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1
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA EN
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
SISTEMA DE DETECCIÓN Y SUPRESIÓN DE GAS Y
FUEGO EN PLATAFORMA HABITACIONAL PARA EL
LITORAL TABASCO.
QUE PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL DE LA
INGENIERÍA EN INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
PRESENTA:
RAFAEL RAMÍREZ BENÍTEZ
DIRECTOR:
MA. LETICIA CUELLAR HERNÁNDEZ
CO-DIRECTOR:
DR. FRANCISCO JAVIER GONZÁLEZ MARTÍNEZ
XALAPA, VERACRUZ 2012
2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 5
JUSTIFICACIÓN. .................................................................................................... 7
ANTECEDENTES…………………………………………………………………………8
1. SISTEMA DE DETECCIÓN DE GAS Y FUEGO………………………………….10
1.1DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO (F&G). ............................ 10
1.1.1 DETECCIÓN DE FUEGO. ............................................................................ 13
1.1.2 DETECCIÓN DE GAS. ................................................................................. 14
1.2 CONFORMACIÓN DEL SISTEMA DIGITAL DE MONITOREO Y CONTROL DE
GAS Y FUEGO. ..................................................................................................... 15
1.2.1 APLICACIONES…………………………………………………………………...15
1.2.2 DESCRIPCIÓN DE OPERACIÓN. ................................................................ 20
1.2.2.1 MÓDULOS DE PROCESADOR PRINCIPAL. ........................................... 20
1.2.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA. ...................................................................... 23
1.2.3.1 LOS SISTEMAS DE BUS Y DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE. ............... 23
1.2.3.2 MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITALES. ................................................. 24
1.2.3.3 MÓDULOS DE SALIDA DIGITAL. ............................................................. 25
1.2.3.2 MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA. ................................................. 26
1.2.3.3 MÓDULOS DE SALIDA ANALÓGICA. ...................................................... 27
1.2.3.4 MÓDULOS DE TERMINACIÓN. ............................................................... 28
1.2.3.5 MÓDULOS DE COMUNICACIÓN. ............................................................ 28
1.2.3.6 MÓDULOS DE FUENTE DE PODER. ...................................................... 30
1.3 DESCRIPCIÓN DE LOS DETECTORES DEL SISTEMA. .............................. 31
1.3.1 UV/IR DETECTOR DE FLAMA X5200. ......................................................... 31
1.3.1.1 APLICACIONES. ....................................................................................... 31
1.3.1.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ....................................................... 32
1.3.1.3 MÉTODO DE DETECCIÓN. ...................................................................... 35
1.3.1.4 MANTENIMIENTO. ................................................................................... 41
1.3.2 TRANSMISOR DE GAS INFINITI U9500. ..................................................... 41
1.3.2.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ........................ 41
1.3.2.2 FUNCIONAMIENTO Y MODOS DE OPERACIÓN DEL TRANSMISOR…42
1.3.3 DETECTOR DE GAS HIDROCARBURO INFRAROJO PIR9400. ................. 48
1.3.3.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ........................ 48
1.3.3.2 MÉTODO DE DETECCIÓN. ...................................................................... 49
1.3.4 DETECTOR ELECTROQUÍMICO DE GAS TÓXICO H2S. ............................ 51
1.3.4.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ........................ 51
1.3.4.2 MÉTODO DE DETECCIÓN. ...................................................................... 52
1.3.5 DETECTOR CATALÍTICO DE GAS HIDRÓGENO. ...................................... 53
3
1.3.5.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ........................ 53
1.3.5.2 MÉTODO DE DETECCIÓN. ...................................................................... 54
1.4 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN PARA LOS SENSORES Y
TRANSMISORES. ................................................................................................. 56
1.5 MANTENIMIENTO DE LOS SENSORES. ....................................................... 60
1.6 TIPOS DE ALARMAS. ..................................................................................... 61
1.6.1 ALARMAS AUDIBLES. ................................................................................. 62
1.6.2 ALARMAS VISIBLES. ................................................................................... 64
1.6.3 ALARMA POR DETECCIÓN DE FUEGO. .................................................... 66
1.6.4 ALARMA POR DETECCIÓN DE GAS. ......................................................... 68
1.6.5 ALARMA PARA ABANDONO DE PLATAFORMA (EVACUACIÓN). ............. 70
1.6.6 ALARMA POR HOMBRE AL AGUA. ............................................................. 70
2. SISTEMA DE AGUA CONTRAINCENDIO………………………………………...71
2.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ....................................................................... 71
2.2 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN. ........................................................................ 73
2.3 RED DE TAPONES FUSIBLES. ..................................................................... 78
2.4 VÁLVULA DE DILUVIO. .................................................................................. 81
2.4.1 DESCRIPCIÓN. ............................................................................................ 81
2.4.2 OPERACIÓN. ............................................................................................... 81
2.5 SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS............................................... 83
2.5.1 VÁLVULA DE ALARMA (VA) Y DETECTORES DE FLUJO (FD). ................. 83
3. SISTEMA CONTRAINCENDIO A BASE DE AGENTE LIMPIO (FM 200)…......84
3.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. ..................................................................... 84
3.1.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. ........................................................... 85
3.1.2 FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA. ................. 86
3.1.2.1 TABLERO DE CONTROL. ........................................................................ 88
3.1.2.2 GENERADOR DE TONOS. ....................................................................... 91
3.1.2.3 SENSORES DE HUMO. ............................................................................ 92
3.1.2.4 ALARMAS AUDIBLES (AE). ..................................................................... 92
3.1.2.5 ALARMAS VISIBLES (LV). ........................................................................ 94
3.1.2.6 BANCO DE CILINDROS DE HEPTAFLUOROPROPANO (FM 200) Y
BASTIDOR. ........................................................................................................... 94
3.1.2.7 TUBERÍAS DE DESCARGA...................................................................... 95
4
3.1.2.8 BOQUILLAS DE DESCARGA. .................................................................. 95
3.1.2.9 INTERRUPTORES DE ALTA Y BAJA PRESIÓN...................................... 95
3.1.2.10 CABEZA DE CONTROL OPERADA ELÉCTRICAMENTE. ..................... 96
3.2 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN. ........................................................................ 97
4. SISTEMA DE DETECCIÓN DE HUMO…………………………………………..101
4.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. .................................................................... 101
4.2 DESCRIPCIÓN DE LOS DETECTORES DE HUMO. ................................... 103
4.3FILOSOFÍA DE OPERACIÓN. ....................................................................... 111
5. SISTEMA DE SUPRESIÓN DE FUEGO EN COCINA………………………….112
5.1 APLICACIONES. ........................................................................................... 112
5.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. .................................................................... 112
5.3 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA…………………114
5.3.1 AGENTE QUÍMICO HÚMEDO. ................................................................... 114
5.3.2 BOTELLA DE AGENTE. ............................................................................. 114
5.3.3 MECANISMO DE DESCARGA REGULADA............................................... 115
5.3.4 CONJUNTO DE ACTUADOR REGULADO. ............................................... 115
5.3.5 BOQUILLAS DE DESCARGA. .................................................................... 116
5.3.6 MANGUERA DE DISTRIBUCIÓN DE AGENTE EXTINTOR. ...................... 116
5.3.7 TUBO ELÉCTRICO FLEXIBLE. .................................................................. 116
5.3.8 UNIDAD DE DISPARO MANUAL................................................................ 116
CONCLUSIONES. ............................................................................................... 117
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................... 120
GLOSARIO .......................................................................................................... 122
5
INTRODUCCIÓN
Dragados Offshore es una empresa española con una subsidiaria en México,
Dragados Offshore México, la cual cuenta con un patio de fabricación en la Cd. de
Tampico Tamps. en la margen derecha del Río Pánuco. Esta planta dispone de
una superficie de 35 hectáreas de extensión y un frente de río de 500 metros
lineales. Tiene varios talleres dedicados a calderería, soldadura, tubería, pintura,
hidromecánica y protección contraincendios, con una superficie total aproximada
de 7500 m2, y una zona muy extensa a pie de muelle dedicada al montaje. La
ejecución del proyecto de ingeniería, construcción, carga, amarre, transporte,
instalación, interconexión, pruebas y puesta en marcha de la plataforma
habitacional “HA-LT-01” fue adjudicada a esta empresa.
El objetivo de la plataforma habitacional es brindar alojamiento, alimentación,
recreación, capacitación, acondicionamiento físico, servicios administrativos,
servicio médico básico y de primeros auxilios para el personal de operación y
mantenimiento que trabaja en las Plataformas de Enlace y en las plataformas
satélites de perforación del Activo Litoral Tabasco, localizado en la región marina
suroeste del Golfo de México.
La plataforma cuenta con un primer nivel de servicios, para satisfacer plenamente
la demanda de servicios auxiliares requeridos por el módulo habitacional. Éstos
son: Sistema de tratamiento y distribución de agua de servicios, sistema de
potabilización, almacenamiento y distribución de agua potable, sistema de
generación y distribución de agua caliente, sistema de tratamiento de aguas
negras, sistema de generación y dosificación de hipoclorito de sodio, sistema de
generación eléctrica, sistema de almacenamiento, centrifugación y distribución de
diesel y sistema de compresión y distribución de aire de planta e instrumentos.
Todos estos sistemas operarán, en la medida posible, de forma automática. Y con
el monitoreo, control de estados y alarmas en el Sistema Digital de Monitoreo y
Control de Servicios.
En el nivel intermedio de la plataforma, conocido como Mezzanine, se encuentra
un Cuarto de Control de Motores (CCM), en donde se distribuye la energía
6
generada por los motogeneradores que mantienen energizados todos los
sistemas.
En niveles superiores se encuentra el módulo habitacional, el cual cuenta con una
capacidad para 201 personas con área de comedores, cocina, gimnasio, sauna,
cuarto de cine, sala de juegos, etc.
Es importante dar a conocer como se lleva a cabo la instalación y puesta en
servicio del sistema de seguridad de la plataforma habitacional, hablando
específicamente del sistema de detección de gas y fuego. Del mismo modo se
presentan ciertos aspectos importantes para el desempeño de estas labores, ya
que en la mayoría de los casos, se cuenta con las bases teóricas, adquiridas al
cursar el programa educativo de la carrera de Ingeniería, pero es importante
también conocer aspectos del trabajo en campo.
La mayor parte de egresados no se ha desenvuelto en un entorno laboral
industrial, el cual es ligeramente intimidante en un principio y para el cual no se
está preparado, es por eso que en este trabajo se pretende dar a conocer
definiciones y lenguaje práctico utilizados día a día en el ambiente laboral, lo cual
se espera sirva de ejemplo para las personas que lean este trabajo.
En el primer capítulo de este trabajo se describe de una manera general cómo
está conformado todo el sistema de detección de gas y fuego en la plataforma
habitacional, desde los detectores instalados en campo, los tipos de alarma que
existen y lo más importante, el corazón del sistema, la Unidad de Procesamiento
Remoto (UPR) de gas y fuego.
Los siguientes capítulos son para describir los sistemas que están interconectados
y deben trabajar conjuntamente con este sistema principal. Estos sistemas son:
sistema de supresión a base de agente limpio, sistema de agua contra incendio,
sistema de detección de humo y sistema de supresión de fuego en cocina. Todos
ellos cuentan con un controlo local y son monitoreados y controlados remotamente
por el sistema principal de gas y fuego.
7
JUSTIFICACIÓN.
El presente trabajo parte de la idea de dar a conocer importantes aspectos
teóricos y prácticos, para el desarrollo de las actividades de un egresado de la
carrera de Ingeniería en Instrumentación Electrónica en el campo de la
construcción, pruebas y puesta en servicio de plataformas marinas. En este caso
el desarrollo del trabajo se centra en el sistema de detección de gas y fuego en
una plataforma habitacional instalada en el Litoral Tabasco, siendo ésta la primera
de este tipo en esta zona.
La compañía que me permite laborar en este proyecto fue la encargada de la
construcción y la puesta en servicio de esta plataforma, teniendo un tiempo récord
de construcción, debido a la tecnología implementada. Por este motivo la mayor
parte de los recursos informativos son responsabilidad de esta empresa.
La información escrita en este trabajo resulta relevante ya que es resultado de la
experiencia propia adquirida durante un año de trabajo en este proyecto. Existen
conceptos aprendidos en la carrera de Ingeniería, los cuales se pueden enriquecer
dentro del campo laboral, sobre todo al conocer equipos sofisticados, los cuales
tienen un principio de operación básico aprendido en el programa educativo. Esta
es la experiencia que me parece importante compartir con estudiantes de nuevas
generaciones de la carrera.
8
ANTECEDENTES.
La plataforma habitacional está localizada en la región marina suroeste la cual
abarca la plataforma y talud continental del Golfo de México, abarcando una
superficie de 252, 290 Km2. Los estados de Veracruz, Tabasco y Campeche
constituyen su área limítrofe hacia el sur. La estructura organizacional de la región
está constituida por los activos integrales Abkatún-Pol-Chuc, Litoral de Tabasco y
Holok-Temoa. En la figura 1 se muestra toda la región suroeste del Golfo de
México y en la figura se pueden observar como esta constituida toda la región por
los diferentes activos.
Figura 1. Región Marina Noreste. PEMEX, exploración y producción.
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Figura 2. Campos de la región marina suroeste.
La estructura organizacional de la región al 1 de enero de 2009, está constituida
por los activos integrales Abkatún-Pol-Chuc, Litoral de Tabasco y Holok-Temoa.
Este último de reciente creación, se incorporó con el propósito fundamental de
desarrollar y administrar los campos ubicados en isobatas superiores a 500
metros. Adicionalmente, la Región Marina Suroeste cuenta con un activo de
exploración, el cual cambió su nombre de Activo Regional de Exploración por el de
Activo de Exploración Plataforma Continental Sur.
Actualmente la región administra 66 campos con reservas remanentes, 17 de ellos
con producción de aceite ligero y superligero, así como gas asociado, es decir,
existe una proporción importante de campos por desarrollar. Cabe hacer mención
que dentro de este censo de campos, están incluidos 2 nuevos campos, que
manifiestan los resultados positivos de los trabajos exploratorios en la región, y
evidenciando al mismo tiempo un área de oportunidad para mantener e
incrementar la producción de hidrocarburos a nivel regional y nacional.
10
1. SISTEMA DE DETECCIÓN DE GAS Y FUEGO.
1.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE GAS Y FUEGO (F&G). 1
El sistema de detección de gas y fuego, hablando específicamente de plataformas
habitacionales, es el más importante ya que es uno de los más extensos y con
más variables a tomar en cuenta dentro de su lógica operacional. Además su
propósito es salvaguardar la integridad física del personal, proteger el medio
ambiente y evitar daños a los equipos e instalaciones, previniendo o mitigando las
consecuencias adversas que resultan de la probable liberación del material
explosivo (gas combustible) o venenoso (gas tóxico), mediante la detección y
notificación oportuna de mezclas tóxicas o incendios que se pudieran originar. Así
mismo, este sistema permite las acciones de prevención para mitigar los posibles
efectos adversos y así conseguir una operación segura de la plataforma.
Dentro del sistema existen diferentes variables a detectar:
Humo.
Flama.
Combustible.
Gas Tóxico.
Gas Hidrógeno.
Todas las variables a detectar son significativas para la operación segura, estable
y eficiente de las áreas de servicios y el módulo habitacional de la plataforma, y
serán monitoreadas a través del Sistema Digital de Monitoreo y Control de Gas y
Fuego (SDMC G&F) de la plataforma, el cual también ejecutará las acciones
correspondientes a cualquier evento registrado.
La Plataforma Habitacional HA-LT-01 (Habitacional Litoral 01, por ser la primera
de este tipo en la zona del litoral tabasco) cuenta con un sistema de detección de
1 Dragados offshore (México). 2010. Filosofía de operación del sistema de gas y fuego, seguridad industrial. Revisión no. 1.
Tampico Tamaulipas, México.
11
Gas y Fuego con el fin de garantizar la seguridad del personal, las instalaciones y
el medio ambiente. El sistema de G&F recibe señales de los detectores de fuego,
gas tóxico, gas combustible, gas hidrógeno, humo y estaciones manuales de
alarma (fuego, hombre al agua y abandono de plataforma), que se encuentran
localizados en lugares estratégicos tanto en el área de servicios como en el
módulo habitacional. En caso de presentarse algún evento, el sistema de G&F
activará las alarmas audibles y visibles, y enviará una señal a la consola de
operación y seguridad ubicada en el cuarto de monitoreo y control, para dar aviso
al operador y ejecutar las acciones correspondientes. El SDMC G&F enviará la
información correspondiente a los diferentes sistemas con los que se encuentra
interconectado para que estos a su vez realicen las acciones preestablecidas para
cada caso en particular.
Para cada uno de los casos, el SDMC G&F cuenta con diferentes detectores para
poder monitorear diferentes variables, ya sea temperatura, o concentración de
gases. Para el caso de fuego el sistema deberá recibir la confirmación por un
mínimo de 2 detectores en la misma zona, una vez confirmada la presencia de
fuego dicho sistema actuará sobre la(s) válvula(s) de diluvio, activando la válvula
de diluvio que protege el área donde se presente el evento de fuego (nivel de
servicios y subnivel).
En el caso de los eventos de alta concentración de gas tóxico (H2S), gas
combustible (gas amargo), y gas hidrógeno (el cual es liberado por baterías en
estado de carga) las alarmas se activarán con un solo detector activado.
Una vez enterado del evento, el operador podrá reconocer la alarma y silenciar si
se requiere desde la estación de operación del SDMC G&F ubicada en el cuarto
de monitoreo y control.
Cuando la causa de la alarma desaparezca, será necesario restablecer el sistema,
para que este vuelva a su condición normal de operación; si no hay presencia de
ninguna de las variables que actúan sobre el sistema, el sistema se restablece sin
ningún problema, sin embargo, en caso de restablecer el sistema antes de que la
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causa de alarma desaparezca, el sistema accionará nuevamente la alarma y
enviará señales a las alarmas audibles y visibles del sistema de detección y
alarma. En el caso de las botoneras que esperan activación manual, solo se
podrán restablecer por medio de la llave asignada por el proveedor del equipo.
En caso de presentarse varios eventos al mismo tiempo, todas las alarmas visibles
correspondientes a cada uno de los eventos presentes se activarán. Para el caso
de las alarmas audibles, el sistema dará prioridad a los eventos haciendo sonar el
tono correspondiente a la alarma de mayor prioridad.
Estas son las alarmas y el orden de prioridad existentes en la plataforma, estas
aplican en cada uno de los complejos existentes.
1. Abandono de plataforma.
2. Alta concentración de Gas Tóxico.
3. Fuego.
4. Alta concentración de Gas Combustible.
5. Hombre al agua.
6. Simulacro.
El orden de prioridad de los eventos está sujeto a modificación de acuerdo al
análisis de riesgo de la instalación.
Todos los detectores, estaciones manuales, válvulas de diluvio, instrumentos de
presión, de flujo, etc., correspondientes al sistema de Gas y Fuego deben estar
alambrados punto a punto al SDMC G&F, excepto los detectores de humo que se
alambran en lazos de control inteligentes hasta el tablero de control de humo el
cuál informará al SDMC G&F de los eventos que se presenten en cada nivel de la
plataforma habitacional. Los dispositivos que se mantienen monitoreando la
presencia de humo, solo se encuentran localizados en cuartos cerrados, ninguno
en área plena.
13
1.1.1 DETECCIÓN DE FUEGO.
Al detectarse fuego confirmado (es decir, confirmación por dos detectores) en
alguno de los equipos protegidos por el sistema de diluvio, el SDMC G&F mandará
una señal para el accionamiento de la válvula de diluvio dependiendo del área
donde sea el evento de fuego.
Al detectarse un fuego confirmado en el nivel de servicios, el SDMC F&G enviará
una señal al SDMCS (Sistema Digital de Monitoreo y Control de Servicios) para el
paro de los paquetes del área de servicios (un paquete es patín estructural en el
cual se montan todos los elementos de un sistema para poder moverlo
conjuntamente, desde tuberías, válvulas, tanques de almacenamiento, incluso el
panel de control donde se encuentra el PLC que controla el sistema) para
disminuir el riesgo de propagación del evento de fuego por una posible chispa o
arco eléctrico. Los paquetes que se deben quedar sin energía son los siguientes:
1. Aire de planta e instrumentos.
2. Potabilización de agua de Mar.
3. Bombeo de agua potable.
4. Generación, almacenamiento y distribución de agua caliente.
5. Centrifugación y almacenamiento de diesel.
6. Tratadora de aguas negras.
7. Generación eléctrica.
8. Compactador de basura.
9. Incinerador de basura
10. Generación y almacenamiento de hipoclorito de sodio.
11. Bombas de agua de servicios.
Al detectarse fuego confirmado en cualquier nivel del módulo habitacional, el
SDMC F&G enviará señales discretas al Sistema Digital de Monitoreo y Control de
Aire Acondicionado (SDMCAA) para el paro del aire acondicionado del nivel donde
se haya detectado el fuego, al mismo tiempo se enviará una señal discreta a la
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unidad manejadora de aire (UMA) correspondiente para el paro de la misma, la
cual tendrá prioridad sobre el control del SDMCAA; de igual manera enviará una
señal para el cierre de las compuertas de humo y/o compuertas contra incendio
para evitar que el humo o el fuego se propaguen a los demás niveles del módulo
habitacional, y enviará una señal al sistema de control de accesos para liberación
de las puertas que se encuentran bajo el control de este sistema.
Si el evento de fuego es en cuarto de control inteligente (CCI) o en el cuarto de
telecom y terceros (CTT, llamado de esta forma porque ahí es en donde se lleva a
cabo la comunicación con otras plataformas, barcos, helicópteros, etc.), el SDMC
G&F enviará una señal discreta para el paro de la unidad manejadora de aire de
precisión (UMP) correspondiente.
1.1.2 DETECCIÓN DE GAS.
Al detectarse la presencia de gas tóxico y/o combustible en los accesos al módulo
habitacional, el SDMC F&G accionará las alarmas correspondientes, para esta
acción basta con la activación de uno solo de los detectores. Los detectores de
gas están localizados estratégicamente en las áreas externas al módulo
habitacional y en el área de servicios.
Al detectarse la presencia de gas tóxico y/o combustible en la succión de las
unidades manejadoras de aire (UMA) o en la succión de las unidades
manejadoras de aire de precisión (UMP), el SDMC F&G además de accionar las
alarmas correspondientes, enviará una señal para el paro de la unidad
manejadora de aire correspondiente, y el cierre de la compuerta contra incendio
correspondiente.
