Manual de instalaciones mecanicas

Manual de Instalaciones Mecánicas

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UNIDAD I “ELEMENTOS DE LAS INSTALACIONES MECÁNICAS” MECÁNICAS”

a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U

Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


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INTRODUCCIÓN

En función de conocer los elementos de las instalaciones mecánicas, esta unidad tiene como objetivo que el alumno conozca, las normas y procedimientos de diseño, fabricación y aplicación de las tuberías, para que sea capaz de diseñar una red de tuberías por medio de elementos y conexiones que ayuden a la instalación de la misma. Dentro de esta unidad, el alumno debe aprender la utilización adecuada de los diferentes tipos de tuberías, las características principales para diseñar un sistema de tubería y conocer los elementos principales para lograr una buena instalación. El alumno estudiará también los diferentes tipos de válvulas y sus accesorios que se utilizan en las instalaciones hidráulicas, de gas y de refrigeración, así como también las conexiones que deben de usarse en este tipo de instalaciones.




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1 TUBERÍAS La tubería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación de gasoducto. gasoducto. También es posible transportar mediante tubería materiales que, si bien no son un fluido, se adecuan a este sistema, p. ej. Hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, etc. Cada sistema de tuberías, así como sus componentes, se han diseñado para cubrir las necesidades del servicio donde se utilizarán. Los factores principales que determinan el tipo de material a utilizar, los tipos de válvulas, accesorios y muchos otros detalles constructivos son: Las características del fluido que circulará por la red de tuberías : p. ej. la mezcla amoniaco-agua no deberá circular por tuberías de cobre, bronce o latón porque dicha solución reacciona con dichos materiales provocando el deterioro inmediato. Las presiones y temperaturas de trabajo : se deberá conocer principalmente la presión de trabajo para elegir la tubería del espesor adecuado (“cédula” para tuberías de acero o “uso sanitario/hidráulico sanitario/hidráulico o eléctrico” para tuberías tuberías de PVC o “tipos K, L, etc.”, para tuberías de cobre). Los números de cédula están relacionados con la presión permisible de operación y el esfuerzo del acero en la tubería. El rango de números de cédula va de 10 a 160. El gasto (flujo gasto (flujo volumétrico total ) del fluido El caudal (flujo caudal (flujo másico) del fluido Existen tres métodos de fabricación de tubería.

Sin costura: costura: La tubería se forma a partir de un lingote cilíndrico el cuál es calentado en un horno antes de la extrusión. En la extrusión el lingote cilíndrico se deforma con rodillos y posteriormente posteriormente se se hace el agujero agujero mediante mediante un un mandril mandril (perforador). La tubería sin costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Además es la forma más común de fabricación y la más comercial.

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Con costura longitudinal: longitudinal: Se parte de una lámina de chapa la cual se dobla dándole la forma a la tubería. La soladura que une los extremos de la chapa doblada cierra el cilindro. Por tanto es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Variando la separación entre los rodillos se obtienen diferentes curvas y con ello diferentes diámetros de tubería. Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal

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Con soldadura helicoidal o en espiral: La metodología es la misma que el punto anterior con la diferencia de que la soldadura no es recta sino que recorre la tubería siguiendo la tubería como si fuese roscada.

Diámetros nominales y reales. El termino nominal se refiere a una medida estándar o aproximada en pulgadas para seleccionar tuberías o accesorios pero que no coincide con los diámetros interiores y exteriores de éstos, pero es la forma correcta de solicitarlos a los proveedores, logrando brindar más información referente a la cedula o al diámetro interior real. En la tabla F1 se muestra en la primer columna el diámetro nominal de tuberías de acero cedula 40 y en la columna 2 y 4 se muestra los diámetros exteriores e interiores reales. Tabla F1 cedula 40

Tamaño nominal de la tubería (pulg) 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2

Diámetro exterior

Grosor de pared

Diámetro interior

Área de flujo

(pulg)

(mm)

(pulg)

(mm)

(pulg)

(ft)

(mm)

(ft )

0.405 0.540 0.675 0.840 1.050 1.315 1.660 1.900 2.375

10.3 13.7 17.1 21.3 26.7 33.4 42.2 48.3 60.3

0.068 0.088 0.091 0.109 0.113 0.133 0.140 0.145 0.154

1.73 2.24 2.31 2.77 2.87 3.38 3.56 3.68 3.91

0.269 0.364 0.493 0.622 0.824 1.049 1.380 1.610 2.067

0.0224 0.0303 0.0411 0.0518 0.0687 0.0874 0.1150 0.1342 0.1723

6.8 9.2 12.5 15.8 20.9 26.6 35.1 40.9 52.5

0.000394 0.000723 0.00133 0.00211 0.00370 0.00600 0.01039 0.01414 0.02333

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(m ) -5

3.660 x 10 -5 6.717 x 10 -4 1.236 x 10 -4 1.960 x 10 -4 3.437 x 10 -4 5.574 x 10 -4 9.653 x 10 -3 1.314 x 10 -3 2.168 x 10

1.1 TIPOS DE TUBERÍA a n a z u r c a r e

TUBERÍAS DE ACERO AL CARBÓN La tubería de acero al carbón es la elección para aplicaciones de alta presión. Existen con o sin costura ya sea soldable o roscable (Fig. 1.1). Usos: conducción de líquidos, aire o vapor Cumple con las normas ASTM (American Society for Testing Materials) y NMX (Norma Mexicana)

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Fig. 1.1 Tuberías de acero al carbón



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TUBERÍAS GALVANIZADAS Las tuberías galvanizadas son utilizadas principalmente para la conducción de agua, gas y aire. Para conducción de tipo industrial y estructural. La tubería galvanizada tiene alta resistencia a la corrosión ya que tiene una capa de zinc que es aplicada por medio del proceso de galvanizado por inmersión caliente. (Fig. 1.2) Usos: conducción de líquidos, aire o vapor Cumple con las normas ASTM y NMX Fig. 1.2 tubería galvanizada

TUBERÍAS DE COBRE Son ampliamente usadas en diferentes tipos de procesos y su selección depende de la aplicación de consideraciones ambientales, presión del fluido y las propiedades de éste. A continuación se da una descripción breve de los tres tipos principales de tubería de cobre rígido.

Tuberías tipo k: Se emplea comúnmente para las líneas de suministro de gas LP y natural debido a que soportan presiones relativamente altas. Se pueden emplear también para transportar agua, combustibles y aire comprimido se fabrican bajo la Norma ASTM B88. Fig. 1.3 Tubería tipo k

Tuberías tipo L: preferentemente empleadas en instalaciones sanitarias para agua potable; gas, vapor, lubricantes y diversas aplicaciones industriales o a la intemperie, empotradas o enterradas. Fig. 1.4 Tubería tipo L

Tuberías tipo M: La tubería rígida de cobre se fabrica bajo la Norma ASTM

B88. Se usa en instalaciones domiciliarias de Agua fría y caliente en casa de habitación y edificios, donde no se exceda de las presiones de trabajo a las que fue diseñada así como, de las velocidades del fluido de 3m/seg, evitando con ello un desgaste prematuro por el efecto de erosióncorrosión en la pared de la tubería. Fig. 1.5 Tubería tipo M



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TUBERÍA DE COBRE FLEXIBLE Las características de las tuberías de cobre flexible difieren de tuberías rígidas, precisamente en el temple dado en su proceso de fabricación; por lo tanto, las condiciones de uso serán diferentes aún cuando las tuberías de los dos temples sean parte de una misma aleación. Las tuberías de cobre flexible a diferencia de las rígidas se identifican solamente por el mallado (bajo relieve), el color en este caso no se usa y se marca solamente el tipo de tubería.

Fig. 1.6 Tubería de cobre flexible

Aplicaciones En rollos, por su ductibilidad y fácil adaptación con un mínimo de uniones, en redes para calefacción; áreas de superficie irregular o con obstáculos, sin necesidad de removerlos. Cada tubería está identificada con su medida nominal y tipo. OTROS TIPOS DE TUBERÍA FLEXIBLE Este tipo de tuberías se fabrican de diferentes materiales y tienen aplicaciones tales como: salidas de motores, utilización para zonas donde es difícil usar tubería rígida, así como en las zonas sísmicas. Fig. 1.7 tubería Flexible

Otros tipos de tuberías y sus uniones. Tubing: Son tuberías de diámetro pequeño de 2 ½ pulgadas máximas, construidas regularmente de acero inoxidable para usos de sistemas de aire acondicionado automotriz, intercambiadores de calor, diseño de experimentos en laboratorios o como uniones a mangueras hidráulicas.

Fig. 1.8 Tubing


1.2 CAPILARES

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Son utilizados para el control del refrigerante en equipos pequeños en aplicaciones de aire acondicionado, equipos de refrigeración doméstica y vitrinas para refrigeración comercial. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal

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Fig. 1.9 capilares

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Un tubo capilar es una longitud de tubo cuyo diámetro interno se mantiene dentro de unas tolerancias muy pequeñas. Este se emplea como un orificio fijo para desempeñar la misma función que la válvula de expansión (disminuir presión y temperatura), separando los lados de alta y baja presión del sistema y controlando la alimentación de refrigerante líquido. El tubo capilar por carecer de partes móviles, es simple y está exento de averías si se mantiene libre de materiales extraños. Un tubo capilar es de diámetro muy pequeño y es necesario que esté limpio y seco, siendo requisito indispensable que la unidad sea sellada en la fábrica.

Fig. 1.10 Tubo capilar

Aplicación del capilar en una válvula termo-estática. Controla mediante un orificio el flujo del refrigerante líquido en el evaporador, según se requiera, mediante un vástago y asiento de tipo de aguja que varía la abertura. La aguja está controlada por un diafragma sujeto a tres fuerzas. La presión del evaporador es ejercida debajo del diafragma y tiende a cerrar la válvula. La fuerza del resorte de sobrecalentamiento es ejercida debajo del diafragma en la dirección de cierre. Opuesta a estas dos fuerzas se encuentra la presión ejercida por la carga en el bulbo térmico que está unido al tubo de succión a la salida del evaporador; esta carga, es el mismo refrigerante que está siendo utilizado en el sistema. (Fig. 1.11) Con la unidad en funcionamiento el refrigerante en el evaporador se evapora a presión y temperatura de saturación. Durante el tiempo que el bulbo térmico esté expuesto a una temperatura superior, éste ejercerá una presión más elevada que la del refrigerante en el evaporador y, por consiguiente, el efecto neto de estas dos presiones producirá la apertura de la válvula. El resorte de sobrecalentamiento tiene una presión fija que hace que la válvula se cierre siempre que la diferencia neta entre la presión de bulbo y la presión del evaporador sea inferior a la fijada para el resorte de sobrecalentamiento. A medida que se eleva la temperatura del gas refrigerante que abandona el evaporador (un aumento en el sobrecalentamiento) la presión ejercida por el bulbo térmico colocado en la salida del serpentín se aumenta y el flujo a través de la válvula de expansión



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aumenta; a medida que la temperatura del gas disminuye, decrece la presión ejercida por el bulbo térmico y la válvula de expansión se cierra ligeramente disminuyendo el flujo. Con un evaporador y una válvula de expansión correctamente seleccionada para la carga, la alimentación de la válvula de expansión será bastante estable en el punto de sobrecalentamiento deseado. Una válvula mal seleccionada produce un control de refrigerante inadecuado el cual puede ocasionar variaciones de presión de succión del compresor y posible retorno de líquido al compresor. (Fig. 1.12)

Fig. 1.11


Fig. 1.12



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1.3 TIPOS DE BRIDAS Y CARACTERÍSTICAS Bridas con cuello para soldar: Estas bridas se diferencian por su largo cuello cónico, su extremo se suelda a tope con el tubo correspondiente. El diámetro interior del tubo es igual que el de la brida, esta característica proporciona un conducto de sección prácticamente constante, sin posibilidades de producir turbulencias en los gases o líquidos que por el circulan. El cuello largo y la suave transición del espesor del mismo, otorgan a este tipo de bridas, características de fortaleza aptas en sectores de tuberías sometidos a esfuerzos de flexión, producto de las expansiones en línea. Las condiciones descriptas aconsejan su uso para trabajos severos, donde actúen elevadas presiones. (Fig. 1.13) Fig. 1.13

Bridas deslizantes: En este tipo de bridas, el tubo penetra en el cubo de la misma sin llegar al plano de la cara de contacto, al que se une por medio de cordones de soldadura interna y externamente. Puede considerarse de montaje más simple que la brida con cuello, debido a la menor precisión de longitud del tubo y a una mayor facilidad de alineación. Sus condiciones mecánicas a la resistencia y fatiga son en general buenas, pero algo inferiores a las bridas con cuello . (Fig. 1.14) Fig. 1.14

Bridas ciegas: Están destinadas a cerrar extremos de tubería, válvulas o aberturas de recipientes, sometidos a variadas presiones de trabajo. Este tipo de bridas, es el que soporta condiciones de trabajo más severas, ya que al esfuerzo provocado por la tracción de los bulones, se la adiciona el producido por la presión existente en la tubería. En los terminales, donde la temperatura sea un factor de trabajo, es aconsejable efectuar los cierres mediante el acople de bridas con cuello y ciegas. (Fig. 1.15) Fig. 1.15

Bridas con asiento para soldar: Su mayor rango de aplicación radica en tuberías de dimensiones pequeñas que conduzcan fluidos a altas presiones. En estas bridas el tubo penetra dentro del cubo hasta hacer contacto con el asiento quedando así un conducto suave y sin cavidades. Es frecuente el uso de estas bridas en tuberías destinadas a procesos químicos, por su particular característica de conceder al conducto una sección constante. (Fig. 1.16)


Fig. 1.16



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Bridas roscadas: Si bien presentan la característica de no llevar soldadura deben ser destinadas a aplicaciones especiales. No es conveniente utilizarlas en conductos donde se produzcan considerables variaciones de temperatura, ya que por efectos de la dilatación de la tubería, pueden crearse pérdidas a través del roscado al cabo de un corto período de trabajo . (Fig. 1.17) Fig. 1.17

Bridas para junta con solapa: Son bridas destinadas a usos muy particulares. Ellas producen el esfuerzo de acople a sectores de tubos solapados, que posteriormente se sueldan a los tubos que conformarán la línea. La capacidad de absorber esfuerzos, puede considerarse muy similar a la de las bridas deslizantes. Generalmente, se colocan en tuberías de aceros comunes o especiales que necesiten ser sometidas con frecuencia a desmontajes para inspección o limpieza. La facilidad para girar las bridas, y alinear así los agujeros para bulones, simplifica la tarea, especialmente cuando las tuberías son de gran diámetro. No es aconsejable su uso en líneas que están sometidas a severos esfuerzos de flexión. (Fig. 1.18) Fig. 1.18

Bridas de orificio: Están destinadas a ser colocadas en puntos de la línea donde existen instrumentos de medición. Son básicamente iguales a las bridas con cuello para soldar, deslizantes o roscadas; la selección del tipo en función de las condiciones de trabajo de la tubería. Radicalmente tienen dos agujeros roscados para conectar los medidores. Frecuentemente es necesario separar el par de bridas para extraer la placa de orificio; la separación se logra merced al sistema de extracción que posee, conformado por un bulón con su correspondiente tuerca alojada en una ranura practicada en la brida. Existe otro sistema de extracción, en el cual el bulón realiza el esfuerzo de separación a través de un agujero roscado practicado en la brida. Este sistema tiene una desventaja con respecto al anterior, ya que cuando se deteriora la rosca, se inutiliza la brida para tal función . (Fig. 1.19) Fig. 1.19

Uniones bridadas: para acoplar válvulas, accesorios o bombas, Son accesorios para conectar tuberías con equipos o accesorios. La unión se hace por medio de dos bridas, en la cual una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser conectado. (Fig. 1.20)



Fig. 1.20

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1.4 VÁLVULAS Una válvula es un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. (Fig. 1.21)

Fig. 1.21 válvulas

Características generales Se usan para detener o controlar el paso de un fluido a través de una tubería. Se fabrican de: bronce, latón, PVC, hierro y acero. Las de acero se utilizan para altas presiones y temperaturas. Las de bronce se utilizan con mucha frecuencia para el control de flujo de agua dulce o salada. Componentes de las válvulas Cuerpo: Es la parte a través de la cuál transcurre el fluido. Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por tanto la pérdida de presión. Accionamiento: Es la parte de la válvula que hace de motor para que el obturador se sitúe en una posición concreta. Puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético. Cierre: Une el cuerpo con el accionamiento. Hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanco y no fugue. Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este último se posicione. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


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1.4.1 TIPOS DE VÁLVULAS Válvulas de compuerta Válvulas de pistón o de macho Válvulas de globo Válvulas de bola Válvula de mariposa Válvula de diafragma Válvula de apriete Válvula check Válvula de alivio/seguridad Válvula reguladora Válvula de aguja

VÁLVULA DE COMPUERTA La válvula de compuerta es una válvula que abre mediante el levantamiento de una compuerta o cuchilla permitiendo así el paso del fluido. Lo que distingue a las válvulas de este tipo es el sello, el cual se hace mediante el asiento del disco en dos áreas distribuidas en los contornos de ambas caras del disco. Las caras del disco pueden ser paralelas o en forma de cuña. Las válvulas de compuerta no son empleadas para regulación. Su coeficiente de fricción es muy bajo cuando está completamente abierta. (Fig. 1.22) Fig. 1.22

Modo de uso. Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería. Aplicación. Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.



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Partes de la válvula de compuerta (Fig.1.23)

Fig. 1.23

Ventajas de la válvula de compuerta. Es de diseño y funcionamiento sencillo Para apertura o cierre total, sin estrangulación Presenta una resistencia mínima a la circulación Atrapa mínimas cantidades de fluido en la tubería Son de alta capacidad, de cierre hermético Usadas en altas/bajas presiones y temperaturas



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Desventajas de la válvula de compuerta. No sirven para control de circulación Se requiere mucha fuerza para accionarla Produce cavitación con baja caída de presión La posición estrangulada producirá erosión del asiento y del disco Son de difícil reparación

VÁLVULA DE PISTÓN O MACHO Una válvula de movimiento rotatorio usada para permitir o detener el paso del flujo. El nombre se deriva de la forma del disco que parece un pistón. El disco es un pistón sólido con un pasaje perforado en ángulo recto al eje longitudinal del pistón. (Fig. 1.24)

Modo de uso.

Fig. 1.24

Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería Aplicación. Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.

Ventajas de la válvula de pistón. Una característica importante de la válvula de pistón es su fácil adaptación al tipo de construcción de puertos múltiples. Su instalación simplifica el trabajo con las tuberías, y proporcionan una operación más conveniente que las válvulas de compuertas múltiples.



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Desventaja de la válvula de pistón. Estas válvulas normalmente no se recomiendan para aplicaciones de estrangulamiento, porque al igual que la válvula de compuerta, un porcentaje alto de cambio en el flujo ocurre cerca del cierre a alta velocidad. VÁLVULA DE GLOBO Las válvulas globo son unidireccionales, comúnmente son utilizadas como válvulas de regulación. Su robustez y cierre hermético Metal-Metal hacen que éstas válvulas sean adaptables a las más altas exigencias de servicio. La junta cuerpo-bonete, puede ser plana, macho-hembra ó tipo ring-joint, dependiendo de la serie y servicio. Es de movimiento lineal usada para permitir, detener y regular paso del fluido. El principio esencial de operación es el movimiento perpendicular del disco cuando se aleja del asiento. Esto causa que el espacio anular entre el disco y el anillo del asiento se cierre gradualmente al cerrar la válvula. (Fig. 1.25)

Fig. 1.25

Modo de uso Estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación. Ventajas de las válvulas de globo Estrangulación eficiente con erosión mínima del disco Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete Control preciso de la circulación



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Desventajas de las válvulas de globo Gran caída de presión Costo relativamente alto Pérdida de cabeza de presión debido a las obstrucciones y discontinuidades en el paso del flujo; en líneas de alta presión, los efectos dinámicos del fluido provenientes de oscilaciones, los impactos, pueden dañar los internos, el empaque, el vástago y a los actuadores.

VÁLVULA DE BOLA Son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre los asientos elásticos, generalmente de teflón. Cuando se abre, el agujero de la bola queda alineado con la entrada y salida del cuerpo del agujero. (Fig. 1.26)

Modo de uso

Fig. 1.26

Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. Cuando se requiere apertura rápida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.

