Diseño de un sistema contra incendios y control de la climatización en la Sala Core de Unisolutions Informática S.A.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA CONTRA INCENDIOS Y CONTROL

DE LA CLIMATIZACIÓN EN LA SALA CORE DE

UNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A.

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO

MECATRÓNICO

FELIPE EDUARDO LOZA MATOVELLE

DIRECTOR: ING. LUIS ARMANDO HIDALGO AGUILERA

DECLARACIÓN

Yo FELIPE EDUARDO LOZA MATOVELLE, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

_________________________ Felipe Eduardo Loza Matovelle

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título Diseño de un sistema contra incendios y control de climatización en la sala CORE de

Unisolutions Informática S.A. que, para aspirar al título de Ingeniero Mecatrónico fue desarrollado por Felipe Eduardo Loza Matovelle, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.

___________________

DEDICATORIA

A mi madre Norma

Por haber estado en todo momento conmigo, brindándome apoyo mediante sus consejos, valores y ejemplo de lucha. Soportando mis desaciertos y festejando mis triunfos, con su cariño y compresión le dedico con toda mi alma este trabajo, que es el resultado de la confianza que tiene en mi persona.

A mi padre Artemio

Por haberme brindado sus conocimientos durante el transcurso de mi vida, poniéndome metas y desafíos; mostrándome que el cumplimiento de los objetivos individuales es un paso más a la excelencia.

A mi abuela Rosa

Por estar conmigo desde pequeño, cuidándome y preocupándose siempre por lo que me pasara.

A mis hermanos

A mi hermano Ulises, por ser un ejemplo a seguir, brindándome su conocimiento y consejos, apoyándome incondicionalmente en el transcurso de mi vida.

A mi hermano David, por ayudarme incondicionalmente en todo momento, gracias a sus consejos de vida soy mejor persona.

AGRADECIMIENTO

Agradezco a mi madre, por darme la vida y apoyarme en todo momento para que se una persona mejor.

Agradezco a mi padre, por su apoyo y comprensión en todo momento. Agradezco a mi abuela, por siempre por ayudarme en pequeñas y cotidianas tareas, que sin su presencia me sería imposible realizar.

Agradezco a mis hermanos, que me han brindado su apoyo incondicionalmente.

Agradezco de la Universidad Tecnológica Equinoccial, que ha brindado los conocimientos profesionales necesarios, mediante los profesores que impartieron clases durante mi estancia en la universidad.

Agradezco a Ingeniero Luis Hidalgo quien confió en mí para llevar a cabo la realización de este proyecto, impartiendo en mí sus conocimientos desde el principio de la carrera y brindándome su ayuda en el transcurso de la realización del proyecto.

Agradezco al Ingeniero Daniel Mideros por todo el conocimiento brindado a lo largo de la carrera y por brindarme su ayuda para que este proyecto se concluya.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN ... XIII

ABSTRACT ... XIV

1. INTRODUCCIÓN ... I

1.1.OBJETIVOGENERAL ... 2

1.1.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 2

2. MARCO TEÓRICO ... 4

2.1.CENTRODEDATOS ... 4

2.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS CENTROS DE DATOS ... 4

2.1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE DATOS ... 5

2.1.2.1. Infraestructura con componentes redundantes (TIER 2) ... 5

2.1.3. ÁREAS PRINCIPALES EN CENTRO DE DATOS ... 6

2.1.4. ÁREA DE DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS (EDA) ... 6

