Escola Politécnica Superior
TRABAJO FIN DE MÁSTER
CURSO 2016/17
REMOLCADOR ROMPEHIELOS 100TPF
Máster en Ingeniería Naval y Oceánica
Cuaderno 12
2
Escola Politécnica Superior
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA NAVAL Y OCEÁNICA
ANTEPROYECTO Y PROYECTO FIN DE CARRERA
CURSO 2.016-2017
PROYECTO NÚMERO 17- 28
TIPO DE BUQUE: Buque remolcador rompehielos de 100 TPF OPERACIONES EN PUERTO CON ALTO NIVEL DE HIELO PARA ESCOLTA DE GRANDES BUQUES Y OPERACIONES ROMPEHIELOS
CLASIFICACIÓN, COTA Y REGLAMENTOS DE APLICACIÓN: REGISTRO RUSO, KM, SOLAS, MARPOL, DYNPOS-1, Icebreaker6, FF3WS, AUT1-ICS, OMBO, EPP, ECO-S, Oil recovery ship (>60°C), Tug
CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA: 100 TPF 2000 TPM 400 M2 DE SUPERFICIE DE
CUBIERTA
VELOCIDAD Y AUTONOMÍA: 15 nudos en condiciones de servicio 80% MCR y 18% MM
SISTEMAS Y EQUIPOS DE CARGA / DESCARGA: Maquinilla de remolque en cubierta y
en proa. Grúa en cubierta
PROPULSIÓN: Diésel eléctrica MDO, AZIPODS EN PROA Y POPA, 10 MW DE POTENCIA
TRIPULACIÓN Y PASAJE: 30 personas de tripulación 40 náufragos
OTROS EQUIPOS E INSTALACIONES: Los habituales en este tipo de buques
Ferrol, Octubre de 2.016
3
Í
NDICE
1. Presentación…………..……….……...5
2. Equipos de Amarre y Fondeo………...………..6
2.1 Anclas y Cadenas………..7
2.2 Caja de Cadenas, Escobén y Gatera……….8
2.3 Molinete de Anclas y Cabirones………..9
2.4 Chigres de Amarre………...10
2.5 Otros Equipos………...11
3. Dispositivos y Medios de Salvamento……….12
4. Sistemas de Lastre……….16
5. Sistemas de Achique y Sentinas………..19
6. Sistemas de Carga y Descarga………21
7. Sistema de Contra Incendios………23
7.1 Indicaciones por Notas de Clase………..23
7.2 Medios de Protección Activa: Detección y Alarma……….24
7.3 Medios de Protección Activa: Instalación de Extinción de Incendios………..26
7.4 Sistema Fijo de Extinción Mediante Agua Nebulizada………..41
7.5 Sistema Fijo de Extinción Mediante Agua Nebulizada en el Buque Proyecto…...43
7.6 Sistema para la Lucha Contra Incendios (FiFi)………..50
8. Equipos de Navegación y Comunicaciones………...55
8.1 Indicaciones por Notas de Clase………..55
8.2 Equipos de Navegación………..57
8.3 Equipos de Comunicación………..57
8.4 Sistema de Posicionamiento Dinámico………59
9. Equipos de Maniobrabilidad y Gobierno……….61
10. Sistema de Ventilación………63
10.1 Cámara de Máquinas………63
10.2 Espacios de Carga………63
11. Sistema de Aire Acondicionado……….…66
12. Equipos de Elevación y Mantenimiento………68
13. Sistema Sanitario……….69
13.1 Planta de Tratamiento de Aguas Residuales………...69
13.2 Servicio de Agua Dulce……….70
14. Fonda y Hotel………78
14.1 Cocina y Gambuzas………..78
14.2 Hospital………78
4
14.4 Sala de Conferencias………78
14.5 Gimnasio……….78
14.6 Lavanderías………79
14.7 Cuarto de Limpieza………79
14.8 Tratamiento de Residuos……….79
15. Equipos Específicos del Buque………..80
15.1 Remolque………80
15.2 Salvamento……….87
15.3 Lucha Contra la Contaminación………..88
15.4 Remolque de Icebergs………100
ANEXO I: Plano de Disposición General………..102
ANEXO II: Plano de Cámara de Máquinas……….………..104
ANEXO III: Tabla de Tanques……….………...106
ANEXO IV: Plano de Cálculo de BIEs………..108
ANEXO V: Buques de Referencia……….…110
ANEXO VI: Equipos de Salvamento……….………123
ANEXO VII: Equipos FiFi………..…..131
ANEXO VIII: Catálogos de Ventiladores………..……140
ANEXO IX: Catálogo de Grúas de Cubierta………155
ANEXO X: Equipos Sanitarios………..……165
ANEXO XI: Equipos de Remolque………..….170
ANEXO XII: Equipos de Lucha Contra la Contaminación………...….175
ANEXO XIII: Equipos de Remolque de Icebergs………...……181
ANEXO XIV: Catálogo de Tuberías HASTINIK.……….190
5
1.
P
RESENTACIÓN
En este cuaderno se hará una descripción de los equipos y servicios del buque, así como una justificación de sus características.
Para justificar los cálculos de áreas y volúmenes, se presentarán anexos los planos de disposición general y el de cámara de máquinas.
El contenido del cuaderno será el siguiente: - Equipo de amarre y fondeo.
- Dispositivos y medios de salvamento.
- Servicios de lastre, achique y carga / descarga. - Sistema de contraincendios.
- Equipos de navegación y comunicaciones. - Equipos de gobierno y maniobra.
- Sistema de ventilación.
- Sistema de aire acondicionado.
- Equipos de elevación y mantenimiento. - Servicio sanitario.
- Equipos de fonda y hotel. - Equipos específicos del buque.
Las dimensiones principales del buque son:
Sus características principales son la de rompehielos y la de remolcador. A mayores, este buque tiene sistemas de succión de aceites en la superficie del mar, cuenta con equipo de rescate y con equipos para combatir incendios en otros buques.
Lpp (m) 58,25 ∆(Tn) 4495
Ltotal (m) 66,60 Cb 0,66
B (m) 16,20 Potencia (kW) 10660
D (m) 8,00 Vel. Servicio (nudos) 15
6
2.
E
QUIPOS DE
A
MARRE Y
F
ONDEO
En este apartado se incluyen los equipos para el fondeo, maniobra de anclas, anclas, estachas de amarre…
El número de anclas y su peso, estachas, anclas de respeto… se definen a partir Número de Equipo, que se incluye en los reglamentos de las Sociedades de Clasificación. En el Reglamento Ruso se define como:
Teniendo en cuenta que el buque es un remolcador, utilizaremos la fórmula del apartado 3.2.2. Siendo:
∆= Volumen desplazado en m3 al calado de verano (Cuaderno 9).
Tv=6,34 m ∆ = 4385,36 m3
B = Manga de trazado. B = 16,20 m
a = Distancia desde el calado de verano al punto más alto de la cubierta superior. Medido en el plano de disposición general que se adjunta en el ANEXO I.
a = 1,66 m.
hi = altura de cada piso de superestructura que se extienda más de 0,25·B. Las
alturas de las distintas cubiertas se calcularon en el Cuaderno 7.
bi = manga correspondiente de cada cubierta de superestructura. En este caso, todas
las cubiertas de superestructura, incluido el puente de gobierno, se extienden de manga a manga.
A = Área del perfil longitudinal del buque por encima del calado de verano en m2. Se
calcula en el perfil longitudinal del buque con ayuda de AutoCAD. A = 574 m2
Calculados todos los valores, procedemos a calcular el Número de Equipo:
∆ 2 ∗ ∗ ∗ 0.1 ∗ 833
Con este valor se accede a las tablas correspondientes del reglamento:
Número de cubierta 1 2 3 4 5
h (m) 2,6 2,6 2,6 3,3 2,9
b (m) 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2
7
El valor calculado (NE = 833) se encuentra entre 780 y 840, por lo que obtenemos los siguientes requisitos:
- 3 anclas de 2460 kg cada una (1 de reserva).
- 467.5 m de cadena de 38 mm de diámetro (Acero de alta calidad, grado 3).
