MEMORIA DE CÁLCULO
“INGENIERÍA, PROCURA Y CONSTRUCCIÓN DE DOS UNIDADES DE
INFRAESTRUCTURA MARINA DENOMINADAS MALOOB-E Y MALOOB-I,
A INSTALARSE EN LA SONDA DE CAMPECHE, GOLFO DE MÉXICO”
PROY. No. PER0719
ELABORÓ: E.Z.O.
FECHA: FEB/20
REV. No. A
PER0719-PP-MALOOB-E-HD-K-001
HOJA
1
DE
|
CLIENTE:
DIRECCIÓN GENERAL
SUBDIRECCIÓN DE PROYECTOS DE EXPLOTACIÓN ESTRATÉGICOS
No. Contrato: 640859821
MEMORIA DE CÁLCULO DE PROTECCIÓN CONTRA
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
(PLATAFORMA XX-XX-XX)
“OLEOGASODUCTO DE 30” Ø X 11.5 KM APROX. DE LA
PLATAFORMA PP-MALOOB-E HACIA LA PLATAFORMA PBKU-M (KMZ-101)”
0
FEB/20
APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN
E.Z.O.
J.A.U.P.
M.N.L.M.
R.C.G.
S.D.S.M.
REV
FECHA
DESCRIPCIÓN
ELABORÓ
Vo. Bo.
REVISÓ
PERMADUCTO
COORDINÓ
PERMADUCTO
APROBÓ
PERMADUCTO
7
CARSO INFRAESTRUCTURA Y CONSTRUCCIÓN S.A. DE C.V., PERMADUCTO, S.A. DE C.V., PER0719-PB-KU-M-MC-L-001
EPESA ESPECIALISTAS EN PETRÓLEO Y ENERGÍA S.A. DE C.V. GRUPO SACMAG.
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ÍNDICE
1.0
ANTECEDENTES. ....................................................................................................... 3
2.0
OBJETIVO.................................................................................................................... 3
3.0
ALCANCES. ................................................................................................................. 3
4.0
NORMAS, ESTANDARES Y CÓDIGOS. ..................................................................... 3
5.0
DEFINICIONES. ........................................................................................................... 4
6.0
BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO. ............................................................................ 5
7.0
DESARROLLO DEL CÁLCULO. ................................................................................. 5
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1.0 ANTECEDENTES.
Como parte de las estrategias para el aumento de producción de crudo del país se contempla dentro de
los planes estratégicos la inversión de obras de infraestructura para el desarrollo de nuevos campos, así
como de los ya existentes. Para este segundo rubro se encuentra considerado el campo Maloob
perteneciente al Activo de Producción Ku-Maloob-Zaap (KUMAZA) para el cual se contempla la instalación
de dos nuevas plataformas de perforación PP-Maloob-E y PP-Maloob-I para una integración de producción
estimada de 110 MBPD de aceite con 120 MMPCSD de gas.
2.0 OBJETIVO.
La presente memoria de cálculo tiene por objetivo definir los criterios y el método de cálculo utilizado para
determinar la ubicación y el número de puntas pararrayos necesarias para reducir el riesgo a causa de una
descarga atmosférica en los equipos, personas y estructuras en la plataforma XXXXXXX del proyecto
“XXXXXXXXXXXXXXXXXXX” a instalarse en la Sonda de Campeche, Golfo de México” dentro del complejo
de producción “XXXXXXXXXX”
El objetivo fundamental del sistema de protección contra descargas atmosféricas consiste en ofrecer uno
o varios puntos de impacto preferentes para el rayo en estructuras o elementos donde exista el peligro de
fuego o explosión, reducir la posibilidad de presentarse arcos eléctricos o efectos térmicos que generen
ignición en áreas peligrosas y reducir la posibilidad de derretimiento del material debido al paso de la
corriente de rayo, excepto al punto de impacto.
