UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

ZONA POZA RICA-TUXPAN

TESINA “DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA”

PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA

PRESENTAN: ASIAIN SANTIAGO JOSE CARLOS RODRIGUEZ PEREZ ESTEBAN RODRIGO

POZA RICA DE HGO., VER

2004

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CONTENIDO CAPITULO I Introducción Justificación Naturaleza, sentido y alcance de trabajo Enunciación del tema Explicaciones de la estructura del trabajo

1 1 2 3 4

CAPITULO II Desarrollo del tema Planteamiento del tema de la investigación Marco contextual Marco teórico 1.0 BASES GENERALES DE DISEÑO 1.1 Sistemas de bombeo de agua y red contraincendio 1.2 Normas, códigos y estándares 1.3 Sistema de bombeo 1.4 Red de agua contraincendio 1.5 Elementos complementarios 1.6 Especificaciones de tuberías y accesorios 1.7 Protección anticorrosiva 1.8 Instalación eléctrica 1.9 Almacenamiento de agua contraincendio

8 9 10 12 12 12 15 17 24 38 42 45 51 52

2.0 CALCULO DE PROTECCIÓN CONTRAINCENDIO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS 2.1 Bases de diseño 2.2 Bases de cálculo 2.3 Agua para enfriamiento

53 53 54 60

3.0 SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA CONTRAINCENDIO 3.1 Clasificación de las bombas 3.2 Conceptos básicos para el análisis y selección de una bomba 3.3 Pruebas de las bombas 3.4 Selección de la bomba contraincendio 3.5 Accionadores de las bombas contraincendio

63 63 65 82 83 110

4.0 RED DE AGUA CONTRAINCENDIO 4.1 Criterios de diseño 4.2 Diámetro mínimo de redes contraincendio 4.3 Formación de anillos 4.4 Selección de tuberías 4.5 Número máximo de elementos complementarios 4.6 Calculo de la vida útil de la tubería Análisis críticos de los diferentes enfoques CAPITULO III Conclusiones Bibliografía Apéndices

112 112 114 114 139 139 142 144 145 146 147 4

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INTRODUCCION JUSTIFICACIÓN Cada estación de rebombeo debe contar con una red de agua contraincendio, para usarse en caso de siniestro, la función principal de la red es proporcionar el agua suficiente en cada punto que se requiera, con una presión adecuada para poder combatir un incendio. Cuando estas características no se cumplen es imposible contar con un buen servicio en la estación, por lo consiguiente quedaría vulnerable el tiempo que tarde fuera de servicio la red, esto quiere decir que el sistema de bombeo no proporciona la presión adecuada en los puntos de salida a la cual están conectados los hidrantes, en ocasiones la falta de mantenimiento o la mala selección de las bombas son factores indispensable para el mal funcionamiento del sistema de bombeo. En nuestro caso la Estación la Ceiba cuenta con bombas que no proporcionan la presión necesaria en la salida de los hidrantes ya que al accionarlos la depresión es considerablemente baja y eso hace que al ocurrir algún siniestro el suministro de agua no alcance a distribuirse en toda la red, al igual que las tuberías con las que cuenta no son las adecuadas de acuerdo a las normas pues es de un diámetro que no nos proporcionará el agua suficiente a nuestra red. La instalación con la que cuenta a quedado obsoleta, las nuevas normas de Pemex-Refinación han sustituido a las anteriores, es por eso que es necesario un nuevo diseño con las normas actualizadas para un buen desempeño y tenerlo actualizado. La necesidad de tener protegida esta estación es por la ubicación que tiene ya que se encuentra retirada y no tiene un acceso adecuado, también es importante ya que almacena crudo y gasolinas todos los días, por lo que no debe quedar desprotegida Las máquinas que realizan el bombeo de crudo y gasolinas también están expuestas por su operación constante a tener alguna falla que ocasionen algún incendio, esto es señal que de ninguna manera ya sea por el almacenamiento o por el equipo dinámico se quede sin protección la estación. Por estas razones se debe contar con una red contraincendio diseñada adecuadamente para que el fluido se distribuya en toda la red, así la presión y el gasto en cada salida deberá ser el mismo ya sea por los hidrantes o aspersores.

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NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO El trabajo que se realiza es el diseño de una red de agua contraincendio situado en la estación la Ceiba, es por eso que la modalidad es una tesina, la investigación para su desarrollo se efectuó en libros, Normas de Pemex-refinación y por Internet, toda la información se recopilo conforme a lo que se necesitaba para nuestro diseño. Como es un diseño para Pemex-Refinación nos basamos en sus normas actualizadas para la construcción de la red contraincendio, esto nos lleva a seguir el procedimiento que este indique. Esta será la base con la que contaremos para poder llevar a cabo nuestro trabajo, como nuestra investigación abarca lo que es mecánica de fluidos buscamos por los medios que mencionamos antes para ampliar nuestra información. El calculo que haremos solo consistirá especialmente en la red contraincendio, en su sistema de bombeo y almacenaje de agua, la presión necesaria a la salida de cada hidrante al igual que en los aspersores, la tubería que se usará para formar anillos, la velocidad con la que viajará el agua en el interior, también mencionaremos el tiempo máximo que dure la red en operación que es de 4 horas como máximo, esto se hace con el fin de dar tiempo a que llegue ayuda en caso de que el siniestro se salga de control en la Estación. No incluiremos el mantenimiento del equipo de bombeo, ni de la instalación eléctrica del centro de trabajo. El objetivo de este trabajo es solo y específicamente en relación con la red contraincendio, tampoco mencionaremos en donde se apoyará dicha red, pues no es razón de estudio al igual que los soportes de las bombas que se utilizarán.

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ENUNCIACION DEL TEMA La red que se diseñara proporcionará un caudal necesario para en caso de siniestro esta dure hasta 4 horas como tiempo máximo sin interrupciones, con una presión igual en cada punto de salida que en este caso son los hidrantes que es de 7 kg/cm2, el almacenamiento de agua será en tanques atmosféricos diseñados con la capacidad para que duren el tiempo mencionado, el fluido con el que se abastecerá será de un río cercano a la Estación. Actualmente las normas de Pemex-Refinación han presentado cambios para el diseño de la red contraincendio, anteriormente estas se construirán de forma subterránea, ahora son visibles, es por eso que el diseño debe ser conforme a la nuevas Normas, por consiguiente al seguir el procedimiento se tendrá una mayor seguridad en las instalaciones. La tubería con el que contaremos será del diámetro requerido por la norma para que el líquido pueda fluir con una velocidad adecuada y con el gasto necesario para que pueda llegar en toda la red con la cantidad requerida. Para que el fluido llegue a los hidrantes no basta contar con la tubería adecuada, también es indispensable un buen equipo de bombeo, por esta razón se debe de realizar un cálculo detallado para tener una mejor selección que pueda proporcionar el gasto y la presión a la cual está diseñada la red, de no ser así, se corre el riesgo de quedarse sin suministro suficiente de agua en toda la red y quedar desprotegido durante algún incendio de riesgo mayor.

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EXPLICACIONES DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO La red de agua contraincendio consta de anillos, el cual es un circuito cerrado de tuberías destinado a la distribución de agua, que lleva a cabo la protección en zonas e instalaciones para la mitigación de riesgos específicos, también cuenta con hidrantes que son dispositivos de salida de agua integrado a la red con una o dos tomas para conectar mangueras, a diferencia del hidrante-monitor que presenta una boquilla para dirigir en chorro de agua compacto o en forma de neblina, con mecanismos que permiten girar la posición de la boquilla 120° en el plano vertical y 360° en el plano horizontal, pudiéndose mantener estable en la posición seleccionada, otro accesorio son las válvulas de seccionamiento estos dispositivos nos sirven para seccionar nuestra red con fines de reparación o mantenimiento a nuestras tuberías, deben estar colocados estratégicamente para aislar tramos de tubería sin dejar de proteger ninguna de las áreas o equipos que lo requieran. Así como en toda red que transporta algún fluido que en este caso es agua dulce se le debe proteger contra la corrosión que pudiera existir en el exterior de las tuberías ya que la red que se está diseñando será aérea. Todos estos requisitos que se toman para la red de contra incendio son de la Norma “Normas para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio” con el número de documento DG-GPASI-SI-3610, el cual nos guiará a estar dentro de las especificaciones estipuladas por este documento. Para que nuestra red tenga la cantidad necesaria de agua debe determinarse en función del requerimiento total de agua que demande la protección de la instalación que represente el riesgo mayor de un centro de trabajo y del tiempo de aplicación de agua. Este abastecimiento debe ser suficiente para combatir ininterrumpidamente el incendio del riesgo mayor, durante un mínimo de 4 horas. Para el servicio de contraincendio, debe preferirse el agua limpia y dulce. Sin esto no es posible, sin embargo es aceptable el uso de cualquier tipo de agua siempre y cuando se encuentre libre de hidrocarburos. La fuente de abastecimiento podrá ser primaria (como el mar, lagos, ríos), secundaria (como pozos y servicios municipales) o terciaria (como sistemas de tratamiento y/o recuperación de afluentes). El almacenamiento de agua contraincendio se determinará en función del requerimiento total de agua que demanda la protección de la instalación que represente el riesgo mayor de un centro de trabajo y del tiempo de aplicación del agua. Lo cual se deberá realizar basado en los cálculos de las necesidades, esta capacidad de almacenamiento debe ser suficiente para combatir sin interrupciones el área de riesgo mayor, durante un mínimo de cuatro horas. 4

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El requerimiento total de agua contraincendio, es el mayor volumen de agua que se necesita en el centro de trabajo para combatir el siniestro, el cual resulta de sumar las cantidades de agua que se van a ocupar. El diseño de los tanques atmosféricos se realizará bajo el siguiente criterio: a) El volumen requerido de agua, el cual se realizará en dos tanques atmosféricos y una cisterna para la alimentación de las bombas a la red. El diseño de las cisternas se realizará de acuerdo al volumen calculado, espacio en la estación y distribución de las bombas de alimentación a la red. b) El diseño de los tanques atmosféricos será de dos unidades de almacenamiento de iguales medidas los cuales tendrán la misma capacidad, serán calculados de acuerdo a las necesidades de la red y uso de agua en la cisterna y una entrada superior para el llenado total de la misma, el diámetro de la tubería se calculará al tiempo de vaciado de la cisterna. La línea de abastecimiento a la cisterna será la misma que se ocupará para el llenado de los tanques atmosféricos los cuales estarán seccionalizados estratégicamente para la dirección del fluido mediante válvulas de compuerta. Bajo estos criterios se elaborará tanto tanques como la cisterna teniendo siempre un volumen mayor que el requerido como factor de seguridad. El sistema de bombeo para servicio de contraincendio, debe proporcionar el agua en la cantidad y presión suficiente para cubrir los requerimientos totales de agua que demande el riesgo mayor estimado en el centro de trabajo, este equipo debe estar instalado en casetas o cobertizos localizados en lugares estratégicos que sean susceptibles a sufrir algún daño en incendios o cualquier otra emergencia, también es necesario que el suministro de energía eléctrica de las bombas sea independiente de los demás servicios de trabajo. La clasificación de las bombas se hará de acuerdo a varias características, cabe mencionar que los conceptos básicos y fundamentales empleadas para el calculo de este equipo se mencionarán brevemente para la mayor compresión de nuestro sistema de red contraincendio como son la presión que debe tener de acuerdo a la Norma empleada de Pemex-refinación en el diseño, al igual que la velocidad en la que va a viajar, el caudal con el que debe contar para la distribución en nuestros anillos y nos ayude a satisfacer la necesidad de agua. Al equipo de bombeo se le debe hacer algunas pruebas las cuales son cada año para mantener en buenas condiciones para en caso de requerirlas y no sufran alguna falla durante su operación y causen algún paro durante un siniestro. En base a cálculos y las necesidades que debe tener la instalación a proteger se realizará la selección de las bombas necesarias para satisfacer la demanda requerida 5

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así como sus accionadores, el cual le ayudará a la bomba a impulsar el fluido en todos los anillos, estos pueden ser eléctricos o de combustión interna, la cantidad de uno o del otro lo especificará la Norma que se esté utilizando. La red de distribución de agua contraincendio es un conjunto de tuberías formando anillos o circuitos, diseñados para conducir exclusivamente agua contraincendio a los puntos necesarios en los cuales se encuentran instalados los dispositivos para salida de agua tales como: hidrantes, monitores. La red estará seccionalizada para fines de mantenimiento o ampliación con válvulas localizadas estratégicamente para aislar tramos de tuberías sin dejar de proteger ninguna de las áreas o equipos que lo requieran. El número de hidrantes y monitores instalados de cada uno de los anillos de la red contraincendio será de doce como máximo. Los hidrantes son dispositivos para salida de agua contraincendio, constituidas por dos tomas para conectar mangueras de 63.5 mm (2 ½ plg) de diámetro; estarán diseñadas de manera que por cada una de las tomas de 63.5 mm de diámetro pueda proporcionarse como mínimo un gasto de 946 lpm (250 GPM). Los monitores optimizan el funcionamiento integral en la red contraincendio y racionalizan el uso de agua en el centro de trabajo, se usarán monitores que manejan volúmenes de agua de 1893 lpm (500 GPM) para la protección de tanques de almacenamiento de hidrocarburos. Para los diámetros utilizados en la red se diseñarán bajo los siguientes criterios: a) Como se trata de agua dulce, la velocidad máxima de flujo en tuberías de agua contraincendio debe ser de 4.57 m/seg, (15 ft/seg). b) La red de agua contraincendio debe estar diseñada para que, en condiciones de algún siniestro se disponga de agua en cualquier hidrante o monitor con una presión de 7 kg/cm2 (100 lb/plg2). Los materiales que se utilizan en la red de tuberías destinadas a conducir y distribuir agua contraincendio deberán satisfacer como mínimo las siguientes características: a) b) c) d)

Diámetro nominal Cedula Espesor de pared, Material.

Para el manejo de agua dulce, el espesor por corrosión que debe ser considerado para los diámetros especificados es de 1.65 mm (0.065 plg), el cual llevará

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un calculo de vida útil de la tubería. Con esto quedará concluido el diseño de la red contraincendio de la estación de rebombeo la Ceiba.

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DESARROLLO DEL TEMA Para abastecernos del agua suficiente se tomará de un río cercano a la estación, la cual nos proporcionará la cantidad necesaria para el abastecimiento en los tanques atmosféricos, para su uso en caso de siniestro. Se bombeará el líquido desde la bocatoma que es el lugar en donde se encuentra una bomba que es la que conduce el agua hacia los tanques pasando por la cisterna, mediante una tubería que permite que este tenga una velocidad considerable, su uso nos permitirá facilitar el transporte del fluido hacia los tanques atmosféricos e hidrantes, estos últimos son esenciales ya que son la salida para combatir algún incendio. Para no tener problemas de sólidos en nuestra red se pondrá una válvula con pichancha en la succión de la bomba que está colocada en la bocatoma esto es recomendable para que no obstruya el paso del líquido y tenga una mayor fluidez. Se deberá formar anillos en el área que se protegerá como son los tanques de crudo, el área de turbobombas y motobombas ya sea con aspersores o con hidrantesmonitores, la ventaja de usar los hidrantes monitores es su movilidad en forma horizontal que gira 360° y en la vertical 120°, los aspersores son indispensables pues el agua está directamente hacia las máquinas para que estas no sufran algún daño en caso de incendio, la compostura de este equipo es costoso, la importancia de protegerlos es con la finalidad de que la estación no se quede fuera de operación por falta de equipo dinámico. Como nuestra red de agua contraincendio estará visible se tendrá que proteger contra el medio ambiente, para esto es necesario que se le aplique pintura para prevenir la corrosión así evitaremos fugas y prolongaremos la vida útil , con esto mantendremos en buenas condiciones en caso de usarlo en algún siniestro.

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PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN La necesidad de tener en buenas condiciones la red de agua contraincendio es la de mantener seguro el centro de trabajo, en donde a diario se maneja crudo y gasolinas. Es por eso que se debe de contar con un buen diseño para que en caso de siniestro este opere sin mayor dificultad y satisfaga el suministro de fluido en el área a proteger. Para mantenerlo en operación constantemente en un mínimo de 4 horas basta con seguir las Normas de Pemex-Refinación, pues estas especifican detalladamente lo que se debe aplicar. Con anterioridad realizamos cálculos para apegarlos y poder seleccionar lo estipulado por dichas Normas ya i.e. al no cumplir estaremos cayendo en errores que provocarían un mal funcionamiento en nuestro diseño. El agua es indispensable en nuestra red, en donde la almacenaremos en tanques atmosféricos y en una cisterna, la cantidad necesaria a utilizar se basará en el tiempo que se menciono anteriormente, para mantener constante la operación de la red es necesario contar con un sistema de bombeo eficaz que proporcione un caudal suficiente en toda nuestra tubería, así tendremos en la salida de los hidrantes la cantidad de agua que se requiera para poder controlar el siniestro, estas máquinas deben proporcionar una presión que sea la misma en cualquier salida, en caso contrario no se podrá proteger el área de trabajo.

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MARCO CONTEXTUAL La Estación Ceiba se localiza en el KM 52+530 del oleoducto de 24” Ø que tiene su origen en la Central de Almacenamiento y Bombeo Poza Rica, su función es transportar petróleo crudo a diferentes ritmos de bombeo, estos programas se coordinan a través del Centro de Control Poza Rica y su destino final es la refinería de Salamanca, para tal efecto la Estación la Ceiba cuenta con equipo dinámico principal y auxiliar que a continuación se menciona: Cuenta con una turbina Ruston Modelo TB 5000 con una potencia de 500 HP, una turbina de gas Marca Solar Modelo Centauro con una capacidad de 3800 HP, dos bombas marca Bingham Modelo MSD de dos pasos y con una capacidad de 12000 bls/día. El equipo auxiliar con el que cuenta la estación es de una planta de emergencia de 440 volts, un moto compresor eléctrico, y uno de combustión interna. Con respecto a los poliductos la estación se localiza en el KM 52+852 del poliducto de 18”Ø, en el KM 51+809 del poliducto de 14” 157, que tiene su origen en la Central de Almacenamiento y Bombeo Poza Rica, su función es transportar las gasolinas a diferentes ritmos de bombeo, el destino final que tiene este producto es la refinería de Tula. Para tal efecto la Estación cuenta con el siguiente equipo para tal operación: Cuenta con tres turbinas de gas Marca Solar Modelo Centauro con una potencia de 3800 HP, tres Bombas Marca Bingham Modelo MSD de dos pasos y con una capacidad de 120000 bls/día, este equipo es solo para el poliducto de 18” Ø. En el poliducto de 14”Ø cuenta con cuatro bombas Marca Bingham Modelo MSD de dos pasos con una capacidad de 120 000bls/día. Impulsadas por motores Marca General Electric Modelo SK26349AGI con una potencia de 700 HP, La siguiente figura nos muestra la localización de la Estación Ceiba y la instalación con la que cuenta así como su red que tiene actualmente.

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Esta figura nos muestra la localización de la estación Ceiba, como se ve el producto que recibe para transportarlo hasta las refinerías de Salamanca y Tula las recibe de la Central de Almacenamiento de Poza Rica.

Como se observa ubicamos la estación Ceiba en el plano, esta se encuentra en el Estado de Puebla, la distancia que hay entre Poza Rica y la Estación es aproximadamente unos 60 KM, y a 70 KM de Huahuchinango en donde se encuentra el Sector Catalina. En la figura siguiente mostramos la Estación de rebombeo la Ceiba, con instalaciones completas así como su red contraincendio con la que cuenta actualmente.

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CAPITULO II

En la figura se muestra la instalación completa de Estación de rebombeo la Ceiba

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MARCO TEORICO 1.0 BASES GENERALES DE DISEÑO 1.1 SISTEMAS DE AGUA Y RED CONTRAINCENDIO Un sistema contraincendio está constituido por equipos de bombeo, red de tuberías con hidrantes, monitores y aspersores para proporcionar agua y/o espuma. Esta red de distribución presenta la ventaja de no interrumpir el suministro, aun cuando este en reparación. (2) 1.1.1 EL AGUA COMO AGENTE EXTINTOR DEL FUEGO El agua es el agente de extinción más comúnmente empleado en incendios pequeños, medianos y de grandes proporciones, esto se debe a: su fácil manejo, transporte y almacenaje, así como la abundancia de fuentes de abastecimiento; por su acción extintora se usa para: a) b) c) d)

Enfriamiento Sofocación Emulsificación Dilución

1.1.1.1. EXTINCIÓN POR ENFRIAMIENTO El agua absorbe la mayor parte del calor del incendio cuando ésta se convierte en vapor, siendo su aplicación más eficaz en forma de gotas pequeñas, que son de 0.3 a 1.0 mm de diámetro. La cantidad requerida para extinguir un incendio dependerá de que tan caliente se encuentre el área incendiada, por lo que la rapidez de extinción del fuego dependerá de la cantidad de agua que se aplique. (2) El agua como agente para enfriamiento se utiliza para: a) Detener la liberación de vapores de la superficie de un líquido con la temperatura de vaporización, logrando la extinción del fuego. b) Proteger al personal de la acción del calor radiante de ataque al fuego. c) Protección de superficies expuestas a la flama (si la superficie incendiada se calienta a más de 100 °C resulta más efectiva.

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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1.1.1.2. EXTINCIÓN POR SOFOCACIÓN Al lanzar agua a un incendio, se produce vapor de agua que desplaza al aire sofocando el incendio por la falta de oxigeno. 1.1.1.3 EXTINCIÓN POR EMULSIONAMIENTO. Este método se efectúa agitando líquidos inmiscibles con lo cual uno de ellos se dispersa en el interior del mas denso en forma de minúsculas gotas, se logra la extinción de ciertos líquidos viscosos inflamables mediante la aplicación de agua pulverizada. 1.1.1.4 EXTINCIÓN POR DILUCIÓN Los fuegos de materias inflamables hidrosolubles pueden apagarse por dilución. La adición de agua para lograrlo no es práctica frecuente cuando se trata de grandes depósitos. 1.1.2 USOS Y LIMITACIONES DEL AGUA Las propiedades físicas que contribuyen para hacer del agua un agente extintor son las siguientes: o En condiciones normales de presión y temperatura es un líquido estable. o Incrementa su volumen 1700 veces al pasar del estado líquido a vapor, desplazando un volumen igual de aire. Con el suministro de agua en forma de chorro directo se obtiene un alcance mayor, pero aplicada en forma de niebla incrementa su poder de enfriamiento y extinción. Los medios más comunes de aplicación se realizan a través de: a) b) c) d)

Hidrantes Monitores Sistemas de aspersión Camiones de contraincendio

Estos medios se explicaran detalladamente mas adelante en el capítulo 1.5, con lo que se refiere a los sistemas de bombeo y red contraincendio las bombas que se emplean para alimentar la red de agua deben ser las más adecuadas según el tipo de instalación que se disponga. En el capitulo 1.3 se puntualizará lo referente a dichas bombas. (2)

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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1.2 NORMAS, CODIGOS Y ESTANDARES 1.2.1 OBJETIVO El objetivo de este capitulo es definir los criterios de seguridad y las especificaciones de materiales y equipos que deben ser considerados en el diseño, construcción y equipamiento de redes de agua contraincendio, destinadas a la protección de centros de trabajo de PEMEX-REFINACION. (3) 1.2.2 ALCANCE El presente documento describe los requisitos mínimos de seguridad que deben cumplirse en el diseño y construcción de redes de agua contraincendio, así como las especificaciones de materiales, accesorios y equipos que deben ser utilizados en cada una de las partes fundamentales de dichos sistemas. (3) Esta norma cancela o sustituye parcial o totalmente los documentos normativos que a continuación se enlistan, en los párrafos que corresponden al diseño, construcción y equipamiento de redes de agua contraincendio, así como a los que se refieren a las especificaciones de materiales, de accesorios y de equipos que forman parte de dichos sistemas. (3) 

Norma NO.01.2.01. (AI-1).-

“Protección contraincendio de las Instalaciones de proceso”

(Substitución parcial) (Substituye a todo el capitulo 1) 

Norma NO.01.3.02.- (AII-1).-

“Protección contraincendio de las terminales para distribución de productos y unidades de mezcla y envasado”

(substitución parcial) (substituye a todo el capitulo 1) 

“Datos de contraincendio y seguridad que deben incluirse en los planos de proyectos para construcción de terminales de recibo y distribución” (substitución parcial) (substituye a todo el capitulo 6) Norma NO.01.3.06.- (AII-5).-

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 15

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

Norma NO.01.0.09.-(AVII-1).-

“Materiales para tubería de agua contraincendio”

(substitución total)



Norma NO.01.0.26.-

(substitución total)  Norma 2.431.01 (S.P.C.O.).de

“Requisitos generales para el Proyecto, construcción y equipamiento De las redes de agua contraincendio” “Sistemas para agua de servicio Contraincendio”

(substitución total) 

Especificación “T-9B” de norma

“ K-101 de la gerencia de Ingeniería de proyecto”

(substitución total) 

Especificación GPEI-SI-3600.-

“Especificaciones para las protecciones contraincendio en tanques de almacenamiento de productos inflamables y combustibles, de la subdirección de transformación industrial”

(substitución parcial) (substituye a los incisos B-3; B-3.1; B-3.5; B-3.6; B-3.7; B-3.7.1; B-3.7.2; B-3.7.3) Para tener un buen desempeño debemos apegarnos a las normas que nos permitan realizar los cálculos correctos de acuerdo a lo que está estipulado, esto nos servirá para orientarnos y no caer en errores en nuestro trabajo de los cuales tendríamos una mala operación de la red contraincendio. 1.2.3 AMBITO DE APLICACIÓN Los lineamientos contenidos en las Normas, son de aplicación general y obligatoria para todos los centros de trabajo de PEMEX Refinación que se encuentre en las fases de proyecto y construcción de nuevas instalaciones, así como la ampliación, modificación o reconstrucción de instalaciones ya existentes. (3) Las normas que emplearemos para establecer las condiciones de diseño de la red contraincendio así como para la selección de las bombas son las normas DGGPASI-SI-3610 y la norma DG-GPASI-SI-3611 las cuales señalan las principales condiciones de seguridad y diseño de las normas que anteriormente señalamos (3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996

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1.3 SISTEMA DE BOMBEO El sistema de bombeo para el servicio de contraincendio, nos debe proporcionar el agua en la cantidad y presión suficientes para cubrir los requerimientos totales de agua que demande el riesgo mayor estimado en el centro de trabajo. (3) Además el suministro de energía eléctrica a las bombas de agua contraincendio, deberá tomarse de un circuito eléctrico independiente de los demás servicios del centro de trabajo. Todo sistema de bombeo debe considerarse como un conjunto, o sea, como una sola unidad. A cada bomba corresponde un motor específico recomendado por el fabricante, cuyas especificaciones y características de diseño deben ser respetadas. Para el caso de bombas horizontales, la bomba y el motor deben estar fijos a una base común de acero, a fin de asegurar un alineamiento adecuado que evite el calentamiento de cojinetes, desgaste prematuro de chumaceras, roturas de flechas, perdida de eficiencia en las bombas, etc. La base de acero debe colocarse sobre una cimentación de concreto reforzado, incluyendo el anclaje ahogado en la propia cimentación, o bien, sobre una estructura de acero. (3) Estas bombas deben caracterizarse por el fácil acceso a sus partes de trabajo, debiendo ser de construcción robusta, con pasajes amplios para el acceso de agua fabricados con materiales resistentes a la corrosión. Todas las tuberías deben estar soportadas de manera que no transmitan esfuerzos a la carcaza de la bomba; por ello, debe evitarse la conexión de tuberías a la bomba hasta que ésta se encuentre debidamente instalada. (3) El arreglo entre la bomba y la tubería de succión, debe efectuarse de tal forma que exista espacio suficiente para facilitar la operación y el mantenimiento de los equipos. La figura 1.1 muestra la curva característica de comportamiento de las bombas de agua contraincendio, debe ser de altura piezométrica plana de manera que a gasto nulo (válvula de descarga cerrada), la presión de descarga no exceda del 140 % de la presión de descarga nominal, así como que para un gasto del 150%, la presión de descarga no sea menor del 65% de la presión de descarga nominal.