2.1.4.1. Servidor ... 6

2.1.5. ESTÁNDAR ANSI/EIA/TIA - 942 ... 7

2.2.CLIMATIZACIÓN ... 7

2.2.1. CARGA TÉRMICA ... 8

2.2.2. TEMPERATURA ... 9

2.2.2.1. Sensores de temperatura ... 9

2.2.2.2. Parámetros de temperatura en centro de datos ... 10

2.2.2.3. Amenazas y riesgos de variación de temperatura en centro de datos ... 11

2.2.3. HUMEDAD ... 11

2.2.3.1. Sensores de humedad ... 13

2.2.3.2. Parámetros de humedad en centro de datos ... 14

2.2.3.3. Amenazas y riesgos de variación de humedad en centro de datos ... 14

2.2.4. SISTEMA DE MEDICIÓN ... 16

ii

2.2.4.2. Acondicionador de señal ... 17

2.2.4.3. Sistema de presentación visual ... 17

2.2.5. SISTEMA DE CONTROL ... 18

2.2.5.1. Sistema de control de lazo abierto ... 18

2.2.5.2. Sistema de control de lazo cerrado ... 19

2.2.5.3. Tarjeta de adquisición de datos ... 20

2.2.6. SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN EN CENTRO DE DATOS ... 21

2.2.6.1. Sistemas individuales ... 22

2.2.6.2. Sistema de precisión ... 22

2.3.SISTEMACONTRAINCENDIOS ... 22

2.3.1. CLASES DE FUEGO ... 22

2.3.2. ETAPAS EN EL DESARROLLO DE INCENDIOS ... 23

2.3.3. EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INCENDIO ... 24

2.3.4 SISTEMA DE SUPRESIÓN DE INCENDIOS ... 29

2.3.4.1. Agente extintor ... 29

2.3.4.2. Actuadores automáticos y manuales ... 31

2.3.4.3. Red de tubería ... 31

2.3.4.4. Boquilla de descarga o rociadores ... 31

2.3.5. SISTEMA DE DETECCIÓN DE INCENDIOS ... 33

2.3.5.1. Detector de humo fotoeléctrico... 34

2.3.5.2. Distribución típica de los sistemas de detección ... 35

2.3.6. SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO DE INCENDIOS ... 35

2.3.6.1. Sistema de control y monitoreo convencional ... 36

2.3.7. NORMAS, ESTÁNDARES Y REGLAMENTOS EN SISTEMAS CONTRA INCENDIOS ... 37

2.3.7.1. Reglamento de prevención, mitigación y protección contra incendios. ... 37

2.3.7.2. National Fire Protection Association (NFPA) ... 38

3. METODOLOGÍA ... 39

3.1.SITUACIÓNACTUALDELAEMPRESA ... 39

iii 3.1.2. EQUIPOS Y ESTRUCTURA DE RED QUE MANEJA EL CENTRO

DE DATOS ... 40

3.1.3. NORMAS Y SISTEMAS EXISTENTES EN LA EMPRESA ... 41

3.1.4. MEDICIONES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA ... 41

3.2.METODOLOGÍAMESERIPARALAEVALUACIÓNDERIESGODE INCENDIOENLASALACORE ... 44

3.2.1. FACTORES GENERADORES O AGRAVANTES ... 45

3.2.1.1. Evaluación de los factores de construcción ... 45

3.2.1.2. Evaluación de los factores de situación ... 46

3.2.1.3. Evaluación de los factores de proceso / operación ... 46

3.2.1.4. Evaluación de los factores de valor económico de los bienes ... 48

3.2.1.5. Evaluación de los factores de destructibilidad ... 48

3.2.1.6. Evaluación de los factores de propagabilidad ... 49

3.2.2. FACTORES REDUCTORES O PROTECTORES ... 49

3.2.2.1. Evaluación de las Instalaciones y equipos de prevención contra incendios ... 49

3.2.2.2. Evaluación a la organización de la protección contra incendios ... 51

3.2.2.3. Evaluación de la brigada interna ... 52

3.3.ALTERNATIVASPROPUESTASPARALOSSISTEMASCONTRA INCENDIOSYDECLIMATIZACIÓN ... 52

3.3.1. ALTERNATIVAS PROPUESTAS PARA EL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 52

3.3.1.1. Alternativas propuestas para el agente extintor ... 52

3.3.1.2. Alternativas propuestas para el sistema de detección ... 53

3.3.1.3. Alternativas propuestas para el sistema de control y monitoreo ... 54

3.3.2. ALTERNATIVAS PROPUESTAS PARA EL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 54

iv

3.3.2.2. Alternativas propuestas para el sistema de control ... 55

3.3.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS ... 56

3.3.3.1. Comparación de las alternativas propuestas para agentes extintores ... 56

3.3.3.2. Comparación de las alternativas propuestas para el sistema de detección de incendios ... 57

3.3.3.3. Comparación de las alternativas propuestas para el sistema de control y monitoreo de incendios ... 57

3.3.3.4. Comparación de las alternativas propuestas para el sistema de climatización ... 60

3.3.3.5. Comparación de las alternativas propuestas para el sistema de medición de climatización ... 61

3.3.3.6. Comparación de las alternativas propuestas para el sistema de control de climatización ... 63

3.3.4. MATRICES DE DECISIÓN PARA LAS ALTERNATIVAS PROPUESTAS ... 64

3.3.4.1. Parámetros de evaluación para la matriz de decisión. ... 64

3.3.4.2. Matriz de decisión del sistema contra incendios ... 66

3.3.4.3. Matriz de decisión del sistema de climatización ... 68

3.3.5. SELECCIÓN DEL MODELO DE SOLUCIÓN ... 70

3.3.5.1. Selección del modelo de solución para el sistema contra incendios ... 70

3.3.5.2. Selección del modelo de solución para el sistema de climatización ... 71

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 73

4.1.RESULTADODELAEVALUACIÓNDELRIESGODEINCENDIOEN LAEMPRESAUNISOLUTIONSINFORMÁTICA ... 73

v 4.2.1. DISEÑO DEL SISTEMA DE SUPRESIÓN PARA EL SISTEMA CONTRA INCENDIOS EN LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS

INFORMÁTICA ... 77

4.2.1.1. HFC–277ea (FM-200) ... 77

4.2.1.2. Cantidad de agente HFC-277ea... 79

4.2.1.3. Selección del cilindro con agente HFC 277ea ... 81

4.2.1.4. Actuadores para la activación manual y automática del cilindro con agente HFC 277ea ... 83

4.2.1.5. Selección de tubería para el sistema HFC 277ea ... 85

4.2.1.6. Red de tubería ... 88

4.2.1.7. Boquillas de descarga ... 89

4.2.1.8. Cálculo total de presión de caída ... 91

4.2.2. DISEÑO DEL SISTEMA DE DETECCIÓN PARA EL SISTEMA CONTRA INCENDIOS EN LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA ... 92

4.2.2.1. Características del detector de humo fotoeléctrico marca FIKE ... 93

4.2.2.2. Funcionamiento del detector de humo fotoeléctrico marca FIKE ... 93

4.1.2.3. Criterios para la instalación de detectores de humo ... 95

4.2.3. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL Y MONITOREO PARA EL SISTEMA CONTRA INCENDIOS EN LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA ... 96

4.2.3.1. Características del panel de control y monitoreo SHP – PRO ... 97

4.2.3.2. Diagrama de flujo del sistema contra incendios y configuración para el funcionamiento ... 98

4.2.4. EXTINTOR PORTÁTIL PARA LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A. ... 100

4.2.4.1. Ubicación del extintor portátil ... 100

4.2.5. SEÑALIZACIÓN DE EMERGENCIA ... 101

vi 4.2.5.2. Selección de la señalización de emergencia ... 102 4.2.6. PRECIO Y CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 102 4.2.7. RESULTADO FINAL DEL NIVEL DE RIESGO DE INCENDIOS EN LA SALA CORE ... 104 4.3.SIMULACIÓNDELAREDDETUBERÍAMEDIANTEPIPEFLOW

EXPERT ... 105 4.3.1. RESULTADO DE LA SIMULACIÓN DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 108 4.4.DISEÑODELCONTROLDECLIMATIZACIÓNPARALASALACORE DEUNISOLUTIONSINFORMÁTICAS.A. ... 110

4.4.1. CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA ... 110 4.4.2. CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL HUMIDIFICADOR ... 112 4.4.3. SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES PARA LA

CLIMATIZACIÓN DE LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS

INFORMÁTICA ... 113 4.4.3.1. Selección del humificador ... 116 4.4.3.2. Sistema de desplazamiento con aire acondicionado

convencional ... 117 4.4.4. SELECCIÓN DEL SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD PARA LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA ... 118

4.4.4.1. Comunicación con el sensor SHT15 ... 120 4.4.5. DISEÑO DEL CONTROL DE CLIMATIZACIÓN PARA LA SALA CORE DE UNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A. ... 121

vii 4.5.SIMULACIÓNDELSISTEMADECLIMATIZACIÓNMEDIANTE

LABVIEW ... 135

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 136

5.1.CONCLUSIONES ... 136

5.2.RECOMENDACIONES ... 138

GLOSARIO DE TÉRMINOS ... 140

BIBLIOGRAFÍA ... 143

viii

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

TABLA 2.1.LINEAMIENTOS PARA EL DISEÑO DE UN CENTRO DE DATOS ... 8

TABLA 2.2.AMENAZAS Y RIESGOS EN FUNCIÓN A TEMPERATURA ... 11

TABLA 2.3.ESPECIFICACIONES DEL ENTORNO EN FUNCIÓN AL ESTADO DE LOS EQUIPOS ... 15

TABLA 2.4.AMENAZAS Y RIESGOS EN FUNCIÓN A LA HUMEDAD ... 15

TABLA 2.5.ETAPAS EN EL DESARROLLO DE INCENDIOS ... 24

TABLA 2.6.AMENAZAS Y RIESGOS EN FUNCIÓN A LA HUMEDAD ... 25

TABLA 2.7.COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INCENDIO ... 27

TABLA 2.8.TIPOS DE AGENTES EXTINTORES ... 32

TABLA 3.1.EQUIPOS SALA COREUNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A. ... 40

TABLA 3.2.VALORES DE TEMPERATURA SALA CORE ... 42

TABLA 3.3.PROMEDIO DE TEMPERATURA SALA CORE ... 42

TABLA 3.4.HUMEDAD RELATIVA SALA CORE SIN PRESIÓN ATMOSFÉRICA ... 43

TABLA 3.5.HUMEDAD RELATIVA SALA CORE CON PRESIÓN ATMOSFÉRICA ... 43

TABLA 3.6.PRECIO DE AGENTE EXTINTOR ... 57

TABLA 3.7.VENTAJAS, DESVENTAJAS Y APLICACIONES DE LOS DETECTORES DE HUMO ... 59

TABLA 3.8.MATRIZ DE DECISIÓN DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 67

TABLA 3.9.MATRIZ DE DECISIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 69

TABLA 4.1.EVALUACIÓN DE LOS FACTORES GENERADORES Y AGRAVANTES UNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A. ... 74

TABLA 4.2.FACTORES REDUCTORES O PROTECTORES UNISOLUTIONS INFORMÁTICA S.A. ... 76

TABLA 4.3.CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS HFC277EA ... 78

TABLA 4.4.CONCENTRACIÓN CLASE A Y C ... 79

TABLA 4.5.CARACTERÍSTICAS DEL CILINDRO SELECCIONADO ... 82

TABLA 4.6.TAMAÑO ESTIMADO DE TUBERÍA ... 86

TABLA 4.7.TIEMPO DE DESCARGA CON TUBERÍA DE 1PLG ... 86

ix

TABLA 4.9.FACTORES DE PRESIÓN TOTAL DE CAÍDA ... 91

TABLA 4.10.CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS DETECTOR FOTOELÉCTRICO FIKE . 94 TABLA 4.11.CARACTERÍSTICAS EXTINTOR PORTÁTIL ... 100

TABLA 4.12.CARACTERÍSTICAS SEÑALIZACIÓN DE EMERGENCIA ... 102

TABLA 4.13.PRECIO TOTAL DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 103

TABLA 4.14.CRONOGRAMA DE IMPLEMENTACIÓN SISTEMA CONTRA INCENDIOS 104 TABLA 4.15.RESULTADO DE LOS FACTORES REDUCTORES CON SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 105

TABLA 4.16.CONSUMO ELÉCTRICO DE LOS EQUIPOS QUE SE ENCUENTRAN EN LA SALA CORE ... 111

TABLA 4.17.CALCULO DE TÉRMICA EN LA SALA CORE ... 112

TABLA 4.18.CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES EVERWELL R-410A MC2423 ... 115

