IV Seminario Andino de tneles y Obras Subterraneas Medellin Nov2009

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IV Seminario Andino de túneles y Obras
Subterraneas Medellin Nov-2009

• VENTILACIÓN DE TÚNELES

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• VENTILACIÓN DE TÚNELES
• 1ª PARTE. PROYECTO Y SISTEMAS DE
• VENTILACIÓN TÍPICOS
• 2º PARTE. SISTEMAS MODERNOS
• 3ª PARTE. DEPURACIÓN DE GASES Y HUMOS

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1ª Parte
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• INTRODUCCION
• OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN
• ESQUEMA DE ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE
  VENTILACIÓN
• EJEMPLOS MÁS USUALES DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• INTRODUCCION
• OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN
• ESQUEMA DE ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE
  VENTILACIÓN
• EJEMPLOS MÁS USUALES DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN

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INTRODUCCIÓN
La seguridad en los túneles es algo primordial en
el desarrollo de los proyectos. La adecuación de
las instalaciones de un túnel requiere de la
evaluación de numerosos factores. El principal
factor es el comportamiento humano en un espacio
cerrado y que en una situación de riesgo como un
incendio, puede convertirse en algo determinante
si no se actúa con rapidez, transmitiendo pautas
de actuación que eviten el que se desaten
comportamientos irracionales propios de personas
dominadas por el pánico.
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INTRODUCCIÓN

• Otros elementos, no menos importantes, son todos
  aquellos que pudieran modificar la evolución del
  aire que se intenta inducir con los sistemas de
  ventilación del túnel y los que modifican las
  condiciones del tráfico en el interior o en las
  proximidades de las bocas.
• Algunos de estos factores que deben tenerse en
  cuenta son
• Longitud del túnel
• Sección tipo
• Pendiente
• Composición del tráfico
• Sentidos de circulación
• Tipo de ventilación
• Localización del fuego y potencia

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• INTRODUCCION
• OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN
• ESQUEMA DE ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE
  VENTILACIÓN
• EJEMPLOS MÁS USUALES DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN

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OBJETIVOS
Los objetivos del sistema de ventilación no
corresponden únicamente al funcionamiento
habitual del túnel, es decir el estado de
Confort, manteniendo los niveles de contaminación
y visibilidad dentro de unos niveles considerados
admisibles, sino que también debe ser capaz de
permitir la evacuación de los usuarios en caso de
accidente y el control de la nube de humos en
caso de accidente con fuego.
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OBJETIVOS

• Funcionamiento Normal
• Mantener el ambiente interior del túnel dentro
  de unos niveles de calidad prefijados.
• Renovación del ambiente interior, extrayendo el
  aire viciado (monóxido de carbono, partículas,
  olores, etc.) e introduciendo aire fresco y
  limpio del exterior.

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OBJETIVOS

• Funcionamiento en Situación de emergencia
• Mantener controlada la nube de humos lo más
  lejos posible de los usuarios. Para conseguirlo
  debe mantenerse en la medida de lo posible la
  estratificación de la misma o expulsarla a gran
  velocidad si las personas situadas aguas abajo
  del incendio ya han sido evacuadas.
• Evitar la distribución de los humos a zonas
  próximas al túnel pero no implicadas en el
  incendio (locales técnicos, otro tubo en el caso
  de túneles comunicados, galerías de escape, etc.)
• Ayudar en las tareas de salvamento a los equipos
  de rescate.