- 4 estachas de amarre de 170 m cada una y con carga de rotura de 186 kN. Se situarán 2 a popa y 2 a proa.
- La línea de remolque requerida por el numeral de equipo es de una longitud mínima de 190 m y una carga mínima de rotura (MLB) de 480 kN.
2.1 Anclas y Cadenas
La cadena del ancla está formada por 467,5 metros divididos en largos de 27,50 metros, siendo así 17 largos de cadena, se usarán 18 largos para estibarlos simétricamente, situados 9 en babor y 9 en estribor.
8
2.2 Caja de Cadenas, Escobén y Gatera
CAJA DE CADENAS
Son recintos cerrados en los que se estiba la cadena no utilizada o cuando no se está utilizando el fondeo.
- El volumen necesario para la caja de cadenas puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
ú 0,082 ∗ ∗ ∗ 10 0,082 ∗ 38 ∗ 247,5 ∗ 10 ,
Siendo:
o d= diámetro de la cadena en mm (38 mm)
o L= longitud de la cadena estibada en cada caja (L = 9 *27,5 = 247,5m)
- El volumen necesario para la caja de cadenas también se puede calcular mediante las siguientes fórmulas de los apuntes de la asignatura ‘Sistemas Auxiliares’, mostradas en la página siguiente:
L ≥ 25*38 =950 mm L = 1,5 m ; . ∗ tan 30º 0.43
1 . ∗ ᴨ ∗ . 0.2533 ; 2 1 2,93 0,2533 2,68 h1 1,50 m ; . ∗ ., 1,19 ; h4 0,60 m
9
ESCOBÉN
El escobén es un agujero circular que se abre en los costados del buque a un lado y otro de la roda, para permitir el paso de las cadenas de las anclas.
100 ∗ 0.03867 7.5 ∗
Siendo: =38 mm
D = 376 mm = 0,38 m
GATERA
Orificio de cubierta a través del cual pasa la cadena. Tendrá el mismo diámetro que el Escobén.
D= 0,38 m
2.3 Molinete de Anclas y Cabirones
El molinete de anclas se encarga de levar la cadena y el ancla para retirar el fondeo. A continuación calcularemos la potencia necesaria para el accionamiento del molinete. Sin embargo, tanto el molinete de anclas como los cabirones de amarre de proa irán acoplados con la maquinilla de remolque en proa, la cual demanda más potencia (Calculado más adelante), por lo que finalmente se instalará más potencia de la que calcularemos ahora.
Para el cálculo de la potencia de los molinetes se seguirá el artículo Normas prácticas para el diseño de molinetes de ancla de los autores J.C. Carral Couce y L. Carral
Couce.
10
. . 6,5 ∗ ∗ ∗ 4500 ∗
Siendo:
dc = diámetro de la cadena (mm)
vs = velocidad de izada (m/s) 9 – 11 m/s
k = coeficiente corrector. Igual a 1 para molinetes biancla rendimiento del molinete 0,4 – 0,8
. . 6,5 ∗ 38 ∗ 10 ∗ 1 4500 ∗ 0,5 ,
- Potencia instantánea:
. . 0,87 ∗ 0,02 ∗ ∗ ∗ 4500 ∗ ∗
Siendo:
Pa = peso del ancla (kg)
L = longitud de cadena (m)
rendimiento del escobén 0,5 – 0,7
. . 0,87 ∗ 2460 0,02 ∗ 38 ∗ 467,5 ∗ 9
4500 ∗ 0,5 ∗ 0,6 ,
- Potencia para zarpar el ancla del fondo:
. . 2,1 ∗ 0,02 ∗ ∗ ∗ 4500 ∗ ∗
. . 2,1 ∗ 2460 0,02 ∗ 38 ∗ 467,5 ∗ 9
4500 ∗ 0,5 ∗ 0,6 ,
La potencia final del molinete será como mínimo: PMolinete = 124,45 CV = 91,53 kW
2.4 Chigres de Amarre
Los chigres de amarre son equipos auxiliares en la maniobra de amarre que sirven para controlar la tensión de las amarras. El buque dispone de 4 estachas de amarre, por lo que contará con 4 chigres de amarre, 2 a proa y 2 a popa (Los de proa estarán montados en la máquina combinada de proa, que se dimensionará en el apartado de equipos específicos de este mismo cuaderno).
Para el cálculo de la potencia de los chigres se seguirá el artículo Normas prácticas para el diseño de chigres de carga y maniobra de los autores J.C. Carral Couce y L. Carral
Couce.
En él, se indica que la potencia requerida por los chigres de amarre se calcula de la siguiente manera:
. . 0,23 ∗ ∗
11
- vs = velocidad de izada en (m/min), igual a 20 m/min para chigres de amarre.
- T = tracción (Tn). T = 0,33 * MBL = 0,33 * 186 / 9,81= 6,26 Tn. - t = rendimiento de la transmisión, igual a 0,52
0,23 ∗ 6,26 ∗ 20
0,52 55,38 40,73
2.5 Otros Equipos
12
3.
D
ISPOSITIVOS Y
M
EDIOS DE
S
ALVAMENTO
El Capítulo III del SOLAS es el reglamento encargado de los equipos de salvamento que debe disponer un buque. Así, se deberá contar con los siguientes equipos obligatoriamente, como mínimo.
- Tripulación y pasaje: 30 tripulantes y 40 náufragos. No se entiende ninguno como pasaje, por lo que consideramos el buque como de carga (12 o menos pasajeros).
Regla 6. Comunicaciones
- 3 aparatos radiotelefónicos bidireccionales de ondas métricas. - 2 respondedores de radar, uno a cada banda.
13
- 2 sistemas de comunicaciones de emergencia portátiles y 1 sistema de alarma para convocar a pasajeros y tripulantes a los puestos de reunión y audible en todos los espacios de alojamiento de trabajo
- 1 sistema megafónico audible por encima del ruido ambiental en todos los espacios provisto de una función de neutralización.
Regla 7. Dispositivos individuales de salvamento
- Se dispondrán 8 aros salvavidas, distribuidos de la siguiente manera (En el ANEXO I se incluye el plano de disposición general):
o 2 a popa de la cubierta principal. o 1 a cada banda de la cubierta A. o 1 a cada banda de la cubierta B. o 1 a cada banda de la cubierta C.
o 1 a proa y otro a popa del puente de gobierno, en la cubierta de puente.
Los 2 aros de popa de la cubierta principal y los 2 de la cubierta C estarán provistos de una rabiza flotante de longitud mínima de 30 m.
14
- 70 chalecos salvavidas, para la totalidad de personas embarcadas (tripulantes y náufragos), de características de hasta 140 kg de peso y un contorno de pecho de hasta 1.750 mm, y 5 chalecos para niños en previsión de que algún náufrago lo necesite. Almacenados en unos armarios del pañol de trabajo situado en cubiertas. Se colocarán 6 chalecos más en el pañol de trabajo de popa de la Cubierta A y otros 6 en el pañol de proa de la cubierta B.
Siendo un total de 87 chalecos salvavidas.
- Se dispondrán de trajes de inmersión para la totalidad de los tripulantes a bordo (30) y 10 trajes de protección contra la intemperie. Almacenados en el pañol de trabajo de la cubierta A.
Regla 31. Embarcaciones de supervivencia y botes de rescate
- Se dispondrán 10 balsas salvavidas inflables, 5 a cada banda del buque repartidas entre la cubierta principal y la cubierta A, con capacidad conjunta por banda de más del 100% del número total de personas. Capacidad mínima: 70 personas
15
Se utilizarán balsas con capacidad para 16 personas (5 a cada banda, capacidad para más del 100% a cada banda), modelo Xtrem N140H, específica para navegación ártica y cuenta con certificado del registro ruso, con un peso unitario de 124 kg, se adjunta en el ANEXO VI la especificación técnica de la balsa salvavidas.
16
4.
S
ISTEMAS DE
L
ASTRE
El servicio de lastre aspira, mediante bombas, agua de mar a través de las tomas de mar. El sistema dispone un colector donde se distribuye el agua hacia los tanques de lastre.
Los tanques de lastre del buque con sus capacidades son los siguientes (Calculados en el Cuaderno 4):
En el ANEXO III se presenta una tabla del desglose de tanques del buque.