TABLA 4.19.CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES HUMIDIFICADOR FARAN HR-55 .. 117

TABLA 4.20.PARÁMETROS DE HUMEDAD RELATIVA SHT15 ... 118

TABLA 4.21.PARÁMETROS DE TEMPERATURA SHT15 ... 118

TABLA 4.22.PARÁMETROS DE ELÉCTRICO SHT15 ... 119

TABLA 4.23.CÓDIGOS BINARIOS DEL SENSOR SHT15 ... 120

TABLA 4.24.CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DAQNIUSB-6008 ... 125

TABLA 4.25.PRECIOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 133

x

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

FIGURA 2.1.EJEMPLO DE SISTEMA DE MEDICIÓN (TERMÓMETRO) ... 16

FIGURA 2.2.ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN ... 16

FIGURA 2.3.EJEMPLO DE SISTEMA DE CONTROL (SISTEMA DE CALEFACCIÓN CENTRAL) ... 18

FIGURA 2.4.SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO ... 19

FIGURA 2.5.SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO ... 20

FIGURA 2.6.TIPOS DE FUEGO ... 23

FIGURA 2.7.MAPA CONCEPTUAL DE LA MITIGACIÓN DE UN INCENDIO ... 26

FIGURA 2.8.FASE DE ACTUACIÓN DE DETECTORES ... 33

FIGURA 2.9.CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE DETECTORES DE INCENDIOS ... 34

FIGURA 2.10.CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL PANEL DE CONTROL Y MONITOREO ... 36

FIGURA 4.1.MEDIDAS DEL CONTENEDOR SELECCIONADO ... 82

FIGURA 4.2.VÁLVULA DE IMPULSIÓN DE 1 PULGADA ... 83

FIGURA 4.3.RUPTURA DEL DISCO CONTENEDOR MEDIANTE PERCUTOR ... 84

FIGURA 4.4.DIAGRAMA DE CONEXIÓN ENTRE EL ACTUADOR MANUAL Y EL ACTUADOR AUTOMÁTICO ... 85

FIGURA 4.5.RED DE TUBERÍA RECOMENDADA PARA LA IMPLEMENTACIÓN ... 88

FIGURA 4.6.POSICIÓN DE BOQUILLA DE DESCARGA (A) SALA CORE ÁREA DE RACKS SALA CORE,(B)ÁREA GENERADOR ELÉCTRICO ... 91

FIGURA 4.7.CONEXIÓN DETECTOR DE HUMO FOTOELÉCTRICO, CIRCUITO CLASE B ... 95

FIGURA 4.8.DISTANCIAS Y CONDICIONES DE INSTALACIÓN DE DETECTORES ... 95

FIGURA 4.9.DISTANCIA ENTRE DETECTORES DE HUMO ... 96

FIGURA 4.10.DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 99

FIGURA 4.11.PARÁMETROS EN PIPEFLOW DEL AGENTE FM-200 ... 106

FIGURA 4.12.CARACTERÍSTICAS DE LLENADO PIPEFLOW PARA EL AGENTE FM -200 ... 106

FIGURA 4.13.RED DE TUBERÍA DE LA SALA CORE EN PIPEFLOW ... 107

xi

FIGURA 4.15.SIMULACIÓN RED DE TUBERÍAS CON AGENTE FM200(TEE 50/50)109

FIGURA 4.16.AIRE ACONDICIONADO EVERWELL R-410A MA2423 ... 115

FIGURA 4.17.HUMIDIFICADOR FARAN HR–55 ... 116

FIGURA 4.18.SISTEMA DE DESPLAZAMIENTO CON AIRE CONVENCIONAL ... 117

FIGURA 4.19.DIAGRAMA DE CONEXIÓN SENSOR SHT15 ... 119

FIGURA 4.20.SECUENCIA DE COMIENZO DE TRANSMISIÓN ... 120

FIGURA 4.21.DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONTROL DE TEMPERATURA ... 121

FIGURA 4.22.DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONTROL DE HUMEDAD ... 122

FIGURA 4.23.DIAGRAMA DE FLUJO DEL CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD ... 123

FIGURA 4.24.PUERTOS DE ENTRADA Y SALIDA DAQNIUSB–6008 ... 126

FIGURA 4.25.CONTROL DE TEMPERATURA PARA ACTIVAR EL AIRE ACONDICIONADO ... 127

FIGURA 4.26.SIMULACIÓN DEL SENSOR SHT15 ... 129

FIGURA 4.27.CONTROL DE HUMEDAD PARA ACTIVAR EL HUMIDIFICADOR ... 128

FIGURA 4.28.CONTROL DE HUMEDAD PARA ACTIVAR EL 2DO AIRE ACONDICIONADO ... 128

FIGURA 4.29.CONTROL DE TEMPERATURA PARA ACTIVAR EL SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 130

FIGURA 4.30.BOTONES DE SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 130

FIGURA 4.31.HMI DE LA SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 131

FIGURA 4.32.DIAGRAMA DE FLUJO TOTAL DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS Y CLIMATIZACIÓN ... 132

xii

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1 NORMAS DE PREVENCION CONTRA INCENDIOS,

MANTENIMIENTO DE EQUIPOS, RESPONSABILIDADES Y

PROCEDIMIENTOS EN EL SISTEMA CONTRA INCENDIO ... 146

ANEXO 2 PLANOS ... 152

ANEXO 3 SIMULACIÓN PIPE FLOW EXPERT SISTEMA CONTRA INCENDIOS ... 166

ANEXO 4 TABLAS PSICROMETRÍA ... 170

TABLAA4.1.FACTORPSICROMÉTRICO ... 171

TABLAA4.2.PRESIÓNENFUNCIÓNDELAALTITUD... 171

TABLAA4.3.PVSRESPECTODELAGUAAPRESIÓNNORMALENHPA ... 171

TABLAA4.4.TABLAPSICROMÉTRICA ... 173

ANEXO 5 METODOLOGÍA MESERI ... 174

ANEXO 6 MANUAL DE OPERACIONES DEL SISTEMA CONTRA INCENDIOS Y SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN ... 184

MANUALDEOPERACIÓNDELSISTEMACONTRAINCENDIOS ... 185

xiii

RESUMEN

Se realizó una base conceptual que sirvió para el análisis de las diferentes alternativas de solución existentes en sistemas contra incendios y climatización. Mediante un cuadro comparativo entre las diferentes metodologías de evaluación de riesgo de incendio, se detalló la metodología de MESERI; la cual se utilizó para el diseño.

Se investigó las normas que se usan en sistemas contra incendios aplicados en centro de datos, se determinó que el Reglamento de Prevención, Mitigación y Protección contra incendios, NFPA y NTP; proporcionan parámetros importantes para el diseño e implementación de sistemas contra incendios. Las normas NFPA 2001 y 72 sirvieron para determinar parámetros de diseño que se detallaron en el sistema contra incendios con agente HFC – 277ea. Se obtuvo los parámetros recomendados de temperatura y humedad para la climatización en centro de datos, los valores están especificados por la organización American Society of Heating,

Refrigerating and Air-Conditioning (ASHRAE). Para la temperatura en un

centro de datos TIER 2 se destacó un rango recomendado de 18 a 27ºC y una humedad relativa de 40 a 55%.

Se realizó una evaluación en la empresa mediante la metodología de MESERI, se determinó el número de equipos existentes, la temperatura y humedad en determinadas horas de la sala CORE. Además se realizó el diseñó del sistema contra incendios calculando la cantidad de agente a usar en la sala CORE y con un valor aproximado de 7340 USD.

Se diseñó el sistema de control de climatización especificando la carga térmica y la cantidad de humidificación en la sala CORE. El sistema tiene un precio aproximado de 3400 USD manteniendo los elementos redundantes en el centro de datos.

xiv

ABSTRACT

A conceptual was conducted which was used to analyze the different solution alternatives for fire and air conditioning systems. Using a table comparing different risk assessment methodologies of fire, The Meseri methodology was selected and it was used for the design.

