Jornada Técnica: Fuego en túneles Barcelona,, 05 de Mayo de 2011 Barcelona
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Emilio Migoya (
[email protected] [email protected]), Javier García, Antonio Crespo Grupo de investigación Mecánica de Fluidos aplicada a la Ingeniería Industrial, E.T.S.I. Industriales, Universidad Politécnica de Madrid Julio Hernández, Pablo Joaquín Gómez E.T.S.I. Industriales, Universidad Nacional de Educación a Distancia
Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles INDICE
• Introducción al modelado: características generales de los modelos computacionales • Tipos y clasificación: tratamiento de la turbulencia • Ejemplos de códigos (modelo de combustión) y de aplicación
Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSC
Ventajas Métodos Mé d analíticos
C.F.D.
Experimentación
Inconvenientes
•Soluciones S l i cerradas d •Mínimo coste computacional
•Hipótesis Hi ó i restrictivas i i •Configuraciones simples
•Fácil aplicación •Hipótesis menos restrictivas •Definición completa del campo fluido •Configuraciones complicadas o ppeligrosas g
•Modelos turbulentos inadecuados •Limitado por la capacidad del ordenador •Exactitud del método de discretización
•Configuración real o a escala •Observación del fenómeno
•Costoso •Depende de las condiciones de ensayo •Cantidad y exactitud de datos limitada •Factor de escala
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Evolución histórica
Modelo de Simulación Computacional (MSC) años 40: bomba atómica CFD (Computation Fluid Dynamics) años 80: desarrollo computacional continuo, ti exponencial i l pero desordenado d d d Años 90: estructuración de los MSC, metodología científica, rigurosidad,… Desarrollo de los conocimientos físico-químicos, CFD, potencia de cálculo Nivel de aproximación Linealizado no-viscoso No lineal No-lineal no-viscoso Ecuaciones de Navier-Stokes promediadas “Large eddy simulation” Ecuaciones exactas de Navier-Stokes
Capacidad Subsónico / supersónico -Distrib. Presión -Vorticidad -Transónico Transónico -Hipersónico -Arrastre total -Desprendimiento del flujo
Comienzo investigación
Comienzo aplicaciones
1950
1960
1960
1970
1970
1980
1970
1990
1970
1990
-Estructura de la turbulencia -Transición laminar-turbulento -Disipación
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSC
Turbomaquinaría
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSC
Aerodinámica
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSCI
Estudio de la aterosclerosis
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles El modelado como vehículo del análisis del incendio
Modelo matemático de incendio: conjunto de expresiones matemáticas y/o lógicas g que definen las características y el comportamiento q p de un incendio simulado. Condiciones de contorno para limitar de forma realista el espacio a tratar. Los Modelos de Simulación Computacional (MSC) dan solución casi siempre; lo importante es tener los suficientes conocimientos del fenómeno físico y de métodos numéricos para saber interpretar correctamente esos resultados y su validez. Simulación Sim lación computacional comp tacional de incendios: implementación del modelo matemático de un incendio simulado en una computadora digital mediante el modelo computacional correspondiente, su ejecución reiterada (modificando los valores de entrada) y el análisis de los resultados (en correspondencia con los objetivos de la simulación)
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles El proceso de la combustión
•
Los incendios son una de las mayores desgracias sociales y económicas que afectan a la sociedad
•
Compartment fire mucho más complejo que un pool fire (estacionario y “simple”) T Consumo de oxígeno
Ignición g
Crecimiento Flashover
Incendio completamente desarrollado
Aire fresco
Decaimiento
tiempo p
Flashover: fenómeno asociado a una inestabilidad térmica caracterizada por un rápido crecimiento de la intensidad de un incendio (500-600ºC, radiación de 15-20kW/m2 y, o, llamas incontroladas) A partir de aquí, existe mucho combustible y la disponibilidad de oxígeno se alterna con la de combustible en el control de la evolución. Emilio Migoya Valor
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Motivación
Se puede emplear como: •Herramienta de diseño: •Tiempo de escape •Sistemas Sistemas mitigación •Pautas de actuación. •Entrenamiento. •Herramienta de análisis: causas o consecuencias Ventajas: •Repetitividad con diferentes escenarios •Económico y seguro frente a experimentos •Posiciones inaccesibles •Fenómenos rápidos y prolongados •Permite casos peligrosos Desventajas o limitaciones: •Conocimientos de combustión, mezcla turbulenta, flujos multifásicos, transporte radiativo, aerodinámica de cuerpos no fuselados,.... •Gran cantidad de escenarios posibles •Gasto de tiempo y coste de equipos •Conocimientos científicos, técnicos, experiencia,… por parte del personal •Difíciles de interpretar Emilio Migoya Valor
