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TESIS DE MÁSTER
NUEVA GENERACIÓN DE AEROSOLES.
PROTECCIÓN DE UNA SUBESTACIÓN
ELÉCTRICA DE TRACCIÓN.
AUTOR: María José Luque Rojas
Director: José Luis Fernández Ilundain
Madrid, Septiembre de 2015
Firma Autor: VºBº Director proyecto:
Autorizada la entrega de la tesis de máster del alumno/a:
María José Luque Rojas
EL COORDINADOR DEL MIPCI
Gabriel Santos
Fdo.: …………………………………… Fecha: ……/ ……/ ……
Vº Bº del Director de proyecto
(Indicar el nombre del Director de proyecto)
José Luis Fernández Ilundain
Fdo.: ………………………………… Fecha: ……/ ……/ ……
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios
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MIPCI
2014-2015
NUEVA GENERACIÓN DE AEROSOLES.
PROTECCIÓN DE UNA SUBESTACIÓN
ELÉCTRICA DE TRACCIÓN.
María José Luque Rojas
Curso académico 2014-2015
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Nueva Generación de Aerosoles. Protección de una subestación eléctrica de tracción – María José Luque Rojas
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2014-2015
TÍTULO Nueva generación de aerosoles. Protección de una subestación
eléctrica de tracción.
ALUMNO María José Luque Rojas
DIRECTOR José Luis Fernández Iluain
JUSTIFICACIÓN
A lo largo del presente proyecto estudiaremos la protección contra incendios de una
subestación eléctrica de tracción. Las subestaciones eléctricas de tracción son instalaciones
que convierten la energía eléctrica desde la forma provista por la red general a unas condiciones
de voltaje, corriente y frecuencia apropiadas para su uso en trenes y tranvías. Estas
instalaciones, se ubican a lo largo de la vía de los trenes a los que debe ofrecer suministro
eléctrico. Por tanto, estas subestaciones desempeñan un papel fundamental dentro de los
sistemas de transporte de los que forman parte.
En caso de siniestro en una de estas unidades las pérdidas por daños materiales directos
así como por parada de la actividad serían muy elevadas por lo que se toman todas las medidas
posibles para evitarlos.
Los incendios en las subestaciones eléctricas de tracción son una amenaza latente,
siendo los más devastadores los que involucran equipo eléctrico energizado y de vital
importancia en el correcto funcionamiento de la subestación, como son: transformadores,
aparellaje o centro de distribución entre otros. Un fallo eléctrico dentro de estos equipos o
corrientes de falla externas pueden producir, por ejemplo, un arco eléctrico que puede resultar
en un incendio, acompañado de grandes pérdidas de activos y de utilidades de la empresa.
Por ello se hace necesario para este tipo de subestaciones la valoración de las
condiciones en las que pueden existir peligros de incendio, para que se puedan incorporar las
medidas necesarias para eliminar o reducir esta amenaza.
Existen varios tipos de medidas que podrían aplicarse dentro de la protección contra
incendios que pueden disminuir en gran manera el riesgo de ocurrencia de un incendio o por lo
menos puede ayudar a su detección temprana y rápida sofocación, disminuyendo las pérdidas
tanto por daños materiales como por parada de la actividad.
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OBJETIVOS
En el presente proyecto se pretende analizar los diferentes escenarios, así como las
diferentes alternativas existentes en el mercado.
Por otro lado, y una vez realizado el estudio de las diferentes alternativas, se desarrolla
la protección de la subestación eléctrica de tracción mediante AEROSOLES, al considerarlo la
mejor alternativa de entre las analizadas.
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ÍNDICE
JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 4
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 5
ÍNDICE .......................................................................................................................................... 6
MEMORIA DESCRIPTIVA ............................................................................................................ 8
1. AEROSOLES: SISTEMAS DE EXTINCIÓN DE INCENDIOS ............................................ 8
1.1. DESARROLLO DE LOS AEROSOLES DENTRO DE LA HISTORIA ........................ 8
1.2. ¿QUÉ SON Y CÓMO FUNCIONAN LA NUEVA GENERACIÓN DE
AEROSOLES? ..................................................................................................................... 12
1.2.1. DESCRIPCIÓN .................................................................................................. 12
1.2.2. FUNCIONAMIENTO .......................................................................................... 12
1.2.3. COMPONENTES ............................................................................................... 13
1.2.4. APAGADO DE LLAMAS .................................................................................... 14
1.2.5. MÉTODO DE ACTIVACIÓN .............................................................................. 16
1.3. VENTAJAS DE LOS AEROSOLES: ......................................................................... 16
1.4. INCONVENIENTES DE LOS AEROSOLES: ............................................................ 17
1.5. NORMATIVA ............................................................................................................. 18
1.6. EJEMPLOS DE INSTALACIONES QUE SE PROTEGEN CON AEROSOL: ........... 18
2. PROTECCIÓN DE MÓDULO DE UNA SUBESTACIÓN DE TRACCIÓN ELÉCTRICA ... 20
2.1. DESCRIPCIÓN DEL RECINTO SUJETO A ESTUDIO: ........................................... 20
2.2. CARACTERIZACIÓN DEL MÓDULO DE LA SUBESTACIÓN DE TRACCIÓN ....... 23
2.3. RIESGO DE INCENDIO DE LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE
TRACCIÓN........................................................................................................................... 27
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2.3.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS RIESGOS DE INCENDIO ...................................... 28
2.3.2. MÉTODO DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INCENDIO ............................. 29
2.3.3. VALORACIÓN DE LOS RIESGOS DE LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE
TRACCIÓN ....................................................................................................................... 33
2.4. INSTALACIONES DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO ................................... 34
2.4.1. EXTINTORES PORTÁTILES ............................................................................. 34
2.4.2. SISTEMAS DE PROTECCIÓN ACTIVA: ........................................................... 35
3. ALTERNATIVAS CON AEROSOLES ............................................................................... 43
3.1. PROYECTO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS DE SUBESTACIÓN
ELÉCTRICA DE TRACCIÓN ............................................................................................... 47
3.1.1. MÉTODO DE CÁLCULO ................................................................................... 47
3.1.2. DISEÑO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS ......................................... 51
4. PRESUPUESTO .............................................................................................................. 56
5. CONCLUSIÓN .................................................................................................................. 58
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................ 59
ANEXO DE PLANOS .................................................................................................................. 59
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MEMORIA DESCRIPTIVA
La memoria de este proyecto se va a dividir en dos partes principales:
1. Aerosoles: Sistemas de extinción de incendios:
En primer lugar se hablará de que son los sistemas generadores de
aerosol, ya que son sistemas poco conocidos en España, de su funcionamiento,
sus ventajas e inconvenientes, de la normativa a aplicar para su uso y se mostrarán
algunas de las instalaciones que han sido protegidas con estos sistemas.
2. Análisis de riesgo y propuestas de protección: Protección de módulo
de una subestación de tracción eléctrica.
En la segunda parte se describirá los elementos que se encuentran dentro
de la instalación y su distribución, se caracterizada la instalación en base a la carga
de fuego de la misma, a partir de aquí se observará que medidas son obligatorias
para la instalación según el Real Decreto 2267/2004, Reglamente de seguridad
contra incendios en los establecimientos industriales y se propondrán medidas
complementarias en función de los riesgos de la instalación, que se estudiarán
mediante un análisis de riesgo.
1. AEROSOLES: SISTEMAS DE EXTINCIÓN DE INCENDIOS
Los sistemas de generación de aerosoles son uno de los sistemas más eficaces
que existen para la extinción de incendios, su funcionamiento se basa en interrumpir la
reacción química que ocurre en el fuego mediante la reacción del radical libre de las
partículas de aerosol con el radical libre de la llama. El medio de extinción consiste en
partículas sólidas, con un tamaño menor a 10 micras de diámetro, y material gaseoso,
generado mediante un proceso de combustión de un componente sólido que forma el
aerosol.
1.1. DESARROLLO DE LOS AEROSOLES DENTRO DE LA HISTORIA
La tecnología del uso de aerosoles en la lucha contra el fuego comienza hace dos
siglos, en 1814, se describía el proceso de extinción de llama con una mezcla de tres
componentes: polvo (con grano grueso y una alta fragmentación explosiva, pero con baja
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voladura), agua y arcilla. Incluso entonces, se llegó a la conclusión de que la suspensión
producida por dicha mezcla, solamente actuaba de forma eficaz en un espacio confinado,
todo ello fue recogido por Peter Shumlyanskaya.
Basándose en esos primeros pasos, fue en Austria y Sajonia, donde treinta años
más tarde se desarrollaron formas primitivas pero bastante eficaces para la lucha contra
incendios. En Austria fue el archiduque Carlos de Austria el autor de las técnicas de
extinción de incendios con ayuda de humo, usó simplemente paja picada y con ella cubrió
el suelo y los zócalos de los locales de archivos. En Sajonia, el ingeniero Kyunu simplificó
la mezcla de Shumlyanskaya en un solo componente de polvo negro con muy mala
calidad. Los recipientes de vidrio con polvo de baja calidad presentaron una alta eficiencia
en la extinción de incendios locales en áreas que podían ser selladas.
Casi 70 años más tarde, en Rusia, Kolesnik-Kulevich proporcionó una justificación
científica sobre la extinción de incendios con gas. El renacimiento de los aerosoles para
la extinción del fuego se produce en los años 80, con la investigación conjunta de VNIIPO,
NIIPH y SKTB technologist, que darán un nuevo punto de vista los problemas existentes
en los aerosoles para la extinción de incendios. Entre ellos el desarrollo de compuestos
que puedan extinguir el fuego en una amplia gama de condiciones y la creación de
instalaciones fijas. La tecnología de la supresión de incendios con aerosoles sufrió un
gran avance hace más de 20 años, como resultado del trabajo realizado el en programa
de cohetes Soyuz. Estos dispositivos se basaban en la supresión de fuego mediante un
compuesto de potasio, que conllevaba en muchas ocasiones a resultados de supresión
de fuego mucho mejores que los métodos de sistemas de extinción por gas o mediante
espuma. Las ventajas de los generadores de aerosoles fueron significativas,
incluyendo un gran ahorro en el peso y el espacio, costos de adquisición,
instalación y mantenimiento y el potencial de un agente de extinción seguro, verde
y muy eficaz. Sin embargo, esta tecnología era demasiado nueva y aún no constituía
una oferta comercial sólida.
Con el tiempo, dicha tecnología se fue extendiendo a otros institutos tecnológicos
en Rusia y tras la disolución de la Unión Soviética, los propietarios de esta tecnología
ofrecieron licencias a empresas interesadas en desarrollar y revender los productos.
También ofertaron licencias que permitían seguir con el desarrollo de componentes
basados en potasio para diferentes recursos dentro de Rusia. Varias compañías, entre
ellas Pyrogen y FirePro obtuvieron una de estas licencias y comenzaron a comercializar
productos procedentes de Rusia basándose en el compuesto original con poco o ningún
refinamiento.
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Estos productos son denominados como generadores de aerosol de primera
generación y aunque ofrecen grandes ventajas frente a la extinción por gas o por sistemas
de espuma como son la limpieza tras el uso del producto y la consistencia del agente, la
fabricación de generadores de este tipo de aerosoles conllevaba altas temperaturas
durante la descarga del sistema y en general una calidad de producto dudosa debido al
deficiente y anticuado proceso de manufactura Ruso. Además, no existía ningún estándar
que reconociera y controlara el uso de los generadores de aerosol como método de
supresión de incendios. Por todo ello, y por problemas derivados de los cálculos para el
uso de estos sistemas, éste método de extinción de incendios no tuvo mucho éxito dentro
de la industria de la protección contra incendios.
