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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
DEPARTAMENTO DE POSGRADO
TRABAJO DE TITULACIÓN ESPECIAL PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
MAGISTER EN SEGURIDAD, HIGIENE INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL
TEMA “GESTIÓN DE VALORIZACIÓN Y CONTROL DE
RIESGOS DE INCENDIOS PARA SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN EL DISEÑO DE LA REFINERÍA
DEL PACÍFICO”
AUTOR ING. ELECT. GALLO GALARZA JUAN DE DIOS JUSTO
DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN ESPECIAL
ING. IND. UGALDE VICUÑA JOSÉ WILLIAM, MSC.
2016 GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
“La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación
Especial, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de
la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
Ing. Elect. Gallo Galarza Juan De Dios Justo
C.C. 0902279207
iii
DEDICATORIA
A Dios y a mi querida esposa Colombia e hijos Juan Carlos, Jorge
Luis y Tania María por su comprensión, paciencia y todo el apoyo que me
han brindado durante el transcurso de una etapa más y muy importante
en mi vida.
iv
AGRADECIMIENTO
Al Msc. Ing. José William Ugalde Vicuña. Director por su ayuda
invaluable y entregada colaboración durante el desarrollo del presente
trabajo.
v
ÍNDICE GENERAL
Nº Descripción Pág.
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
Nº Descripción Pág.
1.1 Teorías generales 7
1.1.1 Definiciones 7
1.1.2 Evaluación de Riesgos 8
1.2 Teorías sustantivas 9
1.2.1 Métodos Cualitativos 10
1.2.2 Métodos Cuantitativos 11
1.3 Referentes empíricos 12
1.4 Marco Legal 14
CAPÍTULO II
MARCO METODOLÓGICO
Nº Descripción Pág.
2.1 Metodología 15
2.2 Métodos de Aplicación 15
2.2.1 Método de Riesgo Intrínseco de Incendio 16
2.2.2 Cálculo cuantitativo de riesgo 20
2.2.2.1 Radiación térmica a un objeto 20
2.2.2.2
Radiación de la llama con un objetivo a nivel del
suelo
21
vi
Nº Descripción Pág.
2.3 Hipótesis 29
2.3.1 Hipótesis General 29
2.3.2 Hipótesis especificas 30
2.4 Universo y muestra 30
2.4.1 Universo 30
2.4.2 Muestra 30
2.5 CDIU - Operacionalización de variables 30
2.6 Gestión de Datos 33
2.6.1 Seguridad y Salud en el Trabajo 33
2.6.1.1 Factores de riesgo eléctricos 33
2.6.2 Factores de Riesgo en Seguridad 34
2.6.2.1 Factores Físicos 34
2.6.2.2 Factores Químicos 35
2.6.3 Inspecciones, Pruebas y Mediciones 35
2.7 Criterios Éticos de la Investigación 36
CAPÍTULO III
RESULTADOS
Nº Descripción Pág.
3.1 Antecedentes 37
3.1.1 Efectos de un Incendio en una Subestación
Eléctrica
37
3.1.2 Efecto sobre las estructuras de las edificaciones
cercanas
37
3.1.3 El Análisis de la secuencia de un Incendio 40
3.2 Análisis y diagnostico 41
3.2.1
Cálculo de la Radiación Térmica en un
Transformador
42
3.2.1.1 Calculo de la carga de fuego ponderada (Qp) 43
3.2.1.2 Cálculo cuantitativo de riesgo 44
vii
CAPÍTULO IV
DISCUSIÓN
Nº Descripción Pág.
4.1 Contrastación empírica 48
4.2 Limitaciones 49
4.3 Líneas de investigación 49
4.4 Aspectos relevantes 50
CAPÍTULO V
PROPUESTA
Nº Descripción Pág.
5.1 Obras de construcción para seguridad 51
5.1.1 Muros separadores entre transformadores 52
5.1.2 Diques 53
5.2 Sistemas de Detección y de extinción 53
5.2.1 Tipos de Equipos de Detección 53
5.2.2 Tipos de Equipos de Extinción 54
5.3
Por utilización con aceite 561 Silicon o aceite
vegetal en el Transformador
57
5.4 Conclusiones y Recomendaciones 58
5.4.1 Conclusiones 58
5.4.2 Recomendaciones 59
ABREVIATURAS 60
ANEXOS 61
BIBLIOGRAFÍA 73
viii
ÍNDICE DE CUADROS
Nº Descripción Pág.
1
Niveles de acuerdo a la carga de fuego ponderada qp
(Mcal/m2)
18
2 Grado de peligrosidad de los combustibles 18
3 Riesgo de activación Ra 19
4 Propiedades térmicas del líquido 29
5 CDIU operacionalización de variables 1 31
6 CDIU operacionalización de variables 2 32
7
Daños por temperatura de un incendio en las estructuras
de las edificaciones cercanas
39
8
Distancia segura de aplicación de agua contra incendio
de transformador desde un hidrante bajo posibilidad que
estén energizados los terminales
56
ix
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Nº Descripción Pág.
1 Refinería del Pacífico 3
2
Incendio del transformador de 69/13,8 kv. De 20
MVA en la subestación eléctrica de pascuales-guayas
(14 marzo 2006)
4
3
El flujo radiante del material incendiado con respecto a
objetos ubicados en el piso
22
4
Estimación de la radiación térmica del fuego a un objeto a
nivel de piso bajo condiciones de sin viento de acuerdo al
modelo de una fuente de radiación
27
5
Estimación de las características del fuego de un
almacenamiento de líquido, tasa de liberación de calor,
duración y altura de la llama
28
6 Fallas internas y externas en un transformador 33
7 Efectos de un incendio en la edificación aledaña 40
8
Dimensiones del tanque con aceite y punto seleccionado
de radiación
43
9 Muros separadores I 52
10 Muros separadores II 52
11 Diques de contención de aceite de transformador 53
12 Aplicación de detector de calor lineal en transformador 54
13
Diseño de aplicación de agua pulverizada como sistema
de contra incendio del transformador
55
14
Aplicación de agua desde una manguera para combatir
el incendio
56
15 Aplicación de nitrógeno 57
x
ÍNDICE DE DIAGRAMAS
Nº Descripción Pág.
1 Árbol de problemas 2
2
Esquema conceptual de términos relacionados con el
riesgo
8
3 Modelo de gestión de riesgos 9
4 Modelo de gestión de riesgos con mejoras 10
5
Las diferentes fallas de un transformador de potencia y
sus causas
16
6 Inspecciones, pruebas y mediciones 36
7
Secuencia de un incendio y explosión de un
transformador
41
xi
ÍNDICE DE ANEXOS
Nº Descripción Pág.
1 A - aceite mineral para transformador 62
2 B- aceite 561 silicón para transformador 68
xii
AUTOR: ING. ELECT. JUAN DE DIOS JUSTO GALLO GALARZA TEMA: “GESTIÓN DE VALORIZACIÓN Y CONTROL DE RIESGOS
DE INCENDIOS PARA SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN EL DISEÑO DE LA REFINERÍA DEL PACÍFICO.”
DIRECTOR: ING. IND. UGALDE VICUÑA JOSÉ WILLIAM, MSC.
RESUMEN La Importancia central de este trabajo, será identificar y evaluar los principales riesgos eléctricos que se encuentren presentes en la subestación Eléctrica a diseñarse en la Refinería del Pacifico, para la alimentación de los sistemas eléctricos de las diferentes plantas de producción de derivados de hidrocarburos, para luego proponer las medidas de prevención más óptimas. Se considerará una subestación eléctrica con transformadores que tendrá un voltaje de alimentación de ener gía eléctrica a 34,5 kV, reduciéndose su voltaje a 4,16 kV., para la utilización de energización de equipos mayores como motores eléctricos de las estaciones de bombeo de productos hidrocarburíficos, siendo de la capacidad de 7,50 / 9,37 y de 5 / 6,25 MVA, tomando el más grande de 10 MVA para nuestro análisis. Con ese requerimiento se desarrollará una evaluación con su valorización de los riesgos que se presentarían y de los resultados obtenidos minimizar las condiciones adversas que podrían suceder para protección del personal operativo y de mantenimiento. Siendo el objetivo principal, analizar la radiación térmica de un Transformador de potencia que podría incendiarse para detectar los riesgos que ocasionarían al personal que labora o a la refinería misma. Se aplicaran métodos de riesgo intrínseco para obtener el nivel de riesgo que ocasionaría por el causal de un incendio, así como se desarrollará un cálculo cuantitativo de la radiación, así como también de la altura la llama y del tiempo que se mantendría el incendio. Se encontraran los resultados en varias condiciones con el uso de dos tipos de aceite dieléctrico para ver sus efectos por radiación térmica en función de las distancias determinadas Se propondrá la utilización de medios de defensa y control, así como la utilización de otros materiales o elementos del transformador. PALABRAS CLAVES: Riesgos, Valorización, Radiación, Incendio,
Quemaduras, Diques, Detección, Extinción, Gestión, Control, Incendios, Subestaciones, Eléctricas, Diseño, Refinería, Seguridad, Higiene, Industrial, Salud, Ocupacional
Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo Ing. Ind. Ugalde Vicuña José William, MSc. C.C. 0902279207 Director de Trabajo
xiii
AUTHOR: ELECT. ENG. JUAN DE DIOS JUSTO GALLO GALARZA TOPIC: “MANAGEMENT OF VALIDATION AND CONTROL OF
FIRE RISKS FOR ELECTRICAL SUBSTATIONS IN THE DESIGN OF THE PACIFIC REFINERY”
DIRECTOR: IND. ENG. JOSÉ WILLIAM UGALDE VICUÑA MSC.
ABSTRACT The central importance of this work is to identify and assess the main electrical hazards that are present in the electrical substation designed in the Pacific Refinery, for feeding electrical systems of the different production plants hydrocarbon derivatives, for then propose the most optimal prevention measures. An electrical transformers substation shall be deemed to have a supply voltage of 34.5 kV electrical power, reducing its voltage to 4.16 kV., for the use of energization of major equipment such as electric motors pumping stations hydrocarbon product, with capacity of 7.50 / 9.37 and 5 / 6.25 MVA, taking the largest of 10 MVA for our analysis. With that request an evaluation will take place with its valuation of the risks to be presented and the results minimize the adverse conditions that could happen for protection of operating and maintenance personnel. The main objective to analyze the thermal radiation from a power transformer that could catch fire to detect the risks that would cause the people working or to the refinery itself. Intrinsic risk methods were applied to obtain the level of risk that would cause the cause of a fire as well as a quantitative calculation of the radiation that will that be developed, as well as flame height and time that the fire would be maintained. The results were in various conditions with the use of two types of dielectric oil for their effects by thermal radiation according to the distances determined. The use of means of defense and control will be proposed, and the use of other materials or elements of the transformer. KEY WORDS: Risks, Valorization, Radiation, Fire, Burns, Dams,
Detection, Extinction, Management, Control, Fire, Substations, Electrical, Design, Refinery, Safety, Industrial, Hygiene, Occupational, Health
Elect. Eng. Gallo Galarza Juan de Dios Justo Ind. Eng. Ugalde Vicuña José William MSc. C.C. 0902279207 Director of Work
INTRODUCCIÓN
La Refinería del Pacifico es un proyecto de requerimiento nacional
sobre la necesidad de derivados del petróleo y petroquímica para el país,
por lo que se propone la Construcción y puesta en marcha de una
refinería de capacidad 300 MBD, con unidades de procesos de tecnología
avanzada de conversión profunda, requeridas para producción de
Gasolinas, Diesel, GLP y Bases Petroquímicas, incluyendo las facilidades
para el suministro eléctrico, oleoductos, poliductos, acueductos e
instalaciones marítimas.
