Comportamiento del humo. Incendios experimentales

Jornada Técnica “Fuegos en Túneles”
Barcelona, 5 de mayo de 2011
Comportamiento del humo.
Incendios experimentales
José Luis Fuentes-Cantillana Isusi
Director de AITEMIN
Consejero Delegado de TST
Particularidades de los incendios en túneles
 Mala disipación del calor generado
- Se alcanzan elevadas temperaturas
- Daños a la infraestructura
 Difícil evacuación de los humos
- Toxicidad elevada
- Mala visibilidad
- Tiempo límite para autoevacuación
1
Efectos del incendio sobre las personas
Calor
•
Temperatura
- Límite 80 ºC : 15 minutos
•
Irradiación (capa de humos calientes)
- 11 kW /m2 : 50 % mortandad en 100 s
- PIARC: max. 2-2,5 kW/m2 (capa a 200 °C y 3 m)
Humo
•
Reducción de visibilidad (hollín)
- Desorientación
- Atmósfera irritante dificulta la visión
- Visibilidad mínima para evacuación (PIARC):
 6 m general
 15 m para señalización
•
Toxicidad
- CO (combustión incompleta)
- HCN (tejidos sintéticos, plásticos)
- HF (plásticos fluorados)
- HCL (PVC)
Cargas de fuego en los túneles
Potencia
térmica
MW
Tipo de vehículo
Turismo
2-3 turismos
Max. temp. en Producción de
paredes del
humo (m3/s)
túnel (ºC)
25-5
2,5
400
20
8
-
30
Furgoneta
15
-
50
Autobús
20
800
60-90
20-30
1000
60-90
Camión de mercancías
Vagón de metro
35
-
-
Camión cisterna
100-300
1200-1400
> 100
Fuente: Ingason (2001) y Shipp (2002)
 R.D. 635/2006: Diseño para 30 MW, 120 m3/s
 La potencia máxima posible está limitada por la ventilación
Wmax (MW) ≈ 2,73 Qaire (m3/s)
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Movimiento de los humos (sin ventilación)
Zona estratificada (humo caliente)
Consumo de oxígeno
Zona desestratificada
(humos fríos)
Gases tóxicos
Estratificación de los humos
•
•
•
Longitud de la zona desestratificada: algunos cientos de metros
Tiempo medio hasta la desestratificación total: 6-10 minutos
Los sistemas de extinción y las turbulencias destruyen la estratificación
 La evacuación debe realizarse antes de la desestratificación y antes
de activar los sistemas de extinción
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Tiempos críticos para la evacuación
t=0
ignición
invasión total
de la sección
llegada del
ffrente
t d
de humos
h
flash-over
daños
estructurales
tiempo
FUEGO
TDE
TNE
td
tr
te
tiempo
EVACUACIÓN
detección/
reconocimiento
inicio de
respuesta
llegada a
zona segura
TDE: Tiempo disponible para la evacuación
TNE: Tiempo necesario para la evacuación
Factores humanos en la evacuación
 No reconocimiento inicial de la situación de peligro
 Reacciones




37 % intentan extinguir el fuego
24 % avisan a otras personas
16 % decide evacuar
Resto: no hacen nada
 Tiempo para decisión sin aviso externo: 5-15 min
 Importancia de la figura de un líder
 Velocidades de marcha en evacuación de un túnel
 0,5 – 1,5 m/s según condiciones de visibilidad e
iluminación
 0,3 m/s con visibilidad nula
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Objetivos y medios para garantizar la autoevacuación
Detectar el incendio lo antes posible
(ubicación y magnitud)
Evitar la entrada de más tráfico al túnel
Iniciar la evacuación cuando antes
Facilitar la evacuación
Mantener la estratificación de los humos
durante la evacuación
SISTEMAS DE DETECCIÓN
CONTROL DE ACCESO
MEGAFONÍA, RADIO
SEÑALIZACIÓN, ILUMINACIÓN
CONTROL DE LA VENTILACIÓN
Movimiento de humos con ventilación
longitudinal
Capa caliente
retroceso (“backlayer”)
Capa fría
VENTILACIÓN
• “Velocidad Crítica”: La necesaria para evitar el retroceso de humo
• La ventilación aumenta la potencia del incendio y favorece su extensión
5
Retroceso de humos (backlayer
(backlayer))
Velocidad crítica
Depende de:
 Altura y sección del túnel
 Pendiente
 Potencia del fuego