Fireaway observó el gran potencial de esta tecnología para la extinción de incendios
y obtuvo una de las licencias del producto, pero en vez de usar el producto directamente
con el desarrollo soviético, decidieron volver a desarrollar la tecnología desde su base
inicial para poder ofrecer un producto que supliera los problemas arraigados en los
generadores de aerosol de primera generación. Esto incluyó, un nuevo diseño del
generador, del dispositivo que contiene el compuesto que forma el aerosol y la resolución
de los problemas derivados de la descarga, como eran las altas temperaturas y el tiempo
e integridad del producto descargado. Los componentes que usan son todos de acero
inoxidable y los materiales son de primera calidad, como la alúmina que se utiliza para el
proceso de enfriamiento del agente extintor.
Fireaway reconoció que la calidad del aerosol producido dependía directamente de
la calidad de los productos químicos utilizados en la composición del compuesto, así
como, de los estrictos controles en el proceso de fabricación. Producen los compuestos
usando solamente componentes químicos reactivos (>99,5% pureza) con una patente,
formulación propia y proceso de fabricación que aseguran la producción de un agente
aerosol limpio, sin los subproductos negativos asociados con algunos de los productos
de la primera generación.
Son varias las empresas que han desarrollado estos nuevos generadores de
aerosol para la extinción de incendios, por ello, hoy en día podemos encontrar gran
Imagen 1: Generador de aerosol, 1ª generación.
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variedad de ellos dentro del mercado, aunque en España no está muy implantado su uso
debido a la escasa información y normativa sobre ellos. Varias de las empresas que
fabrican estos productos actualmente son: Stat-X, FirePro, Dynameco, Hochiki,
Tecmanproteccion, …
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1.2. ¿QUÉ SON Y CÓMO FUNCIONAN LA NUEVA GENERACIÓN DE
AEROSOLES?
1.2.1. DESCRIPCIÓN
Los aerosoles son sistemas de protección activa, estables o semi-estables de
partículas sólidas ultra finas suspendidas en un medio gaseoso.
1.2.2. FUNCIONAMIENTO
Cuando se activa el generador de aerosol, desencadena una reacción química entre
una mezcla de nitrato de potasio y nitrato de celulosa produciendo, además de nitrógeno
y agua, carbonato de potasio en estado de aerosol. Además de las partículas sólidas
formadas por potasio puro (K2CO3), se producen también sustancias gaseosas típicas de
la combustión.
Imagen 2: Extinción del fuego mediante aerosoles.
El carbonato de potasio y el gas, después de atravesar la zona de enfriamiento,
salen por la abertura del generador y se esparcen por el aire en forma de aerosol con una
alta capacidad de dispersión.
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1.2.3. COMPONENTES
La nueva generación de aerosoles se componen de:
Una carcasa de acero inoxidable que contiene el compuesto extintor
cuyos componentes son no tóxicos y compatibles con el medio ambiente.
Un dispositivo de encendido que puede activarse eléctricamente
mediante un conector de dos hilos o térmicamente mediante un detector.
Un medio aislante
Elemento interno para la oxidación situado entre la carga extintora y la
unidad de enfriamiento que favorece la producción del aerosol extintor
durante la reacción química.
Elemento de enfriamiento constituido por un compuesto de magnesio que
debido a las altas temperaturas reacciona transformándose en óxido de
magnesio liberando H2O.
Membrana impermeable que sella cada generador para mantener la
integridad interna de la unidad incluso en ambientes húmedos y con altas
temperaturas.
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1.2.4. APAGADO DE LLAMAS
Se lleva a cabo mediante dos acciones:
Acción física: La acción física del apaga es característica químico- física
propia de los metales alcalinos como el potasio. Estos elementos tienen los
potenciales más reducidos de ionización de todos los elementos y, por lo tanto,
es posible eliminar los electrones de sus respectivos átomos con un aporte de
energía muy pequeño. Es así como se reduce la energía contenida en la llama
en función del potencial de ionización que se halla presente. La ionización del
potasio durante el apagado se manifiesta a través de una ligera coloración
violeta de la llama.
Acción química: Mientras dura la combustión, en la llama se producen
sucesivamente reacciones entre átomos y fragmentos de moléculas inestables
(radicales). Dichas reacciones constituyen las llamadas reacciones en cadena
de los radicales. Al ser dichos radicales muy inestables tienden a alcanzar un
estado de estabilidad final a través de las sucesivas reacciones. Como productos
Imagen 3: Composición interna de un generador de aerosol
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estables finales, la combustión genera anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O),
entre otros.
El potasio procedente de la separación del carbono potásico, reacciona durante
la combustión con los radicales libres de hidróxidos inestables, formando
hidróxido de potasio (KOH), que es un compuesto muy estable.
Llegados a este punto, se interrumpen las reacciones en cadena de los radicales
libres, y se apaga la llama sin agotar el oxígeno.
Los sistemas de generación de aerosoles pueden usarse con distintos niveles
volumétricos de protección, se dividen en:
Inundación total: Se inunda toda el área de la sala con el agente extintor para
de esa manera conseguir la extinción del incendio. Las consideraciones
básicas a tomar en cuenta para este método es la distribución de los
generadores, de tal manera que el posicionamiento de estos sea tal como para
que el aerosol se distribuya de manera uniforme a través de toda el área a
proteger. Además, debe prestarse particular atención a la disposición de los
objetos dentro del área, para asegurarse de la rápida y efectiva distribución del
aerosol.
Imagen 4: Extinción a nivel molecular
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Protección interna en la posible fuente identificable de incendio: Son
generadores de menos tamaño que pueden proteger efectivamente pequeñas
áreas. Se trata de la inundación interna de pequeños objetos como pueden ser
cuadros eléctricos, paneles, motores, etc., donde el fuego puede iniciarse.
Protección local: Este método de protección involucra la descarga del
generador de aerosol directamente sobre o en las inmediaciones del fuego. Los
sistemas generadores de aerosol deben instalarse de tal manera que permitan
que la descarga del aerosol alcance al objeto y extinga el incendio.
1.2.5. MÉTODO DE ACTIVACIÓN
En el momento de presentarse un fuego, los generadores de aerosol de nueva
generación pueden ser activados manualmente o automáticamente a través de un
sistema electrónico de detección y activación de extinción.
Activación eléctrica: Consiste en un conector con dos hilos y un mecanismo de
iniciación, son dispositivos seguros y muy fiables. Funcionan con sistemas muy
conocidos de detección, como pueden ser la detección lineal o mediante
aspiración.
Activación térmica y/o manual: La activación manual se realiza mediante
activadores patentados. Al tirar de la clavija de retención, el activador libera un
mecanismo que activa el generador de aerosol, por tanto no requieren de una
fuente de poder externa para operar.
1.3. VENTAJAS DE LOS AEROSOLES:
Mantenimiento mínimo: Los costes de mantenimiento son ínfimos, ya que no
requiere pesarlo anualmente, no requiere comprobar los niveles, es muy simple
de reponer y su validez es varios años (dependiendo de la marca del aerosol
será mayor o menor) sin necesidad de comprobaciones durante su tiempo de
vida útil.
Fácil de instalar y soportar: no es un recipiente a presión, no necesita botellones
o cilindros de almacenamiento ni difusores, ni tuberías, por lo que los costes de
instalación bajan drásticamente y por sus pequeñas dimensiones ocupa muy
poco espacio y no es preciso tener un espacio de almacenaje.
Es muy robusto: su carcasa es de acero inoxidable, y está cerrado
herméticamente, por lo que es adecuado para grandes rangos de temperaturas
y soporta altos niveles de humedad.
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No es corrosivo: los residuos que deja son mínimos y fáciles de limpiar, además
no produce choque térmico y no daña los equipos sensibles.
Es un sistema verde con el medio ambiente: No afecta a la capa de ozono ni
contribuye con el calentamiento global.
No es tóxico: el generador de aerosol no es asfixiante, no produce
desplazamiento de oxígeno para apagar el fuego, aunque se recomienda su
instalación para locales normalmente no ocupados.
Fácil de diseñar: Sigue la normativa NFPA 2010 y el RIPCI-ISO 15779
Es eficiente en costes, ya que no requiere costes de mantenimiento y los costes
de instalación son mínimos, además el precio de estos sistemas son bastante
bajos en comparación con el resto de sistemas de protección activa.
No es conductor de la electricidad, disponiéndose de certificado de
comportamiento dieléctrico hasta 35.000 V. cumpliendo rigurosas normas EN y
UNE, características avaladas por ensayos realizados en Laboratorio
Homologado por E.N.A.C.
No hay en la actualidad ningún agente conocido que tenga su elevado poder de
extinción, es 12 veces más potente que el HALON 1301, se precisan 330 gramos
de Halón 1301 por m3 contra 20 - 25 gramos por m3 de aerosol.
1.4. INCONVENIENTES DE LOS AEROSOLES:
Aunque no son tóxicos ni peligrosos para las personas, se recomiendo la
evacuación antes de su aplicación, ya que este disminuye considerablemente la
visibilidad en el área que protege.
Debe guardarse la distancia mínima que los fabricantes recomiendan entre el
dispositivo instalado y los objetos a proteger (o cualquier otro objeto), ya que la
temperatura generada a la salida del aerosol es bastante elevada aunque esta
disminuye rápidamente tras ser liberado, además el dispositivo no debe
encontrarse bloqueado para que el agente pueda moverse libremente.
Su mayor inconveniente es que este sistema ha sido menos usado que los otros
sistemas de protección activa, lo que provoca dudas en los proyectistas a la hora
de instalarlos, y además, aunque la nueva generación de aerosoles son altamente
eficaces, en el pasado los primeros aerosoles no tuvieron la eficacia esperada,
creando una sensación reacia hasta estos sistemas que nada tienen que ver con
los aerosoles que actualmente se encuentran en el mercado.
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1.5. NORMATIVA
Son sistemas de fácil diseño, la normativa que les aplica son:
Norma NFPA 2010. Fixed aerosol fire extinguishing system.
UNE-ISO 15779: Sistemas de extinción de incendios. Aerosoles
condensados. Requisitos y métodos de ensayo para los componentes y
diseño del sistema, instalación y mantenimiento. Requisitos generales.
1.6. EJEMPLOS DE INSTALACIONES QUE SE PROTEGEN CON
AEROSOL:
Salas de control y de servidores
Cuadros eléctricos y centros de transformación de celdas.
Imagen 5: Salas de control
Imagen 7: Cuadro eléctrico
Imagen 6: Centros de transformación de celdas
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Vehículos especiales: rastreadores de la NASA, quitanieves, vehículos
militares
Aerogeneradores:
Imagen 8: Vehículos especiales
Imagen 9: Aerogeneradores
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2. PROTECCIÓN DE MÓDULO DE UNA SUBESTACIÓN DE TRACCIÓN
ELÉCTRICA
2.1. DESCRIPCIÓN DEL RECINTO SUJETO A ESTUDIO:
El recinto donde se va a realizar el diseño del sistema de protección contra
incendios se trata de un módulo de control de una subestación eléctrica móvil o también
denominada subestación de tracción. La subestación de tracción es la instalación donde
se realizan las conexiones de los tramos de la electrificación a la red trifásica de
transporte. Para ello, se realiza la transformación de tensiones desde los niveles de la red
trifásica a los niveles de la catenaria, con previa rectificación en los sistemas de corriente
continua.