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• INTRODUCCION
• OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN
• ESQUEMA DE ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE
  VENTILACIÓN
• EJEMPLOS MÁS USUALES DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN

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ELABORACIÓN DE UN PROYECTO

• Esquema de Elaboración de un proyecto de
  Ventilación
• Establecimiento de las condiciones del proyecto
• Elección del sistema de ventilación
• Dimensionamiento del sistema de ventilación
• Definición de los equipos del sistema de
  ventilación
• Procedimiento de control

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas clásicos
• Ventilación Longitudinal
• Ventilación Transversal
• Transversal pura
• Semi - Transversal

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas clásicos
• Ventilación Longitudinal
• Ventilación Transversal
• Transversal pura
• Semi - Transversal

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN LONGITUDINAL. La ventilación
longitudinal es aquella en que el aire fresco
entra por una boca y sale ya contaminado por la
otra boca.
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SISTEMA LONGITUDINAL
Operación Normal
Túneles cortos
TÚNEL VENTILADO
Efecto Pistón
Túneles largos

• Insuficiente Efecto Pistón

• Jet Fans

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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
  

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN LONGITUDINAL
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Longitudinal La limitación a este
sistema de ventilación viene dada por la
velocidad del aire en el interior del túnel.
Definida en Normas y Recomendaciones a valores
máximos entre 8,0 y 10, 0 m/s. En el caso de que
por volumen de tráfico o longitud del túnel se
alcanzasen esos valores habría que modificar el
sistema de ventilación elegido
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Longitudinal
• Algunos ejemplos
• TÚNELES UNIDIRECCIONALES
• - Túnel de El Negrón II 4.200 metros
• Túneles de Guadarrama I y III 3.000 metros
• Túneles de Nievares 2.400 metros
• Túneles de Pedredo 2.500 metros
• TÚNELES BIDIRECCIONALES
• - Túnel de Frontera 2.800 metros (lt 500
  veh./día)
• Túnel del Cadí 5.000 metros (lt 4.000 veh./día)
• Túnel de Soller 3000 metros ( lt 3.500 veh./día)

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Ventiladores de chorro 400º C 2 horas
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Instalación túnel en Ankara - Turquía
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Longitudinal A) Ventiladores de
chorro, aceleradores o jet-fans
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Longitudinal
• Equipos utilizados en ventilación longitudinal.
• Ventiladores de chorro, aceleradores o jet-fans
• Toberas Saccardo ( ventiladores axiales
  unidireccionales)

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Longitudinal A) Toberas Saccardo
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Longitudinal
• Algunos ejemplos con Toberas Saccardo
• - Túnel de Toeheed 2.000 metros
• Túneles ferroviarios de Guadarrama 28.000
  metros

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GUADARRAMA BOCA SUR Elementos de Ventilación
ESTACION TOBERAS SACCARDO

• Sección circular

Vista interior Sala Toberas

• 52 m2

• 150 m

FALSOS TUNELES
Vista desde Interior Túnel
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Longitudinal
• Ventiladores de chorro, aceleradores o jet-fans
• Tiempo de Inversión de giro.
• El tiempo de inversión del sentido de giro de un
  ventilador de chorro varía en función de dos
  variables
• Velocidad de aire en el túnel
• Accionamiento del motor. Variador o no
• En cualquier caso puede determinarse que el
  tiempo de inversión puede ser entre ½ y 1 ½
  minutos

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas clásicos
• Ventilación Longitudinal
• Ventilación Transversal
• Transversal pura
• Semi - Transversal

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN TRANSVERSAL PURA
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN TRANSVERSAL PURA
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Transversal. Damper motorizado
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN TRANSVERSAL PURA Es probablemente
uno de los sistemas de ventilación mas completos
y seguros, al tiempo que el mas costoso ya que
necesita una fuerte inversión en obra civil
(conductos) como en instalaciones (equipos y
energía). Sus limites están en los volúmenes de
aire a manejar y las dimensiones geométricas de
los conductos. Siempre es interesante mantener
unas velocidades de paso inferiores a 20 m/s para
minimizar las potencias necesarias y por tanto
los consumos energéticos.
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Transversal
• Algunos ejemplos
• - Túnel de El Negrón I 4.200 metros
• Túneles de Guadarrama II 3.000 metros
• Túneles de By-Pass M-30 2 x 4.000 metros

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Transversal
• Equipos utilizados en ventilación Transversal.
• Ventiladores axiales unidireccionales o
  reversibles
• En conductos
• Dampers motorizados de extracción
• Rejillas de aire fresco