Como los requerimientos de energía eléctrica son bastante
importantes para la Refinería del Pacifico, donde existe generación
propia, así como también energía del Sistema Nacional de Transmisión
del Interconectado SNT. Esta energía tiene subestaciones eléctricas la
cuales tendrán transformadores de potencia que se encargaran de
obtener voltajes de acuerdo a los equipos a instalarse.
Cabe señalar y recalcar que en todo este proceso pueden
producirse riesgos inminentes, que en el caso de nuestro estudio se hará
referencia a la situación de producirse un incendio en unos de estos
equipos transformadores de voltajes, por la preocupación, que más allá
de las pérdidas económicas, y el caso más peligroso, la pérdida de vidas
humanas.
Se seleccionó como una parte importante de análisis de seguridad
industrial de la Refinería de Pacífico, específicamente de fuente principal
de energía eléctrica que es la subestación, donde se aplicara una
evaluación de riesgos, en base a encontrar las causas, efectos y las
consecuencias del posible incendio mencionado en su equipo principal
Introducción 2
que es el transformador de potencia, valorizando los riesgos de existir.
Delimitación del problema
La importancia de análisis de este tema es encontrar y considerar
circunstancias presentes al momento de realizar los diseños de una
subestación eléctrica para suministro de energía para la Refinería, para
que quede lo más posible protegida, y no exista la posibilidad o presencia
de un incendio. Se tiene previsto la ubicación donde se construirá la
Refinería del Pacifico, la cual es en la provincia de Manabí, cantón de
Manta en el Sector denominado el Aromo. Además se tendrá la finalidad
de conocer todos los riesgos causantes de un incendio mediante la
aplicación de los sistemas eléctricos de la Refinería, tomando el caso de
los riesgos de una subestación eléctrica, Cabe mencionar que el
problema de investigación es el incendio del equipo principal de la
subestación eléctrica, que es el transformador, que tiene aceite térmico
mineral a base de hidrocarburos, ya que es la principal preocupación de
este estudio por la radiación térmica en caso de incendiarse, evaluando
los riesgos y estableciendo los procedimientos necesarios para la
integridad de las personas y la empresa.
DIAGRAMA N° 1
ÁRBOL DE PROBLEMAS
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Introducción 3
Formulación del problema
El problema planteado en este caso de estudio, es el relacionado
a los efectos que produce un incendio el equipo principal de una
subestación eléctrica, en donde se analizará como influye la evaluación
de riesgos de la radiación térmica del fuego de un transformador de
potencia de la subestación, para encontrar las acciones de mejoramiento
en el diseño, con seguridad, continuidad y confiabilidad de las
operaciones en la Refinería del Pacifico.
GRÁFICO N° 1
REFINERÍA DEL PACÍFICO
Fuente: Gerencia Técnica Refinería del Pacifico Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Las formulaciones serán las siguientes:
¿Cuáles serán los riesgos en el área de la subestación y su influencia
en las labores de este punto de trabajo.
¿Que causas ocasionarían el incendio de un transformador?
Refineria del Pacifico
El Aromo
Ciudad de Manta
Introducción 4
¿Cuales serian los efectos del fuego en la subestación eléctrica?
¿Cuáles serán los riesgos del incendio?
¿Que alcance de daños produciría la radiación térmica generada por el
incendio?
¿De qué manera se plantearían las medidas de prevención, en base de
los resultados obtenidos y se optimice la gestión de seguridad
Justificación del problema
Debido a los inminentes riesgos en instalación, operación y
mantenimiento de una subestación de transformación de voltajes, cuya
presencia puede ser por errores (mecánicos, eléctricos, humanos, etc.),
que con la evaluación de riesgos aplicando técnicas modernas de
análisis, se encontrará el nivel correspondiente del este, de tal manera
que la investigación se oriente para lograr la mitigación o eliminación de
las posibles causas, tal como las fallas eléctricas que se presentaren, la
ubicación del equipo propenso a un incendio.
GRÁFICO N° 2
INCENDIO DEL TRANSFORMADOR DE 69/13,8 KV. DE 20 MVA
EN LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE PASCUALES-GUAYAS (14
MARZO 2006)
Fuente: http://biblioteca.cenace.org.ec Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Introducción 5
Objeto del estudio
El estudio se realiza en base a la información de la ingeniería
básica desarrollada de la Refinería de Pacifico, donde se basa en el
análisis de los aspectos relacionados a los efectos que generaría un
incendio del transformador de una subestación eléctrica.
Campo de Investigación
Se indicaran las acciones que ocasionarían un incendio en el
transformador de una subestación eléctrica, de alto riesgo laboral donde
se medirá o evaluará el alcance del riesgo generado, dando una
valorización de los efectos y sus consecuencias por un siniestro de esta
naturaleza que ocasionaría el incendio de un transformador, obteniendo el
alcance de los daños por la radiación térmica que se presenta con la
posible existencia del fuego, y que sus efectos no afecten a la integridad
de las personas que laboran, ni a las instalaciones de la refinería.
Objetivo general
Implementar una evaluación y su valoración, de la clase de
riesgos a presentarse en una subestación de transformación de voltajes,
en el caso de un incendio para poder minimizar las condiciones, para
que los actos que conduzcan este peligro no con lleve a un riesgo mayor
que afecte al personal operativo o de mantenimiento.
Objetivos específicos
Observar las condiciones de riesgos posibles a presentarse para
realizar el buen diseño de una subestación eléctrica.
Aplicar la técnica necesaria para reducir el riesgo que podría
presentarse de explosión y/o fuego.
Introducción 6
Desarrollar un plan estratégico de protección con la utilización
de las mejores técnicas actualizadas.
Novedad Científica
Será viable este proyecto debido a que se obtendrá el permiso y
autorización del funcionario directo de la Refinería del Pacífico, para
poder desarrollar el tema dentro de ella.
En la actualidad se preocupa un diseño, solamente de establecer
determinados parámetros de ubicación de un transformador como equipo,
estableciéndose de acuerdo a normas o reglamentos de carácter técnico,
para obtener finalmente su funcionamiento y servicio, pero no se
considera profundamente las afectaciones que ejercerían en caso de
incendiare en el ambiente o en la seguridad de las personas y de los
bienes materiales, mas aun considerando que el generador del fuego es
el aceite mineral aislante del equipo y que es un componente
hidrocarburífico.
Por ello en este estudio se explica las razones o efectos que se
produce el incendio, encontrando su magnitud del daño y realizando la
gestión de que pueda disminuir los daños o evitarlo.
CAPITULO I
MARCO TEÓRICO
Como la prioridad es establecer el nivel de riesgo en función de la
intensidad o gravedad de un incendio posible en un transformador como
equipo principal y siendo el más peligroso, estableciendo como el objeto
más importante de nuestro estudio.
1.1 Teorías Generales
1.1.1 Definiciones
Peligro: Es la "Situación inherente con capacidad de causar
lesiones o daños a la salud de las personas, al medio ambiente y a la
propiedad" [1]
Riesgo: Es "Una combinación de la probabilidad de que ocurra un
suceso peligroso con la gravedad de las lesiones o daños para la salud, al
medio ambiente y a la propiedad que pueda causar el suceso”. [1]
En relación al riesgo debemos aceptar que es función de tres
factores:
La probabilidad de que ocurra un fenómeno potencialmente dañino.
La vulnerabilidad.
La exposición a este peligro.
Lo que se puede comprender con la aplicación de la ecuación
siguiente:
Marco teórico 8
Riesgo = f (Peligro, Vulnerabilidad, Exposición)
R = f (P * V * E) [1]
(1.1)
1.1.2 Evaluación de Riesgos
El análisis del riesgo es requerido para encontrar todas las
posibilidades que causen perdida a las propiedades, al personal
involucrado de operación y/o mantenimiento, así como al medio ambiente
de eventos no deseados.
DIAGRAMA N° 2
ESQUEMA CONCEPTUAL DE TÉRMINOS RELACIONADOS CON EL
RIESGO
Fuente: Fundamentos en Seguridad y Gestión del Riesgo Industrial Maestría MICRO III-España Ingeniería de Confiabilidad Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Se debe considerar que todo esto se podría evitar de manera que
exista un buen diseño que siempre tome en cuenta a la seguridad
industrial y salud ocupacional asi como el ambiente del lugar en estudio
de tal forma que con lleva realizar procedimientos apropiados de buenas
prácticas en las operaciones, inspecciones y mantenimiento de los
equipos propensos a sufrir por fallas internas o externas que afecten a su
funcionamiento óptimo.
Marco teórico 9
DIAGRAMA N° 3
MODELO DE GESTIÓN DE RIESGOS
Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene del Trabajo Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales-España. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Es importante tomar en cuenta que debemos establecer un
procedimiento que nos entregue una secuencia tal como:
a) Precisar cuál es el riesgo a suceder,
b) Realizar un método de aplicación para cuantificar el tipo y nivel de
riesgo,
c) Con la participación de profesionales calificados que realizarían las
evaluaciones.
Un objetivo adicional es mejorando la seguridad actual de ser el
caso, dando un valor agregado con la continua reevaluación del riesgo
revisando los incidentes, los ATS, las inspecciones, etc.
1.2 Teorías Sustantivas
Por lo tanto para la valoración se utilizará métodos apropiados
que determinen las características del riesgo, la frecuencia de los
Marco teórico 10
elementos expuestos, su vulnerabilidad, las pérdidas, etc. El análisis
mayor lo de desarrollares con los siguientes métodos:
DIAGRAMA N° 4
MODELO DE GESTIÓN DE RIESGOS CON MEJORAS
Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene del Trabajo Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales-España. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
I. Métodos cualitativos
II. Métodos cuantitativos
1.2.1 Métodos Cualitativos
Identificando el origen de los riesgos, y analizando la posibilidad de
causar daños o accidentes de trabajo Y con la revisión de los
componentes de un equipo, en nuestro caso el transformador de una
subestación, al encontrar las posibles fallas, las mismas que son
sometidas a investigación. Los métodos cualitativos pueden ser
comparativos o generalizados. [2]
Marco teórico 11
Métodos comparativos. Estos métodos toman información
en base a la experiencia obtenida a través del tiempo de los equipos
o también comparándolos con otras instalaciones, así como de estudios
de eventos que se hayan producido. Aquí influye la documentación
referente a Reglamentos, manuales técnicos, hojas de chequeo, como el
conocimiento estadístico con respecto a un equipo.
Métodos generalizados. Con los estudios de los procesos, así
como las instalaciones, será fundamental realizar evaluaciones de
riesgo con métodos específicos. Los métodos generalizados más
importantes son:
Análisis "What if ?", “¿Qué pasaría sí…?
Análisis funcional de operatividad, HAZOP.
Análisis de árbol de sucesos, ETA.
Análisis de modo y efecto de los fallos, FMEA.
Como métodos cualitativos generalizados específicos aplicables en
evaluaciones de riesgo de incendio son entre los más importantes:
Riesgo intrínseco
Gretener
Gustav-Purt
MESERI
1.2.2 Métodos Cuantitativos
El objeto principal es conocer el desarrollo o alcance de un posible
accidente, y ver su probabilidad de acontecimiento, este análisis debe
realizarse desde su origen, anotando cuantos fallos de mal
funcionamiento de un equipo se han producido, o de cuantas malas
operaciones del mismo se han presentado, para poder tener o lograr una
valorización del riesgo.
Marco teórico 12
La evaluación cuantitativa procede realizando lo expresado a
continuación:
a) Primeramente con la Identificación del peligro.
b) Valorando cual es la probabilidad de ocurrencia y su frecuencia.
c) Catalogando y teniendo información sobre los riesgos a presentarse.
