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TESIS DE MÁSTER

Protección de Túnel mediante Agua Nebulizada

AUTOR: María Martín Vidal/ SIEX/ 627 440020/ [email protected]

Madrid, Septiembre 2.012

Firma Autor: VºBº Director proyecto:

Autorizada la entrega de la tesis de máster del alumno/a:

María Martín Vidal.

EL COORDINADOR DEL MIPCI

)

D. Gabriel Santos.

Fdo.: …………………………………… Fecha: ……/ ……/ ……

Vº Bº del Director de proyecto

Fernando Vigara.

Fdo.: ………………………………… Fecha: ……/ ……/ ……

Proyecto Fin de Máster

Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI Protección del Túnel mediante Agua Nebulizada María Martín Vidal

Director del Proyecto: Fernando Vigara3 de 72

MIPCI 2011-2012

Protección de Túnel mediante Agua

Nebulizada

María Martín Vidal

Curso académico 2011-2012

Director de proyecto: D. Fernando Vigara

Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI Protección de Túnel con Agua Nebulizada – María Martín Vidal

Director del Proyecto Fernando Vigara

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2011-2012

TÍTULO Protección de Túnel mediante Agua Nebulizada

ALUMNO María Martín Vidal

DIRECTOR Fernando Vigara

JUSTIFICACIÓN

Cualquier proyecto de agua nebulizada es un proyecto basado en prestaciones. El hecho de que no exista una normativa general para su uso hace que cada fabricante tenga que realizar, según el riesgo que se pretende proteger, los ensayos que están protocolizados en el Standard 750 de la NFPA, la Especificación Técnica CEN/TS 14972 o en las normas emitidas por la IMO.

De esta manera un mismo riesgo estará protegido con instalaciones totalmente distintas entre un fabricante u otro. Ante la ausencia de un método general de diseño, el proyecto de especificación técnica CEN/TS 14972:2010 obliga a ensayar en laboratorios acreditados y con sobrada experiencia en este tipo de pruebas como SINTEF, VTT, SP, etc, escenarios de fuego a escala real de acuerdo a protocolos de ensayo emitidos por organismos de reconocido prestigio en este campo, como es el caso de IMO, VdS, FM... Estos laboratorios emiten un informe indicando el resultado favorable de los ensayos para que un organismo certificador expida el certificado que demuestra que ese sistema de agua nebulizada cumple con los requisitos indicados por dichos organismos.

Estos protocolos de ensayo, que describen las condiciones de prueba y los requisitos que debe cumplir el sistema de agua nebulizada. Son altamente específicos (ensayos para camarotes de barcos, oficinas, espacios públicos, espacios de maquinaría etc.) por lo que es necesario la asimilación de riesgos para cumplir con todas las posibilidades para los que un sistema de agua nebulizada puede ser diseñado.

El diseñador está obligado a realizar una asimilación del riesgo objeto de protección con uno de los riesgos que cuente con protocolo de ensayo. En el caso de riesgos complejos, cuando se trate de proteger zonas con distintos riesgos se deberán combinar los distintos diseños.

Por ello, cada vez que se realiza un proyecto de agua nebulizada y después de analizar los riesgos existentes, se deberá comprobar que fabricantes han realizado los ensayos de fuego a escala real siguiendo las extritas especificaciones del protocolo de ensayos que corresponda a dicho riesgo y que tengan el certificado favorable emitido por laboratorio de reconocido prestigio.

Es entonces, cuando se puede desarrollar el proyecto de ejecución de la instalación, cumpliendo de manera precisa con las especificaciones descritas en los certificados.

Es decir, si en cualquier proyecto, la modificación de la volumetría, arquitectura o uso, se convierte en un cambio sustancial que hace que se deba recalcular la instalación de protección contra incendios, en los proyectos de agua nebulizada se debe añadir que el cambio de fabricante implica la invalidez del proyecto actual.



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No significa esto que no se pueda cambiar de fabricante, sino que, una vez comprobado que poseen los certificados para el riesgo que se ha proyectado, se debe calcular y proyectar el proyecto de nuevo, siguiendo los criterios de estos certificados. Sólo así se garantiza el uso de la instalación.

En este caso concreto, protección mediante agua nebulizada en túneles, no existe ningún protocolo, tan sólo se recomienda que el sistema se diseñe para mitigar los efectos del fuego.

Esta es la justificación de este proyecto, conocer de forma precisa los pasos necesarios para garantizar la protección de un riesgo mediante agua nebuliza, para posteriormente desarrollar su proyecto.



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OBJETIVOS

Este proyecto fin de master versará sobre la Protección Contra Incendios del Túnel de San Mamés, en Bilbao. Concretamente, en su la protección contra incendios de mediante agua nebulizada.

Aunque en este proyecto no se contemple, el proyecto general del túnel sobre la A8 en los nuevos accesos a Bilbao por San Mamés, cuenta con todos los sistemas tradicionales de protección contra incendios, tanto de ventilación y evacuación de humos como detección del mismo. Estas protecciones se deberán tener en cuenta a la hora de protocolizar y realizar los diferentes ensayos ya que no debemos olvidar que deberán interactuar juntos.

Este túnel urbano doble unidireccional por tubo, presenta un tramo de una longitud aproximada de 270 metros en ambos sentidos en la que se exige la protección de la estructura del mismo para una carga de fuego de al 5 a 30 MW.

Ya que, como sabemos, los sistemas de protección contra incendios basados en el uso de agua nebulizada, carecen de reglamentación. Se debe recurrir a la especificación técnica CEN/TS 14972:2011.

En el caso específico de la protección de túneles carreteros, no existe ningún tipo de directrices para el ensayo de sistemas de agua nebulizada en este tipo de riesgos, por lo tanto las conclusiones extraídas de distintos proyectos de investigación (UPTUM, SOLIT) recomiendan que el sistema se diseñe con el propósito de mitigar los efectos del fuego.

Este es el hecho singular sobre el que va a versar este proyecto. Para poder realizar esta instalación, previo a ejecución del proyecto se deberá:

Protocolizar los ensayos que garanticen su fiabilidad, y aceptación de ese protocolo de ensayos por organismo competente.

Realizar los diferentes ensayos protocolizados, con los distintos escenarios previstos, en presencia de laboratorios de reconocido prestigio, los cuales emitirán informe de los resultados y posteriormente certificado del producto para esos escenarios.

Una vez obtenidos los resultados de los ensayos se diseñará el túnel siguiendo escrupulosamente las presiones, caudales y distancias entre difusores necesarias.

Los objetivos de este proyecto serán dos, realizar un proyecto basado en las prestaciones requeridas mediante el ensayo del sistema para el fin que se pretende y por otro lado detallar el proceso para la certificación de un sistema de agua nebulizada, para un riesgo que no cuenta con directrices de ensayo.

Se detallarán las características del túnel, exigencias requeridas, protocolo de ensayos, detalle de los ensayos realizados y la solución final adoptada tras realizar todos ensayos necesarios para el cumplimiento de las mismas.



