ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA Y MÁQUINASGRADO EN TECNOLOGÍAS MARINAS “CALCULO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA CONTRAINCENDIOS DE UN BUQUE PROPULSADO POR GAS NATURAL” TRABAJO FIN DE GRADO SEPT-2016 AUTOR: Felipe López Rodríguez TUTOR: Francisco J. Servia Ramos _______________________________________________________ Paseo de Ronda, 51 15011 A Coruña
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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA Y MÁQUINAS
GRADO EN TECNOLOGÍAS MARINAS
“CALCULO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA CONTRAINCENDIOS DE UN
BUQUE PROPULSADO POR GAS NATURAL”
TRABAJO FIN DE GRADO
SEPT-2016
AUTOR: Felipe López Rodríguez TUTOR: Francisco J. Servia Ramos _______________________________________________________Paseo de Ronda, 51 15011 A Coruña
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ÍNDICE GENERAL I. MEMORIA 1.1 General………………………………………………………………………… 6 1.1.1 Destinatario………………………………………………………………….. 6 1.1.2 Objetivo del proyecto…………………………………………………….…. 6 1.1.3 Alcance………………………………………………………………………. 7 1.2 El buque: características y parámetros del proyecto………………... 7 1.2.1 Especificación del proyecto. Descripción breve del buque……………...8 1.2.2 Disposición general…………………………………………………………. 9 1.2.3 Especificaciones del combustible…………………………………………. 11
2. Normas y referencias 2.1 Disposición legal y normas aplicadas (SOLAS, SSCI, MSC, NFPA,..)…12 2.2 Bibliografía…………………………………………………………………...15 2.3 Definiciones capítulo II-2 del Convenio SOLAS……………………….16 2.4 Requisitos de diseño……………………………………………………….18 2.5 Características de GNL/GN………………………………………………..21 2.6 Definición de sectores de zonas peligrosas…………………………...21 2.6.1 Sectores 0 de zonas peligrosas……………………………………...21 2.6.2 Sectores 1 de zonas peligrosas……………………………………...22 2.6.3 Sectores 2 de zonas peligrosas……………………………………...23 2.6.4 Equipación personal…………………………………………………...23
3. Protección activa…………………………………………………25 3.1 Sistema de Control de Seguridad (SCS)………………………………..25 3.2 Sistema ESD…………………………………………………………………26 3.3 Sistema F&G…………………………………………………………………26 3.3.1 Detección de gas………………………………………………………27 3.3.2 Detección de incendios……………………………………………….27 3.3.3 Detección de frío……………………………………………………….29 3.4 Acción automática del sistema de detección………………………… 29
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4. Distribución de agua contraincendios………..…30 4.1 Sistemas de diluvio (sistemas de pulverización y cortinas de agua)….31 4.2 Monitores de manejo remoto……………………………………………..31 4.3 Bocas de incendio………………………………………………………….32 4.3.1 Conexión internacional buque-tierra………………………………....34 4.4 Sistema de Agua Nebulizada……………………………………………. 34 4.4.1 Difusores abiertos. Tipos……………………………………………...35 4.4.2 Difusores cerrados. Tipos……………………………………………. 35 4.5 Bombas contraincendios………………………………………………... 36
5 Agentes químicos de extinción…………………….….37 5.1 Unidades de generación de espuma. Alta y baja expansión………..37 5.1.1 Unidades fijas…………………………………………………………. 38 5.1.2 Unidad portátil……………………………………………………….....39 5.2 Paquetes de polvo químico seco para zonas de tanques de almacenamiento………………………………………………………………….40 5.2.1 Sistemas automáticos de polvo químico……………………………...41 5.2.2 Paquetes de polvo químico seco manuales………………………….42 5.3 Sistemas fijos de gas……………………………………………………….43 5.4 Extintores……………………………………………………………………..43 5.4.1 Extintores de Polvo Seco……………………………………………...43 5.4.2 Extintor Portátil de Dióxido de Carbono…………………………….. 44 5.4.3 Ubicación extintores…………………………………………………….44
6. Ventilación………………………………………..45 6.1 Sistemas de ventilación en las cámaras de máquinas……………….45
7. Protección estructural contra incendios........46
