SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL EN UN TÚNEL. INFLUENCIA DE UN INCENDIO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTILACIÓN

SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL EN UN TÚNEL. INFLUENCIA DE UN INCENDIO EN EL DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTILACIÓN

Clasificación de Sistemas de Ventilación de Túneles Sistema de Ventilación n Longitudinal

Operación Normal Túneles cortos TÚNEL VENTILADO Efecto Pistón Túneles largos Insuficiente Efecto Pistón Jet Fans

Operación normal con jet fans JET FAN JET FAN Aire fresco introducido por el portal de entrada Aire contaminado extraido por el portal de salida El efecto piston generado por los vehiculos tambien ayuda

Datos requeridos para el estudio de la ventilación en modo normal Longitud (m) Sección transversal (m 2 ) Perimetro (m) Altitud (m.s.n.m.) Pendiente (%) Acabado interior Datos geometricos del túnel

Composición del tráfico % Ligeros gasolina Ligeros diesel Pesados Datos de Tráfico Otros párametros: Límite de CO Límite de NOx Visibilidad en el interior del túnel Potencia de Incendio (Mw)

Datos geometricos + Datos de tráfico + Límites de diseño Caudal necesario de Aire Fresco a ser introducido en el túnel Velocidad de Aire en el túnel

Perdidas. friccionales P f = SISTEMA LONGITUDINAL Cálculo de la pérdida de carga P f : perdidas friccionales ρ : Densidad del aire (Kg./m 3 ) L : Longitud túnel (m) λ L ρ v 2 D h 2 V : Velocidad aire en túnel (m/s) Dh : Diámetro hidráulico túnel (m) D h = 4S/P (Pa) Pérdidas en. portales P s = P S : Perdidas en portales 1.6 ρ v 2 2 (Pa) ρ : Densidad del aire (Kg./m 3 )

Pérdidas por. viento P w = ρ ex v v 2 2 cos 2 α (Pa) P w : Pérdidas por viento ρ ex : Densidad del aire exterior. (Kg/m 3 ) Pérdidas por. tráfico P veh = C w S S v P veh : Pérdidas vehículos C w : Coeficiente aerodinámico N S v : Superficie frontal vehículo V : Velocidad del viento (m/s) cosα : Angulo del viento sobre eje. túnel ρ ei ( V-V v ) 2 2 (Pa) ρ ei : Densidad aire en túnel (Kg./m 3 ) N : Cantidad vehículos en el túnel V : velocidad tráfico (m/s) V v : velocidad interior aire (m/s)

Efecto Chimenea Pch = 9.81 (ρ ex ρ ei ) D c (Pa) P ch : Efecto chimenea ρ ex : densidad aire exterior (Kg./m 3 ) ρ ei : Densidad aire int. túnel (Kg./m 3 ) D c : Diferencia cota entre portales (m) TOTAL PERDIDAS TUNNEL P T = P f P ch P f : Pérdidas fricción P s : Pérdidas portales + P s + P w + P veh + Pw : Pérdidas viento P veh : Pérdidas vehículos P ch : Efecto chimenea

Operation de Emergencia con jet fans El objetivo de esta ventilación es conseguir expulsar los humos por una boca y evitar el backlayering Incendio en túnel t con insuficiente velocidad de aire.causando Backlayering Ventilation Túnel suficientemente ventilado evitando Backlayering Ventilation

Operación de Emergencia con jet fans La pendiente del túnel tiene gran influencia. en el efecto backlayering La velocidad de la corriente longitudinal del aire para evitar que los humos se vayan aguas arriba se denomina velocidad crítica

Operación de Emergencia con jet fans Velocidad crítica alcanzada en el interior del túnel La velocidad crítica debe ser medida en la corriente fría aguas arriba del fuego y en una sección libre del túnel.

