SISTEMA INTEGRAL DE SUPRESION DE INCENDIOS POR DILUVIO EN INFRAESTRUCTURA ELECTRICA Y HIDROCARBUROS
INYECCION DE NITROGENO
SISTEMA DE DILUVIO
El sistema de diluvio con agua nebulizada no evita las fallas eléctricas internas que pueden desencadenar explosiones en transformadores o reactores de alta potencia; no obstante, representa una medida efectiva para atenuar sus efectos. Su activación rápida permite controlar incendios incipientes, disipar el calor generado, limitar la propagación del fuego y disminuir la posibilidad de sobrepresiones secundarias, lo que reduce significativamente la magnitud del incidente. Por lo tanto, este sistema ayuda a contener situaciones de alto riesgo y a proteger la infraestructura , aunque no sustituye a los sistemas de protección eléctrica, los cuales gestionan directamente la causa principal de la falla.
EN México las líneas de alta tensión y extra alta tensión operan en varios niveles de kilovoltios (KV), que están estandarizados por la CFE (Comisión Federal de Electricidad) y la norma NMX-J-098.
Las líneas más comunes y normalizadas en México son:
- 69KV
- 115KV (muy común en sistemas de sustracción)
- 138KV
- 220KV
- 230KV
Extra alta tensión (EAT)
Este nivel se utiliza para la transmisión de grandes bloques de energía a distancias muy largas, y comprende tensiones superiores a 230KV. Las líneas en esta categoría operan principalmente a:
- 400KV
En resumen, los voltajes de líneas de transmisión mas habituales que verás en las grandes torres metálicas son 69KV, 115KV, 230KV, 400KV.
PARAMETROS Y DISPOSITIVOS ESTRATEGICOS PARA LA PROTECCIÓN INTEGRAL DE TRANSFORMADORES Y REACTORES DE POTENCIA
I. PROTECCION DIFERENCIAL DEL TRANSFORMADOR
¿QUE DETECTА?
Fallas internas del transformador, como:
- Corto circuito entre espiras
- Fallas a tierra internas
- Cortos entre fases
- Fallas en devanados
¿POR QUE ES CRITICO?
Una falla interna genera calentamiento extremadamente rápido, pudiendo causar:
- Incendio del aceite dieléctrico
- Ruptura del tanque
- Descargas de arco interno
- Explosión por presión del gas generado
La protección diferencial detecta estas fallas antes de que el equipo reviente o se incendie, por eso es una señal directa para activar el diluvio.
II. PROTECCION DE LA VALVULA DE SOBREPRESION
¿QUE DETECTА?
Aumento súbito de presión dentro del transformador
¿POR QUE ES CRITICO?
Un incremento abrupto de presión indica:
- Arco interno
- Combustión instantánea del aceite
- Formación rápida de gases explosivos
III. PROTECCION BUCHHOIZ (SOLO TRANSFORMADORES CON TANQUE CONSERVADOR)
¿QUE DETECTА?
- Gas acumulado por fallas internas
- Movimiento repentino del aceite por descargas de arco
¿POR QUE ES CRITICO?
- Fallas incipientes (gases por degradación térmica del aceite)
- Fallas graves (arcos internos que desplazan el aceite)
IV. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE
¿QUE DETECTА?
Corrientes anormalmente altas asociadas a fallas externas:
- Corto circuito en la línea
- Sobrecarga prolongada
- Fallas en cables o equipos conectados
¿POR QUE ES CRITICO?
Aunque ocurre fuera del transformador, la sobre corriente provoca:
- Calentamiento del transformador por exceso de carga
- Aumento de la temperatura el aceite
- Riesgo de incendio si la falla se prolonga
◆ ACTIVACION DEL SISTEMA DE DILUVIO
La fiabilidad en la activación del sistema de diluvio depende de la lógica de control redundante incorporada en el panel supervisor. Este panel analiza las señales provenientes de diversos transductores como cámaras de termografía infrarroja y sensores de temperatura que funcionan como canales de detección independientes. La activación del sistema ocurre únicamente tras una validación algorítmica de que se ha alcanzado una condición térmica crítica, exigiendo que la anomalía sea corroborada por múltiples dispositivos.