Las subestaciones pueden ser de dos clases dependiendo de las tensiones de
alimentación que posean; serán subestaciones de exterior aquellas que posean tensiones
de alimentación mayores a 36 Kv, éstas se encuentran en un parque a la intemperie,
sobre unas estructuras metálicas convenientemente aisladas y aquellas en que las
tensiones de alimentación sean menores a 36 Kv, serán estaciones denominadas de
interior, como es el caso de la instalación a estudio, este tipo de instalaciones deben tener
todos los elementos de la subestación a cubierto.
La subestación eléctrica de tracción está formada por una estructura de acero, un
módulo de telecomunicaciones y control y un módulo de servicios auxiliares y de
alimentación, ambos construidos con panel Sandwich de 80 mm de espesor. La
subestación eléctrica de tracción será de planta rectangular con unas dimensiones
aproximadas de 5 x 12 metros.
Cada módulo dispondrá de dos puertas abatibles de doble hoja de 2,00 metros de
ancho y 2,40 metros de alto. Cada hoja de puerta llevará instalada una rejilla de
ventilación intumescente que reacciona frente al calor de forma expansiva, hinchándose
hasta obturar completamente el paso entre las lamas, evitando así la entrada de aire al
recinto en caso de fuego interior.
Los elementos que componen la subestación son los siguientes:
Switchgear o aparellaje eléctrico: son equipos eléctricos de maniobra desde
donde se energizan o des-energizan o segregan los circuitos de la red
eléctrica. Este equipo está constituido por interruptores y/o des-conectores
para poder realizar las maniobras mencionadas.
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Dos transformadores de distribución de alta tensión: Cada uno de ellos
deben ir en una sala independiente, de acuerdo a la distribución de la
imagen 10. Son los de cambiar las características eléctricas a los niveles de
tensión y de corriente requeridos para las salidas y consumo de las cargas.
Cargadores de baterías: permiten mantener el suministro energético a la
subestación en el caso de que se produzca una caída de tensión en la
alimentación. De esta forma pueden continuar funcionando los servicios
esenciales.
Sistemas de distribución (servicio auxiliar): No tiene ninguna influencia en el
tratamiento de la energía eléctrica, su única misión es la de la comunicación.
Tiene una imagen actualizada de los estados de todos los elementos de la
subestación, así como de las señales más importantes para su
funcionamiento. Este sistema responde a las señales de entrada desde el
proceso y genera señales de salida para mantener la operación del sistema
en un estado deseado.
Panel de servicios auxiliares.
Control de alumbrado: Desde aquí se realiza e control del alumbrado de la
subestación, que será necesario para que el personal de operación,
mantenimiento y vigilancia puedan desarrollar sus respectivos trabajos. El
propósito básico de este dispositivo es la seguridad en la operación de los
equipos.
Celdas de alimentación a la subestación móvil: Es la acometida a la
subestación móvil, está compuesta por distintos compartimentos herméticos
e independientes.
Gabinete de barras (barras de unión): La barra de unión y distribución de
tierras cumple con la función de distribuir los hilos de tierra de manera directa
a los equipos a proteger.
Varios cuadros eléctricos entre los que se encuentran el cuadro de
protecciones, donde se encuentran la totalidad de los relés de protección y
el cuadro eléctrico de baja tensión.
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Imagen 10: Distribución en planta del módulo de la subestación de tracción.
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2.2. CARACTERIZACIÓN DEL MÓDULO DE LA SUBESTACIÓN DE TRACCIÓN
Las condiciones y requisitos que deben satisfacer el módulo de la subestación en
relación con su seguridad contra incendios, estarán determinados por dos parámetros:
Configuración y ubicación con relación a su entorno: Según el RD 2267/2004, el
módulo de la subestación se clasifica como establecimiento tipo C, ya que ocupa
totalmente un edificio y está a una distancia mayor de tres metros del edificio más
próximo.
Nivel de riesgo intrínseco: Las medidas de protección contra incendios se
determinarán para cada sector o área de incendio dependiendo de su nivel de
riesgo intrínseco.
Para determinar el nivel de riesgo intrínseco de cada sector de incendio, se
calculará previamente su densidad de carga de fuego ponderada y corregida de un sector
de incendio, de acuerdo con la siguiente ecuación:
Donde:
QS: densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, del sector o área de
incendio, en MJ/m2 o Mcal/m2
qi: densidad de carga de fuego de cada zona con proceso diferente según los
distintos procesos que se realizan en el sector de incendio (i), en MJ/m2 o Mcal/m2.
Si: superficie de cada zona con proceso diferente y densidad de carga de fuego, qsi
diferente, en m2.
Ci: coeficiente adimensional que pondera el grado de peligrosidad de cada uno de
los combustibles (i) que existen en el sector de incendio.
Ra: coeficiente adimensional que corrige el grado de peligrosidad (por la activación)
inherente a la actividad que se desarrolla en el sector de incendio.
A: superficie construida del sector de incendio o superficie ocupada del área de
incendio, en m2.
El sector de incendio del módulo a estudio consta de cuatro zonas diferenciadas: la
zona de telecomunicaciones y servicios auxiliares, zona de aparellaje y las zonas donde
se encuentran los transformadores.
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Los valores de la densidad de carga de fuego de cada zona (qi) y los valores del
coeficiente de peligrosidad por activación (Ra) pueden deducirse de la tabla 1.2 (valores
de densidad de carga de fuego media de diversos procesos industriales, de
almacenamiento de productos y riesgo de activación asociado), del anexo I del RD 2267.
Los valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad (Ci) de cada
combustible pueden deducirse de la tabla 1.1 (grado de peligrosidad de los combustibles),
del catálogo CEA de productos y mercancías.
ZONA qi (MJ/m2 ) Ai (m^2) Ci Ra
Telecomunicaciones y servicios auxiliares 400 42,68 1,00 1,5
Aparellaje 400 7,81 1,00 1,5
Transformador 1 300 4,47 1,00 1,0
Transformador 2 300 4,47 1,00 1,0
Tabla 1: Datos de las zonas del sector de incendio.
Al introducir los datos de las zonas de incendio arriba indicados en la ecuación
indicada anteriormente, se obtendrá el valor de la densidad de carga de fuego ponderada
y corregida:
𝑄𝑠 =400𝑋42,68𝑋1𝑋1,5+400𝑋7,81𝑋1𝑋1,5+300𝑋4,47𝑋1𝑋1+300𝑋4,47𝑋1𝑋1
42,68+7,81+4,47+4,47
𝑄𝑠 = 554,86 MJ/m2
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Una vez calculada la densidad de carga de fuego ponderada y corregida del módulo
de la subestación eléctrica de tracción, se deducirá el nivel de riesgo intrínseco, de
acuerdo con la tabla 1.3 del R.D. 2267/2004:
De acuerdo con la tabla indicada anteriormente, podemos afirmar que el módulo de
la subestación de tracción a estudio es un establecimiento industrial de riesgo intrínseco
bajo, nivel 2.
Una vez calculado el nivel de riesgo intrínseco del establecimiento, hay que
comprobar que cumple con las exigencias del RD 2267/2004:
Estabilidad al fuego de los elementos constructivos portantes: Según la tabla 2.3
del citado decreto, al ser un establecimiento de riesgo bajo tipo C sobre rasante
de una sola planta, no será necesaria una estabilidad mínima al fuego de dichos
elemento.
Evacuación: Depende de la ocupación del establecimiento, que será igual a 1,10,
ya que la ocupación real del sector de incendio es menor de 100 personas. Se
dispone de varias salidas del sector y los recorridos de evacuación son menores
de 50 metros, que es lo requerido para establecimientos con riesgo intrínseco
bajo. Las puertas también cumple con este decreto, ya que sus dimensiones se
encuentran entre 0,60m y 1,20 m por hoja. Por lo tanto, el módulo de la
subestación cumple con los requisitos de evacuación establecidos.
Tabla 2: tabla de nivel de riesgo intrínseco
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Sistemas automáticos de detección: De acuerdo con el Real decreto, no será
necesaria la instalación, ya que la superficie total del sector es menor a 1000m2.
De igual forma será innecesaria la instalación de sistemas manuales de alarma de
incendio y de comunicación de alarma.
Hidrantes y abastecimiento de agua: Para el establecimiento a estudio, no se
requieren hidrantes extintores, ni ningún sistema de protección por agua, ya que
es un establecimiento tipo C con una superficie total menos a 1000m2.
Los sistemas de extinción mediante agua pulverizada, generadores de espuma,
polvo o agentes extintores no son exigidos por la normativa específica.
Será necesaria la instalación de extintores portátiles, deben ser extintores de
dióxido de carbono o polvo seco BC o ABC. El recorrido máximo desde cualquier
punto hasta un extintor no debe exceder de 15m.
El establecimiento cuenta con una instalación de alumbrado de emergencia, como
regula el real decreto.
La instalación cumple con las dos condiciones estructurales, pero carece de
medidas de detección y protección activa, para complementar el estudio de dichas
medidas de protección del recinto, se va a realizar un análisis de riesgo de las situaciones
que pueden generar un riesgo de considerable dentro de la instalación.
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2.3. RIESGO DE INCENDIO DE LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE
TRACCIÓN.
Desde los comienzos de la historia del hombre se tiene constancia del uso del
fuego, y de sus efectos, tanto beneficiosos como destructivos. Desde el Imperio Romano
hasta la actualidad se pueden documentar grandes incendios que han producido
innumerables daños materiales y pérdidas humanas.
El riesgo siempre ha sido parte de la actividad humana, y por ello se han ido
tomando medidas para intentar disminuirlo. Sin embargo, la mayoría de las veces las
medidas adoptadas no han respondido al resultado de un análisis correcto del mismo.
Actualmente son cada vez más las administraciones las que exigen la realización de un
estudio relativo a las medidas de seguridad a adoptar en las instalaciones, además, la
cantidad de profesionales dedicados a la protección contra incendios va aumentando y
son mayores las herramientas de ingeniería que se disponen para el estudio y realización
de los análisis.
El riesgo de incendio constituye la principal y más frecuente amenaza para el patrimonio
y la continuidad de las empresas. El conocimiento del nivel de riesgo resulta fundamental
para analizar las prioridades de seguridad necesarias para la protección de las diferentes
áreas y la posterior actuación de los sistemas de protección contra incendios frente a
dichas prioridades obtenidas.
Las subestaciones contienen componentes y materiales que constituyen un riesgo
de incendio, por tanto, será necesario la evaluación de dichos riesgos para identificar,
valorar y poder actuar sobre los riesgos para controlarlos.
La evaluación de riesgos es un proceso mediante el cual se obtiene la información
necesaria para estar en condiciones de tomar decisiones sobre la necesidad o no, de
adoptar acciones preventivas. La evaluación del riesgo comporta la existencia de dos
pates diferencias:
Análisis de riesgos: es la fase inicial, donde debe identificarse el peligro,
entendiéndose como tal “la fuente o situación con capacidad de daño en
términos de lesiones, daños a la propiedad, daños al medio ambiente o una
combinación de ambos”.
Estimación del riesgo: Supone tener que valorar la probabilidad y las
consecuencias de que se materialice el riesgo. Se entiende como riesgo
“Combinación de la frecuencia o probabilidad de un daño sin considerar el
impacto, es decir, sólo las pérdidas”.