Toda la lógica de operación está contenida dentro de una aplicación generada por
el usuario de acuerdo a sus conveniencias, esta aplicación es generada y
almacenada en un microprocesador que es el encargado de realizar las acciones
correspondientes.
15
A continuación se muestran los elementos que forman parte del sistema digital de
monitoreo y control de Gas y Fuego (SDMC F&G), así como aquellos sistemas
que se encuentran interconectados, los cuales ejecutarán distintas acciones al
momento de presentarse los eventos de detección de Gas y Fuego.
1.2 CONFORMACIÓN DEL SISTEMA DIGITAL DE MONITOREO Y CONTROL
DE GAS Y FUEGO.2
El sistema digital de monitoreo y control de gas y fuego está conformado por
varios elementos, como son las alarmas audibles y visibles, disparos manuales de
alarma así como de varios subsistemas, tales como el sistema de supresión a
base de agente limpio, el sistema de detección de humo y sistema de agua
contraincendios. Sin embargo todos estos se encuentran comunicados a una
unidad central de procesamiento remoto, la cual procesa todas las variables de
entrada y proporciona una salida de acuerdo a la aplicación que haya sido
programada como se muestra en la figura 1.1. En este caso hablamos de un
sistema tolerante a fallas TRICON. Esta plataforma de seguridad y control crítico
de Invensys (compañía de automatización con experiencia y trayectoria en
seguridad y control crítico) tiene la habilidad de proveer una amplia variedad de
aplicaciones críticas incluyendo el paro por emergencia, certificación NFPA85
para gestión de quemadores, certificaciones NFPA72 para gas y fuego, control de
turbo maquinarias y sistemas de protección. Este es el único controlador con
disponibilidad comercial aprobado de la Comisión Regulatoria Nuclear para
Aplicaciones Nucleares 1E, patentado con tecnología TMR (Triple Modular
Redundante). Existen diferentes sistemas, es decir diferentes proveedores, en
este caso Invensys es la compañía que provee el sistema y Tricon es el nombre
que le da a su sistema. Es por esto que en lo sucesivo nos referiremos a este
sistema triple modular redundante como sistema Tricon.
2 Triconex Corporation (USA). 2008. Technical product guide for Tricon V10 systems. USA.
16
Figura 1.1 Elementos que conforman el SDMC G&F. (Modificada de Dragados offshore, 2010).
17
1.2.1 APLICACIONES.
El sistema de control tolerante a fallas de Tricon es la opción industrial para
aplicaciones críticas que requieren seguridad máxima y operación ininterrumpida.
Un sistema de control a prueba de fallas identifica y compensa elementos del
sistema de control fallidos y permite la reparación mientras continúa una tarea
asignada sin interrupción de proceso. Un sistema de control de alta integridad
como el Tricon es usado en aplicaciones críticas de procesos que necesiten un
grado significativo de seguridad y disponibilidad.
El sistema Tricon es un controlador de la más alta tecnología que proporciona
tolerancia a fallas por medio de arquitectura TMR. El TMR ingresa tres sistemas
de control en paralelo y exhaustivo diagnóstico. El sistema usa un votación dos de
tres para proporcionar operaciones de proceso ininterrumpidas, libres de errores.
El controlador Tricon usa tres canales idénticos. Cada uno ejecuta de manera
independiente el programa de aplicación en paralelo con otros dos canales. Los
mecanismos de votación especializados (es decir compara los valores en los tres
canales y utiliza la votación dos de tres para corregir si es necesario) de
hardware/software califican y verifican todas las entradas y salidas digitales desde
campo, mientras que las entradas análogas son sujetas a procesos de selección
de valor medio (es decir, el promedio de ellas).
Debido a que cada canal está aislado de los demás, ninguna falla afecta a otro
canal. Si ocurre una falla en el hardware en un canal, los otros canales lo anulan.
Entre tanto, el modo de falla puede con facilidad ser retirado y reemplazado
mientras el controlador está en línea sin interrumpir el proceso.
La configuración de las aplicaciones es simplificada con el sistema de Tricon
Triplicado, debido a que opera como un sistema de controlador simple desde el
punto de vista del usuario. Todos los sensores y actuadores se conectan a una
sola terminal y se programa el Tricon con un conjunto de lógica de aplicación. El
Tricon administra el resto.
18
El diagnóstico exhaustivo en cada canal, módulo y circuito funcional detectan de
inmediato y reportan fallas operacionales por medio de indicadores o alarmas.
Toda la información de diagnóstico de fallas es accesible por el programa de
aplicación y el operador. El programa o el operador pueden usar los datos de
diagnóstico para modificar las acciones de control y dirigir los procedimientos de
mantenimiento.
Otras características clave que aseguran la más alta integridad del controlador
Tricon son las siguientes:
Tienen la capacidad para operar 3, 2 o 1 de los procesadores principales.
Diagnósticos del sistema comprensibles.
Módulos de E/S dobles o simples para puntos críticos de seguridad con una
necesidad limitada de disponibilidad.
E/S remotas de hasta 12 Km de distancia (7.5 millas de cable).
Reparación simple de los módulos en línea.
Aplicaciones típicas
El sistema Tricon proporciona seguridad, confiablidad y disponibilidad ilimitada,
las siguientes son unas cuantas aplicaciones típicas.
Sistema de paro por emergencia (SPPE).3
Este sistema proporciona seguridad crítica a unidades como refinerías, plantas
petroquímicas, sistemas de bombeo, paquetes de regulación de gas combustible,
etc. En estos sistemas la seguridad es prioridad, mucho más cuando en los
procesos en los que se involucra se manejan sustancias peligrosas a grandes
presiones. Como ejemplo podríamos mencionar un paquete de regulación de gas,
3 Dragados offshore (México). 2011. Filosofía de operación del sistema SPPE (sistema de paro por emergencia)
instrumentación. Revisión no. 4. Tampico Tamaulipas, México.
19
en el cual se manejan presiones mayores a 80 kg/cm2, esto nos pone a pensar
que en caso de que exista alguna emergencia no es posible cerrar una válvula de
manera sencilla, requiere de todo una lógica operacional segura para no llevar las
líneas a su límite máximo de presión, ya que esto podría ocasionar accidentes de
graves consecuencias.
Sistema de control de turbinas.
El control y protección de turbinas de gas o vapor requiere de alta integridad así
como de seguridad. La operación continua del controlador a prueba de fallas
proporciona al operador de turbinas la máxima disponibilidad mientras mantiene
los niveles equivalentes de seguridad. El control de velocidad así como la
secuencia de arranque y apagado son implementados en un sistema único
integrado.
Protección de gas y fuego en mar abierto.
La protección de las plataformas en mar abierto contra amenazas de fuego y gas
requieren la disponibilidad continua así como la confiablidad. El sistema
proporciona esta disponibilidad por medio de un reemplazo en línea de módulos
descompuestos. Los detectores análogos de gas y fuego son conectados
directamente al controlador Tricon, eliminando la necesidad de dispositivos
intermedios.
Las capacidades de comunicación de este sistema son variadas. Los módulos de
comunicación permiten al controlador comunicarse con otros dentro de una red
puerto a puerto, mediante:
Protocolo Industrial Modbus (maestro y esclavo).
Sistemas de Control Distribuido (DCS).
Estaciones de trabajo del Operador.
Las computadoras del servidor son accesadas por medio del protocolo
TCP/IP.
20
1.2.2 DESCRIPCIÓN DE OPERACIÓN.
La tolerancia a fallas en el sistema Tricon se logra por medio de una arquitectura
TMR). El sistema Tricon proporciona un control libre de errores e ininterrumpido en
presencia de otras fallas difíciles. El Tricon está diseñado con una arquitectura
triplicada, desde los módulos de entrada, los procesadores principales hasta los
módulos de salida. Cada módulo de E/S protege los circuitos desde tres ramas
independientes. Cada rama en los módulos de entrada lee los datos de proceso y
pasa esa información a sus procesadores principales respectivos. Los tres
procesadores principales se comunican y se sincronizan unos con otros usando un
sistema de bus de alta velocidad propietario llamado TRIBUS.
El Tribus revisa los datos de entrada digitales compara los datos de salida y envía
copias de los datos de entrada análogos a cada procesador principal.
Los procesadores principales ejecutan la aplicación escrita por el usuario y envía
salidas generadas por la aplicación a los módulos de salida. Además de revisar
los datos de entrada, el tribus revisa los datos de salida, esto lo hace en los
módulos de salida, tan cerca de campo como es posible, en el caso en el que
haya un error, este se puede compensar antes de llegar a su punto final. Para
cada módulo de E/S, el sistema puede soportar un módulo de repuesto hot spare
(esto quiere decir que está en espera de utilizarse en cualquier momento) opcional
que toma el control si se detecta una falla en el módulo primario durante la
operación. La posición de hot spare también puede ser usada para reparaciones
de sistema en línea.
1.2.2.1 MÓDULOS DE PROCESADOR PRINCIPAL.
Un sistema Tricon contiene tres Módulos de Procesador para controlar tres
circuitos derivados del sistema. Cada procesador principal opera en los otros dos
21
procesadores principales como miembro de una triada, como se muestra en la
figura 1.2.
Figura 1.12 Arquitectura triplicada del sistema Tricon. (Triconex corporation, 2008).
Un procesador de Entradas/Salidas (IOP) en cada procesador principal se dedica
a administrar los datos intercambiados entre los procesadores principales y los
módulos de E/S. Un bus de E/S triplicado está localizado en la parte posterior del
chasis y se extiende de un chasis al otro por medio de los cables del bus E/S.
Como cada módulo de entrada es revisado, los nuevos datos de entrada son
transmitidos al procesador principal sobre el circuito derivado del bus de E/S. Los
datos de entrada son ensamblados en una tabla en el procesador principal, y
almacenados en la memoria para su uso en el proceso de revisión del hardware.
La tabla de entrada individual en cada procesador principal es transferida a sus
procesadores principales vecinos sobre el Tribus. Durante esta transferencia se
realiza la revisión del hardware. El Tribus usa el dispositivo programable de
acceso directo a memoria para sincronizar, transmitir, revisar y comparar datos
entre los tres procesadores principales.
Si se descubre un desacuerdo, el valor de la señal encontrado en dos de tres
tablas prevalece y la tercera tabla es corregida apropiadamente. Las diferencias
que aparecen en la sincronización pueden ser distinguidas en un patrón de
22
diferentes datos. Los tres procesadores principales independientes mantienen
datos a cerca de las correcciones necesarias en la memoria local. Cualquier
diferencia es abanderada y usada al final del escaneo por las rutinas del
analizador de fallas interconstruido para determinar si existe una falla en un
módulo en particular.
Después de que la transferencia del Tribus y que la revisión y corrección de los
datos de entrada se hayan concluido, éstos son usados por el procesador principal
como entrada a la aplicación escrita por el usuario (la aplicación es desarrollada
en la TriStation y descargada en los procesadores principales). El
microprocesador principal de 32 bits y un coprocesador matemático ejecutan la
aplicación en paralelo con los módulos de los procesadores principales.
La aplicación escrita por el usuario genera una tabla de valores de salida basados
en la tabla de valores de entrada. De acuerdo con las reglas desarrolladas en la
aplicación por el cliente. El IOP en cada procesador principal administra la
transmisión de los datos de salida para los módulos de salida por medio del Bus
de E/S.
Al usar la tabla de valores de salida, el IOP genera tablas más pequeñas cada una
correspondiente a un módulo de salida individual en el sistema. Cada tabla
pequeña es transmitida al circuito derivado del módulo de salida correspondiente
por el bus de E/S. Por ejemplo, el procesador principal A de cada modulo de salida
sobre el bus de E/S. la transmisión de los datos de salida tienen prioridad sobre el
escaneo de rutina de todos los módulos de E/S.
El IOP administra los datos intercambiados entre los procesadores principales y
los módulos de comunicación usando el bus de comunicación, que permite el
mecanismo de transmisión. Los procesadores principales modelo 3008
proporcionan 16 megabytes de RAM cada uno, para este sistema. La RAM es
usada para la aplicación escrita por el usuario, datos de secuencia de eventos,
datos de E/S, diagnósticos y buffers de comunicación. En el caso de una falla de
23
corriente externa, la integridad del programa escrito por el usuario y las variables
de retentiva son protegidas durante un mínimo de seis meses.
Los módulos de procesador principales reciben corriente de los módulos de poder
duales, y rieles de corriente en el chasis principal. Una falla en uno de los módulos
de corriente no afectará el desempeño del sistema.
1.2.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA.
1.2.3.1 LOS SISTEMAS DE BUS Y DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE.
Los tres sistemas de bus triplicados son grabados en la parte posterior del chasis:
el Tribus, el Bus de E/S y el Bus de comunicación.
El Tribus consiste en tres vínculos seriales independientes operando a 25
Mbaudios (con el MP 3008). El Tribus sincroniza los procesadores principales al
inicio del escaneo. Luego, cada procesador principal envía sus datos a sus
vecinos hacia arriba o hacia abajo.
El Tribus desempeña una de dos funciones con los datos:
Sólo transferencia de datos para realizar diagnósticos y comunicación de
E/S.
Comparación de datos y verificación, de acuerdo a la aplicación
desarrollada por el usuario.
Una característica importante de la arquitectura tolerante a fallas de Tricon es el
uso de un transmisor único para enviar los datos hacia ambos procesadores
principales. Esto asegura la recepción de los mismos datos por ambos
procesadores.
24
1.2.3.2 MÓDULOS DE ENTRADAS DIGITALES.
El Tricon soporta dos tipos básicos de módulos de entrada digital: TMR y único.
Cada módulo de entrada digital está conformado por tres circuitos de respaldo
idénticos (A, B y C) como se muestra en la figura 1.13. A pesar de que los circuitos
de derivación residen en el mismo módulo, están por completo aislados los unos
de los otros y operan de manera independiente. Una falla en un circuito de
derivación no puede pasar a otro. Además, cada circuito de derivación contiene un
microprocesador de 8 bits llamado procesador de comunicaciones de E/S que se
encarga de la comunicación con su procesador principal correspondiente.
Figura 1.13 Módulo de entradas digitales triplicado. (Triconex corporation, 2008).
Cada uno de los circuitos de derivación mide de manera asincrónica las señales
de entrada desde cada punto en el módulo de terminal de entrada, determina los
estados respectivos de las señales de entrada y coloca los valores en tablas de
entrada A, B y C respectivamente. Cada tabla de entrada es interrogada
regularmente sobre el bus de E/S ubicado en el módulo del procesador principal.
25
En los módulos de entrada digital TMR, todas las rutas de señales críticas son
triplicadas para garantizar al 100% seguridad y máxima disponibilidad. Cada
circuito de derivación condiciona las señales de manera independiente y
proporciona aislamiento óptico entre los instrumentos que se encuentran en
campo y el Tricon.
En los módulos de entrada digital única, solo aquellas porciones de la señal que
son requeridas para asegurar la operación segura son triplicadas. Los módulos
únicos son para aquellas aplicaciones de seguridad críticas donde el bajo costo es
más importante que la disponibilidad máxima.
1.2.3.3 MÓDULOS DE SALIDA DIGITAL.
Existen cuatro tipos básicos de salida digital: dual, supervisado, voltaje DC y AC.
Cada módulo de salida digital cuenta con tres circuitos de derivación aislados
idénticos, como se muestra en la figura 1.14. Cada circuito de derivación incluye
un microprocesador de E/S que recibe la tabla de salida del procesador de
comunicaciones del procesador principal correspondiente. Todos los módulos de
salida digitales, excepto los módulos DC duales, usan circuitos de salida
cuadruplicados que revisan las señales de salida individuales un momento antes
de que sean aplicadas a la carga. El retorno del lazo en el módulo permite a cada
microprocesador leer el valor de salida para que el punto determine si existe una
falla latente dentro del circuito de salida.
26
Figura 1.14 Módulo supervisado de salidas digitales. (Triconex corporation, 2008).
1.2.3.2 MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA.
En un módulo de entrada analógico, cada uno de los tres circuitos de derivación
mide de forma asincrónica las señales de entrada y coloca los resultados en una
tabla de valores. Cada una de las tres tablas de entrada pasa a su módulo de
procesador principal asociado que usa el bus de E/S correspondiente, como se
muestra en la figura 1.15. La tabla de entrada en cada módulo de procesador
principal es transferida a sus vecinos a través del Tricon. El valor medio es
seleccionado por cada procesador Principal y la tabla de entrada.
27
Figura 1.15 Módulo triplicado de entradas analógicas. (Triconex corporation, 2008).
Cada módulo de entrada analógico es calibrado automáticamente usando voltajes
de referencia múltiples leídos con el multiplexor. Estos voltajes determinan la
ganancia y bias que son requeridos para ajustar las lecturas del convertidor
analógico a digital (ADC). Los módulos de entrada analógicos y los módulos de
terminación están disponibles para soportar una amplia variedad de entradas
analógicas, 0-5 VDC, 0-10 VDC, 4-20 mA, termocoples (tipos K, J, T, E), y
dispositivos térmicos resistivos (RTD´s).
1.2.3.3 MÓDULOS DE SALIDA ANALÓGICA.
El módulo de salida analógica recibe tres tablas de valores de salida, uno para
cada respaldo del procesador principal. Cada respaldo tiene su propio convertidor
digital analógico (DAC). Una de las tres derivaciones es seleccionada para
28
conducir las salidas análogas. La salida es revisada continuamente por los tres
microprocesadores.
Si ocurre una falla en la derivación, esta es declarada fallida y se selecciona una
nueva derivación para conducir el dispositivo de campo, esta selección es probada
en todas las derivaciones.
1.2.3.4 MÓDULOS DE TERMINACIÓN.
Un módulo de terminación de campo es un tablero de circuitos eléctricamente
pasivo al que se puede colocar con facilidad cableado de campo. Un módulo de
terminación sólo pasa señales de entrada desde el campo a un módulo de entrada
o pasa las señales generadas por un módulo de salida, directamente al cableado
de campo, permitiendo la remoción o reemplazo del módulo de entrada o salida
sin molestar al cableado de campo. Además, los ensambles de terminación
externos están disponibles para aplicaciones especializadas.
1.2.3.5 MÓDULOS DE COMUNICACIÓN.
Por medio de los módulos de comunicación, el Tricon puede interfasar con
maestros y esclavos de Modbus, otras redes punto a punto de Tricon, servidores
externos corriendo aplicaciones sobre redes 802.3 y sistemas de control
distribuido Honeywell y Foxboro.
Módulo de comunicación inteligente (EICM).
Soporta comunicaciones seriales RS-232, RS-422 y RS-485 con dispositivos
externos a velocidades de hasta 19.2 Kbaudios. El EICM proporciona cuatro
puertos seriales aislados ópticamente que pueden interfasar con maestros
29
Modbus, esclavos o ambos, además del Tristation. El módulo proporciona un
puerto paralelo compatible con Centronics.
Módulo de Comunicación de red (NCM).
Este módulo soporta la red 802.3 sobre un vínculo de datos de alta velocidad de
10 Megabits/segundo y aplicaciones propiedad de Triconex. Además los usuarios
pueden escribir sus propias aplicaciones usando el protocolo TCP/IP.
Módulo de interfaz Hiway (HMI).
Este módulo actúa como una interfaz entre un controlador Tricon y el sistema de
control distribuido, por medio de la Hiway Gateway y la Red de Control Local
(LCN). La HMI permite dispositivos de alto orden, como computadoras y
estaciones de trabajo para el operador, esto para poder comunicarse con el
Tricon.
Módulo de administrador de seguridad (SMM).
Este módulo actúa como una interfaz entre un controlador Tricon y los distintos
tipos de sistemas de control que existen alrededor del mundo, tales como los que
ofrece Honeywell, Scheneider Electric.
El SMM transmite todos los datos adjuntos de Tricon e información de diagnóstico
para las estaciones de trabajo del operador y otros sistemas en formatos de
despliegue que son familiares para los operadores de estas marcas.
Módulo de comunicación avanzado (ACM).
Este módulo actúa como una interfaz entre un controlador Tricon y la serie de
Automatización Inteligente de Foxboro (I/A) serie DCS. El ACM aparece ante el
sistema de Foxboro como un nodo de seguridad, permitiendo que el Tricon
administre los puntos críticos de proceso dentro del ambiente de este sistema.
30
El ACM transmite todos los datos adjuntos de Tricon e información de diagnóstico
para las estaciones de trabajo del operador en formatos de despliegue que son
familiares para los operadores de Foxboro.
1.2.3.6 MÓDULOS DE FUENTE DE PODER.
Cada chasis Tricon alberga dos módulos de corriente dispuestos en una
configuración redundante, como se muestra en la figura 1.16. Estos módulos
derivan corriente desde el plano posterior y tiene reguladores de corriente
independientes para cada derivación. Cada uno puede soportar los requerimientos
de corriente de todos los módulos en el chasis en el que reside y cada uno
alimenta un riel de corriente separado en el plano posterior del chasis.
Los módulos de corriente tienen circuitos de diagnóstico inter construidos que
verifican los voltajes fuera de rango y condiciones de sobre temperatura. Una
derivación deshabilita al regulador de corriente en vez de afectar al bus de
corriente.
31
Figura 1.15 Módulo de fuente de poder del sistema Tricon. (Triconex corporation, 2008).
1.3 DESCRIPCIÓN DE LOS DETECTORES DEL SISTEMA.
1.3.1 UV/IR DETECTOR DE FLAMA X5200.
1.3.1.1 APLICACIONES.
Este detector cumple con los más estrictos requerimientos alrededor del mundo,
tales como: NEMA 4X e IP66 (las cuales se refieren a los materiales de
construcción y su resistencia al fuego y a otros agentes). El detector cuenta con
capacidades avanzadas de detección e inmunidad a fuentes extrañas, combinado
con un diseño mecánico superior. El arreglo para el montaje permite al sensor UV
e IR monitorear la misma zona de peligro con un cono área de visión de 90°.
Cuando ambos sensores simultáneamente detectan la presencia de flama, una
32
señal de alarma es generada. Este detector puede ser ajustado para zonas
interiores o exteriores.
Figura 1.6 Detectores de flama UV/IR, localizados en el nivel de servicios de la plataforma HA-LT-01, monitoreando el área
de tanques de diesel de las bombas contra incendio.
1.3.1.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.4
El microprocesador controla una calefacción que incrementa una resistencia para
ambientes con mucha humedad o hielo. También cuenta con un LED multicolor en
la cara frontal para marcar la condición de trabajo de este, además la cubierta del
detector está disponible en cobre libre de aluminio o acero inoxidable.
