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) 2 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 3 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 4 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 7 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 8 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 9 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 10 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) 11 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 12 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 13