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ÍNDICE

1. NORMATIVA

2. DESCIPCIÓN DEL RIESGO

3. PROTOCOLO DE ENSAYOS

5.1. OJETIVO Y ALCANCE DE LOS ENSAYOS

5.2. DIMENSIONES DEL RECINTO DE ENSAYO

5.3. CARACTERIZACIÓN DE FUEGOS DE ENSAYO

3.3.1. Balsas de combustible

3.3.2. Pallets de madera

5.4. INSTRUMENTIZACIÓN

3.4.1. Termopares tipo K (cromo-aluminio).

3.4.2. Sondas para medición de la velocidad del aire en el túnel a través de su sección transversal

3.4.3. Set de fluxómetros

3.4.4. Set de termopares de placa cuyo objetivo es la medición indirecta del flujo de calor por radiación

3.4.5. Analizadores de oxígeno, analizadores de dióxido de carbono y analizadores de monóxido de carbono junto con sondas para la medición de la velocidad del aire

3.4.6. Cámaras de vídeo

3.4.7. Transmisores de presión

3.4.8. Caudalímetro

5.5. DOCUMENTACIÓN A REGISTRAR

5.6. SISTEMA DE AGUA NEBULIZADA

5.7. ESCENARIO DE FUEGO

3.7.1. General

3.7.2. Condiciones de ensayo

5.8. CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

4. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS



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5. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

5.1. DESCRIPCIÓN

5.2. COMPONENTES

5.3. INTEGRACIÓN CON EL SISTEMA DE CONTROL DEL TÚNEL

5.4. ACTIVACIÓN

5.5. CALIDAD DEL AGUA

5.6. RESUMEN DE MEDICIÓN DE COMPONENTES

5.7. CÁLCULOS HIDRÁULICOS

5.8. DOCUMENTACIÓN GRÁFICA



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MEMORIA DESCRIPTIVA

El Objeto del presente documento es definir el sistema de Protección mediante Agua Nebulizada a disponer en el Falso Túnel sobre la A8 en los nuevos accesos a Bilbao por san Mamés.

1. NORMATIVA

En la actualidad ya existen directrices para el empleo del agua nebulizada como sistema de protección contra incendios, siendo su uso más extendido en Marina que en aplicaciones terrestres Tierra. Sin embargo no existe una norma específica para el diseño de sistemas de agua nebulizada, por lo que el diseñador se debe apoyar en distintas directrices para la aprobación y certificación de sistemas de agua nebulizada.

Para usos en Tierra, la única norma disponible hoy es el Standard 750 de la NFPA (Nacional Fire Protection Association): “Standard on Water Mist Fire Protection Systems”. Su primera edición se publicó en 1996. Siendo la última versión vigente la de 2010.

Actualmente, se está desarrollando la Especificación Técnica CEN/TS 14972 por parte del comité técnico CEN/TC 191 (Centro Europeo de Normalización) para sistemas de agua nebulizada que en la actualidad no cuenta con el rango de norma.

Para su uso en Marina, las normas a seguir para la aprobación de sistemas de agua nebulizada son las emitidas por la IMO (International Maritime Organization).

Las principales normas existentes que rigen estas aplicaciones son:

• IMO Res. A800 Revised Guidelines for Approval of Sprinkler Systems equivalent to that referred to in SOLAS Regulation II-2/12.

• IMO MSC 265 (84) Amendments to the revised guidelines for approval of sprinkler systems equivalent to that referred to in SOLAS regulation II-2/12 (Resolution A.800(19)). (Anula a la IMO Res. A800).

• IMO MSC/Circ.668 Alternative arrangements for Halon fire extinguishing systems in machinery spaces and pump rooms.

• IMO MSC/Circ.728 Revised test method for equivalent water based fire extinguishing systems for machinery spaces of category A and cargo pump rooms contained in MSC/Circ.668.

• IMO MSC/Circ.913 Guidelines for the approval of fixed water-based local application firefighting systems for use in category A machinery spaces.

Para la aceptación de los sistemas de Water Mist en áreas normalmente ocupadas, la EPA (Enviromental Protection Agency) estableció una clasificación y aceptación de las nuevas alternativasde agentes extintores sustitutos del HALON. Dicho organismo constituyó un panel



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médico que estudiase los posibles riesgos que podría presentar para la salud de los ocupantes la inhalación de agua nebulizada, con el potencial de transportar productos de combustión, etc...

Las conclusiones de dicho estudios pusieron en evidencia la falta de toxicidad próxima y remota de estos sistemas habiendo sido aceptados los sistemas de Water Mist para áreas ocupadas siempre que utilicen agua potable o agua de mar. (Registro Federal, 28 de julio de 1995).

Es importante saber que en los sistemas de agua nebulizada es el fabricante el que desarrolla su propia tecnología y sus bases de diseño. Por lo tanto los sistemas son completamente diferentes para cada fabricante. Por este motivo resulta imprescindible el ensayo en laboratorios de reconocido prestigio y según directrices estrictas con el fin de demostrar que el sistema es capaz de funcionar según los parámetros de diseño definidos.

Las directrices básicas que se utilizarán para el diseño y ejecución del sistema, es la siguiente:

Los criterios de diseño proyectados se basan en los requisitos dados en las reglas técnicas CEN y VdS y que son conformes a la especificación técnica CEN/TS14972:2011.

Los sistemas de protección contra incendios basados en el uso de agua nebulizada, carecen de una reglamentación obligatoria, por lo que se recurre al uso de la especificación técnica CEN/TS 14972:2011. Este documento proporciona información sobre los requisitos mínimos con los que debe contar un sistema de Agua Nebulizada para proporcionar una protección contra incendios adecuada.

En el caso específico de la protección de túneles carreteros, no existe ningún tipo de directrices para el ensayo de sistemas de agua nebulizada en este tipo de riesgos, por lo tanto las conclusiones extraídas de distintos proyectos de investigación (UPTUM, SOLIT) recomiendan que el sistema se diseñe con el propósito de mitigar los efectos del fuego.

2. DESCRIPCIÓN DEL RIESGO

Protección contra incendios mediante agua nebulizada del Falso Túnel sobre la A-8, que forma parte de la infraestructura de los nuevos accesos a Bilbao por San Mamés. Se trata de un túnel de una longitud total aproximada de unos 270 metros y anchura variable.

El riesgo específico de este proyecto es el de túnel carretero interurbano en el que no está permitida la circulación de vehículos de gran tonelaje. El escenario de fuego en todos los casos queda definido para el citado objetivo, con potencias estimadas de 5 y 30 MW.

Este tipo de riesgo implica a su vez la interacción con otros medios de protección como pueden ser la protección pasiva y los sistemas de ventilación que están previstos en la obra referenciada.

Se detalla gráficamente

Planta general del túnel

Tramo a proteger mediante agua nebulizada

Secciones del túnel en este tramo protegido mediante agua nebulizada



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.

Planta general del Falso Túnel sobre la A-8



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Planta del tramo a proteger con agua nebulizada



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Sección del túnel en el tramo a proteger mediante agua nebulizada

Dada las características intrínsecas de los riesgos a proteger, donde no se puede conseguir la estanqueidad mínima que permita el uso de sistemas de extinción de incendios por agentes gaseosos, el uso de sistema de extinción por Agua Nebulizada supone una alternativa eficaz y contrastada.