4 Detector electronics corporation (USA). 2009. Instructions: UV/IR flame detector X5200. Minneapolis,
Minnesota USA.
33
Salidas.
Relés.
El detector estándar ofrece relés auxiliares, de fuego y fallas. Los tres relés tienen
capacidad de 5 amperes a 30V CC.
El relé de alarma de incendio cuenta con terminales redundantes y contactos
abiertos/ cerrados en estado normal, operación sin energía en estado normal y
operaciones de bloqueo y desbloqueo.
El relé de fallas cuenta con terminales redundantes y contactos abiertos en estado
normal, operación con energía en estado normal y operaciones de bloqueo y
desbloqueo.
El relé auxiliar ofrece contactos abiertos/ cerrados en estado normal y puede
configurarse para operación con y sin energía y operaciones de bloqueo y
desbloqueo.
Salida de 4-20mA.
Se encuentra disponible de forma opcional una salida de 4 a 20 mA. Esta opción
ofrece una salida de corriente CC de 4 a 20 mA para transmitir información sobre
el estado del detector a otros dispositivos. El circuito puede conectarse en una
configuración aislada o no y puede generar una resistencia máxima de lazo de 500
ohmios a partir de 18 a 19,9 voltios CC. La tabla 1.1 muestra los diversos estados
del detector representados por los distintos niveles de corriente. La salida es
calibrada en fábrica y no requiere calibración en campo. También se encuentra
disponible un modelo con relés y 4-20 mA con protocolo HART,5 el cual inserta
una señal digital dentro de la misma señal analógica.
*Cabe mencionar que una falla en el lazo de 4 a 20 mA no será monitoreada por el
relé de falla del detector X5200, este es independiente.
5 http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/articulos/agosto-06.pdf. (Consultada el 08-11-11).
34
Nivel de Corriente
(±0.3mA)
Estado del Detector.
0mA
1mA
2mA
4mA
8mA
12mA
14mA
16mA
20Ma
Falla de alimentación
Falla General
Falla en Οi
Operación normal
Pre Alarma (IR)
Alarma UV
Alarma IR
Pre Alarma (fuego)
Alarma de Fuego
Tabla 1.1 Niveles de corriente para los estados del detector. (Detector electronics corporation,
2009).
Integridad Óptica (Oi).
El detector X5200 incluye una función automática para la integridad óptica, esto es
un autoexamen para conocer la capacidad de operación del detector, el
autoescaneo está programado para realizarse una vez por minuto y así poder
evitar las condiciones de alarma en donde no son necesarias. Este detector
también incorpora las funciones de integridad óptica manualmente y
magnéticamente.
Para ejecutar la prueba de integridad óptica magnéticamente, se coloca un imán
en una ubicación marcada fuera del detector. Para realizar la prueba
manualmente, la terminal 22 (ubicada en la tablilla de conexiones que se
encuentra en la parte trasera del detector) se conecta al suministro eléctrico
negativo (ubicado también en la tablilla de conexiones de la parte trasera del
detector) por medio de un interruptor externo. El imán o interruptor deben
permanecer en el lugar durante 6 segundos como mínimo para completar la
35
prueba. Cualquiera de estos dos métodos activa los emisores UV e IR, esto indica
que el ambos detectores están calibrados y en condición de operación óptima.
Comunicación.
EL equipo X5200 presenta una interfaz RS-485 para comunicar el estado del
detector e información a otros dispositivos. La interfaz RS-485 utiliza el protocolo
MODBUS, con dispositivos configurados como esclavos.
Registro de datos/ supervisión de eventos.
También se ofrece la función de registro de datos para la supervisión de eventos.
El detector puede registrar hasta 1500 eventos (hasta 1000 eventos generales y
500 de alarmas). Se registran estados tales como normal, apagado, fallas
generales y de integridad óptica, alarma previa, alarma de incendio, hora y
temperatura. Cada evento lleva la marca de la fecha y la hora, junto con la
temperatura y la tensión de entrada. Los datos de los eventos se almacenan en
una memoria no volátil cuando el evento se activa, y nuevamente cuando cambio
de estado. Para acceder a los datos puede utilizarse el puerto RS-485.
1.3.1.3 MÉTODO DE DETECCIÓN.
Existen diversas formas para el procesamiento de las señales en estos
dispositivos (X5200), tanto para el sensor UV como para el IR. Estas opciones que
se verán a continuación determinan el tipo de lógica a utilizar para el
procesamiento del sistema con el fin de adecuar la mejor opción de acuerdo a la
aplicación que tendrá el detector.
36
Opciones para el sensor IR.
Análisis de la señal en el dominio del tiempo (TDSA).
La técnica de procesamiento de señales TDSA analiza la señal de entrada
en tiempo real, lo que requiere que la señal IR parpadee de forma aleatoria
para poder reconocerla como un estado de incendio.
Al utilizar el procesamiento el señales TDSA, el equipo x5200 ignora las
fuentes IR interrumpidas a intervalos regulares (que se producen en áreas
donde transportadores en movimiento y objetos calientes que están muy
cerca unos de otros generan una señal IR cortada a intervalos regulares),
porque busca una señal menos uniforme como la de una llama real. No
obstante, en presencia de una señal interrumpida a intervalos regulares, la
unidad es más susceptible a generar falsas alarmas por la presencia de
radiación IR esporádica, que actúa como disparador cuando se produce
junto con la señal.
Encendido rápido.
La función de encendido rápido (alta velocidad) puede utilizarse junto con el
método de procesamiento de señales TDSA. Este método anula los
requisitos de TDSA en el caso de que se produzca una señal intensa.
Cuando la función de encendido rápido se activa, el detector puede
responder a una señal de incendio intensa en menos de 30 milisegundos
(0,030 segundos). El uso de esta función junto con el procesamiento de
señales TDSA permite al detector brindar una respuesta de alta velocidad
frente a un incendio grande y no centelleante (por ejemplo en aplicaciones
de gas a alta presión) y mantener la capacidad de responder a incendios
más pequeños.
37
Opciones del detector UV.
La salida del detector UV se compara con el umbral de nivel de fuego
(configuración de “sensibilidad”). Si el nivel de energía radiante del fuego es
superior al nivel del umbral de alarma seleccionado para ser rechazado, en
este caso es la longitud de onda generada por un arco eléctrico6 (un
ejemplo de ello es la unión por soldadura eléctrica, la cual utiliza el arco
eléctrico a una temperatura cercana a los 4000°C) que va desde los 400
nm hasta los 15 nm, la salida de alarma de incendio se activará. En cada
aplicación, es de crucial importancia garantizar que el nivel de energía
ultravioleta irradiado por el fuego estimado a la distancia requerida desde el
detector supere el nivel de sensibilidad seleccionado.
El detector UV del modelo x5200 puede programarse para:
-Rechazo de arco
-Procesamiento de señal estándar
Rechazo de arco (configuración recomendada de fábrica).
Mediante el modo de rechazo de arco, el detector puede impedir que se
generen molestas alarmas de incendio a causa de la radiación UV
generada por arcos eléctricos de corta duración o descargas electrostáticas,
sin perder la capacidad de detectar de forma confiable la radiación UV
emitida por una llama. Las aplicaciones que habitualmente pueden
aprovechar la lógica de rechazo de arco incluyen procesos de recubrimiento
electrostáticos y entornos no controlados en los que es posible que existan
fuentes UV temporales, como muchas aplicaciones exteriores
características. Muchas fuentes de falsa alarma presentan características
UV transitorias, mientras que el fuego genera una radiación UV prolongada
que se extiende durante varios segundos. La mayoría de los incendios se
detectan en pocos segundos.
6 http://sas.editorialcep.com/muestra/mecanicos_tema8.pdf (consultada el 10-11-11).
38
Procesamiento de señal estándar.
El procesamiento de señal estándar sólo se recomienda para los sistemas
de supresión de alta velocidad. Para permitir el funcionamiento a alta
velocidad, el modo de procesamiento estándar no incorpora la
programación de rechazo de arco. Este modo sólo debe utilizarse en un
entorno controlado y en interiores.
Un ejemplo de este tipo de aplicaciones es el sistema de supresión a base
de CO2 (dióxido de carbono) en el encabinado de una turbina de generación
eléctrica, la cual funciona a base de gas licuado. Esto quiere decir que
existe una gran probabilidad de que por la existencia de gas se pueda dar
un conato de incendio. Sin embargo en estos sistemas la supresión se lleva
a cabo de manera muy rápida, ya que en realidad se protege un volumen
pequeño y aislado. Es por esto que es posible tener un procesamiento de
señales del detector de manera estándar sin ser configurado ningún otro
parámetro de rechazo. En estos sistemas el CO2 es liberado a alta presión,
como sistema principal de supresión y el sistema generalmente está
programado para después con un ligero retardo (15 seg.) libere agua
presionada con nitrógeno para suprimir completamente el fuego.7 De esta
forma es como se puede trabajar con el detector en un procesamiento de
señal estándar.
Características de respuesta del detector.
La respuesta depende de la distancia, el tipo y la temperatura del combustible y el
tiempo que demora el fuego en alcanzar estabilidad.
7 Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. NRF-102-PEMEX-2005: Sistemas fijos de
extinción a base de bióxido de carbono. México, 2005.
39
Soldadura.
La soldadura por arco eléctrico es una fuente de intensa radiación
ultravioleta. La radiación UV de la soldadura por arco se dispersa
inmediatamente y puede alcanzar distancias considerables, incluso si
existen obstrucciones directas. Una puerta o ventana abierta puede permitir
que la radiación UV de la soldadura por arco ingrese en un área cerrada.
Se recomienda deshabilitar el sistema durante operaciones de soldadura en
situaciones en las que no se tolera la posibilidad de una falsa alarma. Las
tareas de soldadura a gas exigen deshabilitar el sistema porque el soplete
tiene fuego. Las varillas utilizadas en la soldadura por arco pueden contener
materiales aglutinantes orgánicos en el flujo luminoso que arden durante la
soldadura y pueden ser detectados por el equipo X5200. Las varillas de
soldadura con aglutinantes de arcilla no arden y por lo tanto no son
detectadas por el detector UV/IR X5200. Sin embargo, siempre se
recomienda deshabilitar el sistema, dado que el material soldado puede
estar contaminado con sustancias orgánicas (pintura, aceite, etc.) que
pueden arder y activar el equipo.
Luz artificial.
El detector x5200 no debe colocarse a menos de 3 pies (90 centímetros) de
distancia de luces artificiales, ya que puede calentarse en exceso debido al
calor que irradia ese tipo de luz.
Interferencias EMI/RFI.
El equipo X5200 resiste las interferencias Electromagnéticas y de
Radiofrecuencias.
Incendios no causados por carbonos.
La respuesta del modelo X5200 está limitada a combustibles carbónicos.
Por lo tanto, no debe utilizarse para detectar incendios causados por
40
combustibles que no contienen carbón, como hidrógeno, sulfuro y metales
en combustión.
Fuentes de falsa alarma.
UV
Aunque el sensor UV tiene un filtro contra el componente ultravioleta de la
radiación solar, responde a otras fuentes de radiación UV además del
fuego, como soldadura por arcos eléctricos, rayos, coronas de alto voltaje,
rayos X y radiación gamma.
IR
El detector ha sido diseñado para ignorar fuentes infrarrojas estables que
no presentan una frecuencia de parpadeo típica de un incendio; sin
embargo, cabe señalar que si estas fuentes no están lo suficientemente
calientes como para emitir cantidades de radiación infrarroja que se
encuentren en el rango de respuesta del sensor IR y si esta radiación se ve
interrumpida desde la vista del detector en un patrón característico de una
llama centelleante, es posible que el sensor IR responda.
Todos los objetos con una temperatura superior a 0° Kelvin (-273° C)
emiten radiación infrarroja. Cuánto más alta sea la temperatura del objeto,
mayor será la intensidad de la radiación emitida. Cuanto más cerca del
detector se encuentre la fuente infrarroja, mayores probabilidades habrá de
que se produzca una falsa alarma. El sensor IR puede responder a fuentes
de radiación IR que cumplan con los requisitos de amplitud y parpadeo del
detector tales como objetos calientes vibratorios.
41
1.3.1.4 MANTENIMIENTO.
Para mantener una máxima sensibilidad y resistencia a falsas alarmas, las
ventanas de visión del detector X5200 deben mantenerse relativamente limpias,
en realidad el procedimiento de mantenimiento es relativamente sencillo. Es
necesario limpiar con un pañuelo suave y alcohol isopropílico las ventanas de que
permiten la detección UV e IR.
Para esto basta con retirar cuidadosamente la cubierta frontal, retirando los
tornillos. Una vez realizada la limpieza se pone en su lugar nuevamente.
1.3.2 TRANSMISOR DE GAS INFINITI U9500.8
1.3.2.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.
El transmisor de gas infiniti opera en conjunto con cualquier sensor de gas Det-
Tronics para vigilar continuamente el ambiente y detectar la presencia de gases
peligrosos. Este transmisor sirve como interfaz entre el sensor y el sistema de
control que se utiliza para la seguridad de cualquier instalación. Los sensores de
gas disponibles de Det-Tronics incluyen los de sulfuro de hidrógeno, combustible,
monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno, oxígeno, cloro y el detector infrarrojo
pointwatch de gases hidrocarburos.
Los circuitos electrónicos e indicadores de estado del transmisor infiniti están
contenidos en una cubierta protectora a prueba de explosiones que se ofrece en
aluminio o en acero inoxidable. Cada transmisor infiniti puede usarse para un
sensor de gas individual que se monta directamente sobre si cubierta protectora
para ubicarse en el área de detección, o puede ubicarse por separado usando un
juego de separación del sensor (como es el caso del sensor de gas hidrógeno, el
8
Detector Electronics Corporation (USA). 2009. Instrucciones: transmisor de gas infiniti U9500. Minneapolis, Minnesota
USA.
42
cual se coloca en el interior del cuarto de baterías y el transmisor se ubica en la
salida de éste).
Dentro de sus características principales se pueden mencionar:
Ajuste inicial fácil para el usuario.
Salida lineal de 4 a 20 mA.
Indicador visual LCD de 8 caracteres.
Funciones automáticas de diagnóstico de fallas y señalización.
Calibración sin intrusión.
Acepta una señal de 4 a 20 mA de varios sensores de Detector Electronics.
El paquete opcional de relevadores proporciona tres relevadores de alarma
y un relevador de fallas, con capacidad de 5 amperios a 30 Vcd. Los
relevadores alto y bajo nivel, alarma auxiliar pueden seleccionarse como
grupo para operarse normalmente activados o normalmente desactivados.
Final de la indicación de la vida del sensor.
Margen opcional más amplio de temperatura de operación -67°F (-55°C).
Puede usarse con los sensores catalíticos de combustible, infrarrojos de
hidrocarburos, electroquímicos de sustancias tóxicas y de oxígeno
fabricados por Det-Tronics, el transmisor de gas tendrá márgenes de
operación seleccionables para adaptarse al sensor de gas usado y operará
en un margen de 15 a 32 Vcd, siendo nominal el valor de 24 Vcd.
Diseño a prueba de explosiones.
1.3.2.2 FUNCIONAMIENTO Y MODOS DE OPERACIÓN DEL TRANSMISOR.
El transmisor infiniti opera en conjunto con cualquier sensor de gas para vigilar
continuamente el ambiente y detectar la presencia de gases peligrosos.
Usualmente se atornilla directamente el sensor a la cubierta protectora del
transmisor.
43
El transmisor vigila la salida del sensor y genera una señal lineal de 4 a 20 mA de
corriente continua proporcional a las concentraciones de gas para la conexión a un
dispositivo de verificación, tal como una computadora o controlador programable.
La salida de corriente se calibra de manera que sea de 4 mA cuando no se
detecta gas y de 20 mA cuando se llene la escala del margen programado para el
gas presente.
Una salida de corriente continua menor de 4 mA indica una variación a un nivel
menor de cero, o que la unidad está en modo de calibración. Una señal de salida
del transmisor de menos de 4 mA, pero mayor a 2 mA es mostrada como una
lectura negativa en la pantalla LCD del transmisor. Si alguno de los cables
conectados al sensor se rompiera o se desconectara, la señal de la salida de
corriente sería de 0 mA.
El indicador visual del transmisor infiniti se compone de una pantalla digital de
ocho caracteres para identificar el estado del sistema y entrada del sensor, así
cómo botones para programación y calibración del sistema. En la figura 1.7 se
puede observar la ubicación de los indicadores y botones.
Figura 1.7. Controles e indicadores del transmisor Infiniti. (Detector Electronics Corporation, 2009)
44
1. Lectura continua de la entrada del sensor.- La pantalla digital
proporciona una lectura continua en ambos modos, el normal y el de
calibración. En el caso de una falla, identifica la naturaleza de la falla con
un mensaje de falla. En otros modos de operación muestra los puntos de
control de alarma y la concentración de gas de la calibración programada.
Una condición con variación a un valor menor de cero se indica con un
signo negativo (-) a la izquierda. Debido a que esta pantalla está siempre
encendida, también funciona como indicador de encendido.
2. Indicador de historial de alarmas.- Esta indica mediante un asterisco una
alarma (cualquiera) que se ha activado desde la última vez que se
restableció. Si la pantalla está en blanco indica que no se ha excitado
ninguna alarma desde la última vez que se restableció el transmisor.
3. Indicador de estado de alarma alta.- Muestra su condición mediante un
cuadrado blanco sólido. Si está en blanco indica que no hay alarma.
4. Indicador de estado de alarma auxiliar.- Indica mediante un cuadrado
negro sólido que se sobrepasado el umbral de alarma auxiliar. Si está en
blanco este espacio indica que no hay alarma.
5. Indicador de estado de alarma baja.- Indica mediante un cuadrado negro
sólido que se ha sobrepasado el umbral de alarma baja. Si está en blanco
indica que no hay alarma.
6. Botón de aumentar (increase).- Se usa para pasar al ajuste próximo más
alto durante la programación del sistema.
7. Botón de ajustar/aceptar (set up/ accept).- Se usa para iniciar la rutina de
ajuste, aceptar la lectura mostrada y ciclar al siguiente paso de
programación durante el ajuste (programación del sistema).
8. Botón de disminuir (decrease).- Se usa para pasar al ajuste próximo más
bajo durante la programación del sistema.
9. Interruptor magnético de lámina para calibrar/restablecer (cal/reset).-
Se usa para calibración sin intrusión y restablecimiento del transmisor. Es
activado por un imán de calibración desde afuera de la cubierta protectora
del transmisor infiniti.
45
El margen de operación se puede programar en el lugar de la instalación para la
mayoría de los gases. Algunos márgenes de gases como los de oxígeno,
combustible catalítico y del infrarrojo pointwatch, no son programables. El margen
seleccionado determina los puntos de control normales para alarma alta, alarma
baja, alarma auxiliar y gas de calibración. El ajuste del margen del transmisor debe
igualarse al margen de salida del sensor que se esté usando o el sistema no podrá
operar correctamente. Por ejemplo, si se está utilizando un sensor de monóxido de
carbono (CO) con un margen de 0 a 500 ppm, el ajuste del margen del transmisor
debe ser de 0 a 500.
La concentración de gas de calibración programada es también mostrada y
ajustable. Esta concentración conocida (típicamente una mitad de la escala
completa en el margen de detección del instrumento) del gas o vapor real que se
espera detectar debe usarse para calibrar el sistema. Debe usarse gas de
calibración de Det-Tronics para asegurar eficacia en calibración, funcionamiento y
exactitud del sistema.
Este transmisor tiene un microprocesador y circuitos de autoprueba que
continuamente verifican el funcionamiento para detectar problemas que podrían
impedir una respuesta adecuada del sistema. Cuando se conecta la corriente
eléctrica, el microprocesador automáticamente prueba la unidad. Si detecta una
falla durante el modo de calentamiento, la indicará en la pantalla y debe
restablecerse el sistema para eliminar esta falla. En el modo normal de operación,
continuamente vigila las señales de entrada del sensor para asegurar un
funcionamiento correcto. Además, se mantiene un funcionamiento temporizador
de “alerta” para asegurar que el programa se ejecute correctamente. Si se
presenta una falla esta se verá reflejada en el display así como en la salida de
corriente continua, que sufre una caída a menos de 1 mA.
El transmisor cuenta con distintos modos de operación, los cuales se explican a
continuación:
46
CALENTAMIENTO.
Cuando se conecta la corriente eléctrica al transmisor, éste entra a un modo de
calentamiento para permitir que la salida del sensor se estabilice antes de
comenzar la operación normal. Durante este tiempo las salidas son inhibidas, la
pantalla muestra el mensaje de Warm-up. El transmisor permanecerá en modo de
calentamiento por lo menos 6 segundos. Si el gas detectado al final de este
período de calentamiento de seis segundos es mayor al ajuste más bajo de alarma
o si hay una falla presente, el transmisor permanecerá en modo de calentamiento
hasta que el gas detectado baje a un nivel menor al ajuste más bajo de alarma y
no existan fallas, o cinco minutos, lo que ocurra primero.
Al final del período de calentamiento, si no hay fallas presentes, el transmisor
automáticamente entra en el modo de operación normal. Si existe una falla
después de los cinco minutos de calentamiento, el transmisor indicará la falla y la
indicación de falla se enclavará.
NORMAL.
En modo de operación normal sin condición de alarma, el display muestra la
concentración de gas que está siendo detectada. Y en caso de alcanzar alguno de
los niveles de alarma, lo indica en el lugar correspondiente en el display.
FUNCIÓN DE RESTABLECIMIENTO.
El modo de restablecer se introduce sosteniendo el imán a un lado del transmisor
junto a las palabras CAL/RESET en la carátula de la unidad. Cuando el imán de
calibración se sostiene en esa posición por menos de un segundo, los indicadores
de alarma LCD se apagan y todas las salidas de relevadores regresan a su
condición normal si no hay alarmas o fallas presentes (restablecimiento estándar).
Cuando el imán de calibración se sostiene en esa posición por 1 a 2 segundos, los
indicadores de alarma LCD se apagan y las salidas de relevadores regresan a su
condición normal aun cuando todavía exista una condición de alarma o falla
(restablecimiento forzado).
47
MODO DE INDICACIÓN DE PUNTOS DE CONTROL.
Cuando se sostiene el imán de calibración a un lado de la cubierta protectora del
transmisor junto a las palabras CAL/RESET por más de dos segundos, el
transmisor entra en al modo de indicación de puntos de control. En este modo, la
pantalla digital muestra secuencialmente los puntos de control de alarmas
programadas y la concentración de gas de calibración. Cada valor es mostrado
por aproximadamente 1,5 segundos. Después de completar la secuencia, el
transmisor automáticamente regresa al modo de operación normal si el imán de
calibración ya no está cerca de la unidad.