Para determinar el número de bombas necesarias se consulta el Registro Ruso (RMRS Vol. 2, Part VIII):
Se utilizarán 2 bombas de lastre, una funcionando al 100% y otra de reserva. Se supondrá que el sistema de carga/descarga se realiza en un tiempo de 3 horas. La presión de descarga de las bombas, a falta de un cálculo hidráulico para verificar pérdidas de carga a lo largo de la instalación, y basándonos en la información de las bombas de los buques de referencia, se estimará en 9 bar. En el ANEXO V se presentan algunos de estos buques, y se resumen las capacidades de las bombas en la siguiente imagen:
Tanque
Peso (Tn) Capacidad (m3)
Lastre 1 Er
31,64
30,87
Lastre 1 Br
31,64
30,87
Lastre 2 Er
9,04
8,82
Lastre 2 Br
9,04
8,82
Lastre 3 Er
19,08
18,62
Lastre 3 Br
19,08
18,62
Lastre 4 Er
61,74
60,24
Lastre 4 Br
61,74
60,24
Lastre 5 Er
89,51
87,33
Lastre 5 Br
89,51
87,33
Lastre 6 Er
11,58
11,30
Lastre 6 Br
11,58
11,30
Suma Total
445,19
434,33
La
st
re
P
o
p
a
La
st
re
P
ro
a
AG
U
A
D
E
LA
ST
R
17
Esa presión de 9 bar garantiza una presión mínima de 2 bar en la entrada del tanque. Las pérdidas de carga a las que se verá sometido el flujo a lo largo de la instalación son las debidas a:
- Salto de altura de la aspiración a la bomba. - Paso del flujo a través de la bomba.
- Salto de altura desde la bomba hasta el tanque. - Rozamientos en tuberías.
- Rozamientos por accesorios de tuberías.
El caudal necesario se calcula con la siguiente formula:
∗1
Siendo:
o Q: Caudal de cada bomba (m3/h).
o V: Volumen total de los tanques de lastre (m3). o T: tiempo de carga/descarga de los tanques (h). o N: nº de bombas que trabajan simultáneamente.
434,33
3 ∗
1
1 144,77 /
El servicio de lastre consta por lo tanto de:
- 1 bomba de 150 m3/h, con una presión de 9 bar, funcionando a pleno rendimiento.
- 1 bomba de reserva de 150 m3/h, con una presión de 9 bar.
18
Modelo Etanorm 80‐65‐135
Nº bombas servicio 1
Q unit (m3/h) 150
Q tot (m3/h) 150
P (bar) 9
rpm 2900
Potencia (kW) 52
Modelo Etanorm 80‐65‐135
Nº bombas reserva 1
Q unit (m3/h) 150
Q tot (m3/h) 150
P (bar) 9
rpm 2900
Potencia (kW) 52
19
5.
S
ISTEMAS DE
A
CHIQUE Y
S
ENTINAS
Según el Registro Ruso (RMRS Vol. 2, Part VIII):
Se dispondrán 2 bombas, una a pleno rendimiento y otra de reserva. El diámetro interno de la tubería de aspiración principal no será menor que:
1,68 ∗ ∗ 25
LReglamento = 62,32 m ; B = 16,20 m ; D = 8,00 m
1,68 ∗ 62,32 ∗ 16,2 8 25 90,24
Se tomará finalmente un diámetro normalizado de: d1 = 95 mm
El diámetro final se obtiene a partir de tuberías comerciales de acero inoxidable del fabricante HASTINIK, considerando un espesor de tuberías de 2 mm. En el ANEXO XIV se presenta el catálogo de tuberías.
El caudal de cada bomba se calcula con la siguiente fórmula:
Esta expresión asume una velocidad mínima en el colector de 2 m/s.
5,65 ∗ 10 ∗ 5,65 ∗ 10 ∗ 100 56,50 /
20
Esa presión de 9 bar garantiza una presión mínima de 2 bar en la entrada del tanque o sentina. Las pérdidas de carga a las que se verá sometido el flujo a lo largo de la instalación son las debidas a:
- Perdidas por aspiración.
- Salto de altura desde el tanque a la bomba. - Rozamientos en tuberías.
- Rozamientos por accesorios de tuberías. - Pérdidas por paso a través de la bomba.
Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO XV. Las bombas del servicio de achique y sentina son:
Modelo Etanorm 65‐50‐135
Nº bombas servicio 1
Q unit (m3/h) 57
Q tot (m3/h) 57
P (bar) 9
rpm 2900
Potencia (kW) 25
Modelo Etanorm 65‐50‐135
Nº bombas reserva 1
Q unit (m3/h) 57
Q tot (m3/h) 57
P (bar) 9
rpm 2900
Potencia (kW) 25
21
6.
S
ISTEMAS DE
C
ARGA Y
D
ESCARGA
En este apartado se calcularán las bombas de carga y descarga de los tanques de carga del buque.
Los tanques de carga definidos en el Cuaderno 4 son los de aceites hidráulicos, espumógeno y dispersante. Se presenta en el ANEXO III una tabla resumen de las capacidades de los tanques del buque.
La caracterización de las bombas de descarga se basará en bombas similares para cada tipo de carga de los buques de referencia del Cuaderno 1. En el ANEXO V se presentan algunos de estos buques, y se resumen las capacidades de las bombas en la siguiente imagen:
Tanques de Aceite Hidráulico
Volumen total de tanques: 19,76 m3
- 1 bomba de 15 m3/h con una presión de 9 bar y otra de reserva.
Tanques de Espumógeno
Volumen total de tanques: 39,52 m3
- 1 bomba de 75 m3/h con una presión de 9 bar y otra de reserva.
Tanques de Dispersante
Volumen total de tanques: 27,98 m3
- 1 bomba de 75 m3/h con una presión de 9 bar y otra de reserva.
22 - Perdidas por aspiración.
- Salto de altura desde el tanque a la bomba. - Rozamientos en tuberías.
- Rozamientos por accesorios de tuberías. - Pérdidas por paso a través de la bomba.
- Salto de altura desde la bomba hasta la toma de suministro.
Se escogen las bombas a partir del caudal con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO XV. Las bombas de carga y descarga son:
Modelo Mega CPK 32‐250 Modelo Etanorm 65‐50‐135 Modelo Etanorm 65‐50‐135
Nº bombas servicio 1 Nº bombas servicio 1 Nº bombas servicio 1
Q unit (m3/h) 15 Q unit (m3/h) 75 Q unit (m3/h) 75
Q tot (m3/h) 15 Q tot (m3/h) 75 Q tot (m3/h) 75
P (bar) 9 P (bar) 9 P (bar) 9
rpm 2900 rpm 2900 rpm 2900
Potencia (kW) 11 Potencia (kW) 25 Potencia (kW) 25
Modelo Mega CPK 32‐250 Modelo Etanorm 65‐50‐135 Modelo Etanorm 65‐50‐135
Nº bombas reserva 1 Nº bombas reserva 1 Nº bombas reserva 1
Q unit (m3/h) 15 Q unit (m3/h) 75 Q unit (m3/h) 75
Q tot (m3/h) 15 Q tot (m3/h) 75 Q tot (m3/h) 75
P (bar) 9 P (bar) 9 P (bar) 9
rpm 2900 rpm 2900 rpm 2900
Potencia (kW) 11 Potencia (kW) 25 Potencia (kW) 25
23
7.
S
ISTEMA DE
C
ONTRA
I
NCENDIOS
Para el dimensionamiento de los dispositivos de lucha contra el fuego del buque se empleará el capítulo II del SOLAS y normativa UNE.
Según el libro ‘Instalaciones de protección contra incendios’ del profesor J. Ángel
Fraguela Formoso, los medios de protección materiales de los que dispone el buque se dividen en dos tipos:
- Medios de Protección Activa: Actúan directa o indirectamente sobre uno o varios de los factores del incendio para lograr su extinción. Están constituidos por:
Instalaciones de detección y alarma.
Instalaciones de extinción de incendios.
Instalaciones auxiliares (Actuación en sistemas de ventilación, aporte de combustible, puertas cortafuegos…)
- Medios de Protección Pasiva: Sin tener una actuación sobre los factores del incendio, tienen una gran influencia sobre la cadena del incendio, ya sea de ignición, en la propagación o en las consecuencias.
