Zit Ron
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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 VentilaciSistema de Ventilacióón Longitudinaln Longitudinal
Operación Normal
Túneles cortos
Efecto Pistón
TÚNEL VENTILADO
Túneles largos• Insuficiente Efecto Pistón
• Jet Fans
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
Operación normal con jet fans
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
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
• Longitud (m)
Datos requeridos para el estudio de la ventilación en modo normal
• Sección transversal (m2)• Perimetro (m)• Altitud (m.s.n.m.)• Pendiente (%)• Acabado interior
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
Datos geometricos del túnel
Composición del tráfico %• Ligeros gasolina• Ligeros diesel• Pesados
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
Datos de Tráfico
• Límite de CO• Límite de NOx
• Potencia de Incendio (Mw)
Otros párametros:
• Visibilidad en el interior del túnel
SISTEMA LONGITUDINAL 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
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
• Perdidas . friccionales Pf =
L ρ v2
Dh 2
Dh = 4S/P
Pf : perdidas friccionales
L : Longitud túnel (m)
V : Velocidad aire en túnel (m/s)
Dh : Diámetro hidráulico túnel (m)
ρ : Densidad del aire (Kg./m3)
λ
• Pérdidas en . portales Ps =
ρ v2
21.6
(Pa)
PS : Perdidas en portales
(Pa)
ρ : Densidad del aire (Kg./m3)
Cálculo de la pérdida de carga
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
• Pérdidas por . viento Pw =
cos2 αρex vv2
2Pw: Pérdidas por viento V : Velocidad del viento (m/s)
cosα : Angulo del viento sobre eje . túnel
ρex : Densidad del aire exterior . (Kg/m3)
• Pérdidas por . tráfico
Pveh =( V-Vv )2
2
(Pa)
Pveh : Pérdidas vehículos
N : Cantidad vehículos en el túnel
ρei : Densidad aire en túnel (Kg./m3)
(Pa)ρeiNSCw Sv
Cw : Coeficiente aerodinámico
Sv : Superficie frontal vehículo V : velocidad tráfico (m/s)Vv : velocidad interior aire (m/s)
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
TOTAL PERDIDAS TUNNEL
• Efecto Chimenea Pch = (ρex – ρei) Dc9.81
Pch : Efecto chimenea
(Pa)
ρei : Densidad aire int. túnel (Kg./m3)
Dc : Diferencia cota entre portales (m)
PT = Pf
Pf : Pérdidas fricción
Ps : Pérdidas portales
Ps Pw Pw: Pérdidas viento
Pveh : Pérdidas vehículos
Pveh
Pch : Efecto chimenea
Pch+ + + +
ρex : densidad aire exterior (Kg./m3)
SISTEMA LONGITUDINAL 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”
Ventilation
Incendio en tIncendio en túúnel con insuficiente velocidad de aire nel con insuficiente velocidad de aire ..causando Backlayeringcausando Backlayering
Ventilation
Túnel suficientemente ventilado evitando Backlayering
SISTEMA LONGITUDINAL 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 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 SISTEMA LONGITUDINAL
Protocolo de Operación en túneles unidireccionales
JET FAN
Operación de Emergencia con jet fans
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 SISTEMA LONGITUDINAL
Protocolo de Operación en túneles bidireccionales
El portal para la extracción de los humos debe ser . elegido de acuerdo con:
• Efecto del viento• Distancia del fuego a los portales
• Cantidad de vehículos atrapados
Operación de Emergencia con jet fans
SISTEMA LONGITUDINAL 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 gravedadH = Altura sección del túnelQ = Potencia del Incendio
A = Sección túnelCp = Calor especifico del aireρ = Densidad del aire antes del fuegoTo = Temperatura ambiente
Empuje requerido en el Túnel
Tt = PTS
Número de Jet Fans requeridos en el túnel
N fans =
Tt : Empuje necesario en el túnel (N)S : Sección del túnel (m2)Pt : Pérdidas de carga calculadas (Pa)
x
Empuje necesario en el Túnel
Empuje jet fan F1 F2
F2 F1 = 1 -Velocidad aire en interior túnel
Velocidad descarga jet fan