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSCI
Etapas en un programa de C.F.D. (Computation Fluid Dynamics) Etapas de cálculo
PRE-PROCESO: • Formulación del problema del incendio: estudio teórico, revisión de modelos e hipótesis Modelo matemático: ecuaciones diferenciales pueden contener aproximaciones o • Definición de objetivos y del dominio físico: que simplificaciones • Definición del dominio computacional (generación de la malla) y datos de entrada idealizaciones (errores del modelo) • Información del incendio simulado: diseño, realización y análisis de los experimentos
CÁLCULO: Método• Construcción de discretización: se linealizan diferenciales y se transforman en del modelo conceptual las del ecuaciones incendio simulado: Linealización y discretización de las ecuaciones del modelo un conjunto de ecuaciones algebraicas en las que las variables Método matemático y/o lógico lógico: sistemadel de espacio ecuaciones resultantes son un conjunto de resolución valores endelpuntos y tiempo • Verificación y validación delde modelo conceptual (error truncamiento) • Construcción del modelo computacional • Verificación y validación del modelo computacional • Aplicación del modelo
Resolución del sistema de ecuaciones:
- Métodos directos
- Métodos iterativos (error de redondeo) POST-PROCESO: • Interpretación de los resultados obtenidos • Conclusiones
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Verificación y validación
Verificación: representación fidedigna del diseño del modelo Validación: concordancia con el mundo real Acreditación: certificación oficial para unos usos específicos Credibilidad: confianza de la simulación
Los VV&A evalúan la potencialidad (limitaciones) de una simulación para un uso concreto (corrección, exactitud y utilidad) No se emplea en términos absolutos sino relativos a la aplicación específica y a las decisiones que se basen en ella Los VV&A deben señalar la dirección de investigación para extender su rango de aplicación Relación coste/tiempo/exactitud/empleo
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSCI
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSCI
Determinísticos
Modelos zonales
Modelos de campo CFD (Computational Fluid Dynamics)
Emilio Migoya Valor
•División de la región a estudio en diferentes zonas. •Condiciones de conservación en los contornos.
•Resolver las ecuaciones de conservación punto a punto.
•Leyes de conservación en cada zona.
•Dificultad en la turbulencia y en la combustión
•ΔT entre zonas>>ΔT dentro de cada zona
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Modelos de campo: Técnicas de tratamiento de la turbulencia
•Inestabilidad de las ecuaciones generales del movimiento ante cualquier pequeña perturbaciones => Turbulencia. •Carácter aleatorio=> No unidireccionalidad ni estacionareidad aunque las condiciones de contorno indiquen lo contrario. •Fluctuaciones rápidas (espaciales y temporales) de las magnitudes fluidas. Ejemplo típico: Poiseuille en tubo muy largo. •Movimientos con turbulencia importante suelen ser más largos que anchos en el sentido del movimiento: capas límites, chorros, estelas, penachos,… •Número de Reynolds (basado en el espesor) caracteriza el movimiento. Al cambiar la velocidad y el espesor puede cambiar el criterio (ejemplo cigarrillo): Re
vL
•Normalmente: transporte laminar < transporte turbulento < transporte convectivo de la vmedia (vagitación turbulenta leyes de Fick, Navier-Poisson y Fourier deben ser sustituidas por leyes fenomenológicas experimentales para cada problema. •Las ecuaciones del movimiento turbulento son igual que las laminares instantáneas añadiendo términos de transporte (valor medio del producto de la velocidad de agitación turbulenta por la oscilación turbulenta de la magnitud transportada) a los términos de transporte molecular. •Esos nuevos términos se originan en el término convectivo y son 100 o 1000 veces mayores que los antiguos. •No existe ninguna ley general que asocie esos nuevos términos con los gradientes de propiedades medias => existen más incógnitas que ecuaciones => Teoría del cierre => CFD (Computation Fluid Dynamics): RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes: k-ε-g, camino libre medio,...), LES (Large Eddy Simulation), DNS (Direct Numeric Simulation).
