La ventilación en túneles tiene dos funciones:
Históricamente, la razón primera para instalar sistemas de ventilación de túneles fue la reducción de los niveles de polución. Aunque la emisión de contaminantes de los vehículos se ha reducido drásticamente durante las últimas décadas, esta función sigue siendo importante y se le debe prestar la debida atención en las etapas de proyecto. En algunas ocasiones, la ventilación natural, debida al efecto pistón generado por los vehículos puede ser suficiente para lograr la calidad del aire necesaria durante la explotación normal. La necesidad de disponer un sistema de ventilación mecánica se establece teniendo en cuenta, entre otros, la longitud del túnel y el tipo de tráfico (unidireccional o bidireccional) y sus condiciones (posibilidad de congestión) y el tipo de vehículos.
Estos mismos factores determinan las necesidades de ventilación en situaciones de emergencia, especialmente de incendio. La presencia de otros elementos o equipos, como por ejemplo las salidas de emergencia, también debe tenerse en cuenta. La ventilación natural podría ser suficiente en algunos casos, pero para túneles de unos pocos cientos de metros de longitud a menudo se precisa ventilación mecánica.
Junto a estos aspectos, también deben considerarse los aspectos medioambientales ligados a la ventilación, así como los relativos al consumo energético y la huella de carbono. Éstos están ligados a la descarga localizada y concentrada de aire viciado a través de las bocas y las chimeneas de ventilación. La reducción del impacto ambiental en el entorno del túnel es una de las partes de un buen diseño medioambiental.
Los siguientes capítulos describen los aspectos clave a considerar para llevar a cabo un buen proyecto y correcta explotación de los sistemas de ventilación de un túnel.
La página Fundamentos de ventilación presenta los aspectos estratégicos que deben tenerse en cuenta antes de tomar una decisión en cuanto a la elección o diseño de un sistema de ventilación.
La página Proyecto y dimensionamiento describe los principales criterios a incorporar para el diseño y dimensionamiento de sistemas de ventilación, tanto en situación normal como de emergencia, en túneles de carretera.
La página Control y monitorización examina algunos aspectos específicos tanto de la ventilación como su control y los sistemas SCADA.
Los aspectos relacionados con el equipamiento de ventilación se pueden encontrar en la página Equipamiento y Sistemas de las páginas Ventilación y Sistemas de ventilación de túneles.
Por último, en la página Estrategias de ventilación se abordan consideraciones adicionales relacionadas con la explotación del túnel, las cuales son imprescindibles para asegurar que todas las actuaciones necesarias se desarrollan de forma coherente y segura, estando presente que el nivel de seguridad que se brinda a los usuarios depende en gran medida de las características concretas del túnel pero aún más si cabe de los procedimientos de actuación que se deben aplicar específicamente para cada túnel.
El proyecto de sistemas de ventilación de túneles tiene como objeto la selección de la mejor opción para cumplir los siguientes objetivos:
Para llevar a cabo una evaluación de las necesidades concretas de un túnel que lleven a la selección de un sistema de ventilación adecuado, se deben tener en cuenta tanto el caudal de aire necesario para diluir los contaminantes como otros factores diversos, tales como la longitud del túnel, su ubicación, el tipo de tráfico, las leyes medioambientales; sin olvidar los aspectos relacionados con la protección frente a incendio.
En los túneles de carretera se pueden encontrar muy diversos tipos de sistemas de ventilación incluyendo, entre otros, los siguientes:
(las combinaciones de varios de estos sistemas pueden darse, a veces de forma inevitable)
Se puede encontrar una descripción de las características de cada uno de estos sistemas en el capítulo V “Ventilación para el control del humo e incendios” (Inglés/Francés) en el informe AIPCR 1999 05.05.B, en el capítulo 4 “Ventilación” del informe AIPCR 2007 05.16B "Sistemas y equipamiento para el control de humos e incendios" (Inglés/Francés) y en el capítulo “Clasificación de los sistemas de ventilación” del informe AIPCR 2011R02ES “Túneles de Carretera: Estrategias de control de la ventilacíon en situación de emergencia”.