Existen diferentes métodos cuantitativos, entre ellos, indicamos los
siguientes:
• Determinación de fallo de causa común
• Análisis por medio del árbol de fallos
• Cálculo de daños (Probit)
• Cálculo cuantitativo de riesgo
1.3 Referentes Empíricos
La evaluación de riesgos ha sido escogida mediante la aplicación
para encontrar la Radiación Térmica y sus efectos, mediante el cálculo del
riesgo intrínseco donde valora el nivel de riesgo y del cálculo cuantitativo
de riesgo que es en base a un programa para establecer determinadas
parámetros presentes en un incendio.
Se presentan diversos trabajos realizados en diferente lugar y
tiempo, pero que ayudarán al desarrollo comparativo con el presente
estudio:
En la Tesis de Master de José Luis Barrera Lobato denominada
ANÁLISIS Y EVOLUCIÓN PCI EN CENTRALES HIDROELÉCTRICAS.
INCENDIOS EN TRANSFORMADORES. Sustentada en la Universidad
Pontificia de Comillas en Madrid el 2012 desarrollas en cumplimiento de
Marco teórico 13
reglamentaciones de seguridad en centros industriales analiza su
aplicación en el caso de incendios.
Por lo tanto describe la medida de riesgo de este, como un medio
de causa daños materiales de los bienes y daños a la integridad de las
personas analizando esta intensidad a diferentes distancias para
encontrar la correspondiente que sea apropiada para dar mejor
seguridad, por lo tanto se centra su atención en el incendio de un
transformador.
También se aprecia una metodología que sigue lo que permitirá la
ubicación correcta con las distancias de separación o los medios de
protección. El riesgo principalmente debe ser encontrando la dimensión
de carga de fuego.
Este autor profundiza su análisis como la evolución que ha tenido
en el tiempo la protección considerada por como activa. Por lo tanto
profundiza su estudio en el incendio de un transformador Por lo que
describe el método a seguir en lo que se encuentra en el alrededor de un
transformador y de igual manera una dedicación al aceite dieléctrico que
el transformador tiene almacenado para su refrigeración
Otro Trabajos es el presentado José Luis Saá Loor titulado
ANÁLISIS DE RIESGOS PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
CRUDO DE ECUADORTLC S.A. para si tesis de master en la Universidad
de San Francisco de Quito – Universidad de Huelva el 2009, tiene
como finalidad analizar las consecuencias de accidentes mayores que se
podrían presentar en la Planta de Tratamiento de Crudo (PTC) de
ECUADORTLC S.A, donde se realiza un Análisis Cuantitativo de
Riesgos (ACR), esta empresa es perteneciente a Petrobras con sede en
Quito. En este análisis donde se aplico el medio informático de ALOHA
®. Estableciéndose las áreas de afectación por Radiación térmica,
Marco teórico 14
explosión posible de gases e incendio y los requerimientos de seguridad
industrial, así como la elaboración de planes de emergencia de tal manera
que no afecte a la seguridad y salud de los trabajadores.
1.4 Marco Legal
Para la elaboración del análisis de riesgos de incendio, se
consideraran como base de cumplimiento las siguientes normativas,
reglamentos y leyes:
a.- Constitución Política de la República del Ecuador. R.O. Nº 449 octubre
de 2008,
b.- Ley de Régimen del Sector Eléctrico, R.O. N° 43, R.O. N° 1, enero de
2007.
c.- Ley Orgánica de Salud N° 67
d.- Reglamento de Prevención de Incendios, R.O.N° 47, marzo de 2007
e.- Reglamentos de Seguridad en el Trabajo contra Riesgos en
Instalaciones De Energía Eléctrica, publicado en el R.O N° 249 Febrero
de 1998
g.- Código de Trabajo, Título IV De los Riesgos del Trabajo
h.- Decreto Ejecutivo 2393, R.O. N° 565 noviembre de 1986.
i.- Norma NFPA 15 Sistemas fijos de densidad de agua para protección
contra incendio.
j.- Norma NFPA 101 Código de Seguridad Humana
k.- Norma NFPA 803 Protección contra Incendios para las plantas Agua
ligera
CAPÍTULO II
MARCO METODOLÓGICO
2.1 Metodología
La metodología que se utiliza será en base a la experiencia de
instalaciones similares donde se han encontrado cada vez la necesidad
de un mejoramiento, encausándolo a proponer obras que ayuden a
proteger las subestaciones, además también tiene mucho que ver la
investigación en base a la bibliografía con respecto a este tema,
principalmente de las acciones que producirían la radiación térmica.
2.2 Métodos de Aplicación
La aplicación de métodos serán para analizar las causas deben
tomarse en cuenta tres elementos que deberían estar presentes, los
cuales son el material combustible contenido en el transformador, la
presencia de oxigeno (en el ambiente) y la fuente de ignición.
Para una mejor concepción de todas las circunstancias de posibles
fallas a ocasionarse en el transformador, se demuestran en el diagrama
N° 5 [3]
De los métodos indicados los que utilizaremos para nuestro análisis
aplicándolos para la evaluación de incendio en transformadores de una
subestación son los siguientes:
Como método cualitativo: - Método de Riesgo intrínseco.
Como método Cuantitativo: - Cálculo cuantitativo de riesgo.
Marco Metodológico 16
2.2.1 Método de Riesgo Intrínseco de Incendio
Se basa en el cálculo de la carga de fuego ponderada (Qp) para
área de incendio, con un análisis de una carga de fuego unitaria. Este
método es útil para establecer las distancias entre edificios, la resistencia
al fuego y características de los muros que deben separarlos.
DIAGRAMA N° 5
LAS DIFERENTES FALLAS DE UN TRANSFORMADOR DE
POTENCIA Y SUS CAUSAS
Elaborado por: Gallo Galarza Juan, la traduccion de: Reliability Enhancement of power Transformer Protection System -Abdelkader Abdelmoumene and Hamid Bentarz Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Marco Metodológico 17
En función de la carga de fuego ponderada (Qp), se clasifican
estableciéndose niveles que nos proporcionarían si el riesgo es bajo
medio o alto como se indica en el CUADRO N° 1
El cálculo de la carga de fuego ponderada Qp se establece
mediante la expresión:
21 /***
mMcalRA
CipiHiQp a
i
(1)
Revisando los materiales que componen el equipo en análisis y sus
propiedades se someterían al cálculo de la carga de fuego ponderado.
Siendo:
Qp: carga de fuego ponderada. Mcal/m2
pi: masa de los combustibles. Kg.
Hi: poder calorífico
Ci: peligrosidad de los productos
A: Área en m2
Ra: riesgo de activación
Valor del Coeficiente Ci: (Depende del CUADRO N°2)
De acuerdo a los niveles de peligrosidad según las industrias, o
fábricas podemos establecer un coeficiente del riesgo de activación Ra de
acuerdo al CUADRO N° 3
Marco Metodológico 18
CUADRO N° 1
NIVELES DE ACUERDO A LA CARGA DE FUEGO PONDERADA QP
(Mcal/m2)
RIESGO BAJO
Nivel Carga de fuego ponderada (Qp)
1 0< Qp<= 100
2 100< Qp<=2200
RIESGO MEDIO
Nivel Carga de fuego ponderada (Qp)
3 200< Qp<= 300
4 300< Qp<= 400
5 400< Qp<= 800
RIESGO ALTO
Nivel Carga de fuego ponderada (Qp)
6 800< Qp<= 1600
7 1600< Qp<=3200
8 Qp>= 3200 Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
CUADRO N° 2
GRADO DE PELIGROSIDAD DE LOS COMBUSTIBLES
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Marco Metodológico 19
Grado de resistencia al fuego (RF)
El grado de resistencia al fuego de los elementos estructurales de
una edificación está dado por la siguiente expresión:
(2.2)
Qp: Carga de fuego Ponderada
Ca: Coeficiente adimensional
CUADRO N° 3
RIESGO DE ACTIVACIÓN Ra
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
El valor de Ca será de valor 3 si la carga de fuego ponderada
viene expresada en Mcal/m2 y 12 si viene expresada en MJ/m2. [4]
Marco Metodológico 20
2.2.2 Cálculo cuantitativo de riesgo
Los incendios de transformadores, son de una probabilidad de
riesgo bajo, pero en caso de producir un incendio, pueden ser intensos
emisores de calor, humo, y otros productos de la combustión por el aceite
mineral de aislamiento es combustible, siendo a base del petróleo el.
Siendo por esta causa la radiación alta que pone en peligro la integridad
de las personas de operación o mantenimiento, a la brigada de control
incendios, de los bomberos y de los edificios circundantes.
Se utilizará una hoja de cálculo proporcionada por la UNITED
STATES NUCLEAR REGULATORY COMMISSION (COMISION DE
REGULACION NUCLEAR DE LOS ESTADOS UNIDOS), del cual se
presenta el método detallado para evaluar el impacto de la radiación de
los fuegos contenidos en tanque o en el dique de contención del
transformador hacia una distancia propuesta para investigar el alcance de
la misma. [5]
2.2.2.1 Radiación térmica a un objeto
La radiación de una llama, o cualquier gas caliente, es impulsada
por su temperatura y emisividad.
La emisividad se expresa como un valor entre 0 y 1, siendo 1 un
radiador perfecto. La radiación que una persona siente se ve afectada
por la temperatura de la llama y el tamaño (altura) de esta.
Los incendios con líquidos de hidrocarburos, son también
bastante generadores de humo por las llamas. Por lo tanto, un
observador al aproximarse a un fuego líquido inflamable / combustible,
siente más calor que un observador acercarse a un fuego combustibles
ordinarios del mismo tamaño en comparación. [5]
Marco Metodológico 21
2.2.2.2 Radiación de la llama con un objetivo a nivel del suelo
El peligro de radiación térmica de un fuego depende de un número
de parámetros, incluida la composición del combustible, el tamaño y la
forma del fuego, su duración, la proximidad al objeto en riesgo.
El modelo de fuente puntual, asume que la energía radiante se
libera en un punto situado en el centro del fuego.
El flujo de calor radiante a cualquier distancia de la fuente de fuego
es inversamente proporcional a la distancia de separación horizontal ®,
por la siguiente ecuación (Drysdale, 1998):
(2.3)
Dónde:
= Flujo de calor radiante (Kw/m2)
= Tasa de liberación de calor del fuego (Kw)
R = Distancia radial desde el centro de llama al borde del objeto
(m)
Xc = Fracción de la energía total radiada
Marco Metodológico 22
GRÁFICO N° 3
EL FLUJO RADIANTE DEL MATERIAL INCENDIADO CON RESPECTO
A OBJETOS UBICADOS EN EL PISO
Fuente: Block Técnico en seguridad, Martin Palma C.- HSE PERU S.A. 2013 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
En general, Xc depende del combustible, del tamaño de la llama,
cuya configuración puede variar de aproximadamente 0,15 para
combustibles de baja formación de humos (por ejemplo, alcohol) a 0.60
para combustibles de alta ignición (por ejemplo los hidrocarburos). Ver el
GRAFICO N° 3, para una representación gráfica de la pertinente
nomenclatura de aplicación, así como en el CUADRO N° 2.4 de las
propiedades térmicas del líquido en estudio, en nuestro caso el aceite del
transformador.
Los efectos de la radiación térmica que experimentan las personas
dependen de la longitud de tiempo que están expuestos con un
determinado nivel de radiación térmica específica. Duraciones de tiempo
de exposición de la radiación térmica más largos, incluso a un nivel de
radiación térmica más baja, pueden producir efectos fisiológicos graves.
[5]
Marco Metodológico 23
Datos dados por el programa diseñado para modelar emisiones
ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres).
• 10 Kw / m2 (potencialmente letal dentro de los 60 segundos)
• 5 Kw / m2 (quemaduras de segundo grado en 60 segundos)
• 2 Kw / m2 (dolor en 60 segundos).
