AB

RIL

201

3

Dondequiera que estés, cualquiera que sea tu necesidad o el momento, MAXAM está ahí con las soluciones que demandas. No importa las condiciones climatológicas, el momento del año

o la localización geográfica. La red global de MAXAM colaborará contigo para que consigas los mejores resultados posibles.

Desde su fundación por Alfred Nobel, hace 140 años, MAXAM está en el origen y el bienestar del mundo que nos rodea,

colaborando con su desarrollo sostenible para conseguir el progreso y crecimiento de todos los que vivimos en él.

Shaping the world you live in

CIVIL EXPLOSIVES · OUTDOORS · DEFENCE · CHEM · ENERGYwww.maxam.net

Dondequiera que estés,cuenta con MAXAM

Especial Latinoamérica

Allgaier Mogensen

proacon

224

PORTADA MONTADA 223:PORTADA INGEOPRES 175.qxd 13/05/13 21:53 Página 1

22442

Ventilación

E n la ventilación de emergencia se utili-zan cálculos 1D. La normativa de apli-cación para estos cálculos se originó

en el dimensionamiento de la ventilación de tú-neles de carretera. La normativa se extrapolapara el dimensionamiento de la ventilación deemergencia en túneles de ferrocarril y líneas demetro. En función de una velocidad crítica, quedepende de la geometría del túnel, normal-mente entre 2 y 3 m/s determinan las necesi-dades de caudal y/o pérdidas que debe ven-cer la ventilación. La velocidad crítica es la quehace que no haya recirculación de los humos.

En la Fig. 1 se muestra la situación que sedebe mantener al principio de un incendiohasta que los usuarios evacuen la zona en ladirección de soplado. La velocidad del aire esreducida y el humo se mantiene cercano al te-cho permitiendo a los usuarios moverse poruna zona libre de humos. Con esta velocidadexiste retroceso de los humos.

Una vez esa zona queda libre, se sopla conmayor velocidad hasta alcanzar la velocidadcrítica (Fig. 2) en la que no existe retroceso yse produce la desestratificación de los humosen la dirección de soplado una vez los usuarios

han evacuado esa zona, manteniendo unatemperatura baja en la zona libre de humos.

A continuación introducimos la mecánicade fluidos computacional, las razones de sucreciente utilización en el ámbito industrial y enla ventilación de túneles, y su utilización en va-rios casos.

Mecánica de fluidos computacional.CFD (Computational Fluid Dynamics)Se trata de una rama de la Mecánica de Flui-dos que mediante métodos numéricos y algo-ritmos analiza y soluciona problemas en losque están involucrados fluidos.

La mecánica de fluidos computacional co-mo se conoce hoy en día nació en la décadade los 60, aunque sus primeros éxitos empe-zaron a publicarse en los 70. La industria deservicios asociada a esta ciencia apareció aprincipios de los 80, alcanzando su máximaexpansión en los 90 gracias al avance de la in-dustria de los ordenadores.

Los paquetes de CFD existentes en el mer-cado son lo suficientemente potentes y relati-vamente fáciles de utilizar como para que re-sulte interesante su utilización a nivel industrial.

Baltogar en una apuesta valiente por el co-nocimiento ha desarrollado su propio CFD, encolaboración con el BCAM (Basque Center forApplied Mathematics). La línea de investiga-ción conjunta BCAM-Baltogar está lideradapor el Dr. Lakhdar Remaki, que cuenta con unequipo de tres personas en BCAM y la dedi-cación parcial en Baltogar de los autores deeste artículo. La plataforma está basada ensoftware libre, SU2, desarrollado por la Univer-sidad de Stanford. Esta línea de investigacióncuenta con el soporte financiero de la Diputa-ción Foral de Vizcaya.

Baltogar utiliza este software para el diseñoy optimización de sus ventiladores y en todosaquellos circuitos de ventilación en los que lassoluciones teóricas son impredecibles, o biencuando las condiciones son difíciles de simular

experimentalmente o en situaciones peligrosas(incendios).

Con este tipo de software se puede simularel modelo o sistema de ventilación que se pre-tende estudiar y aplicando las ecuaciones de laDinámica de Fluidos a este prototipo virtual seobtiene una predicción del comportamiento delfluido y sus fenómenos físicos.