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 17

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Figura 1.1. curvas características de las bombas (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Cuando el tamaño de la red contraincendio lo haga necesario, podrán instalarse varios equipos de bombeo con diferentes puntos de inyección a dicho sistema. El tamaño de cada una de las bombas de agua contraincendio deberá ser tal, que se facilite la operación y el mantenimiento de dichos equipos; por esta razón no deben adquirirse bombas mayores de 9,462 lpm (2,500 gpm), sino que en su lugar, conviene instalar un grupo de dos o más bombas cuya operación simultanea pueda proporcionar el gasto total requerido. (3) Todas las bombas deberán tener una placa metálica colocada en un lugar visible, en donde se señalen sus características principales de gasto y presión nominales. Las bombas contraincendio deben tener como mínimo los dispositivos siguientes:  

Manómetros con límites de presión adecuados a los de operación de la bomba, tanto en la tubería de succión como en la de descarga. Válvula automática de flujo mínimo para recirculación de agua, calibrada al 10% por arriba del gasto mínimo recomendado por el fabricante, para evitar el sobrecalentamiento de la bomba cuando ésta trabaje a gasto nulo o pequeño. El diámetro de esta válvula será de 19.1 mm. (3/4 pulg.) para bombas de hasta 9,462 lpm. (2,500 gpm.). (3)

Excepción: Esta válvula no es necesaria en bombas accionadas con motor de combustión interna, cuya agua de enfriamiento se tome de la descarga de la bomba.

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996

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1.3.1 CRITERIOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD MINIMA REQUERIDA DE BOMBAS DE AGUA CONTRAINCENDIO DE RELEVO. Las bombas contraincendio principales, pueden ser accionadas por motor eléctrico o de combustión interna a Diesel, de forma tal que en caso de falla eléctrica, las bombas principales accionadas con motor de combustión interna, conjuntamente con las de relevo, puedan proporcionar el gasto total requerido. (3) Las bombas contraincendio de relevo deberán ser accionadas con motor de combustión interna. Cuando todas las bombas principales sean accionadas con motor de combustión interna a Diesel. Por cada bomba principal accionada con motor eléctrico deberá existir una de las mismas características accionada con motor de combustión interna. Cuando todas las bombas principales sean accionadas con motor de combustión interna a Diesel, se deberá contar como mínimo con una bomba de relevo de iguales características que la bomba principal de mayor capacidad. Por razones económicas y de confiabilidad en su funcionamiento, es recomendable que los equipos de bombeo principales de agua contraincendio, estén constituidos en su mayor parte por bombas accionadas por motor de combustión interna. Nota.- Estos criterios constituyen requisitos mínimos para la determinación del número de bombas de relevo, por lo que no deben considerarse como limitativos para la adquisición de un número mayor de dichos equipos, lo cual depende de las necesidades de protección del centro de trabajo afectado en base a los riesgos particulares de sus instalaciones, o al estado y antigüedad de los equipos de bombeo existentes. Algunas de las alternativas para la determinación de la cantidad de bombas contraincendio de relevo son:

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996

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NUMERO TOTAL DE BOMBAS ACCIONAMIENTO DE PRINCIPALES BOMBAS PRINCIPALES EREQUERIDAS 1 1 ELECTRICA 1 1 COMBUSTION INTERNA 1 ELECTRICA 2 1 COMBUSTION INTERNA 2 2 COMBUSTION INTERNA 2 2 ELECTRICAS 2 ELECTRICAS 3 1 COMBUSTION INTERNA 1 ELECTRICA 3 2 COMBUSTION INTERNA 3 3 COMBUSTION INTERNA 1 ELECTRICA 4 3 COMBUSTION INTERNA 2 ELECTRICAS 4 2 COMBUSTION INTERNA 3 ELECTRICAS 4 1 COMBUSTION INTERNA 4 4 COMBUSTION INTERNA

NUMERO TOTAL DE BOMBAS DE RELEVO REQUERIDAS 1 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 2 COMBUSTION INTERNA 2 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA 2 COMBUSTION INTERNA 3 COMBUSTION INTERNA 1 COMBUSTION INTERNA

Tabla 1.1. Muestra la cantidad requerida de bombas contraincendio tanto principales como de relevo (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

1.3.2 TUBERIA DE SUCCION El diámetro del cabezal de succión de una o varias bombas de agua contraincendio instaladas para operar simultáneamente, debe estar diseñado para conducir el 150% de la suma del gasto nominal de todas esas bombas en conjunto, a una velocidad de flujo que no exceda de 3.05 m/seg. (10 pies/seg.), en tanto que el diámetro de la tubería de succión de cada bomba en particular, debe permitir el manejo del 150% de la capacidad nominal de dicha bomba, también a una velocidad que no exceda de 3.05 m/seg. (10 pies/seg). (3) Cada una de las bombas de agua contraincendio, debe tener instalada en su tubería de succión una válvula de compuerta con vástago ascendente, así como otra de iguales características en el cabezal general de succión de todo el conjunto de bombas contraincendio, que se encuentre localizada junto al tanque de almacenamiento de agua para este servicio. No está permitido el uso de válvulas de mariposa en tuberías de succión. Cuando el abastecimiento de agua provenga de una fuente al descubierto (como ríos, presas, etc.), deberán instalarse rejillas a la bocatoma para impedir la penetración de cuerpos extraños en la tubería de succión. Su instalación deberá llegar por debajo del nivel mínimo de succión y serán dobles, con el fin de alternar se limpieza o reparación. (3)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996

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Para definir el arreglo de las tuberías de succión, deberán tomarse en consideración los siguientes conceptos:   

Evitar la formación de bolsas de aire. Evitar la formación de vórtice. Asegurar que se tenga la profundidad suficiente en el cárcamo, para garantizar que la tubería de succión siempre se encuentre por abajo del nivel mínimo establecido durante las operaciones de bombeo.

El tubo de succión debe ser tan corto y recto como sea posible entre la fuente de abastecimiento y la bomba, evitando codos, accesorios y verificando que las conexiones se encuentren perfectamente selladas. (3) El diámetro de la tubería de succión de la bomba, no debe ser menor al indicado en la tabla 1.2: CAPACIDAD NOMINAL DE LA BOMBA DIÁMETRO TUBERÍA DE SUCCION

L.P.S G.P.M. M.M. PULG.

16 250 102 4

31 500 152 6

47 750 203 8

63 1000 203 8

94 1500 254 10

126 2000 305 12

158 2500 305 12

Tabla 1.2 Diámetro de succión de la bomba de acuerdo a su gasto. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Cuando se requiera el uso de reducciones en las líneas de succión horizontales, éstas deben ser excéntricas, colocadas con la parte recta hacia arriba, como se muestra en la figura 1.2. (3)

. Figura 1.2. Reducción en las líneas de succión. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 21

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Para evitar fenómenos de cavitación, es indispensable comprobar durante el proceso de selección de una bomba contraincendio, que el valor del NPSH (Net Positive Suction Head) o carga neta positiva de succión disponible en las instalaciones de campo donde se vaya a colocar dicha bomba, sea mayor que el valor del NPSH requerido por la propia bomba. Este tema se verá mas detalladamente en el capitulo 3.2 acerca de la cavitación y el calculo del NPSH. Periódicamente, el agua contraincendio almacenada en tanques o presas debe ser renovada para evitar la acumulación de materia orgánica y/o sedimentos. 1.3.3 TUBERIA DE DESCARGA El diámetro de la tubería de descarga de las bombas de agua contraincendio, debe estar calculado para conducir el gasto nominal de la bomba, a una velocidad máxima de flujo de 4.57 m/seg. (15 pies/seg.). (3) El diámetro de la tubería de descarga de la bomba, no debe ser menor que el indicado en la tabla 1.3: CAPACIDAD NOMINAL DE LA BOMBA DIÁMETRO TUBERÍA DE SUCCION

L.P.S G.P.M. M.M. PULG.

16 250 76 3

31 500 102 4

47 750 152 6

63 1000 152 6

94 1500 203 8

126 2000 203 8

158 2500 203 8

Tabla 1.3. Diámetro de descarga de la bomba acuerdo a su gasto. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

En la tubería de descarga de cada bomba y en el sentido de flujo, debe instalarse una válvula de retención (check) seguida de una válvula de compuerta de vástago ascendente o de una válvula de mariposa de las características adecuadas. La tubería de descarga de cada una de las bombas, deberá estar diseñada de manera que no se vea afectada por esfuerzos producidos por la operación de las propias bombas y de sus accesorios, tales como vibración, apertura o cierre de válvulas, etc. (3)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 22

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1.3.4

BOMBAS DE MANTENIMIENTO DE PRESION (JOCKEY)

Con el objeto de mantener una presión constante y adecuada en la red de agua contraincendio, de manera que se disponga de un mínimo de 7 kg/cm² (100 lbs/pulg.²) en cualquier punto de la misma, así como para suministrar la cantidad de agua requerida para brindar la protección contraincendio durante trabajos de reparación o mantenimiento, sin que para ello sea necesario poner en funcionamiento las bombas principales de contraincendio, puede instalarse una bomba "Jockey" de mantenimiento de presión, accionada con motor eléctrico, con características de construcción semejantes a las de contraincendio y con la capacidad y presión de descarga que se señalan a continuación : Para refinerías y centros de trabajo de similares características, la bomba "Jockey" deberá tener una capacidad mínima de 946.20 lpm. (250 gpm.) y máxima de 1,890 lpm. (500 gpm). (3) En todo caso, las bombas "Jockey" deben tener una presión de descarga similar a la de las bombas contraincendio, instrumentadas con un paro automático que actúe cuando en la red contraincendio se registre una presión de un 30% por arriba de la presión de descarga nominal de las bombas contraincendio, así como un arranque automático que se accione cuando en dicha red, se registre una presión de un 20% por abajo de la presión de descarga nominal de las mismas bombas. (3) Al igual que en el caso de las bombas de agua contraincendio, el motor eléctrico de la bomba "Jockey" debe estar conectado a un circuito independiente del sistema eléctrico general del centro de trabajo. En las redes contraincendio que se encuentren permanentemente presionadas, es recomendable que éstas cuenten con alarmas visuales y audibles por baja presión, cuya señal se reciba en los centros de control y/o en la Central Contraincendio. (3)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 23

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1.4 RED DE AGUA CONTRAINCENDIO

La red de agua contraincendio es un conjunto de dispositivos y tramos de tubería que, formando anillos o circuitos, sirven para conducir y distribuir el agua contraincendio, para esto tendremos que señalar alguna definiciones y ecuaciones fundamentales para este calculo, las cuales se señalan a continuación. 1.4.1 HIDRODINÁMICA. 1.4.1.1 DEFINICIÓN DE CAUDAL. Caudal Q es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal a la corriente. Así, por ejemplo, en una tubería de agua los litros por hora que circulan a través de un plano transversal a la tubería. (1) Ecuación de dimensiones: [Q] = [L]3[T]-1 Unidad: 1Q = 1 m3/seg, SI Formula de caudal: Q  VA

(1-1)

1.4.1.2 ECUACIÓN DE BERNOULLI PARA EL FLUIDO REAL. P1/ρg + z1 + v21/2g – Hr1-2 = P2/ρg + z2 + v22/2g

(1-2)

Donde Hr1-2 – altura perdida entre un punto y otro. P1/ρg – alturas de presión. z1 , z2 – alturas geodésicas. v21/2g ,v22/2g – alturas de velocidad. 1.4.1.3 ECUACIÓN DE TORRICELLI. Sea el depósito de la Fig. 1.3 de forma cualquiera que contiene un liquido, por ejemplo agua, y que tiene en la parte inferior un orificio O provisto de una tubería T, que termina en una válvula V. Supondremos que el liquido se comporta como un fluido ideal. (1) 

La superficie libre del deposito se mantiene a una altura H constante con relación al plano de referencia z = 0, que tomaremos a la salida de la tubería T; gracias a que en el deposito entra un caudal Q igual al que sale de la tubería T, regulado por la válvula V’;

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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 

El área de la superficie libre es suficientemente grande para que pueda considerarse la velocidad del fluido en ella, v1 = o; En el punto 1 la energía geodésica z1 = H; Se despreciarán las perdidas. V’

T

1

p=1 =p=amb=0

Plano piezométrico

O

V

T

H 2

V2

Figura 1.3. La veloidad teórica de salida de un fluido por un orificio es independiente de la densidad del fluido y viene dada por la ecuación de Torricelli:

v  v2  2 gH

Apliquemos entre los puntos (secciones) 1 y 2 la ecuación de Bernoulli, ya que hemos supuesto que el fluido se comporta como un fluido ideal: 2

p1 v p v  z1  1  2  z 2  2 g 2 g g 2g

2

(1-3)

o sea

0 H 0  00

v2

2

2g

(1-4)

Porque en 1 y 2 reina la presión atmosférica o barométrica, que es igual a 0 (presión relativa). De donde

v2  2 gH

(1-5)

(salida a la atmósfera, perdidas nulas)

Esta velocidad: 

Es igual a la que adquiriría una partícula de fluido al caer libremente desde una altura H; 25

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 

Es independiente del peso específico del fluido: con alcohol y mercurio la velocidad seria la misma. Es la velocidad teórica de salida en condiciones ideales (fricción nula).

1.4.1.4

PERDIDAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS EN LAS TUBERÍAS

Las perdidas de carga en las tuberías son de dos clases; primarías y secundarias. Las perdidas primarias son las perdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido entre sí ( régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante. (1) Las perdidas secundarias son las perdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas, y en toda clase de accesorios de tubería. (1) 1.4.1.4.1 Perdidas primarias Supongamos una tubería horizontal de diámetro constante D como en la figura 1.4 por la que circula un fluido cualquiera, cuya velocidad media en la tubería es v . v

1

D

2

Figura 1.4. En una corriente real en tubería horizontal de diámetro constante D, la presión en 2 es menor que la presión en 1.

La energía en el punto (sección) 2 será igual a la energía en el punto 1 menos la energía perdida (pérdida de carga) entre los puntos 1 y 2, es decir, se cumple la ecuación de Bernoulli con perdidas, que expresada en alturas equivalentes será: 2

2

p1 v p v  z1  1  H r12  2  z 2  2 g 2g g 2g

(1-6)

En el caso particular del ejemplo:

z1  z 2 (tubería horizontal y v1  v2 (sección transversal constante). Luego p1 p 2 (1-7)  H r12  H rp12 g donde H rp12 - perdidas primarias entre 1 y 2

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1.4.1.2 PERDIDAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS Consideremos el esquema de conducción representando en la figura 1.5. Los tramos a-b, d-e, f-g, h-i, j-k y l-m (la figura no está a escala y estos tramos son más largos en la realidad que en el esquema) son tramos rectos de tubería de sección constante. En todos ellos se originan pérdidas secundarias: así F es un filtro, F-a desagüe de un depósito, b-c un codo, c-d un ensanchamiento brusco, k-l un medidor de caudal y m-n desagüe en un depósito. (1) La ecuación de Bernoulli escrita entre el punto 1 y 2 es la misma ecuación 1.6; pero el término H r12 engloba ahora las pérdidas primarias y secundarias. (1) En el caso particular del ejemplo:

p1  p2  0 (presión atmosférica) v1  v2  0 (depósito grandes, velocidad de descenso del agua en 1 y de ascenso en 2 despreciables) 1 F

a

b c d ef

2 g

h

i

j

k

l

m

n

Figura 1.5 En la conducción que une los recipientes 1 y 2 hay perdidas primarias en los tramos rectos a-b, d-e, etc. Y pérdidas secundarias en las transiciones y accesorios: ensanchamientos bruscos, codos, etc... L escala longitudinal se ha acortado mucho por conveniencia.

Luego

z1  z 2  H r12

(1-8)

el término H r12 de la ecuación anterior se puede descomponer así: H r123  H rp12  H rs12

(1-9)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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donde

H rp12 Suma de todas las pérdidas primarias entre 1 y 2

H rs12 Suma de pérdidas secundarias entre 1 y 2. El término H r12 de la ecuación 1.6 se conoce con el nombre de pérdida de carga. 1.4.1.5

ECUACION DE DARCY-WEISBACH

H rp  

L v2 D 2g

(1-10)

Formula de Darcy-Weisbach pérdidas primarias Donde: H rp pérdida de carga primaria

 L D V

coeficiente de pérdida de carga primaria longitud de la tubería diámetro de la tubería velocidad media del fluido

1.4.1.5.1 Diagrama de Moody -

Resuelve todos los problemas de pérdidas de carga primarias en tuberías con cualquier diámetro, cualquier material de tuberías y cualquier caudal; Puede emplearse con tuberías de sección no circular sustituyendo el diámetro D por el radio hidráulico Rh. Se usa para determinar el coeficiente  el cual luego se lleva a la ecuación de Darcy-Weisbach [ Ec. (1-10 ) ]. (1)

1.4.1.5.2 El factor  El factor  en la ecuación 1-10 es obviamente adimensional

L

D

es

2 adimensional y v

tiene la misma dimensión que H rp , o sea (L)]. El factor  2g depende de la velocidad v , del diámetro de la tubería D, de la densidad  , de la viscosidad  y de la rugosidad  , la cual, puede expresarse en unidades de longitud, m, SI. (1) De lo dicho se deduce:

  f (v, D,  , ,  )

(1-11)

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Siendo  adimensional la función f de la ecuación 1-11 deberá ser una función de variables adimensionales. En efecto, el análisis dimensional demuestra que

 vD     f  ,    D donde vD



(1-12)

 número de Reynolds, Re

D

rugosidad relativa.

En el caso más general  , coeficiente adimensional de pérdida de carga es función de dos variables adimensionales: el número de Reynolds y la rugosidad relativa. (1) 1.4.1.6 CALCULO DE  EN REGIMEN TURBULENTO Y TUBERÍAS LISAS: PARA 2,000 < Re 100,000, con estudios teóricos y ajustando los coeficientes experimentalmente, Karman y Prandtl dedujeron la primera ecuación de Karman-Prandtl. (1)

1

 Coeficiente



 2 log 10 (Re  )  0.8

(1-15)

de la ecuación 1-9, flujo turbulento tuberías lisas, Re >100,000

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

29

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1.4.1.8 CALCULO DE  EN REGIMEN TURBULENTO Y TUBERÍAS RUGOSAS: TUBERÍAS COMERCIALES O DE RUGOSIDAD NATURAL. En las tuberías comerciales pueden ocurrir los tres casos siguientes: 

Si el número de Reynolds es bajo (Re2,000 , pero de tal manera que el flujo sea laminar la rugosidad no influye en la pérdida de carga y   f (Re) .



Si el número de Reynolds es elevado por el contrario,  deja de ser



función de Re y se tiene   f ( ) . D Si el número de Reynolds tiene un valor intermedio se tendrá en general   f (Re,  D) .

En la zona de transición se cumple la ecuación de Colebrook-White (1)

2.51   D  2 log 10      3.7 Re  

1

(1-16)

Coeficiente  de la ecuación 1-9, zona de transición   f (Re,  ) . D Los problemas prácticos con frecuencia se encuentran en la zona de transición, a números de Reynolds tanto más elevados cuando la tubería es más rugosa se cumple la segunda ecuación de Karman-Prandtl (1)

1

 Coeficiente



 2 log 10

D  1.74 2

(1-17)

de la ecuación 1-9, flujo declaradamente turbulento, tuberías rugosas, para Re

creciente al aumentar



D

.

1.4.1.9 PERDIDAS SECUNDARIAS EN CONDUCTOS CERRADOS O TUBERÍAS Estas pérdidas tienen lugar en los cambios de sección y dirección de corriente, en las contracciones, ensanchamientos, codos, diafragmas, válvulas de diferentes tipos, etc.: en general en todos los accesorios de tuberías. Estos elementos producen una perturbación de la corriente que origina remolinos y desprendimientos, que intensifican las pérdidas. (1) Las pérdidas secundarias se pueden calcular por dos métodos: (1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

30

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Primer método: por una fórmula especial y un coeficiente de pérdidas adimensional de pérdidas secundarias. Este método se estudia mas adelante. Segundo método: por la misma fórmula de las pérdidas primarias, sustituyendo en dicha formula la longitud de la tubería, L por longitud equivalente L e. Este método se estudia en la sección. 1.4.1.10 PRIMER METODO: ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LAS PERDIDAS SECUNDARIAS La fórmula de Darcy-Weisbach para las pérdidas secundarias es la siguiente:

v2 H rs   2g

(1-18)

donde: H rs pérdida de carga secundaria  coeficiente adimensional de pérdida de carga secundaria v velocidad media en la tubería, si se trata de codos, válvulas, etc. Si se trata de un cambio de sección como contracción o ensanchamiento, suele tomarse la velocidad, suele tomarse la velocidad en la sección menor. Lo correcto en un manual de Hidráulica será indicar junto al valor de  la velocidad v que hay que hay que tomar en cada caso. 1.4.1.11

COEFICIENTE TOTAL DE PERDIDAS,  t

La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias [Ec. (1-18)] tiene la misma forma que de las pérdidas primarias [Ec. (1-10)] si se hace en esta ultima: (1)



L  D

(1-19)

En una conducción como de la fig. 1.4.3 las pérdidas primarias y secundarias se suceden unas a otras. Conviene, pues, definir el coeficiente total de pérdidas primarias y secundarias,  t . (1) Las pérdidas primarias tendrán lugar en los tramos rectos de tubería de diversos diámetros; pero todas se expresan por una ecuación (1-10).

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

31

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Variando la velocidad media v al variar el diámetro de la tubería. Las pérdidas secundarias tendrán lugar en los distintos accesorios (codos, válvulas, etc), pero todas se expresan por una ecuación (1-18) de la forma: (1)

H rs  

v2 2g

(1-20)

si la conducción es de sección constante L  v2  H r   H rp   H rs   1   2  ...   n    D  2g  donde: H r - pérdida total 1 ,  2 ,...,  n - coeficientes de los distintos accesorios,

(1-21)

y finalmente

v2 H r  t 2g

(1-22)

donde:

 t  1   2  ...   n  

L D

(1-23)

coeficiente total de pérdida. Si la conducción no es de sección constante se procede análogamente, pero utilizando además la ecuación de continuidad, resultado: (1) 2 2   v2 L3  D1  L1  L2  D1      ... 1      3  3   1  1    2  2 D1  D2  D2   D3  D3    2 g

( 1-24)

donde 1 , 1 ;  2 , 2 ,... - coeficientes de perdidas secundarias y primarias en las tuberías de diámetro D1 , D2 ,..., respectivamente.

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

32

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1.4.1.12

SEGUNDO METODO: LONGITUD DE TUBERÍA EQUIVALENTE

Este segundo método consiste en considerar las pérdidas secundarias como longitudes equivalentes, es decir longitudes en metros de un trozo de tubería del mismo diámetro que produciría las mismas perdidas de carga que los accesorios en cuestión. Así en la Fig. 1.4.4 cada codo, medidor de caudal, etc., se substituirán por su longitud de tubería equivalente, Le. A continuación se aplicaría la ecuación fundamental de las pérdidas primarias [ Ec. (1-10)] en la siguiente forma: (1)

Hr  

L   L  v

2

e

D

2g

(1-25)

Formula de las pérdidas primarias y secundarias empleando la longitud equivalente.

Donde

H r - suma total de las pérdidas primarias y secundarias  - coeficiente de pérdidas del diagrama de Moody L - longitud total de los tramos rectos de tubería  Le - suma de todas las longitudes equivalentes a los accesorios diversos

v - velocidad media en la tubería. Si la tubería cambia de sección se aplicará la Ec. De continuidad, como ya se ha advertido. La tabla del apéndice es un ejemplo de aplicación de este método. Este monograma consta de tres escalas. Uniendo con una recta el punto de la escala izquierda correspondiente al accesorio de que se trata con el punto de la escala derecha correspondiente al diámetro interior de la tubería, el punto de intersección de esta recta con la escala central da la Le del accesorio. (1) 1.4.1.13

REDES DE DISTRIBUCIÓN

Las redes de distribución hidráulica tienen una analogía con las redes de distribución eléctrica. En esta analogía el caudal corresponde a la intensidad de la corriente, la perdida de carga a la caída de tensión y la resistencia hidráulica al a resistencia óhmica (o a la impedancia). (1) Las fórmulas que vamos a deducir en este capitulo y los procesos laboriosos de tanteo se prestan fácilmente a una programación para su resolución por medio de un ordenador. En los siguientes capítulos daremos un resumen de las fórmulas que ocuparemos para nuestro diseño de red contraincendio como lo son:   

Tuberías en serie Tuberías en paralelo Redes de tuberías.

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

33

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1.4.1.14

TUBERIAS EN SERIE

Ver Fig. 1.6, en el caso de tuberías en serie se aplican las formulas siguientes: Q  Q1  Q2  Q3  ...

(1-26)

H r  H r 1  H r 2  H r 3  ...

(1-27)

v1 D12  v2 D22  v3 D32  ...

(1-28)

En efecto:   

El caudal que circula por los tramos 1,2 y 3,... de diámetro D1 , D2 .D3 ,... es el mismo [Ec. (1-26)], La pérdida total es igual a la suma de las pérdidas parciales [Ec.(1-27)], Se cumple la ecuación de continuidad [Ec. (1-28)]. (1)

Figura 1.6. Tuberías en serie

1.4.1.15

TUBERIAS EN PARALELO

Ver Fig.1.7, en el caso de tuberías en paralelo se aplican las formulas siguientes: Q  Q1  Q2  Q3  ...