EFICACIA

La eficacia de los sistemas de extinción por agua nebulizada está altamente contrastada, pues todos los parámetros críticos de una instalación se definen en ensayos a escala real. Este método permite comprobar los criterios de proyecto de las redes de difusores y tiene por objeto evaluar

El tipo de difusor

Caudal mínimo del difusor

Distancia mínima y máxima entre los difusores

Distancias mínima y máxima del difusor al posible foco de incendio



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Presiones mínima y máxima de funcionamiento.

La idoneidad de estos sistemas se desprende del análisis de los mecanismos de extinción que utiliza.

Los criterios de diseño proyectados se basan en los requisitos dados en las reglas técnicas CEN y VdS y que son conformes al proyecto de norma prCEN/TS14972.

Los sistemas de protección contra incendios basados en el uso de agua nebulizada, carecen de una reglamentación obligatoria, por lo que se recurre al uso del proyecto de especificación técnica CEN/TS 14972:2010. Este documento proporciona información sobre los requisitos mínimos con los que debe contar un sistema de Agua Nebulizada para proporcionar una protección contra incendios adecuada. Proporciona la información sobre diseño, instalación y ensayo además de los criterios para la aceptación de estos sistemas para riesgos específicos. El correcto diseño del sistema de agua nebulizada debe cumplir con los puntos indicados en el citado proyecto de especificación técnica CEN/TS 14972:2010 con el fin de garantizar que un determinado riesgo esté correctamente protegido.

Ante la ausencia de un método general de diseño, el proyecto de especificación técnica CEN/TS 14972:2010 obliga a ensayar en escenarios de fuego a escala real de acuerdo a protocolos de ensayo emitidos por organismos de reconocido prestigio en este campo, como es el caso de IMO, VdS, FM, etc. Estos ensayos se realizan en laboratorios acreditados y con sobrada experiencia en este tipo de pruebas como SINTEF, VTT, SP, etc. Estos, emiten un informe indicando el resultado favorable de los ensayos, que permiten a un organismo certificador expedir un certificado que demuestra que un determinado sistema de agua nebulizada cumple con los requisitos indicados en unas determinadas directrices dadas por un cierto organismo.

Estos protocolos de ensayo, que describen las condiciones de prueba y los requisitos que debe cumplir el sistema de agua nebulizada; son altamente específicos (ensayos para camarotes de barcos, oficinas, espacios públicos, espacios de maquinaría, etc.) dando lugar a que resulte imposible cumplir el amplio espectro de riesgos para los que un sistema de agua nebulizada puede ser diseñado. Se debe realizar una asimilación del riesgo objeto de protección con alguno de los riesgos que cuenta con algún protocolo de ensayo. Además, en el caso de riesgos complejos, es decir, cuando se trate de proteger habitáculos donde se encuentren distintos riesgos se deberán combinar los distintos diseños.

MECANISMO DE EXTINCIÓN DEL AGUA NEBULIZADA

Existen tres mecanismos principales de extinción. Todos ellos actúan a la vez ante la presencia de un determinado fuego:

Absorción del calor de la llama o del fuego:

El enfriamiento de la llama produce la disminución progresiva y la extinción o control del fuego. El enfriamiento del combustible y los objetos de su alrededor también reduce el desarrollo del fuego. Al reducir el tamaño de la gota de agua se aumentará la superficie total de la masa de agua y aumentará la velocidad de absorción de calor. La energía se absorbe por la evaporación (paso de estado líquido a vapor). Con este efecto conseguimos que la temperatura de la fase gaseosa de la llama disminuya por debajo de la mínima requerida para mantener la reacción de combustión. Cabe destacar en este apartado que el agua que no se evapora no es efectiva, por tanto, para la extinción. La energía (cantidad de movimiento, velocidad) de las gotas es en este mecanismo muy importante ya que gotas demasiado pequeñas y/o con poca velocidad serán



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alejadas de la llama, mientras que gotas demasiado grandes y/o con mucha velocidad no se evaporarán completamente, siendo, por tanto, poco efectivas.

Desplazamiento de oxígeno:

La reducción del oxígeno en la llama puede ser obtenida mediante la inertización del recinto donde se encuentra el riesgo o mediante la reducción local del oxigeno en la propia llama. Las gotas de agua al pasar del estado líquido a vapor aumentan su volumen aproximadamente 1.800 veces (a 100 ºC y 1 bar). Si el paso de líquido a vapor se realiza con suficiente rapidez, el vapor de agua desplazará al aire alrededor de la llama. Si la cantidad de comburente (oxigeno) se reduce por debajo de determinados niveles, el fuego se extinguirá por sofocación. Es de sobra conocido que por debajo de niveles inferiores al 15 % en volumen de oxígeno, la reacción de combustión no tiene lugar.

Atenuación de la radiación:

La atenuación de la radiación limita la propagación del fuego a otras zonas al disminuir la radiación de calor a través del riesgo, evitando que el fuego se extienda a superficies de combustible que aún no han entrado en ignición. Este mecanismo no supone por si mismo un elemento de extinción pero conjugado con los anteriores realiza una función primordial en el desarrollo de un incendio.

VENTAJAS DEL AGUA NEBULIZADA

Las ventajas que presentan los sistemas de extinción mediante Agua nebulizada son las siguientes:

Economía, coste mínimo del agente extintor para las recargas

Agente extintor ecológico, no perjudica al medio ambiente

No conduce la electricidad al tratarse de finas gotas

Eficaz para fuegos de líquidos inflamables

Inocuidad para los equipos protegidos y para las personas

Daños por agua muy reducidos

Reducción drástica de la temperatura del recinto una vez activado el sistema

Mantenimiento del nivel de oxígeno

Lavado de humos y gases tóxicos solubles en agua

Previene la reignición

FINALIDADES DEL SISTEMA

Control del incendio: Limitación del crecimiento y propagación de un incendio mediante enfriamiento de los objetos, gases adyacentes y humedecimiento previo de combustibles. El



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tiempo de duración de la descarga es lo suficientemente largo como para permitir que la intervención manual se haga cargo de la lucha contra el incendio.

Supresión del incendio: Reducción brusca de la tasa de liberación de calor y prevención del recrudecimiento del fuego durante el tiempo de duración de la descarga.

Extinción del incendio: Después del tiempo de duración de la descarga del sistema, éste este es capaz de impedir la reactivación del fuego, hasta la desaparición total de materiales en combustión. Los sistemas son capaces de extinguir fuegos para la aplicación pertinente. Para conseguir este objetivo se requiere una rápida respuesta del sistema de detección y del sistema de extinción, además de un mayor intensidad en la extinción.

Barrera del incendio: complementando y reforzando las estructuras de protección contra incendios, previniendo la expansión del incendio a otras secciones, así como abatiendo el humo y otros gases procedentes de la combustión.

Retención del calor: Absorción de la cantidad de calor producida en los alrededores del objeto protegido, además del abatimiento del humo y gases generados, por último preservando la seguridad de las estructuras y las instalaciones.