La Tasa de Liberación de Calor (HRR) de un incendio puede ser
determinado por un laboratorio o por pruebas de campo, donde el valor
máximo para el fuego, viene dada por la siguiente ecuación (Babrauskas,
1995): [6]
(2.4)
Dónde:
= = Tasa de liberación de calor del fuego (Kw)
= Ardor o tasa de pérdida de masa por unidad de área por
unidad de tiempo (kg / m2-sec)
= calor efectivo de combustión (Kj/ kg)
= área de combustión horizontal del combustible (m2)
= constante empírica (m-1)
D = diámetro de la zona de la quema (m)
Para tanques con aceite de Transformador, no circulares, el
diámetro efectivo se define como el diámetro de un área circular dada por
la siguiente ecuación:
Marco Metodológico 24
(2.5)
Dónde:
= área de superficie del tanque o dique no circular (m2)
D = diámetro del fuego (m)
Distancia del centro del juego aun objeto determinado
R=L + D/2 (m) (2.6)
Cálculo de la radiación térmica.
RQq r 4/" Kw/m2 (2.7)
En el GRAFICO N° 2.5 También podemos apreciar los valores
obtenidos del tiempo de duración del fuego y de la altura del fuego inicial.
La duración del fuego (t). La velocidad de combustión de un
combustible dado se controla tanto por su composición química, su forma
y la propiedad del material combustible.
Un factor de forma es la relación de superficie donde se encuentra
encendido el aceite del transformador ya sea contenido en el tanque del
transformador o el derramado y mantenido en el dique colector.
El tiempo (t) de duración del fuego calcula mediante la siguiente
formula:
2
4
D
Vt (2.8)
Marco Metodológico 25
Donde:
V = Volumen del líquido (galones o m3)
D = Diámetro del área incendiada (m)
v = Tasa de regresión (m/seg.)
En la medida de tiempo que se consuma el material combustible
este disminuye en volumen y la velocidad de combustión, también
llamada la tasa de regresión (v), se define como una pérdida volumétrica
de líquido combustionado por unidad de área de superficie del tanque o
del dique por unidad de tiempo, como se ilustra por la siguiente expresión:
""m
(2.9)
Donde:
"m = Tasa de la masa en combustión del material por unidad de
área (kg/m2-seg.).
= Densidad del líquido kg/m3.
Altura de la llama (Hf .) La altura de la llama es un indicador del
peligro para el riesgo que se desarrollaría en la transferencia de radiación
térmica.
Existen dos principales cálculos como base utilizados que son por
Heskestad 1995 y Thomas 1962 respectivamente.
Marco Metodológico 26
DQH f 02.1235,0.
3/2 (2.10)
Donde:
Hf = Altura de la llama
Q = Tasa de liberación de calor (Kw)
D = Diámetro de la llama (m)
61,0
42
gD
mDH
a
f (2.11)
Donde:
Hf = Altura de la llama (m)
D = Diámetro de la llama (m)
m” = Tasa de la masa en combustión del material combustible por
una unidad de área (kg/m2-seg.).
= Densidad del líquido (kg/m3)
g = Gravedad (m/seg2)
Marco Metodológico 27
GRÁFICO N° 4
ESTIMACIÒN DE LA RADIACIÒN TÈRMICA DEL FUEGO A UN
OBJETO A NIVEL DE PISO BAJO CONDICIONES DE SIN VIENTO DE
ACUERDO AL MODELO DE UNA FUENTE DE RADIACIÒN
CHAPTER 5. ESTIMATING RADIANT HEAT FLUX FROM FIRE TO A TARGET
FUEL AT GROUND LEVEL UNDER WIND-FREE CONDITION
POINT SOURCE RADIATION MODELVersion 1805.0The following calculations estimate the radiative heat flux from a pool fire to a target fuel.
The purpose of this calculation is to estimate the radiation transmitted from a burning fuel array to a target
fuel positioned some distance from the fire at ground level to determine if secondary ignitions are likely with no wind.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Mass Burning Rate of Fuel (m") kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE kJ/kg
Empirical Constant (kb) m-1
Heat Release Rate (Q) 0,00 kW
Fuel Area or Dike Area (Adike) f t2 0,00 m2
Distance between Fire and Target (L) f t 0 m
Radiative Fraction (r)
OPTIONAL CALCULATION FOR GIVEN HEAT RELEASE RATE
Select "User Specified Value" from Fuel Type Menu and Enter Your HRR here → kW
Calculate
Fuente: United States Regulatory Commission (Comisión de Regulación Nuclear de los Estados Unidos) Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Marco Metodológico 28
GRÁFICO N° 5
ESTIMACIÒN DE LAS CARACTERÌSTICAS DEL FUEGO DE UN
ALMACENAMIENTO DE LÍQUIDO, TASA DE LIBERACIÒN DE
CALOR, DURACIÒN Y ALTURA DE LA LLAMA
CHAPTER 3. ESTIMATING BURNING CHARACTERISTICS OF LIQUID POOL FIRE,
HEAT RELEASE RATE, BURNING DURATION, AND FLAME HEIGHTVersion 1805.0 The following calculations estimate the heat release rate, burning duration, and flame height for liquid pool fire.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Fuel Spill Volume (V) gallons 0,0000 m3
Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) ft2
0,000 m2
Mass Burning Rate of Fuel (m") kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) kJ/kg
Fuel Density () kg/m3
Empirical Constant (kb) m-1
Ambient Air Temperature (Ta) °F -17,78 °C
255,22 K
Gravitational Acceleration (g) m/sec2
Ambient Air Density (a) 1,38 kg/m3
Calculate
Note: Air density will automatically correct with Ambient Air Temperature (Ta) Input
Fuente: United States Regulatory Commission (Comisión de Regulación Nuclear de los Estados Unidos) Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Marco Metodológico 29
CUADRO N° 4
PROPIEDADES TÈRMICAS DEL LÍQUIDO
THERMAL PROPERTIES DATA BURNING RATE DATA FOR LIQUID HYDROCARBON FUELS
Mass Burning Rate Heat of Combustion Density Empirical Constant Select Fuel Typem" (kg/m2-sec) DHc,ef f (kJ/kg) (kg/m3) kb (m1
)
Methanol 0,017 20.000 796 100 Scroll to desired fuel type
Ethanol 0,015 26.800 794 100 Click on selection
Butane 0,078 45.700 573 2,7
Benzene 0,085 40.100 874 2,7
Hexane 0,074 44.700 650 1,9
Heptane 0,101 44.600 675 1,1
Xylene 0,09 40.800 870 1,4
Acetone 0,041 25.800 791 1,9
Dioxane 0,018 26.200 1035 5,4
Diethy Ether 0,085 34.200 714 0,7
Benzine 0,048 44.700 740 3,6
Gasoline 0,055 43.700 740 2,1
Kerosine 0,039 43.200 820 3,5
Diesel 0,045 44.400 918 2,1
JP-4 0,051 43.500 760 3,6
JP-5 0,054 43.000 810 1,6
Transformer Oil, Hydrocarbon 0,039 46.000 760 0,7
561 Silicon Transformer Fluid 0,005 28.100 960 100
Fuel Oil, Heavy 0,035 39.700 970 1,7
Crude Oil 0,0335 42.600 855 2,8
Lube Oil 0,039 46.000 760 0,7
User Specified Value Enter Value Enter Value Enter Value Enter Value
FuelTransformer Oil, Hydroc
Fuente: United States Regulatory Commission (Comisión de Regulación Nuclear de los Estados Unidos) Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
2.3 Hipótesis
2.3.1 Hipótesis General
Mejorar las condiciones de trabajo, para lograr que la radiación
térmica no exista o sea minimizada lo mejor posible.
Como unos de los requisitos en la actualidad es la seguridad sobre
todo, así como el control ambiental, esto nos permitirá que los servicios
industriales tengan calidad, continuidad y confiabilidad:
Marco Metodológico 30
2.3.2 Hipótesis especificas
Los objetivos de este análisis al diseñar previniendo un daño hace que
se tenga una mejor eficiencia.
Las consideraciones de este análisis hace tener mejores
procedimientos de control y defensa para un buen servicio.
Que los conocimientos adquiridos y su aprovechamiento dependerá de
los procedimientos apropiados y las capacitaciones respectivas.
2.4 Universo y muestra
2.4.1 Universo
Objeto de este análisis fueron los transformadores que
corresponden a una subestación eléctrica, ya que son equipos
conteniendo elementos y materiales peligrosos sujetos a fallas
electromecánicas internas y externas
2.4.2 Muestra
Para nuestro estudio se tomó uno de los transformadores de
potencia, de una capacidad equivalente a 10 MVA de voltaje 34,5/4,16
kV., para nuestro análisis, tomando en consideración el efecto que puede
tener en otros de su alrededor, así como de las edificaciones aledañas.
2.5 CDIU - Operacionalización de variables
En la siguiente tabla se puede mostrar la matriz CDIU en cuanto a
las variables inmersas en el estudio de investigación, se clasifican en
categorías, dimensiones, instrumentos y unidad de análisis.
Marco Metodológico 31
CUADRO N° 5
CDIU OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 1
Categoría Dimensiones Instrumentos Unidad de Análisis
Empresa Estatal Reducción de
beneficios empresarial
Encuesta
Unidades de potencia MVA, voltajes KV y
Radiación térmica kW/m2
Laboral
Trabajadores enfermos por
radiación térmica
eléctricos
Observación y vistas de campo
Números de Trabajadores
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Categorías: En la columna de categorías se ha seleccionado la
empresa Estatal y laboral. La Empresa Estatal para evaluar la situación
actual de la empresa Refinería del Pacífico. Mientras que la categoría
laboral está enfocada a los trabajadores que son afectados por radiación
térmica.
Dimensiones: La productividad se examinará en la empresa y a
los trabajadores afectados por contactos eléctricos y por incendios de
origen eléctrico.
Instrumentos: El primordial instrumento son las encuestas, que
serán realizadas a todos los trabajadores de la Refinería del Pacífico, Y el
otro instrumento es la observación y visitas de campo que servirán para
tener más claro la realidad del estudio.
Unidad de análisis: Se cuantificarán por medio de unidades
producidas de potencia eléctrica MVA, voltajes en KV, por radiación
térmica kW/m2 y por número de trabajadores enfermos por radiación
térmica.
Marco Metodológico 32
CUADRO N° 6
CDIU OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 2
Hipótesis General Variables Indicadores
Mejorar las condiciones de trabajo, para lograr
que la radiación térmica no exista o sea
minimizada lo mejor posible.
Variable Independiente
Procedimiento del análisis
Variable Dependiente Métodos de Evaluación
Aseguramiento al personal
Aplicación en el diseño Atención del problema
Conocimiento
Concientización del caso
Información bibliográfica Estadísticas
Cálculos Gestión de aplicación
Hipótesis Especifica Variables Indicadores
Los objetivos de este análisis al diseñar
previene un daño, y hace que se tenga una
mejor eficiencia.
Variable Independiente Objetivos de aplicación
Variable Dependiente Utilización de conceptos
Normalizaciones Estrategias
Guías Planes
Calidad aplicada al diseño
Eficiencia Factibilidad
Las consideraciones de este análisis hace tener mejores procedimientos
de control y defensa para un buen servicio.
Variable Independiente Procedimiento del
análisis
Variable Dependiente Mejor Servicio a la
Empresa
Atención Capacitación
Seguridad de Trabajo
Recursos cedidos Seguridad del
trabajador Información al trabador
Que los conocimientos adquiridos y su
aprovechamiento dependerá de los procedimientos apropiados y las capacitaciones
respectivas.
Variable Independiente Planes y programas del
análisis
Variable Dependiente
Aprovechamiento de los conocimientos
Programas Capacitación
Desempeño en el diseño
Recursos Tiempo de preparación
Políticas Trabajo en equipo
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Marco Metodológico 33
2.6 Gestión de Datos
La importancia de poder tener una clara definición del alcance del
estudio, requiere la obtención de información tanto técnica como
estadística de existir, así como que modelos de gestión debería utilizarse.