Aplicación Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas. Ventajas de la válvula de bola Las válvulas de bola se utilizan principalmente para corte. Son rápidas de operar, de mantenimiento fácil, no requieren lubricación, producen cierre hermético con poca torsión y su caída de presión es función del tamaño del orificio.


Desventajas de la válvula de bola Las válvulas deben ser operadas en posiciones “totalmente abierta o totalmente cerrada” únicamente. En posición intermedia, puede ocasionar daños severos en sellos y en la misma rápidamente. La válvula no debe permanecer inmovilizada por periodos de tiempo muy largos . Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


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VÁLVULA DE MARIPOSA La válvula de mariposa está formada por un disco que gira alrededor de uno de sus diámetros y que permite el paso del fluido según sea la posición más o menos abierta del disco. Como las válvulas de mariposa solo giran 90°, su apertura y cierre es “rápido. El mecanismo circular de cierre, disco, pivotea en un eje perpendicular al flujo en la tubería. Las válvulas de mariposa pueden usarse en aplicaciones de “dos posiciones”, para aislar equipo o también para aplicaciones modulantes para control de flujo. El diseño abierto de flujo rectilíneo evita la acumulación de sólidos y produce baja caída de presión. (Fig. 1.27 – 1.28) Fig. 1.27

Modo de uso Servicio con apertura total o cierre total. Servicio con estrangulación. Para accionamiento frecuente. Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos. Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería. Para baja ciada de presión a través de la válvula.

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Fig. 1.28 válvula de mariposa

Ventajas de las válvulas de mariposa

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Construcción compacta, dimensiones cara a cara reducidas, cierre rápido, indicación visual de posición, económicas, no requiere lubricación, bajo desgaste de empaquetaduras y baja resistencia al flujo. Desventajas de las válvulas de mariposa Solo se emplean con bajas temperaturas, bajas presiones, requiere un par de giro relativamente grande y para tamaños por arriba de 8 pulgadas se necesitan engranes o actuadores neumáticos o mecánicos.

VÁLVULAS DE DIAFRAGMA Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte y estrangulación de líquidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión. En las válvulas de diafragma se aísla el fluido de las partes del mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. (Fig. 1.29 – 1.30)

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Fig. 1.29




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La estanqueidad se consigue mediante una membrana flexible, generalmente de elastómero, pudiendo ser reforzada con algún metal, que se tensa por el efecto de un ejepunzón de movimiento lineal, hasta hacer contacto con el cuerpo, que hace de asiento. Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y pastas aguadas que a la mayoría de los demás equipos los corroerían y obstruirían

Fig. 1.30 Partes de una válvula de diafragma

Modo de uso Servicio con apertura total o cierre total. Para servicio de estrangulación. Para servicio con bajas presiones de operación. Aplicación Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos. Ventajas Bajo costo. No tienen empaquetaduras. No hay posibilidad de fugas por el vástago. Inmune a los problemas de obstrucción, o formación de gomas en los productos que circulan.




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Desventajas Diafragma susceptible de desgaste. Elevada torsión al cerrar con la tubería llena. VÁLVULA DE APRIETE La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o más elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación. (Fig. 1.31)

Fig. 1.31

Modo de uso Servicio de apertura y cierre. Servicio de estrangulación. Para temperaturas moderadas. Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula. Para servicios que requieren poco mantenimiento. Ventajas de la válvula de apriete Bajo costo. Poco mantenimiento. No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. Diseño sencillo. No corrosiva y resistente a la abrasión




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Desventajas de la válvula de apriete Aplicación limitada para vació. Difícil de determinar el tamaño. Capacidad de control de flujo entre el 10% y 95%. Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubería

VÁLVULA CHECK Las válvulas Check o Válvulas de retención son utilizadas para no dejar regresar un fluido dentro de una línea. Esto implica que cuando las bombas son cerradas para algún mantenimiento o simplemente la gravedad hace su labor de regresar los fluidos hacia abajo, esta válvula se cierra instantáneamente dejando pasar solo el flujo que corre hacia la dirección correcta. Por eso también se les llama válvulas de no retorno. Obviamente que es una válvula unidireccional y que debe de ser colocada correctamente para que realice su función usando el sentido de la circulación del flujo que es correcta. (Fig. 1.32) Existen válvulas Check tipo columpio en el cual el fluido y su presión abren el disco hacia arriba y este regresa cuando deja pasar. También las de resorte el cual hace que la válvula cierre inmediatamente cuando se detiene el flujo antes que el flujo y la gravedad hagan que cierre con fuerza. Están las que tienen doble puerta o dúo check que también funcionan con un sistema de resortes para su cierre.

Fig. 1.32 válvula check

Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: Columpio Elevación Mariposa




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VÁLVULA CHECK DE COLUMPIO Esta válvula tiene un disco abisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en “Y” que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables. Modo de uso Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería. Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta. Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente. Aplicación. Para servicio con líquidos a baja velocidad. Ventajas. Puede estar por completo a la vista. La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas. El disco en “Y” se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería. VÁLVULA CHECK DE ELEVACIÓN. Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa. Modo de uso Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería. Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema. Aplicación


Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación.




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Ventajas Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total. Acción rápida. VÁLVULA CHECK DE MARIPOSA Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido abisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.

Fig. 1.33 válvula check dúo

Modo de uso Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación. Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete. Aplicación Servicio para líquidos o gases. Ventajas El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. Funcionamiento rápido. La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.



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VÁLVULA DE ALIVIO Una válvula de desahogo es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante fórmulas específicas. La diferencia es el grado de apertura en el punto de ajuste. En la de alivio cuando la presión llega al valor del punto de ajuste, está abre proporcionalmente con el aumento de presión y en una válvula de seguridad cuando se alcanza el punto de ajuste la válvula abre súbita y totalmente. (Fig. 1.34) Recomendada para Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones. Aplicaciones Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores. Ventajas Bajo costo. No se requiere potencia auxiliar para la operación.


Fig. 1.34



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VÁLVULAS DE AGUJA Suelen usarse para instrumentos, calibres, etc., ya que se logran estrangulamientos muy precisos, usándose también en aplicaciones con grandes presiones y/o grandes temperaturas. Los hilos de rosca finos de la válvula de aguja permiten el ajuste excelente para el control exacto del flujo. El flujo se restringe en ambas direcciones y es ajustable a partir de la 0 al flujo equivalente de 0.025 " orificios del diámetro. (Fig. 1.35)

Fig. 1.35

1.5 TIPOS DE ACTUADORES DE VÁLVULAS. Actuador manual Actuador de motor eléctrico Actuador neumático Actuador hidráulico Solenoide ACTUADOR MANUAL La actuación manual es aquella que cuya fuerza motriz la genera el hombre. Si bien la actuación manual se puede realizar directamente sobre el eje de la válvula mediante un volante u otro dispositivo, los fabricantes se refieren por actuador manual la incorporación de un reductor, mecanismo que permite conseguir un par con menos esfuerzo pero realizando más giros y por lo tanto más lento. La actuación manual en reductores se realiza principalmente con volante. En válvulas cuya ubicación hace difícil el acceso para operar sobre ellas, por ejemplo por estar en altura, el volante es sustituido por una rueda dentada engranada a una cadena para girarla. Otras veces interesa por seguridad dejar la espiga de salida del actuador sin accionamiento, para que solo el operario autorizado que trae consigo el accionamiento, volante o llave especial, pueda operar la válvula.



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La mayoría de válvulas requieren un par que solo es posible conseguirlo mediante un reductor. Hay reductores manuales de giro parcial o multigiro en función del tipo de válvula. Los actuadores manuales de giro parcial, son en general de cuarto de giro o 90º más un margen que da el fabricante. El mecanismo más utilizado es el del vis sin fin. Como tipo de válvulas que utiliza estos actuadores hay las válvulas de mariposa y bola. Los actuadores manuales multigiro, no tiene límite de giros si no va limitado por otro dispositivo. Los mecanismos utilizados son los de engranajes cónicos y cilíndricos. Son utilizados por ejemplo en válvulas de globo y compuerta. (Fig. 1.36)

Fig. 1.36

ACTUADOR DE ENGRANE (Fig. 1.37)


Fig. 1.37



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ACTUADOR DE MOTOR (Fig. 1.38)

Fig. 1.38

ACTUADOR NEUMÁTICO (FIG. 1.39)

ACTUADOR HIDRÁULICO (Fig. 1.40)

Fig. 1.39



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VÁLVULA SOLENOIDE (Fig. 1.41)

Fig. 1.40

Fig. 1.41

1.6 CONEXIONES Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas utilizadas para la unión de tuberías mediante un procedimiento de soldadura. Las conexiones están fabricadas a dimensiones exactas, lo que es esencial para lograr uniones perfectas y sin fugas. Estas conexiones están diseñadas para ofrecer un mínimo de resistencia a la corriente de agua. (Fig. 1.42) Características Entre las características se encuentran: tipo, tamaño, aleación, resistencia, espesor y dimensión. Diámetros. Es la medida de un accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas. Resistencia. Es la capacidad de tensión en libras o en kilogramos que puede aportar un determinado accesorio en plena operatividad. Aleación. Es el material o conjunto de materiales del cual está hecho un accesorio de tubería. Espesor. Es el grosor que posee la pared del accesorio de acuerdo a las normas y especificaciones establecidas.



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.

Fig. 1.42

TIPOS DE ACCESORIOS • • • • • • • •

Bridas Codos Tés Reducciones Cuellos o acoples Válvulas Empacaduras Tornillos y niples

CODOS Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías.


Características Diámetro. Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼'' hasta 120''. También existen codos de reducción.



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Angulo. Es la existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea. Radio. Es la dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos. Según sus radios los codos pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extra largo. Espesores una normativa o codificación del fabricante determinada por el grosor de la pared del codo. Aleación. Es el tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo, entre los más importantes se encuentran: acero al carbono, acero a % de cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc. Junta. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo, u otro accesorio y esta puede ser: soldable a tope, roscable, embutible y soldable. Dimensión. Es la medida del centro al extremo o cara del codo y la misma puede calcularse mediante fórmulas existentes. Tipos Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con características específicas y son: Codos estándar de 45° (fig. 1.43) Codos estándar de 90° (fig. 1.44) Codos estándar de 180°

a n a z u r c a r e

Fig. 1.43

Fig. 1.44



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T Son accesorios que se fabrican de diferentes tipos de materiales, aleaciones, diámetros y se utiliza para controlar el flujo en dos direcciones distintas. (Fig. 1.45) A continuación se en listan los diferentes tipos: Diámetros iguales o te de recta Reductora con dos orificios de igual diámetro y uno desigual.

Fig. 1.45

REDUCTOR Son accesorios de forma cónica, fabricados de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías. (Fig. 1.46 - 1.47) A continuación se enlistan los diferentes tipos: Estándar concéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad, manteniendo su eje. Estándar excéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje.


Fig. 1.46

Fig. 1.47



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TAPÓN Son accesorios utilizados para bloquear o impedir el pase o salida de fluidos en un momento determinado. Según su forma de instalación pueden ser macho y hembra. (Fig. 1.48 – 1.49)

Fig. 1.48 Tapón macho

Fig. 1.49 Tapón hembra

NIPLE Es un accesorio que sirve para extender la dimensión de una tubería en una misma dirección. (Fig. 1.50)

Fig. 1.50




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BIBLIOGRAFÍA MANUAL DE INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS EN CASAS Y EDIFICIOS, ENRIQUEZ HARPER, LIMUSA, 2002 EL ABC DE LAS INSTALACIONES DE GAS, HIDRÁULICAS Y SANITARIAS, ENRIQUEZ HARPER, LIMUSA, 2000 REFERENCIAS: http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/valvula-aguja-64624.html http://www.arqhys.com/tuberias-bridas.html http://senamecanismoexpa.blogspot.com http://www.adinaimport.com http:// www.generavapor.com.pe/valvulas.html http://www.nacobre.com.mx/man_cu_01%20introducci%c3%b3n%20y%20tuber%c3%adas%20r%c3%adgidas.asp http://www.valvulasindustriales.com/ http://www.valvulasvs.com/




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UNIDAD II "INSTALACIONES DE SISTEMAS CONTRA INCENDIO”




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INTRODUCCIÓN

En esta unidad se estudiarán los tipos de combustibles que por sus características, y bajo ciertas condiciones, podrían provocar un incendio; así como las sustancias y equipos adecuados para sofocarlo dependiendo del tipo de fuego. Los incendios pueden llegar a presentarse, presentarse, en la industria o en el hogar. Para ello es necesario estar capacitados y además conocer las medidas de prevención y control de incendios. En la actualidad existen varios medios diseñados detectar y extinguir un incendio, tales como sistemas de alarmas, detectores de calor y sistemas de alarmas a estación central o remota, los cuales están diseñados para alertar al personal de trabajo del incidente que ocurre y en algunos caso dan la alarma a la estación de bomberos. Se llama protección contra incendios al conjunto de medidas que se disponen en los edificios para protegerlos contra la acción del fuego. del fuego. Generalmente, con ellas se trata de conseguir tres fines: Salvar vidas humanas Minimizar las pérdidas económicas producidas por el fuego. Conseguir que las actividades del edificio puedan reanudarse en el plazo de tiempo más corto posible. La aplicación del diseño de un sistema contra incendio se basa en varios elementos capaces de sofocar un conato de incendio, por medio de normas, el sistema contra incendio debe estar diseñado para que el personal pueda maniobrarlo; por tal motivo en esta unidad se abordan también temas como los diferentes tipos de fuego y las diversas sustancias que se utilizan para sofocarlos así como también las unidades de emergencia con las que debe contar un establecimiento.




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2 COMBUSTIBLES El combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable sea directamente o dejando como residuo calor. 2.1. TIPOS DE COMBUSTIBLES Combustibles Sólidos: Sólidos : generalmente de naturaleza orgánica donde la combustión se realiza normalmente con formación de brasas (madera, tejidos, etc.). Todos los combustibles sólidos se queman produciendo cenizas. La combustión puede ser con llama a incandescente. Su combustibilidad depende de: Contenido de humedad del sólido Poder calorífico Aptitud y Temperatura de ignición Grado de combustión Velocidad de propagación Carga térmica Ejemplos de combustibles sólidos Materias celulósicas: La celulosa en un hidrato de carbono CHO. Altamente polimerizado, es el combustible históricamente más conocido, es el principal componente de la madera, papel e infinidad de de tejidos. Su punto punto de ignición es 230 °C.

Plásticos: Son materiales que contienen como ingrediente esencial una sustancia orgánica de alto peso molecular, normalmente en forma de polímero, son poco resistentes al calor y frente a él se comportan comportan según según este orden: orden:

1º Reblandecen 2º Deforman 3º Descomponen con o sin combustión. El grado de combustibilidad depende de la estructura (C-H o C-H-O) y de sus aditivos. Durante su combustión generan gases tóxicos, gran volumen de humos densos, se funden y escurren.




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Su poder calorífico es elevado (4.000 a 11.000 Cal/gr.). Por sus propiedades frente al calor y como polímeros que son se clasifican en: Termoplásticos: Reblandecen, funden y endurecen sin perder propiedades. Termoestables: Con el calor sufren transformaciones químicas irreversible y su endurecimiento es permanente Elastómeros: Gomas naturales o sintéticas Gases desprendidos en la combustión de plásticos: Monóxido de Carbono, Fenol, compuestos nitrogenados, ácido cianhídrico, ácido fórmico, Amoniaco. Metales: Todos los metales son combustibles en determinadas condiciones algunos incluso no necesitan la presencia de aire u O 2 y pueden arder en atmósferas de N, CO 2, vapor de agua. Las características de los fuegos de metales son muy variadas en función de los humos, calores de ignición y combustión, condiciones propicias. El gran problema de los fuegos de metales es que generalmente no admiten los medios de extinción básicos, teniendo que recurrir a medios específicos. Podríamos dividir los metales en pesados y ligeros, siendo éstos los más problemáticos por su mayor combustibilidad, dividiéndose a su vez en alcalinos y alcalina térreos. Magnesio: Magnesio: Muy inflamable. Puede producir auto ignición cuanto esté humedecido. Si el foco es pequeño se puede apagar con grandes cantidades de agua a chorro y si no con grafito, talco, polvo químico especial o gases específicos. Metales alcalinos (Na, K, Li): Se oxidan rápidamente en presencia de humedad. Pueden formar explosiones al contacto con el agua (Na). Medios de extinción; grafito, arena, gases (N, He, argón).

Calcio: Calcio: Comportamiento parecido al sodio. Aluminio: Aluminio: Solo arde en láminas o virutas. Descompone el agua durante su combustión. Medios de extinción; grafito, talco, polvo químico, polivalente.




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Normas Generales de Extinción Si es posible, aislar la parte que está ardiendo del resto y dejar que se consuma, si no, extinguir cada uno con sus medios específicos de extinción. Nunca agua, espuma, CO 2, o polvo químico universal. En general es eficaz el grafito en polvo y la arena seca (ver Figura 2.1). Polvos Dada su gran superficie de reacción su velocidad de combustión suele ser elevada. Factores que influyen sobre la explosión de polvos. 1º Inflamabilidad del material. 2º Dimensiones de sus partículas. 3º Concentración. 4º Impurezas. 5º Concentración de oxígeno. 6º Potencia de la fuente de ignición


Fig. 2.1 Aplicación de agente extintor a un fuego de metal mediante pala




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Combustibles líquidos o sólidos licuables : gasolinas, Diesel, solventes, combustóleo, turbosinas, grasas, pinturas, etc. Características: Punto de inflamación: es la temperatura mínima necesaria para que un material inflamable desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una fuente ígnea, para volverse a extinguir rápidamente o no por sí sola. Se consideran peligrosos aquellos líquidos cuyo punto de inflamación roza los 21°C. Dado que lo que arde no es el líquido en él sino sus vapores, la velocidad de combustión y propagación varía en función de: La presión de vapor Punto de inflamación y ebullición Índice de evaporación Además de factores ambientales (velocidad del viento, temperatura, presión). Hay que prestar especial atención a ciertas características de los líquidos como: calor latente de vaporización, calor de combustión, viscosidad, densidad, volatilidad, límites de inflamabilidad, punto de ebullición, presión de vapor, capacidad de acumular cargas eléctricas, capacidad de producir explosiones, energía necesaria de ignición. Combustibles Gaseosos Son los combustibles más empleados, presentan sobre los sólidos y líquidos ventajas de transporte y almacenamiento, así como mayor luminosidad de llama y mayor poder calorífico, debido a su mayor facilidad de mezcla con el comburente. El gas inflamable es cualquier gas que pueda arder en concentraciones normales de oxígeno en el aire. Su inflamabilidad depende de sus límites de inflamación y de su temperatura de ignición. Según sus propiedades físicas se podrían clasificar en comprimidos, licuados y criogénicos. Según su origen en puros e industriales. Acetileno: Reactivo, comprimido, industrial, inestable. Se descompone rápidamente formando carbono o H 2 y produciendo calor. Puede iniciarse la descomposición por impacto mecánico. Reacciona con ciertos metales produciendo carburos metálicos (explosivos). Se almacena y transporta en botellas rellenas de una masa porosa saturada de acetona. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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Fig. 2.2 Control de acetileno

Amoniaco: licuado, industrial. Combustibilidad limitada debido a su elevado límite inferior de inflamación y su bajo calor de combustión. Etileno: Comprimido, criogénico, industrial, reactivo. Margen de inflamabilidad muy amplia. Alta peligrosidad de combustión. Más denso que el aire a temperatura de ebullición. Hidrogeno: Comprimido, criogénico, industrial. Tienen un margen de inflamación extremadamente amplio y la velocidad de combustión más alta de todos los gases. Su temperatura de ignición es alta, pero su energía de ignición es muy baja, así como su calor de combustión. Al quemarse desprende llama poco luminosa. Gas natural licuado: La cadena de producción y distribución de este gas está diseñada para evitar fugas y prevenir incendios. Los riesgos más altos son su baja temperatura (criogénica) y su combustibilidad. Los derrames de GNL se evaporan rápidamente donde la condensación del vapor de agua en el aire crea una neblina. El Gas natural licuado no se prende fácilmente, la llama no es muy fuerte, no humea y ésta no se extiende. El combate de un fuego de este gas es muy similar a uno de gasolina o gasóleo, no hay peligro de explosión en lugares abiertos. Gas licuado del petróleo: Es la mezcla de gases condensables presentes en el gas natural. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de condensar, de ahí su nombre. El gas licuado del petróleo es una mezcla de propano y butano.



