UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
EXTENSIÓN SANTO DOMINGO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Y AUTOMATIZACIÓN
Tesis de grado previo la obtención del título de:
INGENIERO ELECTROMECÁNICO, MENCIÓN EN AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE INTOUCH HMI PARA LA PLANTA DE PROCESAMIENTO DE BALSA MADERAEXPORT S.A. 2012”
Estudiante:
MIGUEL ANGEL OCAÑA MARIÑO
Director de tesis:
ING. HOLGER ZAPATA
ii
DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS
MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE INTOUCH HMI
PARA LA PLANTA DE PROCESAMIENTO DE BALSA MADERAEXPORT
S.A. 2012
Ing. Holger Zapata ___________________________ DIRECTOR DE TESIS
APROBADO
Ing. Katiusca Rosero
PRESIDENTE DE TRIBUNAL ___________________________
Ing. Carlos Centeno
MIEMBRO DE TRIBUNAL ___________________________
Ing. Nilo Ortega
MIEMBRO DE TRIBUNAL ___________________________
iii
El contenido del presente trabajo, está bajo la responsabilidad del autor.
______________________________
Miguel Angel Ocaña Mariño
C.I. 171954676-2
Autor: MIGUEL ANGEL OCAÑA MARIÑO
Institución: UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Título de Tesis: DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE INTOUCH HMI PARA LA PLANTA DE PROCESAMIENTO DE BALSA
MADERAEXPORT S.A. 2012
iv
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Extensión Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Santo Domingo, ……. de ……… del 2013.
Ing. Nilo Ortega
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
Estimado Ingeniero
Mediante la presente tengo a bien informar que el trabajo investigativo realizado por el señor: MIGUEL ANGEL OCAÑA MARIÑO, para optar por el Título de Ingeniero Electromecánico, Mención en Automatización Industrial cuyo tema es: “DISEÑO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS MEDIANTE LA
IMPLEMENTACIÓN DE UN SOFTWARE INTOUCH HMI PARA LA
MPLANTA DE PROCESAMIENTO DE BALSA MADERAEXPORT S.A. 2012”,
ha sido elaborado bajo mi supervisión y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Particular que informo para fines pertinentes
Atentamente.
____________________________ Ing. Holger Zapata.
v
DEDICATORIA
El presente trabajo va dedicado de manera muy especial a mis padres Luis Arquímedes Ocaña Valle y Fátima Lilian Mariño Freire, por darme el amor y el hogar tan maravilloso que tengo que con su apoyo incondicional y esfuerzo he logrado culminar una de las metas importantes en esta etapa de mi vida.
A mis adoradas hermanas Georgina y Gabriela por el cariño brindado, por alegrarme emocionalmente para alcanzar cada una de mis metas y hacer de mí una persona responsable y perseverante.
A mí querida tía Narcisa que con sus consejos y cariño han hecho de mí una persona luchadora y emprendedora.
De igual forma dedico esta tesis a mi abuelita MIMA que con sus bendiciones que ha derramado sobre mí y sus palabras sabias he logrado ser una persona de bien y útil para la sociedad.
Finalmente quiero dedicar esta tesis a mis familiares que me han apoyado y han confiado en mí para ser una persona de éxito.
vi
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer primeramente a Dios por darme la vida y sus bendiciones que con fe y perseverancia he podido levantarme cada día ya que ha sido mi guía para seguir luchando y no dejarme doblegar por las adversidades y sacar a flote los objetivos y metas planteadas y permitirme ser un hombre luchador, responsable y perseverante.
Quiero agradecer a mis padres que dándome ejemplo como personas trabajadoras, humildes y de gran corazón, han sembrado en mi sus valores y principios morales que ha sido la raíz fundamental para formarme como persona. Ustedes han sido el pilar fundamental de mi vida y mi formación académica. Gracias por creer en mí y su apoyo incondicional para poderme convertir en un profesional.
A mis queridas hermanas, gracias por ser la luz en mi vida por alegrarme y siempre han estado a mi lado dándome una mano de apoyo que ha sido de gran estimulo para seguir adelante.
Quiero expresar mi agradecimiento hacia mi novia Paola Vivanco, mi amor que con sus consejos y apoyo ha sido el eje principal con el cual me inspirado para tomar mis decisiones y sus palabras motivantes que han causado en mi muchos ganas de superación, de salir adelante y alcanzar esta una de mis metas. Gracias por ser parte de ella y como lo hemos dicho juntos hasta el final.
Agradezco a la señora Sonia Vélez por brindarme sus consejos y palabras sabias las cuales las e acogido con el mayor de los respetos y ha sido uno de los estímulos para lograr mis metas.
vii
Quiero agradecer a cada uno de mis familiares y amigos por su apoyo y tolerancia que siempre han estado a mi lado dándome una mano de apoyo. Solo me queda decirles muchas gracias y que Dios les Bendiga siempre.
Finalmente quiero agradecer a la empresa MADERAEXPORT S.A. por facilitarme las instalaciones, brindar su apoyo y confianza para desarrollar este tema y trabajo de tesis.
Desde el fondo de mi corazón con mucho cariño.
Muchas Gracias y que Dios les Pague.
viii
ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDO
TEMA PAG.
Portada ... ii
Sustentación y Aprobación de los Integrantes del Tribunal ... ii
Responsabilidad del Autor. ... iii
Aprobación del Director de Tesis... iiiv
Dedicatoria ... v
Agradecimiento ... vi
Indice General de Contenido ... viii
Resumen Ejecutivo ... xviii
Executive Summary ...xix
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.2 Antecedentes ... 1
1.3 Importancia del Estudio ... 2
1.4 Limitaciones del Estudio... 3
1.5 Formulación del Problema ... 3
1.6 Sistematización ... 3
1.7 Objetivo del Estudio ... 4
1.7.1 Objetivo General ... 4
1.7.2 Objetivos Específicos ... 4
1.8 Justificación ... 4
1.9 Alcance del Trabajo... 5
1.10 Idea a Defender ... 5
1.11 Población y Muestra ... 6
CAPÍTULO II MARCO DE REFERENCIA 2.1 Fluidos ... 7
ix
2.1.2 Flujo Ideal ... 7
2.2 Presión ... 8
2.3 Caudal ... 8
2.4 Pérdidas por Fricción ... 9
2.4.1 DARCY-WEISBACH ... 9
2.5 Altura Dinámica Total (TDH) ...11
2.5.1 Altura Estática ...11
2.5.2 Altura Dinámica ...11
2.6 Columna de Velocidad ...12
2.7 Cabezal Neto de Succión Positiva (NPSH) ...13
2.8 Cabezal Neto de Succión Positiva Disponible (NPSHA) ...14
2.9 Cabezal Neto de Succión Positiva Requerida (NPSHR) ...15
2.10 Tuberías ...15
2.10.1 Tipos de Tuberías ...15
2.10.2 Instalación de Tuberías ...16
2.10.3 Tuberías Ramificadas...16
2.10.4 Tuberías Malladas...17
2.10.5 Tuberías Mixtas ...18
2.11 Bombas Hidráulicas...19
2.11.1 Bomba Centrífuga...20
2.12 Tanque Hidroneumático...22
2.13 Teoría del Fuego...23
2.13.1 Concepto del Fuego ...23
2.13.2 Causas que Producen el Fuego ...25
2.13.3 Triangulo del Fuego ...25
2.13.4 Tetraedro del Fuego ...26
