sistema de ventilación longitudinal en un túnel. influencia de un ...

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 Ventilaci n Longitudinal

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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 (m2 )
• Perimetro (m)
• Altitud (m.s.n.m.)
• Pendiente (%)
• Acabado interior
SISTEMA LONGITUDINAL
Datos
geometricos
del túnel

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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)
• Pérdidas en
. portales
P S : Perdidas en portales
P s =
ρ : Densidad del aire (Kg./m 3 )
λ
L ρ v 2
D h 2
V : Velocidad aire en túnel (m/s)
Dh : Diámetro hidráulico túnel (m)
1.6
D h = 4S/P
ρ v 2
2
(Pa)
(Pa)

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

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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 nel con insuficiente velocidad de aire
.causando causando Backlayering
Ventilation
Túnel suficientemente ventilado evitando Backlayering
Ventilation

SISTEMA LONGITUDINAL
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”

SISTEMA LONGITUDINAL
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.

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

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

F 1 = 1 -
Empuje requerido en el Túnel
Tt = S x PT Número de Jet Fans requeridos en el túnel
N fans =
Velocidad aire en interior túnel
Velocidad descarga jet fan
SISTEMA LONGITUDINAL
Tt : Empuje necesario en el túnel (N)
S : Sección del túnel (m2 )
Pt : Pérdidas de carga calculadas (Pa)
Empuje necesario en el Túnel
Empuje jet fan F 1 F 2
F 2
x x
= 0.7 ; Jet fan en esquina
= 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

SISTEMA LONGITUDINAL
OTRAS CONSIDERACIONES EN
CASO DE UN INCENDIO

SISTEMA LONGITUDINAL
El empuje teorico de un jet fan es :
Siendo:
Q: caudal del jet fan
ET = Q x Vv x λ
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

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

JET FAN
SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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 =
Velocidad aire en interior túnel
F1 = 1 -
Velocidad descarga jet fan
Empuje necesario en el Túnel
x x
Empuje jet fan F 1 F 2
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

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

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

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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
Total nº de jet fans operativos = 5
Jet fans instalados = 7
Empuje generado: 1858+929+1858=
4645 N
Empuje necesario en túnel = 4346 N
2 jet fan = 2 X 929 N

SISTEMA LONGITUDINAL
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 929 N 2 jet fan = 2 X 739 N
Total nº de jet fans operativos = 10
Jet fans instalados = 12
2 jet fan = 2 X 765 N
Empuje generado:1858+1858+1410+1478+1530= 8134 N
Empuje necesario en túnel = 7921 N

SISTEMA LONGITUDINAL
MUCHAS GRACIAS