De este modo, se minimizan disparos no deseados asociados a interferencias, lecturas anómalas o fallas aisladas de sensores. Este enfoque robusto asegura que la intervención del sistema de mitigación sea precisa y oportuna, optimizando la protección del equipo.
El sistema de diluvio redundante, al integrar detección térmica convencional con tecnología de imagen infrarroja, proporciona una protección altamente confiable y anticipativa para transformadores y reactores de potencia. Permite una detección temprana, una respuesta automática y un enfriamiento eficaz, cumpliendo con los estándares de seguridad más exigentes. Sin embargo, sus costos iniciales y la complejidad de su diseño implican una inversión técnica considerable, la cual debe analizarse con detenimiento en relación con el valor estratégico del activo a proteger.
SISTEMAS DE DILUVIO REDUNDANTE MEDIANTE EL USO DE SENSORES DE TEMPERATURA Y CAMARAS TERMOGRAFICAS
Un sistema de diluvio que integre múltiples canales de detección, combinando sensores de temperatura con cámaras termográficas, ofrece un nivel de fiabilidad muy alto para la protección contra incendios en transformadores y reactores de potencia. La utilización de diferentes tecnologías de monitoreo incrementa la seguridad operativa, reduce la posibilidad de activaciones indebidas y permite una respuesta más rápida y eficaz. Este enfoque se considera una de las mejores prácticas para resguardar infraestructura crítica en subestaciones eléctricas y otras instalaciones de alta tensión. Al disponer de varias fuentes de información, el panel de control puede validar de manera más precisa las señales de alarma, disminuyendo de forma notable el riesgo de disparos no deseados.
1. PARAMETROS HIDRAULICOS ESENCIALES A EVALUAR
Para garantizar un alto nivel de confiabilidad en el sistema de diluvio, es indispensable realizar cálculos hidráulicos rigurosos, considerando los siguientes parámetros técnicos esenciales:
- Caudal (Q)
- Carga hidráulica requerida (CDT)
- Densidad del agua, asegurando un flujo mínimo de 0.25 GPM/ft² (10.2 L/min por cada metro cuadrado (m2))
- Selección de boquillas
- Selección de válvulas de diluvio
- Selección de sensores de temperatura apropiados
Se realizarán los cálculos hidráulicos correspondientes para determinar el caudal y la presión necesarios, tomando como base la geometría del contenedor del transformador o reactor. Para ello, se analizarán las dimensiones del "bote" (largo, ancho, profundidad y altura máxima hasta el nivel del aceite), así como la temperatura promedio del sitio de instalación. Estos parámetros permitirán modelar con precisión el volumen total del fluido y establecer con exactitud los requerimientos hidráulicos del sistema.
De igual forma, será indispensable contar con la información técnica proporcionada por el fabricante del transformador o reactor, incluyendo las condiciones de operación y los escenarios críticos (como incrementos de temperatura derivados de fallas internas). También se deberá especificar el tipo de señal de salida de los sensores de temperatura (analógica o digital), ya que estos datos resultan esenciales para diseñar lazos de control compatibles con el sistema de monitoreo.
2. REGULACIONES Y ESTANDARES APLICABLES
EL DISEÑO Y LA INSTALACION DEL SISTEMA DEBEN CUMPLIR CON LAS SIGUIENTES NORMATIVAS:
NFPA 13
Activación mediante línea piloto ("pilot line") con rociadores de factor K adecuado: también puedes usar una tubería piloto conectada al sistema de válvulas de diluvio, en la cual se instalan rociadores piloto ("pilot-sprinklers") que actúan como detectores térmicos; cuando la temperatura en esa línea alcanza su punto de activación, liberan la presión de pilotaje y disparan la válvula de diluvio. Según la NFPA 13, estos rociadores piloto deben tener una clasificación de temperatura apropiada y su espaciamiento debe respetar los límites prescritos. La tubería de la línea piloto, que puede ser húmeda o seca, debe ser del tipo aprobado y cumplir con los requisitos de instalación de NFPA 13, incluida su resistencia a la corrosión si se encuentra en ambientes agresivos. Además, para reforzar la detección y minimizar el riesgo de falsas activaciones, se puede integrar un sistema redundante basado en sensores de temperatura directa (como termorresistencias) y cámaras termográficas fijas: estos dispositivos proporcionan monitoreo continuo y validación térmica independiente, de modo que el disparo del diluvio se puede confirmar mediante múltiples fuentes antes de actuar, mejorando la seguridad y confiabilidad del sistema sin comprometer los requisitos normativos.