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
x x
= 0.7 ; Jet fan en esquina
= 0.8 ; Jet fan a ½ φ del techo del túnel
jet fan
= 0.9 ; Jet fan a 1 φ del techo del túnel
jet fan
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
OTRAS CONSIDERACIONES EN CASO DE UN INCENDIO
SISTEMA LONGITUDINAL 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 SISTEMA LONGITUDINAL
JET FAN
Operación de Emergencia con jet fans
Jet fan que empuja con la densidad nominal
Jet fan que empuja con la densidad reducida
Jet fan que puede ser destruido por la acción del fuego
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
JET FAN
Operación de Emergencia con jet fansPor 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./m3ejemplo
Zona de túnel con aire a 250ºC y densidad 0,8 kg./m3ejemplo
SISTEMA LONGITUDINAL 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 mismoRecordemos:
N fans = Empuje necesario en el TúnelEmpuje jet fan F1 F2
F2 Velocidad aire en interior túnel
Velocidad descarga jet fan
x x
= 0.8 ; Jet fan a ½ φ del techo del túnel
jet fan
= 0.9 ; Jet fan a 1 φ del techo del túnel
jet fanF1 = 1 -
SISTEMA LONGITUDINAL 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 SISTEMA LONGITUDINAL
JET FAN
Operación de Emergencia con jet fans
Zona de túnel con aire a 250ºC y densidad 0,8 kg./m3ejemplo
Absorción de calor por las parades del túnel
Zona de aire mas frío a medida que se aleja del fuego
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL Ejemplo de dimensionamiento por velocidad critica. Sin considerar la influencia del incendio MAL
8.00(*)(*)(*)0.807330.00INCENDIOCON EFECTO CHIMENEA
5.00(*)(*)(*)0.804346.00INCENDIOSIN EFECTO CHIMENEA
-970.880.980.960.80-32986.49100uds.2Jets en grupos de...…
-972.430.980.960.80-29349.0990
-973.540.980.960.80-25611.4080uds.7 - 10.Nº Recomendados..
-973.980.980.970.80-21687.2570uds.5 - 8.Nº Requeridos…………
-972.930.980.960.80-17749.2160
-972.120.980.960.80-13812.42500.8Coeficiente Instal….
-968.940.980.960.80-9646.6840TechoUbicación…………..
-964.440.980.960.80-5387.4230
-962.300.980.950.80-1025.4320kW37Potencia Instalada..
3.00957.510.980.950.802429.3110mm1200Diámetro……………
4.00950.670.980.940.803207.505m3/s35.6Caudal………………
5.00960.940.980.950.803873.490m/s31.5Velocidad de Salida.
Jets(N)Dens.VelInstala.(N)(km/h)N1292Empuje (1.2 Kg/m3).
CantidadEefectivoFactorFactorCoefic.EmpujeVJZR 12-37/4Modelo………………
PENDIENTE -1.5 %
AREA 81 m2
LONGITUD 1620 m.JETS SELECCIONADOS
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
Ejemplo de dimensionamiento por velocidad critica. Considerando la influencia del incendio BIEN
10.00(*)(*)(*)0.807921.00INCENDIO
-970.880.980.960.80-32986.49100uds.2Jets en grupos de...…
-972.430.980.960.80-29349.0990
-973.540.980.960.80-25611.4080uds.12Nº Recomendados..
-973.980.980.970.80-21687.2570uds.10Nº Requeridos…………
-972.930.980.960.80-17749.2160
-972.120.980.960.80-13812.42500.8Coeficiente Instal….
-968.940.980.960.80-9646.6840TechoUbicación…………..
-964.440.980.960.80-5387.4230
-962.300.980.950.80-1025.4320kW37Potencia Instalada..
3.00957.510.980.950.802429.3110mm1200Diámetro……………
4.00950.670.980.940.803207.505m3/s35.6Caudal………………
5.00960.940.980.950.803873.490m/s31.5Velocidad de Salida.
Jets(N)Dens.VelInstala.(N)(km/h)N1292Empuje (1.2 Kg/m3).
CantidadEefectivoFactorFactorCoefic.EmpujeVJZR 12-37/4Modelo………………
PENDIENTE -1.5%
AREA 81 m2
LONGITUD 1620 m.JETS SELECCIONADOS
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
Operación de Emergencia con jet fans
Cálculo NO considerando el efecto de latemperatura
2 jet fan = 2 X 929 N 2 jet fan = 2 X 929 N1 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
SISTEMA LONGITUDINAL 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 765 N2 jet fan = 2 X 705 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
2 jet fan = 2 X 929 N 2 jet fan = 2 X 739 N
SISTEMA LONGITUDINAL SISTEMA LONGITUDINAL
MUCHAS GRACIAS