gHQ


Vc  K1 K 2 


Q
  C A
T 
p
C AV


p
c



1/ 3
(Kennedy
1996)
Kennedy et
al. (1996)
LÍMITES REGLAMENTARIOS EN ALGUNOS PAÍSES EUROPEOS
Tipo de tráfico
Potencia del incendio
(MW)
Velocidad longitudinal mínima (m/s)
Francia
Holanda
Turismos
2,5 - 8
2
-
Camiones y autobuses
< 100
3
3
Camión cisterna
> 100
4
5
Hwang y Edwards (2005)
6
Ventilación longitudinal
V > Vc
Los vehículos aguas abajo del incendio
abandonan el túnel sin problemas
Los vehículos aguas arriba quedan en la
corriente de aire fresco
Límites de aplicación
•
•
•
Francia: bidir: 800 m no urbano (1000 m si < 2000 v/cd) unidir: 800 m urb, 4 km no urb
Al
Alemania:
i
2 kkm bidi
bidireccional,
i
l 4 kkm unidireccional
idi
i
l
España (MFOM): sólo tráfico unidireccional no congestionado, salvo que …
 La velocidad longitudinal debe ser la mínima posible (pero > Vc)
 Se deben parar los jet-fans en la zona de fuego
 No inversión durante la evacuación
Túneles con dos tubos unidireccionales
 Las esclusas pueden no ser estancas
 Poner en sobrepresión el tubo no afectado
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Extracción de humos
(transversal/semitransversal))
(transversal/semitransversal
Transversal
Semitransversal
AV
AV
• Se interrumpe inyección
• Extracción al máximo
• Extracción al máximo
 Debe controlarse el flujo longitudinal (rotura de estratificación)
Ventilación semitransversal por cantones
Situación normal
En caso de incendio
 Tiempo inversión : Hasta 10 min !!
 Importancia de la estanqueidad de los conductos
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Control del flujo longitudinal en sistemas
semitransversales
 El humo puede desplazarse por la existencia de corrientes longitudinales
de aire (viento, efectos termodinámicos, …)
 Alemania y Suiza: Exigencia de mantener un flujo de entrada por las
bocas de al menos 1,5 m/s, en cualquier situación (pero < 2 m/s)
 Requiere ventiladores de chorro en las bocas
 Objetivo: velocidad longitudinal nula en la zona de incendio
 Requiere un sistema de control dinámico y preciso
Herramientas de diseño y validación de
sistemas de extracción de humos
Los ensayos “in situ” a escala real normalmente no son posibles
 Modelización 3D con herramientas CFD
 Ensayos “in situ” con humos inocuos
 Ensayos a escala real en instalaciones experimentales
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Modelación 3D
 Predicen la evolución de las
temperaturas y el movimiento de
humos
 Permiten comparar entre distintas
soluciones e hipótesis de incendio
 La fiabilidad del resultado depende
de la validación del modelo frente a
incendios reales
Ensayos con humos inocuos
 No afectan a las personas ni al equipamiento
 Los humos deben ser calientes para que su comportamiento sea
representativo
 La reducción de visibilidad es menor que la real
 Sólo disponibles para simular incendios del orden de 3 – 5 MW
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Túnel de ensayos de San Pedro de Anes
Propiedad:
Operador:
Características del túnel experimental





Longitud 600 m
Sección 67 m2
Falso techo removible
Galería de emergencia inferior
4 Salidas de emergencia (cada 150 m)
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Sistemas de ventilación
Semi-transversal
Longitudinal
Saccardo
Actividades
Ensayos y demostración de materiales y equipamiento para
túneles en condiciones reales de incendio
•
•
•
•
•
Materiales constructivos
Protecciones pasivas
Sistemas de agua nebulizada
Validación y contraste de modelos CFD
Instrumentación y señalización
Entrenamiento de bomberos
Adiestramiento frente a los incendios
•
•
•
•
Protección civil
Conductores de autobuses
Operadores de túneles
Ingenierías de diseño
Ensayos de ventiladores a alta temperatura según
norma UNE EN 12.101:3
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Experiencias 20052005-2010
 Más de 300 ensayos de incendio realizados
 Potencias alcanzadas de hasta 200 MW
 > 400 bomberos entrenados
 > 500 personas formadas
 > 100 ventiladores ensayados
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