El principio básico del sistema de agua nebulizada es la descarga de agua a alta presión a través de cabezas nebulizadoras, dando lugar a gotas de muy pequeño tamaño y a una velocidad de descarga muy elevada, lo que se traduce en una optimización de los recursos extintores del agua.

El sistema emplea como agente extintor agua potable a alta presión, y está basado en principios y tecnología hidráulica. La eficacia de los sistemas de extinción por agua nebulizada está altamente contrastada, pues todos los parámetros críticos de una instalación se definen en ensayos a escala real. Este método permite comprobar los criterios de proyecto de las redes de difusores.

La idoneidad de estos sistemas se desprende del análisis de los mecanismos de extinción que utiliza.

Ahora bien, en este riesgo concreto, protección de túneles carreteros, no existe ningún tipo de directrices para el ensayo de sistemas de agua nebulizada en este tipo de riesgos, por lo tanto las conclusiones extraídas de distintos proyectos de investigación (UPTUM, SOLIT) recomiendan que el sistema se diseñe con el propósito de mitigar los efectos del fuego.

Se deberá por tanto protocolizar los ensayos necesarios que nos permitan obtener los parámetros críticos de esta instalación, que se definen en ensayos de fuego a escala real. Y de este modo obtener los datos necesarios para la realización del proyecto, es decir:

El tipo de difusor

Caudal mínimo del difusor

Distancia mínima y máxima entre los difusores

Distancias mínima y máxima del difusor al posible foco de incendio



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Presiones mínima y máxima de funcionamiento.

3. PROTOCOLO DE ENSAYO

Por todo lo anterior, y ya que no existen ensayos protocolizados para este riesgo concreto, se hace necesario redactar un protocolo de ensayo que garantice las necesidades exigidas para esta protección.

En este caso, se considera el siguiente:

3.1 OBJETIVO Y ALCANCE DE LOS ENSAYOS

El objetivo de los ensayos descritos en el presente protocolo es el de evaluar la capacidad de control y supresión del sistema de agua nebulizada para controlar un incendio real declarado en un túnel carretero. La carga de fuego estimada para este tipo de fuegos es de alrededor de entre 5 y 30 MW con balsas de diesel y de 65 MW con pallets de madera por lo que en el presente documento se describen los requisitos de ensayo para simular, lo más fielmente posible, unas condiciones de fuego idénticas a las que se espera encontrar en un túnel real en caso de incendio.

Para ello se definen los siguientes objetivos:

-Caracterizar el sistema para su modelización e integración en modelos numéricos avanzados.

-Evaluar la capacidad de control del fuego del sistema de agua nebulizada de para un fuego real. Para ello se realizarán fuegos reales en balsas que contengan gasoil con una potencia estimada de 5 y de 30 MW y con pallets de madera con una potencia de fuego estimada de 65 MW.

-Evaluar la capacidad del sistema de agua nebulizada para reducir las temperaturas de los gases de combustión aguas abajo del foco del incendio y por lo tanto evaluar sus prestaciones para limitar los daños en el túnel y salvaguardar la integridad de la estructura y de las personas.

-Controlar la evolución de las temperaturas que tienen lugar durante el incendio con el fin de evitar que el fuego se propague a zonas adyacentes.

-Comprobar la visibilidad así como la concentración de oxígeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono antes y después de la activación del sistema de agua nebulizada.

3.2 DIMENSIONES DEL RECINTO DE ENSAYO

El recinto de ensayo se trata de un falso túnel fabricado semienterrado y construido en hormigón y que cuenta con las siguientes características:

-Longitud: 600 m

-Anchura en la base: 9,5 m



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-Altura máxima: 8,12 m

-Sección libre (sin falso techo): 66 m2

-Radio de curvatura mínimo: 400 m

-Pendiente longitudinal: 1 %

-Pendiente transversal: 2 %

-Galería de emergencia: 4 m de ancho por 2 de alto

-Salidas de emergencia: 3 (cada 150 metros)

Figura 1.- Sección del túnel

Figura 2.- Planta del túnel



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El área dentro del túnel donde se realiza el ensayo cuenta con las siguientes dimensiones:

-Altura: 5,2 m

-Anchura: 7,15 m

-Longitud: 78 mm

3.3 CARATERIZACIÓN DE FUEGOS DE ENSAYO

3.3.1. Balsas de combustible:

Están fabricadas en acero de 4 mm de espesor con una sección de 2,16 m2 (1,2 m x 1,8 m). La altura de la pared es de 0,4 metros. La superficie de cada una de estas balsas proporciona una tasa de liberación de calor potencial de 5 MW. De esta forma, en el escenario de ensayos con fuegos con una tasa de liberación de calor potencial de 5 MW la instalación de una única balsa será suficiente para conseguir este objetivo. En el caso de escenarios con una tasa de liberación de calor potencial de 30 MW, la instalación de 6 balsas idénticas entre sí proporcionarán esta potencia de fuego.

3.3.2 Pallets de madera:

Está compuesto por 140 pallets con dimensiones 1,2 x 0,8 metros y altura 0,12 metros. Este número de pallets proporciona una tasa de calor potencial de 65 MW.

P A LE T P A LE T

P A LE T P A LE T

P A LE T P A LE T

P A LE T P A LE T

P A LE T P A LE T

Figura 3.- Distribución pallets de madera



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3.4 INSTRUMENTACIÓN

La instrumentación indicada será la instalada en el túnel para poder realizar las mediciones necesarias durante el ensayo en condiciones de ensayo:

3.4.1. Termopares tipo K (cromo-aluminio).

Estarán instalados a distintas alturas por debajo del techo del túnel como se indica en las siguientes figuras. Su objetivo será medir la evolución de la temperatura en función del tiempo en distintos puntos. Se instalarán alrededor de 110 unidades. En las siguientes figuras se presentan su ubicación.

a) Ubicación de los termopares para fuegos de 30 MW (6 balsas)

Ø 3

"

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Fire

3PK

-360

Fire

2P

K-35

3Fi

re1

PK-3

49U

7PK

-342

D3

PK-3

65D

23PK

-385

D0

PK-3

62P

K-36

0

U0

PK-

349

U33

PK-3

16

U10

PK-3

39TE

CN

ALIA

D35

PK-3

97TE

CN

ALIA

Ø 38 mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

D11

3PK

-475

D16

3PK

-525

Aguas abajo del pk-396

D53

PK

-415

Figura 4.- Ubicación de los termopares para fuegos de 30 MW (6 balsas)



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D3-PK365

D53-PK415, D113-PK475

U33-PK316,D23-PK385, D163-PK525

U7-PK342, U0-Fire1-PK349, Fire2-PK353 Fire3-PK360

Termopares

D35-PK397, U10-PK339

Figura 5.- Ubicación de los termopares para fuegos de 30 MW (6 balsas)



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b) Ubicación de los termopares para fuegos de 5 MW (1 balsa)

Ø 3

"