2.13.5 Clases de fuego...27
2.13.5.1 Fuego de Clase A ...27
2.13.5.2 Fuego de Clase B ...28
2.13.5.3 Fuego de Clase C ...29
2.13.5.4 Fuego de Clase D ...30
2.13.5.5 Fuego de Clase K ...31
2.14 Métodos de Extinción de Incendios ...31
2.14.1 Sofocación ...31
x
2.14.3 Inhibición Química de la Llama ...32
2.15 Normas Utilizadas en la Protección Contra Incendios ...32
2.15.1 LA NFPA (NATIONAL FIRE PROTECTIÓN ASSOCIATION) ...32
2.16 Sistema de Seguridad Contra Incendio ...33
2.16.1 Sistema de Aspersores ...34
2.16.2 Sistema de Tubería Seca ...34
2.16.3 Sistema de Tubería Húmeda ...35
2.16.4 Sistemas de Inundación ...36
2.16.5 Sistema de Extinción por medio de Espuma ...36
2.16.6 Sistema de Extinción por medio de Polvo Químico ...37
2.16.7 Sistemas de Extinción por medio de Dióxido de Carbono ...38
2.16.8 Sistema de Extinción por medio de Halogenados ...39
2.16.9 Sistemas de Extinción para Metales Combustibles ...39
2.16.10 Componentes Básicos de los Sistemas Contra Incendio ...39
2.16.11 Fuente de Agua ...40
2.16.12 Red de Uso Público...40
2.16.13 Fuentes Inagotables...41
2.16.14 Depósitos o Cisternas ...41
2.16.15 Cálculo de la Reserva de Agua ...41
2.16.16 Sistema de Bombeo ...42
2.16.17 Sistema de Tuberías Contra Incendio ...42
2.17 Accesorios de Combate de Fuego ...43
2.18 Clases de Chorros ...46
2.18.1 Chorro Pleno ...46
2.18.2 Chorro en forma de Lluvia ...47
2.18.3 Chorro en forma Pulverizada ...47
2.19 Suministro de Agua y Sistemas Hidrantes...47
2.20 Señalización de Seguridad ...49
2.20.1 Clasificación de la Señalización ...49
2.20.1.1 Pictogramas ...49
2.21 Sistema de Automatización HMI ...52
2.21.1 Componentes de HMI ...53
2.21.2 Software Intouch HMI ...54
2.21.3 Beneficios ...55
xi
2.21.5 Requisitos del Sistema ...55
2.21.6 Alarmas...56
2.21.6.1 Prealarmas ...56
2.21.6.2.-Alarma de Fin de Ciclo ...56
2.21.6.3 Alarma de paro ...56
2.2 Tipos de Detectores Automáticos ...57
CAPÍTULO III SITUACIÓN ACTUAL DE LA FÁBRICA DE PROCESAMIENTO DE BALSA MADERAEXPORT S.A. 3.1 Generalidades...59
3.2 Distribución de las Áreas en la Empresa de Procesamiento de Balsa “MADERAEXPORT S.A.” ...60
3.2.1 Área Administrativa ...60
3.2.2 Área Cocina Comedor ...60
3.2.3 Patio de Almacenamiento de Madera Verde (balsa recién cortada) ...61
3.2.4 Área de Secado de Madera Verde (BALSA) ...62
3.2.5 Área de Procesamiento de Balsa ...63
3.2.6 Área de Encolage y Prensado de Balsa ...64
3.2.7 Área de Mayor Riesgo de Incendios ...65
3.2.8 Área de Almacenamiento de Producto Terminado...66
3.2.9 Equipos de Seguridad Actual ...67
CAPÍTULO IV DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS 4.1 Cálculo del Volumen de Riesgo para la Determinación del Caudal ...69
4.2 Determinación de la Presión ...72
4.3 Selección del Tipo de Gabinete Contra Incendios ...73
4.4 Selección de Pitones o Boquillas ...74
4.5 Distribución de la Tubería...75
4.6 Ubicación de Hidrantes...76
4.7 Cálculo de la Bomba para el Sistema Contra Incendio ...78
4.7.1 Altura Total de Succión ...78
4.7.2 Altura Total de Descarga hasta los Hidrantes ...81
xii
4.8.-Potencia de la Bomba ...86
4.9.-Selección del Sistema de Bombeo ...87
4.10 Datos Técnicos de la Bomba Principal y Auxiliar Contra Incendio Seleccionada 88 4.10.1 Características de la Bomba ...88
4.10.2 Aplicaciones de la Bomba de Agua ...89
4.10.3 Cálculo de la Bomba por medio del Software marca Gouls Pumps ...90
4.11 Funcionamiento del Sistema de Bombeo ...97
4.12 Cálculo del Tanque Hidroneumático ...97
4.13 Automatización del Sistema Contra Incendios ...99
4.13.1 Desarrollo de la Interfaz Hombre Maquina (HMI)...99
4.14 Creación de la Pantalla HMI ...99
4.15 Unidad de Control (PLC) ... 107
4.16 Esquema de Conexión de Entradas/Salidas del Logo... 108
4.16.1 Entradas del Logo ... 109
4.16.2 Salidas del Logo ... 109
4.16.3 Programación del PLC ... 110
4.17 Esquema del Circuito Eléctrico de Fuerza para el Sistema Contra Incendio ... 110
4.18 Señalización ... 111
4.19 Conformación de Brigadas ... 115
4.19.1 Contra Incendios... 115
4.19.2 De Evacuación... 116
4.19.3 De Primeros Auxilios... 116
4.19.4 De Comunicaciones ... 116
CAPÍTULO V COSTOS DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA CONTRA INCENDIO 5.1 Detalle de Elementos, Equipos y Materiales ... 117
5.2 Presupuesto Tentativo... 117
5.3 Presupuesto Mecánico ... 118
5.4 Presupuesto Eléctrico ... 119
xiii
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1.1 Conclusiones ... 121
6.1.2 Recomendaciones ... 123
BIBLIOGRAFÍA ... 124
ANEXOS ... 125
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Red Ramificada ...17
Figura 2: Red Mallada ...18
Figura 3: Red Mixta ...19
Figura 4: Bomba Centrífuga ...21
Figura 5: Partes de la Bomba Centrifuga ...22
Figura 6: Tanque para Equipo Hidroneumático ...22
Figura 7: Fuego...23
Figura 8: Triangulo del Fuego ...26
Figura 9: El tetraedro del fuego ...27
Figura 10: Fuego clase A ...28
Figura 11: Fuego clase B ...29
Figura 12: Fuego clase C ...30
Figura 13: Fuego clase D ...30
Figura 14: Fuego clase K ...31
Figura 15: Diagrama de un sistema de tubería seca ...35
Figura 16: Diagrama de instalación Típica de tubería Húmeda. ...35
Figura 17: Diagrama de instalación Típica de espuma. ...37
Figura 18: Gabinete de Seguridad Contra Incendio ...44
Figura 19: Manguera contra Incendio...45
Figura 20: Pitón Regulador de Chorro...46
Figura 21: Garganta de Venturi ...48
Figura 22: Señalización de Advertencia ...50
Figura 23: Señalización de prohibición ...50
xiv
Figura 25: Señalización de Relativas a los Equipos de Lucha contra Incendio ...51
Figura 26: Señalización de Salvamento o Socorro ...52
Figura 27: Proceso mediante sistema HMI ...52
Figura 28: Grafico de conexión HMI ...53
Figura 29: Visualización Pantalla Software Intouch...54
Figura 30: Ejemplo de visualización de Alarmas ...57
Figura 31: Foto Edificio Administrativo...60
Figura 32: Foto Cocina Comedor del Personal ...61
Figura 33: Foto Patio Almacenamiento Madera Verde (Balsa) ...62
Figura 34: Foto Cámara de Secado Madera Verde (Balsa) ...62
Figura 35: Foto Área Procesamiento de Balsa Parte 1 ...63
Figura 36: Foto Área Procesamiento de Balsa Parte 2 ...64
Figura 37: Foto Área Prensado de Balsa...65
Figura 38: Foto Área Caldera de Vapor, ...66
Figura 39: Área de producto terminado ...67
Figura 40: Foto Área Equipo de Protección Existente. ...68
Figura 41: Cálculo del Volumen de Riesgo en el Área del Caldero de “MADERAEXPORT” ...70
Figura 42: Gabinete Contra Incendio Tipo III ...73
Figura 43: Ventana menú principal ...90
Figura 44: Ventana selección de Bomba ...91
Figura 45: Selección tipo Sello Mecánico ...91
Figura 46: Selección Bomba Centrifuga ...92
Figura 47: Ventana de Especificaciones Técnicas ...92
Figura 48: Digitación de Datos Técnicos ...93
Figura 49: Ventana Validar Datos ...93