It was investigated the rules that are used in fire protection systems applied in data center, it was determined that the Regulations for Prevention, Mitigation and Fire Protection, NFPA and NTP provide important parameters for the design and implementation of fire protection systems. NFPA 2001 and 72 were used to determine design parameters are detailed in the agent firefighting system with HFC - 277ea. It was determined that the recommended temperature and humidity for the air conditioning in the data center, are specified by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning (ASHRAE). For the temperature in a data center type TIER 2, was determined that there is a preferred range of 18 to 27 ºC and a relative humidity of 40 to 55%.

An evaluation in the company by MESERI methodology was find the number of existing equipment, temperature and humidity at specific data center hours. It also carried out the fire system designed by calculating the amount of agent to use in the data center with an approximate value of 7340 USD. It also was designed the fire system at specific by calculating the amount of agent to use in the data center with an approximate value of 7340 USD. It was designed the HVAC control system determining the thermal load and the amount of humidification in the data center with an approximate price of 3400 USD maintaining redundant elements in the data center.

1 En la actualidad las estadísticas demuestran que de cada diez incendios, nueve tienen origen eléctrico, es decir que se establecieron mediante un cortocircuito. El motivo principal de los incendios por origen eléctrico es la subestimación que se tiene ante la electricidad; según la Fundación de Prevención de Incendios Producidos por la Electricidad (FUNPIPE). FUNPIPE es una fundación que se encuentra ubicada en Manabí – Portoviejo, y se encarga de realizar tareas de prevención de riesgos eléctricos y ahorro de energía eléctrica domiciliaria.

Los equipos electrónicos pierden su integridad aproximadamente a partir de los 75°C y 85% de humedad relativa, perder un equipo en un centro de datos por falta de control de climatización puede ocasionar la suspensión de servicios, daño en los equipos y posible pérdida de información.

La empresa Unisolutions Informática S.A. ofrece servicios satelitales a los sectores comerciales y domésticos de Quito, en la sala CORE se procesa información de los clientes y se encuentran los equipos que proporcionan diferentes servicios mediante internet.

En la actualidad la empresa Unisolutions Informática S.A. posee dispositivos básicos contra incendios como extintores manuales, señalización y manguera contra incendios; que se encuentra en el pasillo del edificio en donde se está ubicada la oficina de la empresa. El centro de datos tiene un extintor portátil y control de temperatura y humedad mediante aire acondicionado convencional; que mantiene una temperatura constante. No existen parámetros de temperatura y humedad recomendados por la organización ASHRAE

2 Por consiguiente se propone el diseño del sistema contra incendios y control de la climatización en la sala CORE de Unisolutions Informática S.A. mediante la selección de dispositivos certificados contra incendios y con parámetros recomendados por la norma NFPA. El diseño del control de temperatura y humedad debe mantener un rango deseado y cumpliendo con parámetros propuestos por la organización (ASHRAE). En el diseño se debe tomar en cuenta la funcionalidad de un segundo aire acondicionado para mantener la redundancia, y debe haber un control en el programa que active el sistema contra incendios en caso de una temperatura elevada.

Es importante diseñar el sistema contra incendios y control de climatización, porque da a conocer a los directivos de la empresa las características técnicas y económicas del sistema contra incendios y control de climatización.

1.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema contra incendios y control de climatización en la SALA CORE para Unisolutions Informática S.A.

1.1.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Investigar mediante material bibliográfico los parámetros y estándares principales de funcionamiento en Data Centers.

 Diagnosticar la SALA CORE base a las recomendaciones técnicas establecidas para el tipo de data center en donde se va a realizar el diseño.

 Analizar diferentes alternativas para diseñar el sistema contra incendios y control de la climatización.

 Diseñar el sistema contra incendios y control de climatización.

4 En el siguiente capítulo se presenta las características de un centro de datos, las áreas principales y los estándares que normalizan un centro de datos.

El capítulo abarca los fundamentos principales de la climatización como carga térmica, temperatura y humedad. Se trata conceptos fundamentales de sistemas de medición, control y climatización para centro de datos.

Por último se determina los principios básicos de un sistema contra incendios, las características y normas que regulan los sistemas contra incendios. Se conceptualiza las clases de fuego existentes, las etapas de desarrollo de un incendio, la evaluación de riesgos, sistema de supresión, detección y mitigación de incendios.

2.1. CENTRO DE DATOS

Un centro de datos es un lugar en donde se ubican los recursos necesarios para el procesamiento de la información en una organización. El objetivo más importante en la creación de un centro de datos, es el de garantizar la continuidad del servicio a clientes, empleados, proveedores y empresas colaboradoras proporcionando protección física y lógica en los equipos implicados en la comunicación. (Soria, 2012)

2.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS CENTROS DE DATOS

Las características de un centro de datos se basan en el estándar ANSI/EIA/TIA 942, dicho estándar tiene pautas para diseñar centros de datos (construcción y activación de centro de datos). El estándar determina características importantes para el diseño como:

 Niveles de redundancia.

 Tamaño del centro de datos.

 Tiempo de respuesta.

 Tiempo de implementación.

5 El estándar determina las áreas importantes que se recomienda considerar para el diseño de un centro de datos, las más importantes son: (ANSI/TIA/EIA, 2012)

 Arquitectura.

 Eléctrica.

 Aire Acondicionado.

 Telecomunicaciones.

 Gestión.

 Mantenimiento.

 Seguridad.

2.1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE DATOS

La estandarización ANSI/EIA/TIA 942 determina 4 tipos de clasificación (TIER) en centro de datos. La clasificación TIER indica el nivel de fiabilidad en centros de datos asociados a los niveles de disponibilidad. Los TIER se clasifican en:

 Infraestructura básica (TIER 1).

 Infraestructura con componentes redundantes (TIER 2).

 Infraestructura con mantenimiento simultáneo (TIER 3).

 Infraestructura tolerante a fallas (TIER 4).

2.1.2.1. Infraestructura con componentes redundantes (TIER 2)

Las características básicas son:

 Disponibilidad de 99.741%.

 Menor cantidad de interrupciones en actividades planeadas o no planeadas.

 Componentes redundantes (n+1).

 Tiene suelos elevados, generadores auxiliares o UPS.

 El centro de datos se encuentra conectado a una línea de distribución eléctrica y refrigeración.

6

 Duración de la implementación es de 3 a 6 meses. (ANSI/TIA/EIA, 2012)

2.1.3. ÁREAS PRINCIPALES EN CENTRO DE DATOS

Las principales áreas que presenta un centro de datos son:

 Sala de entrada (ER).

 Área de distribución principal (MDA).

 Área de distribución horizontal (HDA).

 Área de distribución de los equipos (EDA).

 Área de distribución de la zona (ZDA).

2.1.4. ÁREA DE DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS (EDA)

Es un espacio exclusivo para almacenar equipos terminales (Servers, Storage), también se almacena equipos de comunicación de datos o voz (conmutadores, enrutadores, centrales telefónicas) (Soria, 2012). En la mayoría de centros de datos se encuentran los siguientes equipos:

 Switch o conmutador.

 Router o enrutador.

 Add/Drop multiplexer (ADM).

 Servidores.

 Generador eléctrico

 Sistema de alimentación interrumpida (UPS)

2.1.4.1. Servidor

Es una computadora que forma parte de una red, provee de un servicio a la red a la que está conectada. (ANSI/TIA/EIA, 2012)

Existen varios tipos de servidores que almacenan y distribuyen información a través de la red. Los más comunes son:

 Servidor de correo.

 Servidor de telefonía.

 Servidor proxy.

7

 Servidor web.

 Servidor de base de datos.

 Servidor de autenticación.

Es una fuente de suministro electrónico que mediante una batería, proporciona energía en el caso que exista una interrupción eléctrica.

2.1.5. ESTÁNDAR ANSI/EIA/TIA - 942

El estándar es aprobado por la organización TIA (Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones) y ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de estándares), con el objetivo de integrar criterios en las áreas de tecnología y de comunicación. TIA - 942 es un estándar que especifica requerimientos que deben ser considerados para el diseño en un centro de datos.

Las principales ventajas de diseñar un centro de datos mediante el estándar TIA - 942 son:

 Nomenclatura estándar.