En la página Proyecto y dimensionamiento se describen tanto los criterios como la metodología para el diseño y dimensionamiento de la ventilación, los cuales se basan en los principios básicos de ventilación, aplicables tanto a situaciones de explotación normal como incendio,
Las emisiones de CO, partículas y NOx (como mezcla de NO y NO2) son considerados los contaminantes de referencia originados por los vehículos de combustión interna en los túneles de carretera.
La cantidad de aire fresco necesaria ante unas determinadas condiciones de tráfico, depende del número de vehículos presentes en el túnel, las emisiones promedio por vehículo y las concentraciones admisibles para cada contaminante (ver el informe AIPCR 2019R02 “Túneles de carretera: emisiones de vehículos y demanda de aire de ventilación” )
La legislación suele establecer los niveles máximos permitidos para aquellos contaminantes que pueden afectar a la salud de las personas. La dosis de contaminante depende del tiempo de viaje necesario para atravesar el túnel. En caso de no disponerse de normativa de referencia, el capítulo 4 “Valores de contaminantes admisibles de proyecto y durante la explotación” del informe AIPCR 2019R02 “Túneles de carretera: emisiones de vehículos y demanda de aire de ventilación” recomienda umbrales admisibles y aplicables durante la explotación normal o en actividades de mantenimiento.
Se puede encontrar información adicional sobre las emisiones de NOx, y de las consiguientes recomendaciones para la ventilación de túneles de carretera, en el informe AIPCR 2000 05.09.B. “Contaminación por dióxido de nitrógeno en túneles de carretera” (Inglés).
Además, debido a criterios medioambientales, a menudo se exige que la calidad del aire expulsado por las bocas del túnel respete unos determinados umbrales de contaminantes, especialmente NO2. Esto puede conseguirse mediante la gestión de emisiones por las bocas. En algunos casos, los requisitos de calidad del aire en el interior o a través de las bocas puede condicionar la capacidad del sistema de ventilación.
La página Proyecto y dimensionamiento describe los criterios principales a considerar en el diseño y dimensionamiento de sistemas de ventilación en túneles de carretera durante explotación normal.
Además, durante la explotación del túnel, el control del sistema de ventilación se realiza mediante el establecimiento de ciertas consignas, generalmente fijadas por debajo de los niveles admisibles, de tal forma que la ventilación se activa antes de que las concentraciones de contaminante los excedan. Para cubrir situaciones excepcionales, se fijan umbrales de cierre de túnel, definidos para garantizar la seguridad de los usuarios, que no deben superarse bajo ninguna circunstancia. Se puede encontrar más información sobre el diseño del sistema de control de la ventilación en la página Control y monitorización.
La comprensión de los fenómenos que influyen en el comportamiento del humo durante un incendio es crucial para llevar a cabo el proyecto y la explotación de un túnel y condicionará el tipo y capacidad del sistema de ventilación a instalar, las actuaciones que se lleven a cabo sobre él durante una emergencia y los procedimientos de intervención que se desarrollarán para la gestión segura por los operadores y servicios de emergencia durante el incidente.
El capítulo 1 del informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control del humo e incendios" (Inglés/Francés) describe el comportamiento global del humo y los factores principals que influyen en su propagación por el túnel, mientras que el capítulo 3 describe, para distintos casos reales, las consecuencias que las actuaciones sobre la ventilación del túnel pueden tener en el control de los humos en caso de incendio.
Los diferentes tipos de vehículos que pueden atravesar un túnel (coches, autobuses, camiones, vehículos especiales, etc.) así como las distintas cargas de fuego que portan (personas, materiales combustibles o no combustibles, sustancias explosivas, productos tóxicos, etc.) pueden originar incendios con gran variabilidad en cuanto a su magnitud y características. En la mayoría de los casos los incendios son pequeños con escasa producción de humos y energía por lo que sus efectos son relativamente poco dañinos, pero también pueden ocurrir incendios de vehículos cisterna, muy peligrosos, con una norme producción de humo, altas temperaturas y riesgo de explosión. Como resultado, no es posible definir las condiciones de producción de humo y temperatura que pueden darse en cualquier tipo de incendio.