Figura 50: Ventana Criterio de Selección ...94
Figura 51: Ventana Menú Principal ...94
Figura 52: Ventana Lista Tipo de Bombas ...95
Figura 53: Ventana Catalogo Selección de Bomba ...95
Figura 54: Ventana Modelo Físico Bomba Seleccionada ...96
xv
Figura 56: Nueva Aplicación en InTouch ... 100
Figura 57: Ventana de Diseño... 100
Figura 58: Ventana Seguridad ... 101
Figura 59: Ventana Menú ... 102
Figura 60: Ventana Zona de Mayor Riesgo ... 102
Figura 61: Zona de Mayor Riego, Rangos de Trabajo ... 103
Figura 62: Ventana de Alarmas ... 104
Figura 63: Ventana Acces Name... 104
Figura 64: Ventana Creación de Variables ... 105
Figura 65: Sensor Detector de Fuego UV ... 106
Figura 66: Conexión Física Entradas/Salidas LOGO SIEMENS ... 109
Figura 67: Diseño Circuito de Control modo Ladder ... 110
Figura 68: Señalización para identificar la ubicación de extintor de incendio ... 111
Figura 69: Señalización para identificar la ubicación de extintor de incendio ... 112
Figura 70: Señalización para identificar salida de emergencia ... 112
Figura 71: Señalización para identificar sirena de emergencia ... 113
Figura 72: Señalización para identificar ruta de emergencia. ... 113
Figura 73: Señalización para identificar vestidores. ... 114
Figura 74: Señalización para identificar equipos de seguridad personal. ... 114
Figura 75: Manejo de Mangueras de Sofocación de Incendio ... 115
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Tuberías y Característica. ...16
Tabla 2: Flujo de pitones a presión nominal (100 PSI) marca AKRON ...74
Tabla 3: Pérdidas de Carga en Accesorios Succión 3” ...80
Tabla 4: Perdidas de Carga en Accesorios Descarga 2 ½ " ...84
Tabla 5: Características Detector de Llama ... 106
Tabla 6: Presupuesto Mecánico ... 118
Tabla 7: Presupuesto Eléctrico ... 119
xvi
xvii
RESUMEN EJECUTIVO
Gracias a la colaboración de la fábrica de procesamiento de balsa “MADERAEXPORT S.A.” Se pudo realizar el estudio para el diseño del sistema de seguridad contra incendios para estas instalaciones, basados en normas de Seguridad Industrial teniendo en cuenta el principal recurso como es la integridad de los seres humanos.
Se presentará una breve descripción de cada uno de los capítulos donde se detalla el proceso de un sistema de seguridad contra incendios que constituyen el presente trabajo de tesis.
En el capítulo I se presenta la introducción, los antecedentes del estudio que se ha realizado, objetivos generales, y específicos y la justificación para implementar un sistema de seguridad contra incendios.
En el capítulo II se describe los fundamentos teóricos con conceptos básicos sobre caudales, presiones, instalación de tuberías, bombas hidráulicas para luego referirnos a la teoría del fuego, métodos de extinción, normas establecidas NFPA, tipos de sistema de seguridad contra incendios, señalización de seguridad para seguido de ello describir la implementación del software InTouch HMI.
En el capítulo III se presenta la situación actual de la empresa detallando las generalidades, la correcta distribución de sus áreas que conforman la fábrica y dando a conocer el equipo de extinción de incendios que cuenta actualmente, se indica también cada una de las instalaciones acompañadas de imágenes reales.
xviii
En el capítulo V se presenta un presupuesto tentativo del costo del sistema de seguridad contra incendios que se quiere instalar y se lo ha realizado de forma separada tanto la parte mecánica, eléctrica y el software InTouch HMI a implementar, tomando en cuenta también la mano de obra de instalación y el IVA vigente hasta la fecha.
xix
EXECUTIVE SUMMARY
Thanks to the collaboration of the balsa wood processing factory "MADERAEXPORT S.A." we could research the design of a fire safety system for these facilities based on industrial safety standards, taking into account the main resource which is the integrity of humans beings.
A brief description of each chapter is presented below detailing the process of a fire safety system.
Chapter I presents the introduction, background of the study that has been done, goals, specific objectives and justification for implementing a fire safety system.
Chapter II describes the theoretical basic concepts about flows, pressures, pipe installation, and hydraulic pumps and then refers to the theory of fire, extinction methods, set NFPA standards, types of fire safety systems, safety signaling to describe the implementation of InTouch HMI software.
Chapter III presents the current situation of the company explaining general information, the correct distribution of the areas that make up the factory and the current fire extinction equipment, each one of the facilities is presented including real images.
In Chapter IV we present the design of a fire safety system by implementing InTouch HMI software for the balsa wood processing factory MADERAEXPORT S.A.
xx
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
En nuestro país y más en nuestra zona el desarrollo agroindustrial ha incrementado en los últimos años, debido al crecimiento poblacional y por tal situación también van creciendo los riesgos.
Las principales razones por las que se eligen Sistemas Contra Incendios son la seguridad de las personas, de los bienes materiales, del medio ambiente, de la producción que una empresa pueda generar. Durante los últimos años han aumentado la frecuencia de incendios, causando daños irreparables, dentro de este campo cabe destacar los incendios en plantas industriales, bodega de almacenamiento de productos, es por estas razones y debido a normas internacionales de seguridad que la empresa “MADERAEXPORT S.A.” tiene la necesidad de instalar un sistema contra incendios.
Y por tal razón la empresa asignara un determinado valor económico para la inversión de un diseño y funcionamiento de un programa eficiente de seguridad industrial enfocado al sistema de seguridad contra incendios.
El presente proyecto desarrolla un sistema de seguridad contra incendios mediante la implementación de un Software InTouch HMI, que se implementara en esta empresa para la prevención de incendios.
1.2 Antecedentes
En la actualidad los sistemas contra incendios son una herramienta eficaz al momento de disminuir pérdidas de vidas humanas, del medio ambiente y la materia prima en instalaciones industriales donde los procesos generan altos niveles de incendio
2
comercializar el producto y la planta está ubicada en el cantón Santo Domingo provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, dentro de estas actividades existe riesgo de incendio y la empresa mantiene extintores de incendio distribuidos dentro de la planta industrial, pero MADERAEXPORT S.A. no cuenta con un Sistema Contra Incendio exclusivo para tal fin.