Este modo se usa solamente para mostrar los puntos de control. Use el modo de
ajuste inicial (set up) para cambiar valores de puntos de control y de gas de
calibración.
CALIBRACIÓN.
El transmisor infiniti puede calibrarse ya sea automáticamente o manualmente. Se
recomienda la calibración automática para la mayoría de los
sensores/transmisores, excepto cuando se usen sensores/transmisores de cloro o
de dióxido de azufre, se recomienda la calibración manual para estos dos gases.
AJUSTE INICIAL.
En el modo de ajuste inicial el margen (para algunos casos), los puntos de control
de alarma, el nivel de concentración del gas de calibración, los niveles de circuito
de corriente, la operación de relevadores y el modo de calibración
(automático/manual) están programados en el transmisor.
El procedimiento de ajuste se realiza con la tapa del transmisor removida para
tener acceso a los botones de ajustar/aceptar (SET-UP/ACCEPT), aumentar
(INCREASE) y disminuir (DECREASE). Se entra al modo de ajuste oprimiendo y
soltando el botón de ajuste usando un pequeño destornillador. Las distintas
opciones son seleccionadas en secuencia oprimiendo y soltando el botón de
ajustar/aceptar. Al seleccionar cada opción, aparece en pantalla el ajuste actual y
48
puede cambiarse oprimiendo ya se el botón de aumentar o el de disminuir usando
un pequeño destornillador. Una vez que se llega al ajuste deseado, se registra en
el programa del transmisor oprimiendo el botón de aceptar. El transmisor
automáticamente pasa a la siguiente opción que se tiene que programar. Al final
de la secuencia el transmisor automáticamente regresa al modo normal de
operación.
1.3.3 DETECTOR DE GAS HIDROCARBURO INFRAROJO PIR9400.9
1.3.3.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.
El detector de gas PIR 9400 está diseñado para proporcionar un monitoreo
continuo de concentraciones de gases combustibles en el rango de 0 a 100% LFL
(Lower Flammable Limit, más bajo nivel de inflamabilidad). El detector
proporciona una señal de salida de 4 a 20 mA correspondiente a la concentración
de gas detectada. El diseño de la cubierta a prueba de explosión, está aprobado
por diferentes normas alrededor del mundo, como las normas europeas CENELEC
(European Committee for Electrotechnical Standardization, Comité Europeo para
la Estandarización Electrotécnica), o las normas canadienses CSA (Canadian
Standards Association, Asociación de Estándares Canadiense), ambas para
ambientes peligrosos.
Este sensor infrarrojo es ideal para ambientes hostiles y para lugares donde se
necesita el ahorro de dinero y tiempo en mantenimientos, en comparación de otro
tipo de detectores como los catalíticos, los cuales están siendo prácticamente
sustituidos por estos. El sensor IR es confiable en presencia de agentes catalíticos
y también puede trabajar perfectamente en zonas donde el oxígeno es escaso.
Dentro de sus características principales se pueden mencionar:
9Detector electronics corporation (USA). 2009. Specification data: pointwatch infrared hydrocarbon gas detector PIR9400.
Minneapolis, Minnesota USA.
49
No requiere una calibración rutinaria para asegurar su correcta operación.
Continuamente se realiza de manera automática un examen el cual puede
indicar fallas en los filtros ópticos con los cuales cuenta.
Cuenta con un sistema de protección contra humedad, agua y otro tipo de
sustancias.
Una calefacción interna minimiza la condensación, permitiendo así una
operación confiable a través de temperaturas extremas.
Buen desempeño en presencia de altas concentraciones de gas, y en
atmósferas con pocas cantidades de oxígeno.
Tienen un único diseño compacto y ligero, construidos para un alto
desempeño en ambientes hostiles, sistema de protección mediante filtros
contra agua y suciedad.
1.3.3.2 MÉTODO DE DETECCIÓN.10
Este detector funciona en base al principio de absorción infrarroja. Un haz de luz
infrarrojo es proyectado por una fuente interna hacia un reflector, el cual refleja el
haz directamente a un par de sensores infrarrojos. Uno de los sensores infrarrojos
es designado como referencia y el otro como activo, cada uno de ellos cuenta con
un filtro óptico diferente entre sí, con esto se puede lograr una diferencia entre las
longitudes de onda que capte cada sensor. La longitud de onda captada por la
referencia no varía en presencia de gas combustible, mientras que la longitud de
onda del activo es absorbida por el gas combustible, como se muestra en la figura
1.8. La proporción entre el activo y la referencia es calculada por el detector para
determinar la concentración de gas presente. Este valor es convertido a una
corriente de salida de 4-20 mA para poder presentarlo en el display del transmisor
y mandar la señal a los sistemas de control.
10
Guía práctica para monitorear gases peligrosos, http://www.atsintech.com/tablas/ISTBook.pdf (consultada el 03-11-11).
50
Figura 1.8 Principio de operación del sensor infrarrojo. La absorción de la fuente infrarroja
disminuye con respecto a la densidad de la muestra dentro del sensor. Hay distintos tipos de
configuraciones para este sensor, en este caso la fuente infrarroja y el detector están alineados, en
otros casos se utiliza el haz de luz reflejado. (Guía práctica para monitorear gases peligrosos,
http://www.atsintech.com/tablas/ISTBook.pdf).
Durante la operación normal, el detector tiene una salida de 4-20 mA que es
proporcional a la concentración de gas de 0-100% LFL. En la tabla 1.2 se
muestran diferentes valores de amperaje para distintas condiciones del detector.
Todos los detectores son calibrados en fábrica con una concentración del 50% de
metano, además cuenta con un switch interno que da distintas opciones de
detección:
Metano.
Etano
Propano/butano
Etileno
Propileno
51
Tabla 1.2 Valores de amperaje para las condiciones del detector. (Modificada de Detector Electronics
Corporation, 2009).
1.3.4 DETECTOR ELECTROQUÍMICO DE GAS TÓXICO H2S.11
1.3.4.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.
El detector electroquímico C7064E ofrece detección confiable y medición de gas
tóxico (H2S) en zonas de alto peligro en áreas industriales. En plataformas de
perforación y producción de la industria petroquímica es muy importante contar
11
Detector electronics corporation (USA). 2009. Instructions: electrochemical H2S detector C7064E. Minneapolis,
Minnesota USA.
Nivel de corriente. Status
23.2Ma Fuera de rango (120% LFL).
20.0mA Máximo rango (100% LFL).
4.0mA Nivel cero de concentración (0% LFL).
2.2mA Calibración de cero en proceso.
2.0mA Calibración del Span en proceso.
1.8mA Calibración completa, retirar el gas.
1.6mA Falla de calibración.
1.0mA Falla de filtros ópticos.
0.8mA Bajo voltaje en alimentación de 24Vcd (menos
de 17.5 Vcd)
0.6mA Falla probable en el cableado.
0.4mA Falla en el canal activo.
0.2mA Falla en el canal de referencia.
0.0mA Falla del sistema, reiniciarlo.
52
con estos detectores, ya que existe el riesgo de fugas y este gas tóxico puede
producir la muerte.
Dentro de sus características las principales son las siguientes:
El sensor electroquímico proporciona gran confiabilidad, precisión y está
aprobado por distintas normas: CSA, ATEX (normativa para atmósferas
explosivas).
Tiene una cubierta a prueba e explosión
Filtro hidrofóbico.
La celda del sensor electroquímico es fácilmente reemplazable.
Una señal de salida de 4-20 mA que es proporcional al rango de detección
del detector, en este caso de 0 a 50 ppm.
Se ofertan tres diferentes concentraciones de gas 20, 50 y 100 ppm.
La salida de 4-20mA ofrece una máxima de resistencia de 600 ohms con
una fuente de voltaje de 24 Vcd.
1.3.4.2 MÉTODO DE DETECCIÓN.12
Un sensor típico electroquímico consiste en un electrodo sensor (cátodo) y un
contra electrodo (ánodo) separados por una delgada capa de electrolito. El gas
que entra en contacto con el sensor reacciona sobre la superficie del electrodo
sensor generando una reacción de oxidación o reducción. Los materiales del
electrodo, específicamente desarrollados para el gas de interés, catalizan estas
reacciones y generan una corriente proporcional a la concentración de gas como
se muestra en la figura 1.9. Esta es medida para determinar la concentración de
gas.
12
Guía práctica para monitorear gases peligrosos, http://www.atsintech.com/tablas/ISTBook.pdf (consultada el 21-11-11).
53
Figura 1.9 Principio de operación del detector electroquímico de gas tóxico. (Guía práctica para monitorear
gases peligrosos, http://www.atsintech.com/tablas/ISTBook.pdf.)
1.3.5 DETECTOR CATALÍTICO DE GAS HIDRÓGENO.13
1.3.5.1 APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.
Este nuevo detector de gas combustible, de tipo catalítico provee una importante
variedad de opciones en cuanto a gases inflamables se trata. Su desempeño en
ambientes peligrosos y condiciones cambiantes es excelente.
El sofisticado diseño y construcción del detector catalítico da como resultado una
excelente sensibilidad, tiempo de respuesta y resistencia a golpes accidentales y
vibraciones. Además se adaptó una nueva técnica para poder protegerlo en contra
de la interferencia electromagnética.
Los sensores catalíticos se pueden utilizar para la detección de virtualmente todos
los gases combustibles e inflamables, incluyendo el hidrógeno.
13 Detector electronics corporation (USA). 2002. Specification data: catalytic combustible gas sensor. Minneapolis,
Minnesota USA.
54
Dentro de sus características, las principales son las siguientes:
Está aprobado por CSA/CENELEC.
El rango de temperatura de trabajo es amplio, –67°F a 302°F (–55°C a
150°C).
Su nuevo diseño incluye una barrera térmica integral, lo cual mejora su
desempeño.
Su cubierta está compuesta de acero inoxidable 316.
Cuando los ambientes están libres de sustancias y condiciones
perjudiciales para los elementos del sensor catalítico, este tiene un periodo
de vida de 3 a 5 años.
La calibración periódica se lleva a cabo cada 90 días.
1.3.5.2 MÉTODO DE DETECCIÓN.14
Casi todos los sensores de detección de gas combustible modernos de bajo costo
son del tipo catalítico. Consisten en un pequeño elemento sensor llamado a veces
“perla”, “pellistor” o “siegistor”, siendo estas dos últimas marcas registradas para
estos dispositivos comerciales. Constan de una bobina de alambre de platino
calentada eléctricamente, cubierta por una base de cerámica, por ejemplo de
alúmina, y finalmente con una capa exterior de catalizador de paladio o rodio
dispersa en un sustrato de torio, como se muestra en la figura 1.10.
Este tipo de sensores funciona basándose en el principio de que cuando una
mezcla de gas o aire combustible pasa sobre la superficie del catalizador caliente,
se produce la combustión, y el calor desprendido incrementa la temperatura de la
“perla”. Esto a su vez altera la resistencia de la bobina de platino y se puede medir
usando la bobina como un termómetro de temperatura en un circuito de puente
eléctrico. El cambio de resistencia está directamente relacionado con la
14 Principios de la detección de gas.
http://www.honeywellanalytics.com/esES/gasdetection/GasPrinciples/Paginas/default.aspx. (Consultada 21-11-11).
55
concentración de gas en la atmósfera circundante, y se puede mostrar en un
medidor o en cualquier otro dispositivo indicador parecido.
Figura 1.10 Elementos que conforman el detector catalítico de gas hidrógeno. (Guía práctica para monitorear
gases peligrosos, http://www.atsintech.com/tablas/ISTBook.pdf.)
Para asegurar la estabilidad de la temperatura bajo condiciones ambientales
cambiantes, los mejores sensores catalíticos usan perlas térmicas adaptadas. Se
sitúan en ramas opuestas de un puente Wheatstone, y el sensor “sensible”
(llamado generalmente sensor “s”) reaccionará con cualquier gas combustible
presente, mientras que un sensor de equilibrio, “inactivo” o “no sensible” (n-s) no lo
hará. El funcionamiento inactivo se consigue cubriendo la perla con una película
de cristal o bien desactivando el catalizador, de forma que actúe sólo como un
compensador de cualquier cambio de humedad o temperatura externa.
La estabilidad del funcionamiento se puede mejorar aún más utilizando sensores
resistentes a venenos. Éstos tienen una mayor resistencia a la degradación
provocada por sustancias como siliconas azufre y compuestos del plomo que
rápidamente pueden desactivar (o “envenenar”) otros tipos de sensores catalíticos.
56
1.4 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN PARA LOS SENSORES Y
TRANSMISORES.
Para asegurarnos de una protección óptima, el sistema de detección de gas y
fuego debe calibrarse periódicamente siguiendo un calendario. Debido a que todas
las aplicaciones son diferentes, el tiempo entre las recalibraciones programadas
puede variar de una instalación a otra. La recalibración puede no ser necesaria,
sin embargo una revisión frecuente provee una mayor confiabilidad.
Debe realizarse una calibración en los siguientes casos:
Cuando se ponga en servicio un nuevo sistema.
Cuando se cambie el sensor.
Periódicamente, para verificar el funcionamiento correcto de detectores de
combustible, gases tóxicos y oxígeno.
Los detectores de combustible, gases tóxicos y oxígeno normalmente se calibran
cada 90 días. Sin embargo, la frecuencia depende de los requisitos de cada
aplicación.
La pérdida de sensibilidad pude ser causada por varios factores. Una causa
común es el taponamiento de filtros hidrofóbicos o de materiales aglomerados, con
suciedad, aceite, pintura, etc. Los problemas de esta naturaleza no serán
detectados por los circuitos de diagnóstico del transmisor cuando se usen
sensores catalíticos o electroquímicos. Cuando se usa el transmisor con
detectores infrarrojos Pointwatch, la contaminación de sus superficies ópticas será
anunciada. Al hacer la calibración, el operador debe examinar el filtro y el sensor.
Si están sucios o taponados, deben reemplazarse.
AUTOCALIBRACIÓN.
La Autocalibración es un procedimiento de calibración automático que no requiere
ajustes por parte del operador, estos los hace automáticamente el transmisor. A
continuación se mencionan los pasos a seguir para realizar la Autocalibración:
57
1. Asegúrese de que el transmisor esté correctamente programado para la
concentración de gas que se está usando para calibración. Si es necesario,
vuelva a programar el transmisor. Si no se hace esto, se afectará mucho la
respuesta del sistema.
2. Asegúrese de que sólo haya aire puro en el sensor (el microprocesador
comienza a tomar lecturas de cero inmediatamente después de entrar al
modo de calibración). Si existe la posibilidad de gases de fondo, purgue el
sensor con aire puro para asegurarse de que la calibración sea exacta.
3. Sostenga el imán de calibración a un lado del transmisor, donde el
interruptor magnético de calibrar/ restablecer (CAL/RESET) se encuentra
localizado para entrar al modo de calibración. La pantalla mostrará la
secuencia de ajustes (tarda aproximadamente 7 segundos), y luego entrará
al modo de calibración. Esto es indicado cuando la porción derecha de la
pantalla muestra un mensaje alternante de “ZERO CAL”. La porción
izquierda de la pantalla muestra el nivel de gas.
4. Cuando los cálculos del cero se completan (mínimo de 15 segundos), el
transmisor indicará al operador que aplique el gas de calibración. Esto se
indica en la porción derecha de la pantalla con un mensaje alternante de
“APLY GAS”. En esta parte del proceso es importante que se conozcan
todos los elementos que conforman el kit de calibración, los cuales se
muestran en la figura 1.11.
58
Figura 1.11. Elementos que conforman el kit de calibración para el sensor infrarrojo PIR9400. En cada sensor
se utiliza un kit diferente, debido a que son diferentes muestras de gas, sin embargo los elementos son los
mismos. (Modificada de Detector electronics corporation, 2009).
5. Aplique el gas de calibración al sensor al sensor poniendo la copa de
calibración sobre el sensor (o instalando directamente el conector y tubo de
inyección en detector) y abriendo la válvula del cilindro de gas de
calibración. El valor indicado en el lado izquierdo de la pantalla digital
comienza a subir y la porción derecha de la pantalla muestra un mensaje
alternante de “GAS ON”.
6. Cuando el microprocesador ha completado exitosamente los ajustes de
amplitud sin fallas, la porción derecha de la pantalla digital muestra un
mensaje alternante de “CAL OK” dos veces, y luego muestra un mensaje
alternante de “RMV GAS”. El valor en el lado izquierdo de la pantalla indica
la concentración de gas. Si ocurre una falla, un mensaje alternante indica la
59
falla que ha ocurrido y aparece en pantalla el mensaje de “RMV GAS”. En
este caso, quite el gas y corrija la falla. Después de que la falla haya sido
eliminada, comience la calibración otra vez.
7. Quite el gas de calibración. La lectura de concentración de gas indicada en
el lado derecho comenzará a disminuir. Cuando el nivel de gas baje a un
valor menor al punto de control de alarma más bajo, el transmisor
automáticamente saldrá del modo de calibración. Una lectura de
sensibilidad que puede usarse como indicador para determinar la vida del
sensor aparece por siete segundos antes de que el transmisor regrese a la
operación normal. Cualquier lectura arriba de 100 indica que el sensor está
en buenas condiciones. Si el sensor tiene una mala calibración, es decir
que la lectura está debajo de 100, la pantalla mostrará “RMV GAS”, seguida
de “REPLACE SENSOR”, y la lectura de la amplitud no aparecerá en
pantalla. Si se completa con éxito la calibración, todas las salidas e
indicadores regresarán a la operación normal.
Es necesario mencionar que la calibración es un procedimiento sencillo en este
tipo de transmisores y sensores, el cual no lleva mucho tiempo. Sin embargo,
debido a la peligrosidad de los gases que se encuentran monitoreando es
recomendable contar con varios repuestos calibrados según la aplicación lo
requiera, para que en un momento dado ningún área quede desprotegida.
CALIBRACIÓN MANUAL.
La calibración manual se hace exactamente como la automática que se mencionó
anteriormente, excepto que cuando aparecen en pantalla las lecturas de cero y
amplitud (concentración de gas de calibración) y el operador determina que están
estables, deben ser manualmente aceptadas como puntos de calibración
sosteniendo el imán de calibración cerca del interruptor magnético de
calibrar/restablecer (CAL/RESET).
60
1.5 MANTENIMIENTO DE LOS SENSORES.
Los circuitos de detección de fallas verifican continuamente problemas que
podrían impedir la respuesta adecuada del sistema. No verifica la operación de
equipos externos de respuesta o de cableados a estos aparatos. Es importante
revisar cuando se instale el sistema y a intervalos periódicos como parte del
programa de mantenimiento continuo.
Durante el proceso de mantenimiento es necesario desactivar todos los
dispositivos que sean accionados por el sistema para prevenir una activación
indeseada de ese equipo, y volver a activarlos cuando se complete la revisión.
Los sensores electroquímicos cuentan con un filtro hidrofóbico para proteger al
sensor contra contaminantes del ambiente, y también hace posible la operación
del sensor en ambientes húmedos sin problemas de taponamiento. El operador
debe inspeccionar frecuentemente el filtro hidrofóbico para asegurarse que
permanezca limpio. Un filtro sucio puede reducir significativamente la cantidad de
gas que llega al sensor, reduciendo por consiguiente la habilidad del sistema para
responder a una condición peligrosa. Si el filtro se ensucia o se daña debe ser
reemplazado. Para poder ofrecer un mejor mantenimiento y reemplazo en caso de
ser necesario, es importante conocer cada una de las partes que conforman el
sensor, las cuales se muestran en la figura 1.12.
El proceso de mantenimiento para los demás detectores se realiza de una manera
sencilla, una inspección visual y por supuesto una prueba de la respuesta del
detector es suficiente. Esto se logra inhibiendo el detector del sistema para evitar
falsas alarmas y suministrando gas al sensor del kit de calibración, para comparar
la respuesta que provoca en el sistema y verificar que los valores de mili amperaje
correspondan con el rango del detector, es decir 12 mA sería un cincuenta por
ciento del total del rango.
61
Figura 1.12 Elementos que conforman el detector de gas tóxico H2S. (Modificada de Detector
electronics corporation, 2009).
1.6 TIPOS DE ALARMAS.15
A continuación se describen los diferentes tipos de alarmas que se pueden
presentar en la plataforma. En la figura 1.12 se muestra uno de los semáforos del
SDMC G&F, en donde se puede observar una condición normal, ya que la luz
verde es la que está encendida.
15 Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. NRF-210-PEMEX-2008: Sistemas de gas y
fuego, Detección y alarmas. México, 2008.
62
Figura 1.13 Semáforo que muestra la condición normal del sistema de G&F.
1.6.1 ALARMAS AUDIBLES.
El objetivo de estas alarmas es dar a conocer a todo el personal que se encuentre
en la plataforma, sobre la presencia de una condición anormal en la plataforma
(fuego, detección de gas tóxico, detección de gas combustible, detección de gas
hidrógeno, hombre al agua, abandono de plataforma).
Para el caso de las alarmas audibles, la UPR de F&G dará prioridad a los eventos
haciendo sonar el tono de la alarma correspondiente por medio del generador de
tonos del sistema de detección y alarma.
El generador de tonos será capaz de producir los sonidos mencionados en su
especificación. Los diferentes tipos de sonidos serán utilizados para distinguir el
tipo de riesgo detectado a través de los sensores y/o estaciones manuales de
63
alarma, debiendo contar con amplificador para emitir los mensajes hablados, tonos
e intensidad de sonido indicadas en la especificación referida, estas indicaciones
operarán en caso de emergencia.
La señal de audio hacia las alarmas audibles se originarán en el generador de
tonos/ amplificador que, a su vez, recibirá las excitaciones para la emisión de los
diferentes tonos y mensajes de alarma desde la UPR del sistema de Gas y Fuego.
Las alarmas audibles serán silenciadas automáticamente al desaparecer la señal
del dispositivo que la originó, esto se hará desde la UPR de Gas y Fuego.
La tabla 1.3 muestra las características de prioridad, riesgo/mensaje y tono/sonido
que deben tener las alarmas audibles de acuerdo a la norma: NRF-210-PEMEX-
2008 “Sistema de Gas y Fuego- Detección y Alarmas”.
PRIORIDAD RIESGO/AVISO TONO/SONIDO FRECUENCIA REPETICIÓN
1
ABANDONO DE
PLATAFORMA
SIRENA
EXTREMADAMENTE
RAPIDA
560-1055Hz
6 CICLOS/SEG.
2 ALTA CONCENTRACIÓN
DE GAS TÓXICO (H2S).