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Modelos de campo: Técnicas de tratamiento de la turbulencia
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Modelos de campo: Técnicas de tratamiento de la turbulencia
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Características y tipos de MSCI
Determinísticos
Modelos de campo
Modelos zonales
CFD (Computational Fluid Dynamics)
•División de la región a estudio en diferentes zonas. •Condiciones de conservación en los contornos.
•Resolver las ecuaciones de conservación punto a punto.
•Leyes de conservación en cada zona.
•Dificultad en la turbulencia y en la combustión
•ΔT entre zonas>>ΔT dentro de cada zona
RANS
LES
DNS
Reynolds Averaged Navier-Stokes
Large Eddy Simulation
Direct Numerical Simulation
•Promedio de las ecuaciones básicas de Navier-Stokes.
•Resolución directa para las escalas grandes.
•Solución directa de las ecuaciones de Navier-Stokes.
•Modelos para reproducir el tensor de Reynolds.
•Modelado de las escalas pequeñas.
•Muy caro computacionalmente para problemas de interés ingenieril.
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Ejemplos de modelos de campo
Ejemplos de modelo de campo: •
FLUENT, CFX, PHOENICS: códigos generalistas.
•
TUFISI (Programme de Simulation Numérique d’un Incendie en Tunnel) específicamente diseñado para analizar condiciones letales durante el incendio.
•
JASMINE o FLUX3D estudian el efecto de las condiciones ambientales.
•
SOLVENT, creado durante la fase IV del Memorial Tunnel project, es uno de los más empleados debido a su intensa validación. La combustión se modela mediante fuentes de calor sin combustión química.
•
FDS (McGrattan et al., 2008). Desarrollada por el National Institute of Standards and Technology (NIST), (NIST) resuelve numéricamente una simplificación de las ecuaciones de Navier-Stokes. Emplea un proceso difusivo del combustible y comburente mediante una reacción química global de un paso infinitamente rápida en el DNS o el modelo de fracción del mezcla para el LES. Limitaciones: bajo Mach (no explosiones), geometría rectilínea más eficiente, modelo de fracción de mezcla funciona bien en espacios bien ventilados, modelo de combustión simplificado por lo que la composición química de los gases no es precisa y la radiación no es muy exacta.
