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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


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


Datos geometricos del túnel

Composición del tráfico %• Ligeros gasolina• Ligeros diesel• Pesados


Datos de Tráfico

• Límite de CO• Límite de NOx

• Potencia de Incendio (Mw)

Otros párametros:

• Visibilidad en el interior del túnel


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 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


• 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)


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


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”



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.


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


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



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


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


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


JET FAN


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


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


JET FAN


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


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



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



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


MUCHAS GRACIAS

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