El desarrollo y dispersión a lo largo del túnel por el humo generado por el incendio depende principalmente de los siguientes factores:
En general puede decirse que, como resultado de la energía liberada en las proximidades del foco, el humo se eleva hasta incidir en la clave y continuará avanzando, bien en un único sentido si la velocidad es elevada aunque podría darse cierto retroceso de la capa de humos, en inglés backlayering (ver página Proyecto y dimensionamiento), o en los dos sentidos cuando la velocidad longitudinal del aire es baja. De esta forma, debería crearse una zona libre de humos en la zona de la calzada en las proximidades del foco, al menos, durante los periodos iniciales del incendio.
Se puede encontrar información detallada sobre la producción de contaminantes y humo durante incendios reales y ensayos de incendio a gran escala en la sección II.4 “elección del incendio de diseño” y en la III.4 “propagación y dispersión de los humos en los ensayos de incendio” del informe AIPCR 05.05 B, "Incendios y control de humos en túneles de carretera" (Inglés/Francés) y en el apéndice 2 “Ensayos de incendio” del informe AIPCR 2017R01 “Características del incendio de proyecto en túneles de carretera” (Apéndices en inglés).
La ventilación del túnel es un elemento clave para mitigar las consecuencias de un incendio en un túnel. La página Proyecto y dimensionamiento describe los criterios principales a considerar para el diseño y dimensionamiento de sistemas de ventilación en túneles de carretera en caso de incendio.
Además, la página Estrategias de ventilación, aporta información adicional acerca de las estrategias óptimas de actuación en caso de incendio.
Otro factor de riesgo importante cuando se aborda la seguridad frente a incendio en un túnel se puede producir dependiendo de si está permitido o no el tránsito de vehículos de transporte de mercancías peligrosas. El criterio para decidir cuándo estos transportes se deben permitir no está incluido en los aspectos asociados a la ventilación de túnel. Se puede encontrar más información sobre la evaluación y mitigación de los riesgos asociados al transporte de mercancías peligrosas en túneles de carretera en la página Peligros asociados al transporte de Mercancías Peligrosas.
Proyectar un sistema de ventilación consiste básicamente en la elección del tipo de ventilación, el cálculo de la capacidad mínima adecuada del sistema en cuanto a caudales y empujes, el diseño de la red de ventilación y la selección del equipamiento de ventilación adecuado, que cumpla un conjunto determinado de especificaciones incluyendo resistencia al fuego y prestaciones acústicas.
La elección y diseño del sistema de ventilación depende de estos factores principales:
La página Fundamentos de ventilación aporta información general sobre los distintos tipos de sistema de ventilación que se suelen encontrar en los túneles de carretera.
La ventilación natural puede ser muy eficaz para la dilución de contaminantes (especialmente en túneles unidireccionales), pero no es posible emplearla, si se tienen en cuenta criterios de seguridad frente a incendios, para túneles con longitudes por encima de unos pocos centenares de metros. No obstante, debido a la gran cantidad de parámetros de diseño involucrados, no es posible fijar recomendaciones universales en cuanto a los límites de la ventilación natural.
En la mayoría de los países, la evaluación de la necesidad de un sistema de ventilación mecánica para la explotación normal del túnel tiene en cuenta su longitud así como el tipo de tráfico (bidireccional o unidireccional) y su estado (frecuencia de atascos). Estos mismos aspectos determinan los requisitos para la ventilación en caso de emergencia, principalmente de incendio. También debe tenerse en cuenta la presencia de otros equipamientos o elementos, como por ejemplo las salidas de emergencia.