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Modelo UPMTUNNEL
Zona de transición
•Modelo cuasiunidimensional:
Zona de difusión
Zona del penacho h
híbrido entre zonal y de campo. •División del incendio en dos zonas: Aguas arriba del impacto de los humos con el techo, penacho. Aguas abajo del impacto de los humos con el techo, difusión. •Modelo de combustión, combustión variables función de un escalar que se conserva conserva, fracción de mezcla •Modelo de turbulencia k-ε-g •Modelo cuasi-unidimensional con perfiles autosemejantes en planos perpendiculares • a la línea media del penacho •Corriente unidireccional incompresible en la zona de la difusión Emilio Migoya Valor
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Experimentos
700 680
Tramo 2 Subtramo 2
660
Tramo 1 Subtramo 2
Tramo 4 Subtramo 2
640
Túnel 1: Galería de servicios (sin tráfico)
N 620 Cota (m)
Túnel 2: M-111 Sentido Barajas Túnel 3: M-111 Sentido Paracuellos
Tramo 2 Subtramo 1
Tramo 4 Subtramo 1
600
S
580
Túnel 4: Servicios del Aeropuerto (tráfico bidireccional)
Tramo 6
Tramo 1 Subtramo 1
560 Barajas
Salida a torre de control
540
Túnel antiguo (836 m)
Paracuellos
Tramo 3 520
Túnel completo (2606 m)
Tramo 5 500 -1000
-500
0
500
1000
Tramo 7 1500
2000
Punto métrico (m)
Tramo Barajas
1 2 3 4 5 6 Paracuellos 7 Toral/media
Ancho Altura clave (m) 12,0 12,0 17,0 12,0 17,0 12,0 12,0 12,2
(m) 6,2 8,0 5,0 8,0 5,0 8,0 8,0 7,2
Emilio Migoya Valor
Área (m2) 73,8 85,5 85,0 85,5 85,0 85,5 85,5 81,3
Perímetro Longitud (m) 36,3 36,0 44,0 36,0 44,0 36,0 36,0 36,5
(m) 935 537 54 529 66 334 150 2605
Tipo de
Rugosidad
Diámetro
envolvente con vigas en canto con bóveda revestida con bóveda revestida con bóveda con bóveda
(m) 0,66 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,25
hidráulico (m) 8,1 9,5 7,7 9,5 7,7 9,5 9,5 8,9
Cota superior Cota inferior (m) 598,30 593,65 578,00 575,90 571,40 579,92 579,92 588,27
(m) 593,65 575,90 576,70 569,90 570,80 569,91 577,00 580,24
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles FLUENT
•Combustión mediante eddy-break-up. •Discretización mediante volúmenes finitos Upwind para las derivadas de primer orden. orden Diferencias centradas para las derivadas de segundo orden. •Método iterativo SIMPLE. •Malla: No estructurada formada por tres bloques estructurados mediante hexaedros. Dirección longitudinal refinada en la zona del fuego. Refinamiento posterior en la zona de combustión hasta que el gradiente fuese menor que uno dado. 174000 celdas en un HP k360 con 4 procesadores a 180 MHZ y 780 MB de RAM.
•200 metros de túnel, incendio en el centro y condiciones de presión en el contorno. •10 MW. Temperatura ambiente 288 K •Sucesión de estados estacionarios con velocidades entre 0 y 2’5 m/s. Emilio Migoya Valor Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles PHOENICS
•Combustión mediante k-ε-g •Discretización mediante volúmenes finitos Híbrido: upwind/diferencias centradas para los términos convectivos. convectivos Diferencias centradas para los términos difusivos. •Método iterativo SIMPLEST. •Malla: Estructurada alterna. Variables vectoriales en las caras del volumen de control y escalares en su centro. Coordenadas ajustadas al cuerpo refinadas en las paredes y suelo. 37800 celdas en un HP J5000 con 2 procesadores.