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Fig. 2.3 Extinción de combustibles líquidos

Fig. 2.4

2.2. MECANISMOS DE LA COMBUSTIÓN El mecanismo de combustión varía según el tipo de combustible que se desee quemar. Para poder distinguir entre combustión homogénea en la cual el combustible a quemar es gaseoso, y la combustión heterogénea en la cual son combustibles sólidos y líquidos.




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En la combustión homogénea, la reacción química comienza cuando la mezcla de combustible y aire tiene lugar. La mezcla del combustible con el aire se produce a consecuencia de la turbulencia que se induce en la corriente aire/gas a la salida del quemador y las diferencias de densidad entre la llama y los alrededores. La combustión heterogénea necesita un mayor tiempo de ignición, requiriendo el combustible líquido una atomización previa a la combustión.

2.3 TRIÁNGULO DEL FUEGO Los elementos básicos para que ocurra el fuego son: combustible, oxígeno y una fuente de calor. Sin embargo existen combustibles que no necesitan una fuente de calor para iniciar la combustión, ya que si se les presiona, o precalientan pueden alcanzar su temperatura de auto ignición.

Fig. 2.5 Triangulo de fuego

Los elementos básicos para que ocurra el fuego son: combustible, oxígeno y una fuente de calor. Sin embargo existen combustibles que no necesitan una fuente de calor para iniciar la combustión, ya que si se les presiona, o precalientan pueden alcanzar su temperatura de auto ignición



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2.4 TIPOS DE FUEGO Clase A: Madera, papel, ropa. Clase B: Combustibles líquidos y gases flaméales Clase C: Instalaciones eléctricas (motores, cables, mangueras). Clase D: Metales Clase K: Aceites para cocinar

A

B

C

COMBUSTIBLES ORDINARIOS

COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

EQUIPOS ELÉCTRICOS

D METALES

K ACEITES

Fig. 2.6 símbolos antiguos

Fig. 2.7 Símbolos actuales

Fuentes de Ignición Mecánica: fricción, compresión Eléctrica: resistencia, arcos, estática, iluminación Química: combustión, calentamiento espontáneo, solución. Nuclear



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2.5 SISTEMAS DE ALARMA Existen muchas variedades: El tipo básico podría ser un sistema de alarma manual el cual es un sistema que se usa principalmente para avisar a las personas que deberán evacuar un edificio ante una emergencia. El tipo de botón se usa en zonas de riesgo, donde después de presionarlo se activan otras alarmas audibles y visuales como campanas, sirenas, luces, etc., para una prevención de accidentes en caso de emergencia.

Fig. 2.8 Alarma tipo botón

Alarmas audibles Dispositivos que transmiten algún tipo de sonido para alertar a las personas sobre el peligro y señalando seguir un procedimiento de emergencia. Las alarmas audibles son campanas, bocinas, sirenas y sistemas de altoparlantes.


Fig. 2.9 Alarmas audibles




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Fig. 2.9 Alarmas audibles con estrobo

Alarmas de detección automática Detectores de humo: Un detector de humo es un sistema sensible a la presencia de las partículas de combustión. Los detectores de humo que se utilizan en las alarmas de incendio, sirven para dar aviso anticipadamente, de que puede estar empezando un incendio. El sistema de detección del humo está compuesto principalmente por un sensor, donde alguna propiedad medible, cambia con la presencia del humo, y un actuador, que activa algún sistema de alarma o de seguridad.




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Fig. 2.10 Detectores de humo

Clasificación Los detectores de humos suelen clasificarse en seis grupos: Fotoeléctricos De haz de rayos proyectados. De haz de rayos reflejados. Iónicos De partículas alfa. De partículas beta. De puente de resistencia De análisis de muestra Combinados Taguchi con semiconductor Aplicaciones: Salas muy grandes de techo elevado, compartimentos de gran valor, zonas de almacenamiento, zonas de sobrepresión y conductos de ventilación, fábricas, hangares y en lugares en que la estética es importante, como en iglesias, galerías de arte y edificios históricos. Fotoeléctricos de rayos proyectados Salas muy grandes de techo elevado, compartimentos de gran valor, zonas de almacenamiento, zonas de sobrepresión y conductos de ventilación, fábricas, hangares y en lugares en que la estética es importante, como en iglesias, galerías de arte y edificios históricos. Fotoeléctricos de rayos reflejados


Particularmente indicado para la detección de fuegos latentes y fuegos de combustión lenta. Protección de combustibles que den humos especialmente claros como los producidos en la combustión latente de madera, algodón, papel y el recalentamiento de cables eléctricos aislados con PVC.




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Salas de computadoras y equipo electrónico en condiciones ambientales sin polvo. Se suelen combinar con detectores térmicos. Para locales donde existan equipos eléctricos. También para detectar fuegos en los conductos de aire acondicionado Detectores iónicos de humos Se basan en la disminución que experimenta el flujo de corriente eléctrica formada por moléculas de O2 y N2 ionizadas por una fuente radiactiva entre dos electrodos, al penetrar los productos de combustión de un incendio. Aplicaciones Desde fuegos latentes (fuegos de combustión lenta) hasta fuegos abiertos de llama viva. Para combustiones de sólidos y líquidos con humos visibles e invisibles (caso de llamas vivas). Ejemplos de aplicación: plásticos, cables eléctricos, madera, lana, cuero, gasolina, aceites. Detectores de humos por puente de resistencia Se basan en el principio del puente de resistencia. Se activan ante una presencia de partículas de humo y humedad sobre una rejilla con puente eléctrico. Esas partículas al caer sobre la rejilla aumentan su conductividad y se activa una alarma. Estos detectores reaccionan con cualquier gas o humo. Son poco usuales Aplicaciones Se emplea más como detector de monóxido de carbono. Detectores de humos por análisis de muestra Consisten en una tubería que parte de la unidad de detección y se extiende por la zona a proteger. Una bomba extractora aspira una muestra de aire y la conduce a la unidad de detección en la cual se analiza si el aire contiene partículas de humo. Los detectores de humo con cámara de niebla son de este tipo y en ellos se mide la densidad por el principio fotoeléctrico y si excede de un valor predeterminado se activa una alarma. Es un sistema de detección poco recomendable. Se empleaba en las bodegas de los barcos. Son caros por la instalación y por los analizadores poco usuales que llevan. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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Actualmente es inusual y se considera un modelo histórico.

Detectores combinados de puente de resistencia e iónico En estos detectores la cámara de ionización se activa por las partículas de la combustión y la resistencia de rejilla se activa por el vapor de agua producido en la combustión. La rejilla consta de dos óxidos metálicos conductores repartidos en un substrato de vidrio. Esta rejilla disminuye la resistencia al entrar en presencia de vapor de agua. El aparato lleva un circuito compensador electrónico que se ajusta a los cambios de humedad ambiente. Estos detectores actúan si se activa la cámara iónica y la rejilla del puente de resistencia, por lo que son menos sensibles a falsas alarmas por polvo, aerosoles, aire en movimiento y humedad. Igual que otros detectores de humos llevan circuitos y componentes para detectar averías y una lamparita piloto para indicar que está activado. Detectores de gases de combustión tipo Taguchi con semiconductor El cristal semiconductor del tipo n lleva unida dos resistencias calefactoras que mantienen el semiconductor a unos 250 °C para que aumente el número de electrones libres. Esa temperatura sirve también para evitar la condensación de vapor de agua en la superficie del semiconductor. La caja externa del semiconductor es generalmente dióxido de estaño con una superficie muy porosa en la que están atrapadas moléculas de oxígeno. Cuando el sensor está expuesto a una atmósfera que contenga un gas oxidable, sus moléculas reaccionan con el oxígeno atrapado, originando una liberación de electrones en la superficie conductora. Entonces disminuye la resistencia de esa superficie y se dispara una alarma. Según unos ensayos realizados por Bright, encontró que este tipo de detector se activó y dio la alarma sólo 1 vez en 26 incendios de prueba. El detector de humo SD90 asegura que usted recibe a aviso a tiempo en caso de fuego. Cuando usted está en casa, la sirena indicaría la alarma. Combinado con su sistema de seguridad, la sirena interna, el marcador telefónico y las luces de control también se activarán. Lo que implica que habrá avisos ópticos, y su salida estará claramente señalizada. Cuando usted esté fuera, recibirá un aviso a través de telefonía móvil




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Fig. 2.11 Detector tipo Taguchi

Principios básicos de instalación de detectores de humos Si la temperatura en el techo supera los 37,8 °C (100 °F) asegurarse que el detector está homologado para temperaturas superiores. Hoy día hay modelos con un campo de temperaturas muy amplio. No deberían instalarse en zonas que puedan causar falsas alarmas. Estabilidad: Controlarlos al menos tres meses antes de su conexión definitiva al sistema de alarma para desechar ciertas localizaciones que dan falsas alarmas. Espaciado: Variable según modelos. Pueden hacerse ensayos. Principios básicos de instalación de detectores de humos Si existe sistema de ventilación o aire acondicionado colocarlos junto al registro de retorno o salida. Se recomienda el montaje de los detectores una vez el local o edificio funciona con todas sus instalaciones. Existen Tablas que dan la distancia de espaciado de los detectores para alturas de techos y fuegos determinados. Información que se suele suministrar por los fabricantes. Los detectores de humos pueden emplearse hasta una velocidad del aire de 5 m/s salvo que el certificado de aprobación indique un valor mayor. Evitar su instalación en lugares sometidos a vibraciones. El efecto de la humedad limitará su instalación en caso de formarse condensaciones. El humo, el polvo o los aerosoles similares producidos por ciertas actividades pueden provocar alarmas intempestivas si se instalan detectores de humos. En estos casos deberán instalarse detectores térmicos. El empleo de detectores de humo en locales con una altura superior a 12 metros deberá justificarse adecuadamente. Pueden emplearse en locales de gran altura combinados con detectores de llamas.




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Todos los detectores de humos se deberán probar al menos una vez al semestre. Los detectores necesitan una limpieza periódica para quitar el polvo y suciedad acumulada. Todos los detectores serán puestos en condiciones de servicio lo antes posible después de cada prueba o alarma y se mantendrán en condiciones normales de funcionamiento. Los detectores que requieran rearme o reposición lo harán lo antes posible después de cada prueba o alarma. Todos los detectores que han estado expuestos a un incendio se deberán probar.

2.6 DETECTORES DE CALOR Detector de calor tipo termopar Al variar la temperatura de los metales, por efecto de un incendio varía el voltaje emitido por los metales, el cual se eleva de su valor de ajuste y activa las alarmas.

Fig. 2.13 Detector tipo termopar

Detector de calor tipo neumático: La presión del aire contenido en el dispositivo se eleva rápidamente al incrementarse la temperatura por efecto de un incendio y activa las alarmas. Si el incremento de P es gradual, tal como ocurre a lo largo del día, las alarmas no se activarán


Fig. 2.14 Detector tipo neumático




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Detectores de flama Utilizan sensores ópticos que trabajan en un rango espectral específico. La radiación emitida por las llamas (30-40%) es electromagnética que puede ser leído por estos sensores para después accionar las alarmas.

Fig. 2.15 Detectores de flama

Los dispositivos de detección pueden también ser instalados de forma combinada para evitar falsar alarmas. Los sistemas de extinción se activarán si recibe la señal de los dos sensores.


Fig. 2.16 Detector de flama




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2.7 SISTEMAS DE ALARMAS Sistema de alarma a estación central Este sistema usa los sistemas de alarma que se han descrito previamente y envía una señal a un punto central del edificio donde personas indicadas (guardias) indican a las personas (usuarios) las rutas de evacuación y a la vez podrían accionar los sistemas de extinción o llamar a la estación de bomberos. Este sistema consta de un panel anunciante donde se muestra específicamente donde se activó la alarma dentro del edificio. Sistema de alarmas remotas En estos sistemas las alarmas son conectadas a un sistema de monitoreo fuera del edificio, el cuál podría ser la propia estación de bomberos o un servicio de alarmas contratado; quienes darían instrucciones previas mientras llaman a los bomberos o verifican la activación de la alarma.


Fig. 2.17 Tablero de control de alarmas



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Fig. 2.17 Sistema de alarmas

Sistemas de tuberías contra incendio Los sistemas de tuberías contra incendio proveen estaciones con mangueras para ser operadas por los ocupantes de un edificio o instalación o por personal de bomberos. Estos sistemas se clasifican en tres categorías: Sistemas de tuberías contra incendio Clase I: proveen salidas para mangueras de 2 ½ pulgadas únicamente y son designadas para uso exclusivo de los bomberos. a n a z u r c a r e V

Fig. 2.18. Tuberías clase I



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Clase II: proveen salidas para mangueras de 1 ½ pulgadas únicamente y se acompañan de mangueras con una longitud de hasta 30 m. Éstas son principalmente diseñadas para ser usadas por los usuarios del inmueble. Clase III: es una combinación de los dos anteriores. Hay una salida de 2 ½ pulg. Provista con un reductor a 1 ½ pulg. La manguera de 1 ½ puede ser utilizada por los ocupantes o por el personal de bomberos. Sistemas de tuberías contra incendio. Los bomberos usualmente instalan sus propias mangueras a las tomas de las tuberías contra incendio y rara vez usan las disponibles en los establecimientos debido a que son de mayor calidad y representan mayor confiabilidad debido a que saben las condiciones a las que se encuentran. Los sistemas de tuberías contra incendio son recomendables en establecimientos con grandes áreas de piso y en lugares de multi-bodegas. Estos sistemas son ventajosos cuando el acceso de los auto-tanque de bomberos o de hidrantes de barril está alejado de los inmuebles. 2.8 HIDRANTES Se conoce con el nombre de hidrante a las salidas de descarga de este sistema, las cuales deben de estar conectadas, mediante una válvula angular, a un tramo de manguera con su chiflón de descarga, estando contenidos estos elementos dentro de un gabinete metálico.


Fig. 2.19. Hidrantes




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Edificios que requieren protección con hidrantes Los edificios con más de 15 metros de altura o con una superficie construida de más de 2500 m2 serán protegidos con hidrantes, independientemente de alguna otra protección requerida. Sistemas con Hidrantes El sistema con hidrantes es un conjunto de equipos y accesorios fijos con gran capacidad de extinción, de los cuales debe disponerse cuando hayan sido insuficientes los equipos portátiles, o extintores, para combatir un conato de incendio. Consisten en el equipo de bombeo y la red de tuberías necesarias para alimentar, con el gasto y la presión requerida, a los hidrantes de la unidad que se puedan considerar en uso simultáneo. La presión máxima de descarga de la bomba será de 8 Kg/cm 2 Localización de los Hidrantes Los hidrantes podrán estar localizados en el interior o en el exterior de los edificios. La localización se debe hacer de tal manera que entre unos y otros cubran perfectamente la superficie del riesgo a proteger, para lo cual se deberán considerar trayectorias posibles, sobre planos a escala, de una manguera de 30 metros de longitud. Criterio internacional: Debe cumplir según la NFPA, en sus distancias máximas entre Hidrantes 100 ft en interiores y 300 ft para exteriores. Los hidrantes exteriores dentro del predio del riesgo protegido deberán estar colocados a una distancia no menor de 5 metros de las paredes exteriores de los edificios más próximos a los cuales protegen. Estos E stos hidrantes serán a prueba de intemperie. Los hidrantes interiores deben estar en lugares visibles y de fácil acceso, debiéndose tener, siempre, un hidrante cerca de las escaleras y de las puertas de salida del edificio. El volante de la válvula angular no deberá estar a más de 1.60 m sobre el nivel del piso. Válvula de ángulo de hidrante


La carga máxima permisible en las válvulas angulares, en el lado de la manguera, es de 42 metros de columna de agua, por lo que si se tiene una carga mayor habrá que reducirla por medio de un orificio calibrado.



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Tomas siamesas Todos los riesgos protegidos con sistema de hidrantes o de rociadores de agua deberán contar con toma siamesa, localizada en el exterior del o de los edificios, y para su localización se seguirán las indicaciones siguientes: Se pondrá una toma siamesa por cada 90 metros o fracción de muro exterior que vea a cada calle o espacio público. Cuando se tengan construcciones que den a dos calles paralelas o espacios públicos, se pondrá una toma siamesa por cada 90 metros o fracción de muro exterior en cada una de esas calles paralelas. Cuando la construcción esté en una esquina y la longitud total de muros exteriores no exceda de 90 metros, basta con poner una sola toma siamesa, siempre y cuando ésta se coloque a no más de 4.5 metros de la esquina, y sobre el muro más largo. Cuando la construcción vea a tres calles se pondrá una toma siamesa por cada 90 metros o fracción de muro exterior que vea a esas calles, siempre y cuando se ponga una toma siamesa en cada calle paralela y la separación entre tomas no exceda de los 90 metros. Cuando la construcción abarca una manzana y da a cuatro calles, se pondrá una toma siamesa por calle; sin embargo, se puede poner una sola toma en una esquina, localizada sobre la calle más larga y a menos de 4.5 metros de la esquina, si las tomas no quedan separadas más de 90 metros entre sí.


Fig. 2.21 Tomas siamesa



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Términos que se utilizan en los sistemas contraincendios en los edificios El sistema de columna seca es un tipo de red de agua de protección contra incendios, que es de uso exclusivo de bomberos, y que está compuesto de los siguientes elementos: Toma de fachada (IPF-41) fachada (IPF-41) Columna ascendente Columna ascendente de tubería de acero galvanizado. Tomas de planta: planta : en plantas pares hasta 8ª y en e n todas a partir de ésta (IPF-39). Llave de seccionamiento: cada seccionamiento: cada 4 plantas por encima de la de planta (IPF-40). Cada toma incorpora una bifurcación con dos conexiones (llave siamesa) para mangueras. El término “seca” indica que la tubería se encuentra normalmente vacía, hasta su carga por parte del Cuerpo de Bomberos para proceder a la extinción de un incendio dentro de un edificio en altura.

Boca de salida en planta con llave de seccionamiento IPF -40

Boca de salida en planta IPF -39


Toma de fachada IPF -41 Fig. 2.21 Columna seca




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Siendo una de las instalaciones de Protección contra Incendios de diseño más simple, es de vital importancia, ya que facilita a los bomberos el acceso al foco de un incendio en el interior de un edificio de varias plantas de manera más cómoda y ágil, evitándose en muchos casos que tengan que realizar largos tendidos de mangueras directamente desde la calle hasta las plantas. La alimentación de agua llega desde los propios camiones autobombas (con depósito) de los bomberos, que conectan su manguera en la toma de fachada, y, tras llenarse la tubería de agua hasta la altura que sea necesaria, también en las plantas afectadas.


Fig. 2.23 Equipo y camiones de bomberos



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Equipo de Bombeo Se deberán tener dos bombas principales, una con motor eléctrico y otra con motor de combustión interna, cada una con las características siguientes: Ser siempre cebadas o autocebantes. Poder rendir el 150% de su capacidad normal con el 65% de su presión normal. El gasto de la bomba será el gasto requerido para el servicio de hidrantes más el gasto requerido por rociadores, en caso de que los hubiere.

Fig. 2.24 Curva de funcionamiento de una bomba centrífuga

Sistema hidráulico contraincendios

Almacenamiento de Agua requerido a n a z u r c a r e

Se deberá contar con un almacenamiento de agua, exclusivo para protección contra incendio, en proporción de 5 litros por metro cuadrado construido. La capacidad mínima para este efecto será de 20 000 litros y la máxima de 100 000 litros.

V

Fig. 2.24 Tanque almacenador




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Fig. 2.25 Sistema hidráulico contraincendios

Fig. 2.26 Cañones de Agua

Sustancias empleadas para la extinción del fuego Agua: Tiene una gran acción enfriadora, se usa sola o mezclada con otros agentes humectantes. El método más eficaz para combatir incendios es aplicar el agua en forma pulverizada, lo que aumenta el efecto refrigerante del agua y la conversión del agua en vapor. Propiedades extintoras: por enfriamiento, por sofocación, por emulsificación, y por dilución.




