuado para zonas de riesgo en sótanos y edificios con calefacción. También sirve para conectar a sistemas automáticos de extinción.

Detectores termovelocimétricos termoeléctricos

Se basan en el principio de generación de corriente eléctrica por el efecto termopar.

Dos grupos de termopares se montan generalmente en un solo alojamiento, dispuesto de tal modo que un grupo está expuesto al calor, mientras que el otro está protegido. Cuando se produce una diferencia de temperatura entre los dos grupos de termopares, se genera una corriente eléctrica y da la señal de alarma.

Detectores termovelocimétricos electrónicos

Se basan en ciertos compuestos metálicos que varían su resistencia eléctrica con la temperatura. Se emplean normalmente combinados con los de temperatura fija. Su funcionamiento y esquema se detallan posteriormente.

Detectores térmicos combinados Son una combinación del tipo termostático y termovelocimétrico. El elemento

termostático actúa solamente cuando el termovelocimétrico no ha actuado.

El calor del incendio expande el aire de la cámara A a mayor velocidad que el que se escapa por el orificio B. Esto hace que la presión empuje el diafragma C, cerrando el circuito eléctrico entre el contacto D y el tornillo de regulación E, que está aislado eléctricamente de la base del detector. La actuación por elevación lenta de la temperatura sucede cuando la aleación fusible F se funde a una temperatura conocida según la especificación del material y se libera el resorte G, el cual presionará el diafragma y cerrará los contactos indicados anteriormente.

Figura 5. Detector térmico combinado

Otro modelo incluido en este grupo es el electrónico.

Se basa en la propiedad de ciertos compuestos metálicos de variar su resistencia eléctrica con la temperatura. Se les conoce con el nombre de termistancias o termistores.


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Un incremento rápido de la temperatura provocado por un incendio es captado inmediatamente por la termistancia exterior de medición RM, que disminuye su resistencia con más rapidez que la termistancia interior de referencia RR. Esto hace variar la tensión eléctrica en la zona del circuito situado entre las dos termistancias y al llegar a un determinado valor actúa la alarma. Si la temperatura ambiente aumenta lentamente, las resistencias de las termistancias RM y RR disminuyen al mismo tiempo y no varia la tensión eléctrica anterior. Al alcanzar una temperatura máxima, fijada de antemano, actúa la alarma.

Detectores térmicos compensados

Son sensibles a la velocidad de incremento de temperatura y a una temperatura fija determinada igual que los termovelocimétricos y termostáticos. Se les da este nombre porque compensan el retraso en la actuación del detector de temperatura fija y las posibles falsas alarmas y el riesgo de no actuar ante incendios de desarrollo lento en el detector termovelocimétrico.

Figura 6. Sección de un detector térmico compensado. Dispone de dos contactos metálicos formando parte de un circuito eléctrico, los cuales están

solidariamente unidos, pero aislados eléctricamente de unas varillas sometidas a compresión, las cuales tienen un coeficiente bajo de dilatación y todo montado dentro de una funda de acero inoxidable. El coeficiente de dilatación de esta funda es mayor que el de las varillas.

Un aumento rápido de la temperatura del aire ambiente en la zona del incendio hace que la

funda se caliente y expanda más rápidamente que las varillas, a las que tarda más en llegar el calor del incendio. Con esta diferencia de dilataciones, disminuye la compresión de las varillas y los contactos metálicos se acercan y tocan, cerrando el circuito eléctrico y transmitiendo una señal al panel de control que hace sonar la alarma.

Si la elevación de temperatura ocurre lentamente (de 0° a 5° C por minuto), el calor tiene

tiempo de penetrar a las varillas interiores y el calentamiento de funda y varillas está compensado. La funda y las varillas se expanden hasta el momento en que los contactos se tocan, que es a la temperatura de tarado del detector.


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Detectores de humo

Se activan con las partículas visibles e invisibles de la combustión. Por eso también se les denomina detectores de productos de combustión. Los detectores de humos suelen clasificarse en seis grupos:

• Fotoeléctricos

o De haz de rayos proyectados. o De haz de rayos reflejados.

• Iónicos

o De partículas alfa. o De partículas beta.

• De puente de resistencia

• De análisis de muestra

• Combinados

Detectores fotoeléctricos de humos

También se les denomina detectores ópticos de humo. Su funcionamiento se basa en el efecto óptico según el cual, el humo visible que penetra en el aparato, afecta al haz de rayos luminosos generado por una fuente de luz, de forma que varía la luz recibida en una célula fotoeléctrica, y se activa una alarma al llegar a un cierto nivel.

Con este tipo de detección se han de evitar cambios en las condiciones de luz ambiental que puedan afectar a la sensibilidad del detector. Esto se puede conseguir manteniendo el detector en un receptáculo estanco a la luz o modulando la fuente de luz.

Existen diversos tipos que se describen a continuación.

Detectores de humos fotoeléctricos de haz de rayos proyectados

En este tipo, el humo visible oscurece el haz de rayos luminosos proyectado por el emisor disminuyendo la luz recibida en la célula fotoeléctrica del receptor situado a distancia.

Consta de un emisor de luz y su receptor correspondiente de célula fotoeléctrica, situados ambos en los extremos de la zona a proteger. Su distancia puede llegar hasta 100 metros con una anchura de 14 metros, lo que da protección para un máximo de 1.400 m2. También reciben el nombre de detector óptico de humos lineal.


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Detectores de humos fotoeléctricos de haz de rayos reflejados

También reciben el nombre de ópticos de humo puntual. La fuente de luz y la unidad receptora se incluyen en un sólo receptáculo. Constan de fuente de luz, célula fotoeléctrica que ha de estar en ángulo recto con la anterior y un captador de luz frente a la fuente de luz. Estos componentes están dentro de una cámara obscura.

Cuando entra humo, el haz de luz procedente de la fuente de luz, una parte se refracta y otra parte se refleja con las partículas de humo. La parte reflejada se dirige hacia la célula fotoeléctrica. El aumento de intensidad de luz en la célula activa una señal que se transmite al panel de control y hace sonar una alarma.

En ciertas aplicaciones se emplean sistemas de muestreo de aire con detector fotoeléctrico. Disponen de una bomba de aspiración y tubería a lo largo de la zona a proteger. El aire aspirado se canaliza en una cámara analizadora y si la concentración de humo alcanza de 1,5 a 3% refleja la luz hacia la célula fotoeléctrica y hace actuar a la alarma.

El de haz reflejado no discrimina humo de partículas de polvo. Si el humo es completamente negro no lo detecta.

Es un detector óptico de humos en el que la fuente luminosa, la pantalla y el sensor de luz están en el mismo eje y de tal forma que en condiciones normales (cuando no hay humo) debido a la forma de la pantalla, la luz no puede alcanzar directamente el elemento sensor y por tanto no se genera señal de alarma. Cuando entra humo en la cámara de medición, la luz emitida por la fuente luminosa se dispersa en todas direcciones en parte llega al sensor.