SIRENA LENTA
TEMPORAL
BAJO 424 Hz
ALTO 77 Hz
15
CICLOS/SEG.
3 FUEGO SIRENA RAPIDA 560-1055Hz 3.3
CICLOS/SEG.
4
ALTA CONCENTRACIÓN
DE GAS COMBUSTIBLE
CORNETA
CONTINUA
470 Hz
CONTINUO
5 HOMBRE AL AGUA ALTERNANTE
ALTO-BAJO
BAJO 363 Hz
ALTO 518 Hz
60
CICLOS/SEG.
6
PRUEBA/SIMULACRO
CORNETA
INTERMITENTE
LENTA
470Hz
50
CICLOS/SEG.
Tabla 1.3 Características de las alarmas del sistema de G&F. (Comité de normalización de
petróleos mexicanos y organismos subsidiarios, 2008).
64
Para asegurar la audibilidad en áreas interiores será de 85 dB a una distancia de
3m. Para las alarmas audibles en áreas exteriores, la intensidad sonora será de
104 dB a 3m.
Las bocinas para áreas exteriores son del tipo corneta, adecuadas para ambiente
marino altamente corrosivo.
Las bocinas para áreas exteriores son del tipo bafle, para clasificación general
(NEMA 1).
Cuando la causa de la alarma desaparezca, será necesario restablecer el sistema
para que este vuelva a su condición normal de operación.
En el caso de presentarse varios eventos al mismo tiempo, solo sonará la alarma
del evento que tenga mayor prioridad.
1.6.2 ALARMAS VISIBLES.
Las alarmas visibles permiten alarmar de manera visual al personal que se
encuentra tanto en el interior y exterior del módulo habitacional, como en el área
de servicios, a todo el personal que se encuentra en los diferentes niveles del
módulo habitacional, sobre la existencia de una condición de emergencia en la
plataforma, estas condiciones serán detectadas por los elementos primarios de
detección del sistema de Gas y Fuego y activadas por la UPR de F&G de la
plataforma. De acuerdo a cada evento detectado.
El código de colores para cada condición de alarma se muestra en la tabla 1.4.
65
COLOR TIPO RAZÓN DE ALARMA
VERDE CONTINUO CONDICIÓN NORMAL.
ROJO INTERMITENTE FUEGO.
AMARILLO
/AMBAR
INTERMITENTE
ALTA CONCENTRACIÓN DE
GAS COMBUSTIBLE /
HIDRÓGENO.
AZUL
INTERMITENTE
ALTA CONCENTRACIÓN DE
GAS TÓXICO.
TRANSPARENTE/
BLANCO
INTERMITENTE
ABANDONO DE PLATAFORMA.
VIOLETA INTERMITENTE HOMBRE AL AGUA.
Tabla 1.4 Colores que representan la condición del sistema de G&F. (Comité de normalización de
petróleos mexicanos y organismos subsidiarios, 2008).
Todas las luces serán intermitentes de 65 a 90 destellos por minuto, excepto la
verde que será de tipo continuo con una potencia de 100 candelas; las luces
intermitentes deberán tener una potencia de destello de 200,000 a 300,000
candelas pico para las alarmas visibles interiores y de 700,000 a 1, 000,000 de
candelas pico para las alarmas visibles exteriores.
Cuando la causa de la emergencia desparezca, será necesario restablecer el
sistema, para que este vuelva a su condición normal de operación (luz verde
encendida).
Para el caso de la alarma de hombre al agua (color violeta) esta sólo alarmará en
el lugar donde se haya activado la estación manual de alarma y el nivel de
servicios de la plataforma.
En el caso de presentarse varios eventos al mismo tiempo, todas las luces
correspondientes a cada uno de los eventos presentes se activarán, excepto la luz
verde que solo permanecerá encendida si no se presenta ninguna de las señales
de alarma.
66
1.6.3 ALARMA POR DETECCIÓN DE FUEGO.
La lógica de operación será que al activarse un detector se enviará una señal de
aviso, y sólo al activarse dos detectores se confirmará la señal de alarma.
La activación de dos detectores de fuego genera la apertura de la correspondiente
válvula de diluvio del área detectada y se enviará una señal a los diferentes
sistemas interconectados con la UPR de gas y fuego, para que realicen las
acciones correspondientes al evento detectado para llevar a una condición segura
a la plataforma, se activará la Alarma Visible Color Rojo de los semáforos
interiores y exteriores ubicados en el nivel de servicios, así también se activarán
las alarmas audibles con tono de sirena y mensaje de fuego de los semáforos
ubicados en el nivel de servicios de la plataforma.
El objetivo de las estaciones manuales por fuego es dar aviso de la alarma por
fuego en forma manual por parte del personal que se encuentre en el área,
determinando la procedencia del mismo y pudiendo tomar acciones inmediatas.
Al accionar cualquiera de estas estaciones de alarma por fuego, se enviará una
señal digital al sistema de gas y fuego de la plataforma (SDMC G&F), la cual
desplegará la alarma de evento de fuego en la pantalla del operador en cuarto de
control, como se muestra en la figura 1.13, así mismo enviará señal a las alarmas
visibles (luz de color rojo) de nivel donde se acciono la estación manual, y a las
alarmas audibles (sirena) del nivel donde se acciono la estación manual a través
del generador de tonos del sistema de detección y alarma.
67
Figura 1.14 Monitor del SDMC G&F, donde se muestra el estado del sistema de supresión de incendios a
base de FM 200, con la localización de cada uno de los detectores dentro del cuarto de control.
Al mismo tiempo de recibir la activación de la estación de alarma, el sistema digital
de gas y fuego enviará la señal de fuego confirmado a los sistemas
interconectados con el sistema de gas y fuego para que se ejecuten las acciones
indicadas ante un evento de fuego.
El sistema continuará alarmando en la pantalla del operador, aunque desaparezca
la condición de alarma, esto para evitar que el evento pase desapercibido al
operador. El operador debe reconocer la alarma, silenciando las bocinas, el
operador debe restablecer el sistema, apagará las luces de alarma y encenderá
las luces verdes, siempre y cuando no existan más alarmas presentes.
68
1.6.4 ALARMA POR DETECCIÓN DE GAS.
ALARMA POR DETECCIÓN DE GAS TÓXICO.
La lógica de operación será que al sensar uno de los detectores de gas tóxico
(OSH) que se alcanza el nivel bajo de alarma (10ppm) al cual fue configurado, se
activarán las alarmas visibles (luz azul), de los semáforos localizados en el mismo
nivel del evento de manera intermitente (30 segundos activado y 30 segundos
desactivado) mientras se mantenga el mismo nivel de concentración y no se haya
alcanzado el nivel alto de alarma. Si la presencia de gas continúa y el detector
sensa que se ha alcanzado el nivel alto de alarma (15ppm) al cual fue configurado,
se activará la alarma audible (tono de sirena lenta temporal intercalando y
mensaje hablado de detección de gas tóxico) y la alarma visible encenderá de
manera constante en todos los semáforos de la plataforma. Ambas alarmas
dejarán de activarse, cuando deje de existir la señal de detección, encendiéndose
la luz verde de todos los semáforos, siempre y cuando no existan más alarmas
presentes.
ALARMA POR DETECCIÓN DE GAS COMBUSTIBLE.
La lógica de operación será que al sensar uno de los detectores de gas
combustible (ASH) que alcance el nivel bajo de alarma (20% LEL) al cual fue
configurado, se activarán las alarmas visibles (luz ámbar), de los semáforos
localizados en el mismo nivel del evento de manera intermitente (30 segundos
activado y 30 segundos desactivado) mientras se mantenga el mismo nivel de
concentración y no se haya alcanzado el nivel alto de alarma. Si la presencia de
gas continúa y el detector sensa que se ha alcanzado el nivel alto de alarma (40%
LEL) al cual fue configurado, se activará la alarma audible (tono de corneta
continua y mensaje hablado de detección de gas combustible) y la alarma visible
encenderá de manera constante en todos los semáforos de la plataforma. Ambas
69
alarmas dejaran de activarse, cuando deje de existir la señal de detección,
encendiéndose la luz verde de todos los semáforos, siempre y cuando no existan
más alarmas presentes.
En todo momento se tendrá visualización de la concentración de gas en la
estación de operación de gas y fuego, y todas las alarmas se imprimirán en el
momento que estas ocurran.
ALARMA POR DETECCIÓN DE GAS HIDRÓGENO.
El gas hidrógeno es liberado en cuartos de baterías en proceso de carga, la
extracción del aire en estos cuartos es constante (30 cambios por hora) por lo que
la acumulación de gas hidrógeno es muy remota.
La lógica de operación será que al sensar uno de los detectores de gas hidrógeno
(HSH) que se alcanza el nivel bajo de alarma (1% VOL) al cual fue configurado, se
activará una alarma en la pantalla de la estación de operación/configuración del
SDMCF&G, mientras se mantenga una concentración igual o superior al nivel de
alarma de baja configurado y no se haya alcanzado el nivel alto de alarma. Si la
presencia de gas continúa y el detector sensa que se ha alcanzado el nivel alto e
alarma (3% VOL) al cual fue configurado, se activará la alarma audible (tono de
corneta continua y mensaje hablado de detección de gas hidrógeno) y la alarma
visible (luz ámbar) encenderá de manera constante en todos los semáforos de la
plataforma. Ambas alarmas dejarán de activarse, cuando de je de existir la señal
de detección, encendiéndose la luz verde de todos los semáforos, siempre y
cuando no existan más alarmas presentes.
70
1.6.5 ALARMA PARA ABANDONO DE PLATAFORMA (EVACUACIÓN).
El objetivo es dar aviso de alarma por abandono de plataforma en forma manual
por parte del personal autorizado para ejecutar esta acción.
Al accionar cualquiera de estas estaciones de alarma, se enviará una señal digital
a la UPR del sistema de Gas y Fuego de la plataforma, la cual se desplegará en la
pantalla del operador, así mismo enviará una señal a las alarmas visibles (luz color
claro) de todos los semáforos de la plataforma, y a las alarmas audibles (sirena
extremadamente rápida) de todos los semáforos de la plataforma a través del
generador de tonos del sistema de detección y alarma, así como un mensaje
hablado de “abandono de plataforma”.
Cuando se restablezcan las condiciones (desaparezcan las condiciones que
originaron la emergencia) el operador debe restablecer el sistema, y apagar las
luces de alarma y encender las luces verdes, siempre y cuando no existan más
alarmas presentes.
1.6.6 ALARMA POR HOMBRE AL AGUA.
El objetivo de esta alarma es que el personal que se encuentre en el área, de
aviso por medio de una estación manual de hombre en el agua, de tal modo que
se puedan tomar acciones de forma inmediata.
Al accionar cualquiera de estas estaciones de alarma, se enviará una señal digital
al SDMCG&F, la cual se desplegará en la pantalla del operador, así mismo
enviará señal a las alarmas visibles (luz color violeta) de los semáforos del nivel
donde se acciono la estación manual y las alarmas visibles del nivel de servicios,
así también se accionarán las alarmas audibles (alternante alto-bajo y mensaje
hablado de hombre al agua) del nivel donde se acciono la alarma y las alarmas
71
audibles del nivel de servicios, a través del generador de tonos del sistema de
detección y alarma de la plataforma.
La alarma por hombre al agua solo activará las alarmas visibles y audibles del
nivel donde se acciono la estación manual y del nivel de servicios para que se
preste el auxilio al personal que haya caído al agua.
El sistema continúa alarmando en la pantalla del operador aunque desaparezca la
condición de alarma, para evitar que el evento pase desapercibido al operador.
El operador debe reconocer la alarma, silenciando las bocinas.
El operador debe restablecer el sistema, y este apagará las luces de alarma y
encenderá las luces verdes, siempre y cuando no existan más alarmas presentes.
2. SISTEMA DE AGUA CONTRAINCENDIO.16
2.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
La plataforma habitacional cuenta con un sistema de Red de Agua contra
incendio, diseñada de acuerdo a los riesgos de incendio que se pudiesen
presentar.
La red de agua contra incendio está integrada por sistemas de tubería seca y
tubería húmeda. La tubería seca está diseñada para la protección de los equipos
ubicados en áreas del nivel de servicios (Tanques de almacenamiento de diesel,
tanques de día de las bombas contra incendio y tanque de día del incinerador de
16 Dragados offshore (México). 2010. Filosofía de operación del sistema de gas y fuego, seguridad industrial. Revisión no.
1. Tampico Tamaulipas, México.
72
basura) y la tubería húmeda contempla la protección en los diferentes niveles del
módulo habitacional, a través de los rociadores (sprinklers) y la válvula de alarma.
Los principales equipos que integran al sistema de Red de Agua contra incendios
son las bombas principales de agua contra incendios:
GA-110A Bomba de Agua Contra Incendio (Motor Diesel); capacidad 2500 gpm.
GA-110B Bomba de Agua Contra Incendio (Motor Diesel); capacidad 2500 gpm.
Cada una de estas bombas está situada en su propio patín estructural, como se
muestra en la figura 2.1. Cada bomba cuenta con su tablero de control local
independiente con comunicación Mod-bus 485 al SDMC G&F.
Figura 2.1 Bomba contra incendio principal, localizada en el nivel de servicios de la plataforma HA-LT-01.
73
Bombas reforzadoras jockey:
GA-150A Bomba de Agua Contra Incendio (Motor Eléctrico); capacidad 125 gpm.
GA-150B Bomba de Agua Contra Incendio (Motor Eléctrico); capacidad 125 gpm.
Tanque Hidroneumático:
TA-150 Tanque Hidroneumático de Agua Contra Incendio.
El tanque hidroneumático y las bombas reforzadoras jockey están situadas en un
mismo patín estructural, como se muestra en la figura 2.2, estas cuentan con su
tablero de control local independiente con comunicación MOD-BUS 485 al SDMC
G&F.
2.2 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN.
Para reponer las pérdidas por fugas y mantener continuamente presurizada la red
de agua contra incendio de la Plataforma Habitacional, se cuenta con un Sistema
Hidroneumático, integrado por dos bombas reforzadoras de presión (Bombas
Jockey BA-903/904) y un tanque Hidroneumático TA-901, ubicado en el nivel de
servicios.
El tanque hidroneumático cuenta con cuatro interruptores de nivel (LSHH-900/
LSH-900/ LSL 902/ LSLL 900), los cuales controlan, a través de la lógica
programado en el PLC del paquete Hidroneumático, el arranque y paro de las
bombas reforzadoras Jockey.
74
Figura 2.2 Sistema hidroneumático de agua contraincendios, constituido por el tanque hidroneumático y dos
bombas recuperadoras de nivel tipo jockey.
Las bombas principales del sistema de agua contra incendio (GA-110A/ 110B) y
las bombas reforzadoras Jockey (GA 150A/ 150B) además de contar con un
control automático, a través de su propio tablero de control, pueden recibir señales
para un paro remoto en el caso de las bombas jockey y arranque remoto en el
caso de las bombas principales, desde el SDMC G&F, así también cuentan con
botones para un accionamiento en forma manual local.
En condiciones normales, la red contra incendio se mantiene presurizada a 7.00
o 100 psi (unidad de presión en el sistema inglés de medidas pressure
square inches) mediante el tanque hidroneumático TA-901 y las bombas
reforzadoras de presión, estas mantendrán el nivel de agua en el tanque
Hidroneumático compensando con aire, para poder lograr la presión deseada.
75
Para la operación automática de las bombas reforzadoras de presión (GA-
150A/150B), se contara con un tablero de control local el cual recibirá y procesará
las señales de los interruptores de nivel, instalados en el tanque hidroneumático,
para el arranque y paro de las bombas reforzadoras jockey, así también el tablero
recibirá las señales provenientes del sistema digital de Gas y Fuego, para el
arranque y/o paro en forma remota.
La bomba jockey posicionada en automático, arrancará con la señal del interruptor
de bajo nivel LSL 902 y parara con la señal del interruptor de alto nivel LSH 900.
El tanque hidroneumático tiene el propósito de compensar las pérdidas por fugas
en la red de agua contra incendio y/o el gasto inicial por la utilización de una
manguera contra incendio de 1 plg. de diámetro a 125 GPM. El control del
sistema indica que de acuerdo a los niveles del tanque se dará inicio al arranque
la bomba reforzadora Jockey seleccionada en automático (GA-150A), para
reponer el nivel en el tanque y seguir suministrando el gasto demandado, lo cual
evitará el arranque de la bomba principal debido a la demanda de una sola
manguera; En caso de que la bomba jockey seleccionada en automático (GA-
150A), falle o no pueda suministrar el gasto total de la manguera, y el nivel en el
tanque hidroneumático llegue hasta la posición del interruptor de muy bajo nivel
(LSLL-900), deberá arrancar inmediatamente la bomba reforzadora de relevo GA-
150B en forma automática.
Si la presión en la red llega a bajar a 3.52 Kg/ o 50 psi, y esta no es posible
incrementarla por cualquiera de las bombas jockey, entonces deberá arrancar la
bomba principal de agua contra incendio GA-110A, siempre y cuando se tenga
una presión por debajo de los 3.52 Kg/ .
Si la presión de la red sigue bajando hasta 2.8 Kg/ o 39 psi, deberá arrancar
en forma automática la bomba de relevo de agua contra incendio GA-110B.
76
Las bombas contra incendio tienen dos tipos de arranque, uno eléctrico y el otro
neumático. Se ajustará el tablero de arranque eléctrico como arranque principal a
3.52 Kg/ o 50psi y el arranque neumático será configurado como arranque
secundario y se ajustará para que cuando se presente el fallo en el arranque
eléctrico (después de 3 intentos de arranque), se realice la transferencia en los
tableros para un arranque automático.
Para la bomba de relevo de agua contra incendio GA-110B, el tablero de arranque
eléctrico será configurado como arranque inicial de la bomba contra incendio y se
ajustará a 2.8 Kg/ o 39 psi, y el arranque neumático será configurado como
arranque secundario y se ajustará para que cuando se presente el fallo en el
arranque eléctrico, se realice la transferencia en los tableros para un arranque
automático.
Adicionalmente, alguna de estas bombas reforzadoras de presión (bombas
jockey), puede ser arrancada bajo la acción directa del operador, a través del
interruptor local PB-910 para el caso de la bomba GA-150A ó el PB-911 para el
caso de la bomba GA-150B.
La condición de paro automático de la bomba reforzadora de presión (bomba
jockey) en operación, se dará por alguno de los eventos siguientes:
1. Por la señal de disparo del interruptor de alto nivel (LSH-900) cuando el
nivel en el tanque hidroneumático TA-150, sea de 1650mm.
2. Por la señal de disparo del interruptor de muy alto nivel (LSHH-900) cuando
el nivel en el tanque hidroneumático TA-150, sea de 2200 mm.
Adicionalmente, la bomba reforzadora de presión (bomba jockey) en operación,
puede parar por la acción directa del operador, ya sea a través del interruptor local
PB-912/ PB-913, o bien en forma remota desde el sistema digital de Gas y Fuego
a través del PB-914 configurado.
77
BOMBAS CONTRA INCENDIO PRINCIPALES.
La bomba contra incendio principal (GA-110A) y la bomba contra incendio de
relevo (GA-110B), son bombas accionadas por motor de combustión interna a
base de diesel. Estás arrancarán automáticamente por pérdida de presión en el
anillo principal de agua contra incendio de la plataforma.
La secuencia de operación automática de estas bombas de agua contra incendio
es:
Cuando se active un sistema de aspersión de agua contra incendio o un
monitor (500 gpm), lo que provoque que la presión de la red baje; y esta
llegue hasta el valor de 3.52 Kg/ , el interruptor de presión PSL-900
como el que se muestra en la figura 2.3, localizado en el cabezal de
descarga de la bomba principal GA-110A, enviará señal al tablero de
arranque de la bomba contra incendio (TC-901) para iniciar la secuencia de
arranque de dicha bomba.
Si la presión continua bajando hasta un 2.8 Kg/ , ya sea por falla de la
bomba principal o por una mayor demanda de agua, el interruptor de
presión PSL-901 localizado en el cabezal de descarga de la bomba relevo
GA-110B, enviará una señal al tablero de la bomba contra incendio (TC-
902), para iniciar la secuencia de arranque de la bomba de relevo.
Adicionalmente, cada bomba de agua contra incendio puede arrancarse en
forma manual de manera individual a través de sus botones de arranque
ubicados en el tablero de arranque del equipo correspondiente.
Cualquiera de las bombas contra incendio se pueden arrancar en forma
remota desde el Sistema de Control de Gas y Fuego, por medio de las
botoneras configuradas en la interfaz (HMI) del sistema.
78
Las bombas contra incendio solo se podrán parar en forma manual,
mediante el botón de paro ubicado en el tablero de control PB-905 (para la
bomba principal GA-110A) y PB-906 (para la bomba de relevo GA-110B).
En caso de que aumente la demanda de agua, o caiga la presión por fala
de la bomba principal, podrá arrancarse manualmente la bomba contra
incendio de relevo.
Las bombas contra incendio solo podrán pararse automáticamente por
sobre velocidad detectada por el interruptor SAH-900 (GA-110A) y SAH-901
(GA-110B) de cada bomba respectivamente.
La secuencia de operación automática del arranque neumático de estas bombas
de agua contra incendio es:
a) A falla de suministro eléctrico en el tablero de control de arranque
eléctrico, la transferencia de arranque eléctrico a arranque neumático,
será en forma automática entre tableros.
b) El sistema de control de arranque neumático opera con una fuente de
aire regulada a 8 Kg/
c) Cada bomba de agua contra incendio puede arrancarse en forma
manual de manera individual a través de sus botones de arranque en el
tablero de arranque neumático.
2.3 RED DE TAPONES FUSIBLES.17
Un tapón fusible es un dispositivo que sirve para monitorear la presencia de fuego
en equipos de alto riesgo, en realidad es un sistema muy simple. Este sistema
está conformado por un arreglo que rodea en forma de anillo el equipo que se
quiere monitorear, en este caso son los tanques de diesel de bombas contra
17 Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. NRF-127-PEMEX-2007: Sistemas contra
incendio a base de agua de mar en instalaciones fijas costa afuera. México, 2007.