En general, se pueden encontrar dos tipos de estrategias de ventilación:
Los argumentos para decidir, en cada caso concreto, entre ventilación longitudinal (VL) y transversal (VST/VT) son los siguientes:
Hoy en día, la elección entre distintas alternativas de sistemas de ventilación está principalmente marcada por las consideraciones de seguridad frente a incendio, aunque los aspectos medioambientales están cobrando especial relevancia durante el proceso de toma de decisiones. En las secciones V.7 “recomendaciones sobre la ventilación longitudinal” y V.8 “recomendaciones sobre la ventilación semitransversal y transversal” del informe AIPCR 1999 R05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés) se aportan aspectos de diseño relevantes y algunas descripciones de las principales limitaciones de cada uno.
En informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de humos e incendio en túneles de carretera" (Inglés/Francés) analiza aspectos adicionales a este tipo de sistemas. Así, la sección 4.4 “ventilación longitudinal” incluye criterios e indicaciones para el proyecto y ensayo de este tipo de sistemas, incluyendo distintas consideraciones en relación con los niveles sonoros que no deben sobrepasarse en el interior del túnel (ver sección 4.4.2 Impacto acústico de los aceleradores en un túnel).
Además, el proyecto de sistemas de ventilación tiene que cubrir otros aspectos transversales que incluyen la disponibilidad, durabilidad, mantenibilidad o fiabilidad. Se pueden encontrar numerosas consideraciones y criterios sobre el ciclo de vida de los sistemas de ventilación en el informe AIPCR 2012R14ES "Consideraciones sobre el ciclo de vida de los equipamientos eléctricos de túneles de carretera".
La sección Ventilación durante explotación normal de la página Fundamentos de ventilación presenta información general de interés en cuanto a la explotación normal en túneles de carretera.
El Proyecto de un sistema de ventilación de túneles de Carretera debe considerar la demanda de aire fresco para mantener la calidad del aire en el interior del túnel durante las situaciones de explotación normal y de congestión de tráfico y el control de los humos y gases calientes en caso de incendio. La mayor parte de las veces, la necesidad de ventilación para gestionar un incidente de incendio establece la capacidad de la ventilación en túneles de autopista y túneles no urbanos. Sin embargo, los requisitos de aire fresco para la dilución durante explotación normal y en casos de congestión, o cuando existen condicionales especiales de tipo medioambiental, pueden ser dimensionantes en túneles con altos niveles de tráfico y situaciones frecuentes de congestión.
La capacidad de ventilación durante explotación normal viene definida por las necesidades de aire requerido para diluir las emisiones de los vehículos manteniendo los niveles de calidad del aire en el interior del túnel en valores admisibles.
La demanda de aire fresco (caudal de aire) se determina en función del incremento admisible de las concentraciones emitidas en el flujo de aire. El aire ya entra en el ambiente del túnel con una cierta concentración de contaminante y durante su circulación a lo largo del mismo va aumentando su concentración debido a las emisiones de los tubos de escape. El aire contaminado debe por tanto diluirse en el interior del túnel antes de que se alcancen los límites admisibles de contaminantes. Las concentraciones en el túnel son resultado del producto de las tasas de emisión por el inverso del caudal.
La cantidad de aire fresco necesario para una determinada situación de tráfico depende del número y tipo de vehículos en el túnel, la emisión media por coche y las concentraciones admisibles para esa situación concreta.
A lo largo de las últimas décadas, distintos informes de la AIPCR han tratado el tema del diseño y dimensionamiento de la ventilación del túnel durante la explotación normal. El informe AIPCR 1996 05.02.B “Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación” (Inglés/Francés) definía un método para el cálculo de las necesidades de aire fresco y aportaba las tasas de emisión para el proyecto de ventilación del túnel, y además incluía información general y específica que puede resultar útil a la hora de proyectar un sistema de ventilación longitudinal o semitransversal.