Hay tres razones de peso para el empleode este tipo de programas:

Visualización: En el caso de que se tratede un sistema de ventilación de difícil acceso,la simulación permite evaluar el comportamien-to del fluido dentro del diseño. El CFD permiteobtener una visión mas profunda de los mode-los simulados.

Previsión: El CFD es una herramienta parapredecir qué va a pasar bajo un determinadoconjunto de circunstancias. En relativamentepoco tiempo, se pueden realizar muchas varia-ciones de estas circunstancias hasta llegar aun resultado óptimo.

Eficiencia: La previsión que se gana con elCFD ayuda a diseñar mejor y más rápido, aho-rrar dinero y garantizar el cumplimiento de de-terminadas condiciones.

Hay tres etapas esenciales para cada pro-ceso de simulación por CFD: preproceso, si-mulación y postproceso o visualización de re-sultados

Preproceso: Es el primer paso de la cons-trucción y análisis de un modelo numérico, asu vez se subdivide en los siguientes pasos:diseño, mallado y condiciones de contorno

a) Diseño: Con una herramienta de diseñointegrada en el paquete del solver, se dibuja lageometría objeto de estudio. En la Fig. 3 se re-coge el detalle del entronque de dos vías queplanteaba incertidumbres en como se compor-taría el flujo en esta zona.

b). Mallado: el volumen del dominio com-putacional se divide en pequeños dominios lla-mados celdas del mallado, como se observaen la Fig. 4, donde se resolverán las ecuacio-

En la ventilación de emergencia de túneles de carretera y ferroviarios se utilizancálculos 1D que permiten dimensionar la ventilación a partir del cálculo dela velocidad crítica. Baltogar utiliza la mecánica de fluidos computacional (CFD,por sus siglas en inglés) para el diseño y optimización de sus ventiladores,y también recurre a ella cuando la geometría del túnel es compleja por elañadido de galerías y/o chimeneas y también si el cálculo lineal necesita servalidado. En este artículo se describe como se dimensiona la ventilación deemergencia para el caso de fuego en un túnel, la utilización y ventajas de lamecánica de fluidos computacional y como Baltogar recurre al CFD pararesolver problemas que se le plantean.

Validación de Cálculos 1D de la ventilación deemergencia en túneles con simulaciones CFD

Palabras clave: CFD, SEGURIDAD, TÚNEL, VENTILACIÓN.

� José Ignacio ANTOLÍN (*), Ing. Industrial

José María CRESPO (*), Ing. Industrial(*) BALTOGAR

� [Figura 1].- Situación hasta evacuación deusuarios. Velocidad reducida del aire yestratificación de los humos.

� [Figura 2] .- Situación con velocidad crítica.

VENTILAC_EMERG.Mont: Maqueta art Geocontrol 13/05/13 11:42 Página 42

22443

Ventilación

nes diferenciales. El mallado tiene que repre-sentar la forma geométrica del recinto y cons-truirse para permitir la resolución adecuada delos rasgos principales del flujo. El proceso decreación de un mallado puede exigir realizar di-versos intentos hasta llegar a crear un malladoaceptable. En dicha figura figura se muestra uncorte de la malla de un ventilador centrífugopor un plano perpendicular al eje de la máqui-na, y como los elementos se concentran en laszonas de mayor velocidad.

c). Condiciones de contorno: se imponenlos valores de ciertas variables en los límites deldominio: paredes, entradas, salidas,...etc. Deigual forma, hay que imponer condiciones paralas variables de turbulencia existentes, según elmodelo que se esté utilizando. En nuestrocaso se utiliza el modelo de turbulencia SSTque da mejores resultados cuando hay des-prendimiento del flujo y las condiciones decontorno son en general que la velocidad sea0 en contacto con la pared, de presión estáti-ca atmosférica en la salidas del dominio y velo-cidad o gasto másico a la entrada.

En turbomaquinaria hay que incluir normal-mente una condición de contorno entre partes

fijas y móviles y la velocidad de rotación, peroen túneles no es necesario

Resolución y postproceso: El solver re-suelve las ecuaciones discretizadas en loselementos de la malla y las herramientas depostproceso nos permiten comparar.los valo-res de pérdidas de presión total entre entraday salida o ir al detalle de las líneas de corrien-te o contornos de velocidad, presión o tem-peratura (Fig. 5).

Aplicación del CFD para resol-ver varios casos relacionadoscon la ventilación en túnelesSe presentan dos aplicaciones donde se hautilizado el CFD en la ventilación de túneles.

