Ventilación de túnel ferroviario en modo emergencia

Publicado por S&P          agosto 26, 2021          Lectura: 6 min.

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La implementación de un sistema de ventilación forzada, hace necesario entender el origen básico de los conceptos de ventilación, por ello es interesante profundizar sobre el objetivo y la funcionalidad de un sistema de este tipo, siendo el proveer una atmósfera sustentable a usuarios y ventilar el Túnel ferroviario en modo de emergencia.

¿Cuándo y cómo se ventila un túnel ferroviario en emergencia?

A medida que avanza el tiempo y ocurren eventos desastrosos a las personas nos damos cuenta que es necesario implementar estándares de seguridad más elevados con el fin de evitar futuras situaciones similares y con ello garantizar la seguridad y mitigar los riesgos a usuarios e instalaciones. La ventilación de túneles no es la excepción, ya que a lo largo de la historia los eventos de incendio presentados en túneles traen consigo altas tasas de fatalidad que están relacionadas indirectamente con el fuego siendo la causa principal la emisión y cero dispersión de gases contaminantes al interior de los túneles.

A raíz de los eventos ocurridos se han implementado estándares de seguridad reforzando los sistemas ventilación de túneles, es por ello que la necesidad de mantener durante la operación de los túneles, una atmósfera respirable, no tóxica y, en condiciones ambientales óptimas; obliga a contar con sistemas de ventilación para impedir que los gases y humos generados por el tránsito habitual o por un incendio alcancen concentraciones límite predeterminadas que pongan en riesgo la salud de los usuarios.

La cantidad y composición de humos que pudieran presentarse en un túnel varían sensiblemente en función de diversos parámetros que a continuación se describen y que deben ser tomados en cuenta al momento de diseñar un sistema de ventilación en un túnel: 

• Pendiente (en el túnel y en los accesos). 
• Altura o nivel sobre el mar. 
• Composición del tráfico. 
• Si es unidireccional o bidireccional.
• Longitud

Las condiciones del túnel, del tráfico y su longitud serán las que determinen el sistema de ventilación artificial más adecuado para cada caso, siendo conveniente dotarlo del correspondiente sistema de control. Otros criterios para la elección del sistema son el entorno y/o afección del medio ambiente y el costo de la instalación y operación del sistema.

Hoy en día hay muchos tipos de sistemas de ventilación forzada en túneles que se clasifican de acuerdo a la distribución de los puntos de ingreso de aire o tipos de extracción de equipos de ventilación a utilizar.

Las siguientes ilustraciones representan los diferentes sistemas de ventilación forzada en túnel de uso común:

• Ventilación longitudinal
  

• Ventilación con inyección longitudinal

• Ventilación longitudinal con puntos de extracción/inyección

• Ventilación longitudinal con puntos de pozo central

• Ventilación Semi-Transversal

• Ventilación Transversal

Normativa de referencia

Para calcular la ventilación adecuada de un túnel ferroviario, nos basaremos en la normativa NFPA -130 “Sistemas ferroviarios para el transporte de vehículos y pasajeros sobre vías fijas”, específicamente en su capítulo N°7 “Sistemas de ventilación de emergencia”, que nos indica que se debe:

1. GENERAL
   1. Determinar la longitud del túnel
   2. Evaluar si deberá instalar un sistema mecánico de ventilación de emergencia
   3. Realizar análisis de ingeniería del sistema de ventilación el cual debe incluir un programa de simulación
   4. El sistema de ventilación mecánico deberá tomar dispersiones para la protección de pasajeros y personal de emergencia contra incendios
2. EL DISEÑO 
   1. Debe proporcionar un entorno sostenible a lo largo del túnel
   2. Caudal suficiente para alcanzar la velocidad crítica
   3. Velocidad en cambios de modo operativo completo, 180 segundos
   4. Debe considerar la máxima cantidad de trenes en un evento
   5. Debe considerar un flujo de aire mínimo, 1 hora
   6. Las características estructurales y arquitectónicas de obra deberán estar diseñadas para los eventos (incendio) y duración determinada.
   7. Se permitirá un sistema de ventilación de extracción por puntos sujeto a un análisis de Ingeniería.
   8. El diseño debe abarcar:
      1. Escenarios de incendio
      2. Geometrías de la estación y tren
      3. Efectos de evaluación: pendientes , temperaturas y atmosféricos
      4. Programa en caso de emergencia
      5. Análisis de fiabilidad que considere como mínimo los siguientes sistemas: Eléctrico, Mecánico y control de supervisión
   9. El análisis considerará como mínimo:
      1. Incendio en vía de tren estación
      2. Incidente local dentro de un local eléctrico que interrumpe el suministro de energía al sistema de ventilación de emergencia.
      3. Descarrilamiento
      4. La pérdida de un ventilador que resulta en el efecto más adverso en el rendimiento del sistema de ventilación.
   10. Tiempo de rentabilidad
       1. Evacuación, ruta de escape y puntos de reunión
       2. Distribución de la ventilación
3. VENTILADORES DE EMERGENCIA
   1. Los ventiladores del sistema de emergencia deberán ser capaces de satisfacer los requisitos para mover el aire del túnel.
   2. Los motores deben alcanzar su velocidad nominal en menos de 30 segundos desde la posición de parada en arranque directo y menos de 60 segundos en el caso de motores de velocidad variable.
   3. Equipos reversibles.
   4. Equipos diseñados para detenerse y cerrar damper cuando se requiera.
   5. Ventilador, motor y componentes expuestos al flujo de aire a altas temperaturas deberán estar diseñados para operar mínimo 1 hora.
   6. La temperatura de diseño no puede ser inferior a 150ºC(302ºF).
   7. La temperatura depende de la potencia de incendio de diseño, y la tasa de flujo de aire se basará en los requisitos de velocidad crítica.
   8. Los ventiladores deberán estar clasificados de acuerdo con ANSI/AMCA210, AMCA300, AMCA250, ASHRAE Handbook Fundamentals, y ASHRAE 149.
   9. Los dispositivos de arranque de motor y control estarán situados fuera de la dirección de la corriente de aire.
   10. No se permitirán los dispositivos de protección de sobrecarga térmica en motores de ventiladores, damper y controles de motor.
   11. Únicamente se operaran equipos que no alteren flujos de aire de la ventilación en emergencia según sea el análisis de ingeniería
   12. Los ventiladores críticos en cuartos de baterías o espacios similares deberán estar diseñados de acuerdo a los requisitos de la NFPA91
   13. Los ventiladores críticos instalados en salas de control automático de trenes, sala de comunicaciones, etc., deberán permanecer en funcionamiento durante la emergencia.
4. EQUIPOS DE CONTROL DE AIRE
   1. Los equipos de ventilación de emergencia y de apoyo deberán ser estructuralmente capaces de resistir la presión de empuje de trenes en movimiento y velocidades de aire de emergencia.
   2. Los dispositivos en el sistema de ventilación de emergencia que están expuestos al flujo de aire de escape son críticos para el funcionamiento efectivo del sistema en caso de una emergencia, y deben estar construidos con materiales adecuados.
5. PRUEBAS
   1. Los flujos de aire sin evento de emergencia se medirán durante la puesta en marcha.
6. POZOS DE VENTILACIÓN
   1. Los pozos de ventilación deberán estar protegidos para evitar recirculación del humo dentro del sistema. Si el punto anterior no es posible, los huecos deberán estar protegidos por otros medios para evitar que el humo retorne al sistema. Las estructuras y otros usos de la propiedad también deberán tenerse en cuenta.

Conclusiones

Con base en lo anterior y en la experiencia propia de S&P, podemos destacar y concluir que:

• Para el diseño de un túnel,  se hace necesario considerar, diseñar e implementar un sistema de ventilación forzada.
• El sistema de ventilación forzada debe plantearse como un sistema de seguridad.
• El objetivo principal de un sistema de ventilación forzada debe prevenir la pérdida de vidas humanas y limitar los daños a la estructura y equipamiento del túnel producto de un accidente.

Dicho lo anterior, la implementación y el diseño de la ventilación forzada es un punto esencial el cual debe de considerarse en los túneles ferroviarios y deberá de ser analizado y calculado conforme a los estándares y normativas vigentes que se apliquen respecto al país o región donde se realice el proyecto o en su defecto tomar las normativas internacionales.