U1

Fire

3P

K-3

60

U8

Fire

2P

K-3

53

U12

Fire

1P

K-3

49U

19P

K-3

42D

3P

K-3

65D

23P

K-3

85

D0

PK

-362

U45

PK

-316

U10

PK

-351

TEC

NA

LIA

U0

PK

-361

PK

-360

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

" D35

PK

-397

TEC

NA

LIA

D11

3PK

-475

D16

3P

K-52

5


D53

PK-

415

Figura 6.- Ubicación de los termopares para fuegos de 5 MW (1 balsa)



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D3-PK365

D53-PK415, D113-PK475

U45-PK316, D23-PK385,D163-PK525

U19-PK342, U12-Fire1-PK349, U8-Fire2-PK353 U1-Fire3-PK360

Termopares

D35-PK397, U10-PK351

Figura 7.- Ubicación de los termopares para fuegos de 5 MW (1 balsa)



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c) Ubicación de los termopares para fuegos de 65 MW (pallets de madera)

Ø 3

"

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

Fire

3PK

-360

U5

Fire

2PK

-353

U9

Fire

1P

K-34

9U

16PK

-342

D3

PK-3

65D

23PK

-385

D0

PK-

362

U42

PK-3

16

U10

PK-3

48TE

CN

ALIA

U0

PK-

358

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

" D35

PK-

397

TEC

NAL

IAPK

-360

D11

3P

K-47

5D

163

PK

-525


D53

PK-4

15

Figura 8.- Ubicación de los termopares para fuegos de 65 MW (Pallets de madera)



25 de 72 MIPCI

2011-2012

D3-PK365

D53-PK415, D113-PK475

U42-PK316, D23-PK385, D163-PK525

U16-PK342, U9-Fire1-PK349, U5-Fire2-PK353 Fire3-PK360

Termopares

D35-PK397, U10-PK348

Figura 9.- Ubicación de los termopares para fuegos de 65 MW (Pallets de madera)

3.4.2. Sondas para medición de la velocidad del aire en el túnel a través de su sección transversal.

Independientes de los sensores para la medición de velocidad que se instalarán para la determinación de la tasa de liberación de calor.



26 de 72 MIPCI

2011-2012

a) Ubicación de las sondas para la medición de velocidad del aire para fuegos de 30 MW (6 balsas)

Ø 3

"

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

D0

PK-3

62U

0P

K-3

49

U38

PK

-311

Ø 38 mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

U38-PK311

Velocidad del aire

Figura 10.- Ubicación de los anemómetros para fuegos de 30 MW (6 balsas)

b) Ubicación de las sondas para la medición de velocidad del aire para fuegos de 5 MW (1 balsa)



27 de 72 MIPCI

2011-2012

Ø 3

"

D0

PK-

362

U50

PK-

311

U0

PK-3

61

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

U50-PK311

Velocidad del aire

Figura 11.- Ubicación de los anemómetros para fuegos de 5 MW (1 balsa)



28 de 72 MIPCI

2011-2012

c) Ubicación de las sondas para la medición de velocidad del aire para fuegos de 65 MW (Pallets de madera):

Ø 3

"

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET D0

PK-

362

U47

PK

-311

U0

PK

-358

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

U47-PK311

Velocidad del aire

Figura 12.- Ubicación de los anemómetros para fuegos de 65 MW (Pallets de madera)



29 de 72 MIPCI

2011-2012

3.4.3. Set de fluxómetros.

Cuyo objetivo es la medición del flujo de calor por radiación. Su ubicación se indica en la siguiente figura:

a) Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 30 MW (6 balsas):

Ø 3

"

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

U12

PK

-337

D0

PK

-362

U0

PK

-349

Ø 38 mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

Figura 13- Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 30 MW (6 balsas)



30 de 72 MIPCI

2011-2012

b) Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 5 MW (1 balsa):

Ø 3

"

U24

PK

-337

D0

PK

-362

U0

PK-

361

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

Figura 14.- Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 5 MW (1 balsa)



31 de 72 MIPCI

2011-2012

c) Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 65 MW (Pallets de madera):

Ø 3

"

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

U21

PK

-337

D0

PK-

362

U0

PK-3

58

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

Figura 15.- Ubicación de los fluxómetros para fuegos de 65 MW (Pallets de madera)



32 de 72 MIPCI

2011-2012

3.4.4. Set de termopares de placa cuyo objetivo es la medición indirecta del flujo de calor por radiación.

Su ubicación se indica en la siguiente figura:

a) Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 30 MW (6 balsas):

Ø 3

"

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

D8

PK

-370

D0

PK

-362

U0

PK-

349

Ø 38 mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

D8-PK370

Figura 16.- Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 30 MW (6 balsas)



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2011-2012

b) Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 5 MW (1 balsa):

Ø 3

"

D8

PK-

370

D0

PK-3

62

U0

PK-3

61Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

D8-PK370

Figura 17.- Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 5 MW (1 balsa)



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2011-2012

c) Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 65 MW (pallets de madera):

Ø 3

"

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

PALETPALET

D8

PK-

370

D0

PK-

362

U0

PK

-358

Ø 38 mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø30

mm

Ø 38 mm

Ø 3

"

D8-PK370

Figura 18.- Ubicación de los termopares de placa para fuegos de 65 MW (pallets de madera)



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2011-2012

3.4.5. Analizadores de oxígeno, analizadores de dióxido de carbono y analizadores de monóxido de carbono junto con sondas para la medición de la velocidad del aire.

a) Distribución secciones para fuegos de 30 MW (6 balsas)

Analizador de CO , CO2 y O 2

D163-PK525

D163-PK525

Analizador de CO 2 y O2

Sondas m edición velocidad del a ire (HRR)

D163-PK525

Figura 19.- Secciones correspondientes a cada uno de los planos indicados en las anteriores figuras



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2011-2012

b) Distribución secciones para fuegos de 5 MW (1 balsa)

D163-PK525

Analizador de CO, CO2 y O2

D163-PK525

D163-PK525

Analizador de CO2 y O2

Sondas medición Velocidad del aire (HRR)




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c) Distribución secciones para fuegos de 65 MW (Pallets de madera)

D163-PK525

Analizador de CO, CO2 y O2

D163-PK525

D163-PK525

Analizador de CO2 y O2

Sondas medición velocidad del aire (HRR)


3.4.6. Cámaras de vídeo.

Para el seguimiento del ensayo y control de la visibilidad y estratificación de los humos.



38 de 72 MIPCI

2011-2012

3.4.7. Transmisores de presión.

Dos transmisores de presió, para medir las presiones de agua más desfavorables en cada uno de los ramales instalados.

3.4.8. Caudalímetro.

3.5 DOCUMENTACIÓN

Los siguientes parámetros tendrán que ser registrados:

-Modelo de difusor.

-Espaciado entre difusores (distancia entre ramales y distancia entre difusores de un mismo ramal).

-Presión en el difusor hidráulicamente más desfavorable.

-Caudal a través del difusor.

-Visibilidad.

-Condiciones meteorológicas en el exterior del túnel.

-Temperatura del aire en función del tiempo y de la distancia al foco del incendio.

-Consumo de oxígeno.

-Concentración de dióxido de carbono.