Detectores iónicos de humos Se basan en la disminución que experimenta el flujo de corriente eléctrica formada por

moléculas de O2 y N2 ionizadas por una fuente radiactiva entre dos electrodos, al penetrar los productos de combustión de un incendio.

Estos sensores detectan partículas visibles e invisibles generadas por la combustión y su

mayor eficacia se encuentra para tamaños de partículas entre 1 y 0,01 micras. Las partículas visibles tienen un tamaño de 4 a 5 micras y tienden a caer por gravedad excepto en el caso de que haya una fuerte corriente turbulenta en la columna que forma la llama.

Existen materiales que desprenden partículas pequeñísimas a temperaturas inferiores a la de

combustión en el aire y a esta temperatura se la denomina temperatura de formación de partículas (thermal particulate point). Estas partículas son detectadas por este tipo de sensores.Según la fuente radiactiva se dividen en detectores iónicos de partículas alfa y de partículas beta.

Los detectores que contienen una fuente radiactiva deben cumplir la Orden del Ministerio

de Industria de 20 de Marzo de 1975 (B.O.E. de 1 de Abril) sobre Normas de Homologación de Aparatos Radiactivos.


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No existe riesgo de radiactividad en la proximidad de estos detectores según las investigaciones realizadas por Organismos competentes. Declaran que la radiación recibida por una persona situada a 25 cm. Del detector durante ocho horas al día, cada día del año equivale a una dosis de radiación anual menor de 0,5 milirem. A efectos comparativos la radiación normal de fondo de fuente natural es más de 100 veces mayor.

Detectores iónicos de humos por partículas alfa

Se basan en la ionización de las moléculas de O2 y N2 del aire por partículas alfa (núcleos de átomos de helio) procedentes de una fuente radiactiva.

La zona entre los dos electrodos representa la cámara de muestreo o detección. Las moléculas de oxígeno y nitrógeno del aire se ionizan por las partículas alfa procedentes de la fuente radiactiva. Estas moléculas ionizadas se mueven hacia los electrodos de signo opuesto al aplicar un voltaje eléctrico y se establece un pequeño flujo de corriente eléctrica a través de la cámara de muestreo.

El esquema de la derecha muestra el comportamiento de las partículas de combustión al entrar en la cámara unirse a los iones. Las partículas de la combustión tienen una masa mayor y por tanto disminuye la movilidad de los iones, lo cual se traduce en una reducción del flujo de corriente a través de la cámara de muestreo y se activa una señal de alarma.

Detectores iónicos de humos por partículas beta Estos detectores se presentaron con posterioridad a los de partículas alfa y la fuente radiactiva

de partículas beta (electrones) en este caso, es el Níquel 63. El principio de actuación es el mismo que los de partículas alfa. La intensidad de la fuente de radiación es baja y el flujo de corriente en la cámara de

ionización también lo es. Estos detectores han tenido éxito en la detección de las partículas procedentes de la

combustión de alcohol, las cuales no son detectadas por el detector con partículas alfa. Este tipo de detectores no se comercializa en nuestro país. Detectores de humos por puente de resistencia Se basan en el principio del puente de resistencia. Se activan ante una presencia de partículas

de humo y humedad sobre una rejilla con puente eléctrico. Esas partículas al caer sobre la rejilla aumentan su conductividad y se activa una alarma. Estos detectores reaccionan con cualquier gas o humo. Son poco usuales y no están considerados en Normas UNE.


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Detectores de humos por análisis de muestra Consisten en una tubería que parte de la unidad de detección y se extiende por la zona a

proteger. Una bomba extractora aspira una muestra de aire y la conduce a la unidad de detección en la cual se analiza si el aire contiene partículas de humo.

Los detectores de humo con cámara de niebla son de este tipo y en ellos se mide la

densidad por el principio fotoeléctrico y si excede de un valor predeterminado se activa una alarma.

Es un sistema de detección poco recomendable. Se empleaba en las bodegas de los

barcos. Son caros por la instalación y por los analizadores poco usuales que llevan. Actualmente es inusual y se considera un modelo histórico.

Detectores combinados de puente de resistencia e iónico para productos de combustión En estos detectores la cámara de ionización se activa por las partículas de la combustión y

la resistencia de rejilla se activa por el vapor de agua producido en la combustión. La rejilla consta de dos óxidos metálicos conductores repartidos en un substrato de

vidrio. Esta rejilla disminuye la resistencia al entrar en presencia de vapor de agua. El aparato lleva un circuito compensador electrónico que se ajusta a los cambios de

humedad ambiente. Estos detectores actúan si se activa la cámara iónica y la rejilla del puente de resistencia,

por lo que son menos sensibles a falsas alarmas por polvo, aerosoles, aire en movimiento y humedad. Igual que otros detectores de humos llevan circuitos y componentes para detectar averías y una lámpara piloto para indicar que está activado.

Detector de llamas El detector tiene dos sensores piroeléctricos que son sensibles en dos longitudes

diferentes de onda. El primer sensor “A” responde a gases con llama de acción infrarroja, parecidos al típico espectro del CO2 que va desde 4,1 hasta 4,7µm, producida por la combustión del carbono que contienen los materiales. El segundo sensor “B” mide la energía infrarroja en la región de longitud de onda entre 5 y 6µm, emitida por las fuentes de interferencia (por ejemplo, la luz del sol, la luz artificial, los radiadores).

Las señales con una típica frecuencia de parpadeo de llama de 2 a 20Hz se comparan en el

circuito electrónico para la coincidencia de fase y amplitud. Cuando la energía infrarroja es emitida por las llamas, la amplitud de señal del primer sensor es mucho mayor que en el segundo y se activa una alarma.

Por el contrario, un cuerpo caliente y vibrante (por ejemplo, un motor) produce una señal

sincrónica en los canales “A” y “B”. Como en este caso la amplitud de señal en el canal “A” es menor que en el canal “B”, no se activa ninguna alarma. Si una llama aparece a la vez, se genera


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una señal no sincrónica en el canal “A”, que inmediatamente inicia una alarma. El tiempo de integración de respuesta y sensibilidad puede adaptarse a las condiciones locales en dos estados por medio de un interruptor.

Figura 7. Espectro relativo de las llamas y de la radiación parásita.

Condiciones para la iniciación de alarma: Relación del canal A: canal B > 1 (señales sincrónicas o asincrónicas) Relación del canal A: canal B > 1 (señales asincrónicas)

Detector de llamas por infrarrojos de un canal

La radiación de llamas emitidas en el sensor piroeléctrico provoca una señal eléctrica que se controla para disparar la alarma. En casos extremos, las reflexiones causadas por la luz solar o por cuerpos calientes que se muevan rápidamente (por ejemplo un motor de combustión, según su dispositivo de escape) pueden llevar al detector a una reacción indeseable. El vidrio de la ventana, por el contrario, absorbe los reflejos de la luz solar que influyen el detector; por ello, las alarmas por simulación no se deben temer.