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Conductividad eléctrica del agua: El agua en estado natural contiene impurezas que la hacen conductora de la electricidad. Si el agua se aplica a incendio de aparatos eléctricos en funcionamiento, el usuario puede recibir una descarga a través de ella, sobre todo si se trata de instalaciones de alta tensión. Agentes halogenados. Los agentes halogenados son hidrocarburos en los que uno o más átomos de hidrógeno han sido sustituidos por átomos de halógeno, lo cual no solamente les confiere incombustibilidad, sino también propiedades extintoras. Ninguno de los agentes que se emplean actualmente tiene acción corrosiva importante en los materiales, a no ser que se encuentren en presencia de agua libre o de un líquido. Polvo químico seco normal “BC”. Tiene acción sofocante, pues desplaza el aire de la combustión mediante la nube que forma al salir del equipo contra incendio, produciendo gran cantidad de bióxido de carbono al entrar en contacto con el fuego. Es un compuesto de bicarbonato de sodio molido de 250 a 350 mallas y tratado con aditivos antihidroscópicos. Bióxido de carbono. Tiene acción sofocante pues desplaza el oxígeno de la combustión. Es un gas inerte más pesado que el aire, no es conductor de la electricidad y es totalmente seco, además es inodoro, incoloro e insípido, no es corrosivo, es inerte. Se emplea para combatir incendios de líquidos inflamables e incendios que involucran equipo eléctricamente energizado


Fig. 2.26 Extintores de bióxido de carbono




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Polvo químico seco de potasio “BC”. Este polvo se descompone más rápidamente que el anterior, produciendo bióxido de carbono, por lo cual tiene una acción sofocante. Es un compuesto de bicarbonato de potasio molido de 250 a 350 mallas y tratado con aditivos antihidroscópicos. Polvo químico “ABC”. Es un polvo de acción sofocante y enfriadora producida por los efectos de descomposición ante la presencia del fuego. Es un compuesto de fosfato monoatómico polivalente molido de 250 a 350 mallas, tratado con aditivos antihidroscópicos y componentes no especificados. Locales de riesgo alto Son aquellos donde se manejan o almacenan productos o subproductos, ya sean líquidos o gaseosos con un punto de inflamación igual o menor a 37.8°C, sólidos altamente combustibles y explosivos, además de las sustancias que tengan la propiedad de acelerar la velocidad de reacción química que genere calor o aquellas otras que, al combinarse, implique riesgo de incendio o explosión como son, entre otros: Área de alcoholes en almacenes. Área de almacenamiento de reactivos químicos. Área de almacenamiento de detergentes que reaccionen con otros productos. Área de almacenamiento de pinturas En todas las áreas, locales y edificios de alto riesgo, por cada 200 m 2 de superficie o fracción, se debe instalar, como mínimo un extintor de la capacidad y tipo requerido para los riesgos específicos, además de un equipo fijo. Locales de riesgo medio. Los locales de riesgo medio son aquellos donde se manejan o almacenan materias primas, productos o subproductos con puntos de inflamación menor de 93°C y que no estén comprendidos dentro de los de riesgo alto, pudiéndose mencionar, entre otros, los siguientes:


Talleres de conservación Laboratorios. Subestaciones eléctricas. Casas de máquinas Almacenes no comprendidos en los de riesgo alto. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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Auditorios y teatros. Centros de información (computadoras), y conmutadores. En este tipo de locales se debe usar extintores de gas Halón. Locales de riesgo bajo. Los locales de riesgo bajo son aquellos en donde existen productos con punto de inflamación de más de 93°C. Se consideran dentro de este riesgo todos los locales no comprendidos dentro de los de riesgo alto y medio.

2.9 EXTINTORES PORTÁTILES Equipo que al ser accionado expele bajo presión el agente extinguidor que contiene y permite que este sea dirigido hacia el fuego.

Fig. 2.27 partes de un extintor portátil

Mecanismos de extinción. El agua Enfriamiento: absorbe grandes cantidades de calor Sofocamiento: el vapor de agua desplaza el humo y el aire (O 2) si hay ventilación adecuada. El agua flota sobre líquidos más pesados. El agua combinada con espuma sofoca fuegos de líquidos más livianos.




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Dióxido de carbono CO 2 Sofocamiento: dilución del aire para reducir cantidad de oxígeno. Enfriamiento: sólo en espacios confinados con atmósfera muy diluida. Polvo químico seco PQS Rompimiento de Reacción en Cadena: reaccionan con combustible y oxígeno evitando que estos se combinen Sofocamiento: por dilución de los vapores combustibles y del aire cerca del fuego. Enfriamiento: la producción de una nube opaca reduce la cantidad de calor irradiada Espumas Sofocamiento: por efecto de la manta que cubre los líquidos en llamas Enfriamiento: logrado por la cantidad de agua presente en la espuma

Fig. 2.27 Extintor polvo químico seco y de espuma AFFF

Clasificación de extintores


Extintores para fuego clase "A": Este tipo es capaz de apagar todo fuego de combustible común, enfriando el material por debajo de su temperatura de ignición y remojando las fibras para evitar la reignición. Use agua presurizada, espuma o extintores de químico seco de uso múltiple. No utilice dióxido de Carbono o extintores comunes de químicos secos con los fuegos de clase "A".



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Extintores para fuego clase "B": Este tipo es capaz de apagar todo fuego de líquidos inflamables, grasas o gases, removiendo el oxigeno, evitando que los vapores alcancen la fuente de ignición o impidiendo la reacción química en cadena. La espuma, el Dióxido de Carbono, el químico seco común y los extintores de uso múltiple de químico seco, se pueden utilizar para combatir fuegos clase "B". Extintores para fuego clase "C": Este tipo es capaz de apagar todo fuego relacionado con equipos eléctricos energizados, utilizando un agente extinguidor que no conduzca la corriente eléctrica. El Dióxido de Carbono, el químico seco común, los extintores de fuego de químico seco de uso múltiple, pueden ser utilizados para combatir fuegos clase "C". No utilizar, los extintores de agua para combatir fuegos en los equipos energizados. Extintores para fuegos clase "D": Este tipo es capaz de apagar todo tipo de fuego con metales, como el Magnesio, el Titanio, el Potasio y el Sodio, con agentes extintores de polvo seco, especialmente diseñados para estos materiales. En la mayoría de los casos, estos absorben el calor del material enfriándolo por debajo de su temperatura de ignición. Tabla 2.1. Ventajas y desventajas de los extintores

Tipo

Aplicación 1.-Extintores CO2

Presión Directa

2.-Extintores agua y espuma 3.-Extintores polvo

1.-Extintores agua y espuma Presión Indirecta

2.-Extintores polvo

Ventajas

Inconvenientes

1.-No permiten la de 1.-El manejo es revisión del agente extintor ni de la sencillo mayoría de las de 2.-Son los más partes operativas comunes sin descargar el de agente impulsor, lo que obliga a una nueva recarga. 1.-Permiten revisar el agente y las partes internas sin de realizar la descarga del agente de impulsor.

1.-Exige un adecuado mantenimiento para evitar accidentes en la puesta a presión

2.-Su 2.-El personal debe accionamiento estar adiestrado en hace más efectiva el uso. la extinción del incendio.



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Manual de Instalaciones Mecánicas Tabla 2.1. Agente extintor adecuado de acuerdo al tipo fuego

Identificación

Combustible

Agua

PQS (potásico) o ABC

SI

NO

NO

NO

A

papeles, maderas, cartones, textiles, desperdicios gasolina, pinturas, líquidos inflamables. butano, propano otros gases

NO

SI

SI

NO

C

equipos e instalaciones eléctricas

NO

SI

SI

NO

NO

NO

NO

SI

D

metales, combustibles, magnesio, sodio.

B

CO2

Espumas

Tipos de extintores Manual: es aquel que podrá ser usado por un operador llevándolo suspendido de la mano y cuyo peso no excede los 25 Kg.


Fig. 2.29 extintor manual




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Sobre Ruedas: es aquél que por tener un peso superior a los 25 kg. es llevado sobre ruedas para su desplazamiento.

Fig. 2.30 Extintor sobre ruedas

De bombeo: tiene capacidad entre 6 y 20 lts. Se pueden llevar en la espalda o cargados en la mano hasta el sitio donde se utilizarán.

Fig. 2.31 extintor tipo bombeo

Criterios de localización de extintores Si el riesgo es bajo y va a estar protegido con hidrantes, se debe colocar un extintor por cada 500 m 2 o fracción. Si el riesgo es medio y va a estar protegido con hidrantes, se debe colocar, un extintor por cada 300 m 2 o fracción. Si el riesgo es bajo sin hidrantes, se debe colocar un extintor por cada 300 m 2 o fracción.




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Si el riesgo es medio sin hidrantes, se debe colocar un extintor por cada 200 m 2 o fracción. Debe colocarse a una distancia no mayor de 30m de separación entre uno y otro. Debe colocarse a una distancia tal que una persona no tenga que caminar más de 15 m para usarlo. Debe colocarse a una altura no máxima de 1.60 m el soporte del extintor. Debe colocarse en sitios donde la temperatura no exceda de 50°C y no sea menor de 0°C. Debe colocarse en sitios visibles, de fácil acceso, cerca de las puertas de entrada y salida o cerca de los trayectos normalmente de recorrido. Deben sujetarse de tal forma que se pueda descolgar fácilmente para ser usados. En los lugares que se instalen deben ser señalizados con un círculo de 0.60m a 1.0m de diámetro o un rectángulo pintado de color rojo, quedando el extintor al centro del mismo. Debe existir un señalamiento que diga “Extintor” en la parte superior de cada uno de estos y el tipo de fuego para el que pueden ser usados. Independientemente de estos criterios de localización, se debe consultar con las autoridades de la localidad para conocer si existen otros requerimientos.


Fig. 2.31 Equipo contra incendio




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Características de instalación de SCI en almacenes. Debe evitarse el paso de instalaciones hidráulicas sobre materiales almacenados que sean susceptible de provocar siniestros al reaccionar con el agua. Todos los almacenes deben contar con extintores, aún cuando existan otros sistemas de protección. En las áreas de productos volátiles inflamables, o ambos, se deben instalar los extintores a una distancia no mayor de 10 metros entre ellos. Las áreas de guarda de papel, trapo o ropa se protegen por medio de aspersores de agua de acción automática. Selección del SCI Para seleccionar los sistemas y equipos de protección contra incendio se deben tomar en cuenta las características del riesgo y el equipo disponible en el mercado. Características de los riesgos que deben tomarse en cuenta a. Grado de peligrosidad del riesgo a proteger. b. Clase o clases de fuego que puede originar el contenido del riesgo. c. Velocidad de propagación del fuego d. Clase y tipo de equipos, maquinarias, instalaciones y contenido del riesgo a proteger. e. Capacidad física y necesidades de entrenamiento del personal que labora dentro del riesgo. Para determinar el grado de peligrosidad, la clase de incendio que pueda originarse y su velocidad de propagación, es preciso estudiar cuidadosamente el proyecto arquitectónico así como el programa de distribución de equipo e instalaciones. Si dentro del riesgo hay posibilidad de que por la ignición de los materiales contenidos se puedan producir humos o vapores tóxicos, debe seleccionarse un equipo para extinción rápida. En caso de que el equipo, maquinaria, instalaciones y contenidos sean de tal naturaleza que puedan ser dañados por los agentes extintores. se deberá usar como agente extintor el bióxido de carbono.



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Si el personal que labora habitualmente dentro del riesgo es de poca capacidad física, el equipo que se seleccione debe ser de fácil manejo y de poca capacidad, para que sea de poco peso. Compensado esta poca capacidad con la instalación de un mayor número de unidades. La selección del equipo a instalar será independiente de los equipos con que cuentan los bomberos de la unidad, exceptuando la toma siamesa.

Fig. 2.32 Isométrico 2.32 Isométrico de la red hidráulica de u n SCI

2.10 ASPERSORES (SPRINKLERS) a n a z u r c a r e

Este sistema consiste, básicamente, en una red de tuberías colocadas inmediatamente abajo del techo, expuestas o cubiertas por falso plafón, alimentada a presión y en la que se instalan, a intervalos regulares, una serie de rociadores diseñados para abrirse por la acción de la temperatura circundante. Al abrirse el rociador produce una descarga de agua en forma de rocío, muy abundante, sobre el material que produce el calor.

V

Fig. 2.32 aspersores contra incendios



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Tipos de sistema Sistema húmedo. En este tipo de sistema toda la tubería se mantiene llena de agua a presión y se usa normalmente, en localidades en donde la temperatura del aire nunca llena a ser tan baja que pueda congelar el agua de la tubería. Sistema seco. En estos sistemas la tubería se mantiene llena de aire comprimido hasta una válvula de retención especial, cuya función es dejar pasar el agua en el momento en que baje la presión del aire dentro de la tubería al abrirse cualquier rociador del sistema por efecto del calor. Este tipo de sistemas se utiliza en aquellos lugares en donde por el clima frío puede congelarse el agua de la de la tubería, y debe tenerse cuidado especial en proteger de la congelación a la válvula de retención especial.


Fig. 2.33 Hidrante




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Tipos de rociadores Se tomó en cuenta la posición de la instalación del rociador para clasificarlos en cuatro tipos. Ascendente. El deflector se encuentra en la parte superior de la tubería. Descendente. El deflector está abajo de la tubería De techo. Con el deflector abajo del falso plafón que cubre la tubería. De pared. El deflector está diseñado para emitir el rocío hacia el lado contrario a la pared más cercana a su colocación. Configuración geométrica de la red y localización de rociadores. En zonas de riesgo bajo la máxima distancia permisible entre los ramales y los rociadores de cada ramal será de 4.5 metros. En zonas de riesgo medio, la máxima distancia permisible entre los ramales y entre los rociadores de cada ramal será de 4.5 metros, excepto en zonas de estibas altas, en que la separación máxima entre los ramales y entre los rociadores de cada ramal será de 3.6 metros. En zona de riesgo alto, la máxima distancia permisible entre los ramales y entre los rociadores de cada ramal será de 3.6 metros. En zonas de riesgo bajo el área de protección por rociador no debe exceder de 15 metros cuadrados. En zonas de riesgo medio el área de protección por rociador no debe exceder de 12 metros cuadrados, excepto en áreas de estibas altas, en las que el área de protección por rociador no debe exceder de 9 metros cuadrados. En zonas de riesgo alto el área de protección por rociador no debe exceder de 8 metros cuadrados. Presión manométrica mínima y máxima de los rociadores La presión mínima de trabajo en la base del rociador debe ser de 0.7 bar que equivale a una carga de aprox. 7.0 metros de columna de agua. La presión máxima de trabajo en la base del rociador debe ser de 3.4 bar que equivale a una carga de aprox. 35.0 metros de columna de agua. El diámetro mínimo en cualquier tramo de la red será de 25 mm.




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Densidad de precipitación (caudal de agua por m 2 ). Son los lts/seg/m 2 que con cierto grado de uniformidad se deben aplicar sobre el área por proteger. Las densidades que se deben considerar de acuerdo con el tipo de riesgo y del área por proteger, deben ser de acuerdo a lo especificado por el fabricante. Consideraciones para el cálculo de la red hidráulica. El área de diseño será la hidráulicamente la más desfavorable y deben incluirse todos sus rociadores. Cuando no sea obvio que esa área considerada sea la más desfavorable en cuanto a gasto y carga, se deben analizar otras zonas. Cada rociador en el área de diseño debe descargar con un gasto por lo menos igual al gasto mínimo. Los diámetros de los diferentes tramos se seleccionan, considerando que el gasto de cada uno de los rociadores en el área de diseño debe ser razonablemente el mismo, por lo que las pérdidas de presión deben ser mismas en el área. El diámetro mínimo debe ser de 25 mm. En caso de que se tengan hidrantes y rociadores conectados a una misma red, se debe tomar en cuenta los que se supongan en uso simultáneo, tanto rociadores como hidrantes. Almacenamiento de agua requerido El volumen requerido de almacenamiento de agua, de acuerdo con el número de rociadores se indica en la sig. Tabla 2.2


Tabla 2.2 volumen de agua requerido




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BIBLIOGRAFÍA: INSTALACIONES PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO. NEIRA JOSÉ ANTONIO, FC, 2008 INSTALACIONES CONTRA INCENDIO. QUÍNTELA JESÚS MANUEL, UOC, 2008

REFERENCIAS: http://www.mavainsa.com/documentos/3_combustion.pdf http://www.profuego.com/contenido/curso_extintores.html http://www.capacitacionnfpa.com/norma_rociadores.html http://www.nfpa.org/




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UNIDAD III “INSTALACIONES DE GAS”




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INTRODUCCIÓN

El diseño y dimensionamiento correcto de una instalación de gas asegurará que se tendrá un buen desempeño en los equipos consumidores, así como la seguridad del personal que labora en el local o los habitantes de un edificio donde se realice la instalación. Este capítulo inicia con el estudio de los accesorios comunes requeridos en una instalación de gas, el proceso de soldadura, los componentes internos de un tanque estacionario y el funcionamiento de un regulador de gas. Se darán también las bases para realizar el diseño de una instalación de gas tanto para aplicaciones domésticas como para aplicaciones industriales. De manera particular se analizarán tablas de consumos de aparatos comunes y se seleccionarán los reguladores de presión, la capacidad del o los tanques, los diámetros de las tuberías de distribución y ramales.




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3. INSTALACIONES DE GAS Una instalación de gas estacionario domiciliario o residencial requiere del cálculo de la capacidad del tanque, regulador de presión, diámetro de las líneas de llenado, alimentación a los aparatos de consumos así como del conocimiento de las normas para su instalación en diferentes locales o escenarios. Por tal motivo en este capítulo se dan a conocer las bases para realizar proyectos de instalaciones de gas domesticas e industriales. Gas Natural El gas natural es un combustible compuesto de hidrocarburos parafínicos que se encuentran en el subsuelo de los campos y pozos petrolíferos. Está formado en una mayor proporción de los hidrocarburos más ligeros como el metanoCH4 (92%), el etano-C 2H6 (3.9%), propano- C 3H8 (1.8%), butano-C 4H10 (0.1%), isobutano (0.2%), y el 2% de otros gases como nitrógeno-N 2, bióxido de carbono-CO 2, acido sulfúricoH2S y argón-Ar. Es un gas más ligero que el aire y no es toxico, incidiendo en la calidad de vida puesto que es la energía de origen fósil menos contaminante correspondiendo a su composición química. Gas LP El gas LP o licuado de petróleo es un combustible de alto poder calorífico que arde con una flama excepcionalmente limpia, el cual si se le maneja en forma adecuada se quema totalmente sin dejar residuos o cenizas, ni producir humo u hollín; está compuesto principalmente de propano- C 3H8 (60%) y butano-C4H10 (40%). El gas LP se almacena, transporta, distribuye y aprovecha en estado líquido, ya que es el único gas combustible que tiene la particularidad de que, cuando es sometido a presiones mayores a la atmosférica y a la temperatura ambiente promedio, se condesa convirtiéndose al estado líquido. Cuando se extrae o libera el gas LP de los recipientes que lo contienen absorbe calor del medio ambiente convirtiéndose al estado gaseoso que es como realmente se le aprovecha. El gas LP es incoloro, inodoro, de baja viscosidad y en estado de vapor es más pesado que el aire, cuando se produce una fuga en el interior de un local escasamente ventilado, el gas se acumula en la parte más baja formando una mezcla con el aire, que la mayoría de las ocasiones se constituye una mezcla flamable en el peor de los casos altamente explosiva. Para proveerlo de su olor característico a materia orgánica de descomposición y Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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con ello hacer notar su presencia en el ambiente por fugas en soldaduras, porosidades de conexiones o por otras irregularidades como pilotos apagados, válvulas en mal estado, conexiones flojas, etc., se oloriza mezclándolo con mercaptano. El gas LP se obtiene directamente de los mantos petrolíferos donde se encuentra mezclado con el petróleo puro, también se obtiene en una opción secundaria de la refinación de algunos derivados del petróleo.

3.1. Clasificación de las instalaciones de gas LP Por su capacidad de almacenamiento: Tipo I.- Capacidad hasta 5000 litros Tipo II.- Capacidad mayor de 5000 litros Por su uso: Clase A.- Doméstica unifamiliar: Alimenta gas LP en estado de vapor a los aparatos de consumo de una casa o un departamento habitacional. Clase A-1.- Doméstica múltiple: Consta de dos o más instalaciones domesticas unifamiliares ubicados en el mismo inmueble que el punto de abasto (Edificios de departamentos). Clase B.- Comerciales: Utilizan el gas LP como combustible para elaborar productos para su venta o proporcionar servicios que se comercializan en forma directa al consumidor final (tortillerías, panaderías, restaurantes, etc.) Clase B-1.- Comerciales múltiples: Constituidas por dos o más comerciales ubicadas en la misma zona o centro comercial abastecidas por el mismo recipiente estacionario (centro comerciales, mercados, etc.) Clase C.-Servicios: Utiliza gas LP como combustible para dar servicio al comercio o a la industria, sin formar parte del proceso de producción (como servicio para comedores, servicio de baño de personal, etc.). Clase D.- Industriales: Utilizan el gas LP como combustible para realizar procesos industriales o para elaborar productos que sirvan como materia prima para otros procesos.