A continuación se calcularán, de manera separada, los medios de protección activa relacionados con la detección y alarma del incendio, seguidos de los medios activos de lucha contra el fuego, diferenciando la zona de habilitación, la zona de cámara de máquinas y los espacios de carga.
7.1 Indicaciones por Notas de Clase
Previamente al cálculo de los medios de protección, se detallan a continuación las notas de clase del buque que afectan al sistema de contra incendios, y las recomendaciones que el Russian Maritime Register of Shipping (Sociedad de Clasificación de este proyecto) aporta para cada una de ellas.
Oil Recovery Ship (>60ºC)
Esta nota de clase hace referencia a la característica del buque de lucha contra la contaminación mediante la recogida de vertidos aceitosos en el mar con un ‘flash point’ superior a 60º C (Es decir, los gases que emanan de los hidrocarburos empiezan a arder con una temperatura superior a 60ºC). Debido a ésta característica, se debe prestar atención a los espacios de carga donde se vayan a almacenar los hidrocarburos, desde el punto de vista del sistema de contraincendios.
Se tienen las siguientes indicaciones:
- Sistema fijo de extinción de incendios mediante espuma y agua con monitores remotos en los espacios de carga.
- Válvulas de corte en las tuberías principales en intervalos de no más de 40 m. Con 2 equipos hidrantes de 70 mm de diámetro antes de cada válvula
- 2 equipos personales extra para lucha contra el fuego.
- No está permitido el uso de aluminio en el casco, superestructuras, cubiertas… - El agua utilizada solo puede ser agua recogida a través de las tomas de mar del
buque.
- Se incluirán en el puente los arrancadores remotos de las bombas de contra incendios.
- Se debe incluir un calibrador portátil del ‘flash point’ de los hidrocarburos.
24
FF3WS
Esta nota de clase hace referencia a la característica del buque de lucha contra incendios en otros barcos o artefactos flotantes, por lo que además del sistema de contra incendios propio, se deberá incluir un sistema de lucha contra incendios (FIFI).
Éste sistema se calculará al final de esta Sección 7 del presente Cuaderno.
7.2 Medios de Protección Activa: Detección y Alarma
La instalación automática de detección de incendios es aquella que descubre y señala inmediatamente, sin intervención humana, los incendios en su estado inicial y tienen por objetivo señalar, a la mayor brevedad posible, el inicio de un incendio, evitando falsas alarmas, permitiendo la puesta en marcha de medidas adecuadas para la lucha contra el fuego.
Siguiendo el libro mencionado anteriormente, los componentes básicos de una instalación automática de incendios son:
- Central de señalización y control. - Detectores
- Pulsadores
- Alarmas ópticas y acústicas:
o En la central.
o Repetidores y a distancia.
- Elementos de control y/o actuación de:
o Instalaciones de extinción de incendios. o Puertas cortafuego.
o Exutorios de humos.
o Instalaciones de climatización o ventilación. o Instalaciones eléctricas.
o …
- Energía eléctrica:
o Red. o Baterías.
Y los tipos de detectores según el fenómeno detectado y el modo de respuesta: - Detectores de temperatura (térmicos).
- Detectores de llamas (radiación). - Detectores de humos.
En cuanto a la normativa, el SOLAS (Capitulo II-2, Parte C, Regla 7) indica que la instalación deberá satisfacer las siguientes prescripciones funcionales:
- La instalación de detección y de alarma será apropiada a la naturaleza del espacio, la posibilidad de que se propague el incendio y la posibilidad de que se generen humo y gases.
- Los avisadores de accionamiento manual estarán debidamente situados a fin de asegurar que existen medios de notificación fácilmente accesibles.
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CÁMARA DE MÁQUINAS
La misma regla del SOLAS mencionada antes, indica que se instalarán detectores de incendios y de alarma en los espacios de máquinas sin dotación permanente y en los que se haya aprobado la instalación de sistemas y equipos accionados por telemando que sustituyan a la dotación permanente del espacio, además de los espacios en los que las máquinas propulsoras principales y auxiliares estén provistas de dispositivos de control automático o por telemando y estén sometidas a vigilancia continua desde una cámara de control con dotación.
Este último requisito se aplica en este proyecto debido a la sala de control de cámara de máquinas situada en la Cubierta Principal, siendo necesaria dotarla de detectores de incendio y alarma además de a la propia cámara de máquinas.
ESPACIOS DE ALOJAMIENTO Y DE SERVICIO Y DE LOS PUESTOS DE CONTROL En los buques de carga, como en este caso, se podrá adoptar uno de los tres métodos de protección que aporta el SOLAS.
Se escoge el método IIIC por ser el más completo, por el cual habrá un sistema fijo de detección de incendios y de alarma contra incendios, instalado y dispuesto de manera que permita detectar la presencia de un incendio en todos los espacios de alojamiento y servicio, salvo los que no presenten un verdadero riesgo de incendio, tales como espacios perdidos, locales sanitarios… Además, habrá un sistema fijo de detección de incendios y alarma contra incendios instalado y dispuesto de manera que permita detectar la presencia de humo en todos los pasillos, escaleras y vías de evacuación en el interior de los espacios de alojamiento.
Según este método, cualquier espacio de alojamiento limitado por divisiones de clases ‘A’ o ‘B’ no estará sujeta a ninguna restricción, salvo en casos concretos en que se exijan mamparos de clase ‘C’ de conformidad con las tablas que adjuntan el reglamento, aplicables a los buques de carga.
En cuanto a los avisadores de accionamiento manual, la misma regla indica que se instalarán en todos los espacios de alojamiento, servicio y puestos de control, situados uno en cada salida de dichos espacios y en los pasillos de cada cubierta, de manera que ninguna parte del pasillo diste más de 20 m de un avisador.
Los componentes de la instalación automática de incendios seguirán la normativa UNE, cumpliendo los requisitos de la norma UNE 23007-2 y UNE 23007-4 de Sistemas de detección y alarma de incendios. Para otras consultas se seguirá la norma UNE
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7.3 Medios de Protección Activa: Instalación de Extinción de
Incendios
En este apartado se enumerarán los diferentes equipos y sistemas con los que se dotará al buque.
CONEXIÓN INTERNACIONAL A TIERRA
El SOLAS (Capitulo II-2, Parte C) indica en la Regla 10 que el buque deberá disponer de una conexión internacional a tierra capaz de ser utilizada por ambas bandas del buque, cuyas dimensiones se especifican en el Código Internacional de Sistemas de Seguridad Contra Incendios, MSC 98(73):
EXTINTORES
Para buques con un arqueo bruto igual o superior a 1000 (Buque Proyecto 2901 GT, calculado en el Cuaderno 9), el número mínimo de extintores a bordo es 5, no habiendo ninguno a base de anhídrido carbónico en los espacios de alojamiento.
En los puestos de control y demás espacios que contengan equipo eléctrico o dispositivos necesarios para la seguridad del buque, se proveerán extintores cuyo agente extintor no sea conductor de la electr4icidad ni pueda dañar el equipo y los dispositivos.
En cuanto a cargas de respeto, se proveerán cargas para el 100% de los 10 primeros extintores y para el 50% del resto que se puedan recargar a bordo. En caso de no poder recargar los extintores a bordo, se proveerá la misma cantidad de extintores portátiles adicionales del mismo tipo y capacidad.
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- En el puente de gobierno se dispondrá 1 extintor de polvo polivalente o ABC de 12 kg.
- En la zona de habilitación, se dispondrán 2 extintores de polvo polivalente o ABC por cubierta, de 12 kg. Cada uno. Dispone de 4 cubiertas, lo que hace un total de 8 extintores.
- En la cámara de máquinas se dispondrá de 2 extintores de polvo normal o BC de 12kg.
- Se dispondrá de 4 extintores de polvo normal o BC a mayores para las sentinas, local de servos, local del thruster de proa y espacio de carga.
El número total de extintores portátiles es de 15, siendo las cargas de respeto 13 (10+5/2), considerando los extintores como recargables a bordo.