(1-29)

H r  H r 1  H r 2  H r 3  ...

(1-30)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

34

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En efecto:  

El caudal total Q se reparte entre todas las tuberías [Ec. (1-29)], La presión al comienzo p A y al fin p B de cada rama es la misma para todas las ramas, luego la caída de altura de presión (diferencia de lecturas en los tubos piezométricos de la figura), H r será también igual en todas las ramas [Ec. (1-30)].

Figura 1.7. Tuberías en paralelo

1.4.1.16

REDES DE TUBERÍAS

Las redes de distribución de agua contraincendio forman ramificaciones complicadas, que se cierran formando mallas, de manera que el agua en un punto puede venir por dos direcciones distintas, lo que presenta la ventaja de no interrumpir el suministro, aun en caso de reparaciones. El cálculo de las redes de distribución es laborioso y se hace por el método de las aproximaciones sucesivas introducido por Ardí-Cross. Se has de cumplir las tres leyes siguientes: (1) 

Ley de la Pérdida de Carga: En cada tubería se ha de cumplir la Ec. 1-22, que puede transformarse así, teniendo en cuenta que

v2 8 1 2  Q 2 g g 2 D 4

(1-31)

H r  Q 2

(1-32)

donde



t

8

g D 4 2

(1-33)

En la práctica  ser supone constante en todo el calculo (en realidad  depende del  t que depende de  y  depende de Re y de D ). (1) (1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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

Ley de nodos: El caudal que entra en un nudo debe igual a la suma de los caudales que salen del nudo (1)

Q  0

(suma algebraica)

(1-34)

Ley de los nudos

(Si esta ley no se cumpliese habría en el nudo un consumo o un suministro de fluido.).  Ley de las Mallas: La suma algebraica de las pérdidas de carga en una malla a de ser igual a cero. (1)

H

0

r

(1-35))

Ley de las mallas

(si esta ley no se cumpliese en el punto de partida utilizado para recorrer la malla, habría dos presiones distintas) 1.4.1.19 RESUMEN DEL METODO DE HARDY CROSS  

Sobre un croquis de la red se hace una distribución razonable de caudales dibujando con flechas los sentidos estimados. Se escribe para la tubería 1 la primera ley: (1)

H '  1Q'1 donde

2

(1-36)

H ' r1 -pérdida de carga en la tubería 1, primera aproximación,  -será cte. en todo el cálculo. Q1 -caudal en la tubería 1, primera aproximación.

y se hace lo mismo con las restantes tuberías. 

Se escribe la suma de las pérdidas para cada malla en la forma:

 H '    Q'

2

r

(1-37)

donde  H r es una suma algebraica. Se escoge un sentido como positivo, por ejemplo, el de las agujas del reloj: las pérdidas correspondientes a los caudales cuyo sentido coincide con el elegido serán positivas y las correspondientes a los caudales que circulan en sentido contrario serán negativas. Normalmente en esta primera aproximación la tercera ley,  H r  0 no se cumplirá. (1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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

Se corrige el caudal de todas las tuberías en un Q , igual para todas, para conseguir que se cumpla la tercera ley. Así, por ejemplo, en la 1ª tubería (1) Q1  Q1 'Q n

(1-38)

n

donde Q1 -caudal de la 1ª tubería, segunda aproximación. Por tanto, para cada tubería en virtud de las Ecs. (1-36) y (1-28) se tendrá en segunda aproximación: (1)



H n r  Q' ' 2   (Q'Q) 2   Q' 2 2Q' Q



(1-39)

despreciando el término en Q 2 , y en virtud de la ley de las mallas [Ec.(1-35)]

H

n

r

  Q' ' 2  Q' 2 2Q Q'  0

(1-40)

habiendo sacado Q factor común por ser igual para todas las tuberías de la malla; de donde Q 

  Q'2 2 Q'



H H 2 Q' r

(1-41)

r

habiendo utilizado la Ec. (1-36). El numerador de (1-38) es una suma algebraica y el denominador una suma aritmética. De esta manera si Q resulta positivo tendrá la corrección el mismo sentido de las agujas del reloj, o sea se sumará a Q ' para obtener Q' ' en cada tubería. (1) Como las tuberías que pertenecen a la vez a dos anillos distintos en esta segunda corrección reciben dos correcciones independientes, en esta segunda aproximación en general tampoco se verificará la tercera ley. Habrá que hacer una tercera aproximación y así sucesivamente. Este procedimiento tiene la ventaja de que los errores en los cálculos tienen el mismo efecto que los errores en las suposiciones que se van haciendo y por tanto se corrigen automáticamente en el desarrollo del problema. (1)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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1.5 ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS 1.5.1 DISPOSITIVOS DE APLICACIÓN 1.5.1.1

Hidrantes.

Son dispositivos para salida de agua contraincendio, constituidos por dos tomas para conectar mangueras de 63.5 mm. (2½ pulg.) de diámetro. (3)

Figura 1.8 Figura de un hidrante con dos tomas. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Cuando por requerimientos del servicio o debido a limitaciones en la cantidad disponible de personal contraincendio en un centro de trabajo, sea deseable que a los hidrantes se les conecte una manguera de 38.1 mm. (1½ pulg.) de diámetro para el manejo de un gasto de 473 lpm (125 gpm.) y otra de 63.5 mm. (2½ pulg.) de diámetro, deberá contarse con adaptadores para manguera contraincendio de bronce, que en un extremo posean rosca hembra cuerda NSHT giratoria de 63.5 mm. (2½ pulg.) de diámetro y en el otro, rosca macho cuerda NSHT de 38.1 mm. (1½ pulg.) de diámetro, que cumpla con la Norma de Seguridad de Petróleos Mexicanos A VII-13 (NO.01.0.13). Los hidrantes deben estar diseñados de manera que por cada una de las tomas de 63.5 mm. (2½ pulg.) de diámetro, pueda proporcionarse como mínimo un gasto de 946 lpm. (250 gpm). (3) (3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 38

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En áreas de plantas de proceso, el distanciamiento entre hidrantes no debe ser mayor a 30 m., en tanto que para áreas de almacenamiento, la distancia entre ellos no debe exceder de 50 m. (3) Las roscas de los hidrantes de agua contraincendio, deben ser NSHT para manguera de 7½ hilos por pulgada para diámetro de 63.5 mm. (2½ pulg.) y de 9 hilos por pulgada para diámetro de 38.1 mm. (1½ pulg.). (3)

Figura 1.9. Figura de un hidrante. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

1.- Válvula de compuerta (o mariposa) de 4"(o 6", según requerimientos). 2.- Brida clase 150ANSI. 3.- Válvula de compuerta (o de mariposa) clase 200 AGA (WOG) roscada de 2½". 4.- Niple de acero al carbón de 2½". 5.- Brida roscada clase 150ANSI de 4"(o 6", según requerimientos). 6.- Adaptador de bronce roscado. 7.- Tapón cachucha roscado, con cadena. 8.- Codo reducido de 90° R. L. ( 6” Ø a 4” Ø, u 8” Ø a 6” Ø según requerimiento.

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 39

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1.5.1.2

MONITORES

Para optimizar el funcionamiento integral de las redes contraincendio y racionalizar el uso del agua, en los centros de trabajo de Pemex-Refinación deberá evitarse el uso de monitores que manejen volúmenes de agua mayores a 1,893 lpm. (500 gpm.), excepto en embarcaciones destinadas a la protección de buquetanques.(3)

Figura 1.10. figura de un hidrante-monitor. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Los monitores deben conectarse a la red general de agua contraincendio, mediante una tubería de cuando menos 152.4 mm. (6 pulg.) de diámetro. Cuando se instalen hidrantes además del monitor, la tubería de alimentación debe ser como mínimo de 203 mm. (8 pulg.) de diámetro. (3) El alcance mínimo del chorro de agua del monitor, debe ser de 30 m. a una presión de 7 kg/cm² (100 lbs/pulg²). (3) Cuando un riesgo en particular requiera la utilización de más de un monitor, el distanciamiento entre estos dispositivos no deberá exceder de 30 m. (3) En caso que se desee ampliar el área protegida, los monitores podrán instalarse sobre plataformas elevadas (torretas) con barandal de protección y con la escalera de acceso situada hacia el lado menos expuesto en caso de un incendio; si el monitor se opera manualmente, es necesario tomar en cuenta la dirección de los vientos (3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 40

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dominantes para su ubicación. En estos casos, la válvula de admisión al monitor debe colocarse a nivel de piso terminado y orientada adecuadamente para facilitar su operación. 1.5.1.3

SISTEMAS DE ASPERSIÓN

Los sistemas de aspersión de agua se recomiendan particularmente para el enfriamiento de recipientes que almacenan gases o líquidos inflamables, casas de bombas, acumuladores, llenaderas y descargaderas de autotanques, bombas de proceso, etc., para protegerlos de la radiación de un incendio adyacente que pudiera incrementar la presión y temperatura de los gases y líquidos que se manejan. Adicionalmente, estos sistemas resultan ser efectivos para la prevención, control y extinción de incendios en espacios cerrados en donde se almacenan productos inflamables o combustibles, tales como bodegas, oficinas, etc. (3)

Figura 1.11. Figura de un aspersor. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 41

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1.6 ESPECIFICACINOES DE TUBERIAS Y ACCESORIOS 1.6.1 TUBERIAS En todo caso, los materiales que se utilicen en la red de tuberías destinadas a conducir y distribuir agua contraincendio y solución espumante, deberán satisfacer como mínimo los siguientes requisitos: (3) DIAMETRO NOMINAL Pulg ½ ¾ 1 1½ 2 2½ 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 30

mm 12.70 19.05 25.40 38.10 50.40 63.50 76.20 101.60 152.40 203.20 254.00 304.80 355.60 406.40 457.20 508.00 609.60 762.00

CEDULA 80 80 80 80 40 80 40 40 40 20 20 20 10 10 20 20 20 20

ESPESOR DE PARED Pulg mm 0.147 3.73 0.154 3.91 0.179 4.55 0.200 5.08 0.154 3.91 0.276 7.01 0.216 5.49 0.237 6.02 0.280 7.11 0.250 6.35 0.250 6.35 0.250 6.35 0.250 6.35 0.250 6.35 0.312 7.92 0.375 9.53 0.375 9.53 0.500 12.70

MATERIAL ACERO AL CARBON ASTM-A53,Gr.B; SIN COSTURA EXTREMOS ROSCADOS IDEM (C/EXTREMOS PLANOS)

ACERO AL CARBON ASTM A-53, Gr.B, S/COSTURA. EXTREMOS BISELADOS.

ACERO AL CARBON ASTM A-53, Gr.B ; C/COSTURA EXTREMOS BISELADOS ACERO AL CARBON ASTM A-134, FABRICADO CON PLACA ASTM A-285, Gr.C, EXTREMOS BISELADOS

Tabla 1.4. Muestra los diámetros de las tuberías y el material del que están fabricados que se utilizará en la red. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Para el manejo de agua dulce, el espesor por corrosión que debe ser considerado para los diámetros especificados en el inciso anterior es de 1.65 mm. (0.065 pulg.), en tanto que para el manejo de agua salada, debe considerarse un espesor por corrosión de 3.18 mm. (0.125 pulg.). (3) La tubería exterior y demás partes aéreas, deben protegerse con pintura anticorrosiva que cumpla con la Norma 3.411.01 "Aplicación de Recubrimientos para Protección Anticorrosiva" (3) Al igual que la tubería aérea, los ductos enterrados deberán estar protegidos contra la corrosión exterior mediante los recubrimientos a que se hace referencia en las Normas señalada anteriormente. En los casos en que así se requiera, deberán contar con un sistema de protección catódica. (3)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 42

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Para tuberías enterradas, debe preverse además la protección contra efectos de cargas externas que puedan dañar las tuberías, la cual puede llevarse a cabo mediante trincheras, camisas o instalándolas a una mayor profundidad. Cuando la tubería cruce por debajo de vías de ferrocarril o calles de tránsito pesado, debe instalarse a una profundidad mínima de 1 300 mm. (51.18 pulg.) medidos desde el nivel de piso terminado hasta la parte superior del ducto, debiéndose proteger además con una "camisa" de tubería que permita una holgura de cuando menos 100 mm. (4 pulg.) entre la tubería y la camisa. La tubería de agua contraincendio no debe cruzar por debajo de construcciones o bodegas, así como tampoco interiores de diques de contención de tanques de almacenamiento. (3) 1.6.2 BRIDAS (JUNTAS MECANICAS) Para diámetros de tubería de 38 mm. (1 ½ pulg.) y menores, no usar bridas. Para diámetros de 51 mm. (2 pulg.) y mayores, deberán usarse bridas de las siguientes características: (3) DIÁMETRO (PULGADAS) DE 2 A 24”Ø DE 2 A 24”Ø DE 2 A 24”Ø DE 26” Ø Y MAYORES DE 26” Ø Y MAYORES 4 ½ “ X 9” Ø 6” X 9” Ø

DESCRIPCION BRIDA CUELLO SOLDABLE, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105. BRIDA TIPO DESLIZABLE (SLIP-ON), CLASE 150# ANSI CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105. BRIDA CIEGA, CLASE 150# ANSI CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105. BRIDA CUELLO SOLDABLE, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105, DIMENSIONES DE ACUERDO A MSS-SP44. BRIDA CIEGA, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105, DIMENSIONES DE ACUERDO A MSS-SP44. BRIDA-ADAPTADOR MACHO DE BRONCE, CUERDA CONTRAINCENDIO SNT DE 4 HILOS/PULG., SIMILAR A HALPRIN SUPLÍ COMPANY MOD.. FLB1, CLASE 150# ASA, CARA REALZADA (R.F.). BRIDA-ADAPTADOR MACHO DE BRONCE, CUERDA CONTRAINCENDIO SNT DE 4 HILOS/PULG., SIMILAR A HALPRIN SUPLÍ COMPANY MOD.. FLB1, CLASE 150# ASA, CARA REALZADA (R.F.).

Tabla 1.5. Muestra los diámetros de las bridas a utilizar en la red. (Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

Las bridas de acero deberán ser planas, cuando se utilicen para conectarse a bridas de acero fundido en equipos y válvulas. 1.6.3

VALVULAS

No deberán usarse válvulas globo en redes de agua contraincendio, ya que provocan excesivas caídas de presión. (3) Los requisitos mínimos para válvulas de compuerta se señalan a continuación :

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 43

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DIÁMETRO (PULGADAS) DE ½ “ A 1½ “ Ø

1½ “Ø

2½” Ø

DE 2” A 30” Ø

DESCRIPCION CLASE 150 AGA (WOG), ROSCADA, CUERPO E INTERIORES DE BRONCE ASTM B-62, SIMILAR A WALWORTH W-11, DE VASTAGO ASCENDENTE, BONETE CON TUERCA UNION, ASIENTOS INTEGRALES, CUÑA SOLIDA, VOLANTE DE ALUMINIO. EXCLUSIVA PARA HIDRANTE, CLASE 200 AGA (WOG) ROSCADA, CUERPO E INTERIORES DE BRONCE ASTMB-62, SIMILAR A WALWORTH, CON EXTREMOS ROSCADOS MACHO Y HEMBRA, ROSCA HEMBRA NPT Y ROSCA MACHO SNT DE 9 HILOS/PULG., CON VOLANTE DE ACERO, TAPA Y CADENA. EXCLUSIVA PARA HIDRANTE, CLASE 200 AGA (WOG) ROSCADA, CUERPO E INTERIORES DE BRONCE ASTMB-62, SIMILAR A WALWORTH, CON EXTREMOS ROSCADOS MACHO Y HEMBRA, ROSCA HEMBRA NPT Y ROSCA MACHO SNT DE 9 HILOS/PULG., CON VOLANTE DE ACERO, TAPA Y CADENA. CLASE 150# ANSI, BRIDADA, CARA REALZADA (R.F.), CUERPO DE ACERO AL CARBON ASTM A-216, Gr WCB, SUMILAR A WALWORTH 5202, CON INTERIORES DE ACERO INOXIDABLE 11-13% CROMO AISI 410, VASTAGO ASCENDENTE ASTM-276 TIPO 410. CUÑA SOLIDA, BONETE BRIDADO, VOLANTE FIJO.

Tabla 1.6 Muestra los diámetros de las válvulas a utilizar en la red(Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI3610)

Para las válvulas de retención (check), los requisitos mínimos son los siguientes: (3) DIÁMETRO (EN PULGADAS)

D ES C R I P C I O N

CLASE 150# AGA (WOG) ROSCADA, CUERPO DE BRONCE ASTM B-62, DE ½”Ø A 1 ½”Ø SIMILAR A WALWORTH W-97, INTERIORES DE BRONCE ASTM B-62, TIPO PISTON , TAPA CON TUERCAS UNION , DISCOS REEMPLAZABLES. CLASE 150# ANSI, BRIDADA, CARA REALZADA (R.F.), CUERPO DE ACERO AL CARBON ASTM A-216, Gr.WCB, SIMILAR A WALWORTH 5341DE 2” A 30” Ø F, INTERIORES DE ACERO INOXIDABLES 11-13% CROMO AISI-410, TIPO COLUMPIO, TAPA ROSCADA. CLASE 200 AGA (WOG) ROSCADA, CUERPO DE BRONCE ASTM B-61, DE ½” A 1 ½” Ø SIMILAR A WALWORTH W-420, INTERIORES DE BRONCE ASTM B-62, TIPO COLUMPIO, TAPA ROSCADA. Tabla 1.7. Muestra los diámetros de las válvulas de retención (check)(Norma para el diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex-Refinación DG-GPASI-SI-3610)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996

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1.7 PROTECCION ANTICORROSIVA Establecer las especificaciones técnicas para la selección, aplicación, de los recubrimientos anticorrosivos a base de pinturas, destinadas a la protección de superficies metálicas. (4) En el presente documento se establecen las especificaciones técnicas que deben cumplir los recubrimientos anticorrosivos a base de pinturas, destinados a la protección de superficies metálicas, así como los criterios de selección y las técnicas de aplicación, que deben ser consideradas con tales propósitos. (4) Esta especificación no aplica para la protección con recubrimientos anticorrosivos a instalaciones superficiales de ductos y la protección con recubrimientos anticorrosivos para tuberías enterradas y/o sumergidas, así como los recubrimientos para mantenimiento de embarcaciones. (4) 1.7.1 SELECCIÓN DEL SISTEMA Las consideraciones y criterios establecidos en esta sección, deben utilizarse como guía para el personal de Pemex Refinación encargado de la selección del sistema de protección anticorrosiva a utilizar. (4) 1.7.2 CLASIFICACIÓN DE AMBIENTES. Para los efectos de este capitulo, se ha determinado que los ambientes más comunes predominantes en las instalaciones de Petróleos Mexicanos, son los que a continuación se describen: No 1 2 3 4

CONDICION DE EXPOSICIÓN AMBIENTE SECO AMBIENTE HUMEDO AMBIENTES HUMEDO CON SALINIDAD Y GASES DERIVADOS DEL AZUFRE Y OTROS AMBIENTE MARINO

Tabla 1.8. Clasificación de ambientes. (Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas DG-SASIPASI-08301)

1.7.3 GUÍA DE SELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN. 1.7.3.1 COMPONENTES DE UN SISTEMA Y SU FUNCIÓN. Un sistema de recubrimientos es una unidad funcional que proporciona protección al substrato y puede consistir de una, dos, tres o más capas de recubrimiento (pintura). Un sistema típico es el que integra hasta de tres capas de recubrimiento, denominados: primario, intermedio y acabado, cada una de las cuales tiene diferente función. (4) (4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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1.7.3.2 FUNCIÓN DEL RECUBRIMIENTO PRIMARIO. El recubrimiento primario proporciona la más importante función en la prevención de la corrosión, debido a que se encuentra en contacto directo con la superficie a proteger y previene la corrosión en cualquiera de las formas siguientes: como una barrera que contiene pigmentos inhibidores de la corrosión y electroquímicamente al abrir el circuito, siendo esta última su acción más efectiva. (4) También proporciona la base sobre la cual las subsecuentes capas del sistema deben adherirse: si el primario no tiene buena adherencia, el resto del sistema tampoco la tendrá. 1.7.3.3 FUNCIÓN DEL RECUBRIMIENTO INTERMEDIO. El recubrimiento intermedio sirve para sellar algunas picaduras (“pinholes”), huecos o porosidades, proporcionando una capa adicional de protección anticorrosiva al primario. Proporciona también la superficie sobre la cual se va a adherir el recubrimiento de acabado; es decir, sirve de enlace entre el primario y el acabado. (4) 1.7.3.4 FUNCIÓN DEL RECUBRIMIENTO DE ACABADO. El acabado es el recubrimiento final y exterior del sistema y proporciona resistencia adicional contra el medio ambiente. Ayuda a proteger a los recubrimientos intermedio y primario de: ácidos, álcalis, rayos ultravioleta y en algunos casos proporciona resistencia a la abrasión. El acabado es comúnmente seleccionado por estas propiedades y por su retención de color y brillo, lo que le da un aspecto estético confortable. (4) 1.7.4 LIMPIEZA. En el ámbito internacional existen distintos métodos de preparación de superficie para los recubrimientos anticorrosivos: limpieza química, manual, manual con herramientas mecánicas, con abrasivos secos, con abrasivos húmedos y con chorro de agua a presión. El método seleccionado depende del grado de oxidación de la superficie, de su contaminación con grasa, aceite u otros productos, aunque también se prepara acero nuevo o previamente pintado. (4) El supervisor, el ejecutante y el personal involucrado, deben por obligación efectuar una visita de obra para determinar las condiciones de la superficie, la ubicación de la misma, si se localiza dentro de algún complejo petroquímico, refinería, planta química o terminal de almacenamiento y distribución; si existe equipo rotatorio en las cercanías, si se ubica en zona urbana, semi-urbana o rural, etc. La preparación de la superficie debe garantizar dos parámetros: el primero es la ausencia de contaminantes visibles y no visibles en la superficie que recibirá la protección, y el segundo, es el perfil de anclaje necesario para el sistema. (4) (4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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La preparación de las superficies de acero u otros materiales, debe dar cumplimiento a los siguientes objetivos (4) 

Remover todos los contaminantes visibles como son: cascarilla de laminación, óxido, grasa y aceite, y otros no visibles, tales como: sales solubles de cloro, hierro, sulfatos y silicatos.



Eliminar las imperfecciones que producen aristas y vértices agudos, como: gotas de soldadura, bordes de maquinado, esquinas geométricas, filos, cantos, picos y curvas en general, dado que ahí el recubrimiento adopta bajos espesores y por abrasión se pierde la continuidad de la película dando inicio a la corrosión.



Obtener en los aceros nuevos un perfil de anclaje que asegure la buena adherencia mecánica del recubrimiento sobre la superficie protegida.