Bajo ese concepto consideraremos los aspectos a ser tomados en cuenta
en el campo de la seguridad e higiene industrial.
2.6.1 Seguridad y Salud en el Trabajo
En consideración que el transformador de una subestación, por
circunstancias adversas exista una falla de funcionamiento, lo cual
afectaría si llegara al caso de producirse un incendio, analizaremos los
factores de riesgos que se presentaren por este suceso.
2.6.1.1 Factores de riesgo eléctricos
Como el transformador de potencia generalmente tiene aceite
mineral de característica inflamable y combustible, se analiza los
posibles fallos eléctricos internos y externos en el equipo.
GRÁFICO N° 6
FALLAS INTERNAS Y EXTERNAS EN UN TRANSFORMADOR
Fuente: Evaluación Fiabilidad de los transformadores de potencia S. Tenbohlen, F. Vahidi Universität Stuttgart Germany M. Krüger Omicron electronics GmbH Austria
Marco Metodológico 34
Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Fallos eléctricos internos
Previendo en el diseño donde se especifique correctamente el
transformador para evitar una falla eléctrica ya sea por calentamiento de
sobrecarga por degradación del aislamiento.
Ejemplo es un posible arco eléctrico por un corto circuito,
produciendo alta temperatura del aceite contenido en el tanque,
ocasionando una sobre presión por los gases formados. [7]
Fallos eléctricos externos
Hay que considerar como causas externas la presencia de
descargas atmosféricas, sobre voltajes y sobrecargas.
2.6.2 Factores de Riesgo en Seguridad
Se analizarán los más importantes factores inherentes y
vinculados como causales de los daños al personal operativo y de
mantenimiento, así como a todos los equipos asociados, en el caso de un
incendio en el transformador.
2.6.2.1. Factores Físicos
El factor físico que se presentare, y el más grave, es el de una
quemadura, ya que su radiación de calor es dependiente de la capacidad
térmica del líquido almacenado en el tanque del transformador.
En la posibilidad del incendio de un transformador y por la
radiación térmica considerable, puede producir quemaduras de tal
Marco Metodológico 35
gravedad que dependería del nivel de afectación en la piel. La acción de
la radiación térmica produce dos tipos de efectos:
Fisiológicos. Este es de menor afectación, existe generalmente
una alta transpiración, aumento de la temperatura del cuerpo y acelerar
los latidos del corazón.
Patológicos. Estos efectos producidos son de mayor importancia,
ya que la radiación calórica es absorbida por la piel. Se ha categorizado
de acuerdo a la intensidad del calor de la radiación en los siguientes
niveles de quemaduras.
Se han categorizado los niveles de quemaduras en 1°, 2° y 3°
grado, basados en la extensión y profundidad del daño en el cuerpo, de
acuerdo a la intensidad del calor recibido y al tiempo del tiempo de
exposición. [8]
2.6.2.2 Factores Químicos
Uno de los elementos constitutivo del transformador es el aceite
refrigerante y siendo a base de hidrocarburos, por lo que debe controlarse
que no contengan PCB como un aditivo de mejoramiento de las
cualidades aislantes, ya que este es toxico y produce contaminación,
agravando la situación ya que un factor importante es por la inhalación del
humo de combustión que se produce en un incendio.
2.6.3 Inspecciones, Pruebas y Mediciones
La categoría de las inspecciones, pruebas y mediciones como se
ilustra en el diagrama n° 6 son también indicadores de la posibilidad de
riesgo, que con una buena metodología de aplicación periódica se puede
Marco Metodológico 36
diagnosticar el estado del mismo y prever daños propios del equipo, así
como evitar un posible incendio con sus consecuencias. [9]
Marco Metodológico 37
DIAGRAMA N° 6
INSPECCIONES, PRUEBAS Y MEDICIONES
Elaborado por: Gallo Galarza Juan, la traduccion de Hydro Plant Risk Assessment Guide – Appendix E5 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
2.7 Criterios Éticos de la Investigación
La aplicación de la Ética en la investigación es mantener la
información concerniente a la Refinería del Pacifico regido y dictados por
esta empresa, tanto en el manejo de la información y la confidencialidad
de la misma, de igual manera de toda la información bibliográfica utilizada
se ha respetado las autorías correspondientes.
CAPÍTULO III
RESULTADOS
3.1 Antecedentes
3.1.1 Efectos de un Incendio en una Subestación Eléctrica
Generalmente en la actualidad se establece que aproximadamente
el 70% de los incendios son por causas eléctricas, de ello parte la
preocupación que durante el diseño de una subestación eléctrica deben
tomarse en cuenta la posibilidad de ocurrencia.
Por ello no solo es importante una buena coordinación de las
protecciones eléctricas, logrando que las mismas actúen oportunamente
cuando una falla se presente sino por otro lado se pueda contar con un
sistema de detección de incendios que notifique inmediatamente ante la
presencia de humo, calor o radiación. Generalmente en las instalaciones
petroleras por el motivo de mantener una productividad continua los
sistemas son redundantes. Previo al incendio hay una explosión por la
generación de gases en el interior de un transformador, lo que ocasiona
levantamiento de la tapa del transformador o una rotura de la cuba
derramándose el aceite que produciría una contaminación en el suelo y/o
drenajes, por lo tanto debe tener un pozo de recolección.
3.1.2 Efecto sobre las estructuras de las edificaciones cercanas
Los elementos estructurales de una edificación cercana a la
subestación pueden sufrir consecuencias deteriorantes se estas no se
consideran el diseño su capacidad de resistir la radiación térmica
Resultados 39
producida por el incendio lo que puede impactar en las columnas de
concreto y sus paredes que generalmente son de concreto también.
Casos comunes de presentarse son:
Efecto de Fisuración: Son las Fisuras en las superficies de las
columnas o paredes se presentarían en función de la temperatura que
reciban las estructuras, en el CUADRO N° 7 nos muestra el alcance de
los posibles daños en base a la temperatura receptada
Efecto de carbonatación: La acción de altas temperaturas por un
incendio sobre las estructuras de concreto puede dar como consecuencia
un proceso químico de carbonatación, lo cual consiste en una reacción
mediante el hidróxido cálcico que es un componente de la mezcla del
concreto y que ayuda a evitar la corrosión del hierro de las columnas de
la edificación, que en caso de incendio puede producirse perdida de agua
convirtiéndose en oxido cálcico (CaO.)
Ca (OH)2 = CaO + H2O
Hidróxido Cálcico= Oxido Cálcico + Agua
Otra circunstancia es que el concreto armado si recibe un
enfriamiento rápido, el hierro de la estructuras puede quedar frágiles.
Y de igual forma si hay una permanencia de temperatura alta las
columnas y/o paredes quedarían afectadas perdiendo adherencia entre
sus componentes.
Por ello deben realizarse investigaciones apropiadas para evitar
daños de fisuración, oxidación, carbonatación o variaciones del pH en
función del ambiente que lo rodea [10].
Resultados 40
CUADRO N° 7
DAÑOS POR TEMPERATURA DE UN INCENDIO EN LAS
ESTRUCTURAS DE LAS EDIFICACIONES CERCANAS
Temperatura C°
Alcance de los daños
200 °C < Ta< 300 °C Pérdida del agua capilar, no hay
modificaciones estructurales, ni disminuye la resistencia.
300 °C < Ta< 400 °C
Pérdida del agua del concreto. Aparecen fisuras superficiales y presenta una
coloración rosácea debido a los cambios que sufren los compuestos de hierro.
400 °C < Ta< 600 °C
Desprendimiento de cal viva a partir del hidróxido cálcico de hidratación de silicatos.
Cuando se enfría el hormigón sus propiedades mecánicas pueden disminuir
en función del método de extinción del incendio y de las tensiones estructurales a
las que esté sometido. Color rojizo.
600 °C < Ta< 950 °C
Los áridos se expanden y debido a sus diferentes coeficientes de dilatación,
aparece la disgregación. El hormigón adquiere tonalidades grisáceas, pierde agua intersticial y se vuelve poroso. En
estas situaciones se produce una pérdida de resistencia que puede oscilar entre el 60% y el 90%, siendo necesaria su total sustitución para garantizar la estabilidad
estructural del edificio.
950 °C < Ta< 1200 °C
Destrucción del conglomerado, adquiriendo un tono amarillento. El hormigón carece de resistencia residual alguna. Generalmente
el hormigón suele quedar cubierto por humo generado en el por lo que se debe limpiar
cuidadosamente para observar las tonalidades descritas.
Fuente: Técnica de investigación de incendios de origen eléctrico- Universidad Autónoma de Barcelona España 2007 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Pruebas de compresión y ultrasonido: Si es posible, para tener
mejores datos de los efectos, se puede realizar una valoración de los
daños sufridos en las estructuras de concreto mediante pruebas de
compresión y ultrasonido.
Resultados 41
3.1.3 El Análisis de la secuencia de un Incendio
Se puede apreciar en el GRÁFICO N° 7 de una edificación como
podrían quedar afectados los elementos de la estructura, como primera
instancia visualmente se aprecia, para luego también hacer pruebas de
compresión y ultrasonido en las estructuras y ver el alcance del daño.
GRÁFICO N° 7
EFECTOS DE UN INCENDIO EN LA EDIFICACIÓN ALEDAÑA
Fuente: Dallman Unit 31, US, 2007 Springfiel d, Illino Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
El aceite uno de los principales elementos del transformador, que
regularmente está sujeto a deterioro que lo hace vulnerable, lo que hace
tomar en cuenta que generalmente el 60% de los incendios es por el
aceite degradado ya que si esta. Luego es reversible el daño, si el aceite
está debilitado ocasionaría que fácilmente se generen arcos internos lo
que hace que el aceite se vaporice presentándose gases peligrosos.
Las acciones posibles para que suceda un incendio en el
transformador de una Subestación Eléctrica fue indicado en el CAPITULO
II, ítem 2.2 con referencia al diagrama nº 5 que indica las diferentes fallas
de un transformador de potencia y sus causas.
Resultados 42
El diagrama nº 7 describe la secuencia desarrollada para la
producción del incendio de un transformador.[11]
DIAGRAMA N° 7
SECUENCIA DE UN INCENDIO Y EXPLOSIÓN DE UN
TRANSFORMADOR
Fuente: Reliability of Main Transformers H.-P. Berg, N. Fritze Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, Germany Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
3.2 Análisis y diagnostico
Con los métodos de evaluación indicados anteriormente que fueron
escogidos para el análisis son indicados a continuación.
Resultados 43
3.2.1 Cálculo de la Radiación Térmica en un Transformador
Con la selección de un transformador de la Subestación Eléctrica
de la Refinería del Pacífico, se ha escogido para simular la posibilidad de
un incendio en un transformador de mayor capacidad de potencia tal el
caso de 10 MVA con un voltaje de transformación de 34,5/ 4,16 Kv.
Se procede al cálculo de carga de fuego ponderada y la intensidad
de radiación y, debido a una posible inflamación del aceite mineral de
refrigeración del transformador.
Mediante el GRÀFICO N° 8, explica la aplicación de los parámetros
y los datos concernientes al transformador.
Las condiciones del aceite del transformador consideraremos que
tiene un equivalente de 8.389 litros lo que equivale a una masa de
7298,43 Kg ya que tiene una densidad de 870 kg/m3 y para estar dentro
de un tanque con un volumen equivalente de 8,39 m3.
Dimensiones posible del tanque del transformador
Ancho a = 2.20 mts.
Alto hf = 1.90 mts.
Largo b = 2,00 mts.
Superficie = 4.4 m2
Distancias seleccionadas de recepción de radiación térmica c = 5 y
10 mts..
