UNIVERSIDAD UNIVERSIDA D NACIONA NACIONAL L MICAELA BASTIDAS BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍAS DE MINAS TUNELERIA.
Ventilación de túneles.
Presentado por:
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ALIPIO COBARRUBIAS ROQUE. . .
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Ing. ILARIO CARRASCO COLLQUE.
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Docente:
UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES.
INDICE
Introducción………………………………………………………………. …………………………..…………………….. Si!t"#$! d" %"nti&$ción……………………………….. …………………………………………………………………' V"nti&$ción n$tur$&…. ……………………………………………………………………………………………………..' V"nti&$ción $rti(ci$&. ………………………………………………………………………………………………………) E#i!ión d" *$!"! cont$#in$nt"!…………………………………………………………………………………….+ ,
To-icid$d &/#it"! $d#i!i0&"! d" &o! *$!"! cont$#in$nt"!……………………………………+, Conc&u!ion"!………………………………………………………….. …………………………………………….+ Bi0&io*r$1/$ …………………………………………………………………….. ……………………………………………..+ An"-o!………………………………….…………………………………………. ……………………………………………….+'
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INTRODUCCION. La construcción de túneles está experimentando un notable crecimiento debido en gran parte, al impulso de las infraestructuras, especialmente las destinadas a la Alta Velocidad. Los avances tecnológicos en la construcción de túneles, han permitido aumentar el número de kilómetros de túneles tanto carreteros como los destinados al tráfico ferroviario, y esto supone una oportunidad tanto para las empresas constructoras como para las ue se dedican a la explotación de los túneles. !or otro lado, y para aumentar la seguridad, el "inisterio de #omento invertirá $%& millones de euros en !lanes para me'orar la seguridad de ()& túneles a trav*s de distintos contratos de obras ue serán e'ecutadas de forma progresiva hasta (&+%. sto es debido a la siniestralidad en los tramos subterráneos de carretera, siendo los urbanos los más peligrosos. La mayor-a de estos incidentes cotidianos no tienen importancia, pero cuando se produce un accidente grave, sus consecuencias son más dramáticas dentro de un túnel. o hay v-as de escape o son reducidas, la visibilidad es menor, hay mayor concentración de humos y gases tóxicos /monóxido de carbono, 012 y, en caso de incendio /el incidente más grave ue puede producirse dentro de un túnel2, la combinación de
UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. humo, calor, pánico y reducidas v-as de escape pueden provocar decenas de muertes. !or tanto la me'ora en las medidas de seguridad, debe ser una prioridad a la hora de construir cualuier túnel. !or todo ello y para anali3ar las posibilidades de negocio ue supone el aumento en la construcción y la seguridad de los túneles.
SISTEMAS DE VENTILACIÓN EN LOS TÚNELES. l movimiento de aire en el interior de un túnel, puede ser debido al resultado de la interacción de las fuer3as naturales o puede ser debido a la acción de los mecanismos de ventilación artificial con ue est* euipado dicho túnel. s por ello, ue distinguiremos entre ventilación natural y ventilación artificial o for3ada. •
Ventilación natural.
La ventilación natural está siempre presente en todos los túneles y en ausencia de un sistema de ventilación artificial, es la ue determina el sentido de circulación del aire en el interior de estos. La ventilación natural de un túnel, se debe a la interacción de los efectos ue producen los tres factores siguientes4 a2 5iferencia de presión entre las bocas del túnel. b2 Viento dominante en el exterior del túnel. c2 !endiente del interior del túnel. !ara comprender me'or dichos efecto, vamos a anali3ar los tres factores por separado.
a) Diferencias e !resión entre las "#cas el t$nel. 0uando el aire exterior existente en las dos bocas del túnel posee una presión diferente, el aire circulará por el interior del túnel en el sentido de mayor a menor presión, es decir, de la boca cuyo aire exterior se encuentre a mayor presión hacia la boca cuyo aire exterior se encuentre a menor presión. n este caso, el movimiento natural del aire se produce por el euilibrado de presiones.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. ste comportamiento del aire, no es más ue un comportamiento meteorológico ue se presenta constantemente en la atmósfera. La locali3ación geográfica de las bocas, condiciona en gran medida la diferencia de presión a la ue se encuentran. sto es as- por lo siguiente4 durante el d-a, en los valles, debido a la mayor insolación recibida, se forman 3onas de altas presiones en contraposición con las 3onas en pendiente de las laderas de las monta6as, las cuales al ser menos calentadas poseen menor presión. 7ambi*n, las bocas ue se encuentren en solanas tendrán más presión ue las ue se encuentren en umbr-as. !or lo tanto es de esperar, ue cuando el d-a se ha caldeado, las bocas ue dan a los valles o est*n en solanas, est*n sobre presionadas respecto a las bocas ue están a media ladera o en umbr-as y ue por tanto, se estable3ca una circulación del aire de la boca del valle o en solana, hacia la boca situada a media ladera o en umbr-a. !or el contrario, durante la noche, es probable ue este sentido de circulación se invierta en las bocas situadas en los valles, debido a ue el enfriamiento de los mismos es más rápido ue en la monta6a /por efecto de la mayor contra irradiación de estos al espacio2.