-Concentración de monóxido de carbono.

-Velocidad del aire.

Se medirán los siguientes tiempos:

-Ignición.

-Activación del sistema de agua nebulizada.

-Desactivación del sistema de agua nebulizada.

-Fin del ensayo.

El objetivo es realizar una adquisición de datos mediante una red de líneas de fibra óptica que serán enviadas a la sala de control desde donde se monitorizarán todas las mediciones tomadas.

Con los datos registrados se cumplirá uno de los principales objetivos del ensayo, que es la medida de la tasa de liberación de calor producida por el fuego en condiciones de control del



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2011-2012

fuego mediante el uso de agua nebulizada. Esto será posible mediante el uso de los principios de medición de consumo de oxigeno para medir esta tasa producida por el fuego.

Las sondas de temperatura ubicadas a lo largo del túnel servirán para obtener un perfil de temperaturas a lo largo del túnel en función del tiempo. Estos datos servirán para valorar la posibilidad de que el fuego pueda propagarse a otras zonas adyacentes al foco del incendio. Además, dos sondas, una ubicada 10 m aguas arriba y otra ubicada aguas abajo a 35 m servirán para obtener medidas clave en el criterio de aceptación del sistema.

La boca del túnel situada aguas debajo del fuego (PK-525) será el lugar indicado para determinar las medidas de velocidad del aire ya que se trata de una sección del túnel con dimensiones conocidas. En este punto se realizarán las medidas de velocidad del aire destinadas a la determinación de la tasa de liberación de calor por parte del fuego mediante el método de calorimetría por consumo de oxígeno.

3.6 SISTEMA DE AGUA NEBULIZADA

El sistema de agua nebulizada estará constituido por tres secciones de 24 metros que en total abarcan 72 metros. Esta estará dividida en una sección constante de 55 metros de longitud y dos zonas variables de 7,5 metros. La red de distribución estará compuesta por dos filas de difusores que, en función de los resultados obtenidos en los preensayos podrá ser ampliado a tres.

Cuando el sistema se ponga en marcha el agua nebulizada será descargada a través de las tres secciones de tal forma que se simule la configuración final del sistema real. El foco del incendio estará centrado en el ramal intermedio de los tres.

3.7 ESCENARIO DE FUEGO

3.7.1. General

a) Balsas de gasóleo

El gasóleo será vertido en balsas de dimensiones 1,2 m x 1,8 m sobre una cama de agua. La cantidad de combustible será el necesario para que éste pueda realizar un precalentamiento de 5 minutos. Sumado a esto deberá haber cantidad suficiente como para que arda libremente durante, al menos, 40 minutos. Además la cantidad de energía liberada por el fuego producido al arder el combustible será de alrededor de 5 MW para cada balsa.

Se plantean dos escenarios de fuego:

-Fuegos de 5 MW: Dado que cada balsa tiene una potencia de fuego de 5 MW se utilizará una única balsa situada en el centro de la zona de ensayo.

-Fuegos de 30 MW: Dado que cada balsa tiene una potencia de fuego de 30 MW se utilizarán 6 balsas que, unidas, proporcionarán un fuego de la potencia requerida.

b) Pallets de madera

Está compuesto por 140 pallets con dimensiones de dimensiones 1,2 x 0,8 metros y altura 0,12 metros. Este número de pallets proporciona una tasa de liberación de calor potencial de 65 MW.



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2011-2012

Las dimensiones totales del conjunto de pallets es de una longitud de 4 metros, una anchura de 2,4 metros y una altura de 2 metros. Este conjunto está situado en una plataforma de una altura de 1 metro con el fin de proteger la banda de rodadura del túnel.

3.7.2. Condiciones de ensayo

Los ensayos se realizarán de la siguiente manera:

a) Balsas de gasóleo:

-El fuego será encendido manualmente.

-El tiempo de precalentamiento será de 5 minutos.

-El combustible empleado será gasóleo.

-La velocidad del aire, para ambas potencia de fuego (5, 30 MW) será de:

-0 m/s

-3 m/s

-5 m/s

b) Pallets:

-El fuego será encendido manualmente.

-El tiempo de precalentamiento será de 3 minutos como mínimo. Si después de estos 3 minutos se ha alcanzado la temperatura de 900 ºC se pone en marcha el sistema de agua nebulizada, si no es así se espera a que se llegue a esta temperatura hasta un tiempo máximo de 5 minutos.

-El combustible empleado pallets.

-La velocidad del aire será de:

-3 m/s

3.8 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

El ensayo se considerará satisfactorio si:

-La tasa de liberación de calor producida por el fuego no supera la medida en el instante inmediatamente anterior a producirse la descarga de agua nebulizada transcurrido un tiempo que será definido en función de los resultados obtenidos durante los ensayos preliminares a realizar.

-La temperatura medida a 35 metros de distancia del borde de la última balsa aguas abajo y a una altura de 1,5 metros respecto al suelo no es mayor o igual a 50 ºC transcurrido un tiempo desde que se ha puesto en marcha el sistema de agua nebulizada. Este tiempo será determinado



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en función de los resultados de los ensayos preliminares a realizar y por lo tanto deberá ser definido.

-La temperatura medida a 10 metros de distancia del borde de la última balsa aguas arriba y a una altura de 1,5 metros respecto al suelo no experimenta un incremento mayor o igual a 5 ºC, respecto a la temperatura medida en el instante anterior a la ignición del fuego, transcurrido un tiempo que deberá ser determinado en función de los resultados de los ensayos preliminares que se van a realizar y por lo tanto está por definir.

-El flujo de calor medido a 10 metros aguas arriba de distancia del borde de la última balsa aguas arriba y a una altura de 1,5 metros respecto al suelo no es mayor o igual a 2 kW/m2 transcurrido un tiempo que deberá ser determinado en función de los resultados de los ensayos preliminares que se van a realizar y por lo tanto está por definir.

-El flujo de calor medido a 15 metros aguas debajo de distancia del borde la última balsa aguas abajo y a una altura de 1,5 metros respecto al suelo no es mayor o igual a 5 kW/m2 transcurrido un tiempo que deberá ser determinado en función de los resultados de los ensayos preliminares que se van a realizar y por lo tanto se deberá definir durante estas pruebas.

4. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Una vez instalado en el escenario de ensayo el sistema de agua nebulizada y la instrumentalización definida en el protocolo de ensayo, siguiendo de manera precisa las instrucciones definidas, se comprueba la ventilación.

En este caso concreto, para el protocolo de ensayo antes definido se han realizado 22 ensayos de fuego a escala real, en presencia de distintos laboratorios de reconocido prestigio SINTEF, EFECTIS HOLANDA, EFECTIS IBERICA, AFITI-LICOF, TECNALIA, y obviamente TST que realizan las comprobaciones y mediciones necesarias antes y durante el ensayo.

Durante los ensayos, estos laboratorios han tomado de forma precisa los resultados que la instrumentalización, resañada en el protocolo de fuego de ensayo, han sido descriptos, para posteriormente poder evaluar el sistema.