Sin embargo, la continuación renovación de la flota de vehículos, el endurecimiento continuo de las leyes de emisión y la incorporación de sistemas de propulsión alternativos (vehículos híbridos, coches eléctricos, etc.) hacen que los datos de emisiones para el proyecto deban mantenerse actualizados. Como resultado, en los años 2004, 2012 y por último en 2019 (ver informe AIPCR 2019R02 “Emisiones de vehículos y caudal de aire de ventilación”) (Inglés/Francés) se han publicado versiones actualizadas del informe de 1996, que aportan nuevos métodos para el cálculo de las necesidades de aire fresco y las tasas de emisión con un enfoque internacional.
La tasa de emisión es función de numeros factores incluyendo:
En el informe del año 2019 se incluye una descripción detallada del método de cálculo de las tasas de generación de emisiones (sección 5) y las últimas versiones de la base de datos. Por razones prácticas es posible descargar un fichero en formato de hoja de cálculo que contiene los datos de emisiones desde la biblioteca virtual de la AIPCR.
La sección Escenarios de incendio de la página Fundamentos de ventilación presenta información interesante relativa a los escenarios de emergencia en túneles de carretera.
La capacidad de ventilación necesaria en explotación normal puede no ser suficiente para cumplir los requisitos de control de humos. Además, el caudal necesario para conseguirlo depende del tamaño del incendio.
Con el objetivo de definir la capacidad de ventilación, el incendio de proyecto (definido como una tasa de liberación de calor, o HRR del inglés Heat Release Rate, en función del tiempo) aporta las características de incendio que se emplean para establecer el dimensionamiento del equipamiento en túneles y los escenarios a considerar cuando se desarrollan los Planes de actuación ante emergencia.
Figura 1: Curva de referencia de la potencia de un incendio
La elección de un incendio de proyecto depende del tipo de tráfico permitido en el túnel. Con posterioridad al valor pico del incendio de proyecto de 30 MW recomendado en el informe AIPCR 1999 05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés), el informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control del humo y el fuego" (Inglés/Francés) formuló los valores pico para las tasas de liberación de calor de distintos tipos de vehículos y discutió también las tasas de crecimiento de incendio y su relación con las salidas de emergencia.
Posteriormente, el informe AIPCR 2017R01ES "Características del incendio de Proyecto en túneles de carretera" aportó indicaciones para la elección del incendio de proyecto, desde el punto de vista de la seguridad frente a incendio. El informe aporta información sobre los ensayos e incidentes que han puesto de actualidad este tema y también resumen los criterios adoptados para el fuego de proyecto que se adoptan en muchos países.
Además, el informe presenta los distintos enfoques que se aplican en la mayoría de países a la hora de seleccionar el incendio de proyecto.
El diseño prescriptivo implica la aplicación del incendio de proyecto dado por una normativa o un estándar, el cual puede depender del tipo y densidad de tráfico, ubicación y longitud del túnel y el proyectista o autoridad escogería el valor apropiado para cada caso. La sección 2.1 "Resumen de las prácticas adoptadas en diversos países" del informe AlPCR 2017R01 "Características del Incendio de proyecto en túneles de carretera" resume las hipótesis habituales empleadas en distintos países respecto del incendio de proyecto.
En un enfoque basado en prestaciones se establecerá el nivel de riesgo considerado aceptable mediante un análisis especifico del proyecto. El punto de partida pueden ser los valores prescriptivos adoptados, pero modificados según las medidas de mitigación y los niveles de riesgo aceptables.
Entre estos dos enfoques, existen opciones intermedias que permiten cierto grado de enfoque prestacional sobre las bases de tipo prescriptivo.
La influencia de los sistemas fijos de extinción en la definición y elección de un incendio de diseño se discute en el informe AIPCR 2016R03ES "Sistemas fijos de extinción de incendios en túneles de carretera: Sistemas actuales y recomendaciones".
Como conclusión, no es posible especificar un incendio de proyecto universal y concreto; de hecho, hacerlo sería incongruente con la variabilidad inherente y la distinta probabilidad de ocurrencia de tamaños de incendio en los túneles. Sin embargo, una vez queda definido en cada caso concreto, se puede establecer la capacidad del sistema de ventilación en caso de incendio, con criterios diferentes en función del tipo de sistema de ventilación.