El detector de llamas por infrarrojos de un canal desvía todo el fuego de llamas con materias

que contienen carbono. Es necesario también para la detección a tiempo de cualquier fuego con llamas.

Figura 8. Principio de funcionamiento del detector de llamas


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Detectores de llamas por infrarrojos de 2 canales Con relación al detector de 1 canal, este detector presenta un aumento de la seguridad contra

las falsas alarmas y contra las alarmas causadas por simulación. El detector vigila los alrededores con dos sensores piroeléctricos (canales A y B). El primer sensor mide la intensidad del infrarrojo activo provocado por el gas de las llamas, igual que el detector de 1 canal. El segundo sensor (canal de bloqueo B) vigila constantemente los alrededores fijándose en las fuentes de alteración que emiten señales análogas al de las llamas; por ejemplo: la luz solar, la luz artificial, los radiadores calientes, etc.

El segundo sensor tiene la sensibilidad de respuesta característica en el campo de ondas de

5...6 µm, o sea unas temperaturas inferiores a la radiación de los cuerpos calientes las cuales presentan una intensidad más alta. Complementando la amplitud (intensidad de la señal) incluida en los dos canales, la posición de la fase de señales es importante para saber si la señal proviene de una llama o de una alteración. Por ello, por ejemplo un cuerpo caliente que vibre (frecuencia de modulación 2-20 Hz) provoca una señal a la vez en los canales A y B, mientras que la aparición simultánea de una llama provoca una señal asincrónica en el canal A, que provoca inmediatamente el disparo de la alarma.

El detector de llamas por infrarrojos de 2 canales desvía todos los fuegos de llamas con

sustancias que contengan carbono. Es necesario también para la detección a tiempo de casi todos los fuegos de llamas sin sufrir la influencia de las radiaciones intempestivas.

1.2 Análisis de los sistemas de extincion

Para elegir el sistema de extinción adecuado es necesario realizar un analisis para que permita observar las caracteristicas de cada tipo de sistemas de extincion y elegir el apropiado que cubre con las necesidades del sistema de proteccion contra incendios en una turbina de gas movil, la cual se realizara en capitulos posteriores.

1.2.1 Sistemas de extinción mediante agua

Sistemas De Rociadores Automáticos

Los sistemas de rociadores son instalaciones automáticas de extinción de incendios. Detectan, avisan, controlan y llegan a extinguir en determinados tipos los incendios que han comenzado, antes de que crezcan y se conviertan en incontrolables.

El rociador está instalado siguiendo una determinada distribución en las áreas que hay que proteger. Si como resultado de un incendio la temperatura de los alrededores de un rociador se incrementa por encima del mismo, el rociador se abre y el agua se descarga sólo en la zona del incendio. Al mismo tiempo, el sistema de alarma avisa de su funcionamiento.


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Figura 9. Rociador automático

Cuando el fuego ha sido extinto, los rociadores abiertos son cambiados por otros nuevos y el sistema está de nuevo listo para funcionar.

Sistemas De Agua Nebulizada

El sistema de pulverización de agua nebulizada dota de un alto nivel de seguridad con un mínimo uso de agua. La fina pulverización multiplica la superficie de la gota de agua, intensificando el nivel de enfriado, que se incrementa por la evaporación del agua. Además, el vapor de agua reduce la concentración de oxígeno en las proximidades de la fuente del incendio, lo que permite sofocarlo. Adicionalmente, tiene la capacidad de evacuar humos, refrigerar y reflejar la radiación del calor. Provee, por tanto, de excelente protección para las personas. El daño posterior, causado por una extinción de agua, se minimiza gracias a las pequeñas cantidades de agua utilizadas. La contaminación medioambiental, en lo referente a residuos de agua contaminada, también se reduce al máximo.

Sistemas De Agua Pulverizada

El sistema de agua pulverizada funciona principalmente como un sistema de rociadores, salvo que tiene boquillas de extinción abiertas y, en caso de fuego, descarga grandes cantidades de agua sobre todo el área protegida. Se usa para proteger edificios completos o sólo partes de ellos, así como protecciones locales para objetos, con alta sensibilidad al calor, fácilmente inflamables y donde exista el riesgo de que un incendio se expanda rápidamente.

Figura 10. Sistema de rociadores


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1.2.2 Sistemas de extinción mediante gas

Los sistemas de extinción de incendios usan gases naturales inertes para extinguir los incendios. Básicamente son usados donde los incendios que han comenzado deben ser extintos rápidamente, y donde es esencial prevenir subsiguientes daños provocados por los efectos de los agentes de extinción o de residuos.

En los sistemas de gases, la descarga es provocada automáticamente por la detección del fuego, aunque también puede ser activada manualmente. Una vez provocada la alarma y transcurrido el retardo programado, se produce la descarga de gas en la zona del incendio. Cualquier ventilador o equipo de aire acondicionado se parará simultáneamente, y las compuertas de ventilación y puertas se cerrarán para prevenir que entre aire y/o que se escape el gas extintor, perdiendo de esta manera su capacidad de acción.

Los sistemas de gases son especialmente adecuados para áreas que contengan combustibles líquidos u otros materiales que se comporten de forma similar en presencia del fuego, y para áreas que contengan equipos u objetos de alto valor que puedan ser dañados si se utilizan otros agentes extintores.

Para el gran número de aplicaciones se ha desarrollado varios sistemas de gases:

• CO2 Alta presión • CO2 Baja presión • Gas inerte Argón

Figura 11. Cilindros CO2

1.2.3 Sistemas de extinción mediante polvo

Los sistemas de extinción mediante polvo son sistemas fijos para protecciones generales o locales. Los agentes extintores de polvo se usan en fuegos de materiales sólidos, líquidos o gaseosos, así como para incendios de metales.

Campos de aplicación

Plantas químicas, planta de almacenaje en tanques, estaciones de compresión y bombeo, estaciones de transformación de gas o petróleo, talleres de laminación, plataformas petrolíferas, equipamientos hidráulicos, hangares de aviones, tanques de licuado de gas natural, gases


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derivados del petróleo y productos químicos, laboratorios y equipos de laboratorio, planta de residuos especiales, etc.

1.2.4 Sistemas de extinción mediante espuma

Los sistemas de extinción mediante espuma son sistemas fijos. Se usan para fuegos de materiales sólidos y líquidos y, con ciertas restricciones, en incendios de materiales gaseosos. Para generar la espuma, la corriente de agua transcurre a través de diferentes equipos donde se mezcla adecuadamente con la sustancia que genera la espuma, el espumógeno. La combinación de agua y espuma concentrada es, casi siempre, mezclada después con aire.