Una vez realizados los ensayos de fuego a escala real los laboratorios emiten un informe donde se describe el procedimiento seguido para la realización de los ensayos realizados, en este caso, en el túnel de ensayo TST así como los resultados obtenidos. Posteriormente emitirán certificado de los mismos.

Para poder tener una visión global del trabajo realizado y del alcance del informe que emiten los laboratorios se muestra el índice del borrador al informe realizado por EFECTIS IBERICA:



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Los efectos que el sistema de agua nebulizada ejerce sobre el fuego en los escenarios protocolizados se estudian considerando:

Efecto del sistema en el desarrollo del fuego y el humo y velocidad de cesión de calor (Heat Release Rate, HRR)

Efecto del sistema en el ambiente:



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Limitación de la temperatura desarrollada en el hormigón estructural del túnel (protección pasiva)

Mejora de las condiciones durante la evacuación de las personas (temperatura y radiación) aguas abajo y aguas arriba del incendio.

Por todo lo explicado anteriormente, la interpretación y utilización de los resultados incluidos en este tipo de informe estará sujeta a los condicionantes siguientes:

Las conclusiones y resultados de los informe son aplicables únicamente a las condiciones de los ensayos realizados bajo las hipótesis especificadas en cada uno de ellos, según su protocolo de ensayo.

La interpretación y valoración correcta de los resultados de un informe se debe realizar considerando el documento de manera integral, en ningún caso parcial o sesgada.

DIFUSOR EMPLEADO

Estos ensayos concretos se realizaron con el difusor de alta presión fabricado por RG-SYSTEMS tipo abierto modelo EMM-20-865-750.

La distancia entre los difusores en los ensayos fue de 3,2 m. Existiendo, por tanto, un total de 46 difusores repartidos entre las dos líneas de las 3 secciones, resultando 8 unidades por línea de las dos primeras secciones y 7 por línea de la tercera sección (la más próxima a la boca Norte del túnel).

El factor K de los difusores de 4,2 lpm/bar0.5

Presión de operación de 80 bar

Los difusores no se cambiaron de un ensayo a otro, se mantienen siempre los mismos.

Se muestra ficha técnicas de este difusor ensayado:



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CONSIDERACIONES ADICIONALES

En estos ensayos y ya que los sistemas de agua nebulizada se pueden ver fuertemente afectados por la ventilación del túnel dependiendo del tamaño de la gota de los difusores, se compara el desplazamiento del ángulo de descarga entre los ensayos realizados.

Para ello se colocaron 12 cubos en el suelo en distintas posiciones bajo el sistema de agua nebulizada instalado, 6 parejas de cubos (en la línea central del túnel y en línea con los termopares, los cubos de cada pareja separados 2 m entre sí), además de dos cubos adicionales en la línea central, y de esa manera poder analizar el desplazamiento del chorro.

Para conseguir información sobre la visibilidad aguas abajo del incendio se instaló una cámara adicional al nivel del suelo, enfocando a 3 grupos de focos distanciados de ella 10 m, 20 m y 40 m.

Cada grupo estaba constituido por dos lámparas led a 0,60 m y a 1,60 m de altura.

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Los resultados de los ensayos incluiran:

Breve descripción de los resultados se incluyen observaciones, fotografías y un resumen de las gráficas más representativas.

Velocidad de cesión de calor (Rate of Heat Release)

Velocidades del aire en una sección concreta en función del modelo de fuego ensayado.

Caudal de agua a la entrada del grupo de presión

Presiones en los difusores más alejados

Temperatura del gas en secciones concretas en función del modelo de fuego ensayado.

Temperatura del gas en el punto central del techo

Temperatura medida por los termopares placa en el punto central del techo en las secciones anteriores.

Las gráficas anteriores ofrecen una muestra rápida de los resultados obtenidos.

Aún así se incluye un breve comentario a los resultados durante los 15 primeros minutos de cada ensayo.

En este intervalo de tiempo se producen los efectos más pronunciados del efecto de la supresión. Los resultados completos de los ensayos se encontrarán en otro anexo.

Este es el resultado de uno de los ensayos realizados:



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La línea continua azul presente en las gráficas representa el tiempo durante el cual el sistema de agua nebulizada estuvo activo.

Debido al método utilizado en la medición del Heat Release Rate (HRR) existe un retardo de aproximadamente100 s en el tiempo de recogida de datos. Este retardo es debido al tiempo que tardan los gases en llegar a la sección de la instrumentación más el tiempo desde las sondas hasta el analizador, que se encuentra en la galería subterránea del túnel.

Balsas de acero. Fuego de gasoil de 5 MW

Balsas de acero. Fuego de gasoil de 30 MW

Ignición de pallets



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Una vez emitido el informe se obtiene un test report similar al que se muestra, pero para el protocolo de fuego realizado.



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5. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

5.1 DESCRIPCION

El sistema de agua nebulizada previsto es de Alta Presión, de acuerdo a la definición de la especificación técnica CEN/TS 14972:2011 (punto 3.7.) y opera utilizando tubería seca y válvulas de activación por zonas.

El diseño propuesto es por lo tanto un sistema de diluvio activado por zonas, que funciona sólo con boquillas abiertas fijadas a un sistema de tubería.

Este sistema está diseñado para actuar contra el fuego utilizando la máxima presión y circulación de agua disponible en la zona o grupo de zonas dimensionadas.

El colector principal de distribución, que discurre en el túnel en forma de anillo cerrado, se mantiene lleno de agua con una presión de stand-by, las válvulas de zona se utilizan para activar las diferentes cabezas nebulizadoras de la zona. A partir de la válvula de zona la tubería es seca.

Una vez que se abra dicha válvula, automática o manualmente, el agua se descargará por todas sus boquillas simultáneamente, obteniendo una densidad de flujo homogénea en toda la zona.

Existen 21 zonas de descarga, con la posibilidad de activar simultáneamente un máximo de 3 zonas. La longitud de cada zona está entre 17,5 y 31,5 m, por lo que la longitud de cobertura mínima es de 59,5 metros y de 92,3 m. como máximo.

Este diseño requiere de 45 a 49 boquillas (situación más desfavorable) abiertas paraser instaladas en cada zona de descarga entre 5 y 9 líneas (el número total deboquillas en el túnel será de 954 uds).

El factor K nominal de la boquilla abierta es de 4.2 la cual ha sido utilizada en los ensayos a escala real realizados en el Centro Experimental San Pedro de Anes durante el mes de Abril de 2012. Dichos ensayos han demostrado que los difusores modelo EMM-20-865-750 han superado las pruebas con combustibles sólidos y líquidos con potencias entre 30 y 75 MW, utilizando presiones en difusor de 45 bar hasta 80 bar. A partir de 60 bar se fija que el 99% de las gotas tiene un tamaño inferior a 1000 micras, por lo que la presión en los difusores debe ser superior a los 60 bar.

La presión nominal de trabajo en la boquilla prevista es de 67 bar.

El caudal de agua mínimo será por tanto de 34,4 l/min, lo que implica un caudal teórico de agua de 5.006,8 litros para las tres zonas de mayor consumo de agua, consideradas comomás desfavorables, siendo el caudal real según cálculos de 5.030,9 litros/min (ver cálculos hidráulicos adjuntos).