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3.2. Materiales y artefactos para las instalaciones de aprovechamiento 1.- RECIPIENTES Manuales Portátiles Estacionarios 2.- TUBERÍAS De servicio (alta y baja presión) De llenado De retorno de vapor 3.- CONEXIONES EN GENERAL 4.- REGULADORES De baja presión De alta presión De aparato 5.- MEDIDORES VOLUMÉTRICOS 6.- VÁLVULAS De paso para aparatos De control Para gas liquido Para vapor Multiválvulas 7.- APARATOS DE CONSUMO




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3.3. ESPECIFICACIONES DE TANQUES ESTACIONARIOS Según la NOM-012/3-SEDG-2003 el llenado máximo de los recipientes estacionarios deberá ser de 85% de su capacidad nominal, esto debido a que al incrementarse la temperatura del ambiente durante el día el gas dentro del recipiente comienza a vaporizarse y a incrementar su presión, por lo que debe haber un espacio en el recipiente para que el gas vaporizado se desplace libremente sin ejercer una presión excesiva que pueda provocar accidentes. Existen diferentes marcas y capacidades de tanques estacionarios, la selección depende principalmente de la capacidad de vaporización.

LLENADO MAX 85% (POR NORMA)

Fig. 3.1 Modelo de tanque estacionario(ARMABE)

La Tabla 3.1 muestra las siguientes medidas de las longitudes de acuerdo a la letra que corresponda: A = Longitud del proyector B = Diámetro C = Longitud entre soportes D = Longitud total




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Tabla 3.1. Medidas de tanques estacionarios (ARMABE)

3.4. Tuberías para gas LP y Natural Para el uso exclusivo en la conducción, distribución y aprovechamiento del gas LP y Natural se dispone de los siguientes tipos de tuberías: 1.- Galvanizada ced. 40: usadas en lugares expuestos a esfuerzos mecánicos y sin protección. 2.- De cobre flexible (CF): usadas en donde se prevean esfuerzos o vibraciones por asentamientos, por cambio de lugar o posición de aparatos de consumo.


3.- De cobre rígido tipo “L” (CRL): Usadas en todo tipo de instalaciones de aprovechamiento de GLP y GN, excepto en: tuberías de llenado (P max: 17.58 kg/cm2), en instalaciones expuestas a esfuerzos mecánicos sin protección al aplastamiento, corte o penetración.




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4.- De cobre rígido tipo “K” (CRK): por ser de mayor espesor de pared que “L” se recomiendan en tuberías de llenado. 5.-Manguera especial de neopreno con malla protectora : por su máxima flexibilidad su uso es común en instalaciones de aprovechamiento provisionales o temporales como en puestos ambulantes o fijos desmontables, exposiciones. 6.- Fierro negro, ced. 40 y 80: usadas en redes de distribución de GLP y GN a partir de grandes recipientes estacionarios o de cacetas de medición para abastecer fábricas o unidades habitacionales. 7.- Manguera de polietileno (tramada): los mismos usos que la de neopreno, pero va en desuso por la preferencia de coflex.

En la Tabla 3.2 se muestran datos de longitud y diámetro de las tuberías para la instalación de gas LP.


Tabla 3.2 Longitudes y diámetros comerciales de tuberías para gas LP Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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Recomendación para el tendido, localización y protección de tuberías No se permite instalar tuberías que conduzcan gas dentro de locales habitables como baños, recámaras, sótanos, huecos formados por plafones, debajo de pisos de madera, etc. Las tuberías horizontales deberán tener una altura mayor a 10 cm con respecto al nivel de piso terminado (NPT). Se recomienda separar las tuberías que conducen GLP un mínimo de 20 cm de las tuberías que protegen conductores eléctricos y de tuberías que conducen fluidos corrosivos o a alta presión. Cuando las tuberías de GLP deban ser enterradas en jardines, patios, o lugares similares, la profundidad mínima de la zanja debe ser de 60 cm. Las tuberías que conducen GLP en baja presión (hasta 27.94 gr/cm 2) podrán ser ocultas si son de fierro galvanizado C-40, de cobre rígido o superiores. No está permitido instalar tuberías de alta presión regulada (TAPR) dentro de recintos cerrados excepto en los casos que se destinen para abastecer aparatos de consumo que trabajen a dicha presión, ya que al carecer de ventilación y al haber fugas se alcanzan grandes volúmenes de mezclas explosivas. En todos los casos, las TAPR en interiores como exteriores, deben protegerse contra esfuerzos mecánicos, siendo recomendable el uso de tuberías de cobre tipo “K”, galvanizada C-40 o superiores. En instalaciones de edificios para servicio doméstico o comercial, las TAPR pueden ser instaladas en forma subterráneas en patios, jardines y áreas similares. a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U


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3.5. CONEXIONES Las conexiones que se presentan en esta sección son similares a las que se presentaron en el capítulo I; sin embargo, aquí se presentan las de uso exclusivo para instalaciones de gas.

Conector cobre a rosca interior

Conector reducción cobre a rosca interior

Niple unión reducido

Codo de 90° terminal hembra

Te unión o Te de extensión

Niple terminal hembra

Tuerca cónica reducida

Codo 90° terminal macho

Niple terminal macho

Niple unión

Fig. 3.3 Conexiones típicas en instalaciones de gas



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Codo conector rosca exterior

Te unión

Te terminal al centro

Codo conector rosca interior

Codo 90° reducción rosca interior

Válvula de paso terminal

Te cobre a r rosca interior

Válvula de paso

Punta Pol

Pigtail punta invertida a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U


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3.6. HERRAMIENTAS Y SOLDADURA. En este texto se mencionan y esquematizan el uso de las herramientas básicas para trabajos de instalaciones de gas por medio de soldadura blanda. La figura 3.4 muestra el uso de un cortador de tubo de cobre. Esta herramienta es útil para cortar tubos de diámetros pequeños con la mínima cantidad de rebabas.

Fig. 3.4 el procedimiento de limpieza de la tubería para remover la capa superficial y las rebabas, con el objetivo de realizar una óptima soldadura. En la Figura se puede apreciar el uso de una herramienta con una cavidad de acuerdo al diámetro de la tubería, pero en la práctica se usa lija para tal efecto.

la forma correcta en que se debe untar la pasta fundente para soldar los tramos de tubería con los accesorios. La pasta aplicada correctamente ayuda a evitar la oxidación del metal al aplicarle calor y a romper la tensión superficial para facilitar que la soldadura corra libremente por capilaridad. Las Figuras 3.5, 3.6 y 3.7 muestran el procedimiento de ensamblado, aplicación de calor con el soplete y aplicación de la soldadura, la cual deberá ser de 95:5 (95% de estaño-Sn y 5% de antimonio-Sb para instalaciones de gas.




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Fig. 3.5, Fig. 3.6 y Fig. 3.7



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3.7. REGULADORES DE PRESIÓN La función de los reguladores de presión (RP) es la de proporcionar el gas en estado de vapor a las tuberías de servicio al valor de presión requerida y con un mínimo de fluctuaciones. Su capacidad expresada en m 3/h de vapor, debe ser como resultado de calcular el número de aparatos que en un momento dado puedan trabajar en forma simultánea considerando el factor de demanda (F.D) que corresponda (60% en edificios habitacionales) En la Figura 3.8 se muestra el esquema de funcionamiento de un regulador de acción directa. El “gas” en estado líquido que proviene del interior del tanque a una presión superior a la que trabajan los aparatos de consumo, pasa a través del regulador donde su presión es abatida hasta un valor requerido o fijo por medio de vencer la presión ejercida por el diafragma. Algunos reguladores de presión vienen provistos de un tornillo de tarado para fijar la presión de salida del gas a la requerida por el aparato de consumo. En la Figura 3.9 se muestra uno de los reguladores de gas más comunes para cilindros portátiles, el cual entrega el gas a una presión de 27.94 gr/cm 2, la cual es la presión de trabajo de la mayoría de los aparatos de consumo en los hogares.

De acción directa

Salida de gas regulado

Entrada de gas

Fig. 3.8 Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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Fig. 3.9 Regulador de baja presión En la Tabla 3.4, se muestran las características de algunos modelos de reguladores de baja presión, para su correcta selección. La entrada de 1/4 es para punta pol. En la tabla 3.5 se muestran las características de los reguladores de alta presión.

Tabla 3.4. Características de reguladores de baja presión




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Tabla 3.5. Características de reguladores de alta presión

Regulación a dos etapas Las fluctuaciones en el valor de la presión en la entrada de los reguladores, además de las demandas generalmente no constantes en grandes instalaciones afectan el valor de la presión a la salida, lo que lleva a ocasionar problemas de funcionamiento en los aparatos que trabajan a baja presión.


La mejor solución para controlar con un máximo de eficiencia el valor constante de la presión en las tuberías de servicio, es haciendo la regulación en dos etapas.



91


La regulación a dos etapas puede desglosarse como: 1.- cuando en una instalación de aprovechamiento se instalen solamente quemadores que operen a alta presión, pero que por sus características de construcción no funcionen correctamente si las variaciones en el valor de la presión del gas son notables, se debe instalar un regulador inmediatamente después del recipiente estacionario(regulador de primera etapa), que libere el gas a una alta presión a la tubería de servicio, al final de la misma se instala otro (de segunda etapa) para que al recibir del primero la presión prácticamente constante, la entrega calibrada a la requerida por los quemadores o aparatos en cuestión. 2.- en las instalaciones en las que se tienen tanto quemadores que funcionen a alta presión como también a baja presión, en los primeros se conectan a la tubería de servicio de alta presión, directamente o a través de reguladores de aparatos según la exactitud de la presión requerida. Los aparatos restantes se conectan a la tubería de baja presión. 3.- en instalaciones habitacionales en los que el tanque estacionario se localiza distante a los aparatos de consumo es necesaria la regulación a dos etapas. Ventajas de la regulación de dos etapas 1.- se evitan las variaciones notables en la presión recibida por los reguladores de segunda etapa, obteniéndose una presión uniforme en las tuberías del servicio, consecuentemente un óptimo funcionamiento en los quemadores. 2.- se reducen considerablemente los diámetros en las tuberías de servicio y con ello los costos de materiales y de mano de obra. En las Figura 3.10 se muestran la correcta instalación de un regulador de presión en un tanque estacionario, en la figura 3.11 se aprecia un regular de alta presion y en la Figura 3.12 se muestra un regulador con conexión para tanque de reserva.


Fig. 3.10 Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


92


Fig. 3.11

Fig. 3.12



93


3.8. MEDIDORES VOLUMÉTRICOS DE VAPOR Se instalan en servicios múltiples (consumidores) abastecidos generalmente por un sólo recipiente estacionario. Se deben localizar agrupados en sitios bien ventilados, de libre y seguro acceso como azoteas, en el caso de edificios de departamentos, de manera que la toma de lecturas pueda efectuarse sin dificultad, como se muestra en la Fig. 3.13. En todos los casos, siempre deben de ser precedidos de una válvula de control con orejas para candado, para que en casos necesarios se puedan eliminar servicios temporalmente y en forma individual, por fugas, cambio de aparatos, por falta de pago, etc. Se deben instalar tuercas unión en el medidor para facilitar el retiro de los mismos por cambio o reparación.

Fig. 3.13

Localización de aparatos de consumo. La mayoría de los aparatos de consumo de casas-habitación están diseñados para instalarlos en el interior de las viviendas, pero existen dispositivos como los calentadores de agua que por su alto consumo de gas generan también gran volumen de gases de combustión y por ese motivo se deberán instalar en el exterior, preferentemente deberán ubicarse en jardines o en patios de servicios suficientemente ventilados. Sin embargo, si no hay otra opción que instalarlos dentro de cocinas, nichos, o lugares con escasa ventilación será necesario instalarles chimeneas orientadas hacia el exterior, para procurar el rápido desalojo de los gases de la combustión del gas LP, como se muestra en la Fig. 3.14.




94

Fig. 3.14 Calentador con chimenea flexible.

3.9. GRUPO DE VÁLVULAS PARA TANQUES ESTACIONARIOS. Un tanque estacionario debe contener un grupo de válvulas para su correcta y segura operación. Válvula de llenado Válvula de seguridad Válvula de retorno de vapores Válvula chek para drenado

Válvulas de llenado Estas válvulas están diseñadas para la máxima seguridad en el llenado de tanques de almacenamiento de gas LP con la caída de presión más baja posible.

Válvulas de seguridad Esta válvula está diseñada para aliviar la presión en los tanques estacionarios, su diseño de acción instantánea asegura un mínimo de perdida de gas, después de descargar, la válvula cierra automáticamente y herméticamente.




95

Válvulas de retorno de vapores Proporciona capacidad amplia para el retorno de vapores evitando la presión excesiva que puedan producir las bombas de gran capacidad dentro de los recipientes, y facilita la operación de llenado al igualar las presiones dentro del auto tanque y el tanque estacionario. Válvulas chek para drenado Esta válvula resuelve el problema de vaciado rápido de tanques estacionarios y con el máximo de seguridad. Es una combinación de válvulas de no retroceso y de exceso de flujo, teniendo además tapa adicional para cierre hermético.

Fig. 3.15 Grupo de válvulas en tanque estacionario. a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U



96

Fig. 3.16 corte de un tanque estacionario.

3.10. LÍNEAS DE LLENADO La línea de llenado sirve para abastecer de GLP a los recipientes estacionarios, cuando por su ubicación no pueda hacerse directamente por medio de la manguera del auto tanque. Por reglamento y seguridad la línea de llenado deberá ser de cobre rígido tipo K o superior y las válvulas de globo deberán ser especiales para gas líquido y para una presión de trabajo de hasta 28 kg/cm 2. Tendido y localización a) Debe instalarse por el exterior de las construcciones y ser visibles en todo su recorrido. b) Separarse como mínimo 20 cm de tuberías que alojen conductores eléctricos o fluidos de alto riesgo. c) La boca de toma debe tener una altura mínima de 2.5 m sobre el nivel de la banqueta y una distancia de 3 m como mínimo de cualquier flama, chispa o de cualquier otra fuente de ignición. d) Se procurará hacer el tendido de la tubería de la línea de llenado por las fachadas, si esto no fuera posible, se haría por paredes laterales que o sean de colindancia.



97


En las Figuras 3.17 y 3.18 se muestran diferentes arreglos de la instalación de líneas de llenado de gas LP con sus diferentes accesorios. La selección del tipo de arreglo dependerá de las características propias de la instalación. En la Figura 3.19 se muestra el arreglo de la línea de retorno de vapores, la cual debe instalarse para liberar los vapores de gas LP al momento del llenado y permitir con esto el flujo libre del combustible al recipiente estacionario. La falta de esta línea en la instalación puede provocar un llenado lento o que se abra la válvula de alivio, sobre todo en recipientes de más de 500 litros.

1. Válvula doble check para gas liquido 2. Acoplador con cuerda acme para llenado 3. Válvula de globo para gas liquido 4. Conector cu exterior 5. Codo cu 6. Tee cu rosca al centro 7. Válvula de relevo hidrostático 8. Niple galvanizado rosca corrida 9. Reducción bushing galvanizada 10. Codo galvanizado 11. Válvula doble check para gas liquido 12. Tubería CRK

Fig. 3.17. Arreglo de línea de llenado

En los tramos de tubería, tubería y manguera en que pueda quedar atrapado gas líquido entre dos válvulas de cierre, exceptuando los tramos de manguera para llenado de recipientes portátiles, se debe instalar entre ellas una válvula de relevo hidrostático. La descarga de estas válvulas debe dirigirse hacia un lugar seguro (NOM-001-SEDG-1996).



98


1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tubería de CRK Conector cu rosca exterior Válvula globo para gas liquido Niple galvanizado corrido Reducción galvanizada Codo galvanizado Válvula doble chek para gas liquido

Fig. 3.18. Arreglo 2 de línea de llenado 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Acoplador ACME Válvula globo vapor Niple galvanizado corrido Codo conector cu rosca interior Codo cu Conector cu rosca exterior Codo galvanizado Válvula combinada no retroceso y exceso de flujo 9. Válvula de retorno de vapor


Fig. 3.19. Arreglo de línea de retorno de vapores



99


Fig. 3.20. Línea de llenado

3.11. PRUEBAS DE HERMETICIDAD No olvide realizar pruebas de hermeticidad en las instalaciones usando aire o el propio gas a una presión superior a la de trabajo. 500 gr/cm 2 para baja presión durante 10 min (sin conectar los aparatos de consumo) y 27.94 gr/cm 2 (con los aparatos conectados, 10 min). Para alta presión la presión de prueba deberá ser de por lo menos dos veces la presión de trabajo y durante un periodo mínimo de 24 horas.. Las tuberías de llenado y retorno de vapor se deben probar a una presión de 21 kg/cm durante 24 hr. Mínimo, colocando el manómetro en la válvula de servicio.

2

Una vez realizadas las pruebas de hermeticidad deberán purgarse todas las tuberías antes de ponerlas en servicio.




100

3.12. DISEÑO DE INSTALACIONES DE GAS USO RESIDENCIAL E INDUSTRIAL. Ejemplo de cálculo para uso residencial en edificios de condominios. 3.12. 1 Obtención de la capacidad del tanque y los reguladores de presión.

Se realizará el diseño para un edificio de 5 pisos en los cuales están distribuidos 3 dispositivos o aparatos de consumo de gas, los cuales se presentan a continuación: Estufa de 4 quemadores con horno y comal (E4QHC). El consumo de gas LP de los diferentes aparatos de consumo se obtiene de la Tabla C-1 del apéndice. 3

G = 0.48 m /h

s

Secadora de ropa (S) 3 G = 0.48 m /h

Calentador de paso doble (CPD) 3 G = 1.5 m /h

El gasto de cada dispositivo se deberá de multiplicar por 5 ya que se supondrá que cada departamento cuenta con el mismo número y tipo de aparato de consumo. Para instalaciones en edificios de departamentos se aplicará un factor de demanda de 0.6 ya que se considera que no todos los aparatos de consumo trabajarán de forma simultánea. Con base en el consumo total (m 3/h) se selecciona la capacidad del tanque en la Tabla TA 3, del Anexo de este capítulo, que corresponden a cada fabricante. Queda a criterio del instalador seleccionar el tanque con una capacidad superior a la obtenida en los cálculos, para garantizar el suministro correcto en instalaciones futuras.




101

En instalaciones de edificios de departamentos se deberá regular el gas en dos etapas para evitar grandes caídas de presión en las líneas de alimentación y garantizar la operación óptima de los aparatos de consumo. El regulador de primera etapa se deberá colocar a la salida del tanque estacionario para regular el gas hasta una presión de 1.5 kg/cm 2 (La presión en el tanque estacionario es de 17.5 kg/cm2). Para este ejemplo, y tomando en cuenta el consumo total de gas, se seleccionaron dos modelos de reguladores que cumplen con el caudal volumétrico, usando el anexo de este capítulo. El regulador de segunda etapa se deberá colocar antes de la instalación de los medidores de consumo de gas precedido de una válvula de control del tipo on-off, como se muestra en la Figura 3.21.

Fig.3.21 Arreglo de la instalación del regulador de segunda etapa. a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U


102


En la Tabla 3.6. Se muestra la síntesis de los equipos y accesorios que pueden ser seleccionados para almacenar y regular el gas LP.

Tabla 3.6. Resumen de la selección de equipos y accesorios Aparato de Consumo Capacidad Capacidad de los reguladores 3 consumo en m /h del tanque E4QHC 0.48 Primario con presión de salida de 1.5 kg/cm2: S 1.5 CPD 0.48 CMS 080 ó Fisher 67 ¼”-¼” TOTAL por 2.46 1600-1800 L Secundario con presión de depto. salida de 27.94 gr/cm 2: SUBTOTAL 5 12.3 Fisher S-102 ó Rego LV-5503 deptos ¾”-¾” GT F.D (0.6) 7.38

3.12. 2. Cálculo de diámetros de las tuberías a utilizar. Para poder obtener los diferentes diámetros de las tuberías de servicio o distribución se usará la fórmula del Dr. POLE, en la cual se propondrá un diámetro de tubería y si éste no rebasa el 5% de caída de presión se acepta; sin embargo, hay que evaluar si se puede usar aún una tubería de menor diámetro, lo cual disminuiría el costo de instalación. La fórmula del Dr. POLE es: 2

%H = (G ) (L) (f)

Donde Porcentaje en la caída de presión en el tramo de tubería evaluado 3 G Consumo total en el tramo de tubería por evaluar (en m /h) Longitud del tramo de tubería evaluado (en m) L f Factor de tubería, que representa el factor de fricción y depende del tipo de tubería y del diámetro principalmente. Los valores se pueden consultar en la Tabla TA 3 del anexo. % H

=

=

=

=

En esta etapa de los cálculos se deberá hacer uso de los planos isométricos para ubicar adecuadamente los aparatos de consumo y conocer las dimensiones exactas de los tramos de tuberías.