8. Prevención de incendios y explosiones…....47 8.1 Sala de tanques……………………………………………………………..48 8.2 Salas de máquinas………………………………………………………….50 8.3 Tipos de detectores de gas. Disposición a bordo…………………….51
9. Cálculo del sistema general C.I. (Agua Salada)…53 9.1 Objetivo……………………………………………………………………….53 9.2 Datos de Entrada de Diseño………………………………………………55 9.3 Normativa Aplicada…………………………………………………………36 9.3.1 Diámetro Mínimo del Colector Principal de Sentinas. (SOLAS)…..56 9.3.2 Capacidad Unitaria de las bombas de sentinas. (SOLAS)………...56 9.3.3 Capacidad de las bombas contraincendios. (SOLAS)……………..57 9.3.4 Capacidad Unitaria de las bombas contraincendios. (SOLAS)……57 9.3.5 Dimensionamiento de bombas C.I.(SOLAS, otros)………………...57 9.4 Colector del sistema general contraincendios………………………...58 9.5 Calculos para elección de la bomba…………………...........................60 9.5.1 Perdida de carga estimada h…………………………………………60 9.5.2 Presión en bocas contraincendios…………………………………...61 9.5.3 Altura geométrica………………………………………………………62 9.5.4 Altura total manométrica………………………………………………62 9.6 Tipo de bomba………………………………………………………………..62 9.6.1 Estimacion de las potencias y consumo………………………...…....62 9.6.2 Tabla resumen especificación técnica de las electrobombas c.i…...63
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9.7 Capacidad de la bomba contraincendios de emergencia…………….64 9.7.1 Normativa aplicada (SOLAS, SSCI)…………………………………..64 9.7.2 Dimensionamiento de la bomba de emergencia…………………….64 9.7.3 Consideraciones relativas (SOLAS)…………………………………..65
10. Calculo sistema de CO2…………………………….….70 10.1 Cantidad Mínima de CO2 Requerida (SOLAS)………………………...71 10. 2 Determinación del Número Mínimo de Botellas de CO2..................72 10.3 Requisitos más importantes relativos al Local de CO2 (SSCI)….....72
11. Cálculo del sistema de espuma……………..73 11.1 Componentes de los sistemas de espuma……………………………73 11.2 Sistema de espuma de alta expansión (SOLAS)……………………..75 11.3 Sistema de espuma de baja expansión (SOLAS)…………………….76
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ANEXOS
II- PRESUPUESTO (PRESUPUESTO utilizando programa y base de datos Memfis 2015)
12.1 Cuadro de precios Nº1. 12.2 Cuadro de precios Nº2. 12.3 Presupuesto por capitulos de equipo montado 12.4 Resumen presupuesto total
III- PLANOS DE SEGURIDAD 13.1 ACCESOS 13.2 Sistema CO2 13.3 Sistema AGUA CONTRAINCENDIOS 13.4 Sistema ESPUMA 13.5 Sistema POLVO QUIMÍCO 13.6 Sistema AISLAMIENTO AUTOMÁTICO 13.7 Simbología OMI
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I. MEMORIA
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1.1 Memoria Descriptiva Cálculo y descripción del sistema contraincendios y baldeo del buque
Harvey Energy.
Se trata de describir y calcular el sistema de detección y contraincendios y baldeo
de un buque de aprovisionamiento offshore con propulsión dual natural.
1.1.1 Destinatario
El destinatario del presente Proyecto es la Escuela Técnica Superior de Náutica y
máquinas de la UDC.
1.1.2 Objeto
Este proyecto se desarrolla con el propósito de describir y dimensionar el sistema
contraincendios y baldeo de un buque offshore-supply vessel (buque suministro)
de 5.520 toneladas de peso muerto que se supone definido en tamaño según la
especificación del buque que se muestra en el apartado 1.3.1 del presente
proyecto. Tanto el diseño como la construcción del buque, con todo su equipo y
maquinaria, deberán ser aprobadas por la IMO Resolución IMC 86/26, SOLAS y
por la Sociedad de Clasificación ABS, a fin de alcanzar la cota (o notación): +A1,
ABS: A1 Offshore Service Vessel. Es por ello que todo este estudio irá
demostrado a partir de sus reglas, acogiéndose a la normativa vigente.