Figura 12. Sistemas de extinción mediante espuma 1.3 Análisis de las arquitecturas de los sistemas de seguridad Para implementar sistemas de seguridad se tienen diferentes opciones, cada una de ellas

cubre diferentes necesidades, a continuación se presenta un análisis de las diferentes formas de control.

Sistemas de componentes.

Al nivel más bajo, una función de seguridad puede realizarse con un dispositivo accionador y un dispositivo de control. Por ejemplo, un botón de paro de emergencia que cierra la bobina de un relé de control de seguridad realiza una función de seguridad simple. Las arquitecturas de los sistemas de componentes están diseñadas para aplicaciones de bajo riesgo.

Figura 13. Sistemas de accionamiento


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Sistemas de relé de monitoreo de seguridad dedicados.

Los relés de seguridad dedicados se usan para aplicaciones específicas. Estos sistemas utilizan módulos de control compactos diseñados para hacer interface con dispositivos de seguridad comunes tales como paros de emergencia, compuertas de seguridad cortinas de luz de seguridad, tapetes de seguridad. Algunos relés dedicados proporcionan funciones especiales tales como temporización, control de dos manos, silenciamiento e iniciación de dispositivo de detección de presencia. Puesto que hay muchos tipos diferentes de funciones y dispositivos de entrada, hay muchos tipos diferentes de relés de monitoreo de seguridad dedicados. Los relés de monitoreo de seguridad dedicados tienen la

Figura 14. Sistemas de Relè capacidad de proporcionar diagnósticos básicos mediante dededicados indicadores LED en sus paneles frontales y contactos auxiliares que pueden conectarse a un PLC o a una bombilla indicadora. Las arquitecturas de sistemas de relés de seguridad dedicados se usan en aplicaciones de riesgo medio a alto.

Sistemas de relé de monitoreo de seguridad expandibles.

Esta es una nueva arquitectura que se está introduciendo en el mercado de protección de máquinas, proporciona la capacidad exclusiva de añadir fácilmente módulos de entrada y salida a un módulo de relé de seguridad “básico”. Puesto que el sistema modular se basa en microprocesador, también tiene la capacidad de proporcionar diagnósticos con características mejoradas mediante una conexión de comunicación.

Figura 15. Sistema de Relè expandibles.


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1.3.1 Sistemas de PLC de seguridad.

Los PLC de seguridad ofrecen programación automática, alto conteo de entradas-salidas (E/S), control distribuido y un alto nivel de comunicación a las arquitecturas de seguridad. También ofrecen algunas funciones especiales que previamente no estaban disponibles en los sistemas dedicados: contadores de alta velocidad y señales analógicas. Las arquitecturas de PLC de seguridad generalmente se usan en una variedad de aplicaciones complejas de alto riesgo.

Figura 16. Controlador lógico programable


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Capitulo II. Sistema actual de protección contra incendios de la turbina de gas móvil

Los primeros sistemas de generación y distribución de energía eléctrica que se implementaron en nuestro país ya contaban con sistemas de protección contra incendios, dichos sistemas en la actualidad no son capaces de cubrir los estándares de seguridad que existen debido a que con el transcurso de los años estos sistemas se han vuelto poco eficientes ya que si bien el diseño cumple con su función ya no lo hace de manera tan eficaz como cuando fue implementado; el paso de los años ha deteriorado los componentes y al ser dispositivos de hace treinta años o más es necesario actualizar e innovar estos sistemas con las nuevas tecnologías que existen en el mercado.

Tal es el caso del sistema con el que actualmente cuenta Comisión Federal de electricidad

CFE que esta integrado por sensores de temperatura y extintores que contienen CO2, de esta manera y debido a los efectos que ocasionan las altas concentraciones de CO2 que actúan sofocando el oxigeno; sin embargo sólo se comporta de manera correctiva, por lo que satisface simplemente la extinción del fuego, sin ninguna protección sobre la turbina durante el tiempo que se tarde en extinguir.


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2.1 Generación de energía eléctrica en una turbina de gas móvil

La generación de energía eléctrica en las unidades de gas se basa en hacer girar las aspas o álabes de la turbina, mediante la fuerza de expulsión de los gases de la combustión de un energético aprovechando la energía cinética que resulta de la expansión de aire y gases de combustión comprimidos, que le proporciona el movimiento giratorio al rotor de la turbina de gas, para hacer girar un generador eléctrico que tiene acoplado, generando de esta manera energía eléctrica. Los gases de la combustión, después de trabajar en la turbina, se descargan directamente a la atmósfera.

Figura 17. Esquema de una turbina de gas

Las partes que se observan en la figura 14 están montadas en un remolque al que se le denomina “remolque de poder”, para hacer posible toda la generación de la energía eléctrica también es empleado un remolque de control, el cual se encargara de manipular la entrada de combustible, velocidad, potencia y los parámetros que rigen el buen funcionamiento de la turbina.

2.1.1 Remolque de poder

En el remolque de poder esta montada la turbina que a su vez esta acoplada con el generador eléctrico, es aquí donde es colocado el sistema de protección contra incendios el cual se constituye de sensores ubicados estratégicamente, inyectores de descarga, cilindros de CO2, etc. Mismos que se describirán posteriormente, ya que es sobre este remolque donde se estudiara todo el control para la protección contra incendios.

2.1.2 Remolque de control

En el remolque de control llegan las señales de comportamiento del equipo en campo es decir del remolque de poder, mismas que son monitoreadas por el personal operativo para el control propio, en dicho control se manipula el ingreso de combustible a la turbina.


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2.2 Descripción del sistema actual de protección contra incendios en la turbina de gas.

El sistema de protección contra fuego extingue incendios por el efecto que genera la

reducción del oxigeno contenido en el aire del cuarto o remolque.

Figura 18. Vista lateral de la turbina de gas móvil (tercera dimensión).

El dióxido de carbono (CO2) es almacenado en cilindros de acero y suministra los respectivos sistemas de distribución, por medio de un sistema de tuberías, que conducen el CO2 hacia los inyectores de descarga en las áreas protegidas. En el remolque de control el combustible se expide y el sistema hidráulico también se encuentra ubicado en este remolque, estos son equipados con un juego de detectores térmicos a 325 °F y un inyector de descarga de CO2. El cilindro proporciona 150 lb de CO2 un suministro común para ambas piernas de este sistema.

En el remolque de poder, los cilindros de 275 lb de CO2 son las fuentes de poder, mientras

dos juegos de detectores de temperatura a 450°F y dos inyectores de descarga están localizados estratégicamente en el área de turbina de gas.