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A-86 Paris
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By-pass calle 30
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By Pass Calle 30
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(No Transcript)
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
3.- Esquema
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SISTEMA TRANSVERSAL PURO
Operación Normal
Pozo de Inyección
Pozo de Extraction
CONDUCTO SUPERIOR
CONDUCTO AIRE FRESCO
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SISTEMA TRANSVERSAL PURO
Funcionamiento en Emergencia
Pozo de Inyección
Pozo de Extracción
CONDUCTO SUPERIOR
DAMPER CERRADO
DAMPER CERRADO
CONDUCTO AIRE FRESCO

• Los dampers situados sobre el incendio estan
  abiertos
• Los humos son extraidos por el conducto superior
  y por el pozo de extracción
• Las personas pueden abandonar el túnel por las
  salidas de emergencia o por ambas entradas de
  túnel

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Transversal. Damper motorizado
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas clásicos
• Ventilación Longitudinal
• Ventilación Transversal
• Transversal pura
• Semi - Transversal

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN SEMI-TRANSVERSAL Es un sistema muy
flexible y utilizado. Su funcionamiento habitual
es insuflar aire fresco a través de un conducto
en condiciones normales de utilización. El aire
viciado sale por las bocas debido a la
sobrepresión en el interior del túnel y por el
arrastre del trafico. Sus limites están en los
volúmenes de aire a manejar y las dimensiones
geométricas de los conductos. También por la
velocidad en el túnel, limitada como en el caso
longitudinal a 8-10 m/s
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
Sistema semitransversal
ESTACION DE VENTILACION CON 2 VENTILADORES
ZVNR 1-20-560/4
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN SEMI-TRANSVERSAL
En caso de incendio se aspiran los humos por
los damper del falso techo o conducto Se
recomienda la utilización de aceleradores para un
mejor control del tiro natural. Con esto se
mantiene el penacho de humos en el lugar del
incendio mejorándose la captación
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Semi -Transversal
• Algunos ejemplos
• - Túnel de Somport 8.700 metros
• Túnel del Vielha 5.200 metros
• Túnel de San Jerónimo 4.500 metros
• Túnel de Envalira 2.800 metros

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Semi-Transversal
• Equipos utilizados.
• Ventiladores axiales unidireccionales o
  reversibles
• Ventiladores de chorro para equilibrar el tiro
  natural
• En conductos
• Dampers motorizados de
• extracción/inyección

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN

• La ventilación Transversal o variantes
• Ventiladores axiales
• Tiempo de Inversión de giro.
• El tiempo de inversión del sentido de giro de un
  ventilador axial es variable en función de
• Tamaño del equipo
• Accionamiento del motor. Variador o no
• En cualquier caso puede determinarse que el
  tiempo de inversión puede ser entre 1 y 2,5
  minutos

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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Túnel de Somport
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Túnel de Somport
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Túnel de Vielha
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VENTILADOR ZVR 1-24-575/6 SAN JERONIMO -COLOMBIA
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La ventilación Transversal. Damper motorizado
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Túnel de Vielha. Aceleradores para control de
la corriente de aire
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2ª Parte
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas actuales
• Ventilación Longitudinal con Pozos
• Ventilación Longitudinal con Extracción por
• falso techo
• Ventilación Túneles someros

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas actuales
• Ventilación Longitudinal con Pozos
• Ventilación Longitudinal con Extracción
• Ventilación Túneles someros

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN LONGITUDINAL CON POZOS
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
La ventilación Longitudinal con Pozos En este
tipo de sistema se tiene la ventaja de que el
pozo de extracción permite aumentar la longitud
máxima del túnel y a la vez controlar la nube de
contaminantes en caso de incendio. El pozo de
extracción sirve también para la inyección de
aire fresco para el siguiente tramo a ventilar.
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
La ventilación Longitudinal con Pozos No existe
limitación a este sistema siempre que exista la
posibilidad de poder construir pozos intermedios.
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• La ventilación Longitudinal con Pozos
• EJEMPLOS
• Túneles de Rennstag 8.600 metros (2 Pozos. 3
  Tramos de 2.860 m.)
• Túneles de varios tramos de Calle-30 en Madrid
  (Pozos cada 600 m.)
• Tramo I, Tramo II, Tramo III, Tramo IV y Avda.
  de Portugal