Las normas UNE que se utilizan para los extintores son: UNE-EN 1866:2007 de Extintores de incendio móviles.
UNE 23120:2011 de Mantenimiento de extintores de incendios.
BOCAS DE INCENDIO EQUIPADAS (BIEs)
En primer lugar, se mencionarán las indicaciones del SOLAS:
- Número y distribución de bocas contraincendios: serán tales que por lo menos dos chorros de agua no procedentes de la misma boca contra incendios, uno de ellos no lanzado por una manguera de una sola pieza, puedan alcanzar cualquier parte del buque normalmente accesible a la tripulación mientras el buque navega.
- Presión de las bocas contraincendios: se mantendrá la presión de 0,25 N/mm2 (2,5
bar) en las lanzas para buques de menos de 6000 toneladas de arqueo bruto, como es el caso de este buque.
- La longitud de las mangueras contra incendios no será inferior a 10 m, pero no superiores a 15m en los espacios de máquinas o 20 m en otros espacios y cubiertas expuestas.
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- Tamaño y tipo de lanzas: Los diámetros serán de 12 mm, 16 mm o 19 mm. En alojamientos el diámetro no será necesario que exceda de 12 mm. En cámara de máquinas no será necesario que exceda de 19 mm, cumpliendo la presión indicada anteriormente.
Siguiendo las indicaciones del profesor J.Ángel Fraguela en la asignatura Ingeniería de Sistemas Navales y Oceánicos, se dotará al buque con una instalación específica de
BIEs, siendo la distribución como a continuación se indica:
- En la zona de habilitación se instalarán BIEs en cada cubierta, de manera que todos los puntos de cada cubierta queden cubierto por al menos un chorro de agua. De esta manera se tendrán:
o Cubierta principal: 3 BIEs de 45 mm en alojamientos y 4 tomas de
cubierta en la cubierta de carga (2 a popa y 2 a proa).
o Cubierta A: 3 BIEs de 45 mm. o Cubierta B: 3 BIEs de 45 mm. o Cubierta C: 2 BIEs de 45 mm
- En la cámara de máquinas se instalarán 2 BIEs de 45 mm.
La presión exigida por el SOLAS para las bocas contraincendios se considerará escasa, siguiendo indicaciones del profesor J. Ángel Fraguela, por lo que se dispondrá un valor de presión nominal en la punta de las lanzas de 5 bar, valor óptimo de trabajo de un profesional, para las bocas en las cubiertas de habilitación, y de 8 bar en las tomas de la cubierta principal.
Además, se dimensionarán las bombas contraincendios (Se realiza en el apartado siguiente) capaces de suministrar un caudal mínimo que garantice la presión nominal considerando un funcionamiento simultáneo de dos BIEs.
El caudal mínimo que debe circular por una BIE para la determinada presión nominal lo establecen las normas:
UNE-EN 671-1:2013 de Instalaciones fijas de lucha contra incendios. Sistemas equipados con mangueras. Parte 1: Bocas de incendio equipadas con mangueras semirrígidas.
UINE-EN 671-2:2013 de Instalaciones fijas de lucha contra incendios. Sistemas equipados con mangueras. Parte 2: Bocas de incendio equipadas con mangueras planas.
∗
El factor K lo aporta el fabricante de los equipos y será, para el caso de BIEs de 45 mm y mangueras de 20 m de longitud, de 83. Esto indica que la pérdida de carga a lo largo de la manguera es de 1 bar, por lo que la presión requerida en la toma de la manguera será de6 bar (5 bar + 1 bar) para las BIEs de habilitación y cámara de máquinas, y de 9 bar en las tomas de cubierta (8 bar + 1 bar).
Para el cálculo hidráulico se considerará que la velocidad a lo largo de la instalación, aguas arriba de las bombas contra incendios, no será nunca inferior a 6 m/s.
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BOMBAS CONTRA INCENDIOS
A continuación se dimensionarán las bombas contra incendios. El objetivo es caracterizar las bombas mediante sus parámetros de caudal y presión nominal.
El caudal mínimo será el que garantice una presión de 5 y 8 bar en la punta de lanza de 2 BIEs funcionando simultáneamente, es decir, 6 y 9 bar en las tomas de habilitación y las de cubierta, respectivamente.
Para el cálculo hidráulico se tomarán los casos más desfavorables, es decir, para las 2 BIEs con mayor pérdida de carga a lo largo de la instalación.
Las indicaciones del SOLAS (Capitulo II-2, Parte C, Regla 10) son:
- Colector contraincendios: Bastará con que el diámetro sea suficiente para un caudal de agua de 140 m3/h.
- Las bombas contra incendios podrán ser bombas sanitarias, de lastre, de sentina o de servicios generales, siempre que no se utilicen para bombear combustible.
- Número de bombas contra incendios: Al menos 2
- Disposición de las bombas: Si las bombas obligatorias se encuentran en el mismo espacio, se dispondrá de una tercera de emergencia en otro espacio.
- Capacidad total de las bombas contra incendios:
4 3∗
QT = Caudal total excluida la de emergencia (m3/h). QT máx = 180 m3/h. QS = Caudal unitario de bombas de sentinas (m3/h).
- Capacidad de cada bomba contra incendios:
0,8 ∗
QT = Caudal total excluida la de emergencia (m3/h). N = Número mínimo de bombas obligatorias. QUNIT mínima = 25 m3/h.
- Capacidad de la bomba de emergencia: Según la resolución MSC. 98 (73) del FSS (Fire Safety System Code):
. 0,4 ∗
QEmerg. mínima = 25 m3/h.
Siguiendo estas indicaciones, los valores según SOLAS son:
4
3∗ 57 76 1267
0,8 ∗76
2 30,4 507
. 0,4 ∗ 76 30,4 507
A continuación, se comparará estos caudales con los requeridos por las BIEs y las tomas de cubierta.
30
∗ , K = 83
2 ∗ 83 ∗ √6 407
2 ∗ 83 ∗ √9 498
Comparando estos caudales con los del SOLAS, se concluye que el caudal total de las bombas contra incendios será el mayor calculado, es decir:
76 1267
A continuación se calculará la presión nominal de las bombas. Teniendo en cuenta que se estudiarán 2 BIE funcionando simultáneamente, el caudal que consideraremos en las BIEs de habilitación y tomas de cubierta será:
2 634 38
Atendiendo al plan de la distribución de BIEs, se podrá asegurar que los puntos con mayor pérdida de carga serán o bien 2 BIEs de la cubierta más alta (Cubierta C) o 2 BIEs de la cubierta B. Por lo que el cálculo hidráulico se realizará para esos puntos.
Para este cálculo se seguirán las indicaciones de la norma UNE:
UNE-EN 12845:2005+A2:2010 de Sistemas fijos de lucha contra incendios. Sistema de rociadores automáticos. Diseño, instalación y mantenimiento.
El esquema de la instalación será el siguiente (En el ANEXO IV se presenta el plano del esquema de la instalación del sistema de BIEs):
- Las bombas C.I. estarán en paralelo y seguirán el siguiente esquema: -
La velocidad en la aspiración no será mayor de 1,8 m/s para evitar problemas de cavitación de las bombas. En este caso se tomará un valor de 1,5 m/s.
En el tramo desde las bombas hasta la conexión con la red principal de distribución, se tomará una velocidad de 2,5 m/s.
31
- BIEs con mayores pérdidas de carga. Se estudiarán los siguientes casos:
o Tomas de cubierta más alejadas (3 y 4) en la Cubierta Principal
o BIEs de la Cubierta B (BIEs más alejadas, 1 y 2)
32
33
La presión nominal de las bombas para cumplir con la presión de diseño en las lanzas deberá ser tal que:
Ó Ó Á /
34
35
∗ ⁄ ∗
4 ∗
4 ∗ 60.000
∗ ∗ 1000
A continuación se muestra una tabla con los caudales calculados y los diámetros interiores de la instalación:
Los diámetros interiores finales se obtienen a partir de tuberías comerciales de acero inoxidable del fabricante HASTINIK, considerando un espesor de tuberías de 2 mm. En el ANEXO XIV se presenta el catálogo de tuberías.