Al seleccionar el método de limpieza y el recubrimiento que se aplicará a la superficie, se debe dar cumplimiento a la legislación ambiental, sea municipal, estatal y/o federal, en cuanto a la emisión de polvos y solventes orgánicos volátiles a la atmósfera, y en su ausencia, las especificaciones que adopte al respecto Petróleos Mexicanos. (4) Por último, es obligación del aplicador el contar con un sistema de control de calidad confiable, así como de procedimientos específicos realizados por un especialista, en los cuales se indiquen a detalle las etapas de trabajo de limpieza e inspección. (4)

(4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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1.7.5 TIEMPO MÁXIMO PARA APLICAR EL RECUBRIMIENTO Una vez alcanzada la limpieza de la superficie, en cuanto a grado y perfil de anclaje, no debe excederse de más de 4 horas para aplicar el recubrimiento cuando la superficie se encuentre en ambiente seco; si el ambiente es húmedo, el recubrimiento se debe aplicar en el tiempo más corto posible, dado que a mayor humedad más rápido se oxida la superficie sin que sea visible esta oxidación; ante una humedad relativa mayor a 80%, no debe continuarse con los trabajos de limpieza. (4) No se debe efectuar ningún trabajo de limpieza de superficie, si la temperatura de la misma no se encuentra por lo menos 3º C arriba del punto de rocío. En la limpieza con chorro abrasivo húmedo, la temperatura de la superficie deberá estar también como mínimo a 3ºC arriba del punto de rocío. 1.7.6 MÉTODOS DE LIMPIEZA. Una vez considerado el sistema de protección anticorrosiva, la condición de superficie requerida y las restricciones operacionales del lugar, se procede a seleccionar el método de limpieza. A continuación se describen los diferentes métodos: 1.7.6.1 LIMPIEZA CON HERRAMIENTA MANUAL. Este método se utiliza para limpiar pequeñas áreas donde se tengan que eliminar el óxido, las escamas y los restos de soldadura y pintura en mal estado. (4) Es ideal para atender reparaciones o retoques en servicios menos críticos de recubrimientos. Preferentemente se deben usar lijas de esmeril, rasquetas o cepillos de alambre para producir un anclaje mínimo. Se debe garantizar que los materiales de las herramientas no contaminen con residuos las superficies a limpiar. (4) 1.7.6.2 LIMPIEZA CON HERRAMIENTA MECÁNICA. Este método se utiliza en áreas de tamaño regular donde se tengan que eliminar el óxido, las escamas y los restos de soldadura y pintura en mal estado; es más eficiente que el de herramienta manual. Para esta limpieza se deben usar cardas, cepillos, esmeriles o cualquier otra herramienta neumática, eléctrica o de transmisión mecánica. Se debe tener cuidado al utilizar estas herramientas, ya que su uso excesivo puede pulir la superficie y eliminar o disminuir su perfil de anclaje. (4)

(4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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1.7.6.3 LIMPIEZA CON CHORRO ABRASIVO SECO. Es el método más utilizado por su eficacia para eliminar de la superficie restos de laminación, como cascarilla de alta temperatura, óxido y pintura vieja, utilizando como abrasivos: arena, grava, granalla y ocasionalmente hielo seco, escoria de cobre o rebaba y granalla de acero para producir el perfil de anclaje necesario y lograr el medio de adherencia mecánica del recubrimiento. Sin embargo, este método tiende a caer en desuso, ya que existe una clara tendencia a establecer regulaciones ecológicas a escala mundial, que lo señalan por el daño que el polvo expulsado produce al operador y por el efecto abrasivo sobre máquinas y otros equipos próximos a la operación de limpieza. (4) En sí, el método consiste en proyectar un abrasivo granulado mediante aire a presión sobre la superficie que se pretende limpiar; del tamaño de partícula y del tipo de abrasivo, así como de la presión con la que se impulsa, dependen el nivel de anclaje y el grado de limpieza requeridos. La aplicación del chorro abrasivo seco sólo se debe efectuar en aceros nuevos u oxidados, sin pintar. Para ellos se requiere un perfil de anclaje nuevo y esto conduce a que se lleve a cabo en zonas no urbanas, pero cuando se requiera en zonas urbanizadas, tendrá que efectuarse con el correspondiente permiso de las autoridades municipales o estatales, aislando la superficie o el objeto a limpiar utilizando colectores de polvo para evitar que éstos se incorporen al ambiente. Se debe garantizar que los materiales abrasivos utilizados tampoco contaminen con residuos las superficies. (4) 1.7.6.4 LIMPIEZA CON CHORRO ABRASIVO HÚMEDO. Este método es una alternativa de la limpieza con chorro abrasivo seco y se puede aplicar en aceros sin pintar con cualquier grado de corrosión (A, B, C o D), pero preferentemente en aceros con corrosión A y B, donde la superficie aún no tiene picaduras y se requiere un perfil de anclaje. Puede ser aplicado en zonas urbanizadas y aún dentro de Complejos Petroquímicos y Refinerías sin afectar equipos rotativos y de proceso. La diferencia entre este método y el abrasivo seco, estriba en que se utiliza agua como medio de transporte, lo que en su momento impide la emisión de polvos a la atmósfera. La limpieza con chorro abrasivo húmedo es otro método tan efectivo como el de abrasivo seco, pero con ventajas debido a que se reduce substancialmente la dispersión de las partículas finas (polvo) producidas durante la operación, que también son contaminantes. Se obtienen grados de limpieza y perfiles de anclaje similares a los que proporciona el chorro abrasivo seco (el agua es el agente que captura el polvo), remueve los contaminantes del substrato y el abrasivo es inyectado para producir el perfil de anclaje. (4) (4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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1.7.7

MATERIALES

1.7.7.1 ABRASIVOS. El tamaño, la dureza y la forma del abrasivo son importantes, por lo que al respecto, deben tomarse en consideración las recomendaciones del fabricante de la pintura. Sin embargo, el fabricante es responsable de señalar el perfil de anclaje requerido por sus recubrimientos, por lo que debe considerarse que un perfil menor de 0.0254 mm, puede ser insuficiente para un primario de altos sólidos y uno de más de 0.1016 mm es demasiado profundo para un primario de bajos sólidos; también dependerá del espesor de primario y total del sistema, por lo que se deben considerar estos dos factores para definir la profundidad del anclaje requerido. (4) En la Tabla No. 1.9 se describen los perfiles de anclaje que se obtienen de acuerdo con el tamaño del abrasivo. MATERIAL MALLA ARENA SILICA CASCAJO DE ACERO PERDIGON DE ACERO MALLA GRANATE CASCAJO DE ALUMINIO

PROFUNDADA 1.5 16/35 G-80 S-110 80 100

2 16/35 G-40 S-230 36 36

2.5 8/35 G-40 S-280 16 24

3-4 8/20 G-25 S-330 16 16

Tabla 1.9. Guía de abrasivos para obtener perfiles de anclaje específicos. . (Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas DG-SASIPA-SI-08301)

Las profundidades que se relacionan para cada tamaño de malla, se consiguen siempre y cuando la presión de salida del abrasivo en la boquilla sea de 90 a 100 lb/pulg². 1.7.7.2 INHIBIDORES DE CORROSIÓN. Las superficies metálicas tratadas con agua tienden a formar destellos de corrosión y la intensidad de éstos depende del tiempo que haya permanecido húmedo el substrato o superficie metálica, de las condiciones ambientales tales como temperatura y humedad relativa, pero también de la pureza del agua y de los contaminantes en el abrasivo. Para evitar esta oxidación, se pueden agregar al agua inhibidores que retardan la formación de los destellos; estos inhibidores deben cumplir con las regulaciones ecológicas actuales y ser compatibles con los recubrimientos que se apliquen. Para información más detallada sobre la compatibilidad de inhibidores con los recubrimientos, debe consultarse el método ASTM D-5367 o al fabricante del recubrimiento. (4)

(4) Norma DG-SASIPA-SI-08301 Especificaciones de recubrimientos anticorrosivos para superficies metálicas. 2003

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1.8 INSTALACION ELECTRICA Las instalaciones de la Estación como lo marcan sus normas, son subterráneas, esto es para evitar que los cables estorben en alguna maniobra que realicen dentro del centro del trabajo, también en caso de siniestro no cause un riesgo aún mayor. En este capitulo no nos meteremos con el diseño de la instalación en la estación de rebombeo La Ceiba, pues no es el objeto de estudio, si no su red contraincendio. Solo mencionaremos que para cada actividad que se realice deberá tener un circuito independiente al de las bombas que son accionadas con motor eléctrico. Así el suministro de energía eléctrica a las bombas de agua contraincendio, deberá tomarse de un circuito eléctrico independiente de los demás servicios del centro de trabajo. Su instalación debe ser de tipo oculto, alojadas en tubería conduit para mayor seguridad en caso de algún siniestro.

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1.9 ALMACENAMIENTO DE AGUA CONTRAINCENDIO En este capitulo solo mencionaremos que el almacenamiento de agua se hará en una cisterna y dos tanques atmosféricos, los cuales se diseñarán para proporcionar un abastecimiento de agua por lo menos de 4 horas en caso de un incendio. Este diseño se menciona detalladamente en el capitulo 2, desde donde se extrae el fluido hasta su destino final que son los tanques atmosféricos, pasando por la cisterna. Nuestro fluido será agua dulce, el cual es el que nos proporcionará el río cercano a la estación. Para una mayor seguridad en el centro de trabajo se diseñaron los tanques con una capacidad que abasteciera en ese determinado tiempo. Esto se hace con el fin de que se proporcione el agua suficiente para satisfacer la demanda en caso de algún riesgo en el centro de trabajo, el tiempo que se menciona esta determinando para un uso continuo, esto esta diseñado así por que la Estación se encuentra algo retirado de alguna ciudad. Con ese lapso, da tiempo de que lleguen a auxiliar en caso de que el incendio se salga de control y poder sofocarlo.

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2.0 CALCULO DE PROTECCION CONTRAINCENDIO DE TANQUES ATMOSFERICOS. 2.1. BASES DE DISEÑO. 2.1.1. ABASTECIMIENTO. Para el servicio de agua contraincendio, debe preferirse el agua limpia y dulce. Si esto no es posible, es aceptable el uso de cualquier tipo de agua, siempre y cuando se encuentre libre de hidrocarburos. La fuente de abastecimiento podrá ser primaria, (como el mar, lagos, ríos), secundaria (como pozos y servicios municipales) o terciaria (como sistemas de tratamiento de agua y/o recuperación de afluentes). La succión de las bombas contraincendio no debe conectarse directamente al abastecimiento proveniente de pozos, de servicios municipales o de ríos cuyo caudal en ciertas épocas del año sea irregular. En estos casos, debe existir obligatoriamente uno o varios tanques atmosféricos, destinados específicamente para el almacenamiento de agua contraincendio, de los cuales succionan las bombas para este servicio. 2.1.2. ALMACENAMIENTO. El almacenamiento de agua contraincendio debe determinarse en función del requerimiento total de agua que demanda la protección de la instalación que represente el riesgo mayor de un centro de trabajo y del tiempo de aplicación de agua. Esta capacidad de almacenamiento debe ser suficiente para combatir ininterrumpidamente el incendio del riesgo mayor, durante un mínimo de 4 (cuatro) horas. 2.1.3. REQUERIMIENTO TOTAL DE AGUA CONTRAINCENDIO. El requerimiento total de agua contraincendio, es el mayor volumen de agua que se requiere en un centro de trabajo para combatir un incendio, el cual resulta de sumar las cantidades necesarias de agua para: 1) La extinción del riesgo mayor (generación de espuma). 2) Enfriamiento del equipo o instalación incendiada. En todos los casos, los consumos para la protección con agua de enfriamiento están basados en su densidad de aplicación por unidad de superficie, la cual es de 4.1 lpm/m2 (0.1gpm/pie2), excepto para recipientes presurizados que es de 10 lpm/m2 (0.25 gpm/pie2).

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2.2. BASES DE CALCULO. Para el cálculo o requerimiento de agua total para el abastecimiento nos vamos a enfocar en la zona de riesgo mayor que es el área de almacenamiento de Hidrocarburos. Para esta área se requiere instalar 6 (seis) monitores con una capacidad de 0.06 m3/seg cada monitor, por lo que el abastecimiento total de agua será de 0.36 m3/seg, con este dato nos basaremos para el diseño de nuestro tanque atmosférico. 2.2.1. DISEÑO DEL TANQUE ATMOSFÉRICO. Como el Capítulo 2.1.2. establece que debe tener una capacidad suficiente para combatir ininterrumpidamente el incendio de riesgo mayor, durante un mínimo de 4 (cuatro) horas, y si el caudal requerido es de 0.36 m3/seg lo transformaremos a m3 multiplicándolo por el total de horas requeridas como se muestra a continuación. QT = 0.36 m3/seg * (4 H) (3600 seg); QT = 5184 m3 Este será el total de agua que se necesitará para cubrir lo establecido en el Cap. 2.1.2., con este dato optaremos por necesitar 2 (dos) tanques atmosféricos, la capacidad de cada tanque será de 2500 m 3 y así realizaremos nuestra primera aproximación, de esta manera tendremos nuestras siguientes medidas en nuestro tanque: Datos: d = 15 m. h = 14 m. V = (πd2)/4 = (π*152)/4 V = 2474 m3 Como serán dos tanques, entonces: VT = 2474*2 VT = 4978 m3 Con lo que nos faltarán 236 m3 los cuales se almacenarán en una cisterna de la cual se abastecerán las bombas contraincendio [Cap.(2.2.2)]. 54

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Los tanques atmosféricos deberán tener una tubería que servirá para abastecer a la cisterna cuando ocurra el incendio de riesgo mayor y la misma tubería servirá de llenado de los tanques, el agua provendrá de la bocatoma. Isométrico de la red de abastecimiento de los tanques atmosféricos hasta la cisterna y la manera en que se van a llenar los tanques atmosféricos, el dibujo esta elaborado sin escala pero las medidas son las propuestas en nuestro diseño. 1m

12 m 0.5 1m m

0.5 m 30 m

a) 8m

50 m

11 m 20 m

2m

2m

9m 3m

b) 1.30 m

1m

4m

c)

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La Figura 2.2 muestra las medidas reales, esta dividida en tres dibujos, a) muestra la manera en que va a estar conectado a los tanques con sus respectivas válvulas, b) el diagrama total desde los tanques atmosféricos hasta la cisterna y la manera en que se va a conectar a la bocatoma, c) una ampliación de la parte final con sus respectivas medidas y válvulas de seccionamiento. En la Fig.2.3 muestra como van a acoplarse el tanque atmosférico con la línea de abastecimiento a la cisterna (parte inferior) y llenado del mismo (parte superior). 0.5 m

H = 14 m BRIDAS

0.4 m 0.5 m

Ф = 15 m

1m

0.5 m

0.5 m

Ya una vez mostrado la instalación se calculará el volumen real que tiene nuestro tanque. VREAL = [(πd2)/4]*H; VREAL = [(π*152)/4]*13; VREAL = 2297.289 m3 Como son tanques tendremos un volumen total de: VT = VREAL*2 VT = 2297.289*2 VT = 4594.5 m3

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Calcularemos la velocidad de salida en el tanque mediante la siguiente fórmula: V = √ (2gH); V = √ (2*9.81*13); V = 15.97 m/seg Con este mima fórmula tabularemos con las diferentes alturas que tendrá nuestro tanque por estarse vaciando y hallaremos la media. ALTURA (m) 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

VELOCIDAD (m/seg) 15.97 15.34 14.69 14.007 13.288 12.528 11.719 10.489 9.904 8.858 7.672 6.264 4.429

VPROM = ∑ V/13 = 145.522/13 VPROM = 11.194 m/seg Como la cisterna debe proporcionar a la red contraincendio 0.36 m 3/seg entonces los tanques atmosféricos deben proporcionar a la cisterna la misma cantidad de agua para evitar que la cisterna se vacíe primero en un riesgo mayor, por lo que tendremos que calcular nuestro diámetro; como son dos tanques encontraremos el diámetro de salida en uno de ellos con la mitad del caudal requerido por lo que el resultado será el mismo para el otro tanque. Q = [(π*d2)/4]*VPROM; d = √ [(4*Q)/ (π*VPROM)] d = √[(4*0.18)/(π*11.194)] = 0.143 m d = 0.143 m Elegiremos un diámetro de 0.1524 m (6 Plg.) que es el más aproximado, con esto tendremos una caudal de: 57

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Q = [(π*d2)/4]*VPROM Q = [(π*0.15242)/4]*11.194 Q = 0.204 m3/seg Entonces el caudal que proporcionarán los dos tanques es de: QT = 0.408 m3/seg Encontraremos el diámetro de la tubería que se requiere para transportar un caudal de 0.408 m3/seg. Q = [(π*d2)/4]*VPROM; d = √[(4*Q)/(π*VPROM)] d = √[(4*0.408)/(π*11.194)] = 0.2154 m d = 0.2154 m Elegiremos un diámetro de 0.2032 m (8 Plg.) que es el más aproximado, con esto tendremos una caudal de: Q = [(π*d2)/4]*VPROM Q = [(π*0.20322)/4]*11.194 Q = 0.363 m3/seg Con este dato podremos saber en que tiempo se vacían los tanques atmosféricos mediante la sig. Fórmula: Q = Vol. / t; t = Vol. / Q t = 4594.5/0.363 t = 210.95 min. t = 3 Horas, 51 Minutos Con esto tendremos cubierta en su mayoría las 4 horas que se requieren para un incendio de riesgo mayor (Cap. 2.1.2), faltando por cubrir 8 minutos, estos nos los proporcionara la cisterna. 58

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2.2.2. DISEÑO DE LA CISTERNA. Como el volumen faltante es de 236 m3 realizaremos una cisterna con capacidad de 343 m3, de esta manera serán las medidas de ella: BASE = 7 m, LARGO = 7 m, ANCHO = 7 m.

7m 0.5 m 7m 7m a)

b)

La figura 2.4. a) Representa la manera en que llega el fluido de la bocatoma y de los tanques atmosféricos, b)Representa la manera en que va a ir instalada la bomba y la profundidad de la válvula de pie con alcachofa.

Con este caudal tendremos el tiempo en que se vacía la cisterna el cual es de: t = Vol./Q t = 343 / 0.36 t ≈ 16 Minutos con esto cubrirá totalmente lo faltante que es de 7 minutos. Realizaremos por ultimo una sumatoria de Horas así podremos ver el tiempo real de abastecimiento de agua. tREAL = tTANQUE + tCISTERNA tREAL = 3H,51m + 16m tREAL = 4 Horas, 7 Minutos por lo tanto cumplimos con las 4 Horas mínimo requeridas. La selección de la bomba para el llenado de los tanques así como la que se ocupará en la Red Contraincendio se mencionara en el Capitulo 3.

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2.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO. El agua de enfriamiento será alimentada de un río como lo indica el capitulo 2.1.1 y estará representado en la figura 2.3, los datos de longitudes y altitudes se mencionarán mas adelante, los dibujos están elaborados sin escala pero las medidas que se señalen son las propuestas en nuestro diseño.

BOCATOMA

1

3

2 Fig. 2.5 Representación lineal de la trayectoria que deberá seguir la tubería de 8 Plg. Desde la bocatoma hasta los tanques atmosféricos.

La bomba deberá tener dos tomas de succión para el mantenimiento de la tubería y sus accesorios que la compongan y deberá ser como se muestra a continuación:

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A CISTERNA O TANQUES ATMOSFERICOS

BOMBA

RIO

Fig. 2.6 Representación de la instalación de las dos tomas de succión para fines de mantenimiento.

2.3.1 REQUERIMIENTOS DE LOS ACCESORIOS. Se mostrará a continuación los accesorios que utilizaremos desde la bocatomacisterna-tanques atmosféricos, en el cual mencionaremos el total de ellos así como las especificaciones que deberán tener cada uno de ellos. (3) 1) TUBERÍA DE ACERO AL CARBÓN ASTM A-53, GR.B, SIN COSTURA Y EXTREMOS BISELADOS, de los siguientes diámetros: (3) a) Diámetro de 6 Plg. para la salida y llenado de los tanques atmosféricos. b) Diámetro de 8 Plg. para la transportación de la suma de caudal de los dos tanques atmosféricos hasta la cisterna. 2) Los accesorios serán los siguientes: a) Codos de 90° de 8 Plg. En total son 7 los cuales se señalan en la Fig. 2.2-b) y Fig. 2.3.1. b) Codos de 45° de 8 Plg. En total son 8 los cuales se colocarán en el tramo que se enterrará por debajo de la calle como se muestra en la Fig. 2.2-b) y Fig. 2.3.1 c) Codos de 90° de 6 Plg. En total son 2 los cuales se colocarán en el llenado de los tanques atmosféricos (parte superior), como se muestra en la Fig.2.2-a). d) Codos de 45° de 6 Plg. En total son 2 los cuales se colocarán a la salida de los tanques atmosféricos para conectarla con la línea principal de abastecimiento a las cisternas como se muestra en la Fig.2.3. (3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 61

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e) Tee "T" de 8 Plg. En total son 3 los cuales se colocarán: salida de tanque atmosférico (1), llegada a la cisterna en unión con la bocatoma (1), como se muestra en la Fig.2.2-b) y c) respectivamente. f) Tee "T" de 6 Plg. En total son 2 los cuales se colocarán en la separación de llegada a los tanques atmosféricos (para llenado y para abastecimiento a la cisterna) y se colocarán como se muestra en la Fig. 2.3. g) Reducción de 8 Plg.- 6 Plg. En total son 2 los cuales se colocarán de la línea de abastecimiento a la cisterna (8 Plg.) a los tanques atmosféricos (6 Plg.), como se muestra en la Fig.2.3. h) VÁLVULAS DE COMPUERTA DE 2” a 30” Ø CLASE 150# ANSI, BRIDADA, CARA REALZADA (R.F.), CUERPO DE ACERO AL CARBON ASTM A-216, Gr. WCB, SIMILAR A WALWORTH 5202, CON INTERIORES DE ACERO INOXIDABLE 11-13 % CROMO AISI 410, VASTAGO ASCENDENTE ASTM-276 TIPO 410, CUÑA SOLIDA, BONETE BRIDADO, VOLANTE FIJO, el total de ellas se señala a continuación: (3) 1) Válvulas de compuerta de 8 Plg. En total es 3 la cual se colocará en la llegada a la cisterna como se muestra en la Fig.2.2-b). 2) Válvula de compuerta de 6 Plg. En total son 4 las cuales se colocarán para el control de llenado o vaciado de los tanques como se muestra en la Fig.2.3. i) BRIDAS CUELLO SOLDABLE, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-150, DE 8 PLG. Las cuales el total de ellas son de 6 que estarán colocadas dos por cada válvula de compuerta de 8 Plg. j) BRIDAS CUELLO SOLDABLE, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-150, DE 6 PLG. Las cuales el total de ellas son de 16 que estarán colocadas dos por cada válvula de compuerta de 6 Plg.(8 unidades) y 8 que se colocarán en la entrada y salida de los tanques.

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEXRefinación. 1996 62

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3.0 SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA CONTRAINCENDIO 3.1 CLASIFICACION DE LAS BOMBAS El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones. Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas). 3.1.2 BOMBAS ROTATIVAS Llamadas así por ser accionadas con de una fuente de energía que les imprime un movimiento rotativo en su eje de entrada. Todas las bombas rotativas son accionadas exteriormente por un elemento motriz de trabajo rotativo: generalmente son accionadas por motores eléctricos o de explosión, aunque también pueden ser accionadas por otros elementos motrices como turbinas hidráulicas o eólicas. Todas las bombas rotativas tienen, interiormente, zonas en las que incrementa el volumen de la cámara para generar la aspiración o succión, y zonas en las que el volumen se reduce generando la impulsión; de la tolerancia entre estas dos zonas dependerá la eficiencia de la bomba. Estas bombas se clasifican normalmente en función del tipo de elemento que transmite el movimiento al fluido.   

Bombas de Engranajes Internos (excéntricos) Bombas de Lóbulos Bombas de Paletas

3.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS En las bombas centrífugas la energía se comunica al líquido por medio de alabes en movimiento de rotación, a diferencia de las de desplazamiento volumétrico o positivo, rotativas (de engranajes, tornillos, lóbulos, levas, etc. y alternativas de pistón, de vapor de acción directa o mecánicas. Las ventajas principales de las bombas centrífugas son: Caudal constante, presión uniforme, sencillez de construcción, tamaño reducido, bajo mantenimiento y flexibilidad de regulación. 63

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Uno de sus pocos inconvenientes es la necesidad de cebado previo al funcionamiento, ya que las bombas centrífugas, al contrario que las de desplazamiento positivo, no son autoaspirantes. Los dos componentes principales de las bombas centrífugas son el disco llamado impulsor o rodete y la envuelta o caja dentro de la que gira. El principio del funcionamiento es la conversión de la energía cinética en energía de la velocidad y de presión. La energía del motor (eléctrico, de combustión interna o turbina de vapor) se transmite directamente a la bomba por su eje, haciendo girar al rodete a gran velocidad. Los pasos de la conversión de energía varían según el tipo de la bomba. Los tres tipos principales se conocen como de flujo radial , de flujo mixto y de flujo axial o propulsor; estas bombas se identifican por la dirección del flujo a través del rodete con referencia al eje de rotación. La bomba centrífuga con difusor de caracol, de doble aspiración, de una sola etapa y eje horizontal es el tipo mas comúnmente empleado por el servicio de protección contra incendio o para uso comercial. En estas bombas, el flujo del agua tras entrar por el orificio de aspiración y pasar al interior de la caja se divide y entra por ambos lados del rodete a través de una abertura llamada oído de la bomba. La rotación del rodete conduce el agua por fuerza centrífuga desde e oído hacia el borde y a través del caracol hasta el orificio de descarga. La energía cinética adquirida por el agua en su paso a través del rodete se convierte en energía de presión por la reducción gradual de la velocidad en el interior del caracol.

ESQUEMA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

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3.1.4 BOMBAS DE VARIAS ETAPAS Para obtener mayores presiones, pueden montarse dos o más rodetes, con sus respectivas cajas envueltas, unidos a un mismo eje, como una sola unidad, formando una bomba de varias etapas. La descarga de la primera etapa es aspirado por la segunda; la descarga de la segunda, por la tercera, y así sucesivamente. La capacidad de la bomba es el caudal que puede mover una etapa; la presión es la suma de las presiones de cada una de las etapas, menos una pequeña perdida de carga. 3.2 CONCEPTOS BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS Y SELECCIÓN DE UNA BOMBA. En la selección de bombas hay que tener en cuenta los siguientes factores: Las propiedades físicas del líquido, como el peso específico, viscosidad, temperatura, sólidos en suspensión, etc. El NPSHd, presión de aspiración e impulsión de la máquina. Tipo y dimensiones de la bomba, velocidad, diámetro del eje y/o camisa del eje, diámetro interior de la cámara del cierre, longitud de la cámara del cierre, distancia entre la cámara del cierre y el primer apoyo, cliente final, lugar de instalación de la planta, etc. (2) Para esto se debe tomar en cuenta las características con que se va a construir la red contraincendio tanto su presión y su caudal necesario para satisfacer la demanda que se requiere para el siniestro, para empezar la presión necesaria con la que se debe contar en las salidas de los hidrantes es aproximadamente de 7 Kg/cm2, el caudal se debe de manejar de 250 gpm, estos son los dos puntos más importantes que se deben manejar para obtener la bomba correcta que alimentara toda la red, por lo tanto no debemos de estar por de bajo de estos conceptos por que no se alcanzaría a tener un buen desempeño de estas máquinas, esto nos servirá para los ductos correctos en nuestro diseño que se utilizará para transportar el fluido que en este caso es agua en todo el circuito. (2) Independientemente de que la bomba sea centrífuga o tipo turbina vertical, para una adecuada selección se debe especificar carga, capacidad, líquidos a manejar, tuberías, accesorios y motores, así como las condiciones de succión, descarga y demás aspectos comunes. En base a estos puntos se determinará el tipo de bomba a usar. (2) Para empezar debemos de saber los conceptos básicos que necesitamos para poder seleccionar una bomba los cuales son: (2)

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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

Relación entre presiones Se han designado tres tipos de presión: absoluta (presión arriba del cero absoluto), manométrica (arriba de la presión atmosférica de la localidad en que se mide) y la presión atmosférica de la localidad. (2) La presión absoluta puede encontrarse arriba o debajo de la presión atmosférica. Un vació se considera presión de carga negativa. Ver figura 3.1.

Figura 3.1 Relación entre presiones



Carga estática. Es la altura, expresada en unidades de longitud (pies, metros) a la que se encuentra la fuente de suministro del líquido, misma que forma columna de fluido que actúa sobre la succión o descarga de una bomba. Es un parámetro necesario para el cálculo del MPS; la cabeza de la bomba, dependiendo el caso, se representa por Hs. (2)

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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CARGA ESTATICA DE DESCARGA CARGA ESTATICA TOTAL

CARGA ESTATICA TOTAL

CARGA ESTATICA TOTAL

CARGA ESTATICA DE DESCARGA

CARGA ESTATICA DE DESCARGA

ELEVACION ESTATICA DE SUCCION

ELEVACION ESTATICA DE SUCCION CARGA ESTATICA SUCCION

Figura 3.2 Casos de cargas estáticas



Elevación estática de succión y carga estática de succión. Cuando la bomba se encuentra arriba del nivel libre de bombeo, la distancia entre este nivel y el eje central de la bomba se llama elevación estática de succión. Si la bomba se encuentra abajo del nivel libre de bombeo, la distancia entre el nivel del líquido y el eje central de la bomba se denomina carga estática de succión. Esta última se representa por Hs. (2)



Carga estática de descarga. Es la distancia vertical entre el eje central de la bomba y el punto de entrega libre de líquido. (2)



Carga estática total. Es la diferencia de alturas entre los niveles de succión y descarga.(2)



Carga de fricción.

Es la columna, en pies de líquido que se maneja, necesaria para vencer la resistencia de las tuberías de succión y descarga y sus accesorios; varía de acuerdo con la velocidad del líquido, diámetro, tipo y condiciones interiores de la tubería y naturaleza del líquido que se maneja. (2)

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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 Carga de velocidad. Un líquido que se mueve a cualquier velocidad dentro de un tubo, tiene energía cinética debido a su movimiento. La carga de velocidad es la distancia de caída necesaria para que un líquido adquiera una velocidad dada: (2)

Hs  

V2 2g

(3-1)

Elevación de succión. Es la carga estática de succión más las perdidas por fricción originadas en la tubería; se determina para calcular el NPSH de la bomba. Ver las figuras 3.2.A y 3.2.C. (2)



Carga de succión.