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Estudios previos
Potencia (MW) Tramo Altura (m) 1 6.2 2 8.0 3 5.0 4 8.0 5 5.0 6 8.0 7 8.0
Q*
20 V*
0.185 0.096 0.310 0.096 0.310 0.096 0.096
0.320 0.297 0.320 0.297 0.320 0.297 0.297
Velocidad crítica (m/s) 2.5 2.6 2.2 2.6 2.2 2.6 2.6
Q*
30 V*
0.277 0.143 0.464 0.143 0.464 0.143 0.143
0.320 0.320 0.320 0.320 0.320 0.320 0.320
Velocidad crítica (m/s) 2.5 2.8 2.2 2.8 2.2 2.8 2.8
Q*
50 V*
0.461 0.239 0.774 0.239 0.774 0.239 0.239
0.320 0.320 0.320 0.320 0.320 0.320 0.320
Velocidad crítica (m/s) 2.5 2.8 2.2 2.8 2.2 2.8 2.8
Modelo de Oka
Potencia (MW) Tramo Diámetro (m) 1 8.1 2 9.5 3 7.7 4 9.5 5 7.7 6 9.5 7 9.5
Q''
20 V''
0.093 0.062 0.105 0.062 0.105 0.062 0.062
0.310 0.271 0.323 0.271 0.323 0.271 0.271
Velocidad crítica (m/s) 2.8 2.6 2.8 2.6 2.8 2.6 2.6
Q''
30 V''
0.139 0.093 0.158 0.093 0.158 0.093 0.093
0.354 0.310 0.370 0.310 0.370 0.310 0.310
Velocidad crítica (m/s) 3.2 3.0 3.2 3.0 3.2 3.0 3.0
Q''
50 V''
0.232 0.156 0.263 0.156 0.263 0.156 0.156
0.400 0.368 0.400 0.368 0.400 0.368 0.368
Velocidad crítica (m/s) 3.6 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
Modelo de Wu
Emilio Migoya Valor
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles
2.5
40
2
30
1.5
20
1
10
0.5
0
25
0 -4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Tiempo (minutos) Potencia máxima = 50 MW
vest
2D F 2'8m / s L A
Velocidad máxima = 2'8 m/s
tc
Avest F
L
2D
vest
40s
Llama cónica inclinada de base elíptica: 20 •Temperatura: 2000 K •Altura sobre la vertical del vértice: 1’14 m •Distancia 15 sobre la horizontal desde el vértice al centro de la base del cono: 2’33 m. •Semieje de la base elíptica en la dirección longitudinal: 1’84 m. j de la base elíptica p en la dirección transversal: 0’96 m. •Semieje Fondo10 de humos: •Temperatura:467 K •Distancia 5 desde el centro de la base del cono de llama hasta el fondo de humos: 15 m. Humos calientes en el techo: •Temperatura: 400 ºC. •Puntos0de definición: 0 Distancia 1 desde 2 el fondo 3 6 7 m. 8 9 10 de 4humos:50 m. Altura: 6’18 Distancia desde el fondo de humos: Altura:(m) 7’3 m. Distancia al centro40 delm. incendio Distancia desde el fondo de humos: 65 m. Altura: 8 m. Horizontal 45º Vertical Distancia desde el fondo de humos: 90 m. Altura 9’28 m. 2
50
30
Raadiación (kW/m )
3
Velocidad (m/s)
Potencia (MW)
Estudios previos 60
Daño a personas
t t0 v v vest tanh arg tanh 0 t vest c
para t t 0 30s
50 MW Túnel 2 Tramo 6 Velocidad 2’8 m/s
Emilio Migoya Valor
Flashover
Límite del incendio
Distancia al centro Radiación Radiación Radiación 2 2 2 de la llama (m) Horizontal (kW/m ) a 45º (kW/m ) Vertical (kW/m ) 1.9 53.707 43.478 1.628 25 2.5 19 073 19.073 10 114 10.114 1 193 1.193 3 10.619 6.405 0.931 4 5.127 3.134 0.793 5 2.854 2.012 0.679 6 2.035 1.552 0.648 7 1.593 1.259 0.630 8 1.199 1.089 0.615 9 0.942 0.994 0.604 10 0.834 0.918 0.595 15 0.509 0.649 0.566 20 0.391 0.554 0.544 25 0.322 0.510 0.524 30 0.277 0.473 0.504 40 0.225 0.417 0.463 50 0.196 0.370 0.408 75 0.108 0.140 0.092 85 0.050 0.046 0.015 99 0.022 0.018 0.003
