SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL EN UN ... - ITS Chile

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

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

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
‣ 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)

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)
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 )

SISTEMA LONGITUDINAL
• 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)

SISTEMA LONGITUDINAL
• 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

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
con insuficiente velocidad de aire
.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
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
OTRAS CONSIDERACIONES EN
CASO DE UN INCENDIO

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

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
JET FAN

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 =
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

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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

SISTEMA LONGITUDINAL
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

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
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

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 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

SISTEMA LONGITUDINAL
MUCHAS GRACIAS