Es la carga estática de succión menos las pérdidas de fricción de la tubería más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Se determina para calcular el NPSH de la bomba. Ver figuras 3.2 y 3.3. (2)

Carga Hs estática

NPSHD= Pa – Hf – Pf - Pv

Tanque cerrado

Carga estática

Hs

NPSHD= carga neta positiva de succión disponible en metros. Pa= Presión atmosférica, en metros Hf= Altura estática de succión, en metros Pf= Pérdidas por fricción producidas en la tubería y accesorios de succión, en metros. Pv=Presión de vapor del líquido, en metros.(ver tabla 11 del apéndice)

Carga Hs estática

Figura 3.3 Carga neta positiva de succión (NPSH) según el tipo de instalación

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

68

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA



Presión de descarga.

Es la presión requerida a la salida de la bomba para satisfacer la presión en el punto mas lejano, considerando la columna estática (si existe)mas las perdidas de fricción en la tubería. (2) 

Carga total.

Es la diferencia entre las cargas de succión y descarga, se conoce como caída de presión de la bomba. (2) 

Presión de vapor.

Se determina en función de las características del líquido a manejar, ya que influye en el calculo del NPSH de la bomba, por lo que la temperatura de operación es factor determinante para la correcta selección de la bomba, evitando que por succión de vapor se presente el problema de cavitación. Si por cambios imprevistos se llega a tener una operación con este defecto, puede corregirse dotando a la bomba de una carga de succión suficiente que permita que la presión de bombeo sea mayor que la de vapor del líquido. (2) 

Carga neta positiva de succión (NPSH)

Es la presión disponible requerida para forzar un gasto determinado a través de la tubería de succión hasta el impulsor expresado en pies del líquido manejado. (2) Conforme disminuye el NPSH, la capacidad del equipo se abate. NPSH disponible Este valor se obtiene en función de las características de la instalación y marca que la carga disponible deberá ser mayor que el valor de la carga requerida. NPSH requerido. Este depende sólo del diseño del equipo; lo proporciona el fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad. En las figuras 3.2 y 3.3 se dan ejemplos de NPSH, según el tipo de instalación de que se trate.

(2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Factores que afectan el cálculo del NSPH 

Presión atmosférica Esta se ve afectada por la altura sobre el nivel del mar del lugar donde será instalada la bomba. (2)



Presión de vapor. Está en función de la temperatura del fluido manejado.



Pérdidas por fricción en la tubería y accesorios de succión de la bomba. Cualquier variación en los factores anteriores modificará la operación de la bomba. (2)

Una instalación consta de una serie de metros de tubería y de accesorios (codos, contracciones, etc.): en los tramos rectos hay pérdidas primarias y en los accesorios pérdidas secundarias. El conjunto de estas pérdidas constituye las pérdidas exteriores a la bomba H r ext . Además se originan pérdidas de superficie y de forma en el interior de la bomba H r int . (1) La altura teórica de la bomba es la expresada por la ecuación siguiente:

Hu 

u 2 c2u  u1c1u g

(3-2)

donde los puntos 1 y 2 se refieren a la entrada y salida del rodete. H u es la altura que el rodete imparte al fluido. Si no hubiera pérdidas en el interior de la

bomba, H u sería también el aumento de altura que experimentaría el fluido entre la entrada y salida de la bomba (entre las secciones E y S). Sin embargo, en el interior de la bomba (entre las secciones E y S, por tanto) se producen, como ya hemos dicho, pérdidas hidráulicas H r int , que se estudiarán mas adelante. Ver figura 3.7. (1)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix (2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Tubo de Cebado

Línea de purga de aire Panel del manómetro

Válvula de compuerta Válvula de compuerta

reductor ZE ZA

ZE

Válvula de compuerta

Válvula de pie con alcachofa

Figura 3.4 Instalación de una bomba centrífuga

3.2.1 ALTURA UTIL O EFECTIVA DE UNA BOMBA Altura útil o efectiva H que da la bomba es la altura que imparte el rodete o la altura teórica. HU , menos las pérdidas en el interior de la bomba, H r int : (1)

H  HU  H r int

(3-3)

3.2.2 PRIMERA EXPRESIÓN DE LA ALTURA UTIL Escribamos la ecuación de Bernoulli entre las secciones E y S (Fig. 3.4): (1) 2

2

P v PE v  zE  E  H  s  zs  S g 2g g 2g Despejando H tendremos: 2 2  PS v S   PE vE      H   zS     g  z E  2 g   g 2 g    

(3-4)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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El primer paréntesis es la altura total del fluido a la salida y el segundo la altura total del mismo a la entrada. Luego: Altura útil es la diferencia de alturas totales entre la salida y la entrada de la bomba. Esta diferencia es el incremento de altura útil comunicado por la bomba al fluido. (1) Por tanto: Altura útil es igual al incremento de altura de presión que experimenta el fluido en la bomba + el incremento de altura geodésica + el incremento de altura dinámica. La bomba incrementa la altura total que tiene la corriente a la entrada de la misma en un valor que es igual a la altura útil; o equivalentemente aumenta la energía específica de la bomba en un valor que es igual a la energía útil. (1) Para pasar de la altura útil a la energía útil basta aplicar la ecuación siguiente:

Y

PS  PE



 z S  z E g 

vS  vE 2 2

2

(3-5)

La energía útil es igual al incremento de energía de presión que experimenta el fluido en la bomba + el incremento de energía geodésica + el incremento de energía dinámica. (1) Notas a la primera expresión de la altura útil:  

El término z S  z E suele ser o muy pequeño o incluso igual a 0 en las bombas de eje vertical. 2 2 v  vE El término S suele ser también muy pequeño o igual a 0: positivo, 2g aunque pequeño si el diámetro de la tubería de aspiración se hace ,mayor que el de la tubería de impulsión, para evitar la cavitación: igual a 0, si DS  DE .

La primera expresión de H, deducida en esta sección, mira a la bomba misma y sirve para calcular H en una bomba en funcionamiento. La segunda expresión de H, que deduciremos en la sección siguiente, mira a la instalación y sirve para calcular H, estudiando el proyecto mismo de instalación, con miras a encargar la bomba más adecuada para la instalación que se proyecta, ya que para calcular H no se requiere que la bomba esté funcionando. (1)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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3.2.3 SEGUNDA EXPRESIÓN DE LA ALTURA UTIL Y DE LA ENERGIA UTIL Escribamos la ecuación de Bernoulli entre las secciones A y Z de la figura 3.7 (recuérdese que al deducir la primera expresión de la altura manométrica escribimos la misma ecuación; pero entre las secciones E y S ): (1)

2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H  2  z 2  2 g 2g g 2g

(3-6)

donde H r ext - pérdidas exteriores a la bomba. En el caso de la figura 3.7 p A  p Z  0 ; pero si el depósito de aspiración o impulsión no están a la presión atmosférica, esto no se cumple. Si, como sucede de ordinario, las áreas del pozo de aspiración y del depósito de 2 2 v v impulsión son suficientemente grandes para que A y Z puedan despreciarse, 2g 2g tendremos: PA P  0  z A  H r ext  H  Z  z Z  0 g g

H

PZ  PA  z Z  z A  H r ext g

(3-7)

(3-8)

Por otra parte: 2

H r ext

v  H ra  H ri  t 2g

(3-9)

donde: H r ext - pérdida total exterior a la bomba; H ra - pérdidas en la aspiración (o sea entre los puntos A y E) ; H ri - pérdida en la tubería de impulsión; 2

vt 2g

- pérdida secundaria en el desagüe en el depósito. Esta pérdida podrá Considerarse incluida en el término H ; pero como suele olvidarse es costumbre explicarla en una formula de uso frecuente en instaladores que no siempre poseen suficiente formación técnica. De esta manera H

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

73

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA 2

vt son las pérdidas por fricción en la tubería misma y (donde v t 2g velocidad final en la tubería de impulsión) la pérdida en la entrada del 2 fluido en el depósito de impulsión, siendo H ri  vt las pérdidas entre 2g los puntos S y Z. Llevando el valor de H r ext de la ecuación 3.7 a la ecuación 3.8 se obtiene finalmente:

v P  PA H Z  z Z  z A  H ra  H ri  t g 2g 2

(3-10)

SEGUNDA EXPRESIÓN DE LA ENERGIA UTIL

Y

PZ  PA



2

v  z Z  z A g  g H ra  H ri   t 2

(3-11)

Notas a la segunda expresión de la altura útil:  Para aplicar la ecuación 3.8: a) Es necesario conocer el caudal (porque las pérdidas son función de él), así como las características de la instalación (metros de tubería, material de la misma y accesorios); b) No es necesario conocer las lecturas del manómetro y del vacuómetro. Es decir, hay que mirar a la instalación, no a la bomba.  Con mucha frecuencia el pozo de aspiración (que en el caso de nuestra red contraincendio es un río) y el depósito de impulsión (tanques atmosféricos) están P  PA abiertos a la atmósfera, entonces Z  0. g  Al hacer el pedido de una bomba se ha de especificar a la casa suministradora el caudal y la altura efectiva. Un ingeniero no debe encargar una bomba sin haber estudiado minuciosamente el esquema de la instalación y aplicando la ecuación 3.8, previa fijación del caudal que se ha de garantizar.  En muchas instalaciones de bombeo realizadas se ha comprobado que el rendimiento de la instalación es a veces menos de la mitad del que se hubiera obtenido si la bomba se hubiera elegido adecuadamente y la instalación se hubiera realizado mejor. (1)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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3.2.4

PERDIDAS, POTENCIAS Y RENDIMIENTOS

3.2.4.1 PERDIDAS Todas las pérdidas en la bomba se pueden clasificar en tres grupos:   

Pérdidas hidráulicas. Pérdidas volumétricas. Pérdidas mecánicas.

3.2.4.2 PERDIDAS HIDRÁULICAS Las pérdidas hidráulicas disminuyen la energía especifica útil que la bomba comunica al flujo y consiguientemente la altura útil. Son de dos clases: pérdidas de superficie y pérdidas de forma: las pérdidas de superficie se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba (rodete, corona directriz...) o de las partículas del fluido entre sí; las pérdidas de forma se producen por el desprendimiento de la capa limite en los cambios de dirección y en toda forma difícil al flujo, en particular a la entrada del rodete si la tangente del alabe de la corona directriz no coincide exactamente con la velocidad absoluta a la salida. Las pérdidas hidráulicas se originan, pues:     

Entre el punto E (Fig. 3.7) y la entrada del rodete. En el rodete En la corona directriz, si existe. En la caja espiral Desde la salida de la caja espiral hasta la salida de la bomba, o punto S. (1)

3.2.4.3 PERDIDAS VOLUMÉTRICAS Estas pérdidas que se denominan también pérdidas intersticiales, son pérdidas de caudal y se dividen en dos clases: pérdidas exteriores qe y pérdidas interiores qi. En la figura 3.5, que representa una bomba radial de aspiración única, se han indicado los lugares de la bomba en que tienen lugar las pérdidas qe y qi. (1)

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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estopa prensaestopa

Figura 3.5 pérdidas volumétricas en una bomba (y en un ventilador): el caudal útil es Q; pero el rodete bombea Q+q e+qi ; qe sale por el prensaestopas al exterior (goteo de la bomba); qi retrocede por el intersticio; por la tubería de aspiración circula un caudal Q + qe menor que por el rodete.

Las pérdidas volumétricas exteriores qe constituyen una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba, que la atraviesa. Para producirlas se utiliza la caja de empaquetadura, que se llena de estopa o material de cierre, provista de su correspondiente tapa o prensaestopas con pernos, que permiten comprimiendo el prensaestopas contra el eje de la máquina mejorar el cierre. Esta presión, sin embargo, no puede ser excesiva para no aumentar las pérdidas mecánicas. Como material de cierre se utiliza mucho el amianto grafitado. (1) 3.2.4.4.PERDIDAS MECANICAS Las pérdidas mecánicas incluyen las pérdidas por   

Rozamiento del sellos mecánicos con el eje de la máquina; Rozamiento del eje con los cojinetes; Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes para lubricación, cuentarrevoluciones, etc.);

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Disco o rodete Caja de la bomba o carcasa

El fluido que llena este espacio absorbe la potencia perdida por rozamiento de disco

Figura 3.6 El rodete esquemáticamente es un disco que gira en el interior de una caja en la que no hay vacío. El fluido que llena esta caja absorbe la potencia perdida por rozamiento de disco.



Rozamiento por disco. Se llama así el rozamiento de la pared exterior del rodete con la atmósfera de fluido que le rodea. Es decir, el rodete de una bomba en esquema, como puede verse en la figura 3.6, es un disco o mejor una caja con cuyo interior circula fluido; pero en el exterior; o sea en el juego entre el rodete y la carcasa, inevitablemente penetra también el fluido: el disco no gira, pues, en el vacío, sino en una atmósfera viscosa donde se produce un rozamiento que incluimos en las pérdidas mecánicas y se denomina pérdida por rozamiento de disco. (1)

En la figura 3.7 se han señalado los lugares en que tienen lugar las diferentes pérdidas mecánicas.

Fig. 3.7. Esquema de bomba radial con cojinetes de bolas para contrarestar el empuje axial. Se han indicado los lugares donde tienen lugar las pérdidas de potencia mecánica

P r m1 , P r m12 , P r m3

.

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77

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3.2.5 POTENCIAS Y RENDIMIENTOS 3.2.5.1 POTENCIA INTERNA Pi Es la potencia total transmitida al fluido, o sea la potencia de accionamiento, descontando las pérdidas mecánicas: (1) Pi  Pa  P r m

(3-12)

es fácil hallar una expresión hidráulica de Pi en función de las pérdidas llamadas internas, que son las pérdidas hidráulicas y las pérdidas volumétricas. En efecto, el rodete entrega al fluido una energía específica equivalente a una altura H u  H  H r int y esta altura la entrega al caudal bombeado por el rodete, que es Q  qe  qi . Luego: Pi  Q  qe  qi g H  H r int    Q  qe  qi gH u

(3-13)

3.2.5.2 POTENCIA UTIL Es la potencia de accionamiento descontando todas las pérdidas de la bomba o equivalentemente la potencia interna desconectando todas y sólo las pérdidas internas (hidráulicas y volumétricas). Luego: (1)

P  Pa  P r m  P r v  P r h   Pi  P r v  P r h

(3-14) (3-15)

La potencia útil por otra parte será la invertida en impulsar el caudal útil Q a la altura útil H. Luego: P  QgH

(3-16)

3.2.5.3 RENDIMIENTO HIDRÁULICO  h Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas de altura total, H r int en la bomba. Como, según la ecuación (3.3), H  HU  H r int , el valor de  h es: (1)

h  H H

(3-17) u

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

78

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3.2.5.4 RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas volumétricas, y su valor es:



Q Q  q e  qi

(3-18)

donde: Q - caudal útil o caudal efectivo impulsado por la bomba; Q  qe  qi - caudal teórico o caudal bombeado por el rodete (Ver Fig. 3.8) (1)

3.2.5.5 RENDIMIENTO INTERNO,  i Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas internas, o sea las hidráulicas y volumétricas y engloba ambos rendimientos hidráulicos y volumétrico (1)

i 

P Pi

(3-19)

Ahora bien, según la Ec. (3.16 ) Pi  Q  qe  qi gH u 

QgH

 v h

(3-20)

y teniendo en cuenta la Ec. (3.17)

i 

P QgH h v  Pi QgH

(3-21)

y finalmente:

 i   h v

(3-22)

3.2.5.6 RENDIMIENTO MECANICO,  m Tiene en cuenta todas y sólo las pérdidas mecánicas, y su valor (ver Fig. 3.13) es: (1)

 m  Pi P

(3-23)

a

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

79

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3.2.5.7 RENDIMIENTO TOTAL  tot Tiene en cuenta todas las pérdidas en la bomba, y su valor (Ver Fig. 3.13) es: (1)

 tot 

P pa

(3-24)

3.2.5.8 RELACION ENTRE LOS RENDIMIENTOS Teniendo en cuenta las Ecuaciones (3.15), (3.16), (3.17), (3.18) se tendrá: 81)

 tot 

P P Pi    i m   v h m Pa Pi Pa

(3-25)

Por tanto

 tot   i m   h v m

(3-26)

El rendimiento total de una bomba es el producto del rendimiento interno por el rendimiento mecánico, o también el producto de los tres rendimientos: hidráulico, volumétrico y mecánico.

Es útil ahora expresar la potencia de accionamiento en función de Q y de H. Pa 

QgH

 i m



QgH

 v h m



QgH

 tot

(3-27)

Asimismo la potencia interna en función de los rendimientos hidráulico y volumétrico se expresa, como ya hemos visto, así: QgH Pi  (3-28)

 v h

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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3.2.6 CAVITACION DE UNA BOMBA La cavitación en las bombas produce dos efectos perjudiciales: disminución del rendimiento y erosión. La aparición de la cavitación en las bombas está íntimamente relacionada a) con el tipo de bomba (en general el peligro de cavitación es tanto mayor cuanto mayor es el número específico de revoluciones,  s ); b) con la instalación de la bomba (la altura de suspensión de la bomba, H s , o cota del eje de la bomba sobre el nivel del líquido en el depósito de aspiración, debe ser escogida cuidadosamente para evitar la cavitación); c) con las condiciones de servicio de la bomba (el caudal de la bomba nunca debe exceder el máximo permisible para que no se produzca la cavitación). (1)

Figura 3.8. Determinación de la altura de aspiración de una bomba.

(1) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas segunda edición Claudio Mataix

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3.2.6.1 EL NPSH NECESARIO DE UNA BOMBA. Para evitar fenómenos de cavitación, es indispensable comprobar durante el proceso de selección de una bomba contraincendio, que el valor del NPSH (Net Positive Suction Head) o carga neta positiva de succión disponible en las instalaciones de campo donde se vaya a colocar dicha bomba, sea mayor que el valor del NPSH requerido por la propia bomba. (3) Cuando el nivel del agua se encuentra por debajo de la bomba, el NPSH disponible puede calcularse de la siguiente manera: NPSH = Pa - Hf - Pf - Pv

(3-29)

en donde : NPSH = Carga neta positiva de succión disponible, en metros (pies). Pa = Presión atmosférica, en metros (pies). Hf = Altura estática de succión, en metros (pies). Pf = Pérdidas por fricción producidas en la tubería y accesorios de succión, en metros (pies). Pv = Presión de vapor del líquido, en metros (pies). 3.3

PRUEBA DE LAS BOMBAS

Para tener un buen funcionamiento del equipo que se tiene en operación es necesario realizar cada año un mantenimiento exhaustivo a las máquinas que se emplean en la red contraincendio para tenerlo en buen estado en caso de siniestro con el fin de que proporcionen el caudal y la presión necesaria en los lugares de riesgo mayor que presente la estación. Este mantenimiento permite verificar las condiciones de las bombas, si nos proporciona un caudal y una presión adecuados para cubrir los requerimientos necesarios de protección contraincendio del centro de trabajo o si necesita alguna reparación o sustitución de algunos de sus componentes. Las pruebas contraincendio se levan a cabo para constatar que la bomba, el motor la aspiración y el suministro de energía funcionan adecuadamente, y para corregir las faltas que pudieran descubrirse. El funcionamiento de las características hidráulicas de la bomba se mide por una prueba de caudal con las mangueras y as lanzas conectadas al cabezal de la bomba o a los hidrantes exteriores. Se comprueban tres puntos de la curva normalizada: (1) a caudal cero (válvula cerrada), (2) con (3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEX-Refinación. 1996 82

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

sobrecarga (a 150 % de la capacidad nominal o mas) y (3) a un caudal adecuado a la capacidad nominal o en un punto muy cercano. También se prueba el funcionamiento automático abriendo los hidrantes exteriores o los drenes de la conducción vertical de los rociadores, concediéndosele la debida atención a la distribución del sistema de protección contra incendios (perdida de presión o puesta en acción el flujo de agua, bomba auxiliar, etc). No es suficiente iniciar la caída de presión por medio del grifo de prueba del grupo de mando[4]. El nivel del agua de las lagunas o estanques, el estado de los filtros de aspiración y de las tomas, los depósitos elevados, etc, se examinan también cuidadosamente. Se investiga el historial de interrupciones del suministro de energía, de las bajas del nivel acuífero y los fallos de cualquier clase que tengan que ver con la bomba, el motor o sus equipos. Se examinan los registros de los manómetros de los grupos de mando de los motores, cuando se disponga de ellos. (3) 3.4 SELECCIÓN DE LA BOMBA CONTRAINCENDIO Un equipo de bombeo es un sistema que recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico o térmico y la convierte en energía que el fluido adquiere en forma de presión, posición y velocidad. En el esquema siguiente se indica como el equipo de bombeo contraincendio está interrelacionado con los elementos que constituyen el sistema para su diseño o selección:   

Tanque de agua contraincendio Bombas contraincendio Red general de agua contraincendio, la que considera hidrantes, monitores, etc.

Considerando los puntos anteriores se elabora una tabla comparativa que concentra las características principales de las bombas (de acuerdo a la información del proveedor), aun cuando se debe contar con más elementos para decidir la selección. Las características a considerar y que deben estar contenidas en la tabla son: A. Eficiencia (N) De este factor dependerá en gran parte la economía que tenga el sistema durante su vida útil. (2)

(3) Norma GPASI-SI-3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de PEMEX-Refinación. 1996

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B. Gasto de la bomba (Q) Este valor deberá analizarse para el 100 % y 150%, para cada alternativa. (2) C. Carga dinámica total (H) Este valor deberá estar comprendido en la curva . para las bombas centrífugas horizontales cuando el gasto sea cero, la presión desarrollada no excede el 120% de la carga dinámica requerida, para las bombas de turbina vertical cuando el gasto sea cero, la presión desarrollada no debe exceder del 140% de la carga dinámica total requerida. Ambos tipos de bombas deben proporcionar el 150% del gasto total (gasto nominal), cuando la presión de descarga sea como mínimo de 65% de la carga total. Ver figura 1.3.1 del capitulo I.3. (2) D. Carga neta positiva de succión disponible (NPSHD) Está en función del tipo de instalación de que se disponga y debe ser mayor al NPSH requerido. (2) E. Periodo de operación en horas Deberá tener capacidad para operación continua de ocho horas. F. Servicio contraincendio Deberá definirse si es agua dulce o salada. (2)

G. Capacidad deseada Se define en base a las necesidades para cubrir el riesgo mayor. H. Temperatura del fluido a bombear Temperatura ambiente del lugar. I. Tipo de accionador Motor eléctrico o de combustión. J. Número de unidades Para operación (eléctrica) y de relevo (combustión). (2) (2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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3.4.1 CALCULO DE LAS BOMBAS CONTRAINCENDIO Para el cálculo de las bombas que ayudarán a distribuir el agua contraincendio se debe cumplir con lo siguiente:  



La presión disponible en el hidrante o monitor de localización más desfavorable será de 7 Kg/cm2 (100 psig) como mínimo. El gasto proporcionado deberá alimentar la cantidad de hidrantes, monitores, mangueras y cualquier otro sistema contraincendio que se emplee simultáneamente para combatir el incendio de riesgo ,mayor existente en la instalación. Las pérdidas por fricción son consecuencia de la circulación de los líquidos a través de las tuberías a determinada velocidad; se miden en magnitud lineal de líquido (metro o pies), o bien en unidades de presión (Kg/cm2 o lb/in2).

Experimentalmente se han determinado las pérdidas de fricción para diversos diámetros de tubería a distintos gastos, dando origen a expresiones generales o ecuaciones que sirven para evaluar las menciones pérdidas por fricción. Para nuestro calculo debemos de alimentar la red con un caudal de 0.36 m 3/s, para esto se necesitarán 3 bombas de accionamiento principal y una de relevo, de acuerdo a la tabla 1.3.1 del capitulo 1.3, los cuales son: una con motor eléctrico y dos con motor de combustión interna, con respecto a las bombas de relevo solo se necesitará una accionada con motor de combustión interna una presión de 8.323 Kg/cm2 a la entrada de la red, teniendo un diámetro en la tubería de succión de 12 “ y un diámetro de descarga de 8”. (2) Para empezar debemos de dividir el caudal que entra a la red contraincendio en tres para cada bomba, esto quiere decir que no precisamente deben tener el mismo gasto ya que la bomba de relevo debe tener las características de la bomba principal de mayor gasto. Una bomba accionada con motor eléctrico debe tener las mismas características que una accionada con motor de combustión interna (Q = 110 lps c/u), así, la otra bomba que sobra debe tener un gasto mayor (140 lps). Calculamos las velocidades en el interior de las tuberías de succión y descarga respectivamente (Ec. 1-1) de la primera bomba que es la eléctrica, estas características serán las mismas para la otra bomba principal accionada por motor de combustión interna entonces será: Q  VA

como desconocemos el área la calculamos y después sustituimos en la formula para encontrar la velocidad en la succión: (2)PEMEX SPCO GIP Manual de procedimientos de ingenieria de diseño 1990

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CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

A

A

D 2 4

 0.30482 4

A = 0.072 m2 Una vez encontrado el área despejamos la velocidad y tenemos: V 

Q A

sustituyendo valores: V

0.110 m 0.072 s

V  1.527 m

s

Ahora encontraremos la velocidad en la descarga: Q  VA

Encontramos el área de la tubería:

A

A

D 2 4

 0.20322 4

A = 0.0324 m2

Ya obtenida el área se sustituye en la formula para encontrar el valor de la velocidad en la descarga: V

0.110 m 0.0324 s

86

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

V  3.395 m

s

Tanto la velocidad de la tubería succión y descarga se esta dentro de las especificaciones que se marcan en el capitulo 1.3.2. Estas velocidades serán tanto para la bomba que es accionada con motor eléctrico como para la de motor de combustión interna, tanto en la succión como en la descarga. Teniendo en cuenta que la tubería en la succión es de Ø=12” y en la descarga de Ø=8”, calcularemos la velocidad en la tercera bomba que es accionada como se dijo por motor de combustión interna, esta tendrá un caudal de 0.140 m 3/s. Sustituyendo en la formula obtenemos: V 

Q A

sustituyendo valores se obtiene la velocidad en la succión:

V

0.140 m 0.072 s

V  1.944 m

s

Ahora calculamos la velocidad en la descarga: V 

Q A

V

0.140 m 0.0324 s

V  4.32 m

s

Las velocidades encontradas en la tercera bomba se encuentran dentro de lo especificado en el capitulo 1.3.3. En las bombas de relevo solo se necesita las características de la bomba principal con mayor gasto, esto quiere decir que ocuparemos el de 0.140 m 3/s.