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Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Experimentos
Peso molecular 100'2 g/mol Punto de inflamación -4 ºC Punto de congelación -90 ºC Punto de ebullición 98'4 ºC Límites de inflamabilidad (en aire) 11'1 1 % hasta 6'7 67 % Temperatura de autoignición 215 ºC 680 kg/m3 Densidad Calor estándar de combustión 48'07 MJ/kg
•Ventilación en vacío •Humos fríos Heptano p
Incendio de 5MW •Incendio •Incendio de 10MW
Q*
Q*
Q
a c pTa gD
1'225 kg
m
5
H g u g D
2
4
MacCaffrey
a c pTa gD 5
5000000 W 4'327 5 J 300 K 9'8 m 2 D(m) 5 D (m) 2 kgK s
3 1004'5
D2 D2 D2 Q teórica g u g H m H m 1 e kD H 4 4 4 Q 5MW 0'0784 kg
Emilio Migoya Valor
m2s
1 e
0'8m 1D ( m )
D(m4 )
2
45 MJ
kg
D=1’35m
Burgess
D=1’58m
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Una (5MW) o dos bandejas (10MW) de 1’4 metros de diámetro 150 litros de heptano para 20 minutos
a) 5 MW: 150 litros durante 18’ 24’’ Q reall
H liquidoVliquido tiempo consumo
48'07 ( MJ / kg ) 680 (kg / m 3 ) 0'150 (m 3 ) 4'5 MW (18 60 24) ( s )
b) 10 MW: 2x150 litros durante 17’ y 18’ 15’’ H liquidoVliquido 48'07 680 0'150 48'07 680 0'150 4'8 4'5 9'3MW Q real tiempo consumo 17 60 18 60 15
Emilio Migoya Valor
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14
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Experimentos: ensayos de 5MW
4
105
3.5
2.5
75
2.5
60
2
45
1.5
30
1
15
0.5
Velocidad d (m/s)
3
2 1.5 1 0.5
Velocidad (m/s)
90
0 0:00:00 0:04:22 0:08:45 0:13:07 0:17:30 0:21:52 0:26:15 0:30:37 0:35: Tiempo S-1101
S-1102
S-1103
65 60 55 50
Temperatura (ºC)
0 0 0:00:00 0:02:55 0:05:49 0:08:45 0:11:39 0:14:34 0:17:30 0:20:25 0:23:19 0:26:15 0:29:10 0:32:05 0:35:00
45 40 35
Tiempo T-0001 T-4001 T-5007
T-1001 T-4002 S-1101
T-2001 T-4003 S-1102
T-3001 T-5001 S-1103
30
T-3002 T-5002 S-5101
T-3003 T-5003 S-5102
T-3004 T-5004 S-5103
T-3005 T-5005
25
T-3006 T-5006
20 0:00:00 0:03:30 0:07:00 0:10:30 0:14:00 0:17:30 0:21:00 0:24:30 0:28:00 0:31:29 0:35:0 Tiempo T-5001
Emilio Migoya Valor
T-5002
T-5003
T-5004
T-5005
T-5006
T-5007
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Ajustes del UPMTUNNEL
780
430
730
415
680
400
630
385 Temperaatura (K)
Temperaatura (K)
580 530 480
370 355 340
430
325
380
310 295
330
280
280 0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
9
1
2
3
4
FLUENT
C=1 km=0'5 C=1 km=0'1
C=5 km=0'5 C=5 km=0'1
5
6
7
8
9
z (m)
z (m) C=10 km=0'5 C=10 km=0'1
FLUENT
C=20 km=0'5 C=20 km=0'1
C=1 km=0'5 C=1 km=0'1
C=5 km=0'5 C=5 km=0'1
C=10 km=0'5 C=10 km=0'1
C=20 km=0'5 C=20 km=0'1
Eje de simetría a +50 metros del foco
Eje de simetría a +10 metros del foco
400 385
Potencia: 10 MW. Velocidad: 2’5 m/s
370
DT
k k mU * Req c u
z
2
u Cm z hz
km = 0’5
Temperatura (K)
Temperatura (ºC)
3
120
355 340 325 310 295
C=5
280 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
z (m) FLUENT
C=1 km=0'5 C=1 km=0'1
C=5 km=0'5 C=5 km=0'1
C=10 km=0'5 C=10 km=0'1
C=20 km=0'5 C=20 km=0'1
Eje de simetría a +100 metros del foco Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
15
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Comparaciones: UPMTUNNEL y experimentos
Potencia: 5 MW. Velocidad: 5’8 m/s
T-0001: 301’6