Operación de Emergencia con jet fans Protocolo de Operación en túneles unidireccionales JET FAN Los vehiculos localizados aguas abajo del fuego pueden salir del túnel Los vehículos atrapados aguas arriba del fuego tienen que ser protegidos de la llegada de los humos por medio de la ventilación con jet fans

Operación de Emergencia con jet fans Protocolo de Operación en túneles bidireccionales El portal para la extracción de los humos debe ser. elegido de acuerdo con: Cantidad de vehículos atrapados Efecto del viento Distancia del fuego a los portales

Datos requeridos para el cálculo de la velocidad critica en situación de Ventilación de Emergencia Evitar el Backlayering Cálculo de la Velocidad Critica donde: Vc = velocidad crítica g = Aceleración de la gravedad H = Altura sección del túnel Q = Potencia del Incendio A = Sección túnel Cp = Calor especifico del aire ρ = Densidad del aire antes del fuego To = Temperatura ambiente

Empuje requerido en el Túnel T t = S x P T T t : Empuje necesario en el túnel (N) S : Sección del túnel (m 2 ) P t : Pérdidas de carga calculadas (Pa) Número de Jet Fans requeridos en el túnel N fans = Empuje necesario en el Túnel Empuje jet fan F 1 F 2 x x = 0.7 ; Jet fan en esquina F 1 = 1 - Velocidad aire en interior túnel Velocidad descarga jet fan F 2 = 0.8 ; Jet fan a ½ φ del techo del túnel = 0.9 ; Jet fan a 1 φ del techo del túnel jet fan jet fan

OTRAS CONSIDERACIONES EN CASO DE UN INCENDIO

El empuje teorico de un jet fan es : ET = Q x Vv x λ Siendo: Q: caudal del jet fan Vv: Velocidad de descarga λ: densidad de aire que mueve el jet fan Se puede comprobar que la densidad interviene de forma directamente proporcional en el empuje del jet fan

Operación de Emergencia con jet fans Jet fan que empuja con la densidad nominal JET FAN Jet fan que puede ser destruido por la acción del fuego Jet fan que empuja con la densidad reducida

Operación de Emergencia con jet fans Por lo tanto es deducible que los jet fans que están situados aguas abajo del fuego, al trabajar con aire a menor densidad, debido al incremento de temperatura del aire ocasionado por el incendio, tendrán un empuje disponible menor que los ventiladores que trabajan aguas arriba del incendio. Zona de túnel con aire a 20º C y densidad 1,2 kg./m3 ejemplo Zona de túnel con aire a 250º C y densidad 0,8 kg./m3 ejemplo JET FAN

Operación de Emergencia con jet fans Adicionalmente a efectos de eficiencia de los jet fans el factor relación de velocidades baja ya que se incrementa, tambien por efecto de la temperatura el volumen del aire en el interior del túnel y por tanto la velocidad del mismo Recordemos: N fans = Empuje necesario en el Túnel Empuje jet fan x F 1 F 2 x Velocidad aire en interior túnel F 1 = 1 - Velocidad descarga jet fan F 2 = 0.8 ; Jet fan a ½ φ del techo del túnel = 0.9 ; Jet fan a 1 φ del techo del túnel jet fan jet fan

Operación de Emergencia con jet fans El proceso de cálculo debe considerar esta situación y el constante cambio de estado debido a la absorción del calor del aire por las paredes del túnel. Lo recomendable es sectorizar el túnel en tramos cortos e ir cálculando en cada tramo según las condiciones particulares del mismo. Igualmente el empuje real de cada ventilador dependerá de su ubicación en el túnel y su situación relativa respecto del Fuego

Operación de Emergencia con jet fans JET FAN Zona de túnel con aire a 250º C y densidad 0,8 kg./m3 ejemplo Zona de aire mas frío a medida que se aleja del fuego Absorción de calor por las parades del túnel