") Vient# #%inante en el e&teri#r el t$nel. 0uando existe viento en el exterior del túnel, el aire llegará a alguna de las bocas del túnel con una cierta velocidad. 8i la dirección del viento es más o menos similar a la del túnel, el aire tenderá a penetrar por la boca a la ue llega. sto, producirá una circulación del aire en el interior del túnel, en el mismo sentido y dirección ue el viento del exterior. !or lo tanto, el sentido de evacuación de humos en el interior de un túnel, puede estar condicionado por el viento reinante en el exterior del mismo. n el caso de presentarse un incendio dentro de un túnel, cuando existe en el exterior un viento de cierta magnitud, este puede condicionar totalmente el movimiento del humo.
c) 'eniente el interi#r el t$nel. 8i por cualuier circunstancia, el aire existente en el interior del túnel aumenta de temperatura, entonces el movimiento del aire seguirá un comportamiento convectivo, tendiendo por lo tanto a despla3arse pendiente arriba. 0uando la temperatura exterior es ba'a, el aire existente en el interior de los túneles suele estar más caliente ue el del exterior /efecto abrigo2, por lo ue auel, tambi*n tenderá a despla3arse pendiente arriba. l calor de los motores de los veh-culos y los gases de combustión expelidos, tambi*n contribuyen a elevar la temperatura del aire en el interior del túnel. 5e lo expuesto se deduce, ue los movimientos convectivos pendiente arriba serán considerables en caso de pre9 sentarse un incendio y esto es algo ue habremos de tener muy en cuenta a la hora de nuestra intervención.
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7únel con ventilación natural y sin revestir n conclusión, debido
a ue la ventilación natural,
se debe a la combinación de los tres efectos expuestos, el resultado final no se puede prever de antemano ya ue, dependerá de las condiciones atmosf*ricas ue se den en cada momento y de si los efectos se suman o se contrarrestan. As- por e'emplo, un túnel en pendiente, en donde aparece un fuego, cabr-a esperar en principio ue el humo se despla3ara pendiente arriba, pero si la boca del túnel ue está más arriba desemboca en un valle recalentado por el sol, lo más probable será ue el humo descienda por la pendiente, para salir por la boca más ba'a. n este caso, el factor dominante habr-a sido, la diferencia de presión entre bocas. l movimiento del aire natural en el interior de los túneles es tan importante, ue a partir de una cierta longitud /más de :&& metros en general2 se les dota de un mecanismo ue calcula el sentido y la fuer3a del viento en su interior. ste mecanismo, nos permite planificar me'or los pasos a seguir en caso de tener ue intervenir en la extinción de un incendio. •
Ventilación artificial # f#r(aa.
s la ue se establece por la acción mecánica de ventiladores el*ctricos. !uesto ue el humo ue se origina a consecuencia del tránsito de veh-culos, supone un volumen de humos menor y son menos nocivos ue los ue se originan en un incendio, la ventilación for3ada, se dise6a hoy en d-a, o al menos deber-a ser dise6ada, pensando en la evacuación del humo producido por un incendio. Los sistemas artificiales ue se utili3an para ventilar un túnel mecánicamente son los siguientes4 a2 Ventilación longitudinal simple. b2 Ventilación longitudinal con toberas 8accardo.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. c2 Ventilación longitudinal con po3o central de extracción. d2 Ventilación transversal. e2 Ventilación semitransversal. f2 Ventilación semitransversal9transversal. Vamos a ver en u* consisten. a2 Ventilación longitudinal simple. 0onsiste en ventilar el túnel haciendo circular el aire en un único sentido a lo largo de todo *l, de manera, ue el aire ue se succiona por una boca se expulsa por la otra. sta ventilación, se consigue mediante la colocación de ventiladores axiales en la clave del túnel, separados a cierta distancia. Los ventiladores son reversibles, es decir ue se puede cambiar el sentido del flu'o del aire, con tan solo invertir el giro de los ventiladores. ste sistema de ventilación no es adecuado para túneles largos, ya ue el humo del incendio ue se pretende extraer, reali3a todo su recorrido por el interior del túnel antes de ser expulsado, lo cual pone en peligro a los usuarios ue han uedado detenidos en su interior. ;gualmente, los humos de escape expelidos por los veh-culos ue transitan por el túnel, se acumulan progresivamente en dirección hacia la boca de extracción.