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El tipo de fuego que hay en los módulos una subestación eléctrica de tracción es
un fuego de clase E, que son comúnmente identificados como fuego eléctricos (en
normativa NFPA, se consideran los fuegos eléctricos como fuegos de clase C), son
aquellos que se desarrollan en presencia de tensión eléctrica, materiales o elementos
empleados en la producción, transporte o consumo de la energía eléctrica. En la
actualidad se considera que estos fuegos no son en realidad ninguna clase específica de
fuego, dado que la electricidad no arde, arden los componentes bajo tensión, así pues,
en este grupo quedaría incluido cualquier combustible que arde en presencia de tensión.
Por tanto es el combustible, el que define la clase de fuego (generalmente pasa a ser
fuego de Clase "A"). No obstante es interesante reconocer sus particularidades por su
especial importancia a la hora de atacarlos con los correspondientes agentes extintores.
2.3.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS RIESGOS DE INCENDIO
Los centros de control de las subestaciones eléctricas de tracción contienen una
serie de riesgos de incendio debido a los fallos que puedan producirse en los diversos
equipos que se encuentran dentro de ellos y a consecuencia de las condiciones puntuales
que puedan darse en la subestación. Los incendios investigados por los técnicos
especialistas tienen en torno al 70% causas de origen eléctrico.
Los riesgos más comunes que se pueden producir son:
Fallo por arco eléctrico en las instalaciones: El arco eléctrico es un fenómeno
muy rápido, casi explosivo, de transformación de una energía eléctrica en la
generación de una onda de presión y calor sobre el medio donde se produce.
Fallo por instalaciones eléctricas sobrecargadas: Se producen cuando al
circuito se le añaden cargas que no están previstas para que el sistema les
pueda suministrar la corriente que necesitan para su funcionamiento. Se
producen puntos calientes donde puede generarse un incendio.
Fallo por cortocircuito: Se produce cuando existe un camino de baja
resistencia por donde puede circular la corriente. Suele darse normalmente
por fallos en el aislante de los conductores.
Uso de Líquidos inflamables para la limpieza.
Realización de trabajos en caliente: dentro de este riesgo podemos
encontrar el manejo inadecuado de flamas abiertas o el salto de alguna
chispa a objetos o superficies adyacentes.
Falta de orden y limpieza en los equipos eléctricos.
Además de otros tipos de riesgos propios de una subestación eléctrica y que no
derivan en incendio, como se verá en la evaluación del riesgo.
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2.3.2. MÉTODO DE EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INCENDIO
Existen diferentes maneras de clasificar las técnicas de evaluación del riesgo:
Atendiendo a la clase del método de análisis puede ser:
o Métodos comparativos: Basados en la experiencia previa acumulada:
registro de accidentes, listas de comprobación, etc.
o Índices de riesgo: No suelen identificar riesgos concretos, pero son útiles
para señalar áreas de mayor concentración de riesgo: las que requieren
un análisis más profundo o medidas suplementarias de seguridad.
o Métodos generalizados: proporcionan procedimientos de razonamiento
aplicables en principio a cualquier situación.
Atendiendo a su sistemática de cuantificación en tres métodos de
estimación:
o Métodos cualitativos: Define las consecuencias, la probabilidad y el nivel
de riesgo, indicando niveles tales como “alto”, “medio” y “bajo”.
o Métodos semi-cualitativos: Utilizan escalas de valoración numéricas para
las consecuencias y la probabilidad, y las combinan para determinar un
nivel de riesgo aplicando una fórmula.
o Métodos cuantitativos: Estima valores realistas para las consecuencias y
sus probabilidades, y obtiene valores del nivel de riesgo en unidades
específicas definidas cuando se desarrolla el contexto.
El modelo que se va a usar para evaluar el riesgo del modelo a estudio será el
Método William T. Fine, se trata de un método Binario que se basa en la matriz de
consecuencias-frecuencias y en la probabilidad de ocurrencia de un suceso. Se clasifica
como un método comparativo, ya que analiza sucesos ocurridos en establecimientos
similares al que se analiza, apoyándose en manuales técnicos, bases de datos y listas de
comprobación, además se trata de un método cuantitativo, ya que la valoración se
introduce respecto a las frecuencias de ocurrencia de un determinado suceso, para
cuantificar daños.
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Es un método relativamente fácil de usar que proporciona una clasificación
jerarquizada rápida de los riesgos con diferentes niveles de importancia. Los datos para
estimar la probabilidad de ocurrencia pueden obtenerse a partir de distintas fuentes, entre
otras:
Registro de fallos según reclamaciones de clientes.
Datos del fabricante.
Tablas de tasas de fallo típicas publicadas en libros de análisis de riesgos.
Bases de datos de fallos, tales como el RiAC Automated Data Book y otras.
Generalmente las mencionadas fuentes ofrecen datos sobre la tasa de fallos del
componente, pero no siempre es accesible la información sobre la causa que provoca el
fallo y el modo de fallo, por lo que es habitual tener que estimar cómo se reparte la
probabilidad de fallo de un componente entre los distintos modos y causas de fallo, en
base a la experiencia y el entorno de funcionamiento del sistema analizado. Por ello, se
denota que su utilización es muy subjetiva, y por tanto pueden existir variaciones
significativas si hay más de un clasificador.
Las tablas de valoración consideradas son las siguientes, sus tipologías se basan
en las establecidas en la normativa que aplica, NFPA 551 (Guide for the evaluation of Fire
Risk Assesments”.
Consecuencias: Se definen como el daño, debido al riesgo que se
considera, más grave razonadamente posible, incluyendo desgracias
personales y daños materiales.
Tabla 3: Tabla de valoración de consecuencias
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Exposición: Es la frecuencia con la que se presenta la situación de riesgo.
Siendo tal que el primer acontecimiento indeseado iniciaría la secuencia del
accidente.
Probabilidad: La posibilidad de que, una vez presentada la situación de
riesgo, se origine el accidente. Habrá que tener en cuenta la secuencia
completa de acontecimientos que desencadenan el accidente.
El grado de los riesgos detectados se obtendrá a partir de los valores asignados a
los factores descritos anteriormente según la siguiente ecuación:
Magnitud del riesgo (R) = Consecuencias X Exposición X Probabilidad
Tabla 4: Tabla de valoración de la exposición al riesgo.
Tabla 5: Tabla de valoración de probabilidad del riesgo.
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Una vez obtenido el grado de riesgo, la siguiente tabla, nos permite decidir si es
necesario adoptar medidas correctivas y/o preventivas para evitarlo o reducirlo, y asignar
la prioridad relativa con la que deben implantarse tales medidas si fueran necesarias.
Tabla 6: Tabla de magnitud del riesgo.
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2.3.3. VALORACIÓN DE LOS RIESGOS DE LA SUBESTACIÓN
ELÉCTRICA DE TRACCIÓN
La siguiente tabla muestra si los riesgos anteriormente descritos son aceptables,
entendiéndose como tal, la cuantificación de la tolerancia a un riesgo en términos de
probabilidad y/o consecuencias sin precisar medidas de mitigación adicionales.
Tabla 7: Valoración de riesgos
Como puede verse en la tabla, la instalación contiene riesgos potenciales, un
desarrollo de uno de estos riesgos, sin tomar medidas de protección adicionales, puede
conllevar un alto coste económico, debido a pérdidas temporales de la actividad y daños
a los propios equipos o bienes; es por ello que se hace necesaria la instalación de un
equipo de protección contra incendios, además de las medidas de protección eléctricas
necesarias para paliar los riesgos potenciales mostrados.
RIESGOS C E P GR R A
CORTOCIRCUITOS 7 3 6 126 NOTABLECORRECIÓN
NECESARIA
URGENTE
CONTACTOS ELÉCTRICOS
DIRECTOS E INDIRECTOS1 3 10 30 POSIBLE
NO ES EMERGENCIA
PERO DEBE SER
CORREGIDO
SOBREINTENSIDADES
ELÉCTRICAS INDESEABLES3 3 6 54 POSIBLE
NO ES EMERGENCIA
PERO DEBE SER
CORREGIDO
ARCO ELÉCTRICO 7 3 6 NOTABLECORRECIÓN
NECESARIA
URGENTE
PRESENCIA DE PERSONAL
NO CUALIFICADO3 1 10 30 POSIBLE
NO ES EMERGENCIA
PERO DEBE SER
CORREGIDO
FALTA DE ORDEN Y LIMPIEZA
EN EQUIPOS ELÉCTRICOS3 3 3 27 POSIBLE
NO ES EMERGENCIA
PERO DEBE SER
CORREGIDO
FISURAS LOS
TRANSFORMADORES
DE LA SUBESTACIÓN
1 3 3 9 ACEPTABLEPUEDE OMITIRSE
LA CORRECIÓN
REALIZACIÓN DE TRABAJOS
EN CALIENTE7 1 6 42 POSIBLE
NO ES EMERGENCIA
PERO DEBE SER
CORREGIDO
RIESGOS ELÉCTRICOS
RIESGOS POR AMBIENTE Y LUGAR DE TRABAJO
OTROS RIESGOS
TABLA DE VALORACIÓN DE RIESGOS
LAS CIFRAS INDICADAS ESTÁN BASADAS EN VALORES REALES DE INSTALACIONES SIMILARES, SIN EMBARGO,
SOLO DEBEN SER TOMADAS COMO REFERENCIA A EFECTOS EXCLUSIVAMENTE DEL DESARROLLO DE LOS
EJEMPLOS DEL PRESENTE PROYECTO.
C= CONSECUENCIAS, E= EPOSICIÓN, P= PROBABILIDAD, GR= GRADO DE RIESGO, R= RESULTADO, A= ACCIÓN
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2.4. INSTALACIONES DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO
La mayoría de los riesgos contemplados en una instalación del tipo que hemos
llevado a estudio, corresponden a incidentes de naturaleza eléctrica, ya que existe una
gran concentración de armarios eléctricos y cableados, característicos de la propia
instalación.
Para reducir los riesgos de la subestación eléctrica de tracción, será necesaria la
instalación de un sistema de detección y de un sistema de protección activa, para poder
así, mitigar o reducir las posibles consecuencias derivadas de un incendio dentro del
recinto, además de requerir sistemas de extinción manuales.
2.4.1. EXTINTORES PORTÁTILES
Como hemos visto el R.D.2267/2004, será necesario
instalar extintores para una pronta actuación si el incidente se
produjera mientras se elaboran las tareas de mantenimiento o/y
reparación del módulo de la subestación. Se instalarán
extintores portátiles de 5 Kg de CO2, ya que el riesgo es eléctrico
y los elementos a proteger tienen un alto valor, con este tipo de
extintor, al ser gas, se evitan daños innecesarios en las
instalaciones. Deben ser instalados de tal manera que el
recorrido desde cualquier punto de la subestación hasta el un
extintor no supere los 10 m, además, deben estar colocados
visiblemente donde estén fácilmente accesibles y a disposición
inmediata en caso de incendio. Por tanto, se colocarán dos
extintores de este tipo, cada uno de ellos en las puertas que dan
acceso desde la sala de telecomunicaciones y servicios auxiliares a las salas donde se
encuentran los transformadores.
A continuación se comprarán los distintos sistemas de protección activa
existentes, para poder finalmente instalar el que más se adecue al módulo de la
subestación eléctrica de tracción, en función de la efectividad, costes y mantenimiento de
los mismos.
Imagen 11: Extintor de polvo químico ABC
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2.4.2. SISTEMAS DE PROTECCIÓN ACTIVA:
Existe una amplia gama de sistemas de protección activa, pero se debe tener en
cuenta que tipo de sistemas son los que se van a proteger. Se va a realizar una
comparación entre los distintos sistemas de protección activa existentes, para así, poder
determinar cuál es el más conveniente en relación calidad- precio para el módulo de la
subestación de tracción a estudio:
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EFECTO EN PROPIEDADES EFECTO EN SERES
HUMANOS EFECTOS MEDIO AMBIENTE
ROCIADORES
Pueden causar un extenso daño a las propiedades, ya que la descarga de agua es de grandes cantidades y el
tamaño de gota es muy grande. Ello implica que no se aconseje su uso
para riesgos eléctricos.