Ejemplo de dimensionamiento por velocidad critica. Sin considerar la influencia del incendio MAL JETS SELECCIONADOS LONGITUD 1620 m. AREA 81 m2 PENDIENTE -1.5 % Modelo JZR 12-37/4 V Empuje Coefic. Factor Factor E efectivo Cantidad Empuje (1.2 Kg/m3). 1292 N (km/h) (N) Instala. Vel Dens. (N) Jets Velocidad de Salida. 31.5 m/s 0 3873.49 0.80 0.95 0.98 960.94 5.00 Caudal 35.6 m 3 /s 5 3207.50 0.80 0.94 0.98 950.67 4.00 Diámetro 1200 mm 10 2429.31 0.80 0.95 0.98 957.51 3.00 Potencia Instalada.. 37 kw 20-1025.43 0.80 0.95 0.98 962.30-30 -5387.42 0.80 0.96 0.98 964.44 - Ubicación.. Techo 40-9646.68 0.80 0.96 0.98 968.94 - Coeficiente Instal. 0.8 50-13812.42 0.80 0.96 0.98 972.12-60 -17749.21 0.80 0.96 0.98 972.93 - Nº Requeridos 5-8. uds. 70-21687.25 0.80 0.97 0.98 973.98 - Nº Recomendados.. 7-10. uds. 80-25611.40 0.80 0.96 0.98 973.54-90 -29349.09 0.80 0.96 0.98 972.43 - Jets en grupos de... 2 uds. 100-32986.49 0.80 0.96 0.98 970.88 - SIN EFECTO CHIMENEA INCENDIO 4346.00 0.80 (*) (*) (*) 5.00 CON EFECTO CHIMENEA INCENDIO 7330.00 0.80 (*) (*) (*) 8.00

Ejemplo de dimensionamiento por velocidad critica. Considerando la influencia del incendio BIEN JETS SELECCIONADOS LONGITUD 1620 m. AREA 81 m2 PENDIENTE -1.5% Modelo JZR 12-37/4 V Empuje Coefic. Factor Factor E efectivo Cantidad Empuje (1.2 Kg/m3). 1292 N (km/h) (N) Instala. Vel Dens. (N) Jets Velocidad de Salida. 31.5 m/s 0 3873.49 0.80 0.95 0.98 960.94 5.00 Caudal 35.6 m 3 /s 5 3207.50 0.80 0.94 0.98 950.67 4.00 Diámetro 1200 mm 10 2429.31 0.80 0.95 0.98 957.51 3.00 Potencia Instalada.. 37 kw 20-1025.43 0.80 0.95 0.98 962.30-30 -5387.42 0.80 0.96 0.98 964.44 - Ubicación.. Techo 40-9646.68 0.80 0.96 0.98 968.94 - Coeficiente Instal. 0.8 50-13812.42 0.80 0.96 0.98 972.12-60 -17749.21 0.80 0.96 0.98 972.93 - Nº Requeridos 10 uds. 70-21687.25 0.80 0.97 0.98 973.98 - Nº Recomendados.. 12 uds. 80-25611.40 0.80 0.96 0.98 973.54-90 -29349.09 0.80 0.96 0.98 972.43 - Jets en grupos de... 2 uds. 100-32986.49 0.80 0.96 0.98 970.88 - INCENDIO 7921.00 0.80 (*) (*) (*) 10.00

Operación de Emergencia con jet fans Cálculo NO considerando el efecto de la temperatura 2 jet fan = 2 X 929 N 1 jet fan = 1 X 929 N 2 jet fan = 2 X 929 N Total nº de jet fans operativos = 5 Jet fans instalados = 7 Empuje generado: 1858+929+1858= 4645 N Empuje necesario en túnel = 4346 N

Operación de Emergencia con jet fans Cálculo Considerando el efecto de la temperatura 2 jet fan = 2 X 929 N 2 jet fan = 2 X 705 N 2 jet fan = 2 X 765 N 2 jet fan = 2 X 929 N 2 jet fan = 2 X 739 N Total nº de jet fans operativos = 10 Jet fans instalados = 12 Empuje generado:1858+1858+1410+1478+1530= 8134 N Empuje necesario en túnel = 7921 N

MUCHAS GRACIAS