1.1.3 Alcance
El proyecto incluye el sistema de protección contraincendios y baldeo completo
para el buque off-shore Harvey Energy.
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El sistema comprende el cálculo del sistema de prevención, control y extinción del
fuego tanto automático como manual asegurando el cumplimiento de la normativa
vigente
1.2. El buque: características y parámetros
A continuación, se presenta la especificación general que sirve como punto de
partida para fijar las condiciones y analizar al tipo de buque que se pretende
proyectar.
1.2.1. Especificaciones generales
Fig 1.2.1.1 Vistas generales del buque
TIPO DE BUQUE: offshore supply, buque de suministro/remolcador 95 m eslora.
h = 34.10 m (esta altura equivale a una presión de 3,41 bar)
9.5.2 Presión en bocas contraincendios
Según norma SOLAS en buques de carga de 6.000 toneladas o más de arqueo
bruto se necesitan como mínimo 2,8 bar y máximo que no impida el control de las
mangueras eficazmente.
Con un margen de seguridad, calculamos para 3 bar, lo que significa una
resistencia para la descarga de la bomba, equivalente a 30 metros de columna
de agua.
Pmin = 3 Bar
9.5.3 Altura geométrica
En un sistema de bombeo, la altura geométrica es la altura física a la que debe
bombearse el agua para alcanzar los puntos de consumo. Se toma altura desde
ubicación de bomba hasta punto de uso más alto, en este caso los monitores en
parte alta del puente. Se toman:
hgeo = 11 m
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9.5.4 Altura total manométrica
Pbba = Pmin + h + (hgeo/10.2) (9.5.4.1)
Pmin = presión mínima requerida en punto de agua más alto, 3 bar
Pf = pérdida de presión hasta punto más alto (h = 34,1 m => Pf = 3,41 bar)
hgeo = la altura entre el grupo de presión y el punto de agua más alto, 11 m.
Pbba = 3 + 3.41 + (11/10.2)
Pbba = 7,5 bar
9.6 Tipo de bomba
Las bombas son de tipo centrífugo alimentadas por motores eléctricos trifásicos a
una tensión de 440 V y a una frecuencia de 60 Hz.
Según el diagrama de elección figura 9.6.1 del catálogo del fabricante Siemens,
para una altura geométrica de 75 mca y un caudal de 75 m3/h:
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Fig. 9.6.1 Tabla fabricante Siemens
Entonces se deduce,
RPM 3.500 (f= 60 Hz)
Modelo 65/200
9.6.1 Estimacion de las potencias y consumo
Para el cálculo se aplica:
∗ ∗ ∗
∗ ∗ (9.6.1.1)
∗ ∗ ∗
∗ ∗(9.6.1.2)
Donde,
Qbci, es el caudal que impulsa la bomba, en m3/h;
H, altura manométrica bomba.
ρ, densidad del fluido, agua de mar, 0,997 kg/dm3
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g, aceleración de la gravedad 9.81 m/s2
ηH, es el rendimiento hidráulico, expresado en porcentaje.
ηV, es el rendimiento volumétrico, expresado en porcentaje.
El rendimiento hidráulico ηH se puede estimar entre 0,85 hasta 0,88 para bombas
más pequeñas y de diseño no demasiado elaborado.
El rendimiento volumétrico ηV es un dato suministrado por el fabricante y tiene en
cuenta las perdidas por fugas de fluido dentro del cuerpo de la bomba. Se puede
estimar entre 0,94 y 0.96 para bombas de diseño simple y causales moderados
= 18,32 kW
= 29,4 cv
*Potencia activa de entrada Wa, es la que mediríamos con un vatímetro en los
terminales de alimentación del motor, y resulta:
/ (9.6.1.3)
Siendo,
Eff la eficiencia del motor eléctrico el cual es de 95% para este modelo.