7únel con ventilación longitudinal simple
") Ventilación l#nituinal c#n t#"eras Saccar#. ste sistema es similar al longitudinal simple, con la particularidad de ue solo posee dos ventiladores o toberas, denominadas 8accardo, ue van colocadas de forma especial. Al igual ue antes, el sistema consiste en ventilar el túnel haciendo circular el aire en un único sentido a lo largo de todo *l. !ero en este caso, el aire se succiona del exterior por una tobera, situada encima de la boca del túnel, ue está provista de un ventilador grande. ste aire succionado, se inyecta en el
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. interior del túnel por la parte superior de este, a trav*s de una rampa ue forma con el túnel un ángulo de unos +: a (& grados. 0uando llega a la otra boca, el aire es expulsado al exterior a trav*s de otra tobera exactamente igual. sta forma de inyectar el aire en el interior del túnel, origina algo de succión /por efecto venturi2 en la boca del túnel en la ue se encuentra la tobera inyectora, con lo cual, el aire ue penetra en el túnel entra en parte por la boca de este y en parte por la tobera 8accardo. Lo mismo ocurre cuando el aire sale del túnel, es decir parte sale por la tobera y parte por la boca. Los ventiladores de las toberas son reversibles, lo ue permite invertir el sentido del flu'o de aire. 0on este sistema de ventilación, la acumulación de humos a lo largo del tra3ado del túnel, se produce exactamente igual ue con el sistema de ventilación simple. l sistema de ventilación longitudinal con toberas 8accardo, se ha de'ado de considerar en los túneles de nueva construcción, pues ha resultado ser muy sensible a las resistencias debidas al movimiento natural del aire en el interior de los túneles /por diferencia de presión, viento exterior, etc.2.
7únel con ventilación longitudinal con toberas 8accardo.
c) Ventilación l#nituinal c#n !#(# central e e&tracción. ste sistema consiste, en una combinación de la ventilación longitudinal, con una extracción central a trav*s de un po3o. l aire limpio entra por las dos bocas del túnel en sentido opuesto, convergiendo en el centro, de donde es extra-do hacia arriba, a trav*s de un po3o ue existe en este punto central ue comunica con la superficie, funcionando como si fuera una chimenea. La ventilación longitudinal se consigue, con ventiladores axiales colocados en la clave del túnel y la extracción en el punto medio se consigue, con un gran ventilador9extractor colocado en el po3o central, ue impulsa el aire viciado hacia la superficie.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. ste sistema, tiene la venta'a de ue, en túneles muy largos y si la orograf-a lo permite, se pueden colocar varios po3os de extracción, sectori3ando as- el túnel en tramos de circulación longitudinal, uedando estos as- independi3a9 dos del resto del túnel a efectos de extracción de humos. 0on unos po3os bien dimensionados, si se produce un incendio, el humo y el calor sólo afectarán a un tramo o sector de túnel, uedando el resto sin problema alguno. n caso de incendio, cabe la posibilidad de aver-a en el ventilador9extractor del po3o central, puesto ue todos los gases de combustión pasan a trav*s de auel. 8in embargo, como los po3os suelen ser verticales, o muy verticales, aunue el ventilador9extractor se aver-e, el humo siempre tenderá a salir por efecto conectivo, comportándose el po3o como si fuera una chimenea. !or último, hay ue considerar, respecto de los sistemas de ventilación longitudinal expuestos, ue aunue con ellos se puede conseguir variar el sentido y la velocidad del flu'o de la ventilación natural, no siempre es posible hacerlo, pues esto depende de la intensidad con ue se haya establecido la circulación natural de aire.
7únel con ventilación longitudinal con po3o central de extracción.
) Ventilación se%itrans*ersal. 0on este sistema, se mete aire limpio en el túnel, mediante un colector separado de la cavidad del mismo, ue abastece varios ramales secundarios. stos, comunican a su ve3, con unos puntos de inyección de aire situados en el interior del túnel. Los puntos de inyección, suelen ser re'illas colocadas cada cierta distancia a lo largo de todo el túnel. l aire viciado, sale expulsa9 do al exterior a trav*s de las bocas del túnel, a causa de la sobrepresión crea9 da por la inyección del aire. ste sistema, precisa de un potente ventilador ue sea capa3 de suministrar el caudal de aire limpio necesario, a trav*s del colector ue alimenta las re'illas de inyección. 0on este sistema, el humo o aire viciado transita a lo largo de todo el túnel, al igual ue con los sistemas de ventilación longitudinales, pero tendrá una concentración menor ue en auellos, puesto ue el humo es diluido por el aire limpio ue suministran los puntos de inyección.