Los diseños de Sistemas Contra Incendios realizados bajo las respectivas recomendaciones de normativas como la NFPA (National Fire Protection Asociation), INEN e IESS, garantizara una adecuada protección de los procesos y un nivel razonable de prevención y control de riesgo de incendio.
1.3 Importancia del Estudio
Santo Domingo al ser considerada una de las cuatro ciudades más grandes del país a contribuido con el desarrollo de las practicas industriales y comerciales. Las grandes industrias y edificaciones comerciales tienen gran concentraciones de recurso humano que laboran en áreas determinadas por lo que son factores que tienden a crear condiciones intolerables si no existiera un sistema contra incendio.
Con un amplio contenido que tiene la seguridad industrial, una de las más importantes se destaca la protección contra incendios. Esto se ha comprobado que dentro de la industria y de igual manera en la vida diaria que ningún otro siniestro es tan destructivo como lo es el fuego. Por lo tanto se debe tener muy claro que la mejor medida que se puede tomar es la prevención, y en este caso el último recurso debe ser el sistema contra incendios.
3
1.4 Limitaciones del Estudio
En la empresa MADERAEXPORT S.A. no existe ningún registro por escrito donde detalle algún tipo de incendio o de siniestro ocurridos en el desempeño de las actividades laborales.
La asignación de recursos así como el conjunto de propuestas expuestas en el presente trabajo de titulación, queda a consideración del dueño de la empresa MADERAEXPORT S.A.
1.5 Formulación del Problema
¿Cómo mejorar la seguridad, la calidad de vida, el bienestar de los obreros y las instalaciones dentro de la planta de procesamiento de balsa MADERAEXPORT S.A.?
1.6 Sistematización
¿Cómo mejorar la calidad del proceso mediante la implementación del sistema contra incendios?
¿Brindar la seguridad en cada uno de los obreros?
¿De qué manera mejorará la calidad de vida de los obreros beneficiados por este proyecto?
¿De qué manera se protegerá la materia prima y la maquinaria de la empresa?
4
1.7 Objetivo del Estudio
1.7.1 Objetivo General
Realizar el diseño del sistema de seguridad contra incendios y la implementación del software InTouch HMI, con la finalidad de garantizar un nivel óptimo de protección tanto a los obreros como a las instalaciones y contar con un equipo propio de extinción de incendios, en la planta de procesamiento de balsa “MADERAEXPORT S.A.” ubicada en el kilometro 7 de la vía Quevedo-Puerto Limón.
1.7.2 Objetivos Específicos
Determinar la situación actual de la empresa.
Determinar el lugar apropiado para la ubicación de los equipos.
Proponer un diseño que cumpla con las normas NFPA, INEN y leyes de extinción de incendios.
Determinar el costo de la implementación de los equipos.
Demostrar el software Intouch HMI para que se utilice y aportar con el avance académico y tecnológico de la zona.
1.8 Justificación
5
La importancia en la parte técnica del sistema que será automatizado que de tal manera con la presencia del fuego o a su vez el humo que una vez detectado se procederá a ser controlado por este sistema y su respectiva implementación.
En lo práctico el estudio de este proyecto beneficiará al desarrollo de otros sectores de la zona de Santo Domingo donde carecen de un sistema contra incendios por lo que se impulsará a efectuar estudios de proyectos mediante un sistema de bombeo para prevención de incendios otra parte este proyecto nos permitirá adquirir experiencia y nuevos conocimientos para posteriores implementaciones de este tipo de sistemas en distintas empresas dedicadas al proceso de diferentes productos.
1.9 Alcance del Trabajo
Con el estudio de este tema de tesis, se lograra el conocimiento general sobre el funcionamiento de un sistema contra incendio. Esto nos faculta la idea para diseñar y construir un sistema de seguridad contra incendio de similares características al mismo tiempo que podremos dar mantenimiento preventivo y correctivo a otro tipo de sistema ya que implica características parecidas.
Esta será una herramienta para los estudiantes de la carrera de ingeniería electromecánica de la Universidad Tecnológica Equinoccial extensión Santo Domingo puedan conocer, aprender e implementar este tipo de sistemas de seguridad contra incendios.
1.10 Idea a Defender
6
1.11 Población y Muestra
7
CAPÍTULO II
MARCO DE REFERENCIA
En el presente capitulo se realizará la recopilación de conceptos básicos necesarios y requeridos para la realización de nuestro proyecto.
2.1 Fluidos1
Un fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté sometida a un esfuerzo cortante, sin importar que tan pequeño sea.
2.1.1 Características del Flujo2
El flujo se puede clasificar de muchas maneras, tales como turbulento, laminar; real, ideal; reversible, irreversible; constante, inconstante; uniforme, no uniforme; rotacional, no rotacional o irrotacional.
2.1.2 Flujo Ideal3
Es aquel que toma cualquier forma sin ofrecer ninguna resistencia. Decimos de que estamos frente a un flujo ideal, cuando consideramos que su comportamiento es de un régimen estable, irrotacional, incompresible y no viscoso.
1
Irving H. Shames, Mecánica de Fluidos, 3ra edición Mc Grawn Hill.
2
Streeter Wyle, Mecánica de Fluidos, 8va edición.
3 Universidad Nacional Experimental Politécnica, Departamento Diseño Mecánico, Antonio José de
8
2.2 Presión4
La presión, se define como la relación que existe entre la fuerza normal y el área de la superficie en la que actúa la fuerza
En donde:
P = Presión (Pa) F = Fuerza (N) A = Área (m2)
2.3 Caudal5
El caudal, es la cantidad de fluido que pasa a través de una sección hueca en la unidad de tiempo. El caudal que circula es igual a la velocidad media de circulación, por la sección de conducto que atraviesa el fluido.
Q = V x A
En donde:
Q = Caudal (m3/seg.)
V = Velocidad (m/seg.)
A = Área (m2)
4 Robert L. Mott, Mecánica de Fluidos Aplicada, 4ta edición.
5
9
2.4 Pérdidas por Fricción
La resistencia a fluir cuando un líquido está moviéndose a través de una tubería resulta en una pérdida de cabezal o presión que conocemos como FRICCIÓN.
La resistencia a fluir es debida a la viscosidad del líquido y turbulencia que ocurre a lo largo de las paredes de la tubería debido a la rugosidad
La cantidad de pérdidas de cabezal para un sistema dado depende de las características del líquido, tales como viscosidad, tamaño de tubería, condiciones de la superficie interior de la tubería (rugosidad), y longitud de recorrido.
2.4.1 DARCY-WEISBACH
La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería.
La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach, de Sajonia, hasta la forma en que se conoce actualmente:
( ) (
)
Donde:
hf = pérdida de carga debida a la fricción. f = factor de fricción de Darcy.
L = longitud de la tubería. D = diámetro de la tubería. V = velocidad media del fluido.
10
El factor de fricción f es a dimensional y varía de acuerdo a los parámetros de la tubería y del flujo.
Las características de un fluido están determinadas por el Número de Reynolds.
( )
R≤2000 Flujo Laminar
2000< R < 4000 Flujo en Transición
R≥4000 Flujo Turbulento
Para flujo laminar el factor de fricción se determina por la ecuación:
Para flujo turbulento el factor de fricción se determina por la ecuación: (Colebrook)
√ (
√ )
11
2.5 Altura Dinámica Total (TDH)6
Una bomba debe vencer la resistencia de un sistema de bombeo para lograr que el líquido fluya totalmente en el sistema.
La resistencia al flujo del líquido es conocida como Altura Dinámica Total del sistema (TDH).
La altura dinámica total (TDH) es la suma de DOS partes:
Altura Estática + Altura Dinámica = Altura Dinámica Total
Todos los valores de altura son medidos en metros o en Pies.