0,997 ∗ 9,8 ∗ 75 ∗ 7,5367 ∗ 0,86 ∗ 0,95
0,997 ∗ 9,8 ∗ 75 ∗ 7,5270 ∗ 0,86 ∗ 0,95
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Peje (kW) es igual a la potencia en eje, 18,32 kW:
18,320,95
,
Entoces la corriente electrica cosumida
√ ∗ ∗
(9.6.1.4)
Siendo ,
Wa = potencia activa en Watios = 19,28 kW * 1000 W/kW = 19280 W
V= tension de servicio de red electrica en Voltios, 440 V
cos Ψ = factor de potencia motores trifasicos, 0,85 ,adimensional.
entonces :
19280
√3 ∗ 440 ∗ 0,85
,
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9.6.2 Tabla resumen especificación técnica de las electrobombas c.i.
TABLA DE CARACTERISTICAS DE LAS
ELECTROBOMBAS
Nº bombas 2
Fluido Agua de mar
Servicio
Sistema c.i. y
baldeo
Tipo de bomba
Centrifuga
horizontal
Fabricante bomba Nijhuiis Pompen
Tipo de motor eléctrico
C.A. síncrono
trifásico
Fabricante motor
Siemens mod.
65/200
Capacidad caudal
unitaria 75 m3/h
Altura manométrica 75 m
Tensión y Frecuencia 440 V / 60 Hz
Potencia eléctrica 19,32 Kw
Consumo nominal 29,76 A
Fig. 9.6.2 Tabla caracteristicas electrobombas de c.i.
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9.7 Capacidad de la bomba contraincendios de emergencia
9.7.1 Normativa aplicada
Los Cálculos que se describen en el presente Procedimiento se han realizado
teniendo en cuenta, fundamentalmente, la normativa SOLAS y SSCI donde
especifica la capacidad no sera inferior al 40% de la capacidad total de las
bombas c.i. pero nunca inferior a 25 m3/h.
Capacidad total de las 2 bombas c.i.= 75 * 2 =150 m3/h
Según la normativa el 40% resulta:
150 ∗ (9.7.1.1)
Q minimo bomba emergencia = 60m3/h
9.7.2 Dimensionamiento de la bomba de emergencia.
Ya que el caudal mínimo emergencia es de 60 m3/h, se escoge un caudal para la
bomba c.i. de 75 m3/h, análogo al caudal de una bomba eléctrica c.i. con lo que se
mantienen los mismos requisitos para el dimensionamiento.
De esta manera se cumplen los requisitos del SOLAS de acuerdo a:
*Caudal: 75m3/h (>60 m3/h)
*Altura de aspiración: 75m (presión descarga 7,35 bar)
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*Presión en bocas c.i.: (>3 bar)
9.7.3 Consideraciones relativas a las bombas c.i. de emergencia
Por normativa SOLAS se necesita que:
*La bomba es del tipo autocebada y tenga aspiración abierta.
*Dispone de válvula de alivio en recirculación.
*El arranque es posible en frio manualmente a 0ºC con fuente de energía que
permite 6 arranques en 30 minutos, y al menos 2 veces en 10 minutos.
*La capacidad del tanque de combustible de servicio contiene suficiente para
mantener funcionamiento durante 3 horas y con el tanque de reserva durante 15
horas.
De acuerdo a los requisitos obtenemos la siguiente tabla 9.7.3.1 de características
TABLA DE CARACTERISTICAS DE LA
BOMBA DIESEL EMERGENCIA
Nº bombas 1
Fluido Agua de mar
Servicio Sistema c.i.
Tipo de bomba
Centrifuga
horizontal
Fabricante bomba Nijhuiis pompen
Tipo de motor Diesel 4 tiempos
Fabricante Caterpillar
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Fig. 9.7.3.1 Tabla caracteristicas bomba Diesel de emergencia
Teniendo en cuenta la tabla 9.7.3.2 del fabricante se obtiene el modelo de bomba
específico para estas especificaciones.