La activación para cualquier sistema ocurre por cada uno

de estos respectivos detectores térmicos o por el switch de disparo manual adaptado en el panel de la turbina de gas en el remolque de control. Una señal eléctrica para cada uno de estos dispositivos abiertos les corresponde descargas sobre las cabezas montadas en la válvula del cilindro vertical. El CO2 es disparado a presión por la boquilla de descarga del sistema. En el modo manual de activación de cada sistema de almacenamiento de cilindros es posible tirar del pasador de disparo en el control eléctrico de las cabezas. En 15 segundos de retardo se cierran las persianas y se descarga el CO2, la distribución es provista por un dispositivo neumático que en cada sistema es una advertencia personal. Este retardo anulado por un switch de paso en el dispositivo. Las segundas cortinas de aire frio se cierran al dispararse la presión, para así sofocar el oxigeno contenido en el recinto.

Figura 19. Cilindros de CO2


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El sistema de protección contra incendios esta constituido por inyectores de descarga, los

cuales se encargaran de permitir que el CO2 sea esparcido sobre el área afectada.

Figura 20. Inyector de descarga 2.2.1 Descripción de operación

En caso de incendio actualmente el sistema de extinción mediante CO2 opera de la siguiente

manera:

1. El sistema de incendio es activado por un detector automático o por un interruptor manual.

2. Se acciona la alarma contra incendio. 3. La cabeza de la válvula del cilindro descarga el CO2 4. El motor y el enfriamiento por aceite de turbina libre soplan sobre el recinto. 5. Enciende la alarma de incendio del anunciador 6. Las válvulas de fuego se cierran. 7. La válvula de fuego del anunciador cerrada se enciende.

Sistema Secundario de Alarma Contra Incendios

1. Unidad de salida vía 86G 2. El cierre de principio para la unidad ocurre en la vía AR-2 del relevador 3. Quince segundos después el CO2 es lanzado al recinto afectado 4. Sobre el lanzamiento del CO2 a presión los apagadores secundarios del aire de

enfriamiento son cerrados (persianas).

2.2.2 Reajuste Del Sistema

1. El cilindro de almacenaje del sistema de protección contra incendios debe ser recargado completamente o los componentes sustituidos en el sistema, antes de ser iniciada alguna


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operación en el remolque, además reajustado de acuerdo con el manual de operación y mantenimiento.

2. Para reajustar apagadores del aire de enfriamiento y el sistema secundario de alarma contra incendio:

• Quite la tapa de lanzamiento de la presión y la baje las pantallas de la jaula. • Levante el apagador del fuego y pase el lazo del cable por la abertura • Pase el lazo del cable sobre la barra del actuador • Vuelva a montar las pantallas de la jaula y la cubierta del tiempo • Repita el procedimiento para otros apagadores de fuego • Reajuste las válvulas de fuego

2.2.3 Dióxido De Carbono Como Agente Extintor

El CO2 es normalmente incoloro a excepción de cuando se realiza la descarga ya que forma una nube de vapor, si este es inhalado en pequeñas cantidades únicamente produce efectos muy similares a tomar un refresco.

El CO2 es un agente no conductor y no corrosivo, en caso de fuego es rápidamente extinto debido a que el CO2 reduce el oxigeno contenido en la atmosfera para así sofocar el fuego, debido a las altas concentraciones de CO2 en la atmosfera, además de esto el CO2 es preferido también por su efecto enfriante.

2.3 Descripción Del Equipo El sistema de protección contra incendio esta compuesto principalmente de una fuente de

dióxido de carbono CO2 en cilindros, un sistema de tuberías para la distribución del dióxido de carbono, inyectores de CO2 y sensores de temperatura los cuales enviarán la señal para enviar la descarga a tiempo.

2.3.1 Equipo Primario Cabeza de control eléctrico. La cabeza de control eléctrico esta montada a un lado de la válvula del cilindro, en caso de

fuego los sensores de temperatura enviarán la señal para operar la cabeza de control eléctrico, el embolo de la válvula enviara una señal y abrirá el piloto de la válvula del cilindro para comenzar la descarga, al realizarse una inspección visual se puede observar que el control de la cabeza tiene una posición “set” o “released” una palanca para operación manual esta montada en el control de la cabeza.

Montaje del cilindro y la válvula El dióxido de carbono se encuentra en estado liquido en cilindros de acero bajo presiones de

las 850 lb/pulg2 a 70°F el contenido es retenido dentro de los cilindros por medio de una válvula, el principio de operación de esta válvula es para utilizar la presión dentro de los cilindros y poner en libertad en dióxido de carbono cuando la cabeza de control sea accionada, el gas a presión es


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conducido a través de los conductos de la válvula para activar el pistón y accionar la carrera del mismo liberando completamente el contenido de los cilindros

Descarga de la cabeza La descarga de la cabeza esta montada encima de la válvula del cilindro la cual transmite la

presión requerida para abrir la válvula principal de paso, la descarga de la cabeza es también la válvula de escape para el dióxido de carbono.

Sensores de temperatura Los sensores de temperatura tienen contactos normalmente abiertos y ellos mismos se

resetean después de ocurrido el incendio, el calor del fuego ocasionan que los contactos se cierren completando el circuito eléctrico el cual energiza el control de la cabeza eléctrica, después el control de la cabeza acciona los contactos internos abiertos de esta manera removiendo el potencial del control de la cabeza.

Figura 21. Sensor de temperatura. Boquillas Las boquillas son diseñadas para distribuir el gas suavemente y uniformemente con un

mínimo de turbulencias, las válvulas contienen orificios internos que ayudan a eliminar la obturación de los poros originado por sustancia externas.

2.3.2 Accesorios Para El Equipo • Interruptores de presión • Alarmas • Sirenas accionadas por presión • Interruptor de control remoto


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2.4 Distribución de los componentes del sistema de protección contra incendios

ubicado en la turbina de gas movil. Los componentes que integran el sistema de proteccion contra incendios que estan

implementados en la turbina de gas movil, cuentan con una ubicación estrategica para su correcto funcionamiento, pese a lo anteriormente mencionado por el paso de los años se ha deteriorado el sistema por lo que no son lo suficientemente eficaces; los inyectores de descarga tienen una ubicación predeterminada para el agente extintor (CO2) se esparcido por toda el area afectada.


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Figura 22

. Plano

de ub

icación de lo

s compo

nentes del sistema de protección contra in

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ios en la tu

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óvil.

En el siguiente plano se muestra la distribucion presente actualmente de los componentes.


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2.5 Desventajas del sistema de protección contra incendios utilizado actualmente. Históricamente, la seguridad y la productividad de la planta han estado en oposición. Con

los últimos desarrollos en productos de seguridad de máquinas, esto ha cambiado. En el pasado, la seguridad de las máquinas se consideraba un costo; ese concepto ha evolucionado y actualmente la seguridad se considera como una inversión que puede aumentar la productividad, dando así la búsqueda de nuevos sistemas que cumplan con tecnología así como eficacia, calidad y que resulten productivos al proceso en que serán implementados.