Definidos los diámetros, se procede a realizar el cálculo hidráulico para los puntos de la instalación seleccionados.
Las tuberías serán de acero inoxidable, por lo que según la tabla 22 de la norma, el valor de C será igual a 140.
Q (l/min) v (m/s) d (mm) d final (mm)
1267 6 66,94 69
1267 2,5 103,70 104
1267 1,5 133,88 150
634 6 47,35 52
634 2,5 73,36 76
498 6 41,97 48
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C, según tabla 2 140
Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta principal 36,71 634 52 1,596363307
Cubierta principal 6,08 1267 69 0,240029021
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,315827659
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,013382674
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,022949131
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,250688204
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (m) L equiv total (m) Pc (bar)
Codo 90º 4 634 50 1,995 7,98 0,420051564
T 1 634 50 3,857 3,857 0,203024923
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,245261784
Codo 90º 2 1267 80 3,192 6,384 0,122630892
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,245261784
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,004471236
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar) Desde CM a Cubierta Principal 6,35 0,6223
TOMA 3. CUBIERTA PRINCIPAL 9 bar
Presión nominal en toma 3 13,35 bar
TOTAL TOMA 3. CUBIERTA PRINCIPAL para acero inoxidable VARIACIÓN DE PRESIÓN ESTÁTICA (ALTURA O GEOMÉTRICA) PRESIÓN EN LA BOCA ACCESORIOS TRAMOS RECTOS C, según tabla 2 140 Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta principal 39,98 634 52 1,73856184
Cubierta principal 6,08 1267 69 0,24002902
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,31582766
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,01338267
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,02294913
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,2506882
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (mL equiv total (m Pc (bar)
Codo 90º 4 634 50 1,995 7,98 0,42005156
T 1 634 50 3,857 3,857 0,20302492
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,24526178
Codo 90º 2 1267 80 3,192 6,384 0,12263089
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,24526178
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,00447124
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar)
Desde CM a Cubierta Principal 6,35 0,6223
TOMA 4. CUBIERTA PRINCIPAL 9 bar
Presión nominal en toma 4 13,49 bar
37
C, según tabla 2 140
Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta B 7,81 634 52 0,339624011
Desviación altura Cub. Principal 1,18 1267 69 0,04658458
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,315827659
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,013382674
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,022949131
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,250688204 Tramo Vertical de Cub.Ppal a Cub. B 5,2 1267 69 0,205287978
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (m) L equiv total (m) Pc (bar)
Codo 90º 1 634 50 1,995 1,995 0,10501289
T 5 1267 80 6,384 31,92 0,61315446
Codo 90º 2 1267 80 3,192 6,384 0,12263089
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,24526178
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,00447124
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar)
Desde CM a Cubierta B 11,55 1,1319
BIE 1 en la Cubierta B 6 bar
Presión nominal en BIE 1 (Cub.B) 9,46 bar
BIE 1. Cubierta B para acero inoxidable TRAMOS RECTOS ACCESORIOS VARIACIÓN DE PRESIÓN ESTÁTICA (ALTURA O GEOMÉTRICA) PRESIÓN EN LA BOCA TOTAL C, según tabla 2 140 Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta B 13,05 634 52 0,567489544
Desviación altura Cub. Principal 1,18 1267 69 0,04658458
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,315827659
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,013382674
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,022949131
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,250688204 Tramo Vertical de Cub.Ppal a Cub. B 5,2 1267 69 0,205287978
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (m) L equiv total (m) Pc (bar)
Codo 90º 3 634 50 1,995 5,985 0,31503867
T 1 634 50 3,857 3,857 0,20302492
T 5 1267 80 6,384 31,92 0,61315446
Codo 90º 2 1267 80 3,192 6,384 0,12263089
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,24526178
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,00447124
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar)
Desde CM a Cubierta B 11,55 1,1319
BIE 2 en la Cubierta B 6 bar
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C, según tabla 2 140
Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta C 9,64 634 50 0,507430711
Desviación altura Cub. Principal 1,18 1267 69 0,04658458
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,315827659
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,013382674
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,022949131
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,250688204 Tramo Vertical de Cub.Ppal a Cub. C 7,8 1267 69 0,307931968
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (m) L equiv total (m) Pc (bar)
Codo 90º 1 634 50 1,995 1,995 0,10501289
T 5 1267 80 6,384 31,92 0,61315446
Codo 90º 3 1267 80 3,192 9,576 0,18394634
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,24526178
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,00447124
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar)
Desde CM a Cubierta C 14,15 1,3867
BIE 1 en la Cubierta C 6 bar
Presión nominal en BIE 1 (Cub.C) 10,05 bar TOTAL BIE 1. Cubierta C para acero inoxidable TRAMOS RECTOS ACCESORIOS VARIACIÓN DE PRESIÓN ESTÁTICA (ALTURA O GEOMÉTRICA) PRESIÓN EN LA BOCA C, según tabla 2 140 Factor multiplicativo por C, para tabla 23 1,33
Situación de la tubería Longitud (m) Q (l/min) d (mm) Pc (bar)
Cubierta C 1,44 634 50 0,075798778
Desviación altura Cub. Principal 1,18 1267 69 0,04658458
Cám Maquinas (v=6 m/s) 8 1267 69 0,315827659
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 2,5 1267 104 0,013382674
Cám Maquinas (v=2,5 m/s) 3,35 634 76 0,022949131
Tramo Vertical de CM a Cub. Ppal 6,35 1267 69 0,250688204 Tramo Vertical de Cub.Ppal a Cub. C 7,8 1267 69 0,307931968
Tipo Nº Q (l/min) d (mm) L equiv unit (m) L equiv total (m) Pc (bar)
Codo 90º 1 634 50 1,995 1,995 0,105012891
T 5 1267 80 6,384 31,92 0,613154461
Codo 90º 3 1267 80 3,192 9,576 0,183946338
T 2 1267 80 6,384 12,768 0,245261784
Codo 90º 1 634 80 3,192 3,192 0,01703328
Válvula de corte 1 634 80 0,8379 0,8379 0,004471236
Valvula de retención 1 634 80 5,187 5,187 0,02767908
Situación de tubería Altura (m) P (bar)
Desde CM a Cubierta C 14,15 1,3867
BIE 2 en la Cubierta C 6 bar
Presión nominal en BIE 2 (Cub.C) 9,62 bar
39
A continuación se resumen en la siguiente tabla las presiones obtenidas:
La máxima presión requerida se obtiene en la TOMA 4 de la cubierta principal (la más alejada).
Las características de las bombas del servicio contra incendios serán:
MEDIOS DE EXTINCIÓN EN LOS ESPACIOS DE MÁQUINAS
En el SOLAS (Capitulo II-2, Parte C, Regla 10, apartado 5.2) se indica que los espacios de categoría A para máquinas que contengan motores de combustión interna estarán provistos de uno de los sistemas fijos de extinción de incendios indicados en el párrafo 4.1.
Los sistemas podrán ser:
- Un sistema fijo de gas que cumpla lo dispuesto en el Código de Sistemas de Seguridad Contra incendios.
- Un sistema fijo de espuma de alta expansión que cumpla lo dispuesto en el Código de Sistemas de Seguridad Contra Incendios.
- Un sistema fijo aspersor de agua a presión que cumpla lo dispuesto en el Código de Sistemas de Seguridad Contra Incendios.
P (bar)
TOMA 3 13,35
TOMA 4 13,49
BIE 1 9,46
BIE 2 10,10
BIE 1 10,05
BIE 2 9,62
SITUACIÓN CUBIERTA PRINCIPAL
CUBIERTA B
CUBIERTA C
Diámetro colector aspiración (mm) 150
Modelo Etanorm 65‐40‐135
Nº bombas servicio 2
Q unit (m3/h) 38
Q tot (m3/h) 76
P (bar) 13,49
rpm 2900
Potencia (kW) 31
Modelo Etanorm 65‐40‐135
Nº bombas reserva 1
Q unit (m3/h) 38
Q tot (m3/h) 38
P (bar) 13,49
rpm 2900
Potencia (kW) 31
40
Se decide equipar al buque proyecto de dos de los sistemas aprobados por el SOLAS:
- Agua nebulizada para extinción local (Sobre motores y generadores) y habilitación. - Gas para extinción total.