Fig. 9.7.3.2 Tabla fabricante Nijhuis Pompen
*Se obtiene que el modelo 65/250 cumple estas condiciones.
Capacidad caudal
unitaria 75 m3/h
Altura manométrica 75 m
Potencia eje 24,9 kW
Cap. tanque
combustible 200 l
Autonomía 40 horas
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10. SISTEMA DE DIÓXIDO DE CARBONO
El CO2 almacenado a temperatura ambiente en una serie de cilindros a una
presión de 48 a 55 bar. En el caso del sistema de alta presión el CO2 tiene que
ser guardado en contenedores diseñados, construidos y chequeados en acorde
con B.S.5045 parte 1 o parte 2 o por otra sociedad nacional autorizada
equivalente a la mencionada. Las tuberías son de acero inoxidable y aseguran la
descarga el líquido de CO2 desde los contenedores.
Fig.10.1 a y b. Montaje a bordo de botellas de CO2
10.1 Cantidad Mínima de CO2 Requerida
Se dispone de un sistema de inundación total.
Según SOLAS el peso en kilogramos mínimo de CO2 requerido será el valor
obtenido mediante la aplicación de la siguiente expresión:
2 , ∗
, (10.1.1)
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Siendo:
mco2 = Pesos Mínimos Requeridos de CO2, expresados en kg.
Vsm = Volumen bruto de la cámara de máquinas expresado en m3
12 ∗ 10 ∗ 5 (10.1.2)
Vsm = 600 m3
20,40 ∗ Vsm
0,56
,
10. 2 Determinación del Número Mínimo de Botellas de CO2
El Número Mínimo de Botellas se determinará mediante la aplicación de la
fórmula siguiente:
(10.2.1)
Siendo:
Nbot = número mínimo de botellas de CO2.
mCO2min = peso de co2 mínimo requerido, expresado en kg.
Wb = Peso de CO2 contenido en cada Botella, expresado en kg.
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Seleccionando Botellas de 45 kg de CO2 y aplicando la expresión anterior resulta:
428,5745
Nºbot = 9,523 botellas ≈ 10
10.3 Requisitos más importantes relativos al Local de CO2
*El Local de CO2 está situado a Popa del Mamparo de Colisión y, a ser posible,
en la Cubierta Principal.
*El Local de CO2 debe ser utilizado exclusivamente para la instalación de las
Botellas y de los componentes asociados a las mismas.
*El Local de CO2 está protegido contra la Radiación Solar y convenientemente
aislado para evitar que la temperatura en el interior del mismo exceda de 45º C.
*El Local de CO2 está provisto de Ventilación adecuada (6 Renovaciones/Hora
como mínimo) y calefacción capaz de mantener temperatura mínima de 20º C.
Fig. 10.3. Local para botellas CO2
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11. DESCRIPCIÓN Y CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ESPUMA
11.1 Componentes de los sistemas de espuma
El Sistema Fijo de Espuma está compuesto de un suministro de agua, un
suministro de espumógeno, un dosificador de agua-espumógeno, un generador
de espuma y boquillas de descarga de espuma.
Los Sistemas Fijos de Espuma están contemplados en el Capítulo II-2, reglas 8,
9, 60,61 del SOLAS.
Los sistemas Fijos de Espuma estarán formados por:
11.1.1. Circuito de Agua Contraincendios, que puede ser suministrada por un
depósito de agua o por sistemas de bombas.
11.1.2. Depósito de Espumógeno, que pueden ser atmosféricos o a presión.
Fig. 11.1.2 Tanque de espumógeno de 300l
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11.1.3. Elementos de Dosificación: Dosificadores, Eyectores, Bombas de
Inyección.