103


3.12.3 Cálculo del diámetro de la tubería de distribución (TRM) Se inician los cálculos proponiendo inicialmente una tubería de servicio (distribución) de cobre tipo L (CRL) de diámetro de 1 ½ pulgada, para el tramo del regulador de primera etapa a los medidores de gas (TRM) cuya distancia L = 6 m. Del anexo leemos un valor de f de 0.0018. Sustituyendo GT , L y f se tiene 2

%Hprincipal = (GT) (L) (f) =

(7.38)2 (6) (0.0018) = 0.588%

Con este resultado nos damos cuenta de que podría ser posible disminuir el diámetro de la tubería. Proponemos ahora el diámetro inmediato inferior (1 ¼ con f = 0.0044) y se obtiene %H= 1.437%, sin embargo, se podría disminuir aún más el diámetro de la tubería de alimentación. Se propone ahora un diámetro de 1” con f = 0.0127, con lo que se obtiene %H= 4.15%. Este valor es el adecuado ya que no supera el 5% en la caía de presión, un diámetro de ¾” elevaría el valor de la caída de presión hasta en un 15%. Por lo tanto la tubería principal tramo TRM será de 1” de diámetro. 3.12.4 Cálculo del diámetro de la tubería del Tramo T5P que va de los medidores de gas hasta el primer aparato de consumo del 5º piso. Suponemos un diámetro de 1” con una longitud de 7.0 m y f = 0.0127 G= Suma de los tres aparatos de consumo en este caso sería la secadora, calentador y estufa, con un gasto total de 2.46 m 3/h %H5P = (G)2 (L) ( f ) %H5P= (2.46)2 (7) (0.0127) = 0.538 Para conectar la secadora se usará una manguera flexible (neopreno con malla) de 0.6 m y 3/8” de diámetro. Sin embargo, se utiliza el factor f = 0.46 del cobre flexible (CF) que es del que se dispone. 2

%H5PS= (Gs) (L) ( f ) %H5PS= (0.48)2 (0.6) (4.6) =0.6359 Después de haber conectado la secadora se continúa con la conexión del calentador. La distancia que existe entre la secadora y el calentadores de 2.0 m y utilizaremos una tubería de ¾”. También utilizaremos una manguera flexible de 0.6 m y ½” por ser un calentador de gran consumo. %H5PC =(G-Gs)2 (L) ( f ) %H5PC= (2.46-0.48)2 (2.0) (.048) = 0.4046



104


%H5PC= (GC ) 2 (L) ( f ) %H5PC= (1.5)2 (0.6) (0.97) = 1.3095 Por último analizaremos la tubería de la estufa, para la cual propondremos un diámetro de ½ con una longitud de 7.0 m, así como también una manguera flexible de 1 m. %H5PE =(G-Gs-GC )2 (L) ( f ) %H5PE= (2.46-0.48-1.5)2 (7) (0.297) = 0.479 %H5PE= (GE )2 (L) ( f ) %H5PE= (0.48)2 (1) (4.6) = 1.0598 Al sumar el porcentaje de todas nuestras pérdidas se obtiene un %H 5P = 4.39, que es menor del 5% de caída de presión permitida en la línea, por lo que los diámetros sugeridos son los correctos. La síntesis de las características de los aparatos de consumo y de las tuberías se presenta en la Tabla 3.7. APARATOS DE CONSUMO

CONSUMO (m3/h)

L (m)

in

f

S

0.48

7

1"

0.0127 0.538

0.6

3/8"

4.6

0.6359

2

3/4"

0.048

0.3764

0.6

1/2"

0.97

1.3095

7

1/2"

0.297

0.479

1

3/8"

4.6

1.0598

rizo CA paso doble

1.5

rizo E4QHC

0.48

rizo TOTAL

2.46

H (%)

4.3986

Tabla 3.7. Resumen de las características de los aparatos de consumo y tuberías del d epartamento 5P. A

4m 2.6


B

D C

1.15

Fig.3.22. Esquema de la instalación de gas LP desde el tanque estacionario al quinto piso. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


105


3.12.5. Cálculo de la línea de alimentación que va del quinto al cuarto piso. Asumiendo que los departamentos contaran con la misma demanda y la misma distribución de los aparatos domésticos, lo único que variará (incrementará) será la longitud del tramo AB (T 4P) lo cual nos conducirá probablemente a incrementar el diámetro del mismo. Proponemos como primer valor el mismo diámetro de 1” y una longitud de 10 m y f = 0.0127. Calculando se tiene: %H4P = (G)2 (L) ( f ) %H4P= (2.46)2 (10) (0.0127) = 0.7686 Los demás cálculos permanecen igual y se resumen en la Tabla 3.8. APARATOS DE CONSUMO

CONSUMO (m3/h)

L (m)

in

f

S

0.48

10

1"

0.0127 0.7686

0.6

3/8"

4.6

0.6359

2

3/4"

0.048

0.3764

0.6

1/2"

0.97

1.3095

7

1/2"

0.297

0.479

1

3/8"

4.6

1.0598

rizo CA paso doble

1.5

rizo E4QHC

0.48

rizo TOTAL

H (%)

2.46

4.6292 Tabla 3.8.

3.12.6. Cálculo de la línea de alimentación que va del cuarto al tercer piso. Como la secuencia de cálculo es la misma en todos los pisos de departamentos sólo se presentarán los resultados en las siguientes Tablas, así para el departamento del piso 3 se presentan los resultados en la Tabla 3.9. Tabla 3.9. APARATOS DE CONSUMO

CONSUMO (m3/h)

L (m)

in

f

S

0.48

13

1"

0.0127 0.9991

0.6

3/8"

4.6

0.6359

2

3/4"

0.048

0.3764

0.6

1/2"

0.97

1.3095

7

1/2"

0.297

0.479

1

3/8"

4.6

1.0598

rizo CA paso doble

1.5

rizo E4QHC

0.48

rizo TOTAL

2.46

H (%)

4.8597



106


3.12.7. Cálculo de la línea de alimentación que va del tercero al segundo piso. Ya que estamos incrementando la longitud el valor de las perdidas incrementará también; por lo tanto tendremos que usar un diámetro mayor para este segundo piso. APARATOS DE CONSUMO

CONSUMO (m3/h)

L (m)

in

f

S

0.48

16

0.0044 0.426

0.6

1 1/4" 3/8"

4.6

0.6359

2

3/4"

0.048

0.3764

0.6

1/2"

0.97

1.3095

7

1/2"

0.297

0.479

1

3/8"

4.6

1.0598

rizo CA paso doble

1.5

rizo E4QHC

0.48

rizo TOTAL

2.46

H (%)

4.2866

Tabla 3.10. Resumen de las características de los aparatos de consumo y tuberías del d epartamento 2P. 3.12.8. Cálculo de la línea de alimentación que va del segundo al primer piso. APARATOS DE CONSUMO

CONSUMO (m3/h)

L (m)

in

f

S

0.48

19

0.0044 0.5059

0.6

1 1/4" 3/8"

4.6

0.6359

2

3/4"

0.048

0.3764

0.6

1/2"

0.97

1.3095

7

1/2"

0.297

0.479

1

3/8"

4.6

1.0598

rizo CA paso doble

1.5

rizo E4QHC

0.48

rizo TOTAL

2.46

H (%)

4.3665


Tabla 3.11. Resumen de las características de los aparatos de consumo y tuberías del departamento 1P.




107

3.12. Línea de llenado Para este cálculo utilizaremos tubería de cobre tipo “K” con una longitud de 20 m, y un diámetro de ¾”. El diámetro de ¾” es el mínimo usado en las líneas de llenado domiciliarias. Se deja como ejercicio a los estudiantes verificar la caída de presión de esta sección.

Fig. 3.23. Esquema de la línea de llenado


Fig. 3.24. Esquema isometrico de una instalacion de gas Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


108


s

s

s

s

s

Fig. 3.25. Esquema de la distribución de los aparatos de consumo en el edificio de departamentos.




109

ANEXOS TA-1. Vaporización de recipientes estacionarios de acuerdo a su capacidad en litros de Gas LP (tomadas del libro de Inst. Gas LP del Ing. Becerril)

TA-2. Tabla de consumo de aparatos de uso frecuente en instalaciones domésticas




110

TA-3. Tabla para calcular el factor de fricción (f) de las tuberías usadas en la instalación de GLP (tomadas del libro de Inst. GLP del Ing. Becerril)

BIBLIOGRAFÍA MANUAL DEL INSTALADOR DE GAS L.P ING. BECERRIL L. DIEGO ONÉSIMO, 5 EDICIÓN 2004. EL ABC DE LAS INSTALACIONES DE GAS, HIDRÁULICAS Y SANITARIAS GILBERTO ENRIQUEZ HARPER, LIMUSA Referencias:

http://www.mavainsa.com/documentos/3_combustion.pdf http://www.profuego.com/contenido/curso_extintores.html




111

UNIDAD IV “INSTALACIONES PARA EL MOVIMIENTO DE MATERIALES” a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U



112

INTRODUCCIÓN La unidad que a continuación se presenta consiste en la determinación del manejo de materiales de un lado a otro. Este es una combinación de métodos, instalaciones, mano de obra y equipamiento para transporte, embalaje y almacenaje para corresponder a objetivos específicos. El manejo de material no se limita solo al manejo, si no al embalaje y almacenaje teniendo en cuenta el tiempo y el espacio disponibles. Se debe poseer de un buen apoyo logístico y conocer todos los instrumentos y maquinarias precisas para el desempeño de estas funciones. Otros aspectos a tener en cuenta son el balance económico, la entrega de componentes y productos en el tiempo correcto y lugar estimado para tener unos costes aceptables y que la empresa pueda obtener beneficios. Además de todo lo expuesto hay un aspecto muy importante como es la seguridad en el manejo de material tanto por maquinarias como por el manejo humano. Se deben conocer muy bien los peligros a los que se está expuesto a la hora de trabajar y saber actuar ante ellos. La manera mejor y más fácil es la prevención de riesgos laborales. La importancia de este conocimiento puede ayudar a entender el porqué del funcionamiento eficiente en las ramas de la manufactura, el almacenaje, y la distribución. Durante el transcurso de la unidad, se muestran los métodos, los equipos y los sistemas de manejo de materiales, los cuales pueden utilizarse para incrementar la productividad y lograr una ventaja competitiva en el mercado.



113


4. SISTEMAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE. En cualquier proceso industrial es absolutamente imprescindible el manejo y traslado de materiales. Dependiendo del tamaño, peso, estado y naturaleza del producto a mover. Se utilizarán uno de los distintos sistemas de elevación y transporte que existen y que va desde la forma manual, que no interviene aparato alguno, el mecánico, en el que el hombre se ayuda de una máquina para realizar el transporte y el automático en el que no interviene el hombre y todo se realiza automáticamente. Este tipo de sistemas de elevación y transporte se caracteriza por que son mecanismos absolutamente necesarios, valorando cada uno de sus elementos anexos al mismo, teniendo presente la instalación y el buen funcionamiento del equipo de acuerdo al tipo de proceso en el cuál se necesite emplear dicho sistema.

4.1. Ascensores Un ascensor es una instalación permanente de desplazamiento vertical que accede a dos o más niveles, y que comprende un habitáculo cerrado, o cabina, cuyas dimensiones y medios de construcción permiten claramente el acceso de personas, y que se desplaza entre unas guías verticales rígidas. Un ascensor, por lo tanto, es un vehículo para subir y bajar personas de una planta a otra dentro de un edificio, directamente o con paradas intermedias. Una segunda categoría la constituye el montacargas que acoge en su interior tanto a personas como a objetos y mercancías, poseyendo características similares a los ascensores. La tercera categoría la constituye el montacargas de servicio, que es una instalación permanente de elevación que accede a unos niveles definidos, pero cuya cabina es demasiado pequeña para transportar personas. Los montacargas de servicio transportan comida y suministros. Generalmente, la superficie del piso de este tipo de cabina no excede de 1 m 2, su profundidad de 1 m, y su altura de 1.2 m. a n a z u r c a r e

Los ascensores son movidos directamente por un motor eléctrico o indirectamente, por medio del movimiento de un líquido bajo presión generada por una bomba, movida a su vez, por un motor eléctrico.

V

Los ascensores eléctricos casi siempre están movidos por máquinas de tracción, con o sin transmisiones, según la velocidad de la cabina. El sistema más sencillo de acción directa es el que utiliza un émbolo que soporta y desplaza la cabina.

d a d i s r e v i n

Fig. 4.2 ascensor eléctrico


U

114


TIPOS DE ASCENSORES Clasificación por accionamiento Electromecánicos. Hidráulicos. Clasificación por servicio (tráfico y recorrido) Residenciales/Oficinas: 6 a 20 paradas – 0,75 a 2,5 m/s Baja altura: hasta 6 paradas – hasta 1 m/s Alto tráfico: edificios corporativos. Centro Cívico. IA. Gran altura: +30 pisos - 6 a 15 m/s – 20 a 60 personas. IA. Unifamiliares. Monta camillas. Para cargas. Ascensores electromecánicos Son los más instalados en edificios de viviendas multifamiliares. En este tipo de ascensores, la tracción se realiza por medio de grupos formados por un motor eléctrico, máquina reductora y polea, de la que cuelga el cable de tracción, que es arrastrado, por fricción en el giro de la polea. La cabina es guiada en su trayecto por rieles. En esta modalidad, existen dos tipos de configuraciones posibles: •

•

instalaciones con máquina en alto o instalaciones con máquina en bajo. a n a z u r c a r e V

Fig. 4.2 Maquina De Un Elevador Electromecánico


Fig. 4.3 Sistema De Contrapesos De Un Elevador


115


En cualquiera de estos casos, el contrapeso podrá estar situado al fondo de la cabina o en uno de sus laterales dependiendo siempre del tamaño del hueco, la planta de la cabina y la situación de la sala de máquinas. Lo más recomendable es ubicar el cuarto de máquinas en lo alto del hueco, ya que una sala de máquinas en bajo incrementa notablemente los costos de construcción Elevadores de carga Los Elevadores de Carga son equipos elaborados con materiales de alta resistencia para impactos no previstos, porque sabemos que serán sometidos a esfuerzos continuos, demandando fuerza y seguridad para la carga y usuarios. Estos son equipos con puertas manuales o automáticas, de tipo guillotina ascendente o bipartida y batientes; en el caso de puertas manuales, se acompañan de candados electromecánicos para uso rudo; en el caso de puertas automáticas, vienen con motores independientes en cada puerta (piso y cabina) con lo que se otorga a los usuarios de mayor seguridad en viaje.


Fig. 4.4 Elevador de carga




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Ascensores hidráulicos El ascensor hidráulico se caracteriza por llevar un pistón que por dentro tiene aceite, y mediante el cual es propulsado para poder desplazarse. La función que tiene la máquina hidráulica es la de aumentar o disminuir la presión del pistón. La máquina hidráulica está llena de aceite: cuando el ascensor sube, lo expulsa y cuando el ascensor baja, lo recoge. La ventaja de este tipo de elevadores, es que no necesitan cuarto de máquinas arriba del hueco, ya que el grupo hidráulico se puede instalar abajo o donde sea más conveniente al proyecto, aunque se recomienda que esté instalado cerca del hueco del ascensor, para evitar posibles disminuciones de rendimiento. Este tipo de ascensor es recomendable para edificios con poca altura. Como no lleva contrapeso, es más sencillo de instalar en espacios pequeños. Lleva instaladas dos guías que se ubican laterales a la cabina, a un lado del hueco, por lo cual es denominado también ascensor de mochila. Ascensor Hidráulico por Impulsión Directa Es un tipo de ascensor recomendable para poca altura, cuando el recorrido del ascensor no llega a los 4 m. Es necesario que tenga foso, ya que el pistón será instalado allí. Ascensor Hidráulico por Impulsión Diferencial Es un tipo de ascensor que se instala en recorridos de más de 4 m. No necesita tener foso, ya que el pistón se instala en un lateral del hueco. Es recomendable si se instala para varias paradas de pisos.


Fig. 4.5 Maquinaria de un elevador hidráulico



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4.1.1. Plataforma elevadora. La plataforma de trabajo es válida para el montaje sobre uno o dos mástiles. Tiene como elementos principales el grupo motriz, el mástil y los estabilizadores. El mecanismo de transmisión del sistema de elevación es de cremallera-piñón de modulo 5, con 1 o 2 cremalleras por mástil, guiados a lo largo del mástil vertical. El grupo motriz va montado sobre 2 tubos laterales del mástil y ocupa 3 de los 4 lados. Se compone de un motor por mástil con motor-reductor epicicloidal y freno electromagnético. Existe la posibilidad de montar un montacargas anexo para materiales o equipos en ángulo o recto.

Fig. 4.6 Plataforma Elevadora

4.1.2. Mecanismos Conjunto tractor. Es el conjunto tractor que produce el movimiento y la parada del ascensor compuestos por; el motor eléctrico y el freno. El motor eléctrico es el encargado de generar un movimiento rotativo con una velocidad entre 700 y 1400 rpm. Conectado mediante un acople a la máquina que imprime al eje de la polea tractora la velocidad de desplazamiento de la cabina a través del sistema reductor, los son generados por adherencia entre tal polea y los cables de acero, que están vinculados a la cabina y al contrapeso. El freno es un mecanismo generalmente del tipo electromagnético que cesa el suministro eléctrico al motor mediante unas zapatas que producen la detención del equipo.




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Báscula Este mecanismo para cualquiera sistema mide la deformación de algún elemento en la cabina por aumento de peso, así como el peso mínimo requerido para la seguridad de los niños. Estableciendo una regulación de carga máxima admisible o mínima admisible para la instalación en juego, la cual envía una señal al control de maniobras de modo que el ascensor no se ponga en movimiento hasta que el peso no disminuya, es decir que algún pasajero salga del interior del ascensor o para vedar la posibilidad de viajes a niños de corta edad solos, que por descuido de los mayores intentarán tal imprudencia. Todas las circunstancias son transmitidas a los usuarios por intermedio de “displays” en la cabina y/o mediante sintetizadores de voz, dependiendo de la sofisticación del sistema elegido. Limitador de velocidad Consiste en dos poleas, una instalada en el cuarto de máquinas y la otra, alineada verticalmente con la primera, en el fondo del hueco. A través de ambas pasa un cable de acero especial para ascensores, cuyas puntas se vinculan, una a un punto fijo del bastidor de la cabina, y la otra a un sistema de palancas cuyo extremo se encuentra en la parte superior de ese bastidor en cual el cable acompaña a la cabina en todos sus viajes, haciendo rotar las poleas según el movimiento que le imprime la velocidad nominal de la cabina. Es importante comprender que este cable es absolutamente independiente de los cables de tracción, es decir que no interviene en la sustentación de la cabina y el contrapeso, ni en la transmisión del movimiento generado por la máquina tractora; sólo por arrastre acompaña a la cabina. En la polea superior del limitador, aquella que está en el cuarto de máquinas, a través de alguno de los sistemas que existen, se produce una detención brusca del cable, cuando la velocidad de dicha polea se incrementa en un 25% respecto de la nominal. Esa detención brusca del cable, sumada a que la cabina continúa su acelerado descenso, hace que el extremo que está unido al sistema de palancas lo accione. Ello puede ocurrir, entre otras variadas razones, por sobrecarga acompañada de otros factores particulares, por corte de los cables de tracción, u otras causas. Paracaídas: Existen de dos tipos: instantáneos y progresivos. Los primeros se utilizan para ascensores de baja velocidad nominal: no más de 60 m/min, y una vez accionado detiene la cabina en forma instantánea. Para velocidades superiores de cabina, las consecuencias que podrían padecer los usuarios con una detención brusca de ésta, por acción del paracaídas, serían severos daños. El frenado se produce en forma progresiva. Todo el sistema de palancas, lo que en definitiva hace en su movimiento es liberar unas cuñas o rodillos que se encuentran en una caja junto a las guías. Cuando ello sucede, las guías son “mordidas” por las cuñas o rodillos y se produce la “detención salvadora” de la cabina.