 Funcionamiento a prueba de fallos.

 Protección contra catástrofes naturales o manufacturadas.

 Fiabilidad a largo plazo.

 Capacidad de expansión y escalabilidad en el centro de datos.

El estándar TIA - 942 presenta un modelo de subsistemas en el cual especifica el área del centro de datos y los lineamientos a seguir en el diseño, como se detalla en la Tabla 2.1.

2.2. CLIMATIZACIÓN

La climatización es el proceso de tratamiento del aire para establecer condiciones adecuadas en un área determinada. El tratamiento del aire se lo realiza mediante controles de temperatura y humedad. Los sistemas de climatización dependen de tres factores importantes:

 La función que cumple el sistema de climatización en el entorno.

8

 El equipo que se utiliza para climatizar (sistemas centrales, individuales o combinados).

Tabla 2.1. Lineamientos para el diseño de un centro de datos

(ANSI/TIA/EIA, 2012)

2.2.1. CARGA TÉRMICA

El cálculo de cargas térmica determina la cantidad de calor y corriente de frío que circulan por un área específica El objetivo es calcular la capacidad de los equipos que sirven para realizar la climatización.

Para obtener la carga térmica de un lugar específico, se toma en cuenta dos parámetros importantes:

 Ganancia o pérdida de calor.

 Carga real o efectiva.

Conforme al cálculo de la carga térmica existen aspectos físicos que involucran el área en donde se requiere diseñar el sistema de climatización, los aspectos más importantes son:

 Dimensiones del espacio.

 Altura del techo.

 Materiales de construcción.

Telecomunicaciones Arquitectura Eléctrica Mecánica

Cableado de racks Selección del sitio Cantidad de accesos Sistema de climatización Accesos redundantes Tipo de construcción Puntos únicos de falla Presión positiva

Cuarto de entrada Protección ignifuga Cargas críticas Cañerías y drenajes

Área de distribución Requerimientos

NFPA 75 Redundancia de UPS Chillers

Backbone Barrera de vapor Topología de UPS CRAC’s y condensadores

Cableado horizontal Techos y pisos PDU’s Control de HVAC

Elementos activos

redundantes Area de oficinas Puesta a tierra Detección de incendio

Alimentación

redundante NOC

EPO (Emergency

Power Off) Sprinklers

Patch panels Sala de UPS y

baterías Baterías

Extinción por agente limpio (NFPA 2001)

Patch cords Sala de generador Monitoreo Detección por aspiración

(ASD) Control de acceso Generadores

CCTV transfer Tranfer Switch

9

 Condiciones ambientales.

 Ventanas.

 Puertas.

 Ocupantes.

 Alumbrado.

 Motores.

 Utensilios, maquinaria comercial, equipos electrónicos.

 Ventilación.

 Almacenamiento térmico.

 Funcionamiento continuo o intermitente.

Para el cálculo de la carga térmica se lo realiza mediante la siguiente fórmula:

𝑪 = 230 ∗ 𝑉(#𝑃𝑦𝐸 ∗ 476) [2.1]

Dónde:

230 = Factor calculado para América Latina (Temperatura máxima de 40°C dado en BTU/hm³).

V = Volumen del área donde se instalara el equipo.

#PyE = Número de personas + equipos electrónicos instalados en el área.

476 = Factores de ganancia y perdida de aportados por cada persona y/o equipo. (Rasmussen, 2003)

2.2.2. TEMPERATURA

Es una propiedad que se relaciona a estados de calor o frío en un área determinada. La temperatura se puede medir con termocuplas análogas o digitales, las mismas dan a conocer valores de temperatura en un área. Las unidades de medición frecuente de temperatura son Celsius o Fahrenheit.

2.2.2.1. Sensores de temperatura

10 eléctricas, en los sensores de temperatura se determina un valor mediante la variación de tensión eléctrica (voltaje).

Los sensores eléctricos de temperatura más usados son:

 Termocuplas.

 Termorresistencias.

 Termistores.

 Diodos sensores de temperatura.

 Sensores de silicio con efecto resistivo.

Los sensores de temperatura más comunes para medición en rangos pequeños son:

 PT100.

 LM35.

2.2.2.2. Parámetros de temperatura en centro de datos

La ASHRAE en la guía Thermal Guidelines for Data Processing Enviroments

Expanded Data Center Classes and Usage Guidance determina que el

estándar para centros de datos clase a y b (TIER 1 y TIER 2) es:

 Rango de temperatura recomendado en centro de datos es de 18ºC – 27ºC (64ºF – 81ºF) bulbo seco.

 Rango de temperatura en el centro de datos es de 15ºC a 32.2ºC.

 Tasa máxima de cambio de temperatura es de 5ºC (9ºF) por hora.

 En un servidor normal la variación de temperatura es de 7ºC con las siguientes características:

o Con entrada de 21ºC a 28ºC.

o Sin entrada de 27ºC a 34ºC.

 En un servidor BLADE la variación de temperatura es de 15ºC con las siguientes características:

o Con entrada de 21ºC a 36ºC.

11

2.2.2.3. Amenazas y riesgos de variación de temperatura en centro de

datos

La temperatura en un centro de datos no debe de sobrepasar del límite máximo establecido, debido a que existe la posibilidad que los equipos no operen de manera correcta, además a una temperatura excesiva (desde los 75ºC) los equipos electrónicos pierden su integridad. (RF CODE, 2010) En un centro de datos existen diferentes lugares físicos en donde la temperatura es crítica, los cuales son:

 Temperatura del aire en espacios como pisos elevados, sobre todo en donde el sistema de aire acondicionado se encuentra lejos.

 Temperatura del aire en los pasillos fríos, es decir el área en donde existe un constante funcionamiento del sistema de aire acondicionado.

 Temperatura del aire en el interior de los equipos y en los racks, la temperatura es elevada cuando existe racks con compartimiento cerrado. La aplicabilidad, el riesgo y la salvaguarda ante la amenaza de temperatura en centro de datos se detallan en la Tabla 2.2.

Tabla 2.2. Amenazas y riesgos en función a temperatura

2.2.3. HUMEDAD

Es la cantidad de vapor de agua que se presenta en el aire en un área determinada. La humedad se puede expresar como:

Amenaza Temperatura

Aplicabilidad Data Center en el interior de los

racks o espacios concentrados Altas temperaturas reduce la duración de vida de los equipos de

telecomunicaciones Bajas temperaturas provocan

humedad en los equipos de telecomunicaciones ocasionando

la inestabilidad e incluso el corto circuito de los elementos internos

de los equipos

Sensor Sensores de temperatura

12

 Humedad absoluta: es la cantidad de vapor de agua por unidad de volumen de aire ambiente.

 Humedad específica: es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire.

 Humedad relativa: es la masa de aire en relación a la humedad absoluta máxima que puede admitirse sin producirse condensación.

Para determinar la humedad relativa, se considera la presión atmosférica; debido a que un aumento en la presión atmosférica disminuye la densidad del aire. Para el cálculo de humedad relativa mediante bulbo seco y húmedo se aplica la siguiente fórmula:

Ɵ = (

) ∗ 100

Dónde:

Ɵ = Humedad relativa.

Pv = Presión o tensión de vapor.

Pvs = Presión de vapor de saturación a la temperatura de bulbo húmedo.

Para determinar la presión de vapor se utiliza la siguiente fórmula:

𝐏𝐯 = Pvs, bh − a1 ∗ P ∗ (T − Tbh)

Dónde:

Pv = Presión o tensión de vapor.

Pvs,bh = Presión de vapor de saturación a la temperatura de bulbo húmedo.1 (Ver tabla anexo 4, tabla 3)

a1 = Factor psicométrico. (Ver tabla anexo 4, tabla 1)

P = Presión atmosférica. (Ver tabla anexo 4, tabla 2)

T-Tbh = Diferencia o depresión psicométrica.

1 _{Calculado con los datos de 2009 ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS}

13 Para el cálculo de la capacidad de humificación se aplica la siguiente fórmula:

𝒎𝑯

𝑶 =

𝐿𝑊

ℎ ∗(𝑥2−𝑥1)

1000 [2.4]

Dónde:

mH20 = Capacidad máxima de humidificador en kg/h.