Fig. 11.1.3. a) Eyector de espuma fijo b) Eyector de espuma portátil
11.2 Sistema de espuma de alta expansión:
El SOLAS establece en sala maquinas:
* La velocidad de descarga rápida para llenar el mayor de los espacios protegidos
a razón de 1m de espesor por minuto. Entonces para una superficie en metros de:
∗ (11.2.1)
12 ∗ 10
Ssm = 120 m2
120 2 ∗ 1 / (11.2.2)
Veloc.min descarga = 120 m3/min
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* La relación expansión no debe superar 1000 espuma a 1 de espumógeno
* La cantidad de espumógeno producido equivale a 5 veces el mayor de los
volúmenes a proteger que es la sala de tanques. Entonces para el volumen en m3
de sala de tanques:
∗ ∗ (11.2.3)
20 ∗ 14 ∗ 5
Vsalatanques = 1400m3
Entonces con una relación de espuma de 600 a 1 (= 600 m3 a 1 m3)
. (11.2.4)
V ó = 2,3 m3 ≈ 2,5 m3
11.3 Sistema de espuma de baja expansión:
El sistema de espuma en cubierta o superficie de carga de mercancías peligrosas
y el sistema principal de contraincendios son capaces de funcionar
simultáneamente para satisfacer la cantidad necesaria en el sistema de espuma
más dos mangueras cargadas con agua desde los hidrante
Según SOLAS :
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*Velocidad de descarga en máximo 5 minutos una cantidad suficiente para cubrir
con una capa de 150 mm ó 0,150 m. Entonces para una superficie de sala de
tanques de
∗ (11.3.1)
20 ∗ 14
Sstanques = 280 m2
. 280 2 ∗ 0,150 /5 (11.3.2)
. 8.4 3/
* La relación expansión no debe superar 12 a 1. (12 espuma a 1 de espumógeno)
*El número mínimo de monitores se determinará mediante la aplicación de la
siguiente expresión:
º , ∗
(11.3.3)
Siendo:
Nm = Número Mínimo de Monitores de Espuma
lc = Longitud de la zona de carga peligrosa, 20 m
lalc = Alcance de los Monitores de Espuma, 8 m
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º , ∗
º = 3,33 ≈ 4
TRABAJO FIN DE GRADO
“CÁLCULO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA CONTRAINCENDIOS DE UN
BUQUE PROPULSADO POR GAS NATURAL”
ANEXO II/ PRESUPUESTO
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FECHA: SEPTIEMBRE 2016 AUTOR: el alumno Felipe López Rodríguez Fdo.:
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II. PRESUPUESTO utilizando programa y base de datos Memfis 2015 12.1 Cuadro de precios Nº1………………………………………………………...II-3 12.2 Cuadro de precios Nº2…………………………………………………….......II-9 12.3 Presupuesto por capítulos de equipo montado…………………….......II-14 12.4 Resumen presupuesto total…………………………………………….......II-20
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Sep‐2016PresupuestoPáginaII‐6
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Sep‐2016PresupuestoPáginaII‐7
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12.2 Cuadro de precios Nº2
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12.3 Presupuesto por capítulos de equipo montado.
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12.4 Resumen presupuesto total
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“CALCULO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA CONTRAINCENDIOS DE UN
BUQUE PROPULSADO POR GAS NATURAL”
ANEXO III/ PLANOS DE SEGURIDAD
ESCOLA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA Y MÁQUINAS
FECHA: SEPTIEMBRE 2016 AUTOR: el alumno Felipe López Rodríguez Fdo.:
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III- PLANOS DE SEGURIDAD
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III- PLANOS DE SEGURIDAD 13.1 ACCESOS 13.2 Sistema CO2 13.3 Sistema AGUA CONTRAINCENDIOS 13.4 Sistema ESPUMA 13.5 Sistema POLVO QUIMÍCO 13.6 Sistema AISLAMIENTO AUTOMÁTICO. 13.7 Simbología OMI 13.8 Fotos Bunkering
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13.1 ACCESOS
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13.2 SISTEMA CO2
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13.3 SISTEMA AGUA CONTRAINCENDIOS
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13.4 SISTEMA DE ESPUMA
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13.5 SISTEMA DE POLVO QUÍMICO
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13.6 SISTEMA SEGURIDAD AUTOMÁTICO DEL LNG ALMACENADO