No existe riego Durante su funcionamiento pueden generar humos y substancias que no
respetan el medio ambiente.
AGUA PULVERIZADA
Pueden causar daños a las propiedades, aunque en menor
medida que el sistema de rociadores, ya que el tamaño de la gota es en su mayoría mediano. Se desaconseja su
uso para riesgos eléctricos, aunque en transformadores con una capacidad
de líquido refrigerante igual o superior a 600 litros, es obligatorio su
uso.
No existe riego Durante su funcionamiento pueden disipar vapores o gases inflamables.
AGUA NEBULIZADA
Pueden causar pequeños daños a propiedades. Pueden usarse en
instalaciones de riesgo eléctrico, ya que las gotas de agua son de tamaños
muy pequeños, provocando que la evaporación de las gotas sea casi
instantánea.
No existe riego Durante su funcionamiento pueden generar humos y substancias que no
respetan el medio ambiente.
AGUA-ESPUMA
Pueden ser corrosivos debido a la gran concentración de agua. Los
residuos son dañinos para riesgos eléctricos delicados, por lo que se
desaconseja su uso para este tipo de riesgo.
Necesario el uso de protecciones cuando se usen sistemas fijos de
espuma
Los residuos pueden ser difíciles de limpiar y la espuma puede ser
venenosa.
CO2
El efecto de enfriamiento, causa condensación-niebla. No deja
residuos. No daña los equipos.
Altamente peligroso, antes de su aplicación, el
establecimiento debe estar totalmente desocupado.
No genera problemas medioambientales.
GASES INERTES No causan daños. No son conductores
de la electricidad. Se evaporan rápidamente sin dejar residuos.
Pueden acarrear falta de oxígeno durante su
descarga. El Inergen incluye un 8% de CO2, lo que
puede provocar daños a los seres humanos.
No son una amenaza para el medio ambiente, ya que sus componentes son
fabricados de forma natural.
HALON No causan daños. Puede ser utilizado en presencia de personas, pero ha sido prohibido.
Dañino con el medio ambiente, deteriora la capa de ozono. Se prohibió
su fabricación en 1994, en la convención de Copenhague.
AEROSOLES No causan daños.
No es tóxico, puede usarse en presencia de personas, aunque se recomienda su
uso para locales normalmente no ocupados.
Amigable para el medio ambiente, no daña la capa de ozono. No influye en el
calentamiento global del planeta.
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Tabla 8: Comparativa de los sistemas de protección activa, parte 1.
EFECTIVIDAD CONDICIONES DE APLICACIÓN FUNCIONAMIENTO
ROCIADORES
Controlan con éxito entre el 98 y 99% de los incendios producidos en locales
protegidos
Grandes densidades de agua a aplicar
Existen por sofocación y enfriamiento.
AGUA PULVERIZADA
Producen una doble acción sobre el elemento a proteger: por un lado sofoca el fuego y
por otro enfría el sistema protegido.
Tasa de aplicación de agua: entre 8,15 y 20,4 mm/min.
Extinguen por sofocación y enfriamiento.
AGUA NEBULIZADA
Necesario realizar protocolos de ensayos a escala real y
evaluaciones de los componentes del sistema en
laboratorios de ensayo cualificados.
No se manejan densidades genéricas, aunque las densidades de aplicación son menores que en
los demás sistemas de agua debido al menor tamaño de las gotas.
Extinguen mediante enfriamiento debido a la rápida evaporación de las pequeñas gotas, además esto
provoca el desplazamiento localizado del oxígeno en la
vecindad de las gotas vaporizadas. Produce un bloqueo del calor
radiante y además el enfriamiento y mojado del combustible.
AGUA-ESPUMA
Muy eficaces en combustibles clase B.
Su uso está limitado a pequeñas instalaciones.
La tasa de aplicación dependerá de la densidad requerida, del área
de aplicación, del tiempo de aplicación y de la concentración de
espuma.
Crea una película de espuma sobre el líquido a proteger, lo que impide
el contracto del oxígeno del aire con la superficie de evaporación del líquido inflamado. Además el
agua contenida en la espuma produce un efecto refrigerante en
las paredes del recipiente.
CO2 Eficaz y fiable. Requiere
estanqueidad del recinto.
Requiere una concentración mínima de diseño del 34% en
volumen.
Extingue mediante desplazamiento del oxígeno y el enfriamiento de la
zona, ya que la descarga se produce a -79ºC.
GASES INERTES
Su eficacia y fiabilidad solo puede ser garantizada si su
selección, diseño, instalación y mantenimiento, se llevan a
cabo por profesionales expertos y con metodología
adecuada.
En espacios normalmente ocupados se permiten
concentraciones de hasta el 43% durante 5 minutos.
Para impedir la re ignición el tiempo mínimo que debe
mantenerse la concentración es de 10 minutos.
Extinguen al provocar la reducción de la concentración de oxígeno
hasta un nivel donde la combustión no se mantiene. Como no enfrían el
combustible puede producirse re ignición.
HALON
Agente extintor muy eficaz en casos de detección temprana.
Requiere estanqueidad del recinto. Necesita retención
mínima de 10 minutos.
Prohibido su uso. Extinguen rompiendo la reacción
en cadena del proceso de combustión
AEROSOLES Muy eficaz en pequeños
locales cerrados.
Hay diferentes tamaños que generan diversas cantidades de
aerosol, la cantidad necesaria para cada instalación dependerá de las
dimensiones de las mismas.
Extinguen eliminando los radicales libres de la llama y disminuyendo la
energía contenida en la llama.
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Tabla 9: Comparativa de los sistemas de protección activa, parte 2.
ELEMETOS DE LA INSTALACIÓN ZONAS DE USO
ROCIADORES
Red de tuberías para alimentar a los rociadores y sus uniones y soportes, puesto de control válvulas de control
alarma local y/o remota para cuando el sistema entra en operación.
Descarga de agua únicamente en el área donde ocurre el incendio
AGUA PULVERIZADA
Tuberías y accesorios, soportes y apoyos, válvulas, toberas, filtros, medios de activación, conexión de
limpieza, filtros, bombas.
Descarga de agua únicamente en el área donde ocurre el incendio
AGUA NEBULIZADA
Tuberías y accesorios, soportes y apoyos, válvulas, toberas, filtros, medios de activación, conexión de
limpieza, filtros, bombas.
Están diseñados para proteger todos los riesgos en un espacio volumétrico cerrado
o para la aplicación local de un objeto o riesgo particular.
AGUA-ESPUMA
Tuberías y accesorios, soportes y apoyos, válvulas, lanzas, filtros, medios de activación, conexión de
limpieza, filtros, bombas, proporcionador, tanques de espumojeno
Suelen aplicarse en la protección de fuegos combustibles en tanques, zonas con
posibles derrames y cubetos.
CO2
Tuberías y accesorios, cilindros a presión, válvulas de retención, básculas de pesaje, boquillas de descarga, herrajes, sistema de disparo, sistema de control de
pesaje continuo, difusores. Necesidad de alarmas ópticas y acústicas de pre descarga.
Pueden aplicarse tanto de forma local como por inundación total, es necesaria la
estanqueidad de la instalación durante un tiempo establecido por el fabricante para poder extinguir el fuego y que no exista re
ignición del mismo.
GASES INERTES
Tuberías y accesorios, cilindros a presión, válvulas de retención, básculas de pesaje, boquillas de descarga, herrajes, sistema de disparo, sistema de control de
pesaje continuo, difusores.
Su aplicación solamente puede ser por inundación total del recinto y requiere la
inertización del reciento.
HALON
Tuberías y accesorios, cilindros a presión, válvulas de retención, básculas de pesaje, boquillas de descarga, herrajes, sistema de disparo, sistema de control de
pesaje continuo, difusores.
Ya no está permitido su uso.
AEROSOLES No requiere tuberías, ni difusores ni cualquier otro tipo de accesorio, solamente el bote generador del aerosol y
el sistema de detección asociado si fuera necesario.
Se usan en pequeños locales confinados, algunos ejemplos son: armarios de
telecomunicaciones, cuadros eléctricos, vehículos especiales, turbinas de viento,
etc.
Tabla 10: Comparativa de los sistemas de protección activa, parte 3.
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MANTENIMIENTO USO
ROCIADORES
Semanal: comprobación de la bomba sin flujo. Trimestral: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas, mandos, conexiones y
mangueras), alarmas de nivel de agua, estado del tanque. Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de componentes, prueba de desagüe principal. Prueba de correcto funcionamiento, realizada por
personal competente. Comprobación de la bomba con flujo.
Muy usado para una gran variedad de instalaciones
AGUA PULVERIZADA
Semanal: comprobación de la bomba sin flujo. Trimestral: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas, mandos, conexiones y
mangueras), alarmas de nivel de agua, estado del tanque. Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de componentes, prueba de desagüe principal. Prueba de correcto funcionamiento, realizada por
personal competente. Comprobación de la bomba con flujo.
Muy usado en instalaciones de refrigeración de
elementos portantes y paredes y en
transformadores y cintas transportadoras.
AGUA NEBULIZADA
Semanal: comprobación de la bomba sin flujo. Trimestral: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas, mandos, conexiones y
mangueras), alarmas de nivel de agua, estado del tanque. Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de componentes, prueba de desagüe principal. Prueba de correcto funcionamiento, realizada por
personal competente. Comprobación de la bomba con flujo.
Nivel de desconocimiento sobre que son, como se
usan y cuando se pueden usar.
AGUA-ESPUMA
Semanal: comprobación de la bomba sin flujo. Trimestral: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas, mandos, conexiones y
mangueras), alarmas de nivel de agua, estado del tanque. Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de componentes, prueba de desagüe principal. Prueba de correcto funcionamiento, realizada por
personal competente. Comprobación de la bomba con flujo.
Uso muy extendido para líquidos inflamables.
CO2
Cada tres meses: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas y mandos), comprobación de la carga de la instalación y de las botellas de
gas impulsor, cuando exista. Comprobación de circuitos Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de
componentes, comprobación de carga del agente extintor (peso y/o presión). Prueba de personal competente de su funcionamiento.
Cada vez menos usado por ser excesivamente
tóxico.
GASES INERTES
Cada tres meses: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas y mandos), comprobación de la carga de la instalación y de las botellas de
gas impulsor, cuando exista. Comprobación de circuitos Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de
componentes, comprobación de carga del agente extintor (peso y/o presión). Prueba de personal competente de su funcionamiento.
Muy usado en instalaciones eléctricas.
HALON
Cada tres meses: comprobación de boquillas, estado del sistema (válvulas y mandos), comprobación de la carga de la instalación y de las botellas de
gas impulsor, cuando exista. Comprobación de circuitos Anualmente: comprobación integral incluyendo: verificación de
componentes, comprobación de carga del agente extintor (peso y/o presión). Prueba de personal competente de su funcionamiento.
Prohibido su uso.
AEROSOLES
Mantenimiento mínimo. Semanalmente comprobar las conexiones eléctricas y cada 6 meses comprobar la continuidad eléctrica y
componentes eléctricos e inspeccionar la posición de los generadores. A los 10 años reemplazarlos.
Muy poco extendido en España.
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Tabla 11: Comparativa de los sistemas de protección activa, parte 4.