Procedemos en primer lugar dimensionando el sistema fijo por gas. Dentro de la categoría de extinción mediante gas, hay que diferenciar las 3 clases de mayor aplicación:
- Anhídrido carbónico (CO2).
- Hidrofluorocarbonados, denominados comúnmente como HFC.
- Gases inertes, formados por gases nobles o de características similares. De ellos, el de mayor aplicación en el sector naval es el CO2.
El anhídrido carbónico se ha utilizado con éxito desde hace bastantes años dado su bajo coste y eficacia demostrada. Su uso es apto para la inundación total de zonas donde no existe disponibilidad de exponer a la tripulación al agente extintor, así como para sistemas de aplicación local. El gas se almacena a presión en fase líquida en botellas de alta presión y puede almacenarse lejos del compartimento protegido.
A presión atmosférica el dióxido de carbono (CO2) es incoloro, inodoro, no conduce
la electricidad y se caracteriza por su penetración rápida y eficaz en el área a proteger, siendo su densidad aproximadamente un 50% más alta que la del aire.
Éste agente extintor extingue el fuego por medios físicos según dos mecanismos principales: reduciendo la concentración de oxígeno dentro del local desde el 21% hasta por debajo del 15% (Nivel en que la mayoría de fuegos no puede mantener la combustión.
Como principales ventajas se pueden destacar:
o Facilidad de recarga.
o No deja residuos tras su aplicación. o Eficaz en fuegos con llama.
o No genera productos de descomposición en contacto con las llamas.
Debido al hecho de que el CO2 se almacena en estado líquido y a su alta relación de
expansión, hace falta un diseño correcto de las conducciones para evitar que provoque efectos adversos. Este diseño de los conductos no será objeto del presente proyecto, pero sí se dimensionará el espacio necesario de almacenaje de las botellas contenedoras, así como el volumen o peso (número de botellas) del agente extintor.
Se consulta para ello la resolución MSC.206 (81/25/Add.1 – Anexo 6), la cual es una enmienda al Código Internacional de Seguridad Contra Incendios (SFS Code).
En dicha norma se indica que la cantidad de dióxido de carbono deberá ser suficiente para dar un volumen mínimo de gas libre igual al 40% del volumen bruto del mayor espacio de máquinas así protegido, tomando como densidad el valor de 0,56 m3/kg.
El mayor volumen a proteger del buque proyecto será la cámara de máquinas. En el apartado de compartimentado del Cuaderno 4 se definieron tanto los tanques como los espacios libres (local del thruster, servos y cámara de máquinas).
De las tablas de calibraciones se obtiene que el volumen de cámara de máquinas es:
41 La cantidad de CO2 necesaria es:
0,40 ∗ 0,40 ∗ 1258,92
0,56 899,23
Considerando botellas comerciales de 25 kg, el número de botellas necesarias es:
899,23 25 36
El diámetro aproximado es de 350 mm, por lo que ocuparán una superficie igual a:
∗ ∗
4 36 ∗
∗ 0,35
4 3,47
Estas botellas se almacenarán en el local de contraincendios, situado en la cubierta de doble fondo, debajo el local del aire acondicionado.
A continuación se hará una propuesta de un sistema fijo de extinción por agua nebulizada.
7.4 Sistema Fijo de Extinción Mediante Agua Nebulizada
En primer lugar se analizarán las ventajas que ofrece este sistema respecto al anteriormente dimensionado de CO2.
Los sistemas de extinción por agua nebulizada proyectan gotas de muy pequeño tamaño, optimizando así todos los recursos extintores del agua, consiguiéndose varias ventajas como: reducción de los volúmenes afectados, de los daños causados por el agua en sistemas convencionales y de una máxima capacidad de refrigeración para una determinada cantidad de agua.
Otras ventajas son:
o Lavado y decantado de los humos y gases tóxicos o Inocuidad para las personas
o Mantenimiento del nivel de oxigeno
o Economía (Coste mínimo del agente extintor) o No conduce la electricidad
o Muy eficaz en fuegos de líquidos inflamables o Daños por el agua muy reducidos
o Reducción de la temperatura del recinto o Agente extintor ecológico y económico o Eficacia extintora por varios principios físicos
En cuanto a los mecanismos de extinción, los agentes extintores convencionales actúan sobre el fuego mediante alguno de los siguientes mecanismos: enfriamiento, sofocación o bloqueo de combustible.
El agua nebulizada debe su eficacia extintora principalmente a la actuación conjunta de estos tres mismos efectos, más otro secundario como la dilución.
ELEMENTOS PRINCIPALES
Los elementos principales de este tipo de sistemas de extinción son:
42
- Sistema de abastecimiento de agua: Conjunto de fuentes de agua, equipos de impulsión y red general destinados a asegurar, para una o varias instalaciones específicas de protección contra incendios, el caudal y la presión de agua necesarios durante el tiempo de autonomía requerido.
- Red de distribución: Son los conductos de agua del sistema, que discurren desde el sistema de abastecimiento hasta las cabezas atomizadoras distribuidas según cálculo de zonas de riesgo a proteger.
- Válvulas direccionales: Válvulas que permiten dirigir la descarga al riesgo seleccionado cuando se disponen varios riesgos con un único sistema de abastecimiento de agua.
TIPOS DE NOZZLES
Las cabezas atomizadoras están disponibles en 2 tipos - Cabezas atomizadoras abiertas:
- Atomizadores automáticos con ampollas activadas por temperatura.
Los atomizadores con ampolla se activan automáticamente al alcanzarse temperaturas predeterminadas, comprendidas entre 57 y 141 ºC, y su área de cobertura varía entre 4 y 25 m2. Las densidades de diseño oscilan entre 0,5 y 2,25 l/ (min*m2).
SISTEMAS
Los sistemas que utiliza el agua nebulizada pueden ser de baja, media o alta presión: - Sistemas de Baja Presión: Este tipo de sistemas ofrecen una alternativa de menor
coste y menor complejidad. Las presiones utilizadas son menores a 12,1 bar.
- Sistemas de media presión: Las presiones utilizadas están comprendidas entre 12,1 bar y 34,5 bar.
43
NORMATIVA APLICABLE
La normativa a consultar en primera instancia será la NFPA 750 de Standard on Water Mist Fire Protection Systems. Éstas son unas reglas y recomendaciones sobre
sistemas de agua nebulizada donde se establece la metodología a seguir para el diseño, instalación y pruebas de estos sistemas, indicando qué partes deben ser aprobadas, documentación a elaborar y parámetros muy generales. La responsabilidad del diseño y la eficacia son delegadas a cada fabricante y no establece criterios técnicos de diseño.
La NFPA, para los ámbitos navales, remite a las siguientes circulares de la OMI: - Resolución A.800(19).
- MSC/Circ.668. Sistemas de agua equivalentes en salas de máquinas. - MSC/Circ.728. Sistemas de agua equivalentes en salas de máquinas.
- MSC/Circ.913. Sistemas de aplicación local de agua equivalente en salas de máquinas Clase A.
7.5 Sistema Fijo de Extinción Mediante Agua Nebulizada en el
Buque Proyecto
En el buque proyecto se utilizará agua nebulizada para extinción local en cámara de máquinas, así como para extinción en los espacios de habilitación y otros espacios de maquinaria como espacios hidráulicos y pañoles de trabajo. El planteamiento es el siguiente:
- Sistema de alta presión (100 bar).
- Tubería seca: El agua no se encuentra en las tuberías, sino en el tanque almacén. - Cámara de máquinas: Nozzles sobre generadores diésel principales y auxiliares. - Habilitación: Nozzles en todos los espacios. El número lo determinará la superficie
del espacio a proteger.
El objetivo será obtener la presión nominal del sistema y el caudal necesario para cumplir dicha presión.
CÁLCULO DEL CAUDAL NOMINAL
El caudal nominal será el mayor entre el requerido por los nozzles para dar la presión nominal o el caudal que indica la normativa aplicable.