V = Volumen de aire que debe humidificarse en m³.

LW/h = Numero de renovaciones por hora, depende del uso previsto de la sala.

1.2 = Valor constante del peso específico del aire, en kg/m³.

X1 = Humedad absoluta deseada del aire de la sala, en g/kg.

X2 = Humedad absoluta mínima antes de humidificar, en g/kg. (STULZ, s.f)

2.2.3.1. Sensores de humedad

Son dispositivos que tienen la capacidad de detectar magnitudes químicas conocidas como variables de instrumentación y las transforman en variables eléctricas, en los sensores de temperatura se determina un valor mediante capacidad eléctrica.

El principio de los sensores de humedad se basa en la corriente de aire que tiene conductividad eléctrica, los sensores mediante cables eléctricos sin recubrimientos conducen pequeñas cantidades de corriente ante un ambiente húmedo. Se compone de transistores que amplifican la señal en los cables eléctricos y compara los valores con parámetros estandarizados de calibración, el cual depende de cada fabricante.

Los sensores de humedad se clasifican en:

 Mecánicos.

 Basados en sales higroscópicas.

 Conductivos.

 Capacitivos.

14

 Resistivos.

Los sensores de humedad más comunes en el mercado son:

 SHT11.

 HS1101 / 1100.

 DHT11.

La mayoría de los sensores nombrados son mixtos, es decir miden temperatura y humedad además proporcionan señales analógicas o digitales. (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2011)

2.2.3.2. Parámetros de humedad en centro de datos

La organización ASHRAE en la guía Thermal Guidelines for Data Processing

Enviroments Expanded Data Center Classes and Usage Guidance determina

que el estándar para centro de datos clase a y b (TIER 1 y TIER 2) es:

 La humedad relativa en un centro de datos es de 60% (RH).

 El rango de humedad recomendada en un centro de datos es entre 40 - 55%.

 El rango de humedad permitida en un centro de datos es entre 20 - 80%. (ANSI/TIA/EIA, 2012)

La guía antes mencionada clasifica la humedad en función a la clase de centro de datos que se requiera diseñar, como se detalla en la Tabla 2.3.

2.2.3.3. Amenazas y riesgos de variación de humedad en centro de

datos

15

Tabla 2.3. Especificaciones del entorno en función al estado de los equipos

(ANSI/TIA/EIA, 2012)

En un centro de datos la humedad varia constantemente debido al aire libre que circula en un área, por consiguiente existe las posibilidades de variaciones críticas en el ambiente las cuales son:

 Riesgos por condiciones bajas de humedad, tiene como amenaza provocar descargas electrostáticas que pueden dañar los equipos que se encuentran en el centro de datos.

 Riesgos por condiciones altas de humedad, tiene como amenaza la posibilidad de condensación que puede provocar corto circuito produciendo un posible incendio.

La aplicabilidad, el riesgo y la salvaguarda ante la amenaza de temperatura en centro de datos se detallan en la Tabla 2.4.

Tabla 2.4. Amenazas y riesgos en función a la humedad

Permisible Recomendado Permisible

(% RH) Recomendado

1 15 to 32 18 to 27 20 to 80 5.5ºC DP to 60% RH

and 15ºC DP ç 3050 5/20 5 to 45 8 to 80 27

2 10 to 35 18 to 27 20 to 80 5.5ºC DP to 60% RH

and 15ºC DP 21 3050 5/20 5 to 45 8 to 80 27

3 5 to 35 NA 8 to 80 NA 28 3050 NA 5 to 45 8 to 80 29

4 5 to 40 NA 8 to 80 NA 28 3050 NA 5 to 45 8 to 80 29

Funcionamiento del producto Porducto apagado

Temperatura de bulbo húmedo (°C)

C

la

s

e

Rango de humedad, Sin condensación P un to de r oc ió m á x im o (° C )

Especificaciones del entorno de los equipos

E le v a c ión M á x im a ( m ) Ta s a m á x im a de c a m bi o (° C /h) Te m pe ra tura de bu lbo hú m e do ( °C ) H um e da d R e la ti v a ( % ) P un to de r oc ió m á x im o (° C ) Amenaza Humedad

Aplicabilidad Data Center en el interior de los

racks o espacios concentrados Baja humedad provoca descargas

eléctricas Alta humedad provoca condensación en equipos de

telecomunicaciones

Sensor Sensores de humedad

16

2.2.4. SISTEMA DE MEDICIÓN

De acuerdo con (Bolton, 2001), los sistemas de medición están compuesto por una entrada que es la magnitud que se desea medir, y una salida que es el valor correspondiente a la magnitud de entrada, como se detalla en la

Figura 2.1.

Termómetro Entrada

Temperatura Número en _{una escala} Salida

Figura 2.1. Ejemplo de Sistema de Medición (Termómetro)

(Bolton, 2001)

Lo sistemas de medición están formados por 3 elementos que son:

 Sensor.

 Acondicionador de señal.

 Sistema de presentación visual.

Sensor Acondicionador de

señal

Medio de presentación visual Cantidad que

se mide

Valor de la magnitud

Figura 2.2. Elementos de un sistema de medición

(Bolton, 2001)

2.2.4.1. Sensores

Los sensores son dispositivos que permiten la transformación de señales físicas o químicas en variables que representan un valor específico. La medida de las variables depende del sensor que se vaya a utilizar y lo que se requiera medir. Los sensores electrónicos son los más usados en el mercado, debido a la exactitud de la medición.

17 Las características técnicas principales en los sensores de temperatura y humedad son las siguientes:

 Exactitud.

 Rango de medida.

 Desviación de cero.

 Linealidad.

 Repetitividad.

 Tiempo de respuesta (Sensibilidad).

 Tamaño.

 Intervalos de operación.

 Resistencia a contaminantes y ambiente extremos.

 Costo y efectividad.

2.2.4.2. Acondicionador de señal

Son amplificadores operaciones que aumentan la señal que reciben de los sensores y pasan por elementos de filtrado o procesadores analógicos. Convierten las señales de analógicas a digitales para ser procesadas en un elemento de control.

Entre los acondicionadores más usados se tiene:

 Circuitos Puente.

 Puente Maxwell.

 Puente Schering.

2.2.4.3. Sistema de presentación visual

Los sistemas de presentación visual muestran la información del sistema de medición de forma entendible para el usuario. Existen diferentes tipos de presentación visual las cuales se ajustan a las necesidades de cada usuario; los más comunes son:

 Presentación por pantalla LCD.

18

 Presentación por acceso remoto (información enviada desde una red al usuario).

2.2.5. SISTEMA DE CONTROL

De acuerdo a (Bolton, 2001), un sistema de control se puede considerar como una caja negra que sirve para controlar la salida de un valor o secuencias de valores determinados.

Sistema de calefacción central Entrada

Temperatura Requerida

Temperatura en el valor establecido

Salida

Figura 2.3. Ejemplo de sistema de control (Sistema de calefacción central)

(Bolton, 2001)

Lo sistemas de control deben cumplir con los siguientes objetivos:

 Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

 Ser eficientes evitando comportamientos erróneos.

2.2.5.1. Sistema de control de lazo abierto

Es un sistema en donde la salida no tiene efecto sobre la acción de control, es decir que actúa sobre una señal de entrada y muestra como resultado una salida independiente a la señal de entrada (Ver Figura 2.4.).

Las características del sistema de control de lazo abierto son:

 Dependencia de calibración del elemento de control.

 Existencia de repetitividad de eventos en la entrada sobre extensos periodos de tiempo.

 Sencillez y de fácil concepto.

 Estabilidad ante una perturbación.

 La salida del control no se compara con la entrada.

 Puede llegar ser afectado por perturbaciones (intangibles o tangibles).

19

Elemento de control

Elemento de

correción Proceso

Entrada Salida variable

controlada

Señal que se espera produzca la salida

requerida

Figura 2.4. Sistema de control de lazo abierto

(Bolton, 2001)

2.2.5.2. Sistema de control de lazo cerrado

Son sistemas de control retroalimentados, es decir la acción de control funciona en la señal de salida. Se usan frecuentemente en los siguientes casos:

 Existencia de un proceso que no es posible regular por el hombre.