Al comparar los distintos sistemas de protección activa, comprobamos que los
sistemas cuyo funcionamiento se basan en la extinción mediante agua, como son el
sistema de rociadores, el sistema de agua pulverizada o los sistemas de agua-espuma,
no son válidos para las instalaciones con riesgo eléctrico, a excepción del sistema de
agua nebulizada, ya que pueden provocar daños considerables en la instalación, por lo
tanto quedan descartados para la protección del módulo de la subestación eléctrica.
El sistema de extinción mediante agua nebulizada puede ser usado en riesgos de
equipos eléctricos y electrónicos, en los últimos años el empleo de este sistema en la
protección automática de riesgos y bienes, ha demostrado ser una excelente alternativa
a la utilización de Halones, cuyo uso quedó prohibido en 1994, por ser un elemento
altamente dañino para la capa de ozono. Los inconvenientes que conlleva el sistema de
agua pulverizada para esta instalación son los siguientes:
Requiere un depósito para el suministro de agua, aunque el volumen
necesario no es elevado debido a la división del agua en gotas de muy
pequeño tamaño.
La instalación del sistema es complicada y requiere una elevada cantidad
de accesorios, necesita la instalación de una bomba para la circulación del
agua por el sistema y todas las tuberías y accesorios se deberán instalar
para que el sistema completo se pueda drenar.
Mantenimiento: Como se puede observar en la tabla superior, requiere
mantenimiento semanal, trimestral y anual, requiriendo pues una gran
inversión de tiempo y económica.
Todo esto conlleva un alto coste tanto económico, además del tiempo empleado en
la instalación y el mantenimiento de la misma.
Otra opción a usar para la protección del módulo de la subestación, es la instalación
de un sistema de extinción mediante agentes gaseosos, es un sistema muy eficaz para
fuegos de tipo eléctrico, ya que son elementos no conductores de la electricidad, éste es
el tipo de fuego que se desarrolla dentro de la subestación a proteger. Dentro de estos
sistemas existen varios tipos de agentes extintores, hay que tener en cuenta que la
descarga del agente extintor provoca una reducción de la concentración inicial del
oxígeno, aumento de la presión en la sala y reducción de temperatura.
Dentro de los agentes gaseosos se pueden encontrar varios tipos, como se puede
ver en la tabla comparativa expuesta anteriormente:
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Los Halones quedaron prohibidos en 1994, por tanto, este tipo de extinción
no podría ser utilizada para proteger la instalación
El CO2 es un agente limpio, que carece de problemas medioambientales,
se trata de un sistema muy eficaz, pero la descarga en locales con presencia
de personal podría provocar la muerte, por lo que debe programarse una
alarma y un cierto retardo en la descarga. Además del peligro que conlleva
este sistema el personal que pueda encontrarse en la instalación durante
las acciones de mantenimiento, otro inconveniente de este sistema, y de
todos los sistemas de agentes gaseosos, es el alto coste que requiere la
propia instalación del sistema, ya que conlleva tuberías, boquillas para la
descarga, cilindros a alta o baja presión (dependiendo del sistema elegido),
la alarma para evacuación del recinto y accesorios. Todo esto conlleva un
alto coste económico, además requiere un continuo mantenimiento, como
se puede observar en la tabla superior.
Gases inertes: e igual modo que el CO2, estos gases no son perjudiciales
para el medio ambiente, sin embargo en esta caso no generan un riesgo
inminente para el ser humano, aunque sí que pueden llegar a generar falta
de oxígeno, ya que extinguen desplazando el oxígeno de la habitación, es
por este motivo por el que en espacios normalmente ocupados, las
concentraciones de dichos gases están limitadas en cuanto a porcentajes
de oxígeno y de tiempo. Su fiabilidad depende de la concentración de
diseño, de la cantidad de agente extintor requerido y del tiempo de descarga,
además de la estanqueidad del recinto a proteger, ya que si la sala no está
suficientemente estanca, no se podrá mantener la concentración requerida
para la extinción. Los gases denominados como gases inertes son mezclas
de Argón y Nitrógeno en distintas proporciones, a excepción del Inergen,
que contiene un 8% de CO2. Se almacenan como gases comprimidos, por
Imagen 12: Sistema de protección por gas.
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tanto requieren un gran volumen de almacenamiento, lo que se traduce en
un aumento del espacio ocupado por ellos fuera del recinto a proteger.
Su instalación tiene un coste elevado, ya que este sistema de descarga
requiere de muchos elementos, como son: tuberías, valvulería, accesorios,
botellas del agente extintor. Requieren un alto coste de mantenimiento, ya
que tanto trimestral como anualmente requieren de diversas acciones para
asegurar el buen funcionamiento del sistema.
Como última opción, se encuentran los sistemas de protección mediante
generadores de aerosol, estos sistemas extinguen rompiendo los radicales libre de la
llama, a diferencia de los gases, el aerosol se mantiene en suspensión al menos una hora.
Son respetuosos con el medio ambiente y su factor potencial de calentamiento global es
nulo. No son perjudiciales para los seres humanos, ya que extinguen sin agotar el oxígeno
y después de quince minutos de exposición al mismo, no se producen niveles peligrosos
de CO, CO2 y NOx. Su instalación es muy sencilla y no requieren de tuberías ni de válvulas
o accesorios adicionales, simplemente los cilindros de tamaño reducido y el sistema de
detección que se requiera, por lo tanto los costes de instalación son mínimos, además no
necesitan pruebas de mantenimientos costosas y a los 10 años se cambian los
generadores por unos nuevos y se conectan al sistema de detección que ya tenía la
instalación.
Al comparar los distintos sistemas descritos, se optará por los sistemas de
protección mediante generadores de aerosol, ya que se trata de un sistema muy
económico, pues no necesita costosos sistemas de cañerías, además no requiere de
zonas exteriores para colocar los cilindros del agente extintor a diferencia de los sistemas
de extinción mediante agentes gaseosos y el mantenimiento de sus instalaciones son
mínimas.
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3. ALTERNATIVAS CON AEROSOLES
Una vez determinado el tipo de protección activa que se va a disponer en la
subestación de tracción, se barajarán las distintas configuraciones posibles a instalar, y
los sistemas de detección que se deben instalar en el caso de que estos fueran
necesarios.
Como se comentó en la primera parte de la memoria de este proyecto, existen
distintas formas de activación de los generadores de aerosol, por una parte están los
sistemas de activación manual, los cuales no requieren de una fuente externa para poder
actuar y los sistemas eléctricos, que van directamente conectados a un sistema de
detección y control.
Puesto que la subestación eléctrica se encuentra aislada, y se trata de una instancia
normalmente no ocupada, se optará por instalar generadores de activación eléctrica
asociados a un sistema de detección. Dentro de estos sistemas, pueden instalarse dos
configuraciones distintas, por un lado existe la posibilidad de proteger los armarios
eléctricos independientemente, adjuntándoles un sistema de detección a cada uno de
ellos y por otro lao puede protegerse la instalación entera en bloque, colocando los
generadores en las zonas comunes.
Antes de estudiar las posibles configuraciones a instalar, es conveniente determinar
que marca de generadores de aerosol van a instalarse, ya que no todas tienen las mismas
certificaciones ni condiciones. En la siguiente tabla, se presenta una comparación entre
las marcas más conocidas del mercado.
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Características Stat-X Firepro Pyrogen Dynameco
Densidad de aplicación requerida: (incluido un 30% de factor de seguridad) Clase A Clase B Clase C ( depende de la proporción del contenido de A y/0 B)
97 gr/m3 67 gr/m3
112 gr/m3 106 gr/m3
108 gr/m3 108 gr/m3
No Clase A >100 gr/m3
Toxicidad No Tóxico Desconocido Toxicidad Toxicidad
NIOSH IDJH
Air-Bag Standard
Moderada Moderada
NO 100 50,1 1,08 Dato no
disponible 130,80 2,50
NO2 20 9,9 0,97 Dato no
disponible 439,20 6,75
NOx 120 60 2,05 Dato no
disponible 570,00 9,25
CO 1200 445 84,2 Dato no
disponible 11434,00 3500,00
CO2 40000 40000 756 Dato no
disponible 20700,00 9250,00
NH3 300 151,5 58,3 Dato no
disponible 3850,00 428,20
* Límites excedidos
Aprobaciones Internacionales principales:
UL (A,B,C) SI NO NO NO
ULC (A,B,C) SI SI NO NO
MCA (UK) SI SI SI* NO
ECB (Holanda) SI SI NO NO
ActivFire (Australia) SI NO SI NO
ABS SI NO SI NO
*Solo probado fuegos tipo B
Constituyentes del aerosol
Partículas 70% 40% 40% 40%
Gas 30% 60% 60% 60%
Sobrepresiones NO SI SI SI
Cuerpo de Acero SI NO NO NO
Lugar de producción USA RUSIA/ RUSIA/MALASIA ALEMANIA
Tabla 11: Comparación de los generadores de aerosol de las principales marcas
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Al comparar las distintas marcas de generadores de aerosol, se ha optado por
instalar en el recinto a estudio, aquella que posea más aprobaciones internacionales y
ofrezcas mejores prestaciones, por tanto se usarán generadores de aerosol Stat-X.
Alternativas para la protección:
Inundación total de la sala: Se disponen generadores de aerosol distribuidos
por las diferentes salas, activados mediante un sistema de aspiración
altamente sensible y todo ello controlado mediante un panel de alarma y
extinción. Las ventajas e inconvenientes que conlleva esta configuración
son:
o Aunque el sistema de detección mediante aspiración es un sistema
con un precio un poco elevado, se compensa en costes de
instalación, ya que se trata de una instalación muy sencilla, puesto
que la colocación de los generadores se realiza en la parte alta de la
subestación y no es necesario que sea realizada por personal
altamente cualificado, ya que no implica contacto con los diferentes
armarios eléctricos que se encuentran dentro de la instalación,
disminuyendo así los costes de instalación.
o Las dimensiones de la subestación son pequeñas, por lo tanto la
cantidad de generadores requeridos para su instalación no serán
demasiado elevado.
Protección de los armarios: En este caso la protección mediante
generadores de aerosol se colocaría dentro de cada uno de los armarios de
la subestación y en los transformadores. Para activar los generadores sería
necesaria la instalación de un sistema de detección mediante cable térmico
dentro de cada armario, este tipo de detección consta de dos conductores
de una aleación de tres metales trenzados y de muy baja resistencia
cubiertos por una capa de polímero sensible al calor que, al alcanzar la
temperatura prefijada, se rompe permitiendo el contacto de los conductores
para producir una alarma. En este caso las ventajas e inconvenientes son:
o La masa de aerosol requerida para esta configuración de aerosoles
sería menor que si se protege mediante la inundación total de la
instalación, por tanto, el coste de los generadores de aerosol sería
más bajo, además el sistema de detección mediante cable térmico
es un sistema muy económico, aunque una vez que se activa, es
necesario reemplazarlo por uno nuevo.
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o El coste de la instalación, en este caso, es más elevada, ya que debe
realizarse por personal altamente cualificado, ya que muchos de los
armarios tiene un alto riesgo de electrificación. Además el tiempo
empleado en la instalación y mantenimiento de los generadores
aumenta considerablemente, ya que se debe realizar armario por
armario.
Por su eficacia, sencillez de instalación y mantenimiento, y al no existir diferencias
de precio importantes entre las dos alternativas, se decide proteger el reciento mediante
inundación total de la subestación.