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7únel con ventilación semitransversal.
e) Ventilación trans*ersal. ste sistema de ventilación funciona, al igual ue el de ventilación semitransversal, metiendo aire limpio en el túnel mediante un colector, independiente de la cavidad del túnel, ue abastece varios ramales secundarios, ue a su ve3 comunican con los puntos de inyección de aire del túnel. La diferencia con el sistema de ventilación semitransversal está, en ue el humo o aire viciado, es succionado a trav*s de unos puntos o re'illas, ue comunican con un colector de recogida de humos. ste colector de humos es el encargado de sacar el aire viciado al exterior. 7anto la inyección como la succión del aire, reuieren de su correspondiente ventilador. 0omo es fácil deducir, en caso de incendio, el ventilador ue succiona será el más vulnerable, puesto ue todos los gases calientes generados por el incendio, pasarán a trav*s de *l, cabiendo por lo tanto la posibilidad de ue se aver-e. sta posible aver-a, de'ar-a al túnel en ventilación semitranversal, ya ue los humos saldr-an por las bocas.
7únel con ventilación transversal.
f) Ventilación se%itras*ersal + trans*ersal.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. A este sistema de ventilación, tambi*n se le denomina a veces
n la realidad, cuando se produce un incendio importante, los túneles euipados con un sistema de ventilación transversal, se comportan como si tuvieran un sistema semitransversal 9 transversal, debido a ue no consiguen succionar todo el humo ue se genera. Los puntos de inyección de aire limpio, de los sistemas semitransversales y transversales, suelen estar en los hast-ales del túnel a nivel de la cal3ada, mientras ue los puntos de succión del aire viciado, están en la clave del túnel. A veces, tambi*n se coloca en los colectores de ventilación, un falso tabiue, dividido en dos, ue se adosa en la clave, de manera ue tanto la inyección como la succión se reali3an por la parte superior del túnel. l me'or sistema, es el ue inyecta aire desde el nivel de la cal3ada y succiona a nivel de la clave, porue el aire resultante en el interior del túnel es más limpio.
EMISIÓN DE ,ASES CONTAMINANTES Las emisiones contaminantes de los veh-culos son principalmente 01(, 01, 1 y 1(, además de otros subproductos. Los productos tóxicos son el 01 y el 1(, por lo ue es importante medir su concentración en el interior del túnel. ormalmente la relación entre 1( y 1 es fi'a, por lo ue se suele medir este último al ser más abundante. La emisión de estos productos por los veh-culos depende de diversos factores4 a6o fabricación, tipo de combustible, tipo de motor /catali3ado o no, inyección2, veh-culo pesado o ligero, velocidad, altura, pendiente, etc.
TO-ICIDAD L/MITES ADMISI0LES DE LOS ,ASES CONTAMINANTES
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS PROCESAMIENTO DEMINERALES. l 01 es tóxico debido al bloueo ue produce sobre la hemoglobina y ue impide el transporte del ox-geno en la sangre y causa la asfixia /es el causante del =: > de las muertes por incendio2 l 1, no es directamente tóxico, pero en reacción con el o3ono y en función de la humedad y temperatura se forma 1( ue tiene efectos cancer-genos La nocividad de cualuiera de estos gases es función de su concentración y tiempo de exposición a dicha atmósfera /en cuanto al 01 se admiten (&9$& ppm para una permanencia estable de ) horas y +&&9+:& ppm para tiempos inferiores a $& min., para el 1 los l-mites se establecen en +: ppm euivalentes a +,: ppm de 1(.
C#nclusi#nes. n conclusión la ventilacion de tuneles tiene por propósito primordial la evacuación de gases contaminantes acumulados por las unidades vehiculares, asi mismo por las personas ue ah- transitan asi tambi*n de proveer de aire limpio y fresco a lugares donde el aire no puede ingresar de forma natural. !or otro lado para garanti3ar la seguridad en la construcción y?o utili3ación como via de transporte un túnel se debe de hacer cálculos con precisión para suministrar aire suficiente y las actividades se realicen con normalidad. !ara reali3ar estos cálculos se deben de tener en cuenta todo lo establecido en las normas de seguridad de la construcción de tuneles asi como los limites máximos permisibles de todos los gases, como las leyes de kirchot aplicados a la ventilacion de tuneles, del mismo modo las leyes de Atkhitson.
Referencias "i"li#r1ficas. •
"ar-a 0ristina @osales Lepe. ;ncendio y ventilación en túneles viales de l as @egiones Buinta y "etropolitanaC. "emoria para optar al t-tulo de ingeniero civil, Dniversidad de 0hile, #acultad de 0iencias #-sicas y "atemáticas. 0hile. A6o (&&&
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nriue Ale'andro 0áceres spe'o. "edidas de protección contra incendios en túneles carreterosC. "emoria para optar al t-tulo de ingeniero civil, Dniversidad de 0hile, #acultad de 0iencias #-sicas y "atemáticas. 0hile. A6o (&&)
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8ystems and euipment for fire and smoke control in road tunnels, 0$.$, (&&=, !;A@0.
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