 Existencia de producción en gran escala por lo tanto las personas encargadas no pueden controlar todos los sistemas de producción.

 Mantienen un proceso controlado durante largas horas de trabajo.

Las características más importantes de los sistemas de control de lazo cerrado son las siguientes:

 Son complejos.

 Tienen una variedad de parámetros que se pueden controlar.

 La salida del control se compara con la entrada y dependiendo del control que exista, afecta a todo el sistema.

 Su propiedad es la retroalimentación.

 Son estables ante perturbaciones y variaciones internas.

Lo elementos básicos de un sistema de lazo cerrado son los siguientes (Ver

Figura 2.5.):

 Elementos de comparación: se puede considerar como un sumador que añade un valor medio a la señal de referencia.

 Elemento de control: cuando se recibe una señal de error, el elemento de control decide que acción llevar a cabo.

20 corregir o modificar la condición controlada.

 Elemento de proceso: es el proceso que se está controlando.

 Elemento de medición: produce una señal relacionada con el estado de la variable del proceso que se controla.

Figura 2.5. Sistema de control de lazo cerrado

(Bolton, 2001)

2.2.5.3. Tarjeta de adquisición de datos

El funcionamiento de las tarjetas de adquisición de datos consiste en generar datos mediante muestreo que pueden ser manipulados por un ordenador. El objetivo de las tarjetas de adquisición de datos es tomar un conjunto de señales físicas y transformarlas en señales digitales. La adquisición de datos se lo realiza mediante sensores que pueden ser analógicos o digitales. Si los sensores son analógicos, se necesita implementar un acondicionamiento de señal para transformar la señal analógica a digital.

Las tarjetas de adquisición de datos por lo general están conectadas a un PC, se conectan a través de módulos (USB, puerto serial) o de ranuras internas del PC (PCI, ISA). Para la conexión de hardware y software cada fabricante proporciona al cliente drivers para interactuar entre el ordenador y la DAQ.

Existen diferentes empresas que fabrican tarjetas de adquisición de datos, las empresas más comunes que fabrican tarjetas de adquisición son:

21

 Keithley.

 Microtronics.

 Elsys.

2.2.6. SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN EN CENTRO DE DATOS

La climatización en un centro de datos se basa en la temperatura, humedad y la filtración de polvo que proviene de los equipos de climatización. Existen 4 factores importantes, los cuales son:

 Enfriamiento (Refrigeración).

 Humidificación.

 Deshumidificación.

 Filtraje (Filtro de polvo).

Para la climatización en un centro de datos se debe en tomar en cuenta los siguientes aspectos:

 Enfriamiento latente (habilidad de remover humedad).

 Enfriamiento sensible (habilidad de remover calor seco).

Es importante en los sistemas de climatización la filtración de polvo (filtración de aire). El polvo en cualquier componente electrónico puede ocasionar daños, debido a que una acumulación de polvo origina disminución en la disipación de calor causando sobrecalentamiento y un alto riesgo de incendio. (DRAABE, s.f)

Los elementos más importantes para la climatización en un centro de datos son:

 Unidad acondicionadora de aire.

 Sistema de tubos de cobre aislados de interconexión de las unidades evaporadora/condensadora.

 Sistema de tubos de drenaje de condensados.

 Alimentación eléctrica al sistema.

 Sistema de conducción del aire de recirculación de aire nuevo.

22 La climatización en un centro de datos se puede realizar de forma individual (un dispositivo que emite energía térmica) y centralizada (un dispositivo que produce energía térmica y la lleva por medios de conducción a diferentes sectores). (Mcdowall, 2011)

2.2.6.1. Sistemas individuales

Los sistemas individuales se aplican en espacios pequeños con una necesidad energética menor a cualquier otro sistema.

2.2.6.2. Sistema de precisión

Los sistemas de control de precisión de climatización están diseñados para mantener un control riguroso de temperatura y humedad. Los valores se obtienen mediante el sensado de la temperatura y humedad, a su vez se comparan en un rango deseado. (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2011)

Los sistemas de control de precisión de clasifican en:

 Sistema de refrigeración por aire.

 Sistema de refrigeración por agua.

 Sistema de refrigeración por glicol.

 Sistema de refrigeración por agua helada.

2.3. SISTEMA CONTRA INCENDIOS

El sistema contra incendios incluye dispositivos, equipos y controles para la detección de fuego y humo en un centro de datos. El objetivo principal es salvar vidas, proteger los equipos que se encuentran en el centro de datos y minimizar interrupciones en el servicio.

2.3.1. CLASES DE FUEGO

23 Las clases de fuego se dividen en 5 tipos que son:

 Clase A: se produce por combustibles sólidos como papel, cartón, madera, plástico, telas de algodón, pasto, gomas, caucho, corcho, productos celulosos, etc.

 Clase B: se produce en combustibles líquidos como derivados de petróleo, pinturas, solventes, etc.

 Clase C: se produce por equipos energizados como artefactos electrónicos, transformadores, motores, tableros electrónicos, conexiones eléctricas, etc.

 Clase D: se produce por metales y aleaciones como magnesio, potasio, sodio, titanio, vanadio, etc.

 Clase K: se produce por aceites de cocina tales como aceites vegetales, aceites animales, grasas, etc. Arden a temperatura elevadas.

Figura 2.6. Tipos de fuego

(National Fire Protection Association, 2013)

2.3.2. ETAPAS EN EL DESARROLLO DE INCENDIOS

Un incendio pasa por diferentes etapas hasta que llegue a materializarse, el tiempo que se demora un incendio en pasar de una etapa a otra depende del origen del incendio y de los materiales que se encuentran en combustión. Los incendios se dividen en cuatro etapas las cuales se detallan en la Tabla 2.5.

La mitigación de un incendio debe seguir un proceso, como se muestra en la

24

Tabla 2.5. Etapas en el desarrollo de incendios

(DEMSA, s.f)

2.3.3. EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INCENDIO

En la evaluación se toma en cuenta los riesgos, amenazas y vulnerabilidad que tiene la organización en función de la protección contra incendios del establecimiento. En la Tabla 2.6 se presenta las vulnerabilidades, amenazas y riesgos que presenta un centro de datos en función de un incendio.

ETAPA CARÁCTERÍSTICAS

No existe llama Poco humo Temperatura baja

Existen gran cantidad de partículas de combustión

Duración de etapa variable No existe llama No existe calor significativo

El aumento de partículas de combustión es constante (partículas invisibles y se comportan como gases)

Duración de etapa variable Existe llama, comienza el punto de

ignición Disminución de humo

Aumento de calor La etapa dura poco Gran cantidad de calor

Existe llama extensa Aumento de calor Aumento de gases tóxicos

ETAPAS EN EL DESARROLLO DE INCENDIOS

Etapa incipiente

Etapa latente

Etapa de llama

25

Tabla 2.6. Amenazas y riesgos en función a la humedad

Antes de la selección de controles se debe realizar un análisis del riesgo de incendio, con el objetivo de determinar qué sector se necesita implementar salvaguardas. Existen diferentes metodologías a seguir que determinan la importancia de riesgo, entre las más importantes se tiene:

 Método de riesgo intrínseco.

 Metodología de MESERI.

 Metodología de Gustav.

 Metodología de Gretener

 Metodología E.R.I.C.

 Metodología F.R.A.M.E.

Las metodologías se caracterizan por profundizar distintos aspectos de la evaluación del riesgo de incendio, la selección de la metodología está en función a la magnitud del lugar en donde se requiere evaluar y al objetivo que tiene la evaluación. Para determinar que metodología a usar, es necesario conocer las características, aplicación y objetivo de cada metodología, las cuales se presentan en la Tabla 2.7.

El desarrollo de la metodología de MESERI se detalla en el ANEXO 5.