79
incendio, tanques de almacenamiento de diesel de la plataforma habitacional y
tanque de almacenamiento de diesel del incinerador de basura. Está construido
por un conducto de acero inoxidable de diámetro variable(es llamado tubing, y el
diámetro en este caso es de ½ plg.), el cual cuenta con pequeñas derivaciones,
las cuales colocan los tapones fusibles en áreas estratégicas, tal y como se
muestra en la figura 2.3. En el interior de este conducto se cuenta con una presión
constante de aire de planta, suministrada por los compresores de la plataforma. El
tapón fusible tiene una temperatura de fusión característica (valor nominal 71°C),
al llegar a esta temperatura, el fusible se abre y permite la salida de aire, lo que
conlleva a la caída de presión notable en la red de tapones fusible. Este es el
principio de detección de fuego en ciertos sistemas, una caída de presión. De
acuerdo a la lógica de operación del sistema de gas y fuego, esto activa la válvula
de diluvio, la cual permite el paso de agua de mar, para poder rociar el área en
donde se esté detectando la caída de presión.
Figura 2.3 Red de tapones fusible que protege el área de almacenamiento de diesel.
80
Es necesario que para el diseño de este sistema se cuente con la cantidad
correcta de tapones fusibles para monitorear el área de interés. En la tabla 2.1 se
muestra una guía para la cantidad de fusibles que se deben utilizar en este
sistema.
COMPONENTES ARREGLO DE TAPONES
FUSIBLES
CANT. MINIMA DE TAPONES
FUSIBLES
POZO 1 por cada pozo. -
CABEZALES 1 por cada 3m de longitud
de cabezal.
2
RECIPIENTES A PRESIÓN:
A) RECIPIENTES
VERTICALES
1 por cada 0,3m de
diámetro exterior, y como
máximo 5.
1
B) RECIPIENTES
HORIZONTALES
Para diámetros exteriores
menores a 1,2m
corresponde 1 por cada
1,5m de longitud.
2
Para diámetros exteriores
mayores a 1,2m
corresponde 2 por cada
1,5m de longitud en dos
líneas paralelas.
4
RECIPIENTES CON PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
1 por cada entrada y
salida de tubería de
proceso del recipiente.
-
INTERCAMBIADORES DE
CALOR
1 por cada salida del
intercambiador.
2
Tabla 2.1 Guía para la cantidad de tapones fusibles. (Comité de normalización de petróleos mexicanos y
organismos subsidiarios, 2007).
81
2.4 VÁLVULA DE DILUVIO.18
2.4.1 DESCRIPCIÓN.
Esta es una válvula tipo on-off, la cual puede ser activada de forma manual,
eléctrica, neumática y por supuesto automática. La BERMAD modelo FP 400E-6D
es aplicable a sistemas de detección eléctricos así cómo neumáticos, es
recomendable para instalaciones en ambientes marinos, donde el nivel de
corrosión es alto.
Las válvulas de diluvio son utilizadas para permitir el paso de agua proveniente de
la red contra incendio hacia los sistemas de aspersión, con lo cual se realiza la
descarga de agua mediante boquillas de aspersión en los equipos y áreas
protegidas con estos sistemas (tanques de almacenamiento de diesel, tanque de
día de las bombas contra incendio y tanque de día del incinerados de basura).
2.4.2 OPERACIÓN.
La válvula de diluvio permanecerá cerrada en condiciones normales debido a un
equilibrio de presiones entre sus conexiones y líneas piloto (red de tapones
fusibles), hasta que se presente una condición de alarma por fuego (a través de
los detectores de fuego UV/IR) o el accionamiento por la red de tapones fusibles
(fundición de uno o varios tapones fusibles) o a través de la válvula de
accionamiento manual conectada al Trim (cámara interna de la válvula) de la
válvula de diluvio.
La válvula de diluvio podrá ser accionada por descarga automática, debido a la
operación del sistema de la red neumática de tapones fusibles, o por la operación
18 Bermad control valves (USA). 2008. Installation, operation and maintenance: Bermad electro pneumatically controlled on-
off deluge valve, model 400E-6D. USA.
82
de la válvula solenoide del accionamiento remoto desde el cuarto de control a
través del SDMC G&F (en forma automática cuando se reciba la señal de los
detectores de fuego del área respectiva donde aplique), y en forma manual
cuando el operador accione la estación manual hidráulica local de la válvula e
diluvio.
Cuando en alguna de las zonas protegidas opere el sistema de aspersión, el
interruptor de alta presión (PSH) colocado a la salida de la válvula de diluvio
enviará una señal digital hacia el SDMC G&F, la cual desplegará la alarma del
evento de fuego en l apantalla del operador, así mismo enviará señal a las
alarmas visibles (luz de color rojo) del nivel de servicios de la plataforma, y a las
alarmas audibles (sirenas y mensaje hablado de fuego) del mismo nivel a través
del generador de tonos del sistema.
La función interna de este pequeño sistema es muy sencilla, y se explica a
continuación, la figura 2.4 muestra las partes por las cuales está conformada esta
válvula.
Cuenta con una válvula solenoide (1), la cual tiene la capacidad de abrir y cerrar el
suministro de aire para el control neumático de esta. Es una válvula que se
mantiene normalmente abierta, este suministro es el que viene de la red de
tapones fusible.
El la posición SET, la línea principal (3) alimenta a la cámara principal (2) pasando
por una válvula check (4), la cual permite el flujo en un solo sentido y por un
acelerador (5) para que en caso de que la válvula requiera ser utilizada, se pueda
drenar más rápidamente la parte del sistema que se requiere para permitir el paso
de agua de mar hacia la red contra incendio. Se cuenta también con un disparo
manual (7), esta es una válvula que al ser abierta también drena una parte del
sistema, lo cual permite el paso de agua de mar a la red contra incendio. Existe
una válvula de relevo PORV (6), esta tiene la función de controlar la activación
neumática de la válvula principal, al momento de disminuir la presión de la red de
tapones fusibles, el resorte interno con el cual cuenta pierde fuerza, esto provoca
83
que al ser mayor la presión de agua de mar, provoque nuevamente que se drene
la parte del sistema que permite el paso de agua de mar hacia la red contra
incendio. Por último tenemos un sello (8) que es el que no permite el paso de agua
de mar hacia la red contra incendio mientras que esta no se activada.
Figura 2.4 Válvula de diluvio, tipo on-off en condición normal y de operación. (Bermad control valves, 2008).
2.5 SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS.
2.5.1 VÁLVULA DE ALARMA (VA) Y DETECTORES DE FLUJO (FD).
La plataforma contará con un sistema de rociadores automáticos (sprinklers) tipo
húmedo (esto quiere decir que la línea siempre se mantendrá llena de agua de
mar, esta es la tubería húmeda) de acuerdo al nivel de riesgo indicado por la
NFPA -101 y la NFPA-13, para protección de las áreas interiores de la plataforma
habitacional, dichos rociadores deberán actuar individualmente por medio del
bulbo como elemento sensible al calor a una temperatura de 58°C. Los rociadores
son de respuesta rápida y se instalan para proteger habitaciones, pasillos,
oficinas, talleres, cocina, comedores, salas de proyección, almacenes, gimnasio,
lavandería, salas de reunión y conferencias.
El sistema de rociadores cuenta con una válvula de alarma con todas las
conexiones necesarias para su funcionamiento, servicio y mantenimiento del
sistema, cuenta también como parte del equipamiento de la válvula, con una
84
campana hidráulica tipo “gong” para alertar en forma local al personal de que el
sistema se ha activado y un interruptor de baja presión (PSL), para alertar al
personal que se tiene baja presión, esta alarma únicamente se desplegará en la
pantalla de la estación de operación del SDMC G&F.
El sistema de rociadores automáticos estará dividido en subsistemas, por cada
nivel del módulo habitacional se instalará un detector de flujo (FD) el cual enviará
una señal digital al SDMC G&F, cuando se abra uno o más rociadores por efecto
del calor producido por un incendio. Se desplegará la alarma del evento de fuego
en la pantalla del operador, así mismo enviará señal a las alarmas visibles (luz
color rojo) del nivel donde se haya activado el detector, y a las alarmas audibles
(sirena y mensaje hablado de fuego) del nivel donde se haya activado el detector a
través del generador de tonos del sistema.
3. SISTEMA CONTRAINCENDIO A BASE DE AGENTE LIMPIO (FM-200).
3.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.19
Es bien sabido que los incendios producen numerosos productos tóxicos de
combustión. Adicionalmente a dichos productos tóxicos, se producen también
pequeñas cantidades de productos originados por descomposición térmica,
además de productos resultantes de la interacción entre el fuego y el agente
extintor.
El FM-200 extingue el fuego principalmente a través de medios físicos mediante el
enfriamiento de llama, retirando calor de la misma hasta el punto que la reacción
de combustión no puede mantenerse por sí misma. Adicionalmente, también
existe una contribución a la extinción de carácter químico, la cual involucra la
19 Great lakes chemical corporation (USA). 1998. Comprensión de la descomposición térmica del FM-200 y sus efectos en
personas y equipos. USA.
85
reacción química del FM-200 con la llama de combustión. Durante el proceso de
extinción, pequeñas cantidades de FM-200 se descomponen térmicamente para
formar el ácido halógeno HF.
La vasta mayoría de agentes limpios protegen áreas de riesgo Clase A, tales
como instalaciones de procesamiento electrónico de datos, instalaciones de
telecomunicaciones, equipos electrónicos de alto valor, museos y depósitos de
almacenamiento, tales áreas están ocupadas normalmente por personas. Los
sistemas de protección contraincendios en estas áreas son accionados
automáticamente mediante una detección y descarga rápida del agente extintor tal
como se especifica en los estándares NFPA (National Fire Protection Association),
con el objeto de minimizar los daños causados por el fuego y la formación de
productos de combustión. Seguido a la detección de fuego, el personal
normalmente evacua el área dentro de 30 a 60 segundos. Al final de dicho período
de retardo pre-programado, se descarga el agente limpio extintor, completándose
dicha descarga en un tiempo de 6 a 10 segundos.
3.1.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES.20
Es un agente limpio, el cual extingue el fuego en su mayor parte mediante
procesos físicos, no químicos.
No es un conductor de electricidad, lo cual disminuye el riesgo de daños a
equipos electrónicos, y por supuesto reduce los costos de pérdidas.
Es incoloro e inodoro y no es tóxico, lo cual protege al personal del área
que se está protegiendo.
En comparación con otros agentes extintores, este reduce los
requerimientos de espacio de almacenamiento.
20
Great lakes chemical corporation (USA). 1998. Comprensión de los estándares vigentes de protección contra incendios y
funcionamiento del FM-200. USA.
86
Tiene un desempeño rápido y eficiente. La concentración se diseña para
extinguir el incendio en diez segundos o menos.
Aprobado por la NFPA.
La última tecnología en equipo de detección y supresión de incendios.
La cantidad de agente limpio en el sistema deberá ser suficiente para mantener
una concentración del 7% en volumen dentro del cuarto a proteger, por un tiempo
mínimo suficiente para permitir una extinción total del fuego con las salidas
cerradas y el sistema de acondicionamiento de aire y presurización apagados.
3.1.2 FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA.21
El sistema de inundación total descargará agente limpio FM-200 dentro del área a
proteger ocasionando que el fuego se extinga cuando la concentración de agente
limpio alcance un nivel que impida continuar la combustión, pero que permita a
una persona respirar en una atmósfera reducida de oxígeno.
Básicamente cada sistema de supresión de fuego a base de agente limpio FM
200, según la NRF-019-PEMEX-2008 debe estar constituido por los siguientes
elementos y dispositivos:
a) Tablero de control para supresión de incendio.
b) Sistema de fuerza ininterrumpible (UPS).
c) Banco de cilindros con agente limpio.
d) Bastidor para cilindros.
e) Cabezales de descarga.
f) Válvulas de descarga operada por presión, cabezas de control eléctricas
y mangueras.
21 Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. NRF-019-PEMEX-2008: Protección contra
incendio en cuartos de control que contienen equipo electrónico. México, 2008.
87
g) Tubería metálica y boquillas de descarga.
h) Instrumentación: interruptores por alta presión, estación de descarga
remota, estación de aborto remota, luces de estado, alarmas visibles,
alarmas audibles, detectores de humo, interruptor selector
automático/mantenimiento, estación manual de disparo.
i) Extintores portátiles (equipo contra incendio complementario).
j) Señalización: juego de letreros sobre indicación y advertencia en las
zonas de acceso a los cuartos de control, y en el interior incluye
identificación de elementos e instrucciones de operación y letreros de
identificación de la condición de cada una de las luces de estado
(alarmas visibles).
k) Equipo de respiración autónomo.
En la figura 3.1 se muestra la distribución de los elementos que conforman el
sistema de supresión a base de agente limpio FM 200.
Figura 2.1 Elementos que conforman el sistema de supresión con agente limpio FM 200.
88
3.1.2.1 TABLERO DE CONTROL.22
El tablero de control tipo inteligente sirve para poder programar la secuencia de
operación de los distintos dispositivos y equipos que estén conectados al sistema.
Este tablero de control cuenta con las siguientes características particulares:
Pantalla de cuarzo líquido.
Memoria de información histórica.
Sistema de auto diagnostico.
Capacidad de comunicación con otros sistemas con base en
distintos protocolos.
Módulo regulador para alimentación de energía eléctrica al tablero,
desde una fuente externa confiable.
Baterías para el respaldo de energía.
Módulo de supervisión para los dispositivos e instrumentos
distribuidos en campo (detectores, interruptores, estaciones de
alarma, botones de aborto y elementos para la descarga del agente
limpio, entre otros).
Botón de aborto remoto (dispositivo o interruptor localizado fuera del
tablero).
El tablero de control es capaz de identificar y reportar las fallas de todos los
elementos periféricos asociados o conectados a éste, como: baterías
descargadas, falla del detector, corte de lazo de control, entre otros. Cuenta con
dispositivos que permiten guardar la información histórica de los datos recabados
y de los eventos ocurridos, en memorias no volátiles.
El tablero de control para supresión de incendio, además de supervisar debe
alimentar con un suministro eléctrico de 24 VCD, a todos los dispositivos de
campo, como son: detectores de humo, alarmas, estaciones de aborto, solenoides
e interruptores. Este tiene la capacidad de recibir, identificar y procesar las señales
22 Comité de normalización de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. NRF-205-PEMEX-2007: Sistemas de gas y
fuego, Tableros de seguridad. México, 2007.
89
de los instrumentos de campo que estén interconectados a éste. La programación
de este tablero se lleva a cabo mediante un puerto serial mediante una interfaz
RS-232 o RS-485.
Las señales de entrada al tablero de control son las siguientes:
a) Detección de humo.
b) Disparo manual remoto del sistema de supresión de fuego.
c) Aborto del sistema de supresión de fuego.
d) Alta presión, en líneas de tuberías y/o cabezales de descarga.
e) Disparo manual local en el banco de cilindros de almacenamiento del
agente limpio.
El tablero de control para supresión de incendio, debe procesar las señales
recibidas y/o fallas detectadas por medio de un auto diagnóstico propio,
generando las señales de salida y alarma correspondientes, en forma audible y
visible, mediante dispositivos sonoros y luminosos locales en tablero de control, o
en las distribuidas dentro y fuera del cuarto de control, que permitan diferenciar
clara y rápidamente si se trata de una alarma de fuego o de una falla del sistema,
mediante un sonido y color característico para cada caso. Estas alarmas sólo
podrán volver a su estado normal hasta que las condiciones de alarma
desaparezcan y se restablezcan manualmente mediante un interruptor colocado
en el tablero.
Las señales de salida del tablero de control para supresión de incendio, son como
mínimo las siguientes:
a) Activación de alarmas sonoras.
b) Activación de alarmas luminosas.
c) Activación de las cabezas de descarga.
d) Paro del aire acondicionado.
e) Cierre automático de ventilas y/o puertas.
90
El tablero de control cuenta con una pantalla de cuarzo líquido en la que se
indiquen en forma alfanumérica las diferentes condiciones del sistema y su
funcionamiento, tales como:
a) Condición de emergencia, indicando cual detector está activado.
b) Estación manual de disparo remoto activada, indicando descarga del
sistema de supresión.
c) Dispositivo de aborto accionado, indicando la inhibición momentánea o
total del disparo del sistema de supresión de incendio.
d) Capacidad de notificar pérdidas del agente extintor contenido en los
cilindros.
e) Resultados del auto diagnóstico.
f) Resultados de las pruebas.
g) Menú de programación y consulta del sistema de supresión de incendio.
En el frente del tablero de control para supresión de incendio se deben tener
interruptores para:
a) Aborto del disparo automático.
b) Prueba. Para que se realice la simulación por incendio, fallas del
sistema y pruebas de los elementos de señalización visual y acústica.
c) Silenciador de alarma audible.
d) Disparo manual del sistema de supresión de incendio.
e) Botón de restablecimiento (reset) que permita al sistema quedar en
estado de operación normal y habilitado para actuar de nuevo en caso
de alarma y/o falla.
Comunicación con otros sistemas.
La interconexión entre los sistemas debe incluir los accesorios y programas
correspondientes para comunicarse a base del protocolo TCP/IP.
91
Lógica de control.
El tablero del sistema de supresión debe realizar la lógica de control y supervisión
en forma continua y automática, monitoreando el estado de operación de los
instrumentos y dispositivos de campo conectados al tablero de control, de tal
manera que al presentarse una emergencia, se indique en forma inmediata el
estado operativo de éstos y se active el sistema de supresión de incendio.
Banco de baterías.
Este cuenta con un sistema de alimentación de regulación y flotación automática
consistente en un banco de baterías, cargador de baterías, rectificador de
corriente, con dispositivos de protección contra descarga excesiva de baterías. El
banco de baterías deberá suministrar toda la energía necesaria para la operación
del sistema completo, bajo su máxima carga normal de operación (supervisión)
durante 24 horas.
Las baterías que conforman este sistema, deben ser de plomo-acido o alcalinas,
selladas y libres de mantenimiento. La vida útil de las baterías debe ser como
mínimo de 2 años.
3.1.2.2 GENERADOR DE TONOS.
El generador de tonos está adecuado para generar seis mensajes de voz. Cuenta
con un chasis NEMA 1 y en su interior aloja una tarjeta de control electrónico
digital que tiene una capacidad de almacenar seis micros, cada uno con memoria
no volátil de 16 segundos, lo que conjuntamente hacen 96 segundos.
Alimentación de 24 VDC, corriente de operación o.8 A ó 120 VCA/240 VCA,
consumo de 0.2/0.1 A.
92
3.1.2.3 SENSORES DE HUMO.
Los sistemas de FM-200 deben contar con un sistema de detección de humo
dedicado al área que se protege, este opera en forma cruzada con circuitos
supervisados. Los detectores de humo permitirán monitorear la posible existencia
de fuego en las áreas del módulo habitacional, cuartos de control, áreas de trabajo
en donde se pueda dar la posible existencia de un incendio enviando las señales
necesarias para activar los sistemas de alarma y supresión de fuego
correspondientes.
Se utilizarán detectores de humo inteligentes de tipo multisensor con detector
análogo que utiliza un sensor de humo fotoeléctrico tipo dispersión de luz, un
sensor de humo de ionización unipolar y un sensor de calor tipo temperatura
compuesta para sensar cambios en las muestras de aire a su alrededor.
La detección de fuego confirmado se realizará con la confirmación de 2 detectores
de humo ubicados en la misma zona.
3.1.2.4 ALARMAS AUDIBLES (AE).
El objetivo de estas alarmas es dar a conocer a todo el personal que se encuentre
en el cuarto protegido con agente limpio, sobre la presencia de una condición
anormal en el sistema, el significado de los distintos tonos se muestra en la tabla
3.1.
93
Tabla 3.1 Condiciones de alarmas audibles del sistema de FM-200. (Comité de normalización
de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios, 2008)
TONO
SIGNIFICADO
LUGAR DE
ALARMA
FRECUENCIA
(HERTZ)
GRADO DE
MODULACIÓN
(HERTZ)
ORIGEN DE
LA SEÑAL.
Sirena
Activación del
sistema de
supresión de
fuego.
Permanencia
del agente
limpio dentro
del cuarto de
control.
Dentro y
fuera del
cuarto de
control.
500-1000
3
2ª. Detección
de humo y
confirmación
para
activación del
sistema de
supresión.
Disparo
manual local
y/o desde el
tablero de
control.
Pulso
Aborto del
sistema contra
incendio.
Dentro y
fuera del
cuarto de
control
475±25
4.5
Botón de
aborto.
Gorjeo
Falla y/o
cualquier
cambio de
estado de la
señal de
control.
Dentro del
cuarto de
control.
500-1000
6.0
Circuito
activado o
abierto en
cualquiera de
los
dispositivos
eléctricos
conectados al
tablero de
control.
Continuo
Prueba
Dentro y
fuera del
cuarto de
control.
700±100
4.5
Función de
“prueba” en el
tablero.
94
3.1.2.5 ALARMAS VISIBLES (LV).
Las alarmas visibles (luces de estado) permiten informar de manera visual el
estado en que se encuentra el sistema de supresión de agente limpio. En la tabla
3.2 se muestra el significado de cada luz.
COLOR ESTADO DE LUZ SIGNIFICADO
Verde
Continuo
“Sistema de supresión de
fuego en automático”.
Rojo
Continuo
“Sistema de supresión de
fuego disparado” y
“permanencia de agente limpio
dentro del cuarto de control”.
Ámbar
Continuo
“Sistema de supresión fuera
de operación”.
Tabla 3.2 Condiciones de las luces de estado del sistema FM-200. (Comité de normalización de
petróleos mexicanos y organismos subsidiarios, 2008).
3.1.2.6 BANCO DE CILINDROS DE HEPTAFLUOROPROPANO (FM 200) Y
BASTIDOR.
Los cilindros de almacenamiento para el FM-200 son diseñados y construidos de
acuerdo con la última revisión DOT para recipientes a presión (para cumplir con lo
indicado por la NFPA).la presión nominal de llenado de los cilindros es de 360 psi
a 21°C y la densidad de llenado de los cilindros no debe ser mayor de 70lb/ft3. El
cilindro debe contener el agente limpio y nitrógeno para presionar el sistema. Cada
cilindro debe estar provisto de un manómetro para indicar la presión interna del
cilindro. La carátula cuenta con tres áreas perfectamente distinguibles para
señalar:
El rango de presión en que se requiere recarga.
El rango de presión para operación normal.
95
El rango de sobre presión del contenido del cilindro.
3.1.2.7 TUBERÍAS DE DESCARGA.
Todas las tuberías deberán ser roscadas de acero al carbón galvanizado, de
acuerdo a la NFPA-2001, sin costura, ASTM A-53 grado B ó ASTM A-106 grado B.
