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Modelado Computacional Multiescala de Incendios en Túneles de Gran Longitud

Modelado Computacional Multiescala de Incendios en Túneles de Gran Longitud

Clase Magistral impartida el 4 de mayo de 2012. En el marco de la III edición del Máster de Ingeniería
de Protección contra Incendios

El pasado viernes, 4 de mayo de 2012, la Universidad Pontificia Comillas y APICI, organizaron dentro del marco de la III edición del Máster de Ingeniería de Protección contra Incendios una clase magistral impartida por el Prof. Dr. Guillermo Rein, School of Engineering, The University of Edinburgh, bajo el título Modelado Computacional Multiescala de Incendios en Túneles de Gran Longitud, basada en la tesis del Dr. Francesco Colella, del Politecnico di Torino.

Presentación de la clase

Los túneles son una pieza clave en el sistema de transporte mundial y el fuego es una grave amenaza a su seguridad. De hecho, en las últimas décadas más de cuatrocientas personas han fallecido por esta causa. Desastres como el del túnel de Mont Blanc (1999) y los tres incendios recientes en el Túnel del Canal (2008, 2006 y 1996) demuestran la necesidad de un sistema global de seguridad que integre estrategias de detección, ventilación, evacuación y extinción, que minimice los daños a sus ocupantes, a los equipos de rescate y a los bienes materiales. El sistema de ventilación juega un papel crucial porque es el que se encarga de mantener las condiciones necesarias que permitan la evacuación del túnel y así como facilitar el acceso para la extinción del incendio. Sin embargo, su respuesta durante un incendio es compleja debido a que el flujo de aire depende de numerosos factores, como el flujo generado por el
propio fuego, a los sistemas de ventilación, a la geometría del túnel, a las condiciones ambientales de los extremos y a la cantidad de vehículos.

Prof. Dr. Guillermo Rein

Las simulaciones numéricas permiten su estudio de una forma más económica y rápida, siempre y cuando se mantenga la precisión en los resultados. De hecho, dependiendo tanto de la precisión como de la potencia de cálculo disponible, se elige un enfoque diferente para su modelización. Las herramientas basadas en la mecánica de fluidos computacional (CFD) se usan en el caso de que se requieran detalles del flujo, como cerca de las paredes, las llamas, los equipos de ventilación, etc. No obstante, el tiempo de cálculo es muy elevado incluso para túneles de tamaño medio (centenas de metros). Si su análisis lo requiere, se pueden adoptar modelos unidimensionales que reduzcan su coste y que por tanto permitan un número elevado de estudios paramétricos que incluyan un amplio rango de diferentes escenarios, condiciones en los extremos, posiciones del fuego, etc.


Otro tipo de métodos, son los multiescala, los cuales engloban ambos niveles de complejidad en la representación numérica del sistema. Las regiones de interés se describen usando modelos más detallados (CFD), mientras que el resto del sistema se pueden representar mediante enfoques más simples (1D). De esta forma, se reduce enormemente el coste computacional sin sacrificar su precisión. Hay que tener en cuenta que la posición del interfaz entre el modelo 1D y los CFD es crítica, localizándose en las regiones del dominio donde los gradientes de temperatura y velocidad son despreciables y el flujo se comporta principalmente como 1D. Esto define la longitud del dominio para los modelos CFD, que depende de cada caso en estudio.

Estos modelos se han usado y contrastado experimentalmente mediante una campaña de ensayos exhaustiva en los túneles de Dartford (Reino Unido). Los resultados alcanzados fueron muy precisos, demostrando ser una técnica válida para la simulación del comportamiento de los sistemas de ventilación complejos en túneles tanto para régimen estacionario como para estudios en función del tiempo, lo que permitiría el activado correcto de los sistemas de extinción. Además, se demostró que el “throttling effect” es importante y que permite predecir el mínimo número de ventiladores que se requieren para un tamaño determinado de incendio.

Por tanto, esta metodología multiescala es la única herramienta fiable que permite realizar simulaciones con un alto grado de precisión en túneles de varios kilómetros con un coste computacional asumible, pudiendo de esta manera conseguir una mayor información hasta ahora impensable.

Prof. Dr. Guillermo Rein
School of Engineering
The University of Edinburgh

APICI
Si desea que le hagamos llegar la documentación de la clase magistral, puede solicitarla en el email  formacion@apici.es

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