RIESGOS AMENAZAS VULNERABILIDADES

Riesgo de pérdidas humanas

Sobrecalentamiento de equipos

Falta de sistema contra incendios

Pérdida total de equipos Conexiones en mal

estado

Falta de controles de temperatura

Pérdida de información

de los clientes Sobre voltaje

Desconocimiento del personal en materia de seguridad laboral Electricidad

electroestática

Negligencia por parte del personal

CENTRO DE DATOS

Suspensión del servicio por más de 24 horas

26

27

Tabla 2.7. Comparación de los métodos de evaluación del riesgo de incendio

Riesgo Intrínseco Meseri G. Purt Gretener E.R.I.C F.R.A.M.E Autor M.I.N.E.R MAPFRE G. Purt M. Gretener Sarrat y Cluzel E. De Smet

Año 1981 1978 1971 1965 1977 1988

País España España Alemania Suiza Francia Bélgica

Basado Original Original Gretener derivación

simplificada Original Gretener Gretener y Eric

Aplicación Establecimientos de

uso industrial

Lugares de riesgo y tamaño medio

Lugares de riesgo medio

Toda clase de edificaciones e

industrias

Toda clase de edificaciones e

industrias

Toda clase de edificaciones e

industrias

Objetivo

Evaluar el nivel de riesgo de incendio por

la carga térmica, combustibilidad de los

materiales y por la actividad industrial

desarrollada

Evaluar el riesgo global de incendio de forma rápida y simple

Evaluar el riesgo de incendio en función al edificio y al contenido que se encuentra en el interior del mismo

Evaluar el riesgo de incendio en función a

la propiedad y considerando a las

personas de forma indirecta

Evaluar el riesgo de incendio en función a

las personas y a los bienes

Evaluar el riesgo de incendio en función al

patrimonio, personas y actividades que realiza la organización

Cálculo Mediante una ecuación Mediante una ecuación

Mediante dos ecuaciones y una gráfica que representa

la protección

Mediante una ecuación que compara el riesgo

admisible con el efectivo

Mediante dos ecuaciones y una gráfica que representa

la necesidad de protección

Mediante 3 ecuaciones

28

Tabla 2.7. Comparación de los métodos de evaluación del riesgo de incendio. Continuación.

(Peña & Rubio, 2013)

Riesgo Intrínseco Meseri G. Purt Gretener E.R.I.C F.R.A.M.E

Factores que reducen el

riesgo de incendio

Se reduce el riesgo mediante medidas constructivas y medios

de prevención

Diferencias entre vigilancia y sin vigilancia, extintores, detección automática

y rociadores de extinción

Para el riesgo calculado, el diagrama

determina la medida de protección

Se reduce el riesgo mediante medidas normales, especiales

y de construcción

Se reduce con aumento de medidas de protección en caso que sean necesarias o

el riesgo no sea aceptable

El riesgo se reduce con factores de escape y salvamento,

además se aplica medidas de protección contra incendios Factores que agravan el riesgo de incendio

Riesgo de actividad, coeficiente de combustibilidad y densidad de la carga de

fuego Construcción, situación, procesos, factores de contracción, propagabilidad y destructibilidad Carga térmica, combustibilidad, carga térmica inmueble, sector cortafuego, peligro para las personas, humos y

bienes

Carga de incendio mobiliaria, combustibilidad, humo de toxicidad,

carga inmobiliaria, nivel de planta, dimensión superficial

Carga de incendio, combustibilidad, nivel de planta, opacidad de

humos y tiempo de evacuación

Carga de incendio, combustibilidad, nivel

de planta, tiempo de evacuación, factor de

dependencia, ambiente, acceso y

29

2.3.4 SISTEMA DE SUPRESIÓN DE INCENDIOS

La función de los sistemas de supresión es mitigar un incendio mediante elementos automáticos o manuales.

2.3.4.1. Agente extintor

Los agentes extintores tienen propiedades físicas químicas que sirven para apaciguar un incendio. Los agentes extintores pueden actuar por:

 Sofocación.

 Enfriamiento (contra calor).

 Eliminando combustible.

 Actuando directamente sobre la reacción química.

La clasificación de agentes extintores según el manual de seguridad contra incendios de la empresa DEMSA se muestra en la Tabla 2.8.

En los centros de datos se usan agentes extintores para fuego clase C, debido a que existe una mayor cantidad de dispositivos electrónicos y eléctricos. En la Tabla 2.8 se muestra que los agentes con mayor afinidad para fuegos clase C son:

 Polvo químico seco.

 Gases halogenados (agentes limpios).

 CO2.

Para la selección del agente es necesario analizar la existencia de otro tipo de fuego, debido a que usualmente en los centros de datos existen otros materiales.

Para el cálculo de la cantidad agente extintor en base a HFC – 277ea, se aplica la siguiente fórmula

𝑊 =

(

)

Dónde:

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V = Volumen neto del riesgo, calculado como el volumen total menos el de las estructuras fijas impenetrables para el vapor de agente limpio (ft³ o m³).

C = Concentración de diseño de agente (% en volumen).

S = Volumen especifico del vapor de agente sobrecalentado a 1 atmosfera y a la temperatura mínima prevista t [°F (°C) del volumen protegido (ft³/lb o m³/kg)].

Según la norma NFPA 2001, estándar sobre sistemas de extinción de incendios con agentes limpios, 2012, tabla 5.5.1 (j), especifica la fórmula para determinar el volumen específico, en la cual se tome en cuenta los siguientes parámetros.

S = k1 + k2 (t) [2.7]

Dónde:

k1, k2 = Constantes del volumen específico.

t = Temperatura mínima del volumen protegido.

Para calcular la concentración máxima de diseño del agente HFC – 277ea, se utiliza la siguiente formula:

𝑪 =

𝑉 [2.8]

Dónde:

W = Peso de agente limpio (lb o kg).

V = Volumen neto del riesgo, calculado como el volumen total menos el de las estructuras fijas impenetrables para el vapor de agente limpio (ft³ o m³).

C = Concentración de diseño máxima del agente.

31

2.3.4.2. Actuadores automáticos y manuales

La principal función de los actuadores es activar el contenedor con el agente extintor; cuando existe una detección automática por parte de los sensores o cuando se activa el actuador manual. Los actuadores más comunes son:

 Actuadores electrónicos.

 Actuadores hidráulicos.

 Actuadores neumáticos.

 Actuadores eléctricos.

2.3.4.3. Red de tubería

La red de tubería depende del área en donde se requiere implementar el sistema de supresión y a la amenaza de incendio en un área determinada. La selección del material de las tuberías depende del agente extintor que va a recorrer la red de tuberías; se toma en cuenta criterios de presión, longitud de la tubería y el tipo de grosor.

Los materiales más comunes con los que se fabrica tubería son:

 Tubería de acero.

 Tubería de fibrocemento.

 Tubería de gres.

 Tubería de hierro fundido.

 Tubería de hierro galvanizado.

 Tubería de hormigón.

2.3.4.4. Boquilla de descarga o rociadores

Las boquillas de descarga o rociadores expulsan el agente extintor que es transportado por la red de tuberías.

Las boquillas de descarga se clasifican en:

 Boquillas cilíndricas.

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Tabla 2.8. Tipos de agentes extintores

(Villanueva, s.f) Polvo químico seco

ABC BC Especial (metal) Chorro Rociador

Exelente No aplica No aplica No aplica Exelente Muy bueno Exelente Bueno

Rápida extinción de llamas Sólo controla pequeñas superficies Acción extintora y enfriante Rápida extinción de llamas

Exelente Exelente No aplica Bueno Exelente No aplica Bueno No aplica

No deja residuos Acción, extintora enfriante y aislante Se desparrama el fuego Forma una nube enfriadora Rápida extinción de llamas

Muy bueno Muy bueno No aplica Exelente No aplica No aplica No aplica Exelente

No

conductor No conductor

Exelente No aplica No aplica No aplica No aplica No aplica

Asila el foco No conducen la

electricidad hasta 6000V

Fuego Clase D

No aplica No utilizar

Riesgo de explosión No utilizar - Riesgo de explosión

Fuego Clase C

Buena penetración, rápido enfriamiento

Fuego Clase A

La nube de polvo protege al operador Rápida extinción de