2.5.1 Altura Estática
Representa la resistencia del sistema antes de que el fluido entre en movimiento.
Los componentes primarios de la altura estática son las diferencias de elevación entre: La superficie del líquido al punto de succión
La superficie de líquido al punto de descarga.
La altura estática también cuenta con el diferencial de presión entre el punto de succión y el punto de descarga.
La altura estática no varía con la capacidad.
2.5.2 Altura Dinámica7
Representa la resistencia del sistema mientras el fluido bombeado esta en movimiento.
6
Franzini, Joseph “Mecánica de fluidos con aplicaciones en ingeniería” McGraw – Hill 1999.
12
Pérdidas de altura dinámica, aparecen una vez que el líquido comienza a fluir a través del sistema de bombeo. Estas pérdidas son debidas a la fricción y son llamadas Perdidas por fricción.
Las pérdidas de altura dinámica están en función de la capacidad. Las pérdidas de altura dinámica están compuestas de dos partes:
Cada elemento del sistema de bombeo contribuye a las pérdidas de altura dinámica a través de las Perdidas por fricción.
Acelerar el fluido bombeado de cero a una velocidad final requiere energía, esto es conocido como Columna de velocidad.
2.6 Columna de Velocidad
Es simplemente una función de la velocidad del fluido fluyendo a través del sistema de bombeo.
13
2.7 Cabezal Neto de Succión Positiva (NPSH)8
Término que se usa para cuantificar la presión necesaria en la succión de la bomba que garantice un funcionamiento adecuado.
NPSH es el término que describe si las condiciones de presión en el lado de succión son adecuadas para una operación apropiada de la bomba.
Existen dos tipos de NPSH:
El Disponible (NPSHA) o calculado.
El Requerido (NPSHR), que lo da el fabricante del equipo.
Para que no Cavite una bomba centrífuga del NPSH disponible debe superar al NPSH requerido, es decir debe cumplirse la siguiente relación.
NPSHA > NPSHR
Con esto se evitan problemas como:
Bajo rendimiento de la bomba. Excesiva vibración.
Operación con ruido.
Falla prematura de los componentes. Cavitación
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2.8 Cabezal Neto de Succión Positiva Disponible (NPSHA)
Es la cantidad de energía disponible (referido al eje de la bomba) sobre la presión de vapor que dispone el líquido en la brida de succión de la bomba a la temperatura de bombeo.
Se expresa en pies de columna del líquido bombeado.
El NPSHA depende de las características del sistema en el cual opera la bomba, del caudal y de las condiciones del líquido que se bombea, tales como: clase de líquido, temperatura, gravedad específica, entre otras.
Los factores que afectan el NPSHA incluyen:
La presión que actúa sobre la superficie del fluido. Elevación relativa del fluido.
Perdidas de fricción en la tubería de succión. Presión de vapor del fluido.
Estos factores constituyen las condiciones dinámicas de succión y deben ser cuidadosamente considerados antes de hacer la selección final de la bomba.
NPSHa Disponible (Sistema) = PB + HS - HF – PV
PB (+): Presión atmosférica (Barométrica), presión sobre la superficie de succión (pies) – Absoluta.
HS (+): La más baja altura del fluido respecto de la línea central (pies).
HF (-): Pérdidas de fricción desde la superficie del fluido hasta la línea central (pies).
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2.9 Cabezal Neto de Succión Positiva Requerida (NPSHR)
Es el valor mínimo de la energía disponible sobre la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, requerida en la brida de succión de la bomba, para permitir que opere satisfactoriamente (sin cavitar) a una determinada velocidad de rotación del impulsor.
Se expresa en pies de columna del líquido bombeado.
Depende exclusivamente del diseño de la bomba y de las condiciones de operación, siendo su valor proporcionado por el fabricante.
2.10 Tuberías9
Del Latín tubus, un tubo es una pieza hueca que suele tener forma cilíndrica y que, por lo general, se encuentra abierta por ambos extremos. La unión de múltiples tubos permite crear una tubería, un conducto que permite el transporte de agua u otro líquido. Los tubos pueden estar hechos de diversos materiales, de acuerdo a las necesidades técnicas y económicas. El hierro, el acero, el cobre, el plomo y el PVC son algunos de los materiales más habituales.
2.10.1 Tipos de Tuberías10
Una gran variedad de tubos y otros conductos se encuentran disponibles para el abastecimiento de líquidos y gases a los componentes mecánicos, o desde una fuente de abastecimiento a una máquina.
9
www.bibdigigital.epn.edu.ec
10
16
Tabla 1
Tuberías yCaracterística
Fuente: Repositorio Digital/Definición de Tubo/www.bibdigigital.epn.edu.ec
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.10.2 Instalación de Tuberías11
Los sistemas de tuberías que distribuyen el agua en las ciudades o en grandes plantas industriales pueden ser extremadamente complicados. En la mayoría de los casos, el fluido que circula es el agua, si bien los procedimientos de análisis y resolución pueden aplicarse a otros fluidos.
Para la instalación de las tuberías existen distintas maneras de acuerdo al caso que se necesite ser aplicado.
2.10.3 Tuberías Ramificadas12
Un sistema de tuberías ramificadas está constituido por dos o más tuberías que se ramifican en cierto punto y no vuelven a unirse aguas abajo otra vez.
En las redes ramificadas el agua circula por la red en un único sentido. La estructura de esta tipología recuerda las ramas de un árbol, por lo que a veces se las denomina redes
11
Ranald V. Giles, Mecánica de Fluidos e Hidráulica, Problemas Resueltos.
12
Ranald V. Giles, Mecánica de Fluidos e Hidráulica, Problemas Resueltos.
Identificación del tubo Usos
Estándar
De presión
Para conductos
Para pozos de agua
Artículos tubulares para campos petrolíferos
Tubo para servicio mecánico (estructural), tubo para servicio de baja presión, tubo para refrigeración (para maquinas de hielo), tubo para pistas de hielo, tubo para desflemadoras.
Tubo para conducir líquidos, gases o vapores, servicio para temperatura o presión
elevadas, o ambas cosas.
Tubo con extremos roscados o lisos para gas, petróleo o vapor de agua.
Tubo, escareado y mandrilado, para hincar y de revestimiento para pozos de agua, tubo hincado para pozos, tubo para bombas, tubo
para bombas de turbina.
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arboladas. El sistema ramificado consiste en una tubería principal, de las que se derivan otras tuberías, cada vez menores. En función de los diámetros de los conductos s pueden clasificar los tramos primarios, secundarios y terciarios. Cada punto de la red recibe agua por un solo lado.
Figura 1 Red Ramificada
Fuente: Ingeniería-Fluido-Mecánica.html
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.10.4 Tuberías Malladas13
En las redes malladas, las tuberías principales se comunican unas con otras, formando circuitos cerrados y se caracterizan por el hecho de que la alimentación de las tuberías puede efectuarse por sus dos extremos indistintamente, según se comporten las tuberías adyacentes, de manera que el sentido de la corriente no es siempre, forzosamente, el mismo.
El agua puede circular en cualquier sentido en los conductos y cada punto de la red puede ser alimentado por varios caminos hidráulicos.
13
18
Figura 2 Red Mallada
Fuente: Ingeniería-Fluido-Mecánica.html
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.10.5 Tuberías Mixtas14
La red mixta es aquella que partiendo de una red mallada pueden derivarse subsistemas ramificados.