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Túnel de Rennstag
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Estación de ventiladores 100 reversibles
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas actuales
• Ventilación Longitudinal con Pozos
• Ventilación Longitudinal con Extracción
• Ventilación Túneles someros

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN COMBINADA. LONGITUDINAL EN MODO
CONFORT Y EXTRACCIÓN EN MODO INCENDIO.
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN COMBINADA. LONGITUDINAL EN MODO
CONFORT Y EXTRACCIÓN EN MODO INCENDIO. Es un
sistema de nueva aplicación en el que la
ventilación en modo confort es realizada por un
sistema longitudinal con jets y la ventilación de
humos en caso de incendio se realiza con
ventiladores axiales a través de un falso techo
provisto de compuertas motorizadas. Es muy
adecuado para túneles bidireccionales con trafico
bajo. Combina las ventajas del sistema
longitudinal de sencillez y economía y las del
transversal en cuanto a seguridad y extracción de
humos controlada
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
La ventilación Combinada ALGUNOS EJEMPLOS -
Túnel Flimsertein 3.000 metros - Túnel de
Bracons 4.600 metros
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Túnel de Bracons
ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
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Túnel de Bracons
ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN FORZADA.
  Sistemas actuales
• Ventilación Longitudinal con Pozos
• Ventilación Longitudinal con Extracción
• Ventilación Túneles someros

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

• VENTILACIÓN TÚNELES SOMEROS
• Se denomina a sí a túneles, generalmente urbanos,
  con muy poca cobertura y que permite la
  utilización de un sistema de ventilación del
  tipo longitudinal con pozos pero que al tiempo
  permite disponer de un sistema intermedio, en el
  tiempo, para evacuación de humos.
• La disposición es la siguiente
• - Pozos de inyección y extracción cada 600
  metros con
• ventiladores axiales
• Ventiladores de chorro para garantizar el
  circuito
• Pozos intermedios cada 100 metros con
  ventiladores de
• extracción.