La primera, es el estudio de la entrada auna estación de ferrocarril, con un tramo cie-go de vía para aparcar los trenes. Se trata dever si este entronque plantea la necesidad deredimensionar la ventilación del túnel principaldimensionada sin tener en cuenta el entron-que. Se procede a la simulación de la geome-tría con y sin el tramo ciego de vía y se com-paran los resultados de ambas simulaciones.La comparación de los mismos permite con-

cluir que la variación en los requerimientos de laventilación debido a la variación de las pérdidasen los dos casos es despreciable. También sedetermina a partir de estas simulaciones cuales la mejor posición para situar ventiladores dechorro en la zona cerca del entronque (Fig 6).

� [Figura 4].-Cortes delmallado de unventiladorcentrífugo porun planoperpendicular aleje de lamáquina

� [Figura 5].- Líneas de corriente y campode velocidades; a) ventilador axial. b)ventilador centrífugo

� [Fig. 6].- Evolución del contorno de velocidadesen el túnel y líneas de corriente.

� [Figura 3].-Detalle del dibujodel entronque deun tramo ciegode vía con eltúnel principal.

VENTILAC_EMERG.Mont: Maqueta art Geocontrol 13/05/13 11:42 Página 43

22444

Ventilación

La segunda es el estudio de unachimenea para la entrada de aire en laque se ha incluido un venturi, estre-chamiento para medir caudal y unsombrerete o protección a la entradapara prevenir la ingestión de polvo y/oarena

La simulación de la geometría per-mite ver en detalle el campo de veloci-dad, tanto en el venturi como en la ex-pansión y en el codo que se sitúa an-tes del ventilador (Fig. 7). La simula-ción nos permite comprobar si la ven-tilación está suficientemente dimensio-nada, y optimizar las pérdidas en lachimenea, introduciendo vanos paraprevenir la excesiva separación de lacorriente tras el venturi y minimizarpérdidas en el codo aumentando lasección al máximo entre el venturi y elcodo para reducir la velocidad.

Bibliografía[1] CETU(2003). Les dossiers pilo-

tes du CETU: Ventilation.

[2] PIARC(2011). Road tunnelsoperationals strategies for emer-

gency ventilation. TechnicalCommittee 3.3. Road Tunnel Ope-ration.

[3] MINISTERIO DE FOMENTO (2006).Real Decreto 635-2006 sobre re-quisitos mínimos de seguridaden los túneles carreteros del es-tado.

[4] ANA BELÉN AMADO(2010) Valida-ción de modelos de ventilaciónen metros y túneles ferroviarios.

vv

� [Figura 7].- Velocidad y líneas de corriente en chimeneade aspiración.

Astondo Bidea, 614 -P.T. de Bizkaia48160 Derio (Vizcaya)�: +34 946 740 158Fax: +34 946 740 966

email@baltogar.comwww.batogar.com

i

Alliance SpainVeleta, 13 - 28023 Madrid.

Tel. +34 91 357 16 71. Fax. +34 91 357 47 76www.acerovitrificado.com • E-mail: alliance@acerovitrificado.com

Alliance Colombia S.A.S.CR 19 B N.º 8349, OF. 301. Bogotá D.C.

Tel. 00 34 616950878jaimeprado@acerovitrificado.com • www.acerovitrificado.com

Alliance Albors México S. de RL de CVFray García Guerra, 155. Loma de Virreyes - Miguel Hidalgo. DF 11000

Tel. 00 34 616950879vicenteprado@acerovitrificado.com • www.acerovitrificado.com

BENEFICIOSDEL ACERO VITRIFICADO

• Absoluta permanencia de color• Altamente resistente a las rayaduras• Anti-graffiti solución total• Fácil de limpiar• Totalmente ignífugo (M.O.)• No acepta moho ni bacterias• No presenta restricciones ambientales• No se desgasta ni corrosiona• Exento de porosidades

VENTILAC_EMERG.Mont: Maqueta art Geocontrol 13/05/13 11:42 Página 44

TUNNEL SYSTEMS

www.baltogar.comA company of FAN TECHNOLOGIES

FANS AND ENGINEERING FOR TUNNEL VENTILATION

VENTILAC_EMERG.Mont: Maqueta art Geocontrol 13/05/13 11:42 Página 45