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Amortiguadores: Existen dos tipos y se los coloca en la parte más baja del hueco. Para bajas velocidades nominales de cabinas son los denominados “de acumulación de energía o de resorte”. Los denominados de “disipación de energía o hidráulicos” pueden utilizarse para cualquier velocidad de cabina pero, por su costo, sólo se los usa donde son imprescindibles, es decir, para altas velocidades. En cualquiera de ellos, su intervención queda reservada para cuando, por cualquiera de las razones antes mencionadas, la cabina llega a la última parada inferior con un aumento de la velocidad nominal, pero éste no alcanza a ser el motivo suficiente como para que se active el limitador de velocidad. Es sencillo darse cuenta de que si es el adecuado, y está bien instalado y conservado, será el encargado de “amortiguar” el impacto de la cabina, logrando la preservación de ésta y de sus ocupantes. Controles: Todos los ascensores modernos están controlados por botonera y computadora, habiéndose abandonado el sistema de interruptor en la cabina manejado por un ascensorista. Los ascensores individuales y los integrados en grupos de dos a ocho cabinas suelen estar equipados con mandos colectivos que en el caso de instalaciones múltiples están interconectados. La característica principal de las maniobras colectivas es que las llamadas se pueden hacer en cualquier momento, tanto si la cabina está parada como si está en movimiento, y si las puertas del rellano están abiertas o cerradas. Las llamadas desde el rellano y desde las cabinas se recogen y se almacenan hasta que se les da respuesta. Independientemente de la secuencia en que se reciban, las llamadas se responden por el orden lógico en la dirección del movimiento de la cabina.

4.2. Maquinarias 4.2.1. Polipastos Se llama polipasto a una máquina que se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay que mover. Lleva dos o más poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo. Se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas-herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados porrieles colocados en los techos de las naves industriales.



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Los polipastos tienen varios tamaños o potencia de elevación; los pequeños se manipulan a mano y los más grandes llevan incorporados un motor eléctrico. Se clasifican en: Manuales.- De operación y levantamiento de la carga con cadena y accionado por la fuerza de una persona. Motorizados.- De operación eléctrica o neumática y levantamiento de la carga con cadena o cable.

Fig. 4.6 Polipastos

4.2.2 Malacates. Es un tambor metálico en donde enrolla un cable y son utilizados para levantar, bajar o jalar cargas incluyendo escaleras abatibles, y se clasifican como sigue: Eléctricos de tambor. Neumáticos de tambor. Malacates eléctricos.


Fig. 4.7 M alacate eléctrico




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4.2.3. Grúas viajeras. Por su accionamiento. MANUAL: El puente, el polipasto y el carro son accionados con rueda y cadena de mando. MOTORIZADA: El puente, el polipasto y el carro son accionados con motor eléctrico o neumático. MIXTA: El puente, el polipasto y el carro son accionados con rueda de mando o con motor eléctrico o neumático indistintamente.

Fig. 4.8 Grúa viajera en la industria

Por su servicio Clase A: Servicio poco frecuente. Clase B: Servicio ligero. Clase C: Servicio moderado. Clase D: Servicio Pesado. Clase E: Servicio severo. Clase F: Servicio molino. Por su construcción. Monopuente: Grúa que tiene un puente. Bipuente: Grúa que tiene dos puentes.



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Por su forma de soporte Apoyadas: Las ruedas de translación de la grúa se apoyan sobre la trabe carril. Suspendidas: Las ruedas de translación de la grúa se apoyan sobre la cara superior del patín inferior de la trabe carril. La capacidad nominal se debe indicar en letreros colocados en ambos lados del puente de la grúa y deben ser totalmente legibles desde el piso y la posición del operador. La carga total a izar no debe exceder la capacidad nominal del puente de la grúa, polipasto y gancho. Los bordes del equipo deben estar libres de aristas o esquinas vivas las cuales deben redondearse. Las partes sometidas a fricción se deben fabricar con material antichispa y con recubrimientos. Claros Claro superior. Tener una separación no menor de 76 mm (3 pulgadas) Claro lateral. Tener una separación no menor de 51 mm (2 pulgadas)

Puente: Se puede fabricar con vigas de dos tipos: I estándar o armada en forma de cajón como se representa en las figuras


Fig. 4.8 Grúa viajera



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4.2.4. Montacargas Un montacargas es un vehículo de uso rudo e industrial, el cual se utiliza en almacenes y tiendas de autoservicio para transportar tarimas con mercancías y acomodarlas en racks. Aguanta cargas pesadas, que ningún grupo de personas podría soportar por sí misma, y ahorra horas de trabajo pues se traslada un peso considerable de una sola vez en lugar de ir dividiendo el contenido de las tarimas por partes o secciones. Su uso, requiere una cierta capacitación y los gobiernos de distintos países exigen a los negocios que sus empleados tramiten licencias especiales para su manejo .

Fig. 4.9 Montacargas

Los montacargas son vehículos de metal o de acero que están elaborados por una plataforma que desliza por una guía lateral o vertical rígida o bien por dos guías rígidas paralelas, ambas unidas a la estructura. Se utilizan para subir o bajar materiales pesados. Existen muchos y muy variados tipos de montacargas, y se ha creado una clasificación, que son modelos de designación "alfa" que permiten conocer las características especiales de dicho montacargas.

a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n

Tabla 2.2 Características del montacargas


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Características generales. El sistema de elevación es por cable de acero con reenvió que enrolla en un tambor, por mediación de un reductor de engranajes helicoidales. La plataforma dispone de una puerta en el lado de la fachada, con enclavamiento eléctrico por lo que estando está abierta la maquina no funciona. Los elementos guías son de tipo escalerilla, formados por dos tubos verticales unidos por peldaños (6) cada 50 cm con una longitud de 3 mts. La base del montacargas que se apoya sobre una placa de hormigón, debe llevar a su alrededor (en planta baja) un cierre de una altura mínima de 1800 mm. Sistemas de seguridad. Barra salvavidas bajo la plataforma. Consistente en una barra situada debajo de la plataforma del montacargas del lado fachada. Excéntrica de seguridad. En caso de rotura del cable, la plataforma quedara suspendida por la acción de una excéntrica accionada por resorte. La corriente de toda la maniobra del montacargas es de baja tensión 48 v. Camión: El montacargas está basado en el principio de transmisión piñón-cremallera. Los piñones de dos moto-reductores unidos a la plataforma elevadora escalan por una cremallera dispuesta en toda la altura de una torre modular. La base del montacargas, que se apoya sobre una placa de hormigón, sirve como apoyo del montacargas y sobre ésta va el cerramiento que protege el área que ocupa el montacargas. La plataforma dispone de una puerta lateral y una puerta rampa abatible. Los tramos de mástil son de sección cuadrada. Cada tramo mide 1,5 m. Sistemas de seguridad: Desbloqueo manual de frenos en ambos motores para descensos de emergencia. Topes antivuelco de la plataforma en caso de fallo de los rodillos de guiado. Topes contra-cremallera en caso de fallo de los contra-rodillos. Finales de carrera superior e inferior para limitar recorrido. Puertas con enclavamiento eléctrico. Módulo de seguridad de parada de emergencia. Maniobra con sistema acústico. Amortiguadores en la base. Plataforma con suelo antideslizante.




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4.3. Escaleras mecánicas. Una escalera mecánica es una escalera inclinada, que se mueve de modo continuo y que transporta personas hacia arriba y hacia abajo. Las escaleras mecánicas se utilizan en edificios comerciales, grandes almacenes y en estaciones de metro y ferrocarril, para conducir un torrente de gente por un camino limitado de uno a otro nivel. Condiciones generales de seguridad Las escaleras mecánicas consisten en una cadena continua de escalones arrastrada por un mecanismo con motor eléctrico por medio de dos cadenas de rodillos, una a cada lado. Los escalones van guiados por rodillos que corren por unas guías que mantienen las huellas de los escalones en posición horizontal en la zona útil. A ambos extremos de la escalera, las guías garantizan una distancia de 0.80 a 1.10 m, según la velocidad y la contrahuella de la escalera, algunos escalones forman una superficie horizontal. La construcción y dimensiones de los peldaños se muestran en la Figura 4.17. Encima de c ada barandilla deberá colocarse un pasamano a una altura de 0,85 a 1,10 m del borde del escalón, corriendo paralelamente a los peldaños y prácticamente a la misma velocidad. La barandilla a ambos extremos de la escalera, donde los peldaños se sitúan en posición horizontal, debe prolongarse al menos 0,30 m más allá del descansillo y el poste con la barandilla al menos 0,60 m (véase la Figura 4.18). El pasamanos debe acometer al poste en un punto bajo por encima del suelo, en el que deberá instalarse una protección con un interruptor de seguridad que detenga la escalera en caso de que queden aprisionados en este punto los dedos o las manos. Otro riesgo de lesiones para los usuarios lo constituyen las holguras necesarias entre el lateral de los escalones y las barandillas, entre los escalones y los peines y entre las huellas y contrahuellas de escalones consecutivos, éstos últimos más particularmente durante la subida y en la zona de la curvatura donde se produce un movimiento relativo entre escalones consecutivos. Para prevenir este riesgo los escalones están dotados de una superficie suave y antideslizante. Las personas pueden desplazarse y sus pies puedan rozar contra la barandilla, lo que puede causar que queden atrapadas cuando los escalones se nivelan. a n a z u r c a r e V

Figura 4.17 escalera mecánica.




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Una señal deberá instruir a los adultos a llevar de la mano a los niños que no puedan alcanzar el pasamanos y los niños deberán circular siempre de pie. Cuando la escalera se halle fuera de servicio, ambos extremos deberán estar cerrados con vallas. La inclinación de una escalera no deberá ser mayor de 30°, aunque se podrá incrementar hasta 35°, si la elevación en vertical es de 6 m o menos y la velocidad de subida se limita a 0,50 m/s. Las salas de máquinas y los puestos de impulsión y retorno deberán ser fácilmente accesibles para el personal de mantenimiento y de inspección. Estos espacios pueden hallarse dentro de la caja o estar separados. La altura libre deberá ser de 1,80 m con las tapas, si las hay, abiertas y el espacio deberá ser suficiente para garantizar el trabajo en condiciones de seguridad. La altura libre sobre los escalones en cualquier punto no será inferior a 2,30 m. La puesta en marcha, parada o inversión del movimiento de una escalera mecánica deberán efectuarse exclusivamente por personal autorizado. Si el código del país permite operar un sistema que arranque automáticamente cuando una persona rebasa un sensor eléctrico, la escalera deberá ponerse en marcha antes de que el usuario llegue al peine. Las escaleras mecánicas deberán estar provistas de un sistema de control que funcione durante el mantenimiento y la inspección. Mantenimiento e inspección El mantenimiento e inspección con arreglo a las pautas anteriormente descritas para los ascensores, suelen venir exigidos por la administración. Se deberá facilitar un expediente técnico con los datos de cálculo principales de la estructura de soporte, peldaños, componentes de movimiento de los peldaños, datos generales, planos de disposición, diagramas de cableado e instrucciones. Antes de poner en servicio una escalera mecánica, deberá ser examinada por una persona u organización aprobada por las autoridades públicas; con posterioridad se realizarán inspecciones periódicas en plazos e stablecidos. Transportadores de personas (aceras móviles) Un transportador de personas es una pasarela mecánica de movimiento continuo, que se usa para transportar personas entre dos puntos en el mismo nivel o en niveles diferentes. Los transportadores de pasajeros se usan para transportar un gran número de personas en los aeropuertos desde el vestíbulo principal hacia las puertas de embarque, así como en los grandes almacenes y supermercados. Si los transportadores son horizontales, los coches de niños, las carretillas y las sillas de ruedas, así como las carretillas con alimentos y equipajes pueden desplazarse sin riesgo, pero en los transportadores inclinados estos vehículos, algo pesados, solamente se usarán si se pueden enclavar automáticamente. La rampa consta de paletas de metal, similares a las huellas de los escalones de las escaleras mecánicas, pero más largas, o de correas sin fin. Las paletas deberán estar ranuradas en la dirección del desplazamiento, y se colocarán peines en cada extremo. El ángulo de inclinación no deberá ser mayor de 12°en o de 6° los accesos. Las paletas y la correa deberán moverse horizontalmente en una distancia no menor de 0,40 m antes de entrar en el rellano. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


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El transportador se desplaza entre barandillas rematadas en su parte superior con unos pasamanos móviles que se mueve aproximadamente a la misma velocidad. La velocidad no será mayor de 0,75 m/s, a menos que el movimiento sea horizontal, en cuyo caso se admite una velocidad de 0,90 m/s, siempre que la anchura no exceda de 1,10 m. Las condiciones de seguridad para los transportadores de personas en general son análogas a las de las escaleras mecánicas y deberán incluirse en el mismo código. Elevadores de obra. Los elevadores de obra son instalaciones provisionales utilizadas en las obras de construcción para el transporte de personas y materiales. Cada elevador consta de una cabina sobre guías y deberá ser manejado por un operario situado dentro de la misma. En años recientes, el diseño de piñón y cremallera ha hecho posible el uso de elevadores de construcción para un transporte eficiente en torres de comunicaciones o para el servicio de chimeneas muy altas. Nadie debe montar en un elevador de materiales, excepto para fines de inspección o mantenimiento. Las normas de seguridad varían considerablemente. En algunos casos, estos elevadores se instalan respetando la misma normativa de seguridad que para los ascensores de personas y mercancías permanentes de los edificios, excepto que el hueco está rodeado de una fuerte malla metálica en lugar de materiales sólidos, con objeto de reducir su resistencia al empuje del viento. Se necesitan estrictas normas aunque no tanto como para los ascensores de personas; muchos países tienen reglamentos especiales para estos elevadores de obra. Sin embargo, en muchos casos el nivel de seguridad es bajo, la construcción defectuosa, los montacargas son movidos por un cabrestante con motor de gasóleo y la cabina está suspendida de un solo cable de acero. Un elevador de obra deberá ser accionado por un motor eléctrico para asegurar que la velocidad se mantiene dentro de los límites de seguridad.


Figura 4.17 Elevadores de obra


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La cabina deberá estar cerrada y provista de protecciones en la entrada a la misma.. Un elevador de correa consiste en una serie de peldaños sobre una cinta vertical que se desplaza. Una persona que monte en ella corre el peligro de ser arrastrado hasta el extremo superior, no pudiendo hacer un paro de emergencia, y posibles golpes la cabeza o los hombros en el borde de la abertura entre pisos; saltar dentro o fuera después de que el peldaño ha rebasado el nivel del suelo o no poder alcanzar e rellano a causa de un fallo de corriente o por la detención de la correa. De acuerdo con esto, tal tipo de elevador solo debe ser utilizado por personal especializado empleado por el propietario del edificio o alguien designado para ello. Riesgos de incendio Generalmente, el hueco de cualquier ascensor se extiende a lo largo de toda la altura del edificio y está conectado con todas las plantas. El fuego o el humo de un fuego que se declare en la parte inferior del edificio pueden propagarse por el hueco a todas las plantas y, en ciertas circunstancias, el hueco del ascensor o grupo de ascensores puede intensificar el fuego a causa del efecto chimenea. Por tanto, un hueco de ascensores no debe formar parte del sistema de ventilación del edificio. El hueco deberá estar totalmente cerrado por paredes sin perforaciones, de material incombustible que no produzca humos nocivos en caso de incendio. Deberá instalarse una ventilación en lo alto del hueco o en la sala de máquinas encima del anterior para permitir la salida del humo a la atmósfera. Como el hueco, las puertas de entrada deberán ser resistentes al fuego. Los reglamentos de construcción nacionales suelen estipular los requisitos y varían según los países y condiciones. Las puertas de los accesos no se pueden ser estancas al humo si tienen que funcionar de modo fiable. A pesar de la altura que pueda tener el edificio, las personas no usarán los ascensores en caso de incendio, a causa de los riesgos de parada del ascensor en una zona incendiada o de que los pasajeros queden atrapados en la cabina, en caso de fallo de la energía eléctrica. En general, hay asignado a los bomberos un ascensor que sirve a todas las plantas y que puede ser puesto en servicio por ellos, por medio de un interruptor o una llave especial en la planta principal. La capacidad, velocidad y dimensiones de la cabina de este ascensor debe cumplir ciertas condiciones. Cuando los bomberos usan los ascensores, los mandos normales quedan invalidados. La construcción, mantenimiento y renovación del acabado interior de los ascensores, la instalación de moqueta y la limpieza del ascensor pueden conllevar el uso de disolventes orgánicos volátiles, masillas o pegamentos, que pueden representar un riesgo para el sistema nervioso, además de un riesgo de incendio. Aunque estos materiales se usan sobre otras superficies metálicas, incluyendo escaleras y puertas, el riesgo es severo en los ascensores a causa de su espacio reducido, en el cual las concentraciones de vapores pueden resultar excesivas. El uso de disolventes en la parte exterior de un ascensor también puede ser peligroso, nuevamente a causa de la ventilación limitada, sobre todo en un hueco ciego, donde la ventilación no es posible. (Un hueco ciego es uno que no tiene puerta de salida, habitualmente con un recorrido de varias plantas entre dos destinos; en el caso de un grupo de ascensores que sirve a las plantas 20 y superiores, un hueco ciego se extenderá entre las plantas 1 y 20).




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BIBLIOGRAFÍA Planeación de instalaciones James A. Tompkins editorial Thompson 3era edición. Referencias http://www.transporte-vertical.com/seguridad/patin-retractil/ http://www.revdelascensor.com/partes.html http://www.arquinstal.net/publicaciones2.html




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UNIDAD V “INSTALACIONES TERMOMECÁNICAS”




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INTRODUCCIÓN En esta unidad se analizan las instalaciones termomecánicas existentes en los edificios e industrias, describiendo las fases de los estudios, proyectos y cálculos necesarios para tal fin y la importancia de los controles que debe efectuar el ingeniero y sus responsabilidades así como también crear conciencia de los que representa al ahorro energético en edificios aplicando materiales de buena calidad. La climatización de un edificio con la tecnología actual plantea diversos sistemas y equipos que, adecuadamente elegidos, pueden brindar altos grados de confort compatibles simultáneamente con significativos ahorros energéticos. Esto lleva a su difusión y masificación, generando una forma distinta de vivir y habitar esos ámbitos. También deben considerarse que además de las cargas térmicas exteriores estacionales de verano o invierno, existen las correspondientes al propio equipamiento del edificio, es decir cargas por iluminación general y localizada y por energía disipada por los diversos aparatos electrónicos actuales las que se han visto multiplicadas precisamente por los nuevos requerimientos tecnológicos y de servicios del nuevo uso tecnológico.




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5. INSTALACIONES TERMODINÁMICAS. 5.1. Sistemas de refrigeración. La experiencia nos demuestra que el calor fluye en la dirección de las temperaturas decrecientes; es decir, de las regiones de alta temperatura a las de baja. Esto ocurre en la naturaleza sin la necesidad de la participación de algún dispositivo, sin embargo este proceso no ocurre por sí solo. La transferencia de calor de una región de temperatura baja a otra más alta requiere dispositivos especiales llamados refrigeradores. Un refrigerador es un dispositivo cíclico y los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de refrigeración se llama refrigerantes.

Fig. 5.1. Diagrama esquemático de un refrigerador y una bomba de calor Un refrigerador se muestra esquemáticamente en la figura 5.1 (a), en el cual, Q L es la magnitud del calor extraído del espacio refrigerado a la temperatura; Q H es la magnitud del calor rechazado hacia el espacio caliente a temperatura, y W es la entrada neta de trabajo (trabajo del compresor para los sistemas de refrigeración por compresión).