Ventilación longitudinal
El sistema de ventilación longitudinal induce un flujo longitudinal a lo largo del eje del túnel, lo que proporciona un sistema de gestión del humo eficiente siempre que éste ocupe un sólo lado del incendio, es decir, permitiendo que el tráfico situando aguas abajo abandone el túnel. El humo se expulsa hacia el lado libre de vehículos, de forma que la evacuación se pueda completar por el lado situado aguas arriba del foco.
Esto se puede conseguir cuando la ventilación longitudinal genera una velocidad del aire, al menos, igual a la velocidad crítica. Una velocidad insuficiente conlleva la propagación del humo aguas arriba del foco (i.e. back-layering).
Figura 2: Ejemplo de la velocidad crítica como función de la potencia de incendio y de la altura del túnel
Los avances más recientes en los sistemas de extracción de tipo semitransversal buscan limitar la propagación de los humos a ambos lados del incendio. Esto permite la evacuación desde el incendio a ambos lados. Este método es esencial para la evacuación en caso de incendio en un túnel con tráfico bidireccional o con congestión. De forma ideal, el sistema de extracción debería conseguir que el aire fluya, en la zona destinada al tráfico, desde ambos lados hacia el foco, como se muestra en la figura. Esto confina el humo en una zona e incrementa la eficiencia de la extracción.
Figura 3: Principio de confinamiento
Algunos sistemas emplean exutorios controlados remotamente que permiten la extracción puntual del humo cerca del foco. Los costes de construcción para sistemas de extracción son más altos que para sistemas longitudinales y, en tanto que el tamaño del conducto de extracción requerido se incrementa con la tasa de producción de calor del incendio, un incendio de proyecto mayor tiene fuerte impacto en los costes de inversión asociados.
Se puede encontrar información adicional en el incendio de diseño de un sistema de gestión del humo en el capítulo 3 del informe AIPCR 2017R01ES "Características de Incendio de Proyecto en túneles de Carretera".
Una vez se ha escogido el tipo de sistema de ventilación y se ha definido la capacidad de ventilación (en términos del caudal requerido), el dimensionamiento de la ventilación debe permitir la definición del equipamiento necesario para suministrar la capacidad de ventilación requerida tanto en explotación normal como en caso de incendio.
En general, el dimensionamiento de la ventilación longitudinal consiste en el cálculo del empuje requerido de los aceleradores o de las toberas Saccardo, mientras que en la ventilación transversal el tamaño de los conductos de extracción y/o impulsión y deben estimarse los caudales, presiones y potencia eléctrica de los ventiladores axiales o centrífugos asociados.
En la página Sistema de ventilación del túnel incluida en la sección general Equipamiento y sistemas se aporta información más detallada sobre las características del equipamiento de ventilación.
A continuación, se da información general y específica que puede resultar útil a la hora de dimensionar un sistema de ventilación de tipo longitudinal o semi-transversal.
Ventilación longitudinal
La resistencia del flujo se puede vencer con la ayuda de un chorro situado en la columna de aire al convertir el momento del chorro en presión estática. Los chorros de aire se pueden ubicar en la entrada del túnel (Saccardo), inyectando el aire exterior en el interior del túnel o con aceleradores a lo largo del mismo, cada uno de los cuales acelera parte del flujo del aire.
Las fórmulas básicas para dimensionar sistemas de aceleradores (empuje y número de equipos) empleados en ventilación longitudinal para explotación normal se recogen en la sección IV.2 "Ventilación longitudinal" del informe AIPCR 1996 05.02.B "Túneles de Carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación" (Inglés/Francés). Éstas consideran distintos factores tales como el efecto pistón de los vehículos, contrapresión meteorológica, la resistencia de las paredes, etc. También contempla la influencia del incendio en el sistema de aceleradores, los efectos meteorológicos en las bocas del túnel (principalmente el viento), la ubicación óptima de los equipos, su rendimiento y los niveles sonoros creados por los aceleradores.
El informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de los humos y el fuego" (Inglés/Francés) incluyó consideraciones adicionales para evaluar la influencia del incendio en un sistema de aceleradores, aportando recomendaciones adicionales para su distribución a lo largo del túnel. Resulta especialmente interesante para el dimensionamiento de los sistemas de ventilación longitudinal el ejemplo de cálculo de la sección 12.3.3. “Procedimiento de cálculo de aceleradores”, que aporta información detallada sobre el procedimiento para dimensionar estos sistemas.
Ventilación transversal
Para dimensionar un Sistema de ventilación transversal en caso de incendio, se deben considerar dos aspectos:
Las fórmulas básicas para la estimación de la presión total a lo largo del conducto y las estaciones de ventilación durante explotación normal se encuentran en la sección IV.3 "Ventilación semitransversal" del informe AIPCR 1996 05.02.B "Túneles de carretera: emisiones, medio ambiente, ventilación" (Inglés/Francés).
El informe AIPCR 1999 05.05.B "Incendio y control de humo" (Inglés/Francés), propone, en una tabla (ver tabla 2.4.3), las relaciones principales entre las tasas de producción de calor y los caudales de humo. Además, en la sección V.8 Recomendaciones sobre la ventilación transversal y semitransversal, se aportan criterios para el dimensionamiento de sistemas de ventilación de este tipo, incluyendo la capacidad de extracción, las diferencias entre sistemas de extracción distribuidos o concentrados y la influencia del aire fresco de inyección en el comportamiento de los humos.
El informe AIPCR 2007 05.16.B "Sistemas y equipamiento para el control de los humos y el fuego" (Inglés/Francés) incluyó consideraciones para la elección del equipamiento de ventilación (ver sección 12.4 Exutorios).
Comparándolos con los túneles convencionales, tanto para los urbanos como para las redes complejas subterráneas deben establecerse criterios de diseño específicos que pueden tener un impacto significativo en su proyecto.
El diseño de éstos, depende fuertemente, entre otros, de los siguientes factores:
Se puede encontrar más información sobre este aspecto en el capítulo 6 del informe 2016R19ES “Túneles de carretera: Redes complejas subterráneas de carretera” y en el informe 2008R15 "Túneles urbanos de carretera – recomendaciones a los gestores y agentes de explotación para el diseño, gestión, explotación y mantenimiento" (Inglés/Francés).
Un sistema de control de ventilación bien proyectado debe cubrir dos objetivos principales:
Por ello es importante tener en cuenta que los objetivos de los sistemas de ventilación y del sistema de control asociado varían dependiendo de la situación del túnel.
Durante una situación normal de explotación los niveles de contaminantes en el túnel pueden aumentar (dependiendo de las condiciones de tráfico y de la ventilación natural del túnel) hasta que se hace necesario activar la ventilación mecánica, en cuyo caso, se puede hacer de forma automática o manual.
Para captar información de los niveles de contaminantes, se suelen instalar sensores de monóxido de carbono y de visibilidad en el túnel, aunque cada vez es más frecuente disponer otros tipos de sensores como los de óxidos de nitrógeno.
Originalmente, las medidas de contaminante en el túnel se empleaban para actuar sobre la ventilación de forma manual. En algunos túneles con bajo nivel de supervisión estas acciones se implementaban en los sistemas de control y monitorización del túnel, el cual realizaba las actuaciones de forma automática a través de una serie de algoritmos o secuencias predeterminadas.
Sin embargo, en la actualidad, la mayoría de los túneles disponen de sistemas de control de ventilación cuyo objetivo no es sólo garantizar los niveles de calidad del aire requeridos, sino también lograrlo de forma eficiente al minimizar el consumo energético y las necesidades de mantenimiento (ver sección 4.3 del informe AIPCR 2017R02 "Explotación de túneles de carretera: Primeros pasos hacia un enfoque sostenible").