Resultados 44
GRÁFICO N° 8
DIMENSIONES DEL TANQUE CON ACEITE Y PUNTO
SELECCIONADO DE RADIACIÓN
Fuente: Radiación térmica en incendios de líquidos y gases NPT 326 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
3.2.1.1 Calculo de la carga de fuego ponderada (Qp)
Mediante el cálculo de la carga de fuego ponderada Qp (Mcal/m2),
encontraremos un valor que compararemos con el CUADRO N° 1, y se
indicará el nivel de riesgo. Mediante la expresión de la formula (1.1)
indicado en el punto 1.7.2
2/***
mMcalRaA
CiMhcQp
( 3,1)
Obtención de valor de Ci
Se escogerá el valor de 1 para Ci, porque consideraremos que el
punto de inflamación del aceite mineral del transformador es de 145 °C,
de acuerdo al CUADRO N° 2
Obtención del valor de Ra
De acuerdo al CUADRO N° 3 se asigna el valor estimado de Ra en
forma muy general, sin embargo existen estudios más específicos de Ra
Resultados 45
para todo tipo de material, que indica un valor de Ra de 1,5 para aceites
de tipo mineral. Como un riesgo promedio.
Con los datos encontrados de calcula el valor de Qp
2/5.1*4,4
1*43,7298*99,10mMcalQp (3.2)
Qp = 27.344,23 Mcal/m2
Con este valor de Qp y localizándolo en el CUADRO N° 1, nos
establece como resultado que el nivel de riesgo es alto, por su nivel que
es de 8 ya que es mayor de 3200 Mcal/m2
3.2.1.2 Cálculo cuantitativo de riesgo
En el ANEXO A y B, se exponen los resultados en base a las
hojas de cálculo proporcionada por la UNITED STATES NUCLEAR
REGULATORY COMMISSION (COMISION DE REGULACION NUCLEAR
DE LOS ESTADOS UNIDOS), con los resultados de la radiación de los
fuegos contenidos en el tanque o en su dique de contención del
transformador a una distancia determinada, así como la liberación de
calor, el tiempo de duración estimado del fuego y la altura de la flama o
llama.
Calculo de la radiación térmica
Se ha desarrollado Para un transformador usando aceite mineral
dos cálculos en base a un transformador de 10 MVA con voltajes de
transformación 34,5 / 4,16 kV. En donde tenemos datos importantes en
el ANEXO A tales como:
Superficie del el fuego proveniente del tanque del transformador =
4,4 m2
Resultados 46
Distancia al punto de recepción de la Radiación térmica = 5 m. y
otra a 10 m.
Para la distancia de 5 m., tenemos como resultado una radiación
de 3,99 kW/m2
Para la distancia de 10 m., tenemos como resultado una radiación
de 1,22 kW/m2
Con estos datos podemos determinar que a la distancia de 5 m. la
radiación es crítica para el ser humano como se indica en 1.7.3.3 sobre
Radiación de la llama con un objetivo a nivel del suelo que de acuerdo a
lo expresado por Datos dados, por el programa diseñado para modelar
emisiones ALOHA - Areal Locations of Hazardous Atmospheres
(Ubicaciones de área de atmósferas peligrosas) que son:
• 10 kW / m2 (potencialmente letal dentro de los 60 segundos)
• 5 kW / m2 (quemaduras de segundo grado en 60 segundos)
• 2 kW / m2 (dolor en 60 segundos).
Por lo que debemos expresar que una manera prudente de
combatir el fuego seria a una distancia de 10 m. ya sea por medio de
agua pulverizada proveniente de un monitor de agua de contraincendios
para evitar los daños indicados, para el caso del transformador con aceite
mineral a base de hidrocarburo.
Característica de incendio desde tanque de un transformador con
aceite aislante
En esta aplicación se obtiene el cálculo tasa de liberación de calor
del fuego, del tiempo de duración del fuego y la altura posible de la llama.
Adicionalmente se han obtenidos los valores siguientes:
Resultados 47
Tasa de calor liberado = 6.382,93 kW.
Tiempo de duración del Flagelo = 740,63 minutos
Altura de la Llama = indicados mediante dos métodos:
Método de Heskestad = 5,4 m.
Método de Thomas = 4,75
Se ha desarrollado también Para un transformador usando aceite
561 Silicón, dos cálculos en base a un transformador de 10 MVA con
voltajes de transformación 34,5 / 4,16 kV. En donde tenemos datos
importantes tales como:
Superficie del el fuego proveniente del tanque del transformador =
4,4 m2
Distancia al punto de recepción de la Radiación térmica = 5 m. y
otra a 10 m.
Para la distancia de 5 m., tenemos como resultado una radiación
de 0,39 kW/m2
Para la distancia de 10 m., tenemos como resultado una radiación
de 0,12 kW/m2
Adicionalmente para el tipo de aceite 561 Silicón se han obtenidos
los valores siguientes:
Tasa de calor liberado = 617,79 93 kW.
Resultados 48
Tiempo de duración del Flagelo = 5776,9 minutos.
Altura de la Llama = indicados mediante dos métodos:
Método de Heskestad = 0,66 m.
Método de Thomas = 1,36 m.
CAPÌTULO IV
DISCUSIÒN
4.1 Contrastación empírica
De acuerdo a lo mencionado anteriormente que nuestra que la
investigación es en base a la bibliografía de determinados análisis,
referente al incendio realizados en forma general, esto ha sido utilizado
pero aplicándolo a incendios de carácter eléctrico.
El área que contiene el transformador presentaría el peligro de
energía eléctrica, sobrepresión de los gases generados por el aceite
mineral contenido en el tanque lo que puede ser producto de una falla
electromecánica, que ocasionaría una explosión e inmediatamente el
incendio.
Existirá mayor Riesco con la vetustez del transformador o por la
degradación del aceite mineral de aislación y enfriamiento.
Habrá mayor riesgo de incendio por el uso sobrecargado de producción
de energía eléctrica por una demanda de energía.
Los mantenedores de un subestación serían los que se encontrarían en
mayor riesgo.
El uso del unifronemm apropiado ayudaría a soportar el calor emanado
de un incendio, en el caso de combatir el flagelo.
Se contrasta con los resultados del estudio del José Luis Barrera
Lobato, donde señala diferentes daños en función del tipo de materiales
de construcción, que si hay colapso de las estructuras existiría un 100%
Discusión 50
de mortalidad en 1 minuto y también establece que determinado material
de acero si es delgado y aislado, al pasar calor ocasionaría una
mortalidad de 1% en un minuto y lesiones significativas como
quemaduras en 10 segundos
El siguiente trabajo citado de José Luis Saá Loor, señala la
implantación de equipos de combate como hidrantes y mangueras se
ubiquen en una zona que no afecte la radiación e indica que si existe de
una cantidad de 5 kW/m2 todo personal debe estar lejos de esta esta
radiación.
4.2 Limitaciones
Mucha información es obtenida para incendios en uso general,
mas no existe mucha información ya con aplicación al incendio de un
equipo eléctrico, así como ejemplo la no existencia de propiedades físico
químicas de aceites aislantes que ofreciendo menos probabilidad de
incendiarse, pueda aplicarse para comparar entre diferentes productos.
La falta de estadísticas sobre el caso de un incendio en
transformadores o aplicación de métodos de otras disciplinas adaptados
al estudio de un incendio.
4.3 Líneas de Investigación
La línea de investigación abierta es con la finalidad de encontrar
los riesgos y la valorización de una radiación térmica del incendio de un
transformador, de tal manera poder precautelar la integridad del personal
operativo o de mantenimiento de la refinería, para que su seguridad sea
confiable. Se aplicaran análisis cualitativos y cuantitativos que ayudaran
a comprender el alcance de los riesgos, para lograr poder aplicar las
defensas y controles adecuados para un funcionamiento óptimo.
Discusión 51
4.4 Aspectos relevantes
Con los resultados obtenidos de análisis de la radiación térmica de
un aceite mineral de aislamiento del transformador que tiene efectos de
incendiarse a una menor temperatura como a 160 °C con riesgos más
probables, que comparándolo con el uso de aceite Silicón con un pinto de
ignición de 350 °C y en la actualidad se está usando el aceite vegetal
cuyo punto de ignición es a 360 °C, lo que nos da mayor tranquilidad
operativa, otra diferencia es que el aceite mineral es contaminante y el de
aceite 561 silicón también, pero el aceite vegetal no, ya que es
biodegradable.
De igual manera la radiación térmica es menos intensa logrando
tener afectaciones más bajas, por otro lado nos facilita aprovechar menor
área para instalar los equipos en una subestación.
CAPÌTULO V
PROPUESTA
Como se ha mencionado son diferentes las causas que pueden
originar un incendio en una subestación eléctrica, principalmente en un
transformador, como equipo de mayor riesgo y potencialidad de producir
más estragos y colapsar por una explosión y fuego producido en él es
necesaria buscar los mecanismos de prevención y protección.
De acuerdo a este estudio se propone lo siguiente:
5.1 Obras de construcción para seguridad
Como soporte para que no exista una prolongación del daño en
caso de tener un incendio en el transformador de una subestación
eléctrica, debe tener en consideración que quede confinado el equipo,
mientras se desarrolla el incendio de ser el caso.
Por lo tanto es necesario realizarse obras civiles en la subestación,
de tal manera que estén separados los equipos entre ellos a una
distancia aconsejada.
Si los transformadores instalados disponen de espacio físico
suficiente estos serán separados de acuerdo a las normativas existentes,
pero como muchas veces no se dispone de espacio suficiente, entonces
se puede limitar colocando muros separadores entre los transformadores,
así poder evitar la propagación del fuego, también es importante, retener
del aceite aislante mediante diques.
Propuesta 53
5.1.1 Muros separadores entre transformadores
Los muros no combustibles entre transformadores sirven de
pantalla de protección contra el fuego de un transformador que está
ardiendo de otros que no lo están.
GRÁFICO N° 9
MUROS SEPARADORES I
Fuente: Constructora Oldcastle Precast E.E.U.U. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
GRÁFICO N° 10
MUROS SEPARADORES II
Fuente: Paddington zone substation transformer explosion and fire in 20 november 2000 –Report Energy Australia Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Propuesta 54
5.1.2 Diques
Otro método muy utilizado, es la construcción de un dique de
contención debajo de cada transformador, y este deberá contener una
capacidad de recepción de un volumen igual a la cantidad del aceite
almacenado dentro del transformador más un 10%. , que es útil al existir
un derrame o confinar un incendio.
GRÁFICO N° 11
DIQUES DE CONTENCIÓN DE ACEITE DE TRANSFORMADOR
(a) (b)
Dique convencional Dique filtrador de aguas lluvias
Fuente: Fabricantes de diques de contención AKHELEC – España Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Adicionalmente existen otros sistemas para prevenir y en caso
ultimo poder proteger los alrededores del equipo incendiándose.
5.2 Sistemas de Detección y de extinción
5.2.1 Tipos de Equipos de Detección
Con el análisis de la ubicación de la subestación, de su
capacidad de suministro de energía e importancia de operatividad debe
estar integrado a un sistema general de control que disponga la Refinería.
Propuesta 55
De acuerdo a las condiciones de este sistema de detección
requerido se seleccionaran los equipos y elementos con sus accesorios
más idóneos tales como:
Detectores de calor
Detector de Calor Lineal
Detector de fuego
Panel de control de incendios y dispositivos de notificación
GRÁFICO N° 12
APLICACIÓN DE DETECTOR DE CALOR LINEAL EN
TRANSFORMADOR
Fuente: Protectowire Fire System
Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Mediante la señal de control del detector de calor lineal se puede
enviar una señal para la desconexión total de alimentación de energía al
transformador y comandar el rociado por agua u otro mecanismo de
supresión.