Lo anterior da lugar ha analizar los principales inconvenientes del actual sistema de

protección contra incendios con el que cuenta Comisión Federal de Electricidad, es importante citar que su desventaja primordial es que es obsoleto, aunque, si bien cumple con el objetivo primordial, el cual es extinguir el incendio; no obstante en cuanto a tiempo de respuesta y cumplimiento de normas actuales se refiere carece de eficiencia. La eficiencia es una parte clave para los sistemas de protección contra incendios, ya que con el se prevendrá en la probabilidad posible que el incendio se produzca.

Las desventajas primordiales que tienen lugar a ser citadas son: • Posible reemplazo de maquinaria en forma parcial o total, en caso de que ocurra el

siniestro. • Pérdidas humanas. • Mayor costo. • Tiempos muertos. • Incumplimiento de las normas actuales sobre protección contra incendios. Con el fin de buscar seguridad, calidad, eficiencia, eficacia y vanguardia en tecnología, se ha

pensado en actualizar el control del sistema de protección contra incendios, con la finalidad de que se actué en tiempo y forma, con la idea de salvaguardar la protección del personal en campo así como de el material, en este caso la turbina de gas móvil. Para hacer posible lo anteriormente citado y a través de un análisis especifico se implementará un controlador lógico programable (PLC) de seguridad, ya que esta diseñado con CPU redundantes en un controlador, tiene salidas con monitoreo incorporado, cumple con los más recientes estándares de seguridad globales y usa software de programación gráfica. Además, estos PLC’S están diseñados para aplicación en sistemas con nivel 3 de integridad de seguridad (SIL 3) según IEC 61508.

Con la implementación del control del sistema de protección contra incendio y la

reingeniería que se le diseñará al propio, se obtendrán mejoras sustanciales en diversos aspectos; ya que se tomarán las medidas de seguridad necesarias para garantizar que el sistema no solo actué en caso de incendio sino que también realice acciones preventivas para ofrecer mayores garantías de seguridad, es importante recordar que un mantenimiento preventivo bien ejercitado, garantiza mayor tiempo de vida en el sistema, así como la prevención máxima de siniestros.

Al analizar las nuevas tecnologías existentes en el mercado para el control de sistemas de

protección contra incendios, se observa que es de real importancia el innovar el sistema actual, ya que con esto se lograra una mejora sustancial en el sistema.


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Tomando en cuenta todas las situaciones que se podrían suscitar en campo, se garantiza mayor seguridad y un óptimo desempeño de la planta generadora, ya que seria adapta para cualquier lugar geográfico. La innovación traerá consigo un mayor tiempo de vida para la totalidad del equipo. Se puede decir entonces que la implementación de nuevas tecnologías es una estrategia para la disminución de incendios, por tanto menores perdidas humanas y/o materiales.


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Capítulo III Selección del equipo

La naturaleza del proceso y operación que se llevan acabo dentro de una turbina de gas

móvil, implican riesgos de ocurrencia de incidentes industriales, entre estos se destacan por su magnitud los incendios. Por lo anteriormente mencionando y con el propósito de aumentar el nivel de seguridad en las instalaciones, es necesario contar con sistemas automáticos de detección, que permita aumentar la velocidad de respuesta para el combate del siniestro mediante la operación automática del sistema fijo para protección contra incendios, con ello se disminuirán significativamente los daños al equipos, ahorro de agentes requeridos para la extinción y la salvaguarda de los recursos humanos y materiales.

Para contar con un sistema de control de protección contra incendio que satisfaga los

protocolos de seguridad establecidos por normas, es necesario conformar los requisitos que deben cumplirse en la implementación y adquisición de los equipos correspondientes al sistema de protección contra incendios, es decir, deben de cumplir en forma técnica y de seguridad con lo que nos exige las operaciones realizadas dentro de la turbina de gas móvil. Considerando lo anterior es necesario efectuar un análisis exhaustivo de los equipos como son: sensores, megafonía y señalización y Controladores Lógicos Programables de seguridad (PLC) que están presentes en el mercado para posteriormente efectuar la selección correcta del equipo.


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3.1 Selección del equipo de control La selección del equipo de control esta constituida por el estudio de sensores de detección

de llamas IR, sensores de humo, megafonía, señalización y PLC de seguridad. Las descripciones y especificaciones de cada elemento de control proporcionan la

información necesaria para tomar decisiones fundamentadas, es decir, ayudan a saber si es optimo utilizar el tipo de elemento previamente elegido, tanto por el tiempo de vida, ambiente de trabajo y compatibilidad con otros elementos del control.

3.1.1 Selección de la Megafonía y señalización Para la selección de la megafonía y la señalización fue tomada en cuenta la marca Allen

Bradley ya que están hechas de material resistente al medio en que serán instaladas, además de que son compatibles con el resto del control implementado.

Las columnas luminosas Control Tower™ de 70 mm serie 855T de Allen-Bradley, que

fueron elegidas, ofrecen una mayor flexibilidad, fiabilidad y productividad, está diseñado para reducir el tiempo de instalación, configuración, mantenimiento y reparación, con la consiguiente reducción del costo.

Características comunes a la serie 855T de 70 mm: • Tres opciones de montaje sobre la base: montaje

sobre una superficie donde se requiera una altura mínima; en barra, para aumentar la visibilidad y lateral, para superficies verticales de equipos y paredes.

• Seis colores de elementos luminosos: rojo, ámbar,

verde, azul, amarillo y transparente. • Cinco opciones de iluminación: incandescente fijo o

intermitente, lámparas de LED fijas o intermitentes y luces de destellos

• Cuatro gamas de tensión para una variedad de

aplicaciones de señalización: 12 V CA/CC, 24 VCA/CC, 120 V CA y 240 V CA

• Los colores base de la carcasa pueden ser negro o gris

para que puedan adaptarse a prácticamente cualquier Figura 23. Columnas luminosas configuración comercial o industrial

• Configuraciones de las columnas de 1 a 5 módulos


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Tipos de entornos en los que es posible su instalación. Las columnas luminosas Control Tower™ están clasificadas como IP65 y UL tipo 4/4X/13

para condiciones ambientales de suciedad, humedad y corrosión. Son resistentes al agua, la corrosión y el aceite, aspecto crítico en los sectores de pasta de madera y papel, automoción, procesamiento de alimentos y embalaje.

Todos los componentes están homologados en las normas UL, cUL y CE. En las columnas luminosa Allen-Bradley sólo se usa policarbonato industrial de alto grado y

gran capacidad para construir los módulos y bases. Su alta calidad y enorme fiabilidad se traducen en un rendimiento de gran duración.

Control y una monitorización eficaces. Las columnas luminosas Control Tower™ de 70 mm son duraderas, fiables y eficaces.

Proporcionan organización al proceso de fabricación gracias al control y la monitorización automáticos. Para ayudar a reducir los tiempos de inactividad, señalizarán la presencia de un agente que haya sido detectado por el conjunto de sensores propios del sistema.