Como su propio nombre lo indica, es el resultado de combinar características de las redes ramificadas y de las redes malladas. Este tipo de redes suelen surgir al cerrar, o mallar las tuberías principales una variante de este tipo de instalación son los denominados circulares.
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Figura 3
Red Mixta
Fuente: Ingeniería-Fluido-Mecánica.html
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.11 Bombas Hidráulicas15
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.
15
20
Existen diversos tipos de bombas, según las características de los líquidos o gases que deben impulsar, y las necesidades de caudal, presión y forma de trabajo. En los cuerpos de bomberos se emplean principalmente tres tipos de bombas que son las siguientes:
Bomba a Pistón: Bomba Rotativa Bomba Centrifuga
Todas estas bombas sirven para el mismo propósito o sea el de impulsar agua, pero funcionan en base a principios físicos totalmente diferentes que son.
El desplazamiento positivo del líquido.
El suministro de velocidad del agua por medio de un implemento impulsor.
2.11.1 Bomba Centrífuga16
Consta esencialmente de una caja cilíndrica llamada envolvente o coraza, dentro de la cual gira un plato metálico provisto de paletas denominado rodete o impulsor, montado sobre un eje excéntrico con relación al de la caja, carece de válvulas, no es de tipo de desplazamiento positivo, y la descarga del líquido en cada giro completo de impulsión no es constante.
Su funcionamiento se basa en el principio físico de que todo el cuerpo que gira alrededor de un punto, tiende a alejarse del mismo por acción de la fuerza centrífuga. En las bombas que aprovechan este efecto el impulsor se encarga de dar velocidad al agua en tanto que la coraza cumple con la importante función de guiarla hasta el
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21
impulsor y luego llevarla hacia la descarga convirtiendo la velocidad del líquido en presión dinámica.
Las ventajas primordiales de una bomba centrífuga son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptación para su uso con impulsos por motor o turbina.
Además tiene gran capacidad por el poco rendimiento a bajo flujo, y por eso su empleo está limitado a las grandes plantas.
No exigen gran espacio, y para líquidos no viscosos los rendimientos son comparables a los de otros tipos para mayores capacidades
Figura 4 Bomba Centrífuga
Fuente: Manual de Bombas de Agua marca Barnes
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Figura 5
Partes de la Bomba Centrifuga
Fuente: www.motoresbellucci.com.ar/bombascentrifugas.htm
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.12 Tanque Hidroneumático
El funcionamiento de los tanques sujetos a presión está determinado por los resultados de los cálculos de la presión de operación. Los tanques son construidos con placa de acero de primera. Integran tapas toriesférocas fabricadas en base al código ASME.
Figura 6
Tanque para Equipo Hidroneumático
Fuente: Grupo Almont
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2.13 Teoría del Fuego
2.13.1 Concepto del Fuego17
El fuego es una reacción química conocida también con el nombre de combustión.
Definiciones:
El fuego es un proceso mediante el cual una rama seca, hierba, madera, papel, o alguna sustancia química se enciende en forma de brasa o llama para producir luz y calor.
“El fuego es un proceso de combustión suficientemente intenso como para emitir calor y luz”.
“El fuego es una reacción química de material combustible y oxigeno, causada por el calor”.
“El fuego es una oxidación rápida con desprendimiento de luz y calor”.
Figura 7 Fuego
Fuente: Imágenes Google
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012
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Para resumir, se cita a continuación los principales fundamentos de la ciencia del fuego.
Para que surja la combustión, se necesita un agente oxidante, un material combustible y un foco de ignición.
Para inflamar o permitir la propagación de la llama, hay que calentar el material combustible hasta su temperatura de ignición propagada.
La combustión continuara hasta que se consuma el material combustible o la concentración del producto oxidante descienda por debajo de la necesaria para permitir la combustión.
A continuación se definen algunos conceptos básicos relacionados con la combustión:
Combustión: es una reacción química de oxido-reducción de un material combustible con el oxigeno, en presencia de calor donde la llama, incandescencia o el humo pueden o no estar presentes.
Fuego: Es el proceso de combustión que se caracteriza por la presencia de llama y/o humo.
Incendio: Es el proceso de fuego cuando este se propaga de una forma incontrolada en el tiempo y espacio.
Punto de Inflamación: Es la mínima temperatura a la cual un liquido inflamable/combustible emite vapores en cantidad suficiente como para formar mezclas inflamables con el aire, cerca de la superficie del liquido.
La combustión da como producto:
1. Gases del fuego 2. Llamas
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2.13.2 Causas que Producen el Fuego
Un incendio es un fuego incontrolado total o parcial de materias combustibles.
Los incendios se originan por faltas de cuidados de las personas frente al manejo de los elementos que producen fuego.
El fuego se produce por muchos factores y causas, siendo las principales las siguientes:
Fallas Eléctricas Fallas Físicas Fallas Mecánicas Reacciones Químicas Fallas Térmicas
2.13.3 Triangulo del Fuego18
Por muchos años una figura de tres lados, conocida como el Triángulo del fuego, ha sido adecuada para explicar las teorías de combustión y extinción de este.
El oxígeno, calor y combustible en cantidades adecuadas producen fuego y si se quita cualquiera de estos elementos, el fuego no puede existir.
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Figura 8
Triangulo del Fuego
Fuente: seguridadindustrial.com.co
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.13.4 Tetraedro del Fuego19
Mientras que podemos decir que la reacción en cadena, es el elemento que conforma la nueva imagen de la estructura del fuego representada por un tetraedro, es decir por una pirámide de cuatro caras, en la misma que eliminada la reacción en cadena o sea la cuarta cara del tetraedro, se elimina el fuego y esta consta de cuatro elementos que son:
1. Material Combustible (agente reductor) 2. Comburente (agente oxidante)
3. Calor (energía activadora) 4. Reacción en cadenas
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Figura 9
El tetraedro del fuego
Fuente: paranauticos.com.
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.13.5 Clases de fuego
Las diferentes clases de fuego clasificadas según la Norma NFPA 10 (Portable Fire Estinguishers) son:
2.13.5.1 Fuego de Clase A20
A este grupo pertenecen todos aquellos fuegos que se producen por la combustión de maderas, papeles, basuras, textiles, carbón, cueros, etc.
Se combate mediante enfriamiento con agua o con soluciones que la contengan en gran proporción. Se utilizan instalaciones de agua central, hidroextintores o matafuegos por agua, que consisten en recipientes con agua presurizada con un gas y una válvula de descarga.
20 Flores Rodríguez Guillermo, Manual Básico del Bombero, Hojas de Instrucción Teórica,
28
Los sistemas de distribución de agua están constituidos por bocas ubicadas en distintos sectores del edificio. A esta boca se conectan mangueras que distribuyen el agua. También se utilizan rociadores y sistemas de nieblas de agua.
Se identifica con una letra A encerrada en un triangulo.
Figura 10 Fuego clase A
Fuente: Manual Básico del Bombero
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.13.5.2 Fuego de Clase B21
Son todos aquellos incendios que son producidos por sustancias, tales como: grasas, aceites, pinturas y gasolinas. También se incluyen en esta clase los gases inflamables. Se extinguen por sofocación, restringiendo la presencia del comburente. Se utilizan espumas, empleando extintores o matafuegos o sistemas centrales.
Consiste en la formación de pequeñas burbujas formadas por agua y un agente la reacción química de la combustión.
Se identifica con una letra B encerrada dentro de un cuadrado rojo.
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Figura 11 Fuego clase B
Fuente: Manual Básico del Bombero
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.13.5.3 Fuego de Clase C
Estos incendios se originan en todo lo que se relaciona con energía eléctrica, como por ejemplo: cables, transformadores, motores y electrodomésticos.