+10 metros del foco T-5002: 304’4
T-5001: 304’6
T-4001: 307’2 T-5003: 305’0 T-4002: 306’7
T-5006: 302’1 T-5004: 304’6
T-4003: 307 ‘1
T-5007: 300’1
+50 metros del foco
Emilio Migoya Valor
T-5005: 304’6
+100 metros del foco
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Comparaciones: UPMTUNNEL, FLUENT y experimentos
Potencia: 5 MW. Velocidad: 5’8 m/s
a) Tubo 1
b) Tubo 2 Potencia: 10 MW. Velocidad: 2’5 m/s
a) Eje de simetría Emilio Migoya Valor
b) 2 metros del eje de simetría Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
16
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Comparaciones: UPMTUNNEL y PHOENICS
Potencia: 5 MW. Velocidad: 2’44 m/s
Modelo Cuasiunidimensional
PHOENICS
Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Comparaciones: UPMTUNNEL y FLUENT
Potencia: 10 MW. Velocidad: 2’5 m/s Modelo cuasiunidimensional
+10 metros del foco
+50 metros del foco
+100 metros del foco
FLUENT
+10 metros del foco
Emilio Migoya Valor
+50 metros del foco
+100 metros del foco
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
17
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles UPMTUNNEL
Potencia: 10 MW. Velocidad: 2’5 m/s
a)10 m aguas abajo del foco b) 50 m aguas abajo del foco Contornos de visibilidad (m)
a)10 m aguas abajo del foco b) 50 m aguas abajo del foco Concentración de dióxido de carbono Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Conclusiones para el túnel de la M111M111-Barajas
•Estudios Estudios previos satisfactorios para llevar a cabo las pruebas con seguridad. •Velocidad estimada en el túnel 2, 5,8 m/s, superior a la proyectada, 2,8 m/s. •Velocidad estimada en el túnel 3, 4,5-6m/s, superior a la proyectada, 2,5 m/s. •Buena concordancia entre los modelos numéricos y los ensayos. •Modelos muy útiles para estudiar los casos más peligrosos que no pudieron realizarse experimentalmente. •El último estudio realizado para los dos tubos con la potencia más desfavorable previsible, 50 MW, y con un viento de 5 m/s refleja que el sistema de ventilación esta adecuadamente diseñado para evitar el retroceso de los humos aguas arriba del incendio, aunque no evita que las temperaturas aguas abajo sean peligrosas.
Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
18
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Túneles de la Autovía del Mediterráneo en Lorca
Criterios Hadjisophocleous (1999), norma belga NBN-S-21-208 y especificaciones constructivas: 1) Supervivencia física: •YCO < 200ppm = 2 10-4 •YO2 > 16 % durante minuto = 0’16 •Temperatura (convección) < 60 °C 2) Visibilidad mayor de 10 m. 3) Flashover para 20kw/m2 o 400-600ºC . 4) Radiación (en una habitación) daños a personas para 2.5kw/m2 o 183-200ºC (factor de forma 1) o 227ºC (factor de forma 0.8) 5) Estabilidad de la estructura por conducción 400-600ºC
Emilio Migoya Valor
Laboratorio de Mecánica de Fluidos. UPM
Modelización de Incendios: Aplicación a Túneles Túneles de la Autovía del Mediterráneo en Lorca
Velocidad necesaria en cada túnel en función de la potencia del incendio. Túnel I Potencia (MW) 5 10 25 40 60 100
20 19 18,4
18
920m Ventilación (m/s)