Se mejora la seguridad alertando inmediatamente al operador de cualquier peligro. Las soluciones de señalización luminosas se han diseñado para proporcionar confianza y tener un registro de seguimiento probado que se ajuste a las necesidades de la automatización.

Instalación La instalación sólo requiere el montaje de la base en una superficie y el cableado al borne de

conexión. Las bases de montaje no son específicas para cada tensión, sólo se tiene que elegir una tensión para todos los módulos de una columna. La columna puede agruparse hasta en 5 módulos con tres tipos de montaje. Los módulos se colocan en los puntos de alineación, se giran para colocarlos en la posición de enclavamiento. No se necesitan herramientas. Además, el sistema de señalización desconecta la alimentación cuando retira un módulo, permitiendo una instalación y un mantenimiento seguros y fáciles en cualquier momento.

Estas columnas luminosas fueron seleccionadas por la gama de tensiones, por el tipo de

entorno en que se puede implementar, cumpliendo así con los requisitos que exige el sistema. 3.1.2 Justificación de la selección Las columnas luminosas Control Tower™ de 70 mm serie 855T de Allen-Bradley, han sido

elegidas tanto por su material (punto muy importante a considerar por el lugar donde se instalaran), como por las tensiones que permite para ser instalado, sus dimensiones son aptas para su uso.


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3.2 Selección de los sensores del sistema de detección Para el sistema de detección contra incendios se requiere la implementación de dos tipos

distintos de sensores para su composición los cuales serán sensores de llama IR y sensores de gas o también llamados en capitulo anteriores sensores de humo, en esta parte se estudiaran las características de los detectores que fueron elegidos, mismos que satisfacen las necesidades que exige el sistema.

Esta selección estará basada primordialmente en la tabla 2 la cual es una guía que permitirá

saber que sensor es el adecuado.

Tabla 1. Guía básica para seleccionar el tipo de detector


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3.2.1 Sensor de llamas IR Multiespectro IR X3301 El detector utiliza la señal que procesa algoritmos apoyados por un microprocesador

integrado 32 bits para proporcionar la protección continua en la presencia de fuentes de falsa alarma y ambientes presentes con el infrarrojo de radiación.

Figura 24. Sensor IR X3301

Es conveniente para los usos de interior y exteriores que requieren el nivel más alto de

rechazamiento de falsa alarma y que activan el funcionamiento de detección. El detector está disponible en aluminio o en acero inoxidable tipo 316, para la instalación en los ambientes más ásperos.

El detector ofrece una alarma contra incendios estándar y relevadores auxiliares, con salidas

aisladas de 4 a 20 mA. El X3301 proporciona un funcionamiento superior en aplicaciones extremistas, y donde la

radiación infrarroja es una condición normal: • Hangares • Plataformas de producción • Barcos de producción • Refinerías • Instalaciones de Producción • Estantes que Cargan • Estaciones de Compresor • Recintos de Turbina La tecnología Protect IR destaca: • Certificado a múltiples tipos de combustible. • Amplia gama de detección. • Nuevo juego estándar para cono de visión. • Máximo rechazamiento de falsa alarma. • Detección de llama Confiable con fondo modulado IR.


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• El Microprocesador controla la óptica con calefacción. • La comprobación automática de calibracion óptica para cada sensor elimina la necesidad de probar con la lámpara externa de prueba. • Alto EMI e inmunidad RFI. • Acontecimiento con tiempo y sello de fecha. • Certificaciones Internacionales. • Compartimento de alambrado Integral para facilidad de instalación. 3.2.1.1 Justificación de Selección Este detector se ha seleccionado por que cuenta con las especificaciones necesarias para ser

implementado en el remolque, no se vera afectado por las condiciones ambientales ahí presentes, es decir, no afectaran su funcionamiento; es importante considerar que tiene un elevado grado de rechazamiento a falsa alarma.

3.2.2 Sensor de humo El detector de humo Det-Tronics U5005 es un dispositivo de protección es de lo más

reciente que se ha diseñado para áreas en ubicaciones arriesgadas industriales y comerciales. El detector es diseñado para manejar con eficacia tanto sin la presencia de llama como con la presencia de fuegos de combustión. Los usos típicos que usan el U5005 incluyen:

• Instalaciones de almacenaje combustibles • Fabricación de Municiones • almacenaje de químicos volátiles • Plantas de tratamiento químico • Refinerías de petróleo • Recintos de Turbina El detector de humo fotoeléctrico usa un diodo de emisión infrarrojo (IRED) y una luz que

siente la célula fotovoltaica arreglada en una asamblea de laberinto. El laberinto permite accesos libres a humo, pero restringe la luz externa. A causa de su

función crítica a la operación del detector, cada IRED es seleccionado con el cuidado extremo y es sujetado a pruebas de pre-producción rigurosas para asegurar la fiabilidad a largo plazo y el funcionamiento.

Durante la operación normal (ningún humo), el detector prueba el aire aproximadamente

cada cuatro segundos para el periodo de menos de un milisegundo. La célula de humo fotovoltaica, que es colocada en un ángulo a la fuente luminosa pulsada invisible, es sensible a la luz infrarroja en la frecuencia especificada emitida por la fuente luminosa IRED y es diseñada para recibir una señal sólo cuando la fuente pulsada IRED es activada.


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Figura 25. Corte transversal de la cámara sensando

El detector responderá a un fuego lento que arde sin llama cuando el humo en la cámara alcanza el ajuste de sensibilidad predeterminado, típicamente el 2.3 %.

Si el fuego que se presente es ardiente, incluyendo fuegos en líquidos inflamables y otros

materiales como los plásticos que generan el humo negro, el movimiento rápido de modo anormal de humo en la cámara de detección es sentido por una tarifa especial que compensa el circuito. Un aumento del humo dentro de la cámara de detección que excede una tarifa predeterminada hace que el circuito de compensación de tarifa aumente la intensidad de la fuente luminosa, que aumenta la sensibilidad de detector. Si el humo sigue construyendo en esta tarifa, un circuito de amplificador es provocado y la unidad genera una alarma. Si no, el detector vuelve a la sensibilidad normal en atmósferas normalmente ahumadas el detector no entrará en la alarma mientras la concentración es menos que la sensibilidad fija del detector. Esto causa una respuesta sensible y positiva con el potencial más bajo para alarmas no deseadas.

El recinto principal del detector contiene el trazado de circuito electrónico, el relevo

despertador, y el relevo de supervisión. Operación de seguridad Para asegurar la operación confiable, el U5005 es equipado con el circuito de

autocomprobación. Un fotodiodo de regulación, que es emparejado al circuito de detección de humo, continuamente supervisa la intensidad de salida del IRED y lo ajusta como es necesario para compensar una acumulación de polvo u otros contaminantes, o cualquier otra variación que puede ocurrir con la temperatura y el tiempo. Un relevo de supervisión de poder en el detector proporciona una señal de salida de problema en caso de un fracaso de poder de entrada.