87

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Ya encontrada la velocidad tanto en la succión como en la descarga de cada una de las bombas calcularemos la potencia de nuestras bombas que utilizaremos en nuestra red contraincendio, aplicando la ecuación de Bernoulli para encontrar la altura útil de las bombas que tendremos en operación (Ec. 3-6): 2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H B  2  z 2  2 g 2g g 2g

Para las pérdidas primarias (Ec. 1-10) en nuestra instalación de bombas contraincendio tenemos una longitud total en línea recta de 7.5 metros en la succión, aplicamos la formula siguiente: L v2 Hrp   D 2g como desconocemos a  la calculamos (Ec. 1-17) como sigue:

    

  1  D 2 log 10  1.74 2 

2

sustituyendo los valores en la ecuación tenemos:

    

  1  304.8 2 log 10  1.74 2 

2

  0.01318 Una vez encontrado  sustituiremos en la formula para encontrar las pérdidas primarias en la bomba eléctrica que es una de las principales:

7.5 1.527 2 Hrp  0.01318 0.3048 2 * 9.81

Hrp = 0.0385 m Como todas las bombas tienen la misma distancia, esto quiere decir que las pérdidas primarias son las mismas.

88

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Ahora encontramos las pérdidas secundarias (Ec. 1-18) en la succión, entonces aplicamos la formula siguiente: v2 H rs   2g Para el codo de 90° el coeficiente  , su valor es 0.25 de acuerdo a la tabla 5 del apéndice, una vez encontrado este dato sustituimos en la formula:

H rs  0.25

1.527 2 2  9.81

Hrs = 0.029 m Ahora encontramos las pérdidas en las válvulas que en este caso solo tenemos una por bomba en la tubería de succión, de acuerdo a la tabla 6 del apéndice tenemos un   0.07 para la válvula de compuerta:

H rs  

v2 2g

Sustituimos en la formula los valores mencionados y tenemos lo siguiente:

H rs  0.07

1.527 2 2  9.81

Hrs = 0.008 m Una vez encontrada las pérdidas primarias y secundarias las sumamos para encontrar las totales: H Tot  H rp  H rs

H Tot  0.0385 m + 0.008 m + 0.029 m H Tot  0.0755 m Al igual que como en las velocidades estas pérdidas cuentan para todas las bombas como tiene las mismas características con respecto a la longitud de la tubería de succión y a los accesorios. A continuación calcularemos las pérdidas primarias y secundarias (Ecs. 110 y 1-18) en la tubería de descarga, como solo tiene un tramo de un metro en línea recta y un accesorio que es una válvula Check (retención) para evitar el retorno de caudal, es mas sencillo su calculo: 89

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Hrp  

L v2 D 2g

Calculamos  diámetro de 14”:

    

(Ec. 1-17) para la tubería de descarga que tiene un

  1  D 2 log 10  1.74 2 

2

Sustituimos valores:

    

  1  203.2 2 log 10  1.74 0.1 

2

  0.0143 Sustituimos el valor de  en la formula:

1 3.39 2 Hrp  0.0143 0.2032 2  9.81 Hrp  0.0412 m

En las pérdidas secundarias solo tenemos una válvula Check (retención) y su coeficiente es de acuerdo a la tabla 6 , del apéndice tomamos un valor para  que es 1.2 , sustituimos en la formula: v2 H rs   2g

H rs  1.2

3.39 2 2  9.81

H rs  0.702 m H Tot  H rp  H rs

90

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Sustituimos en la formula:

H Tot  0.0412 m + 0.702 m Esta es la pérdida en la descarga.

H Tot  0.7432 m Al final de esta distancia se tiene un tramo de tubería que esta acoplado con las cuatro bombas, las tres principales y la de relevo, cuando se accionan en caso de siniestro sumadas tienen una velocidad de 3.634 m/s, esta velocidad esta dentro de lo especificado en los capítulos 1.3.3 Solo nos resta por encontrar las pérdidas exteriores en la bomba y a continuación hacemos el cálculo necesario, como conocemos las velocidades en la succión y en la descarga solo sustituimos: Este valor es para las bombas tanto accionada con motor eléctrico como la de combustión interna que posen el mismo gasto:

v 2 succion 1.527 2   0.118 m 2g 2g Este valor es para la bomba con mayor gasto, estas son en la succión. v 2 succion 1.944 2   0.192 m 2g 2g

Ahora encontramos los valores en la descarga: Este valor es tanto para la bomba accionada con motor eléctrico como de combustión interna

v 2 desc arg a 3.39 2   0.585 m 2g 2g Este valor es para la bomba con mayor gasto v 2 desc arg a 4.32 2   0.951 m 2g 2g Calculamos las pérdidas en el exterior de la bomba (Ec. 3-9): 2

H r ext

v  H entrada  H salida  t 2g 91

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

H r ext  0.0755 m + 0.7432 m + (0.703 m/s)2/(2x9.81 m/s2) H r ext  0.843 m

Esta perdidas exteriores son para las bombas que tienen el mismo caudal. Ahora se calcula para la bomba con mayor gasto. 2

H r ext

v  H entrada  H salida  t 2g

H r ext  0.0755 m + 0.7432 m + (1.143 m/s)2/(2x9.81 m/s2) H r ext  0.885 m Teniendo ya los datos necesarios para calcular la altura útil de cada una de las bombas solo sustituiremos en la ecuación antes mencionada (Ec. 3-6): 2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H B  2  z 2  2 g 2g g 2g

Sustituimos los valores encontrados en la formula, despejamos la altura útil de la bomba y obtenemos: HB 

P2  P1  z 2  z1  H r ext g

H B  [ (816710.7793 KN/m2 – 0)/(1000 Kg/m3 x 9.81 m/s2)] + 6.5 m + 0.843 m H B  90.59 m Ya encontrada la altura útil se sustituye los valores en la formula para encontrar la potencia de nuestras bombas (Ec. 3-16):

P  QgH B P  (0.110 m3/s)(1000 kg/m3)(9.81 m/s2)(90.59 m) P  97755.669 watts P  131.215 HP

92

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Esta es la potencia que deben llevar las bombas principales tanto la accionada con motor eléctrico como la de combustión interna. Ahora encontramos la potencia de accionamiento en el motor (Ec. 3-27), de acuerdo a la tabla 8 del apéndice, y con los resultados que obtuvimos de las curvas de características de la bomba tenemos una eficiencia del 66 %, ahora sustituimos en la ecuación: Pa 

QgH

 tot

Pa  198.810 HP

Estos resultados son de acuerdo a las formulas mencionadas. La potencia, la eficiencia y el NPSH que se mencionarán a continuación son de acuerdo a las curvas de características de la bomba seleccionada para nuestro sistema de bombeo. La potencia para nuestra bomba es de 200 HP Una eficiencia del 66% Con una carga de 300 pies Un NPSH de 10 pies (3.048 metros) El tamaño de la bomba es de 8 x 6 x 17 a 1770 RPM Con estos resultados podemos pedir una de las bomba para nuestro sistema. Una vez obtenido el NPSH necesario de la bomba seleccionada con las curvas de las bombas, verificamos el NPSH disponible. Mencionaremos los datos que se conocen de la formula anterior: Para ver si estamos en el rango de seguridad para evitar la cavitación comprobaremos con la siguiente formula (Ec. 3-29): NPSH = Pa - Hf - Pf - Pv

Sustituyendo en la formula los valores conocidos: NPSH= 10.19 m -1 m – 0.0755 – 0.2382 m NPSH = 8.8763 m

93

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Como la tabla marca un NPSH menor esto quiere decir que estamos dentro de las especificaciones que nos marcan para evitar la cavitación en nuestra bomba; este resultado es para las dos bombas del mismo caudal (0.110 m 3/s). Para encontrar la altura útil en la otra bomba la que es accionada con motor de combustión interna y que posee un gasto mayor que las otras bombas hacemos el siguiente calculo para encontrar la potencia que requerirá dicha bomba: Comenzaremos calculando la altura útil de la bomba (Ec. 3-6): 2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H B  2  z 2  2 g 2g g 2g

Sustituimos los valores encontrados en la formula, despejamos la altura útil de la bomba y obtenemos: HB 

P2  P1  z 2  z1  H r ext g

H B  [ (816710.7793 KN/m2 – 0)/(1000 Kg/m3 x 9.81 m/s2)] + 6.5 m + 0.885 m H B  90.637 m Ya encontrada la altura útil se sustituye los valores en la formula para encontrar la potencia de nuestras bombas (Ec. 3-16):

P  QgH B P  (0.140 m3/s)(1000 Kg/m3)(9.81 m/s2)(90.637 m) P  124480.855 watts P  167.088 HP

Ahora encontramos la potencia de accionamiento en el motor (Ec. 3-27), de acuerdo a la tabla 8 del apéndice, y con los resultados que obtuvimos de las curvas de características de la bomba tenemos una eficiencia del 78 %, ahora sustituimos en la ecuación: Pa 

QgH

 tot

Pa  214.215 HP

94

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Esta es la potencia que debe llevar tanto la bomba principal como la de relevo accionado con motor de combustión interna de acuerdo a las formulas mencionadas. La potencia, la eficiencia y el NPSH que se mencionarán a continuación son de acuerdo a las curvas de características de la bomba seleccionada para nuestro sistema de bombeo. La potencia para nuestra bomba es de 250 HP Una eficiencia del 78% Con una carga de 300 pies Un NPSH de 18 pies (5.48 metros) El tamaño de la bomba es de 8 x 6 x 17 a 1770 RPM Con estos resultados podemos pedir las bombas para nuestro sistema. Una vez obtenido las potencias verificaremos el NPSH necesario para nuestra bomba: Para ver si estamos en el rango de seguridad para evitar la cavitación comprobaremos con la siguiente formula ( Ec. 3-29): NPSH = Pa - Hf - Pf – Pv Sustituyendo los valores en la formula: NPSH= 10.19 m -1 m – 0.0755 – 0.2382 m NPSH = 8.8763 m Como el resultado es mayor que el de la tabla, estamos dentro de las especificaciones que nos marcan para evitar la cavitación en nuestra bomba; este resultado es para las bombas con un caudal de 0.140 m3/s. Para fines de mantenimiento necesitaremos una bomba jockey para mantener presionada nuestra red con un mínimo de 7 Kg/cm 2, tendrá una capacidad máxima de 1890 lpm (500 GPM) y una mínima de 946.20 lpm (250 GPM) Para que la bomba proporcione una presión como la que se indico debe entrar a la red una presión de 12.052 Kg/cm2 para que en cada punto sea esa presión antes mencionada. De acuerdo a la tabla 1.3.2 necesitamos un diámetro de tubería de succión de 6” (considerando la capacidad máxima para nuestra bomba), y una de 4” en la descarga. Como conocemos el gasto y la presión solo faltarían las pérdidas primarias y secundarias ya que el diámetro no es el mismo por el caudal que manejará esta bomba. 95

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Para encontrar estas pérdidas se calcula la velocidad en la entrada y salida de la bomba (Ec. 1-1): Velocidad en la entrada: V 

Q A

V

0.0315 m 0.0182 s

V  1.730m / s

Estamos dentro de las especificaciones velocidad a la salida: Q V  A V

0.0315 m 0.0081 s

V  3.88m / s

Entonces calculamos las pérdidas en la succión primero: Pérdidas primarias (Ec. 1-10): Hrp  

L v2 D 2g

como desconocemos a  la calculamos (Ec. 1-17) como sigue:

    

  1  D 2 log 10  1.74 2 

2

sustituyendo los valores en la ecuación tenemos:

    

  1  0.1524 2 log 10  1.74 2 

2

96

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

  0.225 Una vez encontrado  sustituiremos en la formula para encontrar las pérdidas primarias en la bomba eléctrica que es una de las principales:

Hrp  0.225

7.5 1.730 2 0.1524 2 * 9.81

Hrp  1.689 m

Ahora encontramos las pérdidas secundarias en la succión (Ec. 1-18), entonces aplicamos la formula siguiente:

v2 H rs   2g Para el codo de 90° el coeficiente  , su valor es 0.25 de acuerdo a la tabla 5 del apéndice, una vez encontrado este dato sustituimos en la formula: H rs  0.25 [(1.730 m/s)2]/(2 x 9.81 m/s2)

H rs  0.038 m Ahora encontramos las pérdidas en las válvulas que en este caso solo tenemos una por bomba en la tubería de succión, de acuerdo a la tabla 6 del apéndice tenemos un   0.07 para la válvula de compuerta:

H rs  

v2 2g

Sustituimos en la formula los valores mencionados y tenemos lo siguiente: H rs  0.07 [(1.730 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2)]

H rs  0.106 m Una vez encontrada las pérdidas primarias y secundarias las sumamos para encontrar las totales: H Tot  H rp  H rs

H Tot  1.689 m + 0.038 m + 0.106 m 97

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

H Tot  1.833 m

A continuación calcularemos las pérdidas primarias y secundarias (Ecs. 1-10 y 1.18) en la tubería de descarga, como solo tiene un tramo de un metro en línea recta y un accesorio que es una válvula macho para evitar el retorno de caudal, es más sencillo su cálculo:

Hrp  

L v2 D 2g

Calculamos  para la tubería de descarga que tiene un diámetro de 4”:

    

  1  D 2 log 10  1.74 2 

2

Sustituimos valores:

    

  1  101.6 2 log 10  1.74 0.1 

2

  0.0166 Sustituimos el valor de  en la formula: Hrp  0.0166 [1 m x (3.88 m/s)2/(0.1016 m x 2 x 9.81 m/s2)] Hrp  0.125 m

En las pérdidas secundarias solo tenemos una válvula Check (retención) y su coeficiente es de acuerdo a la tabla 6, del apéndice tomamos un valor para  que es 1.2, sustituimos en la formula:

H rs  

v2 2g

H rs  0.05 [(3.88 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2)] H rs  920 m

98

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

H Tot  H rp  H rs

Sustituimos en la formula:

H Tot  0.125 m + 0.920 m Esta es la pérdida en la descarga.

H Tot  1.045 m Solo nos resta por encontrar las pérdidas exteriores en la bomba y a continuación hacemos el cálculo necesario, como conocemos las velocidades en la succión y en la descarga solo sustituimos: Este valor es para las bombas jockey:

v 2 succion 1.730 2   0.152 m 2g 2g Este valor es para la bomba en la descarga:

v 2 succion 3.88 2   0.767 m 2g 2g Calculamos las pérdidas en el exterior de la bomba (Ec. 3-9): 2

H r ext

v  H entrada  H salida  t 2g

H r ext  1.833  1.045 

0.919 2 2g

H r ext  2.921 m

Esta perdida exterior que posee esta bomba es la indicada. Teniendo ya los datos necesarios para calcular la altura útil de cada una de las bombas solo sustituiremos en la ecuación antes mencionada (Ec. 3-6): 2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H B  2  z 2  2 g 2g g 2g

99

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Sustituimos los valores encontrados en la formula, despejamos la altura útil de la bomba y obtenemos: HB 

P2  P1  z 2  z1  H r ext g

H B  [ (815710.779 KN/m2 – 0)/(1000 Kg/m3 x 9.81 m/s2)] + 6.5 m + 2.921 m H B  92.673 m Ya encontrada la altura útil se sustituye los valores en la formula para encontrar la potencia de nuestras bombas (Ec. 3-16):

P  QgH B P  (0.0315 m3/s)(1000 Kg/m3)(9.81 m/s2)(92.673 m ) P  28637.347 watts P  38.439 HP

Ahora encontramos la potencia de accionamiento en el motor (Ec. 3-27), de acuerdo a la eficiencia que nos marca la tabla de curvas para la bomba que es de 46%. Pa

QgH

 tot

Pa  83.563 HP Esta es la potencia que debe llevar la bomba jockey de acuerdo a la eficiencia que marca la tabla de curvas de características. La potencia, la eficiencia y el NPSH disponible que se mencionarán a continuación son de acuerdo a las curvas de características de la bomba seleccionada para nuestro sistema de bombeo. La potencia para nuestra bomba es de 100 HP Una eficiencia del 46% Con una carga de 304 pies Un NPSH de 6 pies (1.82 metros) El tamaño de la bomba es de 6 x 4 x 17 a 1770 RPM Con estos resultados podemos pedir la bomba jockey para nuestro sistema.

100

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Una vez obtenido las potencias verificaremos el NPSH necesario para nuestra bomba: Primero calculamos el NPSH disponible (Ec. 3-29) en nuestro sistema con la formula siguiente: NPSH = Pa - Hf - Pf – Pv Sustituyendo los valores en la formula: NPSH= 10.19 m -1 m – 1.833 – 0.2382 m NPSH = 7.118 m Como el resultado es mayor que el de la tabla, estamos dentro de las especificaciones que nos marcan para evitar la cavitación en nuestra bomba; este resultado es para las bomba jockey que tiene un gasto de 500 GPM. En la siguiente figura se muestra como estarán distribuidas las bombas contraincendio y la bomba jockey.

3.9. Muestra la instalación de las bombas contraincendio (a, b, c, d) y la bomba jockey.

101

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

3.4.2 INSTALACION DE LA BOMBA EN LA BOCATOMA La figura 3.9 representa la instalación de bombeo destinada a elevar agua desde la bocatoma hasta la cisterna y tanques atmosféricos. En esta instalación pueden verse: 

  

La alcachofa y válvula de pie: la primera evita la entrada de suciedades (ramas, hierbas, papeles, etc.) que pueden obstruir la bomba, y la segunda hace posible, reteniendo el líquido, el cebado de la bomba. Ambos elementos originan una importante pérdida de carga. Si fuera preciso evitar esta pérdida para que no se produzca cavitación no se instalan estos elementos. Entonces el cebado se hace mediante una bomba de vacío que elimina el aire de la tubería de aspiración y del cuerpo de la bomba con lo que al crearse un vacío la presión atmosférica eleva el agua hasta el interior de la bomba. Las dos válvulas de compuerta en la aspiración y en la impulsión: a veces no se instala la primera; pero de la segunda no se prescinde nunca porque sirve para la regulación del caudal de la bomba. La válvula de retención en la impulsión: impide el retroceso del fluido, cuando la bomba se para. Es imprescindible si la tubería de impulsión es muy larga o se encuentra a gran presión. El reductor en la aspiración: para mejorar la aspiración de la bomba y evitar la cavitación, se aumenta a veces el diámetro de la tubería de aspiración. La educción se hace con un accesorio como el de la figura 1.3.1 (capitulo I) para evitar la formación de bolsas de aire en la parte superior.

Las válvulas de pie y de retención mencionadas tienen formas como las representadas en la figura 3.10.

Figura 3.10 (a) válvula de pie con alcachofa; (b) válvula de retención.

102

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Para el estudio de la bomba y de la instalación es importante considerar las secciones siguientes que se han indicado.    

Sección 1: nivel superior del agua en el pozo de aspiración. Sección 2: nivel superior del agua n el depósito de impulsión. Sección E: entrada a la bomba. Sección S: salida de la bomba.

Figura 3.11 Muestra la instalación de la bomba en la bocatoma y sus accesorios en la instalación.

103

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

3.4.3 SELECCIÓN DE LA BOMBA DE LA BOCATOMA La bomba que vamos a elegir para instalar en la bocatoma tendrá que proporcionar un caudal de 2000 GPM (126 lps), la cual tendrá un diámetro en la tubería de aspiración de 12 Plg., y la tubería de descarga será de 8 Plg., según tablas 1.2 y 1.3 [Cap.(1.3)] en esto nos basaremos para ver que potencia transmitirá nuestra bomba, por lo tanto calcularemos la velocidad de nuestro fluido de la siguiente manera (Ec. 1.2): V = {Q/[( π*d2)/4]} = {0.126/[( π*0.20322)/4]} V = 3.885 m/seg por lo tanto está dentro de especificaciones. Con los siguientes datos encontraremos las pérdidas desde la bocatoma hasta los tanques atmosféricos. Distancia desde la bocatoma hasta el tanque atmosférico es de 273.5 m. Diferencia de altitudes desde la bocatoma hasta la entrada de los tanques atmosféricos es de 22.5 m aproximadamente. Con estos datos procederemos a calcular las pérdidas a la salida de la bomba con la siguiente ecuación (Ec. 1.21): Hr =  [(L+Le)/d] (V2/2g) La longitud equivalente de cada accesorio se mostrará en la siguiente tabla, estos valores se sacaron de la tabla 7 del apéndice (segundo método: longitud de tubería equivalente, [Cap.(1.4.1.14)]). ACCESORIO CODO 90° DE 8 Plg.

CODO 45° DE 8 Plg. CODO DE 90° DE 6 Plg. CODOS DE 45° DE 6 Plg. TEE DE 8 Plg. TEE DE 6 Plg. VÁLVULA DE COMPUERTA DE 8 Plg. VÁLVULA DE COMPUERTA DE 6 Plg.

LONG. EQUIVALENTE EN METROS 4.5 3.5 4.0 3.0 3.5 3.0 1.5 1.0

 Le = (Codo 90° x 9) + (Codo 45° x 10) + (Tee x 5) + (Válv. Comp. x 2). Hr = 0.014 [{273.5+(4.5*9)+(3.5*10)+(3.5*5)+(1.5*2)/0.2032}](3.8852/2*9.81) Hf = 19.584 m. Ahora calcularemos las perdidas a la entrada de la bomba. 104

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Primero mencionamos los datos que nos ayudará a encontrar las perdidas primarias desde el río hasta la entrada de la bomba: L  9mts D  12"  0.3048metros

Conociendo el diámetro de succión podemos calcular la velocidad que tiene nuestro fluido en el interior aplicando la siguiente formula (Ec. 1.1):

Q  VA Calculamos el área con la formula siguiente y sustituimos los valores:

A

A

D 2 4

 0.30482 4

A  0.072 m2

Ahora despejamos para encontrar la velocidad y sustituimos en la ecuación:

V 

V

Q A 126 m

3

s 0.072m 2

V  1.726 m

s

Una vez teniendo la velocidad vemos que estamos dentro de la especificaciones de acuerdo a la tabla 1.3.2 del capitulo 1.3.

Ahora aplicamos la formula siguiente para calcular las pérdidas primarias (Ec. 1.9):

L v2 Hrp   D 2g Como desconocemos el valor de  aplicamos la siguiente formula para conocer su valor (Ec. 1.16): 105

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

    

  1  D 2 log 10  1.74 2 

2

Sustituyendo los valores de la ecuación anterior:

    

  1  304.8 2 log 10  1.74 0.1 

2

  0.01318 Como ya conocemos los valores de la ecuación de perdidas primarias sustituimos los valores:

Hrp  

L v2 D 2g

Hrp  0.01318 [9 m x (1.726 m/s)2/(0.3048 m x 2 x 9.81 m/s2)] Hrp  0.0590 m

Como ya tenemos las pérdidas primarias en los tramos rectos de nuestra tubería ahora encontraremos las pérdidas secundarias en los accesorios aplicando la siguiente formula (Ec. 1-17):

Hrs  

v2 2g

Primero encontraremos el coeficiente  para cada accesorio que en este caso es una válvula con alcachofa de un diámetro de 12” de acuerdo a la tabla 6 del apéndice el cual es de 3.7. Sustituyendo los valores de la ecuación anterior tenemos: Hrs  3.7 [(1.726 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2)

Hrs  0.561 m

106

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Para el codo de 90° el coeficiente  su valor es 0.25 de acuerdo a la tabla 5 del apéndice, una vez encontrado este dato aplicamos la formula de las pérdidas secundarias para este accesorio: Hrs  0.25 [(1.726 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2) Hrs  0.037 m

Para la Te en la entrada de la bomba de la bocatoma el coeficiente  su valor es 1.0 de acuerdo a la tabla 6 del apéndice, una vez encontrado este dato aplicamos la formula de las pérdidas secundarias para este accesorio: Hrs  1.0 [(1.726 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2)

Hrs  0.151 m

Como ya tenemos las pérdidas tanto primarias y secundarias a la entrada de la bomba obtendremos las pérdidas totales, el cual es sumando ambas:

H T  Hrp  Hrs sustituyendo en la formula tenemos:

H T  0.059 m + 0.561 m + 0.037 m + 0.151 m HT  0.808 m Ya encontrado las pérdidas a la entrada de la bomba y a la salida de la bomba, sumamos ambas para encontrar las pérdidas en el exterior de la bomba el cual es de la siguiente forma (Ec. 3-7): 2 vt H r ext  H entrada  H salida  2g Calculamos la velocidad total como sigue: Como ya tenemos las velocidades conforme a los diámetros de succión y descarga solo sustituiremos la formula: v 2 succion 1.726 2   0.1518 m 2g 2g

v 2 desc arg a 3.88 2   0.767 m 2g 2g 107

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Sustituimos en la formula:

H r ext  0.808 m + 19.584 m + 0.9188 m H r ext  21.310 m Una vez encontrado las pérdidas totales aplicamos la formula de Bernoulli, despejamos H B para encontrar la altura útil (Ec. 3.5) con miras para encargar las bombas mas adecuada en nuestra instalación que en este caso es en la bocatoma: 2

2

P1 v P v  z1  1  H r ext  H B  2  z 2  2 g 2g g 2g Despejando H B tenemos: HB 

P2  P1  z 2  z1  H r ext g

En este caso la P1  P2  0 porque el depósito de aspiración y el de impulsión se encuentran a la presión atmosférica, ahora sustituyendo los valores de la formula anterior:

H B  0 m + 22.5 m + 21.310 m H  43.81 m

Con esto calculamos la potencia útil que ejerce la bomba al fluido de la siguiente manera (3-12):

P  QgH B Sustituyendo los valores de la formula anterior:

P  0.126 (0.126 m3/s)(1000 Kg/m3)(9.81 m/s2)(43.81 m) P  54151.788 watts P  72.686 HP

La potencia encontrada es la indicada para instalarla en la bocatoma, ya que nos proporcionará el caudal necesario para satisfacer la necesidad de abastecimiento de agua hasta el punto que se requiera que en este caso son los tanques atmosféricos, pasando primero por la cisterna en caso que se requiera de llenarlas. 108

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Ahora encontraremos la potencia de accionamiento del motor eléctrico de nuestra bomba aplicando la siguiente formula (Ec. 3-27), de acuerdo a la eficiencia según la tabla de nuestra bomba la cual es de 81%. Pa 

QgH

 tot

Pa  89.735 HP Esta es la potencia que debe llevar la bomba en la bocatoma de acuerdo a la eficiencia que marca la tabla de curvas de características. La potencia, la eficiencia y el NPSH disponible que se mencionarán a continuación son de acuerdo a las curvas de características de la bomba seleccionada para nuestro sistema de bombeo. La potencia para nuestra bomba es de 100 HP Una eficiencia del 46% Con una carga de 304 pies Un NPSH de 6 pies (1.82 metros) El tamaño de la bomba es de 12 x 8 x 12 ½ a 1770 RPM Con estos resultados podemos pedir la bomba de la bocatoma para nuestro sistema. Una vez obtenido las potencias verificaremos el NPSH necesario para nuestra bomba: Primero calculamos el NPSH disponible en nuestro sistema con la formula siguiente (3-29): Por lo tanto estamos dentro de las especificaciones que nos marcan para evitar la cavitación en nuestra bomba. NPSH = Pa - Hf - Pf – Pv Sustituyendo los valores en la formula: NPSH= 10.19 m -1 m – 0.808 m – 0.2382 m NPSH = 8.1438 m Como el resultado es mayor que el de la tabla, estamos dentro de las especificaciones que nos marcan para evitar la cavitación en nuestra bomba; este resultado es para las bomba en la bocatoma que tiene un gasto de 2000 GPM. 109