En primer lugar se calcula el caudal necesario por los nozzles. Los datos aportados por el fabricante son los siguientes:
o Fabricante: Ultra Fog o P = 100 bar
o K = 2,6
44
De acuerdo con la normativa antes citada, el caudal por boquilla podrá calcularse como:
∗ , 2,6 ∗ 100 , 26
A continuación se determina el espacio de mayor superficie a proteger, para calcular el mayor caudal requerido.
La normativa indica que se tomará como superficie mínima un área de 280 m2. No
obstante, también indica que si la superficie a proteger es menor, la Administración podrá determinar el área adecuada para el dimensionamiento de las bombas.
En el caso de este proyecto, el espacio de mayor área a proteger sería el comedor, situado en la Cubierta Principal, con 46,56 m2. La distribución de nozzles en dicho espacio,
cumpliendo con el espaciado entre boquillas aportado por el fabricante (5 m), será la siguiente, obteniendo un total de 3 nozzles:
Las bombas de alta presión de los sistemas de agua nebulizada son singulares, ya que debido a la alta presión que las caracterizan, los caudales son normalmente bajos.
Es por ello que se supondrá que la Administración daría por válido utilizar una superficie a proteger de 46,56 m2 para el dimensionamiento de dichas bombas, en vez de
los 280 m2 estándar, ya que como se ha indicado, se utilizará este sistema para extinción
localizada.
El caudal requerido por los nozzles para la mayor superficie a proteger es:
. 3 ∗ 26 78
Este caudal se compara con el mínimo requerido por normativa:
∗
45
o A = área a proteger. Como ya se ha indicado se tomará como valor 46,56
m2, ya que nos proporcionará unos caudales menos elevados y más
adecuados.
5 ∗ 46,56 232,8
Como se puede comprobar, el caudal requerido por los nozzles es menor que el requerido por la normativa, siendo éste último, por lo tanto, el caudal nominal final:
QNominal = 232, 8 l/min.
En cámara de máquinas, la disposición de los nozzles sobre los generadores principales sería la siguiente:
CÁLCULO DE LA PRESIÓN NOMINAL
En este apartado se calculará la presión nominal de la bomba de agua nebulizada. La presión en la boquilla nebulizadora es un dato aportado por el fabricante (100bar). Debido a las pérdidas de carga en las tuberías de distribución, la presión de la bomba deberá ser mayor. Estas pérdidas de carga serán mayores en los nozzles más alejados del grupo de bombeo, por lo que la presión la determinarán las boquillas que se encuentran en las cubiertas más altas.
Un cálculo de pérdidas de carga (desde la cámara de máquinas hasta la cubierta C) se ha realizado en el apartado correspondiente a las BIEs, obteniendo la tabla que a continuación se recuerda:
P (bar)
BIE 1 9,46
BIE 2 10,10
BIE 1 10,05
BIE 2 9,62
SITUACIÓN
CUBIERTA B
46
Como se situarán nozzles en esa cubierta (Cubierta B), y para no repetir los cálculos, se tomarán las pérdidas de carga del sistema de agua nebulizada iguales al sistema de BIEs.
En el caso del buque proyecto, se impondrá que la velocidad del agua a lo largo de la red de distribución no será menor de 8 m/s. Para ello se utilizarán diámetros de tubería pequeños, siendo el máximo para el caudal máximo de:
4 ∗60 ∗ 1000
∗ ⁄ ∗ 1000
4 ∗60 ∗ 1000232,8
∗ 8 ⁄ ∗ 1000 24,85
El diámetro interior final se obtiene a partir de tuberías comerciales de acero inoxidable del fabricante HASTINIK, considerando un espesor de tuberías de 2 mm. En el ANEXO XIV se presenta el catálogo de tuberías.
El diámetro interior es de 24 mm, por lo que la velocidad máxima del sistema será:
60 ∗ 1000 ∗ 1000
4
232,8 60 ∗ 1000
∗ 100024 4
8,60 /
Se debe tener en cuenta que el cálculo de pérdidas de carga realizado para las BIES, se ha hecho mediante la formulación de Hazen-Williams (Como indicaba la norma
UNE-EN 12845:2005+A2:2010). La normativa NFPA 750 indica que si las velocidades de distribución de agua nebulizada son mayores a 7,6 m/s, el cálculo de dichas perdidas de carga se realice mediante la formulación de Darcy-Weisbach.
Se supondrá que las pérdidas de carga son de valores próximos si se realizasen mediante esa formulación, por lo que finalmente se concluye que la presión nominal de las bombas será de:
é 100 10,10 110,10
La bomba del sistema de agua nebulizada queda caracterizada de la siguiente manera:
A continuación se seleccionará la bomba o grupo de bombas que dispondrá el buque.
Qnominal (l/min) 232,8
Pnominal (bar) 110,1
47
ELECCIÓN DE BOMBA DE AGUA NEBULIZADA
Como se ha dicho, este tipo de bombas son muy singulares debido a las altas presiones que deben suministrar, por lo que se fabrican bombas específicas para utilizar por estos sistemas de agua nebulizada.
Se utilizarán bombas de la misma marca que los nozzles, ULTRAFOG:
Se eligen las bombas modelo Master Pump Station. De este modo, se necesitará un grupo de bombeo formado por:
º 232,8
150 1,55 ~2
Finalmente, el grupo de bombeo tendrá las siguientes características:
Escogiendo una bomba de una presión mayor a la requerida, se cubren las posibles variaciones en el cálculo de las pérdidas de carga, que deberían haberse hecho mediante la formulación Darcy-Weisbach y no mediante la formulación de Haze-Williams.
Modelo Master Pump Station
Nº bombas servicio 2
Q unit (l/min) 150
Q tot (l/m) 300
P (bar) 140
Potencia (kW) 30
Modelo Master Pump Station
Nº bombas reserva 1
Q unit (l/min) 150
Q tot (l/m) 150
P (bar) 140
Potencia (kW) 30
48
TANQUE ALMACÉN Y BOMBA FEEDER
La normativa indica que el agente extintor será agua dulce, y se almacenará en un tanque de uso exclusivo de este sistema contra incendios.
En el caso del buque proyecto, se dispondrá de un tanque de agua técnica de máximo, por lo que se tendrá en cuenta este sistema a la hora de dimensionar el generador de agua dulce del buque, según la norma UNE-EN ISO 15478-2:2003.
Tanto la norma NFPA 750 como las resoluciones de la OMI indican que la capacidad del tanque será tal que garantice el suministro continuo de agua durante 30 minutos, por lo que se tendrá un volumen de:
∗ ñ 232,8 ∗ 30 min 6984 litros 6,98 m3
El diámetro del tubo de toma de agua del grupo de bombeo será tal que garantice el suministro del caudal de diseño.
El emplazamiento del tanque, según el fabricante y la normativa, será lo más próxima al grupo de bombeo.
En cuanto a la bomba feeder o de alimentación, el fabricante sugiere su instalación entre el tanque almacén y el grupo de bombeo, para evitar posibles arranques en vacío del grupo de alta presión, al ser sistemas delicados. El caudal debe ser el caudal total del grupo de bombeo.
Se escoge la bomba a partir del caudal total, con las curvas características de las bombas del catálogo de la marca KSB, adjunto en el ANEXO XV. La bomba del tanque feeder es:
Modelo Etanorm 50‐32‐250.1
Nº bombas servicio 1
Q unit (l/min) 300
Q tot (l/m) 300
P (bar) 5
Potencia (kW) 8
49
Estas bombas comenzarán a funcionar unos segundos antes que el grupo de bombeo, para asegurar así que cuando bombeen las bombas de alta presión, tengan flujo de agua.
OTROS COMPONENTES DEL SISTEMA
Además de los elementos principales ya dimensionados, este sistema de extinción mediante agua nebulizada requiere de otros componentes que se enumeran a continuación:
- Panel de control de operaciones, con las alarmas correspondientes a presiones anómalas, niveles de agua en tanque almacén y avisos de incendios.
- Un detector de incendios y de alarma al lado de cada nozzle, que indique en el panel de control en qué espacio se produce el incendio, y poder activar la válvula correspondiente.
- Válvulas de selección de espacios: Son las válvulas correspondientes a los distintos espacios protegidos. Se podrán activar remotamente. En condiciones normales estarán todas cerradas, de ahí el sistema de tubería seca.