3.0 ALCANCES.
Se realizará la memoria de cálculo del sistema de protección contra descargas atmosféricas para la
plataforma XXXXXXXXXXX considerando el método de la esfera rodante. Dicho método se empleará para
determinar la altura y distribución de puntas en el área de estudio y que conformarán el sistema de
protección, de tal manera que nos proporcionen un sistema aislado para evitar arcos eléctricos entre los
elementos de conducción de descargas atmosféricas y las partes metálicas de los equipos, manteniendo
entre ellos una distancia de seguridad en base a la NFPA-780-2014.
4.0 NORMAS, ESTANDARES Y CÓDIGOS.
Los códigos, normas y referencias enumerados formarán parte de la presente memoria. Salvo que se
indique lo contrario, se aplicarán las últimas ediciones y revisiones. En caso de que dos o más referencias
contengan requisitos en conflicto, la referencia más rigurosa prevalecerá.
NOM-001-SEDE-2012.
Norma oficial mexicana “Instalaciones eléctricas”. Utilización.
NOM-008-SCFI-2012.
Sistema general de unidades de medida.
NRF-048-PEMEX-2007
Diseño de instalaciones eléctricas.
P.2.0227.04:2015
NFPA 780-2011
IEEE STD 1100
Sistemas eléctricos en plataformas marinas.
Standard for the installation of lighting protection systems
Recommended practice for powering and grounding electronic
equipment.
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5.0 DEFINICIONES.
Alumbrado normal.
Es el diseñado para proporcionar el nivel de iluminación recomendado para determinada área de
trabajo.
Alumbrado de emergencia.
Es el que entra en operación cuando falla el sistema de alumbrado normal. Proporciona una
iluminación mínima que permita al personal la seguridad para caminar por rutas de evacuación,
en donde exista un tránsito elevado.
Altura de montaje.
Distancia entre el plano de referencia y el plano en el cual se encuentran las luminarias.
Balastro.
Es un dispositivo auxiliar para las lámparas de descarga que proporciona las condiciones
apropiadas para su correcto arranque y operación.
Flujo luminoso.
Cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en cualquier dirección, por unidad de tiempo.
Unidad: lumen (lm).
Iluminancia.
Cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. Unidad: lux (lx). Un lumen distribuido
uniformemente sobre un metro cuadrado de superficie tiene una iluminancia de un lux.
Nivel de iluminación.
Es el número de lux requeridos sobre el plano de trabajo para que una tarea visual pueda llevarse
a buen término de manera correcta, rápida, segura y fácil.
Lámpara.
Fuente luminosa artificial construida con objeto de producir luz.
Luminaria.
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Un aparato el cual distribuye filtra o controla luz dada por una lámpara o lámparas y el cual incluye
todos los accesorios necesarios para fijar, proteger y operar estas lámparas y para conectarlos al
circuito de alimentación.
Plano de trabajo.
Es el plano donde usualmente trabajamos, y sobre el cual la iluminación es especificada y medida.
Vida útil.
Tiempo, medido en horas de funcionamiento, que transcurre hasta que una fuente de luz deja de
funcionar. Este concepto se utiliza normalmente en las lámparas incandescentes y halógenas.
6.0 BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO.
Para determinar la distribución y ubicación de las puntas captadoras, se tendrá en cuenta las estructuras,
equipos o tuberías más elevadas, verificando se encuentren dentro del área de protección.
Se considera que los equipos instalados en “XXXXXXXX” son delicados debido a su contenido, se
determinará el nivel de protección requerido para el diseño del sistema.
De acuerdo con el numeral 8.7.2.1 de la especificación técnica P.2.0227.04:2015 el sistema de protección
contra descargas atmosféricas debe diseñarse con terminales aéreas interconectadas entre sí con cable
de cobre desnudo, toroidal, tamaño 67.43 mm 2 (2/0 AWG) como mínimo, y dos bajadas opuestas
conectadas a las piernas o columnas de la plataforma, que funcionan como electrodos de puesta a tierra.
De acuerdo con la NFPA-780 numeral 4.9.10.1, el número de conductores de bajada está en función del
perímetro de la estructura a proteger.