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3.5 ACCIONADORES DE LAS BOMBAS CONTRAINCENDIO Los accionadores son muy indispensables en nuestra red de agua contraincendio, son los que le van a dar movimiento a las bombas que se emplearán en el sistema, esto con el fin de mantener un constante bombeo de agua en caso de algún siniestro que ocurra en nuestro centro de trabajo. Para estos casos se usarán los accionadores de combustión interna y accionadores eléctricos para cubrir los requerimientos necesarios a tomar en los lugares de riesgo mayor estimado en el centro de trabajo, es conveniente que el suministro de energía para el caso de los accionadores eléctricos a las bombas de agua contraincendio , deberá tomarse de un circuito independiente de los demás servicios como lo marca la norma DG-GPASI-SI-3610 de Pemex-Refinación del cual se basa este diseño de red de agua contraincendio de la estación la Ceiba. Para que las máquinas que se manejen en este sistema se deban tomar en cuenta las recomendaciones que hacen las normas en cuanto a los accionadores tanto para los eléctricos así como para los de combustión interna a diesel que se emplearán en nuestra red, a continuación se mencionan algunas de estas: Los motores eléctricos deben ser trifásicos de corriente alterna y de inducción tipo jaula de ardilla", debiendo cumplir con las Normas de Pemex. La capacidad de los motores eléctricos debe ser suficiente para no exponerlos a sobrecargas que excedan el límite del factor deservicio, a la potencia máxima efectiva y a la velocidad nominal. La instalación de líneas eléctricas dentro de la caseta o cobertizo de bombas debe ser del tipo oculto, alojadas en tubería "conduit" hasta la conexión con el motor de la bomba. En cualquier caso, los motores de combustión interna que accionen bombas de agua contraincendio deben ser del tipo Diesel; para estos casos, no está permitido el uso de motores de combustión interna de ignición por bujía, tales como los de gasolina. Los motores de combustión interna deben tener una potencia por lo menos de un 20% por arriba de la potencia máxima requerida por la bomba bajo cualquier condición o carga. La selección del motor debe basarse en un análisis minucioso de los requisitos que deban llenarse para tener un equipo confiable en su operación y arranque. Debido a que las curvas de ensayo del motor del fabricante, se basan en una presión barométrica de 752 mm. Hg (29.61 pulg.), lo cual se aproxima a 90 m. (300 pies) sobre el nivel del mar y a 25ºC (77ºF), la potencia utilizable de los motores de combustión interna debe reducirse en un 3% por cada 300 m. (1,000 pies) de altitud por encima de los 90m. (300 pies), y en un 1% por cada 5.6ºC (10ºF) por encima de los 25ºC (77ºF). 110

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Cada uno de los motores de combustión interna acoplados a bombas contraincendio, debe tener un sistema doble de baterías de arranque o un sistema doble de recarga, basado en el generador de la propia máquina como en una fuente externa de potencia. Cada motor de combustión interna debe tener su propio escape de gases equipado con matachispas, fuera de la casa de bombas para su descarga a la atmósfera, con objeto de que los gases expulsados no afecten al personal o a las instalaciones cercanas. Cada unidad de combustión interna, debe tener una capacidad de almacenamiento de combustible que garantice su funcionamiento sin interrupción durante 8 horas como mínimo, trabajando a su máxima capacidad. Además, cada motor debe tener su tanque individual de combustible, con dispositivos indicadores de nivel (tales como cristales de nivel resistentes al impacto o del tipo flotador).- Queda prohibido el uso de mangueras flexibles o de tubos de vidrio convencionales para cumplir esta última función. Cuando el sistema de enfriamiento de los motores de combustión interna sea por agua, dicho sistema debe constituir un circuito cerrado y el agua debe enfriarse en un cambiador de calor agua aire (radiador), para lo cual debe efectuarse una derivación en la descarga de la bomba para alimentar únicamente el cambiador de calor.

111

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4.0 RED DE AGUA CONTRAINCENDIO. 4.1 CRITERIOS DE DISEÑO. Para el diseño de la red nos vamos a basar en los principios básicos de fluidos incompresibles y algunas formulas elementales para nuestro cálculo de la red contraincendio [Cap.(1.4)]. La red de distribución de agua contraincendio es un conjunto de tuberías formando anillos o circuitos, diseñados para conducir exclusivamente agua contraincendio a los puntos necesarios, en los cuales se encuentran instalados los dispositivos para salida de agua, tales como hidrantes, monitores, sistemas de aspersores, etc.

CARGA DESCARGA PRODUCTOS

Y DE

CASA DE BOMBAS

RED DE AGUA CONTRAINCENDIO VALVULA DE SECCIONAMIENTO HIDRANTE MONITOR CON HIDRANTE

Fig. 4.1.1 Representación de la formación de anillos, colocación de accesorios y elementos complementarios de una red de contraincendio.

112

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Para fines de mantenimiento o ampliación, las redes de agua contraincendio deben contar con válvulas de seccionamiento suficientes, localizadas estratégicamente para aislar tramos de tubería sin dejar de proteger ninguna de las áreas o equipos que lo requieran. Todas estas válvulas deberán de ser de compuerta vástago ascendente o del tipo “mariposa” de las características adecuadas. Cuando las válvulas de seccionamiento se instalen en el interior de registros, éstos deben ser fácilmente accesibles para su inspección, operación o mantenimiento; su construcción debe evitar el paso de agua a su interior y tener drenaje para no permitir la acumulación de agua. El número de hidrantes o monitores instalados en cada uno de los anillos de la red contraincendio, será de 12 como máximo. Los sistemas de aspersión de agua se recomiendan particularmente para el enfriamiento de recipientes que almacenan gases o líquidos inflamables, casas de bombas, acumuladores, llenaderas y descargaderas de autotanques, bombas de proceso, etc., para protegerlos de la radiación de un incendio adyacente que pudiera incrementar la presión y temperatura de los gases y líquidos que se manejan. Adicionalmente, estos sistemas resultan ser efectivos para la prevención, control y extinción de incendios en espacios cerrados en donde se almacenan productos inflamables o combustibles, tales como bodegas, oficinas, etc. H

M

H

H

H

M

M

H

H H

M

H

Fig. 4.1.2 Representación de la colocación de Hidrantes y Monitores, en la cual se establece que será de 12 elementos complementarios como máximo.

H

HIDRANTE.

M

MONITOR.

Queda TERMINANTEMENTE PROHIBIDO el uso de agua contraincendio, para otro servicio que no sea específicamente el de contraincendio. De igual manera, NO 113

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ESTA PERMITIDA la instalación de tomas parásitas conectadas a la red contraincendio, con el propósito de alimentar sistemas de enfriamiento de instalaciones de proceso, sistemas de riego, de lavado, de limpieza, etc. 4.2 DIAMETRO MÍNIMO DE REDES CONTRAINCENDIO. En ningún caso, el diámetro de la tubería principal en redes de agua contraincendio podrá ser menor de 152.40 mm. (6 plg.). Cuando se trate de agua dulce, la velocidad máxima de flujo en tuberías debe ser de 4.57 m/seg. (15pies/seg.), en tanto que para agua salada, dicha velocidad debe ser como máximo de 3.65 m/seg. (12 pies/seg.). La red de agua contraincendio debe estar diseñada para que, en condiciones de máximo flujo hacia el riesgo mayor, se garantice una presión mínima disponible en cualquier hidrante o monitor de 7 kg/cm2 (100 lb/plg2). 4.3 FORMACION DE ANILLOS. La formación de los anillos de la red contraincendio estará diseñada conforme a los criterios encontrados en la estación de rebombeo, como son: medidas reales, proyección de la tubería, entre otras cosas. La siguiente figura representa el diagrama de la red contraincendio de la estación de rebombeo la Ceiba. La numeración que allí se representa es relacionada con, tanques de almacenamiento de crudo, tanques atmosféricos para el almacenamiento de agua, etc., y será la siguiente de acuerdo a su numeración: 1. Cisterna para la alimentación de la red contraincendio. 2. Tanques de almacenamiento de crudo. 3. Tanques atmosféricos de almacenamiento de agua. 4. Talleres. 5. Area de Turbinas con sistema de Aspersores. 6. Bocatoma. NOTA: Todos los dibujos no están elaborados a escala, pero las medidas, los accesorios y los elementos complementarios son los reales para nuestro diseño.

114

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M-4

M-5 2 2

M-6

M-3 M-1

M-2

6 3

5

M-7 H-6

H-1 1 H-3 H-5 4

H-2 H-4

MONITOR HIDRANTE LINEA DE RED CONTRAINCENDIO. La Fig. 4.3.1 representa la línea de la formación de los anillos de la red contraincendio, así como los elementos complementarios como son: Hidrantes y monitores en la estación de Rebombeo La Ceiba.

115

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En el siguiente dibujo se muestra la formación de los anillos ya enumerados al igual que las ramas.

ANILLO III

ANILLO II

ASPERSORES

ANILLO I

RAMA 3.a RAMA 3.b

ANILLO IV RAMA 2

RAMA 1

VALVULA DE COMPUERTA CAUDAL DE ENTRADA DE LAS BOMBAS A LA RED CONTRAINCENDIO Fig. 4.3.2 Representación lineal de la red contraincendio con accesorios.

116

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4.3.1 CALCULO DE LA RED CONTRAINCENDIO. 4.3.1.1 CALCULO EN LA RAMA 1. Para iniciar nuestro cálculo hemos decidido realizarlo por tramos rectos y después por los anillos, al primer tramos lo denominaremos Rama 1, el cual empieza desde la conexión del hidrante 6 a una parte del Anillo I como se muestra en la siguiente figura, en la cual las medidas son las reales propuestas en nuestro diseño y únicamente ocuparemos tres décimas después del punto y ocuparemos 8kg/cm 2 en la salida de cada hidrante o monitor para tener margen de error.

LINEA DEL ANILLO I H-6

25 m

0.6 m

6m 8m

2m

Como la Vmax = 4.57 m/seg., ocuparemos una V = 4.0 m/seg. para realizar nuestra primera aproximación para encontrar nuestro diámetro. Q = 250 gpm = 0.015 m3/seg. QT = 0.03 m3/seg, por ser dos salidas en el hidrante. De la formula de la ecuación de continuidad despejaremos "d", por lo tanto: Q = [(π*d2)/4]*V; d = √[(4*Q)/(π*V)] d = √[(4*0.03)/(π*4.0)] = 0.097 m = 3.84 plg ≈ 4 plg. d = 0.1016 m Ya encontrado el diámetro verificaremos si estamos dentro de las especificaciones que se mencionan en el capítulo 4.2.; de la fórmula anterior despejaremos "V" para encontrar la velocidad real: V = {Q/[( π*d2)/4]} = {0.03/[( π*0.10162)/4]} V = 3.7 m/seg por lo tanto está dentro de especificaciones. 117

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Calculamos el Numero de Reynold "Re" para determinar si es flujo laminar o turbulento. Re = (V*d)/ = (3.7*0.1016)/1.562x10-6 Re = 240,665.813,

Re>100,000 por lo tanto el flujo es turbulento.

Calculamos "" mediante la 2ª ecuación de Kárman-Prandtl con Re (flujo turbulento) y tubería de acero laminado nuevo:  = [1/(2*log10 {d/(2k)} + 1.74)]2  = [1/(2*log10 {101.6/(2*0.05)} + 1.74)]2  = 0.016 Calculamos las pérdidas totales y después calculamos la presión en la entrada de la rama 1 por medio de la ecuación de Bernoulli y los siguientes datos: L = 41.6 m V = 3.7 m/seg  = 0.016 ζ codo de 90° = 0.25 Hrp =  (L/d) (V2/2g) = 0.016(41.6/0.1016)(3.72/2*9.81) Hrp = 4.571 m Hrs = ζ(V2/2g) = 0.25(3.72/2*9.81) = 0.174 * 4 accesorios Hrs = 0.696 m HrT = Hrp + Hrs = 4.571+0.696 HrT = 5.276 m Pe = Ps + (Zs+HrT)(ρ*g) = 8 kg/cm2 + (2.6+5.276)(1000*9.81) Pe = 8 kg/cm2 + 77,175.27 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 8 kg/cm2 + 0.786 kg/cm2 Pe = 8.786 kg/cm2 118

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

4.3.1.2 CALCULO EN LA RAMA 2 Haremos el mismo procedimiento, pero ahora en otro tramo recto conectado al anillo al cual denominaremos Rama 2 y comprende desde el hidrante H-5 hasta una parte del Anillo I como se muestra en la siguiente figura:

LINEA DEL ANILLO I

H-5 0.6 m

22 m

El caudal de salida es el mismo por lo que el d,V,,ζ serán los mismos pero la longitud será de 22.6 m, de esta manera calcularemos nuevamente las pérdidas totales en esta rama. Hrp =  (L/d) (V2/2g) = 0.016(22.6/0.1016)(3.72/2*9.81) Hrp = 2.483 m Hrs = ζ(V2/2g) = 0.25(3.72/2*9.81) Hrs = 0.174 m HrT = Hrp + Hrs = 2.483+0.174 HrT = 2.657 m Pe = Ps + (Zs+HrT)(ρ*g) = 8 kg/cm2 + (0.6+2.657)(1000*9.81) Pe = 8 kg/cm2 + 31,651.17 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 8 kg/cm2 + 0.325 kg/cm2 Pe = 8.325 kg/cm2

119

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4.3.1.3 CALCULO EN LA RAMA 3.a Haremos el mismo procedimiento, pero ahora en otro tramo recto conectado al anillo al cual denominaremos Rama 3.a y comprende desde el hidrante H-1 hasta una donde se une con el hidrante H-2 como se muestra en la siguiente figura: H-1 0.6m 50 m A RAMA 3.b – ANILLO IV V 20 m 4m

El caudal de salida es el mismo por lo que el d,V,, serán los mismos pero la longitud será de 74.6 m, de esta manera calcularemos nuevamente las pérdidas totales en esta rama, lo realizaremos por el método de longitudes equivalentes ζVALVULA = 0 (ver tabla 6 del apéndice) ζVALVULA = 0.6 m (ver tabla 7 del apéndice)

 codo45  1.2 m

 codo90  1.5 m Pérdidas en la válvula H rs  1.5  2  1.2  20.6 H rs  8.4 m 2  L   Le  v H rt     d   2g 2  74.6  8.4  3.7 H rt  0.016   0.1016  2  9.81

120

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H rt  9.12 m Pe  Ps  Z s  H rt g   8 kg/cm2 + (0.6 m + 9.12 m) (1000 x 9.81)

Pe = 8 kg/cm2 + 95,353.2 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 8 kg/cm2 + 0.972 kg/cm2 Pe = 8.972 kg/cm 4.3.1.4 CALCULO EN LA RAMA 3.b En esta parte, se colocará una reducción de 6-4, una “T” de 6 Plg. y un codo de 90° para unir el segmento de la Rama 3.a a la otra línea que denominaremos Rama 3.b, y esta última irá conectada al anillo IV, como se muestra en la figura siguiente: H-2

0.6 m

A RAMA 3.a

2m 1m

RED. 6-4 A ANILLO IV

El caudal que proviene del anillo IV es: QIV = QH-¡ + QH-2 QIV = 0.03 + 0.03 QIV = 0.06 m3/seg Ahora encontraremos el diámetro “d” para nuestra primera aproximación como lo hicimos con la Rama 1, por lo tanto: d = √[(4*0.06)/(π*4.0)] = 0.138 m = 5.433 plg ≈ 6 plg. d = 0.1524 m Ya encontrado el diámetro verificaremos si estamos dentro de las especificaciones que se mencionan en el capítulo 4.2.; de la fórmula anterior despejaremos "V" para encontrar la velocidad real: V = {Q/[( π*d2)/4]} = {0.06/[( π*0.15242)/4]} 121

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V = 3.28 m/seg. por lo tanto está dentro de especificaciones Calculamos el Numero de Reynold "Re" para determinar si es flujo laminar o turbulento. Re = (V*d)/ = (3.28*0.1524)/1.562x10-6 Re = 320,020.48 ,

Re>100,000 por lo tanto el flujo es turbulento

Calculamos "" mediante la 2ª ecuación de Kárman-Prandtl con Re (flujo turbulento) y tubería de acero laminado nuevo:  = [1/(2*log10 {d/(2k)} + 1.74)]2  = [1/(2*log10 {152.4/(2*0.05)} + 1.74)]2  = 0.0152 Calculamos las pérdidas totales y después calculamos la presión en la entrada de la Rama 3.b por medio de la ecuación de Bernoulli y utilizando el método de longitud equivalente con los siguientes datos:

L= 3m

ζ codo de 90° = 3 m

V = 3.28 m/seg.

ζ reducción = 1 m

 = 0.0152

ζ “T” = 9 m

 L   Le H rt    d 

 v2   2g

HrT = 0.0152 [(3 m + 3 m + 1 m + 9 m)/0.1524][(3.28 m)2/(2 x 9.81 m/s2) Hrt= 0.875 m Pe = Ps + (HrT)(ρ*g) = 8.984 kg/cm2 + (0.875)(1000*9.81) Pe = 8.972 kg/cm2 + 8583.75 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 8.972 kg/cm2 + 0.087 kg/cm2 Pe = 9.059 kg/cm2

122

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

4.3.1.5 CALCULO EN EL ANILLO IV. Hallaremos en este anillo la presión a la entrada del mismo, el dibujo muestra las medidas y distribución de caudales en el mismo, los elementos complementarios que aquí se señalan son hidrantes con una salida de caudal total de 0.03 m3/seg, para eso tendremos que realizar nuestro siguiente cálculo: 3

H-3 = 0.03 m3/seg

A RAMAS 3.a Y 3.b = 0.06 m /seg

2m

18 m

18 m

2m

ANILLO IV

3

Qent.= 0.12 m /seg

2m

20 m

H-4 = 0.03 m3/seg

Se escogerá un sentido como positivo, por ejemplo, el de las agujas del reloj: las pérdidas correspondientes a los caudales cuyo sentido coincide con el elegido serán positivas y las correspondientes a los caudales que circulan en sentido contrario serán negativas. El caudal de entrada es de 0.12 m3/seg. Los diámetros de la tubería en los anillos son los siguientes expresados en metros: d1-2 = d2-3 = d3-4 = d4-5 = d5-6 = d6-7 = d7-1 = 0.1524 m. Suponemos la distribución provisional de caudales, que cumple con la ley de los nudos, la cual está dada en m3/seg., esto se podrá observar en el siguiente dibujo:

123

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5

4

3

2

0.03 0.03

+

0.06

0.06 Qent.= 0.12 m3/seg

6

7

1

Calcularemos la rugosidad relativa: ε=k/d; ε1-2 = k / d1-2 = 0.05 / 125.4 = 0.196 x 10-3 ε1-2 = ε2-3 = ε3-4 = ε4-5 = ε5-6 = ε6-7 = ε7-10 = 0.398 x 10-3 Ahora mediante el diagrama de Moody (o mejor mediante la 2 ª ecuación de Karman-Plandtl) se obtienen los siguientes valores:  = {[1/(2log10 (d/2k) + 1.74)]}2; 1-2 = {[1/(2log10 (d1-2/2k) + 1.74)]}2; 1-2 = {[1/(2log10 (125.4/2*0.05) + 1.74)]}2; 1-2 = 0.0152 el cual será el mismo valor para toda la tubería de 0.1254 m Procederemos a calcular los valores de "β" mediante la ecuación: β = {[8/(π2g)]*[(L)/d5]} = 0.08263[(L)/d5]; de los cuales se obtienen: β1-2 = 0.08263[(L1-2)/d51-2] = 0.08263[(0.0152*8)/(0.1524)5] β1-2 = β5-6 = 122.221

124

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

β2-3 = 0.08263[(λL2-3)/d52-3] = 0.08263[(0.0152*2)/(0.1524)5] β2-3 = β4-5 = β6-7 = 30.555 β3-4 = 0.08263[(λL3-4)/d53-4] = 0.08263[(0.0152*18)/(0.1524)5] β3-4 = 274.997 β7-1 = 0.08263[(λL7-1)/d57-1] = 0.08263[(0.0152*20)/(0.1524)5] β7-1 = 305.552 Ya encontrados los valores de "β", realizaremos nuestra primera corrección mediante la siguiente tabla: RAMA 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-1

β 122.221 30.555 274.997 30.555 122.221 30.555 305.552

Q -0.06 -0.06 -0.03 0.03 0.03 0.03 0.06

2βQ 14.666 3.666 16.499 1.833 7.333 1.833 36.666 Σ= 82.496

2

ΒQ -0.439 -0.109 -0.247 0.027 0.109 0.027 0.099 Σ = 0.467

ΔQ

-0.0056

Con estos valores corregiremos haciendo una suma de nuestro caudal + la variación de caudal, esto lo realizaremos con la siguiente formula: Q´1-2= Q1-2 + ΔQ Q´1-2= -0.06 + (-0.0056) Q´1-2 = 0.065 Q´2-3= Q2-3 + ΔQ Q´2-3= -0.06 + (-0.0056) Q´2-3 = 0.065 Q´3-4= Q3-4 + ΔQ Q´3-4= -0.03 + (-0.0056) Q´3-4 = -0.035

125

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Y así sucesivamente, cada uno de nuestros caudales resultantes los representaremos en nuestro siguiente dibujo, y volveremos a tabular con nuestros nuevos valores. La nueva distribución de caudales será: 4

5

3

2

0.035 0.025

+

0.065

0.055 Qent.= 0.12 m3/seg

6

7

1

Segunda corrección (los valores de β son siempre los mismos) RAMA 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-1

β 122.221 30.555 274.997 30.555 122.221 30.555 305.552

Q -0.065 -0.065 -0.035 0.025 0.025 0.025 0.055

2βQ 15.888 3.972 19.249 1.527 6.111 1.527 33.610 Σ= 81.884

2

ΒQ -0.516 -0.129 -0.336 0.019 0.076 0.019 0.924 Σ = 0.057

ΔQ

0.0006

Con esto será suficiente ya que estamos tomando tres décimas después del punto decimal por lo que una tercera corrección no alteraría en nada a nuestros caudales. Procederemos a calcular la Presión en la entrada con la formula: Pe = Ps + Hr ρg

126

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

4.3.1.6 CALCULO EN LA RAMA 4. Este tramo estará representado en la siguiente figura y comprende a la línea que conecta al Anillo IV con el Anillo I (Ver Fig. 4.3.2.).

A ANILLO I V 22 M A ANILLO IV

Primero calcularemos el diámetro necesario para nuestro caudal requerido que es de 0.12 m3/seg, por lo tanto: d = √[(4*Q)/(π*V)], d = √[(4*0.12)/(π*4.0)] = 0.195 m = 7.69 plg ≈ 8 plg. d = 0.2032 m Ya encontrado el diámetro verificaremos si estamos dentro de las especificaciones que se mencionan en el capítulo 4.2.; de la fórmula anterior despejaremos "V" para encontrar la velocidad real: V = {Q/[( π*d2)/4]} = {0.12/[( π*0.20322)/4]} V = 3.7 m/seg. por lo tanto está dentro de especificaciones Calcularemos "" para el diámetro de 8 plg., con la segunda ecuación de Karman-Plandtl, por lo tanto:  = {[1/(2log10 (d/2k) + 1.74)]}2; IV-I = {[1/(2log10 (dIV-I/2k) + 1.74)]}2; IV-I = {[1/(2log10 (203.2/2*0.05) + 1.74)]}2; 1-2 = 0.014

127

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Calculamos las pérdidas totales en este segmento por el método de longitudes equivalentes y después calcularemos la presión en la entrada al segmento con los siguientes datos: 1-2 = 0.014

L = 22 m

ζ VALVULA = 1.5 m

V = 3.7 m/seg

 L   Le H rt    d 

 v2   2g

HrT = 0.014 [(22 m + 1.5 m)/0.2032][(3.7 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2)] HrT = 1.129 m Pe = Ps + (HrT)(ρ*g) = 9.159 kg/cm2 + (1.129)(1000*9.81) Pe = 9.159 kg/cm2 + 11,075.49 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 9.159 kg/cm2 + 0.112 kg/cm2 Pe = 9.271 kg/cm2

128

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

4.3.1.7 CALCULO EN LOS ASPERSORES. En el sistema de aspersión tendremos un caudal de entrada de 0.03 m 3/seg, la presión en el ultimo aspersor es de 8 kg/cm2, el diámetro de salida es de 1 Plg, la velocidad en la entrada principal es de 3.7 m/seg, el total de aspersores es de 20 unidades, calcularemos la velocidad a la salida del aspersor, el dibujo muestra la representación lineal de todos los aspersores colocados como lo planteamos en nuestro diseño. 6m

4m

19 m

A ANILLO I 7m

1.0 m m

Como el caudal de entrada es de 0.03 m 3/seg, entonces dividiremos por los 20 aspersores para distribuir los caudales en cada aspersor, por lo tanto: QASPERSOR = QT/20 = 0.03/20 QASPERSOR = 0.0015 m3/seg Hallaremos la velocidad hasta antes del primer aspersor VASPERSOR = Q/[(π*d2)/4] = 0.03/[(π*0.010162)/4] VASPERSOR = 3.7 m3/seg Calcularemos las perdidas totales por el método de longitud equivalente, teniendo los siguientes datos: ζT = 7 m

 valvula  0.7 m

ζCODO 90° = 2.2 m

  0.016 para un Ø=4

129

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Tendremos que realizar una tabulación para encontrar la velocidad media del agua en cada sección de la siguiente manera: Sección principal 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20

Vm 

Caudal (m3/seg) 0.03 0.0285 0.0255 0.024 0.0225 0.021 0.0195 0.018 0.0165 0.015 0.0135 0.012 0.0105 0.009 7.5 x 10-3 6 x 10-3 4.5 x 10-3 3 x 10-3 1.5 x 10-3

Velocidad (m/s) 3.7 3.515 3.145 2.96 2.775 2.59 2.40 2.22 2.035 1.85 1.665 1.48 1.295 1.11 0.925 0.74 0.555 0.37 0.185

 V 38.848   1.942 m/seg 20 20

 L  Le H rt     D

 v2   2g

HrT = 0.016 [36 m+(7m x 19)+(2.2 m x 3)+(0.7 m)][(1.942 m/s)2/(2 x 9.81 m/s2) HrT = 5.336 m Pe = Ps + (Zs + HrT)ρg Pe = 8 kg/cm2 + (4+ 5.33)(1000*9.81) Pe = 8 kg/cm2 + 91586.16 N/m2 (1.01972x10-5 kg/cm2) Pe = 8 kg/cm2 + 0.9339 kg/cm2 Pe = 8.933 kg/cm2 130

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

4.3.2 PLANO DE LA ESTACION CONSIDERANDO UNICAMENTE LA ZONA DE RIESGO MAYOR. 4.3.2.1 CALCULO DEL ANILLO III. El Riesgo Mayor en la estación de rebombeo es en el Área de Tanques de almacenamiento de crudos, en la cual se encuentra distribuida nuestra red, para ser más precisos el Anillo III como se muestra en la Fig. 4.3.1, bajo estas condiciones ya señaladas haremos una distribución de caudales en el anillo III para poder obtener nuestras perdidas en los monitores y así poder establecer cual será nuestra presión de entrada a la red. El plano que a continuación se muestra, esta elaborado sin escala, pero las dimensiones, los accesorios y los elementos complementarios que allí se señalan son los propuestos en nuestro diseño, se dividirá en tres anillos llamándolos, anillo I, anillo II y anillo III respectivamente. Todos los elementos complementarios que aquí se señalan son monitores, con una salida de caudal total de 0.06 m3/seg. 0.6 12 m

0.6 12 m

30 m

13 m

13 m ANILLO III

0.6 0.6

13 m

0.6 0.6

ANILLO II

13 m

2m

52 m 8m

ANILLO I 36 m

12 m

48 m

131

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Se escogerá un sentido como positivo, por ejemplo, el de las agujas del reloj: las pérdidas correspondientes a los caudales cuyo sentido coincide con el elegido serán positivas y las correspondientes a los caudales que circulan en sentido contrario serán negativas. El caudal de entrada es de 0.36 m3/seg. Los diámetros de la tubería en los anillos son los siguientes expresados en metros: d1-2 = d2-3 = d3-4 = d4-5 = d5-6 = d6-1 = d3-10 = d4-7 = 0.254 m. d7-8 = d8-9 = d9-10 = d10-11 = d11-12 = d12-13 = d13-14 = d14-15 = d15-16 = d16-17 = d17-7 = 0.2032 m. Suponemos la distribución provisional de caudales, que cumple con la ley de los nudos, la cual esta dada en m3/seg. 14

15

16

13

0 0.06

0.06

17

12

+ 0.12 0.06

0

0.12 0.06 11

7

8

99

+

0.18

5

10

0.18

4

3 0

0.18

+

0.18 6

2

1

Qent. = 0.36 m3/seg.