NFPA 15
La NFPA 15 ("Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection") regula de forma rigurosa el diseño, la instalación, las pruebas de aceptación y el mantenimiento de sistemas fijos de agua pulverizada para protección contra incendios, incluyendo riesgos eléctricos como transformadores o motores con aceite. Para transformadores, exige que todas las superficies exteriores expuestas reciban pulverización directa ("direct impingement"), y si no es posible apuntar boquillas por debajo del equipo, permite el uso de boquillas horizontales o dirigidas para enfriar la parte inferior. Además, establece que el sistema debe contar con un suministro hidráulico suficiente para mantener el caudal de diseño más un flujo adicional para mangueras ("hose stream") durante al menos una a dos horas. En cuanto a la detección, la norma contempla equipos automáticos que envían la señal para disparar el sistema y exige que el diseño de dichos detectores esté conforme a la NFPA 72, incluyendo su ubicación, espaciado y supervisión. En este contexto, resulta altamente recomendable integrar un sistema redundante basado en sensores de temperatura junto con cámaras termográficas fijas, ya que estas tecnologías permiten realizar un monitoreo térmico continuo y validar cualquier alarma antes de activar la válvula de diluvio, añadiendo así una capa extra de fiabilidad que refuerza la protección y complementa los requisitos de detección automática establecidos por la norma.
NFPA 20
Según la NFPA 20, la bomba debe entregar su caudal nominal (100%) a la presión de diseño, mantener al menos el 65% de esa presión cuando opere al 150% del caudal nominal, y no superar el 140% de la presión nominal cuando esté en punto de cierre (caudal cero). Además , se exige que la NPSH disponible (NPSH_A) sea al menos igual a la requerida por el fabricante más 5 ft de columna de líquido. También, debe instalarse un colador de succión (suction strainer) a una distancia mínima de 10 diámetros de tubo de la entrada de la bomba. Bajo ciertas condiciones permitidas por la norma, la presión de succión puede llegar hasta 3 psi, siempre que se garantice que no se produzca cavitación.
NFPA 72
La NFPA 72 admite detectores térmicos de tipo "temperatura fija" o "rate-of-rise" (respuesta por velocidad de aumento), que son apreciados por su alta confiabilidad y su bajo índice de falsas alarmas, especialmente en entornos industriales o ubicaciones puntuales. La norma exige que la temperatura nominal del detector sea al menos 11°C (20 °F) más alta que la temperatura máxima esperada en el techo, y que además no supere en más de 20 °C (50 °F) la temperatura ambiente anticipada. Por ello, es crucial que en tu proyecto con transformadores selecciones sensores térmicos que cumplan esos rangos y que estén listados/certificados para las condiciones reales del sitio. Además, para aumentar la seguridad y reducir el riesgo de alarmas erróneas, puede ser muy beneficioso incorporar un sistema redundante basado en sensores de temperatura directa (como termorresistencias) junto con cámaras termográficas fijas: de este modo se lograría una validación térmica cruzada antes de que una señal de calor desencadene una acción del sistema de extinción o una alarma, reforzando así la detección sin comprometer el cumplimiento del código.
NFPA 850
Es una práctica recomendada para la protección contra incendios en centrales eléctricas y estaciones transformadoras de alto voltaje. Esta norma aborda estrategias como barreras cortafuego, sistemas de rociado con agua pulverizada y dimensionamiento de equipos de suministro hidráulico.
Respecto al suministro de agua, la NFPA 850 estipula que los tanques y bombas deben garantizar una reserva hidráulica suficiente para cubrir las demandas del sistema de extinción durante 2 horas, basándose en el mayor requerimiento simultáneo.
NORMA CFE XXA00-26 (México)
Eso se refiere a la densidad mínima de descarga de agua que exige la NFPA 15 para proteger un transformador: debe aplicarse al menos 10.2L/min por cada metro cuadrado (m2) de la superficie proyectada del "prisma" que envuelve el transformador.