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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN TÚNELES SOMEROS El sistema operativo
es el siguiente En funcionamiento en modo normal
o confort el sistema funciona como un
longitudinal con pozos. Es decir inyección de
aire por un pozo, ventiladores de chorro para
impulsar el aire inyectado hacia el siguiente
pozo. Extracción de aire viciado por el pozo
siguiente.
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Túneles someros
POZOS VENTILACIÓN
TRANSPARENCIAS
VENTILACION EN MODO NORMAL
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ELECCIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
VENTILACIÓN TÚNELES SOMEROS En caso de incendio
el sistema funciona en dos fases 1ª) Al tratarse
de túneles urbanos es muy probable que haya
vehículos retenidos en ambos lados del
incendio. En tanto las personas utilizan las vías
de escape el sistema de ventilación que funciona
son los ventiladores de las transparencias,
manteniendo el humo en la parte alta del
túnel. 2ª) una vez las personas han abandonado el
túnel, se paran los ventiladores de las
transparencias y se pone a funcionar el sistema
longitudinal y los ventiladores de los pozos
hasta la total expulsión de los humos
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Túneles someros
POZOS VENTILACIÓN
TRANSPARENCIAS
VENTILACION EN CASO DE INCENDIO 1ª Etapa.
Periodo de evacuación de personas Los
ventiladores axiales grandes y los de chorro se
paran y solamente funcionan los ventiladores
axiales pequeños de las Transparencias
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Túneles someros
POZOS VENTILACIÓN
TRANSPARENCIAS
VENTILACION EN CASO DE INCENDIO 2ª Etapa. No hay
personas en el túnel Los ventiladores axiales
grandes y los de chorro se ponen operativos y se
paran los ventiladores de las Transparencias
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3ª Parte
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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Depuración de GasesEl ejemplo de
Calle-30
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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Cada día toma mas importancia la depuración de
los gases expulsados al exterior de los túneles.
Sobre todo en los entornos urbanos, donde los
habitantes sufren las consecuencias de forma
permanente.Es bastante reciente la utilización
de sistemas de depuración de los gases donde
Japón lleva la delantera al resto de países. En
Europa hasta ahora era Noruega el país que mas
había implantado estos sistemas.Ahora España y
mas concretamente Madrid con 26 plantas de
Partículas y 4 de Óxidos nitrosos está a la
cabeza de Europa y es uno de los referentes
mundiales
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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Se instalaron filtros para eliminar los
óxidos nitrosos (NO y NO2) y las partículas
provenientes de los vehículos diesel.El
Monóxido de Carbono (CO) se trato desde el lado
de la dilución ya que se dimensionó la
ventilación para que no hubiera concentraciones
de este gas superiores a 20 - 30 ppm.
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Calle - 30
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En busca de un mejor conocimiento del
mercado se instalaron sistemas de depuración de
gases de 4 fabricantes distintos en tramos objeto
de diferentes contratos. - AIGNER
- PANASONIC - FILTRONTEC
- CTA / WATMA
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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OXIDOS NITROSOSFiltro basado en el
carbón activo. Usado por su gran superficie
porosa 1 gr. gt 500 m2 de área
superficialLa eficiencia de reducción está en
el entorno de 80-90También se eliminan los
hidrocarburos orgánicos volátiles (VOC) en un 50
60 y por encima del 90 de los componentes
poliaromaticos mas pesados
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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OXIDOS NITROSOSCuando aumenta la
perdida de carga del sistema es necesario
realizar una limpieza. Esto aproximadamente cada
1 ó 11/2 años, en función de la cantidad de
emisiones, velocidad de paso a través del lecho
de filtrado, capacidad en presión del ventilador,
etc.La velocidad de paso del aire tiene que ser
del orden de 0,4 m/s lo cual requiere de una gran
superficie
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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OXIDOS NITROSOSUna instalación tipo
consta de- Panel de entrada- Lecho de carbón
activo con Vp 0,4 m/s. Aproximadamente 0,8
m3 de carbón por cada 1 m3/seg. de aire-
Unidades de filtrado de polvo tipo ECCO por vía
seca(son las mismas que para las partículas)-
Sistema de limpieza del lecho por aire
comprimidoEl incremento de perdida de carga de
la instalación es de unos 500 Pa.
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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PARTICULASLa instalación se basa en
un filtro electroestático. Se hace pasar el aire
cargado con las partículas, estas se ionizan con
carga negativa y se recogen en un filtro por vía
seca. La parte sólida se recoge en unos
contenedores y el agua utilizada en el lavado se
recicla para su posterior utilización.La
eficiencia de limpieza del aire es
gt 94 según EN 779
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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PARTICULASUna instalación tipo
consta de- Panel de entrada- Precipitador
electroestático con trafo de alta tensión -
Unidades de filtrado de polvo tipo ECCO - Unidad
de almacenamiento del polvo- Sistema de
lavado.- Sistema de Reciclado del agua- Sistema
de aire comprimidoEl incremento de perdida de
carga de la instalación es de unos 300 Pa.
SISTEMAS DE VENTILACIÓN
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
El agua separada por filtración es nuevamente
utilizada. Se realiza una extracción del 10
después de cada ciclo de limpieza con lo que
existe buna renovación constante
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SISTEMAS DE VENTILACIÓN
RELACION DE COSTESPor cada m3/s de
aireInstalación deSistema ventilación..
1.0Filtro de partículas 4.0Filtro
Óxidos nitrosos.. 5.5
111
MUCHAS GRACIAS
Medellín, Nov.-2009 Julio Arroyo