Los datos generales del edificio se encuentran resumidos en la tabla siguiente:
EDIFICIO
LARGO (m)
ANCHO (m)
ALTURA (m)
20
15
11
7.0 DESARROLLO DEL CÁLCULO.
Para realizar los cálculos, primero se evaluará el nivel de riesgo, tomando en cuenta el ambiente de la
instalación, tipo de construcción, grado de ocupación de la estructura, su contenido y las consecuencias
del impacto de una descarga atmosférica.
Conociendo el nivel del riesgo, se definirá el grado de protección requerido, posteriormente se definirá el
número de puntas requeridas y su distribución, así como la cantidad de conductores de bajada hacia el
sistema de puesta a tierra para el sistema de protección contra descargas atmosféricas.
7.1 EVALUACIÓN DEL RIESGO.
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De acuerdo con el mapa Isoceráunico de México, se tiene que, para campeche el nivel de descargas por
kilómetro cuadrado al año es entre 6.00 y 7.75, para los cálculos tomaremos el valor más alto con el fin de
tener nuestro sistema lo más protegido posible, por lo tanto: Ng= 7.75.
De acuerdo con el mapa Isoceráunico de México, se tiene que, para campeche el nivel de descargas por
kilómetro cuadrado al año es entre 6.00 y 7.75, para los cálculos tomaremos el valor más alto con el fin de
tener nuestro sistema lo más protegido posible, por lo tanto: Ng= 7.75. El área equivalente de la estructura
se calcula como sigue:
𝐴𝑒 = 𝐿𝑊 + 6𝐻(𝐿 + 𝑊) + 9𝜋𝐻2
𝐴𝑒 = (20)(15) + 6(11)(20 + 15) + 9𝜋(11)2
𝐴𝑒 = 300 + 2,310 + 3,421.194
𝐴𝑒 = 6,031.194 𝑚2
En función de Ng se calcula la frecuencia anual promedio de rayos directos a la estructura Nd:
𝑁𝑑 = 𝑁𝑔 𝑥 𝐴𝑒 𝑥 10−6 = 7.75 𝑥 6,031.1944 𝑥 10−6
𝑁𝑑 = 0.04674 𝑟𝑎𝑦𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑜𝑠/𝑎ñ𝑜
La frecuencia aceptada o tolerable de rayos sobre una estructura “Nc”, se obtiene de la forma siguiente:
𝑁𝑐 =
5.5 𝑥 10−6
𝐶
El Coeficiente estructural “C” depende de valores como la localización relativa de la estructura, el coeficiente
de construcción (C2), Coeficiente de contenido de la estructura (C3), el grado de ocupación de personal de
la estructura (C4) y las consecuencias de las descargas atmosféricas (C5).
𝐶 = (𝐶2)(𝐶3)(𝐶4)(𝐶5)
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Dichos valores se encuentran normalizados y se pueden tomar directamente de las tablas L.5.1.2(a),
L.5.1.2(b), L.5.1.2(c), L.5.1.2(d) que se encuentran en el Anexo L de la NPFA 780. En éste caso, debido a
las características del lXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX, los coeficientes a emplear son:
VALORES DE COEFICIENTES A EMPLEAR
C2
0.5
C3
3
C4
1
C5
10
𝐶 = (0.5)(3)(1)(10)
𝐶 = 15
Sustituyendo los valores del coeficiente estructural en la formula de la frecuencia de descargas tolerable,
se tiene:
𝑁𝑐 =
1.5 𝑥 10−3
15
𝑁𝑐 = 1 𝑥 10−4
Como se indica en el apéndice L de la NPFA 780, numeral L.5.2.1, la frecuencia tolerable de descargas
(Nc) se debe comparar con la frecuencia de rayos directos a la estructura (Nd), en este caso en particular,
se debe instalar un sistema de protección contra descargas atmosféricas, cuya eficiencia se calcula como
sigue:
𝑁𝑐
𝐸𝑐 = [1 − ( )] 𝑥 100
𝑁𝑑
𝐸𝑐 = [1 − (
1 𝑥 10−4
)] 𝑥100 = 99.78 %
0.04674
Debido a que la eficiencia necesaria del sistema es del 99.78%, se requiere un sistema de protección contra
descargas atmosféricas Clase I, de acuerdo con la tabla 6 de la UNE-EN 62305-1.