En otras palabras, se calcula una "caja imaginaria" (prisma rectangular) que engloba el transformador, y la norma exige que el sistema de boquillas pulverizadoras entregue agua con esa densidad mínima sobre esa superficie para asegurar un enfriamiento efectivo.
✓ CIRCUITO HIDRAULICO CORRESPONDIENTE AL SISTEMA DE DILUVIO
En un sistema de protección contra incendios por diluvio para transformadores, el circuito hidráulico se divide en:
- Parte húmeda: tuberías que ya contienen agua presurizada con las boquillas listas para disparar en caso de activación.
- Parte seca: tuberías que permanecen vacías hasta que se activa la válvula de diluvio, momento en que se inunda todo el sistema con agua.
Para garantizar la durabilidad y la confiabilidad del sistema, se emplea comúnmente tubería de acero galvanizado por inmersión en caliente (hot-dip galvanizado). Este recubrimiento ofrece una protección altamente resistente contra la corrosión, tanto en la superficie interna como externa de la tubería, lo que contribuye a preservar el correcto funcionamiento de las boquillas y a prevenir fallas o deterioro durante un posible conato de incendio.
3. SUPERVISION DE VARIACIONES TERMICAS DE RIEGO
Es imprescindible establecer un sistema de monitoreo y control capaz de identificar de manera temprana condiciones térmicas críticas, considerando tanto los datos provenientes de los sensores instalados por el contratista como la señal suministrada por el fabricante del transformador. Este sistema deberá:
- Usar lazos de control adecuados para reaccionar de forma inmediata ante variaciones de temperatura peligrosas.
- Emplear lógica de control avanzada (por ejemplo, control PID) para procesar las señales de los sensores y activar acciones como la apertura de válvulas de diluvio o el arranque de bombas en segundos.
- Integrarse con la plataforma de control existente (SCADA o DCS), con capacidad para registrar tendencias, generar reportes y emitir alarmas predictivas basadas en el comportamiento térmico.
4. ANALISIS DE ENTORNO GEOGRAFICO
Es esencial realizar un análisis detallado del entorno de instalación del transformador o reactor, considerando:
Temperatura del ambiente
Altitud sobre el nivel del mar
Estos factores influyen directamente en la densidad del aire y, por ende, en la capacidad de disipación térmica del equipo. A través de este análisis, es posible determinar los sensores más apropiados y establecer los factores de corrección térmica necesarios, garantizando que el desempeño del sistema cumpla con las especificaciones del fabricante, incluso bajo condiciones operativas exigentes.
5. CRITERIOS PARA LA SELECCION DE SENSORES DE TEMPERATURA
Los sensores deberán seleccionarse considerando las condiciones geográficas del sitio de instalación, como la altitud sobre el nivel del mar, con el fin de asegurar mediciones precisas y confiables a lo largo de todo el ciclo operativo. Se recomienda:
- Utilizar RTD o termopares industriales, según el rango térmico y la precisión requerida.
- Asegurar protección contra interferencias electromagnéticas y vibraciones.
- Verificar el tipo de señal (analógica o digital) para asegurar compatibilidad con los sistemas de control.
6. PROCESO DE SELECCION DE EQUIPOS DE BOMBEO
Los equipos de bombeo deben dimensionarse conforme a los resultados de los cálculos hidráulicos para asegurar eficiencia y fiabilidad. Se requieren, al menos:
- Bomba principal eléctrica
- Bomba auxiliar (combustión interna) para contingencia
- Bomba jockey para mantener presión en condiciones de baja demanda
Cada bomba deberá estar equipada con un tablero de control independiente, capaz de operar en modos automático y manual, garantizando así la disponibilidad y operatividad continua del sistema.
7. CONDICIONES OPERATIVAS DE ENTRADA DE LAS BOMBAS
Es fundamental asegurar que las bombas mantengan siempre una succión positiva, garantizando así un flujo hidráulico constante y estable. Para lograrlo, la Carga Neta Positiva de Succión Disponible (NPSH_A) debe ser igual o superior a la Carga Neta Positiva de Succión Requerida (NPSH_R) de la bomba, con el objetivo de evitar la cavitación. Este fenómeno provoca la formación de burbujas de vapor que, al colapsar, pueden dañar los componentes hidráulicos y disminuir significativamente el rendimiento de la bomba.