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3.1. PROYECTO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS DE
SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE TRACCIÓN
La solución finalmente adoptada para protección contra incendios de la subestación
de tracción es mediante AEROSOLES STAT-X, por inundación total de la sala, los
generadores de aerosol serán activados mediante un sistema de detección por
aspiración, todo ello controlado mediante un panel de alarma y extinción, que transitaría
una señal de alarma a una central exterior remota en caso de activación.
3.1.1. MÉTODO DE CÁLCULO
Para calcular la cantidad de aerosol requerido en la instalación, se utilizará el
siguiente procedimiento:
Ahora se calcula la cantidad de aerosol necesario para proteger el recinto:
M = K1 X K2 X K3 X V X q
Donde,
M Es la masa total de aerosol necesaria para proteger el recinto del peligro.
K1 Es una proporción basada en la no uniformidad de la distribución del
aerosol, de acuerdo con la altura del recinto protegido.
K2 Es la relación en base a la tasa de fuga calculada y la distribución de fuga
para el volumen protegido.
K3 Es la relación sobre la base de parámetros específicos para túneles de
cable.
V Es el volumen total del área protegida en metros cúbicos.
Q Es la densidad de diseño de aerosoles necesaria para extinguir el peligro.
Valores del factor K1:
o K1 = 1,00 cuando la altura del reciento ≤ 3,5 metros.
o K1 = valores desde 1,01 hasta 1,16, cuando la altura del reciento se
encuentra entre 3,51 y 5,0 metros.
o K1 = valores desde 1,17 hasta 1,26 cuando la altura del reciento se
encuentra entre 5,1 y 8,0 metros.
Valores del factor K2: Este factor se determina con la relación entre el parámetro de
fugas (Lp) y la distribución de las fugas dentro del recinto protegido.
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El parámetro de fugas es la relación entre la suma de las áreas de las aberturas no
cerradas y el volumen del recinto:
𝐿𝑝 = ∑ 𝐴 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎𝑠
𝑉
La distribución de las fugas dentro del recinto es la relación entre el área de las
aberturas no cerradas de la mitad superior del área protegida y la suma de todas las
aberturas no cerradas.
𝐿𝐻 = 𝐴 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
∑ 𝐴 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎𝑠 𝑋 100%
Lp (m-1)
Valor de K2, de acuerdo con la distribución de fugas dentro del recinto (LH en %)
0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.000 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025 1.025
0.001 1.028 1.031 1.037 1.049 1.062 1.075 1.087 1.089 1.089 1.074 1.057 1.046
0.002 1.032 1.037 1.048 1.073 1.098 1.122 1.146 1.150 1.150 1.122 1.088 1.066
0.003 1.035 1.042 1.060 1.097 1.133 1.169 1.203 1.208 1.208 1.168 1.119 1.086
0.004 1.038 1.048 1.071 1.120 1.167 1.214 1.258 1.265 1.265 1.213 1.149 1.106
0.005 1.033 1.053 1.082 1.143 1.201 1.258 1.312 1.320 1.320 1.257 1.178 1.125
0.006 1.045 1.059 1.094 1.166 1.234 1.301 1.363 1.373 1.373 1.299 1.207 1.144
0.007 1.048 1.064 1.105 1.188 1.266 1.343 1.413 1.424 1.424 1.340 1.235 1.163
0.008 1.051 1.070 1.116 1.210 1.298 1.384 1.462 1.473 1.473 1.380 1.262 1.181
0.009 1.054 1.075 1.127 1.232 1.329 1.423 1.508 1.521 1.521 1.419 1.289 1.200
0.010 1.057 1.080 1.136 1.253 1.359 1.462 1.554 1.568 1.568 1.457 1.315 1.217
0.011 1.060 1.086 1.149 1.275 1.390 1.500 1.598 1.612 1.612 1.493 1.341 1.235
0.012 1.064 1.092 1.160 1.296 1.419 1.536 1.641 1.656 1.656 1.529 1.366 1.252
0.013 1.067 1.097 1.170 1.316 1.448 1.572 1.682 1.698 1.698 1.563 1.391 1.269
0.014 1.070 1.103 1.181 1.337 1.476 1.607 1.722 1.739 1.739 1.597 1.415 1.280
0.015 1.075 1.108 1.192 1.357 1.504 1.641 1.761 1.778 1.778 1.630 1.439 1.303
0.016 1.076 1.134 1.202 1.377 1.531 1.675 1.799 1.817 1.817 1.662 1.462 1.319
0.017 1.079 1.119 1.213 1.396 1.558 1.707 1.836 1.855 1.855 1.693 1.485 1.335
0.018 1.083 1.124 1.223 1.416 1.585 1.739 1.872 1.891 1.891 1.724 1.508 1.351
0.019 1.086 1.130 1.234 1.435 1.610 1.770 1.907 1.926 1.926 1.754 1.530 1.366
0.020 1.089 1.135 1.244 1.454 1.636 1.800 1.941 1.961 1.961 1.783 1.552 1.382
0.021 1.092 1.140 1.254 1.473 1.661 1.830 1.974 1.994 1.994 1.811 1.573 1.399
0.022 1.095 1.146 1.264 1.491 1.685 1.859 2.006 2.027 2.027 1.839 1.594 1.412
0.023 1.098 1.151 1.275 1.510 1.709 1.888 2.038 2.058 2.058 1.866 1.614 1.427
0.024 1.101 1.156 1.285 1.528 1.733 1.915 2.068 2.089 2.089 1.892 1.634 1.442
0.025 1.104 1.161 1.295 1.546 1.756 1.993 2.098 2.119 2.119 1.918 1.654 1.456
0.026 1.107 1.167 1.305 1.563 1.779 1.969 2.127 2.149 2.149 1.943 1.674 1.470
0.027 1.111 1.172 1.315 1.581 1.802 1.995 2.156 2.177 2.177 1.968 1.693 1.484
0.028 1.114 1.177 1.324 1.598 1.824 2.021 2.183 2.205 2.205 1.992 1.712 1.498
0.029 1.117 1.182 1.334 1.615 1.846 2.046 2.210 2.232 2.232 2.016 1.730 1.511
0.030 1.120 1.188 1.344 1.632 1.867 2.071 2.237 2.258 2.258 2.039 1.748 1.524
0.031 1.123 1.193 1.354 1.648 1.888 2.095 2.263 2.285 2.285 2.061 1.766 1.538
0.032 1.126 1.198 1.363 1.665 1.909 2.118 2.288 2.310 2.310 2.083 1.784 1.551
0.033 1.129 1.203 1.373 1.681 1.929 2.141 2.313 2.335 2.335 2.105 1.801 1.564
0.034 1.132 1.208 1.382 1.679 1.990 2.164 2.337 2.359 2.359 2.126 1.818 1.577
0.035 1.135 1.213 1.392 1.713 1.969 2.186 2.360 2.382 2.382 2.147 1.834 1.589
0.036 1.138 1.218 1.401 1.729 1.989 2.208 2.383 2.405 2.405 2.167 1.851 1.602
0.037 1.141 1.223 1.410 1.745 2.008 2.229 2.406 2.428 2.428 2.187 1.867 1.614
0.038 1.144 1.229 1.420 1.760 2.027 2.250 2.428 2.450 2.450 2.207 1.883 1.625
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0.039 1.147 1.234 1.429 1.775 2.045 2.271 2.449 2.472 2.472 2.226 1.899 1.638
0.040 1.150 1.239 1.438 1.790 2.064 2.291 2.470 2.493 2.493 2.245 1.914 1.649
0.050 1.185 1.261 1.497 1.883 2.217 2.459 2.638 2.672 2.672 2.417 2.050 1.742
0.060 1.208 1.294 1.550 1.983 2.327 2.600 2.792 2.833 2.833 2.544 2.167 1.817
0.070 1.226 1.318 1.617 2.075 2.458 2.733 2.942 2.992 2.992 2.698 2.268 1.878
0.080 1.263 1.356 1.667 2.175 2.577 2.892 3.100 3.159 3.159 2.843 2.391 1.975
0.090 1.294 1.393 1.733 2.292 2.708 3.058 3.294 3.358 3.358 3.000 2.525 2.066
0.100 1.319 1.438 1.781 2.358 2.808 3.168 3.418 3.462 3.462 3.107 2.614 2.138
0.110 1.351 1.468 1.854 2.454 2.932 3.300 3.556 3.597 3.597 3.225 2.713 2.228
0.120 1.382 1.504 1.923 2.556 3.049 3.423 3.683 3.721 3.721 3.334 2.804 2.298
0.130 1.413 1.540 1.988 2.653 3.160 3.535 3.798 3.834 3.834 3.435 2.888 2.363
0.140 1.444 1.577 2.048 2.745 3.265 3.638 3.901 3.937 3.937 3.526 2.963 2.423
Tabla 12: Valores del factor K2
Valores del factor K3:
o K3 = 1,5 para las estructuras de cable.
o K3 = 1,7 para estructuras de cable donde el eje longitudinal de la estructura
se encuentra con un ángulo > 45º sobre el horizonte (colectores de cables
inclinados, túneles y pozos de cables verticales)
o K3 = 1,0 para el resto de las estructuras.
La densidad de diseño del aerosol necesaria para apagar el incendio, depende del
tipo de la clase de peligro que se tiene en la instalación.
Clase de fuego Densidad de aplicación (gramos/m3 )
Clase A 97.15
Clase B 66.95
Clase C Determinado por la clase A o B
Tabla 13: Densidades de diseño
Una vez que se ha calculado la cantidad de aerosol necesario para cubrir el riesgo,
se ha de determinar que unidad de generador de aerosol se va a instalar. Como ya se ha
determinado anteriormente, los generadores de aerosol será unidades activadas
eléctricamente, las opciones disponibles se muestran en la siguiente tabla:
Las coberturas de las unidades eléctricas son:
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Tabla 14: Unidades eléctricas de generadores de aerosol
Modelo Volumen
máximo (m3) Área máxima
(m) Altura Máxima de montaje (m)
30 E 0,45 1,20 X 1,20 1,22
60 E 0,9 1,70 X 1,70 2
100 E 1,49 2,18 X 2,18 2,5
250 E 3,73 3,45 X 3,45 2,75
500 E 7,46 4,88 X 4,88 3,5
1000 E 24,9 4,88 X 4,88 5
1500 E 22,4 4,88 X 4,88 5
2500 E 37,3 4,88 X 4,88 5
Tabla 15: Cobertura de unidades eléctricas
Finalmente, para calcular el número de generadores de aerosol requeridos para la
protección de la instalación, se realizará con la siguiente ecuación:
𝑁 = 𝑀
𝑚
Donde,
N Número de generadores de aerosol requeridos. Si el valor de N es decimal, se
redondea a un número entero.
M masa total de aerosol requerida (gr).
m masa del generador de aerosol individual (gr).
30 E 60 E 100 E 250 E 500 E 1000 E 1500 E 2500 E
0,03 0,06 0,10 0,25 0,50 1,00 1,50 2,50
0,36 0,48 1,44 2,72 3,63 7,05 8,60 11,30
74 107 121 132 180 170 203 267
51 51 76 127 127 203 203 203
8,0 8,5 11,5 12,0 21,0 16,0 23,0 37,0
Paralelo 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Serie 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
50 50 50 50 50 50 50 50Duración del pulso
(milisegundos)
PARÁMETROS
Corriente de
activación (Amp)
Masa de Aerosol (Kg)
Unidad de embalaje(Kg)
Largo (mm)
Diámetro (mm)
Tiempo de descarga (s)
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3.1.2. DISEÑO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS
La gran concentración de software y hardware en estas subestaciones representan
una elevada inversión para la compañía, y un corte en la línea o la pérdida total de alguno
de los cuadros o transformadores de la misma generarían a la compañía un enorme coste
económico. El tipo de fuego que se produce en estas instalaciones, suelen ser fuegos sin
llama, en muchas ocasiones el humo llega al exterior del sistema cuando el daño ya ha
sido causado, es por ello que un sistema de detección de incendio convencional para una
protección mediante inundación tota, no sería suficiente para este tipo de recintos. Los
detectores de alta sensibilidad por aspiración son sistemas de medición de la luz reflejada
o dispersa que recogen continuamente tomas de aire en los puntos de riesgo y son
llevadas a un detector de incendio adecuadamente instalado. En cuanto las partículas de
humo son detectadas en la toma de muestras, se inicia el proceso de extinción.