5.2.2 Tipos de Equipos de Extinción
Considerando que hay dos zonas de combate de incendio, una es
donde se encuentra el transformador mismo, y que se pueda ya sea
automáticamente y manualmente extinguir el incendio y la otra zona es
Detector de calor lineal
Propuesta 56
los alrededores o algún punto desde el cual se pueda de igual forma
mitigar y eliminar el incendio.
Sin dejar de lado que se puede ocasionar una explosión y
posteriormente permitir que el aceite se derrame y se escurra dando un
área de incendio mayor, por este motivo se deben tomar medidas
apropiadas para evitar riesgos, como se expone a continuación.
Sistemas de agua pulverizada: Recomendado por el NFPA 15
“Sistemas Fijos de Agua Pulverizada para protección Contra Incendio.
GRÁFICO N° 13
DISEÑO DE APLICACIÓN DE AGUA PULVERIZADA COMO SISTEMA
DE CONTRA INCENDIO DEL TRANSFORMADOR
Fuente: Norma NFPA 15 – 2001, Apéndice A, pág. 3 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Por medio de boca de incendio o hidrante: Dirigiendo el agua
en forma pulverizada, para producir el sofoca miento, pero manteniendo
una distancia adecuada por la posibilidad de que el transformador este
energizado por riesgos en caso de tener conexionado eléctrico.
Propuesta 57
CUADRO N° 8
DISTANCIA SEGURA DE APLICACIÓN DE AGUA CONTRA INCENDIO
DE TRANSFORMADOR DESDE UN HIDRANTE BAJO POSIBILIDAD
QUE ESTÉN ENERGIZADOS LOS TERMINALES
Fuente: Engineering and Desing – Hydroelectric Power Plants Mechanical Desing Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Pero esto es oportuno o útil si existe una desconexión total del
sistema eléctrico en el transformador. [12]
GRÁFICO N° 14
APLICACIÓN DE AGUA DESDE UNA MANGUERA PARA COMBATIR
EL INCENDIO
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Sistemas basados en inyección de nitrógeno: Para evitar el
fuego, estos sistemas utilizan dos principios:
Propuesta 58
Primeramente drenando parcialmente el aceite por medio de una
válvula especial.
Por abatimiento del aceite, que es la acción de absorber y arrastrar el
calor hacia el exterior para enfriarlo por medio de un elemento extintor
utilizado es el nitrógeno seco [11]
GRÁFICO N° 15
APLICACIÓN DE NITRÓGENO
Fuente: Etesal Empresa Sumistradora de Energía del Salvado Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Gráfico de la izquierda: En el Momento de falla eléctrica y
Presurización por gases.
Grafico en el lado derecho: Con la aplicación de Nitrógeno.
5.3 Por utilización con aceite 561 Silicon o aceite vegetal en el
Transformador
En lugar de aceite mineral, se puede utilizar el aceite 561 Silicón
que tiene punto de ignición de 350 °C o el de aceite vegetal, el cual tiene
una un punto de ignición de 360 °C en lugar del aceite mineral a base de
hidrocarburo que es a 160 °C., donde la radiación térmica es mucho
menor y podría disminuir los costos ya que evitaría la utilización de muros
Propuesta 59
separadores, pozos recolectores de aceite y evitaría cualquier
contaminación con el terreno.
5.4 Conclusiones y Recomendaciones
5.4.1 Conclusiones
1) Como es importante precautelar la vida humana y los bienes de una
instalación industrial en este caso de una refinería que considerando
experiencias en otros lugares, ya que se tiene referencia que
aproximadamente el 50% de transformadores instalados han fallado
a nivel mundial, y han sido relacionados por fallas de origen interno
principalmente en las bobinas de las fases del transformador.
Además en un porcentaje del 2% de todos los transformadores en
funcionamiento que han sufrido una avería han explotado
2) Que en muchas ocasiones, la válvula de seguridad de alivio no
actúa o se retarda en su operación y no evacua los gases o el aceite
sobre presionados, por lo tanto puede explotar y generarse un
incendio.
3) Otra consideración es por posibles fallas de las protecciones
eléctricas, que puede generarse por cortocircuitos produciendo
gases con alta temperatura, que también producen sobre presionan
que al mezclarse con el oxígeno del aire explota y se incendia.
4) Como el incendio está presente, producto de alguna falla no
controlada, cuyo daño sería más grave por la acción del calor
emanado por el incendio del transformador, dando una radiación
térmica, cuya intensidad puede ser alta, trae que es importante su
análisis, de tal forma evitar contaminaciones o destrucción en las
instalaciones.
5) Con los valores obtenidos por la evaluación de riesgos, la propuesta
se podrá dimensionar, seleccionar o escoger las mejores
alternativas para evitar problemas y tener una oportunidad de mejor
confiabilidad.
Propuesta 60
5.4.2 Recomendación
Por lo expuesto en el trascurso del análisis de este caso de
estudio deben ser revisados prolijamente el sistema eléctrico del
equipo, la ubicación del mismo y escogiendo o seleccionando mejores
productos en este caso del aceite aislante y de enfriamiento del
transformador sea del tipo de aceite vegetal en lugar del aceite mineral
que en base de hidrocarburos, el cual es mayormente peligroso por la
intensidad de su radiación térmica y que en caso de derrames no
contaminaría el ambiente.
Y como se ha mencionado anteriormente, todos estos
cuestionamientos deben realizarse durante el diseño para en función de
buenas especificaciones, procedimientos y cálculos apropiados tener una
instalación más segura o con los menores riesgos posibles.
ABREVIATURAS
ATS.- Análisis de Trabajo Seguro
ETA.- Análisis de árbol de sucesos
FMEA .- Análisis de modo y efectos de fallos
HAZOP.- Análisis funcional de Operatividad
HRR.- Tasa de Liberación de Calor
MVA.- Mega Voltio Amperio
NFPA .- Asociación Nacional de protección del fuego
ANEXOS
Anexos 63
ANEXO Nº 1
A
ACEITE MINERAL PARA TRANSFORMADOR
Estimación de la radiación térmica del fuego a un objeto a nivel de
piso bajo condiciones de sin viento de acuerdo al modelo de una fuente
de radiación.
A una distancia de 5 mts.
CHAPTER 5. ESTIMATING RADIANT HEAT FLUX FROM FIRE TO A TARGET
FUEL AT GROUND LEVEL UNDER WIND-FREE CONDITION
POINT SOURCE RADIATION MODELVersion 1805.0The following calculations estimate the radiative heat flux from a pool fire to a target fuel.
The purpose of this calculation is to estimate the radiation transmitted from a burning fuel array to a target
fuel positioned some distance from the fire at ground level to determine if secondary ignitions are likely with no wind.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,039 kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE 46000 kJ/kg
Empirical Constant (kb) 0,7 m-1
Heat Release Rate (Q) 6382,93 kW
Fuel Area or Dike Area (Adike) 47,33 f t2 4,40 m2
Distance between Fire and Target (L) 16,40 f t 4,999 m
Radiative Fraction (r) 0,30
OPTIONAL CALCULATION FOR GIVEN HEAT RELEASE RATE
Select "User Specified Value" from Fuel Type Menu and Enter Your HRR here → kW
Calculate
Anexos 64
ESTIMATING RADIATIVE HEAT FLUX TO A TARGET FUELReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-272.
POINT SOURCE RADIATION MODEL
q" = Q r / 4 R2
Where q" = incident radiative heat flux on the target (kW/m2)
Q = pool fire heat release rate (kW)
r = radiative fraction
R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
D = √(4Adike/)
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = 2,37 m
Heat Release Rate Calculation
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Af
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Q = 6382,93 kW
Distance from Center of the Fire to Edge of the Target Calculation
R = L+D/2
Where R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
L = distance between pool fire and target (m)
D = pool fire diameter (m)
R = 6,18 m
Radiative Heat Flux Calculation
q" = Q r / 4 R2
q" = 3,99 kW/m20,35 Btu/ft2-sec Answer
Anexos 65
A una distancia de 10 mts.
Anexos 66
ESTIMATING RADIATIVE HEAT FLUX TO A TARGET FUELReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-272.
POINT SOURCE RADIATION MODEL
q" = Q r / 4 R2
Where q" = incident radiative heat flux on the target (kW/m2)
Q = pool fire heat release rate (kW)
r = radiative fraction
R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
D = √(4Adike/)
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = 2,37 m
Heat Release Rate Calculation
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Af
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Q = 6382,93 kW
Distance from Center of the Fire to Edge of the Target Calculation
R = L+D/2
Where R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
L = distance between pool fire and target (m)
D = pool fire diameter (m)
R = 11,18 m
Radiative Heat Flux Calculation
q" = Q r / 4 R2
q" = 1,22 kW/m20,11 Btu/ft2-sec Answer
Anexos 67
Estimación de las características del fuego de un almacenamiento
de líquido, tasa de liberación de calor, duración y altura de la llama.
CHAPTER 3. ESTIMATING BURNING CHARACTERISTICS OF LIQUID POOL FIRE,
HEAT RELEASE RATE, BURNING DURATION, AND FLAME HEIGHTVersion 1805.0 The following calculations estimate the heat release rate, burning duration, and flame height for liquid pool fire.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Fuel Spill Volume (V) 2097,00 gallons 7,9380 m3
Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) 47,33 ft2
4,397 m2
Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,039 kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) 46.000 kJ/kg
Fuel Density () 760 kg/m3
Empirical Constant (kb) 0,7 m-1
Ambient Air Temperature (Ta) 77,00 °F 25,00 °C
298,00 K
Gravitational Acceleration (g) 9,81 m/sec2
Ambient Air Density (a) 1,18 kg/m3
Calculate
Note: Air density will automatically correct with Ambient Air Temperature (Ta) Input
ESTIMATING POOL FIRE HEAT RELEASE RATEReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-25.
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Adike
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc,ef f = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = Adike = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = √(4Adike/)
D = 2,366 m
Heat Release Rate Calculation (Liquids w ith relatively high f lash point, like transformer oil, require
Q = m"DHc,ef f (1-e-kb D) Adike localized heating to achieve ignition)
Q = 6382,93 kW 6049,87 Btu/sec Answer
Anexos 68
ESTIMATING POOL FIRE BURNING DURATION
Reference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-197.
tb = 4V / D2
Where tb = burning duration of pool fire (sec)
V = volume of liquid (m3)
D = pool diameter (m)
= regression rate (m/sec)
Calculation for Regression Rate
= m"/
Where = regression rate (m/sec)
m" mass burning rate of fuel (kg/m2-sec)
= liquid fuel density (kg/m3)
= 0,000041 m/sec
Burning Duration Calculation
tb = 4V/D2
tb = 44437,72 sec 740,63 minutes
Note that a liquid pool f ire w ith a given amount of fuel can burn for long periods of time over small area or for
short periods of time over a large area.
Answer
ESTIMATING POOL FIRE FLAME HEIGHT
METHOD OF HESKESTADReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 2-10.
Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D
Where Hf = pool fire flame height (m)
Q = pool fire heat release rate (kW)
D = pool fire diameter (m)
Pool Fire Flame Height Calculation
Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D
Hf = 5,40 m 17,73 ft
METHOD OF THOMASReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-204.
Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61
Where Hf = pool fire flame height (m)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
a = ambient air density (kg/m3)
D = pool fire diameter (m)
g = gravitational acceleration (m/sec2)
Pool Fire Flame Height Calculation
Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61
Hf = 4,75 m 15,57 ft
Calculation Method Flame Height (ft)
METHOD OF HESKESTAD 17,73
METHOD OF THOMAS 15,57
Answer
Answer
Flame Height Calculation - Summary of Results
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
Anexos 69
ANEXO Nº 2
B
ACEITE 561 SILICON PARA TRANSFORMADOR
Utilización del fluido 561 silicon para transformador.