En lo que se refiere a las actuaciones de ventilación, un caudal de ventilación óptimo es aquel que satisface dos requisitos contrapuestos: la tasa de ventilación debe ser suficiente para diluir los contaminantes generados por los vehículos, mientras que a su vez los caudales deben ser tan reducidos como sea posible para reducir el consumo de energía de los ventiladores y por tanto reducir los costes de explotación.
Una correcta optimización del control de ventilación con vistas a los criterios de calidad del aire es fundamental para reducir el consumo de energía, lo que es un aspecto crucial ya que este consumo representa una parte significativa de los costes de explotación de un túnel.
El ajuste continuo del caudal de aire para cubrir las necesidades de ventilación es un problema complejo, especialmente en el caso de túneles complejos y largos, donde puede ser complicado lograr el control de los caudales de ventilación.
El capítulo IV “control de ventilación” del informe AIPCR 2000 05.09.B del informe “Contaminación debida al dióxido de nitrógeno en túneles de carretera” (Inglés/Francés) describe algunos de los criterios considerados y los más comunmente aplicados.
Por otra parte, la ventilación de emergencia necesita intervenciones rápidas y muy bien dirigidas, tiempos de respuestas reducidos, y una secuencia de actuaciones bien definidas. Los objetivos de la ventilación en caso de incidentes son, por tanto, considerablemente distintos de los aplicables a la ventilación normal y los aspectos económicos no forman parte de las consideraciones principales.
En situación de incendio, las actuaciones sobre la ventilación vienen normalmente asociadas al sistema de detección automático o a la supervisión desde el centro de control, lo que permite la activación de las secuencias de actuación para la ventilación preestablecida. Así, los sistemas de control de ventilación son una herramienta más dentro de las disponibles para mitigar las consecuencias en una situación de incendio.
Por esta razón, el control de ventilación debe considerar un enfoque global que tenga en cuenta la fuerte relación entre los procedimientos de actuación de los servicios de emergencia, las actuaciones del operador del centro de control y las consecuencias en el túnel en forma de comportamiento de los humos. En la sección VIII.4.1 del informe AIPCR 05.05.B, Incendio y control de humos (Inglés/Francés) se incluyen reflexiones acerca de la importancia de tener en cuenta la ventilación en la definición de los planes de actuación en caso de incendio.
El diseño de adecuados escenarios de control de la ventilación para cada posible situación de incendio es una parte importante del proceso: ver informe AIPCR 2011R02: "Túneles de carretera: Estrategias de control de la ventilación en situación de emergencia". Estos escenarios pueden ser sencillos, especialmente cuando se aplica una estrategia de ventilación longitudinal o involucrar un gran número de medidas y dispositivos en túneles complejos, con ventilación transversal.
Existen muchas formas y estrategias de enfocar el diseño de un sistema de control de ventilación que depende de numerosos factores tales como el grado de supervisión, los medios de detección, las estrategias de ventilación y los tipos de sistemas.
En primer lugar, el diseño debe tener en cuenta la evolución esperada del incidente, las etapas distintas que pueden ocurrir a lo largo de la emergencia y la influencia de la ventilación en el comportamiento de los humos. Aunque en algunos casos las acciones sobre los equipos de ventilación son simples y no requieren sistemas de control complejos, en muchos casos es necesario tener en cuenta criterios sofisticados.
Hoy en día, el desarrollo e implementación de sistemas de control de ventilación en caso de incendio representa una parte importante del diseño de la ventilación, en la cual la definición de los algoritmos de control necesarios es especialmente importante y es crucial ser capaz de garantizar la fiabilidad y calidad de las medidas de campo (sensores de velocidad y de detección de humo).
La sección “Respuesta de los sistemas de control de la ventilación en caso de incendio” del informe AIPCR 2011R02: "Túneles de carretera: Estrategias de control de la ventilación en situación de emergencia" aporta información acerca de los desafíos y las necesidades de los sistemas de control para la gestión de la ventilación y experiencias actuales en este campo.