Se optará, por un sistema de detección de dos entradas de tubería, será el sistema
NAS-20 (Notifier Air Sampling system), es un sistema de detección de humos por
aspiración que utiliza una red de tubos de muestreo de aire y dirige el aire aspirado hacia
dos detectores puntuales FSl-751E en una carcasa con aspiración. Estos sistemas están
diseñados de acuerdo con la norma Europea EN 54-20. Se optará por una configuración
de red simple, que consta de un solo tubo, que puede tener una longitud máxima de 100m
con hasta 18 orificios de muestreo de 3 mm y un orificio de extremo de 6 mm, lo que será
suficiente para cubrir toda la instalación de la subestación de tracción, la cual tiene un
área total de aproximadamente 60 m2.
Imagen 13: Eficacia de los sistemas de detección.
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Ahora se diseñará la cantidad de generadores de aerosol necesaria para proteger
toda la instalación, compuesta por la Sala de Trafo 1, Sala de Trafo 2, Sala de
Sala de transformadores:
Volumen a proteger = 2,44 m X 1,84 m X 3 m = 13,47 m3
Ahora se calcula la cantidad de aerosol necesario para proteger el recinto:
M = K1 X K2 X K3 X V X q
o La altura del reciento a proteger es de 3 metros, por lo tanto el coeficiente
K1 para la instalación será 1,00.
o En el recinto descrito no hay más aberturas que las rejillas de ventilación
de las puertas, las cuales en el caso de incendio, se expande el material
intumescente quedando anulada la apertura. Por tanto, los valores de
LH y Lp serán ambos de 0, al introducir dichos datos en la tabla de
cálculo del valor K2, se obtiene que su valor es de 1,025.
o K3 vale 1, ya que la estructura a proteger no se trata de una estructura
de cable.
o El tipo de fuego que se produce en la instalación, se trata de un fuego
tipo eléctrico, que como se comentó en el apartado 2.3., para este caso,
corresponde con fuegos tipo A. Por tanto la densidad de diseño será de
97,15 gr/m3.
M = 1 X 1,025 X 1 X 13,47 X 97,15 = 1341,33 gramos
Esos son los gramos de aerosol necesarios para proteger sala de transformadores.
Las unidades de generadores de aerosol que se van a disponer son, como ya se
ha establecido anteriormente, unidades activadas eléctricamente. Se usarán para este
diseño, unidades Stat-X 500E.
La cantidad de generadores de aerosol necesarios serán:
𝑁 = 1,341
0,50= 2,68 ≈ 3 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
Serán instalarán 3 unidades Stat-X 500E repartidas según los planos 1 y 2.
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Sala de Switchgear:
Volumen a proteger = 2,44 m X 3,2 m X 3 m = 23,42 m3
Ahora se calcula la cantidad de aerosol necesario para proteger el recinto:
M = K1 X K2 X K3 X V X q
o La altura del reciento a proteger es de 3 metros, por lo tanto el
coeficiente K1 para la instalación será 1,00.
o Al igual que en el caso de la sala de transformadores, solamente existen
las rejillas de las puertas. Por tanto, los valores de LH y Lp serán ambos
de 0, al introducir dichos datos en la tabla de cálculo del valor K2, se
obtiene que su valor es de 1,025.
o K3 vale 1, ya que la estructura a proteger no se trata de una estructura
de cable.
o Como ya se mencionó, el tipo de fuego es clase A. Por tanto la densidad
de diseño será de 97,15 gr/m3.
M = 1 X 1,025 X 1 X 23,42 X 97,15 = 2332,13 gramos
Esos son los gramos de aerosol necesarios para proteger la sala de Switchgear.
Las unidades de generadores de aerosol que se van a disponer son unidades
eléctricas Stat-X 500E.
La cantidad de generadores de aerosol necesarios serán:
𝑁 = 2,332
0,50= 4,66 ≈ 5 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
Se instalarán 3 unidades Stat-X 500E repartidas según el plano adjunto 3.
Sala de cuadros:
Volumen a proteger = 12,19 m X 4,876 m X 3 m – (23,42 + 13,47) = 141,43 m3
Ahora se calcula la cantidad de aerosol necesario para proteger el recinto:
M = K1 X K2 X K3 X V X q
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o La altura del reciento a proteger es de 3 metros, por lo tanto el
coeficiente K1 para la instalación será 1,00.
o Al igual que en los casos anteriores, LH y Lp serán ambos 0,
obteniéndose un K2 igual a 1,025.
o K3 vale 1, ya que la estructura a proteger no se trata de una estructura
de cable.
o Como ya se mencionó, el tipo de fuego es clase A. Por tanto la densidad
de diseño será de 97,15 gr/m3.
M = 1 X 1,025 X 1 X 141,43 X 97,15 = 14083,42 gramos
Esos son los gramos de aerosol necesarios para proteger la sala de cuadros.
Las unidades de generadores de aerosol que se van a disponer son unidades
eléctricas Stat-X 1500E.
La cantidad de generadores de aerosol necesarios serán:
𝑁 = 14,083
1,50= 9,39 ≈ 10 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
Se instalarán 10 unidades Stat-X 1500E repartidas según el plano adjunto 4.
Total:
Sala de trafo 1: 3 unidades de 500E
Sala de trafo 2: 3 unidades de 500E
Sala Switchgear: 5 unidades 500E
Sala de cuadros: 10 unidades 1500E
Ubicación: Los generadores de aerosol se instalarán cerca del techo y con un
ángulo de descarga de entre 15º y 30º con la vertical con el fin de asegurar una
distribución máxima del aerosol durante el peligro. Deben instalarse de tal manera que
tengan una trayectoria de descarga libre de obstáculos.
La ubicación de los generadores de aerosol queda reflejada en el plano adjunto 5.
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Ilustración 14: Conjunto de señales de advertencia.
Además del sistema de detección mediante aspiración y de las unidades
generadoras de aerosol Stat-X, para completar el sistema de protección, será necesario
el siguiente equipamiento:
1. Un panel de alarma y control Sigma XT :
El panel de control va acoplado a los dispositivos de encendido y puede
accionar secuencialmente desde 1 hasta 300 unidades Stat-X, que vendrían
activadas a partir de la interfaz del sistema de detección y actuación. Incorpora
una activación manual, por si se descubre el fuego antes que el sistema de
detección automática. El panel necesitará una fuente de alimentación de 240
VCA y tendrá una batería de respaldo en caso de fallo de alimentación de la
red que proporciona otras 24 horas de energía.
2. Una alarma externa
3. Activadores secuenciales (uno para cada recinto de la instalación).
4. Un set de señales de advertencia.
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4. PRESUPUESTO
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CANTIDAD CONCEPTO PRECIO
UD. (EUROS)
PRECIO TOTAL
(EUROS)
1 Sistema de detección por aspiración de dos entradas de tubería, capacidad para alojar dos detectores VIEW.(NAS-20)
593,75 593,75
2 Detector blanco óptico de humo con cámara Láser (FSL-751E-W) 116,92 233,85
3 Pack de 10 tubos de 3 metros de longitud y material ABS libre de halógenos. Color rojo.(530-TUB)
1,72 5,16
1 Paquete de 10 empalmes entre dos tuberías de 25mm de diámetro exterior. ABS rojo. (530-EMP)
0,52 0,52
1 Paquete de 5 curvas de 90º para tubería de 25mm de diámetro exterior. ABS rojo. (530-C90)
2,46 2,46
1 Paquete de 5 curvas de 45º para tubería de 25mm de diámetro exterior. ABS rojo. (530-C45)
2,46 2,46
1 Paquete de 10 bifurcaciones en T para tubería de 25mm de diámetro exterior. ABS rojo. (530-BFT)
2,45 2,45
1 Paquete de 50 abrazaderas para la sujeción de tuberías. ABS rojo. (530-ABR)
0,36 0,36
3 Paquete de 5 kits de 8 puntos de muestreo con diámetro de 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5, 5 y 6 mm. En material ABS de color rojo.(520-MTS-80R)
1,68 5,04
8 Generadores de aerosol activados eléctricamente. Unidades Stat-X 500E
432,00 3456,00
10 Generadores de aerosol activados eléctricamente. Unidades Stat-X 1500E
752,00 7520,00
1 Panel de control Sigma XT 591,50 591,50
1 Batería de respaldo de 24 horas 25,00 25,00
4 Activadores secuenciales Stat-X 75,00 300,00
1 Set de señales de advertencia 42 42,00
1 Sirena estroboscópica externa 75 75,00
TOTAL (EUROS) 12855,56
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Asciende este presupuesto a la expresada cantidad de:
DOCE MIL OCHOCIENTOS CINCUENTA Y CINCO EUROS CON CINCUENTA Y
SEIS CÉNTIMOS.
Este presupuesto no incluye los costes de instalación, transporte y mantenimiento.
5. CONCLUSIÓN
Los generadores de aerosol, aunque son poco usados en territorio Nacional, son
una buena alternativa a la hora de proteger un recito, ya que su instalación resulta
económica y muy eficaz.
Dentro de la instalación que se ha llevado a estudio, se concluye:
La subestación cumplía con los requerimientos estructurales según la
clasificación del edificio, RIESGO INTRÏNSECO BAJO nivel 2. Además, de
acuerdo con el RD 2267/2004, era necesaria la instalación de extintores de
incendio.
Tras realizar un análisis de riesgo de la instalación, se determina la
necesidad de adoptar medidas mitigadoras adicionales para reducir el nivel
de riesgo de la subestación.
Se realiza una comparación de los métodos activos de protección,
concluyendo que en relación coste-eficacia, el método más adecuado para
la protección de la subestación es mediante inundación total por
AEROSOLES, activado mediante un sistema de detección temprana.
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BIBLIOGRAFÍA
EP 99 00 00 08SP SUBSTATIONS FIRE PROTECTION AND DETECTION STANDARD
(RailCorp)
http://www.securitysa.com/home.aspx http://www.salamandrasafety.com/ http://www.dynameco.com/ http://www.firepro-aust.com.au/ http://www.hochikisingapore.com/index.php?option=com_content&view=article&id=423:new-product&catid=39&Itemid=105 http://www.statx.com/Products.asp#fixed http://www.acornfiresecurity.com/ http://www.notifier.es/ Guía técnica de aplicación: Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales (RD 2267/2004, de 3 de Diciembre). Manual de primera intervención frente al fuego mediante el uso de extintores. Dirección general de protección civil y emergencias.
ANEXO DE PLANOS
Plano 1: Sala de trafo 1. Distribución de generadores de aerosol.
Plano 2: Sala de trafo 2. Distribución de generadores de aerosol.
Plano 3: Sala Switchgear. Distribución de generadores de aerosol.
Plano 4: Sala de armarios. Distribución de generadores de aerosol.
Plano 5: Plano general. Distribución de generadores de aerosol.