Los accesorios deberán ser de acero al carbón galvanizado, ASTM A-105,
conexiones roscadas. Los diámetros de la tubería y accesorios deberán ser
definidos de acuerdo a los resultados del cálculo hidráulico. Los accesorios deben
tener un rango mínimo de presión de trabajo igual o mayor que la máxima presión
en el cilindro a 54.4° C.
3.1.2.8 BOQUILLAS DE DESCARGA.
La cantidad y características de las boquillas deben estar situadas en acorde al
cálculo hidráulico realizado para la protección del área, buscando una
concentración uniforme del 7% en volumen de FM-200 en un tiempo máximo de
10 segundos de aplicación. Además de ser resistentes a la corrosión, al ambiente
marino, a altas temperaturas mínimo 135°C. Las boquillas deben contar con
dispositivos para prevenir la introducción de materiales extraños que puedan
obstruirlas. Estos dispositivos no deben obstruir el orificio de descarga cuando
opere el sistema de supresión de incendio.
3.1.2.9 INTERRUPTORES DE ALTA Y BAJA PRESIÓN.
Los interruptores de alta presión deben ser a prueba de explosión con entradas
para reducir la presión de descarga y entradas para el conduit para las conexiones
eléctricas correspondientes, debe tener un rango de operación de 0-600 psi. La
96
finalidad de este es alarmar al sistema de supervisión por descarga de FM-200. El
interruptor alarmará cuando se tenga 300 psi en la línea de agente limpio,
debiendo tener la capacidad de soportar la presión más alta estimada en el
diseño. Al realizarse la descarga, el flujo de agente limpio activa el PSH (Pressure
Switch High) y este a su vez manda una señal digital al SDMC G&F, lo cual hace
desplegar la alarma. Estos interruptores pueden ser activados por falla, por este
motivo requieren de un mantenimiento continuo.
Los interruptores de baja presión PSL (Pressure Switch Low), se encargan de
supervisar la presión dentro de los cilindros de agente limpio FM-200, como su
nombre lo dice, estos se activan detectando una caída de presión dentro de ellos,
lo cual indica una posible fuga o que el sistema se ha descargado. De la misma
forma este PSL manda una señal digital al SDMC G&F para alarmar el sistema.
3.1.2.10 CABEZA DE CONTROL OPERADA ELÉCTRICAMENTE.
Las cabezas de control son de operación eléctrica para el cilindro principal y de
operación neumática para los cilindros esclavos. En caso de requerir por diseño,
se deben adicionar cabezas de control eléctricas adicionales. Se debe tener la
opción de operar manualmente la cabeza del cilindro principal por medio de algún
dispositivo mecánico.
Esta es una válvula solenoide operada eléctricamente, y es utilizada para controlar
el flujo de líquidos o gases en posición completamente abierta o completamente
cerrada. Este tipo de válvula puede usarse para controlar el flujo de muchos
fluidos diferentes, dándole la debida consideración a las presiones y temperaturas
involucradas, la viscosidad del fluido y la adaptabilidad de los materiales usados
en la construcción de la válvula.
Utiliza el principio de aplicación de una corriente eléctrica para generar un campo
magnético, el cual empuja un pivote que inicia la descarga del cilindro. Esta
cabeza eléctrica cuenta con dos cámaras una presionada por lo que contiene el
cilindro (agente limpio FM-200 y nitrógeno) y la otra cámara por nitrógeno
97
solamente. Esta última cámara es la que es accionada por el pivote, el cual deja
escapar la presión, y por esta razón la otra cámara vence la presión ejercida por
esta y permite la liberación del agente limpio.
3.2 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN.23
La plataforma habitacional HA-LT-01, cuenta con un sistema de supresión a base
de agente limpio tipo inundación total en: cuarto de control inteligente y cuarto de
UPS´s, localizados en el primer nivel del módulo habitacional, cuarto de control
eléctrico, ubicado en el mezzanine, cuarto de monitoreo y control, ubicado en el
segundo nivel del módulo habitacional, y cuarto de telecomunicaciones ubicados
en el quinto nivel del módulo habitacional.
Cuando dos detectores de humo, ubicados en la misma zona, detecten un conato
de incendio (fuego confirmado) en alguna de las áreas del cuarto (falso plafón,
área plena o piso falso) protegido con agente limpio, activarán las alarmas
audibles (AE) perteneciente al agente limpio a través del generador de tonos del
sistema de supresión, con el tono de sirena, además el tablero de control
encenderá las alarmas visibles, luces rojas (LV) del agente limpio, indicando la
presencia de fuego. Al mismo tiempo se iniciará un TIMER configurable en el
sistema, el cual dará un tiempo de hasta 60 segundos para accionar la cabeza
eléctrica del cilindro de agente limpio, e iniciar la descarga. Durante este tiempo el
personal deberá abandonar el cuarto de control. Si el fuego es localizado y puede
ser sofocado con los extintores portátiles, el personal deberá oprimir el botón de
aborto (BA), para abortar la descarga del agente limpio.
La lógica del tablero se configurará de tal manera que la descarga de agente
limpio, solo actúe por detección confirmada, es decir, cuando algún detector de
humo (YSH) se active, esta señal debe ser confirmada por otro detector adyacente
23 Dragados offshore (México). 2010. Filosofía de operación del sistema de supresión con agente limpio, seguridad
industrial. Revisión no. 1. Tampico Tamaulipas, México.
98
de humo, o por la actuación del disparo manual (DMF) localizado en la salida de
los diferentes cuartos protegidos con el sistema de agente limpio.
Al activarse cualquier detector de humo, este enviará señal de alarma por fuego al
tablero de control, el cual a su vez activará la alarma visual intermitente color rojo.
Al mismo tiempo, mediante el generador de tonos, el tablero de control activará el
tono de sirena de la alarma sonora.
Al activarse un segundo detector de humo, confirmando un conato de incendio, el
detector enviará la señal respectiva de alarma por fuego al tablero de control. Este
realizará la activación automática del sistema de supresión advirtiendo que el
agente limpio será descargado en 60 segundos (configurable). Así mismo
continuarán activas las alarmas visual color rojo, y el tono de sirena de la alarma
sonora.
Cuando el sistema empiece a descargar, y el tablero de control reciba
confirmación del interruptor de presión, el tablero de control activará la alarma
visual color rojo. Al mismo tiempo, el tablero de control, mediante el generador de
tonos, activará el tono de sirena de la alarma sonora que podrá ser silenciada por
el operador del sistema, sólo al reconocimiento de la situación de fuego
controlada.
El tiempo total de descarga será de 10 segundos. La extinción se realiza durante
el periodo de descarga, por lo que no será necesario la permanencia del agente
limpio en el cuarto después de haber sido descargado.
Ante cualquier alarma de fuego, el tablero de control enviará señal al SDMC F&G
para que este a su vez envíe la señal de fuego al SDMCAA para el paro de
sistema de HVAC y el cierre de todas las compuertas de incendio ubicadas en el
cuarto.
La descarga del agente limpio podrá ser realizada manualmente mediante
estaciones manuales de disparo (DMF) ubicadas en el interior de los cuartos, de
igual forma la descarga puede ser efectuada por un dispositivo e disparo manual
99
ubicado en los bancos de cilindros del agente limpio. La activación de cualquier
estación manual de alarma o dispositivo de disparo manual, enviará señal de
alarma por fuego al tablero de control, el cual a su vez activará la alarma visual
intermitente color rojo. Al mismo tiempo, mediante el generador de tonos, el
tablero de control activará el tono de sirena de alarma sonora. Al activarse
cualquier estación manual de alarma, de manera inmediata el sistema descargará
el agente limpio. Las estaciones manuales de alarma siempre anularán a los
botones de aborto.
Con el interruptor automático/manual/inhibido se podrá sacar de operación al
sistema de supresión de agente limpio para fines de mantenimiento. Cuando el
interruptor esté en la posición de automático y se tenga condición normal, se
señalará mediante la luz de estado color verde.
Cuando el interruptor automático/manual/inhibido se coloque en la posición de
manual o inhibido, deberá apagarse la luz verde y activarse la luz ámbar de las
alarmas visuales del sistema de agente limpio. Al mismo tiempo, mediante el
generador de tonos, el tablero de control activará el tono de pulso de la alarma
sonora, la cual podrá ser silenciada por el operador del sistema.
El sistema cuenta con un interruptor de presión supervisorio (PSL) en cada cilindro
para informar al tablero cuando es necesario recargar los cilindros de agente
limpio.
El sistema cuenta también con un interruptor de presión (PSH) a la salida de los
bancos de cilindros en la línea de descarga del agente limpio, que se activará
cuando se tengan 200 psi en dicha línea de salida debido a una descarga del
sistema.
El sistema cuenta con un botón de aborto (BA) del tipo “presionar botón”, de
contacto momentáneo para detener y/o abortar la descarga de agente limpio. El
botón se encuentra ubicado en el interior del cuarto de control, a un lado del
disparo manual (DMF).
100
Al ser presionado el botón de aborto dentro de los 30 segundos después de la
segunda detección de humo (confirmación de conato de incendio), se inhibirá a
secuencia lógica de operación automática del sistema de agente limpio. Al mismo
tiempo se activará la luz ámbar intermitente de las alarmas visuales del sistema de
supresión de agente limpio y, mediante el generador de tonos, el tablero de control
activará el tono de pulso de la alarma sonora.
Mientras el sistema se mantenga abortado, el sistema de supresión solo podrá
activarse mediante las estaciones manuales de alarma o el dispositivo de disparo
manual, o podrá ser reiniciado para llevarlo a condición normal en el caso de
haber reconocido y eliminado todas las condiciones de alarma que activen la
descarga del agente extintor.
Este botón de aborto será el mismo que actuará para todas las áreas de riesgo
(área de falso plafón, área plena y área de piso falso).
Cualquier falla del circuito en los dispositivos eléctricos conectados al tablero de
control del sistema de agente limpio activará, mediante el generador de tonos, el
tono de gorgeo de la alarma sonora.
El tablero cuenta con la función de prueba “TEST”, mediante la cual se puede
probar lo siguiente:
Alarmas de detectores.
Prueba de batería de respaldo (UPS).
Prueba de desalojo del cuarto antes de la descarga.
Simulación de alarmas.
Cuando el tablero se encuentre en la función de prueba, se encenderán las luces
ámbar dentro y fuera del cuarto, y se activarán las alarmas audibles con el tono
continuo, para informar que el sistema se está probando.
101
4. SISTEMA DE DETECCIÓN DE HUMO.24
El sistema de detección de humo forma parte del sistema de detección y alarma
de la plataforma habitacional. El propósito del sistema de detección de humo es
salvaguardar la integridad física del personal, proteger el medio ambiente y evitar
daños a los equipos e instalaciones, previniendo al personal de un posible
incendio que se pudiera originar en el interior del módulo habitacional. Así mismo,
permitir las acciones de prevención para mitigar los posibles efectos adversos, y
así conseguir una operación segura de la plataforma.
Es decir, la función del sistema de detección de humo es supervisar el módulo
habitacional, sin embargo al detectar la presencia de humo este sistema no realiza
ninguna acción, solo manda una señal al SDMC G&F y se espera la participación
del personal preparado para la revisión del área. Siempre se cuenta con una
cuadrilla contra incendio que en caso de que exista la presencia de humo actuará
de la forma más pertinente, es decir pueden actuar con las mangueras contra
incendio que se encuentran dentro del módulo habitacional.
4.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.
La plataforma habitacional HA-LT-01, cuenta con un sistema de detección de
humo tipo multilazo (un lazo cerrado por nivel), el cual permitirá identificar el área
donde se presente el conato de incendio en cada uno de los niveles.
El sistema de detección de humo está integrado por los siguientes elementos y
componentes principales, así como lo muestra la figura 4.1.
24 Dragados offshore (México). 2010. Filosofía de operación del sistema de detección de humo. Revisión no.1. Tampico
Tamaulipas, México.
102
Figura 4.1 Elementos del sistema de detección de humo, un lazo por nivel. (Dragados offshore, 2010).
6 circuito cerrados de dispositivos inteligentes de serie de señales.
Detectores inteligentes de humo y módulos inteligentes por circuito cerrado.
Circuitos de entrada/salida.
Interruptores (entrada) de control manual.
Conexión con la UPR de la plataforma habitacional, a través de un puerto
de comunicaciones RS-485 con protocolo Modbus RTU.
Detección de falla a tierra por panel, por circuitos de información de señales
y por módulos de dispositivo.
Conexión con PC portátil a través de un puerto de comunicaciones RS-232
para configuración del sistema.
Detectores y módulos basados en microprocesador.
Retraso por problemas de energía AC ajustable de 4 a 10 horas.
Tablillas terminales (las necesarias), para la conexión del cableado de
campo al panel de control de alarma de incendio.
103
Dispositivos de campo de dirección electrónica.
Manejo avanzado de energía.
Supervisión de circuitos de acuerdo a NFPA 72.
Los detectores de humo serán instalados en todos los niveles del módulo
habitacional: pasillos, comedor, oficinas, habitaciones, cuartos de control
(alambrados al sistema de supresión de Agente limpio de cada cuarto de control),
salas de proyección, salas de espera, cuarto de lectura. Los detectores de humo
serán cableados en varios lazos de control al tablero de detección de humo
instalado en el cuarto de monitoreo y control ubicado en el segundo nivel del
módulo habitacional.
Se tienen lazos alambrados de los detectores de humo por nivel, considerando
pasillos, habitaciones del área este, las del área oeste, comedor, etc., con la
finalidad de visualizar el área en la estación de trabajo. Los detectores de humo
estarán conectados al tablero inteligente de detección de humo.
Solo los detectores de humo serán alambrados en lazo de control, y se conectarán
al tablero de control del sistema de detección de humo. El tablero de control
interconectará al SDMC F&G por medio de un puerto de comunicación serial RS-
485, con protocolo de comunicación Mod-bus RTU.
4.2 DESCRIPCIÓN DE LOS DETECTORES DE HUMO.25
Según el tipo de incendio posible en un espacio protegido, el ingeniero
especialista generalmente escoge entre tres tipos de tecnología de sensor. Los
sensores por ionización responden muy bien a incendios rápidos y con mucha
llama, los sensores fotoeléctricos responden muy bien a incendios lentos,
humeantes y sin llama, y los sensores de temperatura se usan como respaldo de
los anteriores o en ambientes atmosféricos donde la detección de humo es difícil.
Los detectores con un solo elemento de detección serán más propensos a falsas
25
Uso adecuado de detectores de humo. http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf. (Consultado 15-11-11).
104
alarmas y más lentos para responder a incendios difíciles de detectar. Sólo
cuando los tres elementos sensores son adecuadamente combinados dentro de
un detector, se puede detectar eficientemente todo tipo de incendio y virtualmente
eliminar falsas alarmas, estas características las reúne el sensor modelo 4D
SIGA-IPHS de General Electric.
El sensor de humo fotoeléctrico tiene como principio de operación la dispersión de
la luz. El haz de un diodo emisor de luz incide en un área en donde no puede ser
captado bajo condiciones normales por un fotodiodo, como se muestra en la figura
4.2.
Figura 4.2 Detector por dispersión de luz en condiciones normales. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
Cuando hay presencia de humo en la trayectoria del haz, la luz incide sobre las
partículas de humo y se refleja en el fotodiodo, como se muestra en la figura 4.3, y
así al recibir la luz genera una señal de alarma.
Figura 4.3 Detector por dispersión de luz en condición de alarma. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
105
Por su parte, el sensor iónico utiliza como principio de operación una cámara de
ionización, la cual consta de dos placas cargadas eléctricamente y un material
radioactivo entre ellas (Americio 241) para ionizar el aire entre las placas. Estos
detectores de humo contienen una pequeña muestra de este material radioactivo,
0.9 microcurios (cerca de 0.2 microgramos) como fuente de radiación ionizante.
El material radioactivo emite partículas que entran en colisión con las moléculas
en el aire, desalojando los electrones de su órbita. Esto causa que esas moléculas
se conviertan en iones cargados positivamente y las moléculas que ganaron
electrones se conviertan en iones negativos. Los iones positivos son atraídos a la
placa de polaridad negativa y los iones negativos a la placa de polaridad positiva.
De esta manera, la ionización genera una pequeña corriente que es medida por un
circuito electrónico concentrado a las placas, como se muestra en la figura 4.4.
Figura 4.4 Distribución de iones en condición normal del sensor. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
Las partículas liberadas en la combustión son mucho más grandes que las
moléculas de aire ionizadas. Cuando ingresan a la cámara de ionización, entran
en colisión con las moléculas de aire ionizadas y se combinan con ellas, lo cual
tiene como consecuencia que algunas partículas se carguen positivamente y otras
negativamente, tal y como se muestra en la figura 4.5. A medida que continúan
combinándose, la cantidad de iones en la cámara será menor, al igual que la
106
corriente medida por el circuito y cuando sea inferior a un valor predeterminado, se
genera una condición de alarma.
Figura 4.5 Distribución de iones y humo en condición de alarma. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
La humedad ambiente y la presión atmosférica influyen en el valor de la corriente
de la cámara y crean un efecto similar al causado por el ingreso de las partículas
de combustión. Para compensar la influencia de la humedad y la presión
atmosférica, se creó la cámara doble de ionización.
En un detector de cámara doble, una cámara es utilizada para detección y está
abierta al aire externo, como se muestra en la figura 4.6, por lo cual en ella hay
presencia de humedad ambiente, presión atmosférica y partículas liberadas por
combustión.
Figura 4.6 Cámara de ionización doble. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
107
La cámara de referencia suministra un valor de referencia o comparación, ya que
es afectada solamente por la humedad y la presión, en ella no pueden ingresar las
partículas generadas por la combustión ya esta cámara cuenta con unos orificios
muy pequeños. El circuito electrónico mide y compara la corriente en ambas
cámaras. Como los cambios de humedad y presión atmosférica afectan por igual a
ambas cámaras, la variación en una se compensa con la variación en la otra.
Cuando las partículas de la combustión ingresan a la cámara de detección, la
corriente disminuye y se produce una diferencia de valores de corriente entre las
dos cámaras, que es captado por el circuito de medición, como se muestra en la
figura 4.7.
Figura 4.7 Doble cámara de ionización en condición de alarma. (Uso adecuado de detectores de humo.
http://www.rnds.com.ar/articulos/031/RNDS_164W.pdf).
Hay varios factores que pueden influir en la detección de una cámara ionizada:
polvo, condensación de humedad, corrientes fuertes de aire e incluso insectos
minúsculos, que podrían variar la medición del circuito como si éstos fueran
partículas de combustión.
El Sensor de calor tipo temperatura compuesta, tiene la función de corroborar las
alarmas que los otros dos sensores del detector están emitiendo. Este tipo de
detectores trabajan en conjunto, al detectarse condiciones anormales se espera
una confirmación por este sensor de calor, tomando en cuenta que este además
108
de estar monitoreando la temperatura, lo hace de forma que se puedan notar los
cambios bruscos de temperatura en pequeños lapsos de tiempo, es por eso que
es una confirmación segura para los otros dos sensores, ya que al haber un
aumento de temperatura en un lapso corto de tiempo indica la presencia de fuego
dentro del área de supervisión.
El detector multi-sensor inteligente 4D SIGA-IPHS26 recopila información analógica
de cada uno de sus tres elementos sensores de incendio (iónico, fotoeléctrico y
térmico) y la convierte en señales digitales. El microprocesador del detector mide y
analiza estas señales separadamente con respecto a un cuarto elemento, el
tiempo, es por esto que esta tecnología es llamada 4D. Este tipo de tecnología
permite comparar las señales digitales con la información almacenada en el
detector (características de incendios conocidas), antes de tomar una decisión de
alarma. Los filtros digitales desaprueban las señales que no son típicas durante un
incendio y es por esta razón que se dice que estos elementos son del tipo
inteligente. Así las falsas alarmas se eliminan.
El microprocesador en cada uno de los detectores provee cinco beneficios
adicionales:
Auto-diagnóstico e histórico.- constantemente, cada detector de este
tipo ejecuta auto verificaciones para proveer importante información de
mantenimiento. Los resultados de estas verificaciones son puestos al
día automáticamente y guardados permanentemente en la memoria no
volátil del detector. Esta información se puede revisar en cualquier
momento en el tablero de control del sistema. La información
almacenada en el detector incluye:
- Tipo de detector, número de serie y dirección.
26 Edwards’s systems technology (USA). 2009. Detector multi sensor inteligente 4D: modelo SIGA-IPHS. USA.
109
- Fecha de fabricación, horas de funcionamiento y última fecha de
mantenimiento.
- Valores actuales de sensibilidad y hasta qué punto esta
compensando las variaciones del ambiente.
- Valores originales de sensibilidad del detector al momento de la
fabricación.
- Número de alarmas y fallas registradas.
- Hora y fecha de la última alarma.
- Señales análogas en los momentos precedentes a la última
alarma.
- Hasta 32 posibles códigos de falla para el diagnóstico específico
de fallas.
En el caso improbable de una falsa alarma, el histórico puede ser llamado para
aislar al problema e impedir que vuelva a ocurrir.
Mapeo automático de dispositivos.- el controlador del circuito conoce
en donde está instalado cada detector, a cada número de serie se
asigna una dirección y es así como diferencia un dispositivo de otro
dentro del lazo. Esta característica de mapeo provee una supervisión de
localización de cada dispositivo instalado para prevenir que un detector
sea colocado (después del mantenimiento, etc.) en un lugar donde no se
encontraba inicialmente.
El mapeo de los dispositivos permite al controlador de circuito descubrir:
-Direcciones inesperadas de dispositivos adicionales.
-Direcciones de dispositivos ausentes.
-Cambios en el cableado del circuito.
Funcionamiento independiente.- el detector inteligente puede operar
de manera independiente. Si la comunicación con el CPU del
controlador de circuito falla por más de cuatro segundos, todos los
dispositivos en ese circuito entran en esta modalidad de independientes.
110
Cada detector en el circuito continúa recopilando y analizando
información de sus alrededores. El detector alarma si el nivel establecido
de obscurecimiento por humo es alcanzado o si la temperatura ambiente
es incrementada.
Comunicación rápida y estable.- el detector inteligente requiere menos
envíos de información entre el este y el controlador del circuito. Además
de la información regularmente enviada el detector solo tiene que
comunicarse con el controlador si hay algo nuevo que reportar. Esto
provee un tiempo de respuesta del tablero de control sumamente rápido
y una velocidad menor para la comunicación en el circuito. Este
disminución en la velocidad ofrece varias ventajas, incluyendo:
- Menor sensibilidad a las características de los alambres de los
circuitos.