A una distancia de 5 mts
CHAPTER 5. ESTIMATING RADIANT HEAT FLUX FROM FIRE TO A TARGET
FUEL AT GROUND LEVEL UNDER WIND-FREE CONDITION
POINT SOURCE RADIATION MODELVersion 1805.0The following calculations estimate the radiative heat flux from a pool fire to a target fuel.
The purpose of this calculation is to estimate the radiation transmitted from a burning fuel array to a target
fuel positioned some distance from the fire at ground level to determine if secondary ignitions are likely with no wind.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,005 kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE 28100 kJ/kg
Empirical Constant (kb) 100 m-1
Heat Release Rate (Q) 617,79 kW
Fuel Area or Dike Area (Adike) 47,33 f t2 4,40 m2
Distance between Fire and Target (L) 16,40 f t 4,999 m
Radiative Fraction (r) 0,30
OPTIONAL CALCULATION FOR GIVEN HEAT RELEASE RATE
Select "User Specified Value" from Fuel Type Menu and Enter Your HRR here → kW
Calculate
ESTIMATING RADIATIVE HEAT FLUX TO A TARGET FUELReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-272.
POINT SOURCE RADIATION MODEL
q" = Q r / 4 R2
Where q" = incident radiative heat flux on the target (kW/m2)
Q = pool fire heat release rate (kW)
r = radiative fraction
R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
D = √(4Adike/)
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = 2,37 m
Heat Release Rate Calculation
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Af
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Q = 617,79 kW
Anexos 70
Distance from Center of the Fire to Edge of the Target Calculation
R = L+D/2
Where R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
L = distance between pool fire and target (m)
D = pool fire diameter (m)
R = 6,18 m
Radiative Heat Flux Calculation
q" = Q r / 4 R2
q" = 0,39 kW/m20,03 Btu/ft2-sec Answer
A una distancia de 10 mts.
CHAPTER 5. ESTIMATING RADIANT HEAT FLUX FROM FIRE TO A TARGET
FUEL AT GROUND LEVEL UNDER WIND-FREE CONDITION
POINT SOURCE RADIATION MODELVersion 1805.0The following calculations estimate the radiative heat flux from a pool fire to a target fuel.
The purpose of this calculation is to estimate the radiation transmitted from a burning fuel array to a target
fuel positioned some distance from the fire at ground level to determine if secondary ignitions are likely with no wind.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,005 kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE 28100 kJ/kg
Empirical Constant (kb) 100 m-1
Heat Release Rate (Q) 617,79 kW
Fuel Area or Dike Area (Adike) 47,33 f t2 4,40 m2
Distance between Fire and Target (L) 32,80 f t 9,997 m
Radiative Fraction (r) 0,30
OPTIONAL CALCULATION FOR GIVEN HEAT RELEASE RATE
Select "User Specified Value" from Fuel Type Menu and Enter Your HRR here → kW
Calculate
Anexos 71
ESTIMATING RADIATIVE HEAT FLUX TO A TARGET FUELReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-272.
POINT SOURCE RADIATION MODEL
q" = Q r / 4 R2
Where q" = incident radiative heat flux on the target (kW/m2)
Q = pool fire heat release rate (kW)
r = radiative fraction
R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
D = √(4Adike/)
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = 2,37 m
Heat Release Rate Calculation
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Af
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Q = 617,79 kW
Distance from Center of the Fire to Edge of the Target Calculation
R = L+D/2
Where R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)
L = distance between pool fire and target (m)
D = pool fire diameter (m)
R = 11,18 m
Radiative Heat Flux Calculation
q" = Q r / 4 R2
q" = 0,12 kW/m20,01 Btu/ft2-sec Answer
Anexos 72
ESTIMATING POOL FIRE HEAT RELEASE RATEReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-25.
Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Adike
Where Q = pool fire heat release rate (kW)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
DHc,ef f = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)
Af = Adike = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)
kb = empirical constant (m-1)
D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)
Pool Fire Diameter Calculation
Adike = D2/4
Where Adike = surface area of pool fire (m2)
D = pool fire diamter (m)
D = √(4Adike/)
D = 2,366 m
Heat Release Rate Calculation (Liquids w ith relatively high f lash point, like transformer oil, require
Q = m"DHc,ef f (1-e-kb D) Adike localized heating to achieve ignition)
Q = 617,79 kW 585,56 Btu/sec Answer
CHAPTER 3. ESTIMATING BURNING CHARACTERISTICS OF LIQUID POOL FIRE,
HEAT RELEASE RATE, BURNING DURATION, AND FLAME HEIGHTVersion 1805.0 The following calculations estimate the heat release rate, burning duration, and flame height for liquid pool fire.
Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.
Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.
All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input
parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).
The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.
INPUT PARAMETERS
Fuel Spill Volume (V) 2097,00 gallons 7,9380 m3
Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) 47,33 ft2
4,397 m2
Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,005 kg/m2-sec
Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) 28.100 kJ/kg
Fuel Density () 760 kg/m3
Empirical Constant (kb) 100 m-1
Ambient Air Temperature (Ta) 77,00 °F 25,00 °C
298,00 K
Gravitational Acceleration (g) 9,81 m/sec2
Ambient Air Density (a) 1,18 kg/m3
Calculate
Note: Air density will automatically correct with Ambient Air Temperature (Ta) Input
Anexos 73
ESTIMATING POOL FIRE BURNING DURATION
Reference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-197.
tb = 4V / D2
Where tb = burning duration of pool fire (sec)
V = volume of liquid (m3)
D = pool diameter (m)
= regression rate (m/sec)
Calculation for Regression Rate
= m"/
Where = regression rate (m/sec)
m" mass burning rate of fuel (kg/m2-sec)
= liquid fuel density (kg/m3)
= 0,000005 m/sec
Burning Duration Calculation
tb = 4V/D2
tb = 346614,23 sec 5776,90 minutes
Note that a liquid pool f ire w ith a given amount of fuel can burn for long periods of time over small area or for
short periods of time over a large area.
Answer
ESTIMATING POOL FIRE FLAME HEIGHT
METHOD OF HESKESTADReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 2-10.
Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D
Where Hf = pool fire flame height (m)
Q = pool fire heat release rate (kW)
D = pool fire diameter (m)
Pool Fire Flame Height Calculation
Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D
Hf = 0,66 m 2,16 ft
METHOD OF THOMASReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-204.
Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61
Where Hf = pool fire flame height (m)
m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)
a = ambient air density (kg/m3)
D = pool fire diameter (m)
g = gravitational acceleration (m/sec2)
Pool Fire Flame Height Calculation
Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61
Hf = 1,36 m 4,45 ft
Calculation Method Flame Height (ft)
METHOD OF HESKESTAD 2,16
METHOD OF THOMAS 4,45
Answer
Answer
Flame Height Calculation - Summary of Results
Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo
BIBLIOGRAFÍA
Abdelkader O. and Hamid B, (2012) Reliability Enhancement of
Power Transformer Protection System, Boumerdes University
Algeria.
Alvarado Hernández W.J. Especificación Técnica de Sistemas Contra
incendios en transformadores de alta tensión Tesis Universidad de
San Carlos Guatemala.
Anero Cárcamo M (2007) Técnicas de Investigación de Incendios.
Incendios de Origen Eléctrico Tesis Universidad Autónoma de
Barcelona. España.
Berg, N. H.P (2011) Reliability of Main Transformers Vol 2 2011
Germany.
Bertrand V. and L.C Hoang L.C. (2004). Vegetable Oil as Substitute for
Mineral Insulating Oils in Medium-Voltage Equipment. Cigré Group
D1-202 France .
BS 5839 (2002) Fire Detection and Fire Alarm System for Building British
Standard England.
Cicuendez G. E. (2012). Estudio Fluido Térmico de Varios Aceites de
Siliconas en un Transformador de Potencia. Tesis Universidad de
Cantabria España.
Correa, R. M., EDESUR S.A., Ureta G. (2010). Sistemas para la
Protección Contra Incendios en Subestaciones. Revista CIER N°
Bibliografía 75
57 Salud y Seguridad en el trabajo Argentina.
Cortes D. J. M. (2012). Técnicas de Prevención de Riesgos Laborales
Seguridad e Higiene del Trabajo Editorial 10° Edición Madrid
España.
Dirección General de Protección Civil (2002) Guía Técnica - Zona de
Planificación para Accidentes Graves de Origen Térmico -
Universidad de Murcia España.
Fernández A. A., Sánchez A. R., Tejedo A. J.R. (2009) Nuevos
Requisitos y Soluciones de Seguridad Contra Incendio en
Subestaciones. Comité de Estudio B3 Subestaciones XIII
Décimo Tercer Seminario Regional Iberoamericano de Cigré
Argentina.
Fluid.R., Asano Jr.(2014). Reducing Environmental Impact and
Improving Safety and Performance of Power transformer with
Natural Ester Dielectric Insulating, IEEE Transaction Industry
Applications Vol 50 N° 4 USA.
Garza R. (2007). Análisis de métodos complejos cualitativos para
evaluación del riesgo de incendio. México. Tesis Universidad
Internacional S.A. México.
Gallo M. E. (2005). Diagnóstico y Mantenimiento de Transformadores de
Campo. ACIEM Asociación Colombiana de Ingenieros 1° Edición.
Colombia.
HSE Perú S.A. (2013). Radiación Térmica en Incendios de Líquidos-
Modelo Matemático Predictivo - Blog Técnico de Seguridad –
www.hseperu.com. Perú
Bibliografía 76
Hydro Plant Risk Assessment Guide (2006) - Appendix E5: Transformer
Condition Assessment. Electric Power Research Institute (EPRI)
USA.
IEEE Std. 979 (2012). Guide for Substation Fire Protection. IEEE Power
and Energy Society. USA.
José Luis Villanueva J. J.L., NTP 36 Riesgo intrínseco de incendio -
centro de investigación y asistencia técnica - Barcelona / INSHT
Instituto Nacional de seguridad e Higiene del Trabajo España.
Kwock-Lung A. (2007). Risk Assessment of Transformer Fire Protection
in a Typical New Zealand High-Rise Building Thesis University of
Canterbury Londres England.
Martin D., Wijaya J., Lelekakis N., (2014). Thermal Analysis of Two
Transformer Filled With Different Oils. . The Dielectrics and
Electrical Insulation Society of IEEE
Pachacama B A. S. (2012). Diseño y Propuesta de Construcción de
Detección, Alarma y Control de Incendios en la Subestación
Cristianía N° 18 de la E.E.Q.S.A.. Tesis Escuela Politécnica
Nacional.
Rail Cop Engineering (2010). Substation Fire Protection and Detection
Standard. Engineering Standard Electrical version 2 USA.
Suarez M. (2009) Evaluación de riesgo de incendio de un transformador
Tesis Universidad Carlos III Madrid.
Tenbohlen S. Koch M., Vukovic D., Weinlader A. (2008). Application of
Vegetable Oil- Based Insulating Fluids to Hermetically Sealed
Power Transformer Group A2-102 CIGRE Paris France.
Bibliografía 77
Thomas P.H (2003). The Size of Flame From Natural Fires. Fire
Research Station. England,
Ufuah E. and Bailey C.G.(2011). Flame Radiation Characteristics of
Open Hydrocarbon Pool Fires Proceedings of the World Congress
on Engineering 2011 Vol. III London.
U.S. Nuclear Regulatory Commission. Chapter 5. Estimating radiant
heat flux from fire to a target fuel Fire Dynamics Tools (FDTs):
Quantitative Fire Hazard Analysis Methods.
U.S. Nuclear Regulatory Commission Chapter 3.Estimating burning
characteristics of liquid pool Fire Heat Release , Burning Duration
and flame hight.
Vihacencu M.S. , Ciuriuc A., Dumitran L.M. (2013) Experimental Study
of Electrical Properties of Mineral and Vegetable Transformer Oils
U.P.B.Sei. Bull, Series C. Vol 75, Iss 3, University POLITEHNICA.
Bucharest.
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