No pueden usarse extintores conductores de electricidad. Se utilizan gases inertes como el anhídrido carbónico, que actúan por desplazamiento del oxigeno del aire. Otro gas empleado es el Halón 1211 ó 1301 que son compuestos halogenados que actúan como inhibidor de la reacción química de la combustión. También pueden usarse extintores de polvo químico seco, que arroja una combinación pulverizada de polvos de base sódica o potásica que ahogan la parte recubierta, ya que en su descomposición debida al calor originan anhídrido carbónico. Para este tipo de fuego no debe emplearse espumas ni agua a chorros. Si no existe tensión, el fuego queda clasificado como del tipo A ó B.
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Figura 12 Fuego clase C
Fuente: Manual Básico del Bombero
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.13.5.4 Fuego de Clase D
Son fuegos sobre metales combustibles como el magnesio, circonio, titanio, litio, sodio, etc. Para extinguir este tipo se emplean polvos especiales para cada uno de ellos, no pudiéndose utilizar ninguno de los agentes convencionales.
Como técnica de extinción puede cubrirse ó asfixiarse con arenas o escorias.
Se identifica con una letra D encerrado dentro de una estrella amarilla.
Figura 13 Fuego clase D
Fuente: Manual Básico del Bombero
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2.13.5.5 Fuego de Clase K
Incendio que se produce y se desarrolla en los extractores y filtros de campanas de cocinas, donde se acumula la grasa y otros componentes combustibles que alcanzar altas temperaturas producen combustión espontanea.
Se identifica con una letra K encerrada dentro de un hexágono negro.
Figura 14 Fuego clase K
Fuente: Manual Básico del Bombero
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.14 Métodos de Extinción de Incendios22
Consiste en eliminar o aislar el material combustible que se quema usando dispositivos de corte de flujo (en combustibles líquidos o gaseosos) o barreras de aislamiento (en combustibles sólidos).
2.14.1 Sofocación
Esta técnica consiste en desplazar el oxigeno presente en la combustión, tapando el fuego por completo, evitando su contacto con el oxigeno del aire.
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2.14.2 Enfriamiento
Con este método se logra reducir la temperatura de los combustibles para romper el equilibrio térmico y así lograr disminuir el calor y por consiguiente la extinción.
2.14.3 Inhibición Química de la Llama
Este método consiste en interferir la reacción química del fuego, mediante un agente extintor como son el polvo químico seco y dióxido de carbono.
2.15 Normas Utilizadas en la Protección Contra Incendios
En cada país suele existir una norma que regula las disposiciones de protección, tanto activas como pasivas. A veces, los gobiernos locales, promulgan normas adicionales que adaptan la normativa nacional a las particularidades de su zona.
Ecuador cuenta con Reglamentos Oficiales y Acuerdos Ministeriales para la “Prevención, Mitigación y Protección Contra Incendios” suscritos por Ministerios como el de Inclusión Económica y Social elaborados en concordancia con la Ley de Defensa Contra Incendios, en conjunto con organismos y empresas directamente relacionados que dan los lineamientos para la prevención de estos siniestros; pero es el Cuerpo de Bomberos de cada localidad quien complementa estas normas aplicándolos a cada tipo de riesgo y para ellos se basa generalmente en normas de uso internacional como la NFPA (National Fire Protection Association).
2.15.1 LA NFPA (NATIONAL FIRE PROTECTIÓN ASSOCIATION)
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Sus estándares conocidos como National Fire Codes recomiendan las prácticas seguras desarrolladas por personal experto en el control de incendios.
Normas NFPA de uso común:
NFPA 10 - Extintores Portátiles
NFPA 13 - Instalación de Sistemas de Rociadores y estándares de fabricación NFPA 20 - Instalación de bombas estacionarias contra incendios
NFPA 25 - Inspección, Prueba y Mantenimiento de Sistemas de Protección Contra Incendios a Base de Agua
NFPA 70 - Código Eléctrico Nacional (NEC)
NFPA 70B - Prácticas Recomendadas de Mantenimiento para Equipo Eléctrico NFPA 70E - Seguridad Eléctrica en Lugares de Trabajo
NFPA 72 - Código Nacional de Alarmas NFPA 77 - Seguridad con Electricidad Estática
NFPA 101 - Código de Seguridad Humana, el Fuego en Estructuras y Edificios NFPA 704 - Clasificación de Productos Químicos y Sustancias Peligrosas
Para la elaboración de la presente tesis a desarrollar, utilizamos las Normas NFPA de la National Fire Protection Association en sus panfletos 13, 20 y 25.
2.16 Sistema de Seguridad Contra Incendio23
A pesar de todas las medidas de prevención que se tomen, siempre es posible que se presente algún principio de incendio y es entonces, cuando se deben utilizar los elementos o sistemas con que se cuenten.
En los principales tipos de sistemas contra incendios que existen se procederá hacer una evaluación sobre las ventajas y desventajas los cuales se los analizará y se determinará
23
34
cuál es el más conveniente para implementar en la fábrica de procesamiento de balsa MADERAEXPORT S.A.
2.16.1 Sistema de Aspersores24
Es un sistema de integrado de tuberías subterráneas y elevadas, diseñado de acuerdo con las normas de Ingeniería para protección contra incendios. La instalación incluye uno o más suministros de agua. La porción del sistema de aspersión sobre el nivel del suelo consiste en una red de tuberías de tamaño especial, o diseñado tomando en cuenta los factores hidráulicos, que se instalan en la edificación, por lo general a nivel del cielo raso, a la que se conectan los aspersores de acuerdo con un patrón sistemático.
La válvula que controla cada uno de los elevadores del sistema se coloca en el elevador o la tubería que lo alimenta. Cada uno de los elevadores del sistema de aspersores incluye un dispositivo que acciona una alarma cuando el sistema se encuentra en operación. El sistema suele activarse con el calor proveniente de un incendio y descarga agua sobre el área del mismo.
2.16.2 Sistema de Tubería Seca
Las tuberías contienen aire o nitrógeno a presión. Cuando un rociador se abre, cae la presión de aire o nitrógeno, permitiendo así que la presión de agua de la acometida abra la válvula e inunde las tuberías. La descarga de agua se producirá sólo a través de los rociadores que hayan sido abiertos por la acción del calor del fuego.
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35
Figura 15
Diagrama de un sistema de tubería seca
Fuente: www.segurmaex.com
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012 2.16.3 Sistema de Tubería Húmeda
Las Tuberías permanecen en todo momento llenas de agua. El agua se descarga inmediatamente a través de los rociadores que se hayan abierto. Sólo se descargarán aquellos rociadores que se hayan abierto por el calentamiento producido por el fuego.
El sistema de tubería húmeda es el más seguro y simple de todos los sistemas de instalaciones con rociadores, puesto que su funcionamiento depende tan solo de los propios rociadores.
Figura 16
Diagrama de instalación Típica de tubería Húmeda
Fuente: www.segurmaex.com
36
2.16.4 Sistemas de Inundación
Estos sistemas se reservan para ciertos tipos de situaciones de riesgo extremo.
Todos los aspersores se mantienen abiertos en todo momento de modo que, cuando el agua llega, toda el área se inunda de agua.
2.16.5 Sistema de Extinción por medio de Espuma
Es una masa liquida constituida por innumerables burbujas, formada por agua y un agente emulsor, que actúa formando una capa aislante la cual separa el oxido del
combustible, y que se ubica en la superficie. La espuma es eficaz combatir incendios de clase “B”. Actúa por sofocación.