132

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Calcularemos la rugosidad relativa: ε=k/d; ε1-2 = k / d1-2 = 0.05 / 254 = 0.196 x 10-3 ε1-2 = ε2-3 = ε3-4 = ε4-5 = ε5-6 = ε6-1 = ε3-10 = ε4-7 = 0.196 x 10-3 ε7-8 = k / d7-8 = 0.05 / 203.2 = 0.246 x 10-3 ε7-8 = ε8-9 = ε9-10 = ε10-11 = ε11-12 = ε12-13 = ε13-14 = ε14-15 = ε15-16 = ε16-17 = ε17-7 = 0.196 x 10-3 Ahora mediante el diagrama de Moody (o mejor mediante la 2 ª ecuación de Karman-Plandtl) se obtienen los siguientes valores: λ = {[1/(2log10 (d/2k) + 1.74)]}2; λ1-2 = {[1/(2log10 (d1-2/2k) + 1.74)]}2; λ1-2 = {[1/(2log10 (254/2*0.05) + 1.74)]}2; λ1-2 = 0.0136 el cual será el mismo valor para toda la tubería de 0.254 m λ7-8 = {[1/(2log10 (d7-8/2k) + 1.74)]}2; λ7-8 = {[1/(2log10 (203.2/2*0.05) + 1.74)]}2; λ1-2 = 0.0143 el cual será el mismo valor para toda la tubería de 0.2032 m Procederemos a calcular los valores de "β" mediante la ecuación: β = {[8/(Л2g)]*[(λL)/d5]} = 0.08263[(λL)/d5]; de los cuales se obtienen: β1-2 = 0.08263[(λL1-2)/d51-2] = 0.08263[(0.0136*48)/(0.254)5] β1-2 = 51.021 β2-3 = 0.08263[(λL2-3)/d52-3] = 0.08263[(0.0136*29)/(0.254)5] β2-3 = β5-6 = 30.825 β3-4 = 0.08263[(λL3-4)/d53-4] = 0.08263[(0.0136*52)/(0.254)5]

133

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

β3-4 = 55.272 β4-5 = 0.08263[(λL4-5)/d54-5] = 0.08263[(0.0136*8)/(0.254)5] β4-5 = 8.503 β6-1 = 0.08263[(λL6-1)/d56-1] = 0.08263[(0.0136*12)/(0.254)5] β6-1 = 12.755 β3-10 = 0.08263[(λL3-10)/d53-10] = 0.08263[(0.0136*36)/(0.254)5] β3-10 = β4-7 = 38.265 β7-8 = 0.08263[(λL7-8)/d57-8] = 0.08263[(0.0143*12)/(0.2032)5] β7-8 = β15-16 = β13-14 = 40.929 β8-9 = 0.08263[(λL8-9)/d58-9] = 0.08263[(0.0143*30)/(0.2032)5] β8-9 = β14-15 = 102.323 β9-10 = 0.08263[(λL9-10)/d59-10] = 0.08263[(0.0143*10)/(0.2032)5] β9-10 = 34.107 β10-11 = 0.08263[(λL10-11)/d510-11] = 0.08263[(0.0143*2)/(0.2032)5] β10-11 = 6.821 β11-12 = 0.08263[(Λl11-12)/d511-12] = 0.08263[(0.0143*13)/(0.2032)5] β11-12 = β12-13 = β16-17 = β17-7 = 44.340 Ya encontrados los valores de "β", realizaremos nuestra primera corrección mediante la siguiente tabla: ANILLO

I

RAMA 1-2 2-3 *3-4 4-5 5-6 6-1

β 51.021 30.825 55.272 8.503 30.825 12.755

Q -0.18 -0.18 0 0.18 0.18 0.18

2βQ 18.367 11.097 0 3.061 11.097 4.591 Σ = 48.213

2

ΒQ -1.653 -0.998 0 0.275 0.998 0.413 Σ = -0.965

ΔQ

0.02

134

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

ANILLO

II

III

RAMA 4-7 *7-8 *8-9 *9-10 10-3 *3-4

*7-8 *8-9 *9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-7

β 38.265 40.929 102.323 34.107 38.265 55.272

40.929 102.323 34.107 6.821 44.340 44.340 40.929 102.323 40.929 44.340 44.340

Q 0.18 0.06 0 -0.06 -0.18 0

-0.06 0 0.06 -0.12 -0.12 -0.06 -0.06 0 0.06 0.06 0.12

βQ2 1.239 0.147 0 -0.122 -1.239 0 Σ = 0.025

0.0006

4.911 -0.147 0 0 4.092 0.122 1.637 -0.098 10.641 -0.638 5.320 -0.159 4.911 -0.147 0 0 4.911 0.147 5.320 0.159 10.641 0.638 Σ = 52.384 Σ = -0.123

0.002

2βQ 13.775 4.911 0 4.092 13.775 0 Σ = 36.553

ΔQ

Con estos valores corregiremos haciendo una suma de nuestro caudal + la variación de caudal, esto lo realizaremos con la siguiente formula: Q´1-2= Q1-2 + ΔQ Q´1-2= -0.18 + 0.02 Q´1-2 = -0.16 Q´2-3= Q2-3 + ΔQ Q´2-3= -0.18 + 0.02 Q´2-3 = -0.16 Q´3-4= Q3-4 + ΔQ Q´3-4= 0 + 0.02 Q´3-4 = 0.02 Y así sucesivamente, cada uno de nuestros caudales y los representaremos en nuestro siguiente dibujo, y volveremos a tabular con nuestros nuevos valores. 135

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

La nueva distribución de caudales será: 15

16

14

13

0.002 0.062

0.058

17

12

+ 0.122 0.002

0.058

0.118 0.062 11

7 8

9

0.18

5

+

10

0.18

4

3 0.02

0.2

+

0.16 6

2 1

Qent. = 0.36 m3/seg.

136

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

Segunda corrección (los valores de β son siempre los mismos) ANILLO

I

ANILLO

II

III

RAMA 1-2 2-3 *3-4 4-5 5-6 6-1

β 51.021 30.825 55.272 8.503 30.825 12.755

Q -0.16 -0.16 0.02 0.2 0.2 0.2

RAMA 4-7 *7-8 *8-9 *9-10 10-3 *3-4

β 38.265 40.929 102.323 34.107 38.265 55.272

Q 0.180 0.058 -0.002 -0.062 -0.18 -0.02

*7-8 *8-9 *9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-7

40.929 102.323 34.107 6.821 44.340 44.340 40.929 102.323 40.929 44.340 44.340

-0.058 0.002 0.062 -0.118 -0.118 -0.058 -0.058 0.002 0.062 0.062 0.122

2

2βQ 16.326 9.864 2.210 3.401 12.330 5.102 Σ = 49.233 2βQ 13.775 4.747 0.409 4.229 13.775 2.210 Σ = 36.145

ΒQ -1.306 -0.789 0.022 0.340 1.233 0.510 Σ = 0.01 2 βQ 1.239 0.137 -0.0004 -0.131 -1.239 -0.022 Σ = -0.016

4.747 0.409 4.229 1.609 10.464 5.143 4.747 0.409 5.075 5.498 10.818 Σ = 53.148

-0.137 0.0004 0.131 -0.094 -0.617 -0.149 -0.137 0.0004 0.157 0.170 0.659 Σ = -0.017

ΔQ

0.0002 ΔQ

0.0004

0.0003

Con esto será suficiente ya que estamos tomando tres décimas después del punto decimal por lo que una tercera corrección no alteraría en nada a nuestros caudales. Procederemos a calcular la Presión en la entrada con la fórmula: Pe = Ps + Hr ρg Para reducir el error calcularemos la caída de presión en el monitor M-4 (punto 14) que está representado en la Figura 4.3.1como Hr14-1 por dos caminos y hallaremos la media. Por lo que: H´r14-1 = Hr14-15 + Hr15-16 + Hr16-17 + Hr17-7 + Hr7-4 + Hr4-5 + Hr5-6 + Hr6-1 H´r14-1 = Σ (βQ2)

137

CAPITULO II DISEÑO DE LA RED Y SISTEMA DE BOMBEO CONTRAINCENDIO DE LA ESTACION DE REBOMBEO LA CEIBA

H´r14-1 = 0.0004+0.157+0.170+0.659+1.239+0.340+1.233+0.510 H´r14-1 = 4.308 m Haremos la sumatoria hasta el punto 3, porque del punto 3 al punto 1 llega por dos caminos, por lo que ahí también tendremos que hallar la media y la sumaremos al siguiente cálculo y lo dividiremos entre 2 para hallar también la media. H´´r14-3 = Hr14-13 + Hr13-12 + Hr12-11 + Hr11-10 + Hr10-3 H´´r14-3 = 0.137+0.149+0.617+0.094+1.239 H´´r14-3 = 2.236 m Del punto 3 al punto 1hallaremos la media, por lo que: H´r3-1 = Hr3-4 + Hr4-5 + Hr5-6 + Hr6-1 H´´r3-1 = 0.022+0.340+1.233+0.510 H´r3-1 = 2.105 m H´´r3-1 = Hr3-2 + Hr2-1 H´´r3-1 = 0.789+1.306 H´´r3-1 = 2.095 m Hr´´´3-1 = (H´r + H´´r)/2 Hr´´´3-1 = (2.105+2.095)/2 Hr´´´3-1 = 2.1 m Hr´´14-1= Hr´´14-3 + Hr´´3-1 Hr´´14-1=(2.236 + 2.1 )/2 Hr´´14-1=2.168 m Este resultado lo sumaremos a H´r14-1 y lo dividiremos entre 2, de esta manera habremos sacado la media para poder calcular la Presión en la entrada Pe. Hr14-1 = (H´r14-1 + H´´´r3-1)/2 Hr14-1 = (4.308 + 2.168)/2

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Hr14-1 = 3.238 m, entonces; Pe = Ps + Hr14-1 ρg Pe = 8 Kg/cm2 + (3.238 m)(1000 Kg/m3)(9.81 m/seg2) Pe = 8 Kg/cm2 + 31764.78 N/m2 (1.01972 x 10-5 Kg/cm2) Pe = 8 Kg/cm2 + 0.323 Kg/cm2 Pe = 8.323 Kg/cm2 4.4 SELECCIÓN DE TUBERIA. La selección de la tubería a utilizar en la red contraincendio de acuerdo a la tabla del capitulo 1.6, serán las siguientes: 1. Tubería de Acero al Carbón ASTM A-53, Gr.B, sin costura y extremos biselados, de los siguientes diámetros: a) Diámetros de 2½ Pulg. Para la salida de los hidrantes y monitores. b) Diámetro de 4 Pulg. Para el abastecimiento de los hidrantes en la conexión del Anillo I a las Ramas: Rama 1, Rama 2, Rama 3.a y Rama 3.b, así como la conexión del Anillo III a los monitores: M-1, M-2, M-3, M-4, M-5, M-6, así también como del Anillo I al monitor M-7. c) Diámetro de 6 Pulg. Para el abastecimiento principal en el anillo V. d) Diámetro de 8 Pulg. Para la Rama 4, el abastecimiento principal en el Anillo I. e) Diámetro de 10 Pulg. Para el abastecimiento principal en el anillo V, Abastecimiento principal en el Anillo II desde los puntos 4-7 y 3-10, f) Diámetro de 14 Pulg. Para el abastecimiento de las bombas a la red contraincendio (Bombas-Anillo I). 4.5 NUMERO MAXIMO DE ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS. Como ya se había mencionado en el Capitulo 4.1, el número máximo de elementos complementarios no deberá exceder de 12 como máximo, incluye hidrante, monitores o ambos juntos en un anillo. Por lo que tendremos que en el anillo III tiene 6 elementos complementarios ya que el Capitulo 1.5 establece que el distanciamiento entre monitores no debe de exceder de 30 m.

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Con esto tendremos que el número total de Hidrantes en nuestra red contraincendio es de: 1. Anillo I. Una total de Monitores de 1 (M-7). 2. Anillo III. Una total de Monitores de 6 (M-1,M-2,M-3,M-4,M-5,M-6). 3. Anillo IV. Una total de Hidrantes de 2 (H-3,H-4). 4. Ramas. Una total de Hidrantes en las Ramas de 4 (H-1,H-2,H-5,H-6). Con esto tendremos un total de 7 monitores y 6 hidrantes en toda nuestra red contraincendio. 4.5.1 REQUERIMIENTO TOTAL DE ACCESORIOS. Señalaremos el total de accesorios a ocupar como son codos 45°, codos 90°, Tee, reducciones, todos de diferentes diámetros que a continuación se señalan: 1)

Codos de 90° de 4 Pulg. En total son 9 los cuales se señalan a continuación: Rama 1(4), Rama 3.a(2), Aspersores (3).

2)

Codos de 45° de 4 Pulg. En total son 4 los cuales se señalan a continuación: Rama 3.a (4).

3)

Tee "T" de 4 Pulg. En total son 19 los cuales se señalan a continuación: Aspersores (19).

4)

Codos de 90° de 6 Pulg. En total son 4 los cuales se señalan a continuación: Rama 3.b (1), en el Anillo IV (3).

5)

Tee "T" de 6 Pulg. En total son 5 los cuales se señalan a continuación: Rama 3.b (1), Anillo IV (4).

6)

Reducciones de 6"-4". En total son 3 la cual se señala a continuación: Rama 3.b (1) y a los hidrantes H-3 (1), H-4 (1).

7)

Codos de 90° de 8 Pulg. En total son 3 los cuales se señalan a continuación: Anillo III (3).

8)

Tee "T" de 8 Pulg. En total son 8 los cuales se señalan a continuación: Anillo III (6), y en los puntos 7 y 10 (2)

9)

Reducciones de 8"-4". En total son 6 los cuales se señalan a continuación: Anillo III para conectar los monitores M-1,M-2,M-3,M-4,M-5,M-6 (6).

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10)

Reducción de 8"-6". En total son 1 el cual se señala a continuación: Conexión de la Rama 4 al Anillo IV (1).

11)

Codos de 90° de 10 Pulg. En total son 3 los cuales se señalan a continuación: Anillo I en los puntos 2,5,6 (3).

12)

Codos de 45° de 10 Pulg. En total son 20 los cuales se señalan a continuación: Anillo II entre los puntos 3-11 y 4-7 (8), Anillo I entre los puntos 12, 2-3 y 5-6 (12). 13) Té "T" de 10 Pulg. En total son 7 los cuales se señalan a continuación: Anillo I para conectar a: M-7(1), Rama 1(1), Rama 2(1), Rama 4(1), Aspersores (1), puntos 3 y 4 (2). 14)

Reducción de 10"-8". En total son 3 los cuales se señalan a continuación: Anillo II conexión del punto 3-10 (1), conexión del punto 4-7 (1) y conexión a la Rama 4 (1). 15) Reducción de 10"-4". En total son 4 los cuales se señalan a continuación: conexión a M-7(1), Rama 1(1), Rama 2(1), Aspersores (1). 4.5.2. REQUERIMIENTO TOTAL DE VALVULAS. La selección de válvulas está de acuerdo a lo especificado en el Capitulo 1.6 y el total se señala a continuación: 1)

VALVULA DE COMPUERTA DE 2½ “Ø EXCLUSIVA PARA HIDRANTE, CLASE 200 AGA (WOG) ROSCADA, CUERPO E INTERIORES DE BRONCE ASTM B-62, SIMILAR A WALWORTH FIG. 24 STD., CON EXTREMOS ROSCADOS MACHO Y HEMBRA, ROSCA HEMBRA NPT Y ROSCA MACHO NSHT DE 7½ HILOS/PLG., CON VOLANTE DE ACERO, TAPA Y CADENA, el total de ellas es de 26 repartidas a 2 por cada Hidrante y 2 por cada Hidrantemonitor.

2)

VÁLVULAS DE COMPUERTA DE 2” a 30” Ø CLASE 150# ANSI, BRIDADA, CARA REALZADA (R.F.), CUERPO DE ACERO AL CARBON ASTM A-216, Gr. WCB, SIMILAR A WALWORTH 5202, CON INTERIORES DE ACERO INOXIDABLE 11-13 % CROMO AISI 410, VASTAGO ASCENDENTE ASTM-276 TIPO 410, CUÑA SOLIDA, BONETE BRIDADO, VOLANTE FIJO, los diámetros y el total de ellas se señala a continuación:

a) Válvulas de Compuerta de 4 Pulg. En total son 4 los cuales están colocadas en: Rama 1(1), Rama 2(1), Rama 3.a (1), Anillo II-Aspersores (1). b) Válvulas de Compuerta de 6 Pulg. En total son 4 los cuales se señalan a continuación: Anillo IV entre los puntos 1-2 (1), 3-4 (1), 4-5 (1), 7-1 (1). c) Válvulas de Compuerta de 8 Pulg. En total son 7 los cuales se señalan a continuación: Anillo III entre los puntos 10-11 (1), 13-14 (1), 16-17 (1), 17-7 (1), 7-8 (1), 9-10 (1), entre Anillo I y Anillo IV (1). 141

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d) Válvulas de Compuerta de 10 Pulg. En total son 7 los cuales se señalan a continuación: en el Anillo I entre los puntos 1-2 (1), 2-3 (1), 3-4 (2), 4-5 (1), 4-7(1), 3-10 (1). 4.5.3. REQUERIMIENTO TOTAL DE BRIDAS. La selección de bridas está de acuerdo a lo especificado en el Capítulo 1.6, se colocarán en cada conexión de las válvulas y el total se señala a continuación: 1) BRIDA CUELLO SOLDABLE, CLASE 150# ANSI, CARA REALZADA (R.F.), ACERO FORJADO ASTM A-105. Los diámetros y el total de ellas se señala a continuación: a) Brida de 4 Plg. En total son 6 y están colocados en los siguientes puntos: Rama 1 (2), Rama 2 (2), Rama 3.a (2). b) Brida de 6 Plg. En total son 8 y están colocados en los siguientes puntos: Anillo IV en el punto 1-2 (2), punto 3-4 (2), punto 4-5 (2), punto 7-1 (2). c) Brida de 8 Plg. En total son 14 y están colocados en los siguientes puntos: Anillo III en el punto 7-8 (2), punto 9-10 (2), punto 10-11 (2), punto 13-14 (2), punto 16-17 (2), punto 17-7 (2), entre en Anillo I y Anillo IV (2). d) Brida de 10 Plg. En total son 14 y están colocados en los siguientes puntos: Anillo II en el punto 7-4 (2), punto 10-3 (2), Anillo I en el punto 1-2 (2), punto 2-3 (2), punto 3-4 (4), punto 4-5 (2).

4.6. CALCULO DE LA VIDA ÚTIL DE LA TUBERÍA. Como se menciona en el Cap. 1.6 que dice que para el manejo de agua dulce, el espesor por corrosión que debe ser considerado para los diámetros especificados en el inciso anterior es de 1.65 mm. (0.065 Plg.), en tanto que para agua salada, debe considerarse un espesor por corrosión de 3.18 mm. (0.125 Plg.). Se ha evaluado el efecto corrosivo del agua en tuberías basándose en la reducción de la capacidad de transporte de acuerdo con el pH del agua y el número de años de servicio. Con estos datos encontraremos la vida útil de la tubería, a la cual en el tiempo señalado se tendrá que hacer una renovación total en la tubería de la red contraincendio que se calculará con la siguiente fórmula: εT = ε0 + at,

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donde:

ε0 = rugosidad del tubo (nuevo), en mm. a = coeficiente que depende del grupo de agua a escurrir, según tabla 3 del apéndice. t = número de años de servicio de la tubería. εT = rugosidad del conducto, después de t años de servicio en mm.

De los cuales tenemos los siguientes datos: ε0 = 0.05 mm a = 0.025 εT = 1.65 Por lo que despejaremos "t" para encontrar la vida útil de la tubería. t = (εT - ε0) / a t = (1.65-0.05) / 0.025 t = 64 años Comprobaremos el resultado para verificar que estamos en lo correcto, para tener un factor de seguridad tendremos que disminuir un año por lo que "t" a 63 años: εT = ε0 + at εT = 0.05 + (0.025*63) εT = 1.625 mm lo cual lo ocuparemos como factor de seguridad, en tanto está dentro de especificaciones.

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ANALISIS CRITICOS DE LOS DIFERENTES ENFOQUES Para poder construir nuestra red de agua contraincendio nos apegaremos a las normas de Pemex Refinación, ya que es una estación de rebombeo situado en la Ceiba, es muy importante contar con un buen diseño pues nos proporcionará la seguridad que necesita la estación en caso de siniestro. Para esta red contaremos con el agua porque es fácil de almacenarlo y de conseguirlo, por que lo proporcionará un río que pasa cerca de la estación. Para poner en operación la red en caso necesario, necesitaremos almacenar cierta cantidad en tanques atmosféricos, estos estarán diseñados para contener cierto fluido para un tiempo de 4 horas. También contaremos con un sistema de bombeo, uno nos proporcionará el agua desde el río hasta los tanques atmosféricos pasando por la cisterna, y el otro que distribuirá el agua en toda la red para que llegue la presión y el caudal requerido en la salida de los hidrantes. La tubería que se requerirá será de acuerdo a la velocidad que nos marque la norma de Pemex-Refinación, pues contamos con dos velocidades uno en la succión que es de 3.05 m/s y otro en la descarga de 4.57 m/s. La presión debe ser de 7 kg/cm2, que es la que se requiere para nuestro diseño y se debe mantener constante en todos los puntos donde se encuentren los hidrantes e incluso hasta los aspersores. Para proteger la red se recubrirá con pintura para evitar la corrosión y así alargar la vida útil, esto es necesario por que ayuda a que no tenga fugas en caso de ocuparla.

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CONCLUSIÓN Anteriormente mencionamos que la estación de rebombeo la Ceiba cuenta actualmente con una red de agua contraincendio deficiente debido la cantidad de agua que maneja no es la adecuada para la instalación, al igual que la presión ya que al accionar varios hidrantes estas pierden presión considerablemente, esto se debe al equipo que pose, pues no es el adecuado para conducir el fluido hasta donde se requiere. De acuerdo al diseño realizado con anterioridad este es más eficiente que el actual, que solo proporciona 2 Kg/cm2, por que gracias a la tubería y al equipo de bombeo empleado nos ayudará a proporcionar la presión de 7 Kg/cm 2 que se requiere en cada hidrante y en los aspersores. Esta red cuenta con una mayor distribución de agua en los anillos formados alrededor de las áreas a proteger como son los tanques y el equipo dinámico que se encarga de bombear el producto hacia su destino final. Por tal motivo es indispensable mantener lo más segura la estación con un buen diseño en la red de agua contraincendio para cubrir la necesidad en caso de algún siniestro. Para que esto se cumpla es importante seguir los pasos de las Normas DG-GPASI-SI3610 Diseño y construcción de redes de agua contraincendio en centros de trabajo de Pemex Refinación. Solo así se podrá tener un buen diseño de la red de agua contraincendio, de lo contrario no se podrá satisfacer de agua necesaria para combatir algún incendio y esto provocaría un grave daño en nuestro centro de trabajo.

BIBLIOGRAFIA. 145

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(1) MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS SEGUNDA EDICION. CLAUDIO MATAIX. EDITORIAL OXFORD. (2) PEMEX SPCO GIP MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE INGENIERIA DE DISEÑO. 1990 (3) NORMA DG-GPASI-SI-3610 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE REDES TRABAJO

DE AGUA DE

CONTRAINCENDIO EN CENTROS DE

PEMEX REFINACIÓN. 1996

(4) NORMA DG-SASIPA-SI-08301 ESPECIFICACIONES DE RECUBRIMIENTOS ANTICORROSIVOS PARA SUPERFUCIES METALICAS. 2003

WEBGRAFIA.

http://fuidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado/rugosidad.htm http://fluidos.eia.com/hidraulica/articuloses/flujoentuberia/efectotiemp orugostub/efectotiemporugostub.html http://www.fi.uba.ar/~ealvare/VALCONT3.pdf http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/ejercicioh/art%C3%ADculo_fc.html

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APENDICE TABLA 1. COEFICIENTE  DE LA ECUACIÓN 1-9 PARA TUBERÍAS COMERCIALES

TUBERIAS

REGIMEN

Lisas y rugosas

Laminar

Lisas

Turbulento (1) Re