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02-Blog 26

Los túneles juegan un papel importante en el desarrollo de la economía. En general, son obras claves de infraestructura que permiten mejorar la comunicación entre ciudades, entre urbanizaciones etc. Al hablar de ventilación en túneles se hace no solo referencia a las carreteras, también a los metros, y ferrocarriles. Inherentemente se hace una instalación de ventiladores dentro de los túneles para hacer control de la calidad del aire, mediante el desplazamiento de las emisiones de gases de combustión proveniente de los carros. Por otro lado, en términos de seguridad se puede hacer uso del mismo principio para reducir la cantidad de humo presente dentro del túnel, esto a su vez reduce el calor emitido por un incendio, reduciendo las consecuencias del mismo.

La dinámica de un incendio dentro de un túnel es singular por el área de sección transversal relativamente pequeña. Inicialmente, es posible una alta tasa de retroalimentación de calor. Debido a la alta carga de combustible proveniente de los carros, en combinación con una baja altura, se genera una transferencia de calor muy alta a la estructura, la cual no puede disiparse. Adicionalmente, es posible que se genere un incendio poco ventilado, es decir que el aire disponible no sea suficiente para mantener la llama, en cuyo caso, la inyección de aire puro podría avivar el fuego en lugar de controlarlo. Es otras palabras, un sistema de ventilación podría ser peor que no hacer nada. Al momento de dimensionar el sistema de ventilación, se debe considerar de manera rigurosa la carga de combustible para no sub-dimensionar el sistema y llegar a este punto. Existen diferentes estrategias de mitigación, como el uso de rociadores o agua nebulizada, también la instalación de cortinas de humo, o el uso de compartimientos para ser usados como rutas de evacuación. En esta ocasión el blog se centrará en el uso de sistemas de extracción de humo y ventilación como medios de protección contra incendios en túneles.

La primera estrategia es usar ventilación longitudinal. En ese sistema de ventilación el flujo de aire va en el mismo eje del túnel. El aire entra por uno de los extremos y sale por el extremo opuesto. Suele usarse en túneles que no son muy extensos, entre dos a cinco kilómetros. Si el túnel es más largo, se puede hacer una instalación por secciones. Usualmente se hace uso de ventiladores reversibles para adaptarse a la circulación del aire. El momentum que debe tener el aire entrante debe ser suficiente para contrarrestar el humo en esa dirección, lo cual se conoce como el fenómeno de ‘backlayering’ en inglés.  En general es un sistema muy usado por sus relativos bajos costos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que una parte del túnel sufrirá un daño estructural importante.

La segunda estrategia es realizar una ventilación transversal. En este caso el flujo de aire se genera transversal al eje del túnel. Aire limpio es inyectado en la parte baja del túnel y se extrae el humo desde la parte superior. Suelen generarse secciones de aproximadamente un kilómetro. Se considera uno de los sistemas más seguros, puesto que es independiente del clima y la velocidad del viento a la entrada y salida del túnel. Sin embargo, la inversión y los costos de operación son más altos.

Finalmente, la tercera estrategia es un sistema híbrido. Funciona igual que el sistema longitudinal, pero se añade un punto de extracción corriente abajo. Esto permite que no toda la parte baja del túnel sea expuesta a altas temperaturas, y por ende reduce el daño estructural en el túnel. No es una estrategia muy usada.

Los sistemas de ventilación pueden ser mecánicos o naturales. Por las dimensiones de los túneles, el sistema de ventilación natural suele usarse únicamente en túneles urbanos. El sistema natural no es viable para túneles entre montañas o bajo el agua. De igual manera, como se mencionó antes los túneles inherentemente cuentan con un sistema de ventilación para controlar la polución. Estos sistemas se pueden usar para la estrategia contra incendios, siempre y cuando este correctamente clasificados y dimensionados. También pueden usarse como un soporte extra del sistema contra incendio.

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Referencias:

  1. Sodeca. Fans for the smoke extraction. 2016.
  2. Tanaka, F.; Majima, S.; Kato, M.; Kawabata, N. Performance validation of a hybrid ventilation strategy comprising longitudinal and point ventilation by a fire experiment using a model-scale tunnel. Fire Safety Journal. Volume 71. 2015. Pg 287-298.
Blog
5/5
Autor

Lorena Cifuentes.
Ingeniera Química
Departamento de Diseño
EHR S.A.

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