- Menor sensibilidad al mal funcionamiento por ruidos en el cable.
- Menor ruido emitido por el cableado análogo.
- No se requiere cableado trenzado o blindado.
Compensación ambiental.- la sensibilidad de detección por el detector
es casi independiente del ambiente donde está instalado y de si
condición física. La compensación ambiental significa que cada
elemento sensor se adapta a cambios con el paso del tiempo, causados
por polvo, humedad, temperatura, envejecimiento, etc. inclusive
compensa el hecho de que existan pequeñas cantidades de humo en el
ambiente normal. Aproximadamente seis veces por hora, el detector
ajusta y pone al día las líneas base de sensibilidad (% de
obscurecimiento) y temperatura ambiente de cada uno de sus
111
elementos sensores. Aproximadamente una vez por hora, esta
información es transmitida a su memoria permanente.
Cada detector es capaz de supervisar como mínimo un área de 80m2 y opera con
un voltaje de 24 VCD. El sensor de calor integral activa una alarma cuando
detecta un cambio en la temperatura ambiente de 65°F (18°C) o cuando alcanza
su punto de alarma de temperatura compuesta a 135°F (57°C) nominal.
4.3 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN.
La lógica de operación será que al activarse un detector se enviará una señal de
aviso al tablero de detección de humo, si el detector que se activo tienen
conectado un led remoto, este se activará para alertar al personal y evitar que se
ingrese al cuarto donde se ubica este detector, y se de aviso al personal
encargado para verificar la existencia de un posible conato de incendio. Solo al
activarse dos detectores en la misma área se confirmará la señal de alarma.
La activación de dos detectores de humo indicará un fuego confirmado por lo que
se enviará una señal a la UPR de gas y fuego, para que realicen las acciones
correspondientes al evento de fuego confirmado, es decir, activar la válvula de
alarma correspondiente en caso de que el área se encuentre protegida por el
sistema de agua contra incendio o activar la descarga de agente limpio si es que
el área de peligro es un cuarto de control. De esta forma se lleva la plataforma a
una condición segura.
112
5. SISTEMA DE SUPRESIÓN DE FUEGO EN COCINA.27
El objetivo de este sistema es proteger contra incendio a base de agente químico
húmedo, el área de cocina, específicamente el área de preparación de alimentos
de la plataforma habitacional HA-LT-01.
5.1 APLICACIONES.
El sistema de supresión de incendios para restaurantes ANSUL R-102, es un
sistema automático y pre calculado para la protección de zonas asociadas con los
equipos de ventilación, campanas, conductos, cámaras de aspiración y filtros. El
sistema también protege equipos auxiliares de extracción de grasa y equipos de
cocina como freidoras; parrillas y encimeras; parrillas verticales, de carbón
vegetal, o tipo cadena; parrillas eléctricas, de piedra volcánica, leña de mezquite o
de radiación por gas.
El sistema resulta ideal para uso en restaurantes, hospitales, residencias de la
tercera edad, hoteles, colegios, aeropuertos y otras instalaciones similares.
El uso del sistema R-102 está limitado a aplicaciones interiores o lugares que
ofrezcan protección resistente a la intemperie dentro de los límites de temperatura
probados. Los conjuntos de disparo y las botellas deben instalarse en una zona en
la que la temperatura no será nunca inferior a 32°F (0°C) ni superior a 130°F
(54°C).
5.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.
El líquido de supresión de incendios ANSULEX del sistema ANSUL R-102, es de
bajo pH. Es una solución acuosa de sales orgánicas especialmente formulada, en
la tabla 5.1 se mencionan las propiedades del agente. El agente esta
premezclado, lo que elimina la necesidad de diluirlo antes de cargarlo en el
27
Tyco fire suppression & building products (USA). 2010. Datos técnicos/ especificaciones: Sistemas de supresión de
incendios para restaurantes R-102. Marinette Wisconsin, USA.
113
sistema. Cuando se utiliza como agente extintor, no genera ningún subproducto
tóxico.
Aspecto
Codificado por color fluorescente
amarillo-verde.
Duración de almacenamiento 12 años.
Índice de refracción 1,4040.
Punto de congelación -40°F (-40°C).
Punto de ebullición 230°F (110°C).
Peso específico 1,32.
Viscosidad cinemática 5,26 centistoke.
Ph 7,7 – 8,7.
Tabla 5.1 Propiedades del agente ANSULEX. (Tyco fire suppression & building products, 2010).
El sistema ANSUL R-102 es el más pequeño dentro del sistema de detección y
supresión de fuego en la plataforma habitacional. El sistema solamente cuenta con
una señal que va dirigida hacia el SDMC G&F, la cual indica que el agente de
supresión de incendios ha sido liberado. Este sistema de supresión de incendios
para restaurantes está pre calculado para el agente químico líquido y una presión
regulada, con una red de distribución de agente por medio de boquillas fijas. Esto
se encuentra estandarizado por la Underwriters Laboratories, Inc. (UL/ULC).
El sistema es configurable para detección y actuación automática, así como para
el disparo manual a distancia. Hay equipos adicionales disponibles para la
conexión al cuadro de alarma de incendios del edificio, cierre y/o conexión
eléctricos, y dispositivos mecánicos o eléctricos para el cierre de suministro de
gas.
La parte de detección del sistema de supresión de incendios permite la detección
automática por medio de eslabones fusibles de aleación que se separan cuando la
114
temperatura supera la temperatura nominal del eslabón, permitiendo así la
actuación para poder liberar el agente supresor.
El sistema básico consiste en un conjunto de descarga regulada ANSUL
AUTOMAN que incluye un mecanismo de descarga regulada y una botella de
almacenamiento de agente líquido, ubicados en un solo armario. Se suministran
boquillas con tapones de protección contra grasa, detectores, cartuchos, agente
extintor, eslabones fusibles y codos de polea en paquetes independientes en las
cantidades necesarias para cada configuración de supresión de incendios.
El equipo adicional incluye una unidad de disparo manual a distancia, válvulas de
gas mecánicas y electromecánicas e interruptores eléctricos para el cierre
automático de equipos y del suministro de gas. Se pueden añadir accesorios como
alarmas, luces de aviso, etc. a las instalaciones que los requieran.
Se pueden utilizar botellas adicionales con sus equipos asociados en múltiples
configuraciones para la protección de riesgos más grandes.
5.3 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA.
5.3.1 AGENTE QUÍMICO HÚMEDO.
El agente extintor es una mezcla de sales orgánicas diseñado para una rápida
supresión de las llamas y de fuegos de grasa por medio de espuma. Está
disponible en envases de plástico con instrucciones para el manejo y uso del
agente químico líquido.
5.3.2 BOTELLA DE AGENTE.
La botella de agente está instalada en un armario de acero inoxidable o sobre un
soporte de pared. La botella está fabricada de acero inoxidable.
115
5.3.3 MECANISMO DE DESCARGA REGULADA.
El mecanismo de descarga regulada es un dispositivo con resorte de tipo
mecánico/neumático capaz de proporcionar gas impulsor a una, dos o tres botellas
de agente en función de la capacidad del cartucho de gas utilizada. Contiene un
regulador ajustado en fábrica para funcionar a 110psi (7.6 bar), con un alivio
externo de aproximadamente 180 psi (12.4 bar). Tiene la capacidad de actuación
automática por medio de un sistema de detección con eslabones fusibles y
accionamiento manual a distancia por medio de una unidad de disparo manual.
El mecanismo de descarga regulada contiene un conjunto de descarga, un
regulador, una manguera de gas impulsor y la botella de agente extintor, ubicados
en un armario de acero inoxidable con tapa. El armario tiene agujeros ciegos para
tubos eléctricos de ½ pulgada. La tapa incorpora una abertura para un indicador
visual de estado. Es compatible con dispositivos mecánicos de cierre del
suministro de gas.
5.3.4 CONJUNTO DE ACTUADOR REGULADO.
Cuando se requieren más de dos botellas de agente extintor (tres botellas de 3.0
galones en determinadas aplicaciones), el actuador regulado está disponible para
suministrar gas impulsor a las botellas adicionales. Se conecta a la salida del
cartucho del mecanismo de descarga regulada, asegurando así la descarga
simultánea de agente extintor. Contiene un regulador ajustado en fábrica para
funcionar a 110 psi, con un alivio externo de aproximadamente 180 psi. Puede ser
de disparo automático utilizando presión del cartucho que forma parte del
mecanismo de descarga regulada.
El conjunto del actuador regulado contiene un actuador, un regulador, una
manguera de gas impulsor y una botella de agente extintor, ubicados en un
armario de acero inoxidable con tapa. Este armario tiene orificios ciegos para
permitir la instalación de la tubería de gas impulsor.
116
5.3.5 BOQUILLAS DE DESCARGA.
Cada boquilla de descarga se prueba y se suministra con el sistema R-102 para
una aplicación específica. La punta de las boquillas tiene estampada la
designación de número de flujo (1/2, 1, 2 ó 3). Todas las boquillas deben tener un
tapón de protección para impedir la acumulación de grasa de cocina en el orificio
de la boquilla.
5.3.6 MANGUERA DE DISTRIBUCIÓN DE AGENTE EXTINTOR.
Los aparatos de cocina fabricados con o apoyados sobre ruedecillas (ruedas o
rodillos) pueden incluir una manguera de distribución de agente extintor como un
componente del sistema de supresión. Esto permite que el aparato se pueda
mover por motivos de limpieza sin tener que desconectar la protección contra
incendios de la unidad. El conjunto de la manguera incluye un kit de cable de
restricción para limitar el movimiento del aparato dentro del alcance (longitud) de
la manguera flexible.
5.3.7 TUBO ELÉCTRICO FLEXIBLE.
El tubo flexible agiliza el montaje y facilita la instalación del cable por encima, por
debajo y alrededor de los obstáculos. El tubo flexible puede ser utilizado en
sustitución de, o junto con, el tubo eléctrico EMT normal.
El tubo flexible se puede utilizar sólo con la unidad de disparo manual a distancia
moldeada.
5.3.8 UNIDAD DE DISPARO MANUAL.
La unidad de disparo manual a distancia está fabricada de un material compuesto
moldeado de color rojo. El color rojo hace que la unidad sea fácilmente
identificable como dispositivo manual para el disparo del sistema de supresión de
incendios.
La unidad de disparo manual es compatible con el tubo flexible ANSUL.
117
CONCLUSIONES.
Hay algo que siempre se comenta en pláticas de seguridad, “la seguridad es
condición de trabajo”. Trabajar con las herramientas adecuadas y el correcto
equipo de seguridad es necesario, ya que con ello cuidamos de nuestra propia
seguridad. Sin embargo hay condiciones de riesgo en el trabajo que nosotros no
podemos controlar, existen altas presiones, temperaturas, fugas que no se pueden
predecir, agregando cambios meteorológicos que también pueden causar daño.
Por esta razón las normas de seguridad son bastante estrictas para los
trabajadores y para la empresa que ofrece los servicios. En este caso nos
concentramos en el sistema de detección y supresión de gas y fuego, el más
importante en una plataforma habitacional, en caso de emergencia este tiene que
actuar de forma inmediata y sin errores, ya que de ello depende la seguridad de
muchos trabajadores.
Para lograr esto, es necesario invertir en seguridad, los sistemas de control,
detectores, alarmas y todos los elementos que conforman un sistema de
seguridad son importantes, al momento del diseño del sistema deben tomarse en
cuenta varios parámetros, como las condiciones normales de operación que en
algunas ocasiones son extremas, el período de vida, funcionalidad y que sean
compatibles con todos los demás elementos. Además en este tipo de sistemas es
necesario tener un respaldo, es decir cada detector debe tener sensores de
repuesto para no dejar ningún área desprotegida, todos los equipos tienen un
respaldo de alimentación por medio de baterías, las bombas del sistema contra
incendio actúan una como principal y otra como respaldo y cada una tiene dos
tipos de arranque, eléctrico y neumático para poder actuar en el momento
necesario de forma segura. Todo esto es con el fin de evitar los desastres que aún
así ocurren.
118
Hay organizaciones que se dedican a estudiar estos casos, analizando cada
riesgo y buscando la forma de evitarlo, nada de esto sirve si no se siguen las
reglas establecidas. Estándares como la NFPA y las normas NRF de PEMEX
siguen trabajando buscando mejores condiciones para trabajadores e
instalaciones.
El objetivo del trabajo es dar a conocer los elementos que conforman un sistema
de seguridad de este tipo, su descripción y funcionamiento, además se da a
conocer normas que se deben seguir para la instalación de los elementos y lo más
importante es que al leer este documento, viendo las imágenes y leyendo algunas
de las líneas se puede entender y conocer cómo funcionan las cosas dentro del
aspecto laboral industrial.
119
120
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combustible gas sensor. Minneapolis, Minnesota USA.
Detector electronics corporation (USA). 2009. Specification data: pointwatch
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121
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fuego, seguridad industrial. Revisión no. 1. Tampico Tamaulipas, México.
Dragados offshore (México). 2010. Filosofía de operación del sistema de
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Marinette Wisconsin, USA.
122
GLOSARIO
GAS TÓXICO H2S (ÁCIDO SULFHÍDRICO).
El sulfuro de hidrógeno, denominado ácido sulfhídrico en disolución acuosa, es un
ácido inorgánico de fórmula H2S. Este gas, más pesado que el aire, es inflamable,
incoloro, tóxico y su olor es el de la materia orgánica en descomposición,, como
los huevos podridos. A pesar de ello, desempeña en el organismo del ser humano
funciones esenciales.
El ácido sulfhídrico se encuentra naturalmente en el petróleo crudo, gas natural,
gases volcánicos y manantiales de aguas termales. También se puede encontrar
en aguas pantanosas, lagunas o aguas estancadas, desagües, estanques de
harina o aceite de pescado, barcos pesqueros y alcantarillados.
El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo para la salud, bastan 20-50 ppm en
el aire para causar un malestar agudo que lleva a la sofocación y la muerte por
sobre exposición. A partir de las 50ppm tiene un efecto narcotizante sobre las
células receptoras del olfato y las personas afectadas ya no perciben el hedor. A
partir de las 100ppm se puede producir la muerte. Como la densidad del ácido es
mayor que la del aire, se suele acumular en lugares bajos como pozos, etc. donde
puede causar víctimas. A menudo se producen varios afectados, una primera
víctima se cae inconsciente y luego son afectados también todos los demás que
van en su rescate sin el equipo de protección necesario.
GAS COMBUSTIBLE (GAS AMARGO).
Un gas combustible es un gas que se utiliza como combustible para producir
energía térmica mediante un proceso de combustión.
123
El gas amargo se denomina de esa forma por contener cantidades significativas
de ácido sulfhídrico. El gas amargo se trata usualmente con trietanolamina para
remover los elementos indeseables.
GAS HIDRÓGENO.
El gas hidrógeno se obtiene a partir de la electrólisis del agua invirtiendo energía
eléctrica, o a partir del gas natural. Es un vector energético y no una fuente de
energía primaria. Puede llegar a ser utilizado en el futuro como gas combustible
con una mejora de la tecnología.
UNIDAD MANEJADORA DE AIRE.
Una unidad manejadora de aire (UMA) o climatizador es un aparato de
acondicionamiento de aire que se ocupa de mantener caudales de aire sometidos
a un régimen de temperatura preestablecida. También se encarga de mantener la
humedad dentro de valores apropiados, así como de filtrar el aire.
Por sí mismos no producen ni frío ni calor; este aporte les llega de fuentes
externas (caldera o maquinas frigoríficas) por tuberías de agua o gas refrigerante.
Puede, no obstante, haber un aporte propio de calor mediante resistencias
eléctricas de apoyo incorporadas en algunos equipos.
Consta de una entrada de aire exterior, un filtro, un ventilador, uno o dos
intercambiadores de frío/calor, un separador de gotas (para verano) y un
humidificador (para invierno).
La unidad manejadora de aire es capaz de velar por los tres parámetros
elementales de la del aire acondicionado que se resumen en: bajo nivel de
partículas en suspensión, humedad relativa bajo control y temperatura de confort.
El objetivo de la UMA es suministrar un gran caudal de aire acondicionado para
ser distribuido por una red de ductos a través de la instalación en la cual se
encontrará emplazada.
124
UNIDAD MANEJADORA DE AIRE DE PRECISIÓN (UMP).
Los sistemas de precisión son esencialmente diseñados para proporcionar un
acondicionamiento adecuado y satisfacer la psicometría del aire, la carga térmica
y características técnicas requeridas de acuerdo a las condiciones de diseño
interior y exterior para filtración, renovación de aire y presurización de cuartos de
control, subestaciones eléctricas, de equipo de cómputo y otros tipos de equipos
digitales que requieren un determinado conjunto de características en cuanto a
control preciso del porcentaje de humedad relativa, así como de temperatura.
NFPA (National Fire Protection Association).
La NFPA es una organización sin fines de lucro, establecida en 1896, su misión es
reducir el número de incendios y otros riesgos en contra de la vida a nivel mundial,
proporcionando códigos, normas, investigación, formación y educación.
Esta asociación es la principal defensora mundial de la prevención de incendios y
una fuente autorizada en seguridad pública, la NFPA desarrolla, publica y
distribuye más de 300 códigos de consenso y normas destinadas a minimizar la
posibilidad y efectos de los incendios y otros riesgos.
El número de miembros en la NFPA asciende a más de 70.000 personas en todo
el mundo.
PROTOCOLO INDUSTRIAL MODBUS.
Modbus es un protocolo de comunicaciones basado en la arquitectura
maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama
de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de
comunicaciones estándar de facto en la industria es el que goza de mayor
disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las
razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de
comunicaciones son:
125
1. Es público.
2. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo.
3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones.
Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de
medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador.
Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una
unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos. Existen
versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).
REDES 802.3
La IEEE 802. 3 define un estándar el cual incluye el formato del paquete de datos
para EtherNet, el cableado a usar y el máximo de distancia alcanzable para este
tipo de redes. Describe una LAN usando una topología de bus, con un método de
acceso al medio llamado CSMA/CD y un cableado coaxial de banda base de 50
ohms capaz de manejar datos a una velocidad de 10 Mbs.
NORMAS NEMA E IP.
Los equipos diseñados para trabajo en ambientes hostiles deben cumplir con
ciertos estándares que aseguren su robustez y permitan a la gente saber hasta
dónde pueden llegar en su utilización. Para saber si un equipo, tal como una
terminal portátil, un indicador de peso, un lector de código de barras o un monitor
son los adecuados para una aplicación que funcionará bajo condiciones extremas,
es necesario revisar sus especificaciones mecánicas, donde generalmente
encontraremos grados IP, NEMA o IEC.
NEMA 4. Sellado contra el agua y polvo. Los gabinetes tipo 4 están diseñados
especialmente para su uso en interiores y exteriores, protegiendo el equipo contra
salpicaduras de agua, filtraciones de agua, agua que caiga sobre ellos y
condensación externa severa. Son resistentes al granizo pero no a prueba de
126
granizo (hielo). Deben tener ejes para conductos para conexión sellada contra
agua a la entrada de los conductos y medios de montaje externos a la cavidad
para el equipo.
NEMA 4X. Sellado contra agua y resistente a la corrosión. Los gabinetes tipo 4X
tienen las mismas características que los tipo 4, además de ser resistentes a la
corrosión.
IP (Ingress Protection). El sistema de clasificación IP proporciona un medio de
clasificar el grado de protección de sólidos (como polvo) y líquidos (como agua)
que el equipo eléctrico y gabinetes deben reunir. Por ejemplo IP66 indica que este
equipo está totalmente protegido contra el polvo y contra fuertes chorros de agua
en todas las direcciones.
PROTOCOLO HART.
El protocolo HART (Highway-Addressable-Remote-Transducer) agrupa la
información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 mA CD. La señal
digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los
dígitos 1 y 0 respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidal que
se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA. Como se muestra en la figura 1.
Figura 3 Señal de transmisión con protocolo HART.
127
Como la señal promedio de una onda sinusoidal es cero, no se añade ninguna
componente DC a la señal analógica de 4-20 mA., lo que permite continuar
utilizando la variación analógica para el control del proceso.
ARCO ELÉCTRICO.
Es la descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una
diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa
enrarecida, normalmente a baja presión, o al aire libre.
Para iniciar un arco se ponen en contacto, brevemente, los extremos de dos
electrodos, usualmente en forma de lápiz, por lo general de grafito, y se hace
pasar una corriente intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta corriente
provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, al separarse los
electrodos, se forma entre ellos una descarga luminosa similar a una llama.
La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al
positivo, pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido
opuesto. El choque de los iones genera un calor intenso en los electrodos,
calentándose más el electrodo positivo debido a que los electrones que golpean
contra él tienen mayor energía total.
En un arco abierto al aire a presión normal el electrodo positivo alcanza una
temperatura de 3.500 grados Celsius. Durante el tiempo de la descarga se
produce una luminosidad muy intensa y un gran desprendimiento de calor. Ambos
fenómenos, en caso de ser accidentales, pueden ser sumamente destructivos,
como ocurre con la perforación de aisladores en las líneas de transporte de
energía eléctrica en alta tensión o de los aislantes de conductores y otros
elementos eléctricos o electrónicos.
128
LOWER FLAMMABLE LIMIT (LFL).
Los gases combustibles mezclados con el aire pueden quemarse en un amplio
rango de concentraciones. Para cada uno de estos gases hay una concentración
mínima específica por encima de la cual una fuente de ignición puede causar una
explosión o una propagación de flama. A este límite se le llama LFL (LOWER
FLAMMABLE LIMIT), el más bajo nivel de inflamabilidad, en algunos casos es
llamado también LEL (LOWER EXPLOSIVE LIMIT), más bajo nivel de
explosividad.
PUENTE WHEATSTONE.
Un puente de Wheatstone Se utiliza para medir resistencias desconocidas
mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro
resistencias que forman un circuito cerrado, como se muestra en la figura 2,
siendo una de ellas la resistencia bajo medida.
Figura 4. Elementos que conforman el puente Wheatstone.
En la figura 2 vemos que, Rx es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R1,
R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es
ajustable. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual
a la relación de las dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos
puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos
puntos C y B.
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Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar
el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran
precisión mediante el galvanómetro V.
La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R2 es demasiado
alta o demasiado baja. El valor de la F.E.M. (E) del generador es indiferente y no
afecta a la medida.
Cuando el puente está construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1
en condición de equilibrio.(corriente nula por el galvanómetro).
Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que:
Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx
puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor
de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del
galvanómetro.
De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es
ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para
calcular el valor de Rx siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero
la corriente a través del medidor.