El detector usa la filtración extensa contra RF y la interferencia transitoria. Además, vez el

retraso antes de que una alarma sea generada. La tarjeta de circuitos impresa dentro del detector es cubierta para reducir al mínimo la

posibilidad de problemas causados por la acumulación de humedad.


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Salidas del sensor El detector proporciona un juego de Forma A (SPST) contactos normalmente abiertos NA

para la conexión al trazado de circuito de salida despertador y un juego de SPST contactos normalmente cerrados NC para la supervisión de las entradas. También proporcionan un juego auxiliar de Forma C (SPDT) NA/NC contactos de relevo despertadores para controlar dispositivos de anunciación remotos.

Salida de alarma La salida despertadora activa la barra del detector en caso de una alarma y un LED,

localizado sobre la superficie externa del alojamiento, se ilumina para proporcionar una indicación visual que una condición activadora ha ocurrido. El detector es reinicializado momentáneamente interrumpiendo el poder de entrada.

4.2.2.1 Justificación de la selección

Este detector se ha seleccionado por que cuenta con las especificaciones necesarias para ser implementado en el remolque, no se vera afectado por las condiciones ambientales ahí presentes, es decir, no afectaran su funcionamiento; es importante considerar que tiene un elevado grado de rechazamiento a falsa alarma. Esta fabricado para ser utilizado en zonas de alto riesgo.


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3.3 Selección del Sistema de extinción mediante CO2.

Los sistemas de extinción de incendios usan gases naturales inertes para sofocarlos. Básicamente son usados donde los incendios que han comenzado deben ser extintos rápidamente, y donde es esencial prevenir subsiguientes daños provocados por los efectos de los agentes de extinción o de residuos.

En los sistemas de gases, la descarga es provocada automáticamente por la detección del fuego, aunque también puede ser activada manualmente. Una vez provocada la alarma y transcurrido el retardo programado, se produce la descarga de gas en la zona del incendio. Las compuertas de ventilación y puertas se cerrarán para prevenir que entre aire y/o que se escape el gas extintor, perdiendo de esta manera su capacidad de acción.

Los sistemas de gases son especialmente adecuados para áreas que contengan combustibles líquidos u otros materiales que se comporten de forma similar en presencia del fuego, y para áreas que contengan equipos u objetos de alto valor que puedan ser dañados si se utilizan otros agentes extintores.

Para realizar una adecuada elección del sistema de extinción es necesario elegir cada componente que a este integra, así se lograra conformar un buen sistema de extinción mediante gas CO2. A continuación se presenta la selección de cada elemento.

3.3.1 Cilindros CO2 FIKE Corporation Los cilindros pueden ser utilizados solos o en conjuntos múltiples según sea necesario. Los

cilindros de dióxido de carbono (CO2) son equipados con tubos de sifón para permitir una descarga llena del agente CO2. El cilindro debe ser montado en forma vertical y derecha. No permiten su montaje horizontal. Sobre la instalación, los cilindros serán asegurados usando correas de cilindro o un arreglo conveniente.

Figura 26. Cilindro CO2


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Están disponibles en 50, 75, 100, 275 libras. (22.7, 34 y 45.4 kg.). Especificaciones: Material : Acero Pintura: Esmalte color rojo de aceite, base Tamaño de hilo: 1-11 1/2 NGT, Hembra 3.3.2 Válvula Los cilindros de Dióxido de carbono son equipados con una válvula para sostener al agente

CO2 en el cilindro hasta que sea requerido.

Figura 27. Boquilla Las válvulas de cilindro son cuerpos forjados de cobre. La presión de impulsión requerida

para abrir la válvula es 850 lb/pulg2. Todas las válvulas son equipadas con un disco de alivio de seguridad que romperá si la presión de cilindro excede 3000 psi (20,685 kPa) y un puerto piloto que es utilizado para dos objetivos:

• Llenar el puerto para cargar el cilindro. • El puerto de Actuador tanto para el manual / funciones de liberación mecánicas como para

eléctricas La válvula puede ser instalada como una válvula de amo (maestro) instalando el 12V o 24 V

de corriente continúa. Operación La válvula del cilindro esclavo es accionada cuando la presión de vuelta de CO2 del

colector de la tubería pasa a través del puerto de descarga de la válvula enviando presión a la parte superior de la cámara del pistón. Debido a la superficie mayor del pistón, la presión empuja el sello principal hacia abajo y permite el paso al CO2 para descargar por el puerto de descarga en el sistema de tubería.


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El Cilindro de Válvula de Amo (Maestro) es actuado cuando la presión de CO2 en el cilindro

es enviada al puerto de presión superior por el puerto piloto.

Figura 28. Mecanismo de la válvula Especificaciones: Materiales: Válvula - Puerto Piloto De cobre - Acero inoxidable Maneja Presiones de: 100 a 110 psi (689 a 758 kPa) Paquete de impulsión de cilindro amo o maestro La Válvula de Cilindro de Amo (Maestro) de Dióxido de carbono Fike puede ser actuada

por dos métodos de operación: • Manual / actuador Mecánico · • Actuador Eléctrico solenoide (12V o 24V corriente continua) El paquete de impulsión de Cilindro de Amo(Maestro) 12V y 24V de corriente continua

contiene los artículos siguientes: • Solenoide eléctrico de 12V o 24 V de corriente continua • Actuador Manual • (2) Mangueras Flexibles de Acero inoxidable • El conector de Acero inoxidable • (2) 1/4" (8 mm) X 90o codos de cobre El solenoide es compatible con el Fike SHP, el Rinoceronte, Intella-explora II, y el

Guepardo paneles de control de multiárea. Un actuador manual es proporcionado para local "anulan" objetivos.


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Para usos diversos de cilindros, los actuadores manuales pueden ser unidos (conectados) juntos para proporcionar la descarga simultánea de los cilindros amo.

Para el servicio, el mantenimiento y objetivos de inspección, el paquete de impulsión de amo

puede ser quitado de la válvula / el cilindro incluso cuando el cilindro es lleno. 3.3.3 Justificación de la selección

Para el sistema de extinción fue seleccionado dióxido de carbono (CO2) como agente extintor, este extingue el fuego mediante la reducción de oxígeno dentro del local desde el 21% hasta por debajo del 15%, la mayoría de incendios se extinguen cuando el nivel de oxígeno se reduce hasta el 15% aunque en algunos casos se necesita bajar aun más el contenido del CO2 para asegurar la extinción completa.

Con lo anterior se puede concluir que el sistema de extinción mediante gas CO2 es el óptimo para el sitio donde será implementado, debido a sus condiciones y su manera de operación. Los sistemas de CO2 con componentes de Fike Corporation ofrecen amplia seguridad de respu

instituto politÉcnico nacionalpara el nuevo control del sistema de protección contra incendios....

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