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La bomba de calor es un dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura. El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura. Esto se logra al absorber el calor de una fuente de baja temperatura, como el agua de un pozo o el aire exterior frío en el invierno, y al suministrar este calor a un medio más caliente, como en una casa. La capacidad de enfriamiento en un sistema de refrigeración, es la tasa de calor extraído del espacio refrigerado, expresado por toneladas de refrigeración. La capacidad de un sistema de refrigeración que puede congelar 1 tonelada (2000 lbm) de agua líquida a 0ºC (32ºF) en hielo 0ºC en 24 horas será una tonelada. Una tonelada de refrigerante es equivalente a 211 kJ/min o 200 Btu/min. La carga de una residencia típica de 200 m 2 está en el intervalo de 3 toneladas (10.5 kW). 5.2. Ciclo de refrigeración por compresión de vapor. El ciclo de refrigeración por compresión de vapor se puede describir utilizando un diagrama de la figura 5.2

Figura 5.2. Diagrama esquemático del ciclo de refrigeración por compresión Evaporador: En este dispositivo (intercambiador de calor) se realiza la transferencia de calor entre el aire caliente del refrigerador o del recinto y el refrigerante. El aire caliente llega al evaporador (aspirado por un ventilador para los acondicionadores de aire o por convección natural en los refrigeradores) y se mueve por encima de las tuberías aletadas de éste, donde transfiere su energía al refrigerante que circula por el interior de los tubos produciendo que éste se evapore y fluya hacia el compresor. La temperatura a la entrada del compresor es mayor a la de la salida del evaporador, es decir, el vapor a la entrada del compresor es sobrecalentado, lo que garantiza que al caer la presión durante este




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trayecto no haya formación de gotas que dañen el compresor. El sobrecalentamiento puede darse por el propio diseño del evaporador o colocando la tubería de succión pegada a la de descarga del compresor. Compresor: El compresor succiona el vapor que sale del evaporador y lo comprime, aumentando su presión y temperatura. Este aumento de temperatura garantiza que el refrigerante se podrá condensar (convertir en líquido) con aire o agua a temperatura ambiente en el condensador. La descarga del compresor está entonces en la zona de alta presión. Al ser un vapor comprimido su volumen específico es menor y por lo tanto el diámetro de la tubería que une al compresor y al condensador es menor al que lo une al evaporador. Es decir la línea de succión es de mayor diámetro que la línea de descarga. Condensador: En este dispositivo (intercambiador de calor) el refrigerante en forma de vapor cede su energía al aire o agua refrigerante produciendo que el refrigerante se condense, pero será un líquido a alta presión y alta temperatura, por lo que no está en condiciones para absorber el calor del recinto. Se necesita, entonces disminuir la presión para disminuir la temperatura del refrigerante y esto se logra con una válvula de expansión. Válvula de expansión: Este dispositivo tiene la función de disminuir la presión del refrigerante y por ende la temperatura; lo cual lo logra disminuyendo drásticamente el diámetro por donde circula el refrigerante. la temperatura a la entrada de la válvula de expansión es menor a la temperatura de la salida del condensador; es decir, entra como líquido sub-enfriado. Este sub-enfriamiento se logra con el propio diseño del condensador o a través de un pre-enfriador. Las válvulas de expansión o termostáticas pueden además regular el flujo de refrigerante para cuando haya variación en la carga térmica. Saliendo de la válvula de expansión el refrigerante se encuentra en la zona de baja presión y el ciclo se repite. 5.3. Ciclo de refrigeración por absorción. Otra modalidad de sistemas de refrigeración es la refrigeración por absorción, la cual se distingue de la de compresión por carecer precisamente del compresor, es decir, la refrigeración por absorción sustituye al compresor mecánico-eléctrico por un compresor térmico formado por un generador, un absorbedor, una bomba y una válvula de expansión. Existen varios tipos de enfriadores de absorción los cuales se clasifican por la mezcla de fluidos de trabajo que usan o por las etapas de funcionamiento. Las mezclas de fluidos que comúnmente usan los equipos de absorción son: agua-bromuro de litio y amoniaco-agua.




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El ciclo GAX fue concebido termodinámicamente en 1913 por el Ingeniero Alemán Altenkirch (Herold et al., 1996); sin embargo, no fue sino hasta principios de 1980 cuando en Estados Unidos se construyó el primer prototipo operado con gas natural. En los sistemas de absorción GAX se tiene como prioridad la integración energética interna con la cual se obtiene el mayor desempeño energético del ciclo, operando con temperaturas de generación del orden de 220ºC. Los equipos de absorción GAX son fuertes candidatos para reemplazar a los equipos de aire acondicionado por compresión mecánica de vapor, en los sectores residencial, comercial y de servicio, debido a que pueden operar con fuego directo, con calor residual, o con energía solar, disminuyendo considerablemente los altos costos por facturación eléctrica que se pagan al usar los sistemas convencionales. Sin embargo, el uso de equipos de absorción en estos sectores es muy poco aún debido a que los precios de los equipos de absorción es casi del doble que los convencionales. 5.4. Comparación del ciclo de refrigeración por absorción básico con el ciclo de refrigeración por absorción avanzado GAX. Un sistema de refrigeración por absorción amoniaco-agua de simple efecto básico consta de un generador (GE), un rectificador (RE) y un condensador (CO) que se encuentran en la zona de alta presión, un absolvedor (AB) y un evaporador (EV) que se encuentran en la zona de baja presión, una bomba de solución (BS) y dos válvulas de expansión (VE). Además se pueden instalar un economizador (EC) y un pre-enfriador (PR) para mejorar el desempeño del ciclo. El ciclo GAX conserva los elementos esenciales de un ciclo de refrigeración por absorción de simple efecto: GE, RE, CO, AB, EV, BS, VE y PR, pero lo que lo distingue de este ciclo básico es la recuperación interna de calor, es decir, parte del calor del absorbedor se suministra en el generador, lo que conduce a disminuir el suministro de energía térmica en el generador, aumentando así el COP del sistema. Para lograr este efecto es necesario adicionar al sistema un par de intercambiadores de calor, más una bomba si se utiliza un lazo hidrónico para la transferencia de calor. El GE y el AB son divididos en secciones, para obtener una mayor integración energética interna y de esta manera disminuir los requerimientos de calentamiento externo en el GE y de enfriamiento externo en el AB. Los sistemas de absorción, básicos y avanzados, también requieren de un sistema de enfriamiento externo el cual puede ser suministrado por una torre de enfriamiento; sin embargo, éstas tienen los inconvenientes de los altos costos de instalación, operación y mantenimiento y de requerir de mucho espacio para su instalación. También se ha detectado que las torres de enfriamiento propician el desarrollo de bacterias patógenas, debido a la formación de “lama” donde se reproducen y después pueden ponerse en circulación y dispersarse en forma de neblina hacia el ambiente exterior y hacia los pulmones de las personas que las inhalen; causando graves problemas de salud. Por esta causa las torres de enfriamiento no deben instalarse en lugares públicos como hospitales, Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



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aeropuertos, etc. Por todas estas razones se ha implementado la tecnología de tubos aletados en el diseño del condensador y absorbedor, en los cuales la remoción de calor es por medio de aire, lo cual soluciona los problemas de la torre de enfriamiento y además ayuda a reducir el tamaño de los sistemas de absorción. Cálculos de carga de refrigeración En un espacio a refrigerar, la cantidad de calor que debe removerse con el equipo de refrigeración, se le llama carga de refrigeración, y se debe principalmente a: Ganancia de calor debida a la transmisión a través de las barreras que pueda haber (paredes, ventanas, puertas, techos, pisos) y que es ocasionada por las diferencias que hay entre barreras. Ganancia de calor debido al efecto solar a) El calor transmitido por radiación a través de los cristales y absorbido en el interior del espacio b) El calor absorbido por las paredes o techos expuestos a los rayos solares y transferidos al interior. Ganancia de calor debido a la infiltración Ganancia de calor debido a las personas Ganancia de calor debido a misceláneos (cualquier equipo que produzca calor) Ganancia de calor por aire de ventilación

5.6. Procedimiento para el análisis de carga de refrigeración de una casa (Ejemplo) OBJETIVOS

Determinar la carga térmica ejercida por transmisión, infiltración, misceláneos considerando condiciones máximas. Determinar la capacidad en toneladas de refrigeración del equipo a utilizar para batir la carga térmica. Determinar la carga térmica de enfriamiento sin aislamiento.


Determinar la carga térmica de enfriamiento con aislamiento. Mostrar ventajas y desventajas de un recinto aislado con uno que no lo está.




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Localización Esta casa habitación se encuentra en la avenida solidaridad número 560 entre la calle López Velarde y calle Urbina en Veracruz.

Fig. 5.3 Localización de la casa

ORIENTACIÓN

Fig. 5.4 Orientación

CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN. Altura del piso al techo son: 3 m Color de la loza: blanco sin aislar. Material usado para la construcción de la casa; ladrillo común con dimensiones de 27cm de largo 15cm de ancho y 6cm de alto.




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Material de enjarre exterior; mezcla mortero y arena Espesor enjarre interior: 15 cm Espesor enjarre exterior: 15 cm Espesor total del muro 18 cm.= 7 pulgadas. Espesor de la loza 6 pulgadas El terreno total es de (20 m)(7.250 m) = 145 m 2 Numero de ventanas 7

Fig. 5.5 Forma de ventanas y

CALCULO PUERTAS Y VENTANAS Área en ventanas= (1.5) (1.5)=2.25m2 =24.21ft2 Área en ventanas de baño= (1) (2)=2ft2 Área en puertas= (0.80) (2)=1.6m2 =17.22 ft2




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PLANO ARQUITECTÓNICO


Fig. 5.6 Plano arquitectónico de la casa



140


Calculo de carga de refrigeración Tomando en cuenta una temperatura de diseño exterior de 99°F e interior 78°F y 7in de espesor en el muro. Carga térmica por transmisión Por muros;

Rm =(1/4)+(7.08/24)+(1/1.46) Rm= 1.23 Um= 1/1.23 Um=0.81

h0 h i km Rm Um DTE

4 1.46 24 1.23 0.81 12

Nota; h0 y hi son tomados del anexo tabla 1 DTE tomado de anexo tabla

POR MURO COCINA-SALA

Q (BTU/Hr) = Um x DTE x Área (ft 2) Muro sur Longitud Área DTE Q murosC-S(BTU/Hr)

Muro norte Longitud Área DTE Q murosC-S(BTU/Hr)

14.1 8.46 17 116.933

Muro este Longitud Área DTE Q murosC-S(BTU/Hr)

7.77 4.662 24 90.971

23.47 14.082 12 137.393

Muro oeste Longitud Área DTE Q murosC-S(BTU/Hr)

12.3 7.38 24 144.008



141


Recamara 1 Um Área DTE QmurosR1(BTU/Hr) Recamara 3 Longitud Área DTE QmurosR3(BTU/Hr)

muro norte

Recamara 2 Longitud Área DTE QmurosR2(BTU/Hr)

0.81 7.61 12 73.96 muro oeste 7.38 4.43 13 46.803

Baño

7.38 4.428 24 86.405

11.31 6.79 12 66.209 muro norte

Longitud Área DTE QmurosB(BTU/Hr)

Muro este Longitud Área DTE Q murosR3(BTU/Hr)

muro norte

3.8 2.28 12 22.245 Muro este

Longitud Área DTE QmurosB(BTU/Hr)

7.38 4.43 24 86.405

Carga por muro total QmurosT(BTU/Hr)

871.619

Nota: los valores DTE son tomados del anexo tabla 4a sumando 1 a todos como construcción medio liviana y siendo el valor DTE para interiores 12 por ser (90-78)= 12 Por techos

1/h0 XC/KC 1/h1 R U=1/R Atecho(ft^2) DTE(TABLAS) Q= (A)U)(DTE)

0.25 0.5 0.9259 1.6759 0.596694314 929.2828 36 19961.91945



142


POR TECHO COCINA-SALA

POR TECHO RECAMARA 1

Atecho(ft^2) DTE(TABLAS) U=1/R Q= (A)U)(DTE)

447.4908 36 0.596694314 9612.547773


117.0574 36 0.59669431 2514.50946

Q techoc-s(BTU/Hr)

9612.547773

Q techoR1(BTU/Hr)

2514.50946




92.4888 36 0.59669431 1986.75148


92.4888 36 0.59669431 1986.75148

Q techoR2(BTU/Hr)

1986.75148

Q techoR3(BTU/Hr)

1986.75148

POR TECHO PASILLO

POR TECHO BAÑO


121.632 36 0.59669431 2612.77642


58.125 36 0.59669431 1248.58285

Q techoP(BTU/Hr)

2612.77642

Q techoB(BTU/Hr)

1248.58285 a n a z u r c a r e

Por iluminación POR ILUMINACIÓN COCINA-SALA

RECAMARA 1

V

Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionC-S(BTU/Hr)

447.4908 3.4 1521.46872

Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionR1(BTU/Hr)

117.0574 3.4 397.99516



143


RECAMARA 2 Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionR2(BTU/Hr)

RECAMARA 3 Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionR3(BTU/Hr)

92.4888 3.4 314.46192

PASILLO Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionP(BTU/Hr)

92.4888 3.4 314.46192

BAÑO 121.632 3.4 413.5488

Área (ft2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionB(BTU/Hr)

58.125 3.4 197.625

POR ILUMINACIÓN TOTAL Q iluminacion(ft^2) 1 Watt= BTU/hr Q iluminacionT(BTU/Hr)

929.2828 3.4 3159.56152

Por personas Qs= (calor sensible)(# personas) Ql=(calor latente)(# personas) Qs= (220)(8) Ql=(270)(8)

Nota: (se toma Qs y Ql de anexo y tomando el 8 por que se considera una casa de 4 habitantes más una carga de otros 4 por si llegaran visitas como factor extra)

RECAMARA 1

COCINA-SALA Qs Ql Q personasC-S(BTU/Hr)

1760 2160 3920

Qs Ql Q personasR1(BTU/Hr)

RECAMARA 2 Qs Ql Q personasR2(BTU/Hr)

880 1080 1960

V

RECAMARA 3 880 1080 1960

Qs Ql Q personasR3(BTU/Hr)

a n a z u r c a r e

880 1080 1960



144


PASILLO

BAÑO

Qs Ql Q personasP(BTU/Hr)

1760 2160 3920

Qs Ql Q personasB(BTU/Hr)

1760 2160 3920

POR PERSONAS TOTAL Q personasT(BTU/Hr)

17640

POR EQUIPOS POR EQUIPOS COCINA-SALA

Extractor de jugos horno de microondas licuadora ventilador(2) batidora refrigerador foco estufa TV Receptor digital DVD Grabadora Teléfono Qequiposc-s(BTU/Hr)

360 2380 1190 400 340 648 204 4800 500 40 48 200 30 11140

RECAMARA 1

TV grabadora plancha foco aspiradora Q equiposR1(BTU/Hr)

RECAMARA 2

500 200 1360 204 2720 4984

TV ventilador videojuegos receptor digital plancha laptop Q equiposR2(BTU/Hr)

500 200 200 40 1360 1020 3320



145


RECAMARA computadora(2) ventilador impresora cámara de video Q equiposR3(BTU/Hr)

3 PASILLO focos (7) Q equiposP(BTU/Hr)

2040 200 200 150 2590

1428 1428

BAÑO focos (2) Q equiposB(BTU/Hr)

408 408 POR EQUIPOS TOTAL Q equiposT(BTU/Hr)

23870

Por cristales

COCINA-SALA

Cristales= [área(ft2) x f(tablas) x q(tablas)] Ventana Cocina sur Largo Ancho Área f q Q cristalesC-S(BTU/Hr)

Ventana Cocina este 2.42 2.55 6.17 0.28 14 24.190

Largo Ancho Área f q Q cristalesC-S(BTU/Hr)

Ventana Sala sur Largo Ancho Área f q QcristalesC-S(BTU/h)

2.42 2.42 5.86 0.28 13 21.317

Total de cristales cocina - sala 3.9 3.93 15.33 0.28 14 60.082


Q cristalesC-S(BTU/Hr)

105.589



146


RECAMARA 1 OESTE

Largo Ancho Área f q Q cristalesR1(BTU/Hr)

RECAMARA 1 NORTE Largo Ancho Área f q Q cristalesR2(BTU/Hr)

5.9 6.16 36.34 0.39 145 2055.253

RECAMARA 3 OESTE Largo Ancho Área f q Q cristalesR3(BTU/Hr)

4.36 3.38 14.75 0.39 13 74.758

PASILLO SUR 3.28 4.79 15.71 0.39 145 888.468

Largo Ancho Área f q Q cristalesP(BTU/Hr)

6.33 6.06 38.36 0.28 14 150.370

POR CRISTALES TOTAL Q cristalesT(BTU/h)

3274.439

CARGA DE REFRIGERACIÓN TOTAL COCINA-SALA Q techoc-s(BTU/Hr) Q iluminacionC-S(BTU/Hr) Q personasC-S(BTU/Hr) Q equiposc-s(BTU/Hr) Q cristalesC-S(BTU/Hr) Q murosC-S(BTU/Hr) CT C-S(BTU/Hr) CT C-S(TONELADAS)

NOTA: 12000 Btu/hr = 1 tonelada

9612.547773 1521.46872 3920 11140 105.589 489.305 26788.91125 2.23240927



147


CARGA DE REFRIGERACIÓN TOTAL RECAMARA 1 Q techoR1(BTU/Hr) Q iluminacionR1(BTU/Hr) Q personasR1(BTU/Hr) Q equiposR1(BTU/Hr) Q cristalesR1(BTU/Hr) Q murosR1(BTU/Hr) CT R1(BTU/Hr) CT R1(TONELADAS)

2514.50946 397.99516 1960 4984 2055.253 74.248 11986.0059 0.99883382


1986.75148 314.46192 1960 3320 74.758 66.209 7722.17982 0.64351498


1986.75148 314.46192 1960 2590 888.468 133.207 7872.88918 0.6560741



148


CARGA DE REFRIGERACIÓN TOTAL PASILLO Q techoP(BTU/Hr) Q iluminacionP(BTU/Hr) Q personasP(BTU/Hr) Q equiposP(BTU/Hr) Q cristalesP(BTU/Hr) QmurosB(BTU/Hr) CT P(BTU/Hr) CT P(TONELADAS)

2612.77642 413.5488 3920 1428 150.370 0.000 8524.69564 0.7103913

CARGA DE REFRIGERACIÓN TOTAL BAÑO Q techoP(BTU/Hr) Q iluminacionB(BTU/Hr) Q personasB(BTU/Hr) Q equiposB(BTU/Hr) QcristalesB(BTU/Hr) QmurosB(BTU/Hr) CT B(BTU/Hr) CT B(TONELADAS)

1248.58285 197.625 3920 408 0 108.650 5882.8578 0.49023815

CARGA DE REFRIGERACIÓN TOTAL CASA Q techoT(BTU/Hr) Q iluminacionT(BTU/Hr) Q personasT(BTU/Hr) Q equiposT(BTU/Hr) Q cristalesT(BTU/h) Q murosT(BTU/Hr) CT TOTAL(BTU/Hr) CT TOTAL(TONELADAS)

19961.91945 3159.56152 17640 23870 3274.439 871.619 68777.53952 5.731461627




149

SOFTWARE PARA CÁLCULOS

Instawin Aire Acondicionado 1.0

Esta utilidad calcula las cargas térmicas parciales y totales para climatizar (frío y calor) un edificio, vivienda, local o cualquier otro tipo de área. Partiendo de la temperatura interior y exterior de proyecto, de la zona climática, de las humedades relativas interiores y exteriores, del número de renovaciones de aire y otros elementos, se calculan las cargas térmicas para frío y calor de cada módulo o habitación. Proporciona además la potencia máxima simultánea de cada módulo y de todo el edificio, presentándose los resultados en Kcal/h, Watts y BTU/h. El programa es capaz también de proporcionar la radiación solar máxima sobre las superficies acristaladas, o calcular el tanto por ciento de radiación solar y sombras en el caso de voladizos de ventanas. Permite varias orientaciones para cada módulo o habitación, y dispone de bases de datos de radiación solar para todo el mundo.


Fig. 5.7 vista del software instawin aire acondicionado



150


ANEXOS

Tabla 1. Valores de ho y hi a n a z u r c a r e V d a d i s r e v i n U



151

Tabla 2. Valores de diferencial de temperatura equivalente (DTE) para muros




152


Tabla 3. Valores de diferencial de temperatura equivalente (DTE) para techos. Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



153


Tabla 4. Ganancias de calor solar a través de cristales 30° Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal

U


154


Tabla 5. Factores de corrección (f) para distintos tipos de dispositivos protectores contra la luz solar Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal



155

Tabla 6. Factores de absorbencia reflexibilidad y transmisibilidad de los cristales


Tabla 7. Consumo de diferentes aparatos eléctricos




156


Tabla 8. Calor producido por personas Facultad de Ingeniería Veracruz. Dr. A. Vidal


Manual de instalaciones mecanicas

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