Características:
Toxicidad baja o nula
Moderada conductividad eléctrica Escasa irritabilidad tópica
Propiedades extintoras:
Estabilidad química, por cohesión entre burbujas Estabilidad térmica (resistir efectos del calor) Fluidez (facilita su rápida extinción).
Tipos de espuma
Espuma proteínica
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Figura 17
Diagrama de instalación Típica de espuma.
Fuente: www.segurmaex.com
Elaboración: Miguel Ocaña, UTE/2012
2.16.6 Sistema de Extinción por medio de Polvo Químico
Son polvos que extinguen el fuego por sofocación y reacción química. Contiene baja toxicidad y elevado poder extintor, pero dificulta la respiración y la visibilidad, si el ambiente en que se descargan es cerrado. Principalmente se emplean dos tipos de polvo seco: el polvo seco químico normal y el ABC (triclase).
Propiedades extintoras
Enfriamiento Sofocación Inhibición
Tipos de polvos extintores
Polvos convencionales (BC). Compuesto de (bicarbonato de sodio o de potasio) Polvos polivalentes (ABC). Compuesto de (fosfato amónico)
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Extinción de fuegos
Clase A
Clase B
Clase C
2.16.7 Sistemas de Extinción por medio de Dióxido de Carbono25
El CO2 se denomina químicamente anhídrido carbónico o dióxido de carbono, comercialmente se lo conoce también como “nieve carbónica” o “gas carbónico” (hielo seco). Es un gas inerte y más pesado que el aire.
Actúa como agente enfriador y sofocador. Su máxima eficacia se logra en los incendios de combustibles líquidos (clase B), y en problemas eléctricos (clase C).
Gas más pesado que el aire, envasado a presión.
Propiedades
Toxicidad escasa No es corrosivo Incoloro e inodoro
Propiedades extintoras
Sofocación Enfriamiento
25
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2.16.8 Sistema de Extinción por medio de Halogenados
El Halón es un hidrocarburo (hidrogeno y carbono) en el que se han reemplazado algunos de los átomos de hidrogeno por elementos tales como bromo, cloro o flúor o por combinaciones de estos. Muchos Halones son tóxicos, lo cual los excluye de un uso generalizado. Dos de ellos, el Halon 1301 y el 1211 tienen niveles de toxicidad aceptables y excelentes propiedades de extinción de llamas.
En la actualidad, los Halones para protección contra incendio están sujetos a las restricciones internacionales impuestas por el Protocolo de Montreal sobre sustancias que destruyen la capa de ozono de la estratosfera.
2.16.9 Sistemas de Extinción para Metales Combustibles
En el transporte y la industria, existe una serie de metales y polvos metálicos que arden. Algunos de ellos arden cuando se calienta a altas temperaturas debido a la fricción o al calor externo. Otros arden debido al contacto con la humedad o a que reacciona con otros materiales. Estos metales y polvos metálicos exigen el uso de agentes extintores y técnicos de extinción especiales. Algunos provocan explosiones y temperaturas muy altas, mientras que otros reaccionan con violencia al contacto con el agua. Otros más emiten humos tóxicos al quemarse.
El éxito de algunos agentes al extinguir metales combustibles ha propiciado el nacimiento de expresiones como polvo extinguidor aprobado y polvo seco. Típico ejemplo de los polvos utilizados en el combate contra incendios de metales es el polvo de grafito el talco y la arena.
2.16.10 Componentes Básicos de los Sistemas Contra Incendio
40
2.16.11 Fuente de Agua
El agua es y ha sido durante mucho tiempo, el agente más corriente en la extinción de incendios. El efecto de extinción del agua se basa en el enfriamiento del material combustible, por debajo de su temperatura de ignición.
El calor que se quita de la fuente del fuego es absorbido por el agua y se disipa parcialmente con el calor. Sin embargo, el problema para su empleo radica en que esta se escurre en gran proporción.
A parte del agua, no hay otro agente extintor tan corriente que posea todas estas características. Al combatir un incendio se persigue, como objetivo, obtener su extinción en la forma más rápida posible y con la menor cantidad de agua. Esto apunta a utilizar, de modo efectivo, la menor cantidad de agua de la reserva, y limitar los daños que ésta produce. Durante siglos, el método empleado ha sido dirigir un chorro compacto de agua desde una distancia segura hacia la base del fuego; sin embargo, un método más eficaz consiste en aplicar agua en forma pulverizada, lo que aumenta el efecto refrigerante del agua y la conversión de agua en vapor.
Lo principal es tener la suficiente cantidad de agua almacenada o de una fuente grande como la es la del caudal de un rio, pero en la mayoría de los casos no es posible contar con un rio cercano a una planta industrial por lo que se recomienda tener una capacidad de almacenamiento no menor 2400 litros.
2.16.12 Red de uso Público
La fuente común de abastecimiento de agua
41
2.16.13 Fuentes Inagotables
El suministro de estas fuentes debe garantizar el caudal que necesite el sistema contra incendios al que sirve, debe de tenerse en cuenta que podrían haber periodos de sequia que pudieran afectar algunas de estas fuentes.
Entre estas están consideradas las fuentes naturales como ríos, lagos mares y las artificiales como pueden ser embalses, pozos, canales, etc.
2.16.14 Depósitos o Cisternas
Estos serán para uso exclusivo del sistema contra incendios, en caso contrario las tomas de salida para otros usos deberán estar ubicas por encima del nivel máximo de la reserva para el sistema contra incendios.
Existen depósitos construidos bajo superficie, sobre superficie, elevados y de presión. Entre estos están de los que succionan agua por medio de equipos de bombeo, y los que distribuyen el agua por gravedad.
2.16.15 Cálculo de la Reserva de Agua
El cálculo de la reserva de agua para cualquier sistema contra incendios esta dado por varios factores lo cuales dependen principalmente del tipo de Sistema Contra Incendio a instalar y de la clasificación que la edificación tenga según el riesgo por la actividad que realice.
Se debe disponer de una adecuada reserva de agua para que cualquiera que sea del tipo de sistema instalado funcione en el caso de un siniestro.
Es de importancia tener en cuenta que la reserva destinada para el uso exclusivo del sistema contra incendio, no deberá ser utilizada para ningún otro propósito.
42
“La reserva de agua exclusiva para los incendios en un volumen no inferior a 12
m3”
Estos tanques de almacenamiento deberán ser construidos de hormigón armado si van dentro de la superficie del terreno o de la plancha de acero si van en la superficie, pero se deberá calcular la resistencia de los materiales para este tipo de uso lo que resulta muy costoso construirlo.
Al construir los tanques deben ubicarse en lugares estratégicos los cuales bajo ningún motivo deberán encontrarse cerca de los lugares de mayor riesgo de la planta de producción, por lo que el sistema de bombeo deberá estar ubicado lo más cerca de los tanques de almacenamiento de agua.
2.16.16 Sistema de Bombeo
Este sistema deberá estar conformado de dos bombas de agua las cuales serán una principal y una auxiliar con sus respectivas protecciones eléctricas y sus presostatos para que funcionen y actúen a las presiones especificadas para este tipo de trabajo.
2.16.17 Sistema de Tuberías Contra Incendio
El método para transportar el agua necesaria para el combate contra incendio en caso de un siniestro se lo realiza a través del tendido de tuberías desde la fuente de captación de agua hasta los equipos o aparatos de disposición de la misma. Las tuberías para el sistema contra incendio se calculan de forma que puedan soportar la presión y puedan distribuir el agua en su cantidad necesaria hasta el punto de utilización.