La distancia entre las boquillas será de 3,2 metros longitudinalmente y 3,5 metros deforma transversal.

El sistema por tanto, será capaz de aportar una densidad de agua de 0,51 l/min/m³ simultáneamente en las tres áreas adyacentes con mayor volumen del conjunto del trazado de los túneles.



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El caudal necesario lo proveerían 6 unidades de bombeo modelo UAP840J. El grupo incluye 6 grupos de bombas principales y una bomba jockey, cada grupo con su correspondiente cuadro de control y mando. El colector de impulsión cuenta con válvulas de seguridad (para evitar sobrepresiones), una válvula de corte principal, una válvula de pruebas, un manómetro (0-300 bar) y un traductor de presión para comandar la lógica de actuación del grupo de bombeo.

El número de sala de bombas será de uno.

El dimensionado de la reserva de agua es para un tiempo de actuación de al menos 40 minutos. Las dimensiones del depósito de reserva de agua para este servicio es de 8,03 x 7,81 m y altura útil 4,7 m, por lo tanto se dispone de 294,73 m3.

De acuerdo a las condiciones de descarga más desfavorables hidráulicamente, se requiere 5,031 m3/min por lo que se dispone de una reserva para 57 minutos aproximadamente, por lo tanto suficiente para la autonomía mínima requerida.

5.2. COMPONENTES DEL SISTEMA.

Los componentes fundamentales del sistema serán los siguientes:

• Grupos de bombeo de alta presión, capaces de suministrar los caudales y potencias requeridos.

• Bomba jockey.

• Armarios de control y protección de los grupos de bombeo.

• Armarios de control de las válvulas de actuación de zona.

• Colector principal, con accesorios.

• Colectores auxiliares y ramales de distribución.

• Accesorios, soportes.

• Boquillas de dispersión del agua nebulizada.

• Integración con sistema de control de los túneles.

• Sub-PLC’s de control.

• Cableado de control de las válvulas, resistente al fuego.

Grupos de bombeo de Alta Presión.

Compuesto por grupo bomba-motor de 260kw. Con capacidad de suministro hasta 840 l/min. Equipado con cuadro de mandos y maniobras, válvula de sobre-presión, transductor de presión 0-250 bar, válvula antirretorno, manómetro 0-315 bar, colector de aspiración de 4" y colector de impulsión de 3". Todo ello montado sobre bancada de acero al carbono en un solo bloque.



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Bomba Jockey.

Este dispositivo es una bomba usada para mantener la presión piloto en la red de distribución. El motor eléctrico con el que está equipada proporciona la energía necesaria para que la bomba proporcione un caudal máximo de 46 lpm @ y una presión potencial máxima de 160 bar.

Armarios de Control y protección de los grupos de bombeo.

Realizan el control y el mando de cada grupo de bombeo. Cuando los selectores de las bombas se encuentran en posición automática y se detecta un ligero descenso de la presión en la red de descarga se pone en marcha la bomba jockey. Una vez alcanzada la presión adecuada esta bomba detendrá su funcionamiento, quedando el sistema en reposo. En caso de que este descenso se deba a la apertura de una o más válvulas de zona, ésta bomba no podrá compensar la pérdida de presión y se pondrá en marcha la bomba o las bombas principales.

Los elementos que componen el cuadro de control son los siguientes:

Bombas principales:

• Voltímetro: Mide tensión las tres fases de entrada en una escala de 0-500 V.

• Amperímetro: Mide el consumo que está pasando por la fase central de la línea de la bomba principal o las bombas principales midiendo la intensidad de línea.

• Cuenta horas: totalizador del tiempo que está funcionando la bomba principal o las bombas principales.

• Piloto de demanda de arranque: indica la demanda de arranque de la bomba principal o de las bombas principales.

• Piloto indicador de fallo de arranque: indica el fallo de arranque de la bomba principal o de las bombas principales.

• Piloto indicador de bomba en funcionamiento: confirma la puesta en marcha de la bomba principal o de las bombas principales.

• Piloto energía no disponible bomba principal: indica que no llega energía a la bomba o bombas principales.

• Selector de la bomba principal (MAN-0-AUT): Selector de tres posiciones, en manual la bomba principal arranca y para con este mismo selector cuando se coloca en cero (0). En posición cero la bomba no arranca independientemente de cualquier señal recibida del autómata programable. En automático arranca en función de la presión medida por medio del transductor de presión en el colector de impulsión del grupo de bombeo. Cuando esta presión está por debajo de 8 bar, el autómata decide la puesta en marcha de la bomba.

• Prueba lámparas. Silenciado sirena: Al pulsarlo se comprueba que la falta de iluminación de los indicadores luminosos del panel se produce por el normal funcionamiento del sistema y no porque se haya inutilizado el propio indicador. Además produce el silenciamento de la sirena en caso de que esta haya comenzado a sonar.

• Sirena: produce una señal audible cuando se declara una alarma en la tarjeta.

Alarmas:



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• ALTO NIVEL DE AGUA EN DEPÓSITO: Un detector de nivel de máxima envía una señal al cuadro de control que realiza la indicación de que se ha superado un cierto nivel en el tanque de almacenamiento de agua.

• BAJO NIVEL DE AGUA EN DEPÓSITO: Un detector de nivel de mínimo envía una señal

• al cuadro de control cuando el nivel de agua desciende de un cierto valor de forma que se produce la indicación de este hecho en el cuadro de control.

• VÁLVULA PRINCIPAL CERRADA. SISTEMA NO OPERATIVO: Un final de carrera ubicado en la válvula de corte principal envía una señal e indica que la válvula de bola situada entre el colector de impulsión del grupo de bombeo y la red de descarga se encuentra cerrada y que por lo tanto el sistema no se encuentra en fase operativa.

• VÁLVULA DE TEST ABIERTA. SISTEMA NO OPERATIVO: Produce el aviso de que la válvula de bola colocada en el extremo del colector de impulsión y que se emplea para la realización de pruebas del grupo de bombeo está abierta y por lo tanto el sistema no está operativo. El cuadro de control toma la señal procedente de un final de carrera ubicado en la válvula de test.

Bomba jockey:

• Cuentaimpulsos: Totalizador de impulsos que cuenta uno cada vez que se pone en marcha la bomba jockey.

• BOMBA EN MARCHA: confirma la puesta en marcha de la bomba principal o de las bombas principales.

• DISPARO TÉRMICO: indica que se encuentra disparada la protección térmica de la bomba jockey.

Selector de la bomba jockey (MAN-0-AUTO): Se trata de un interruptor de tres posiciones. En su posición de manual, la bomba jockey arranca y es parada cuando este mismo mando pasa a posición cero (0). En este mismo estado la bomba no arranca independientemente de la señal recibida del controlador. Cuando el selector pasa a posición automática, si se detecta un descenso de la presión por debajo de 11 bar, se pone en marcha la bomba jockey y por lo contrario si esta presión pasa de 15 bar (UAPJ tipo 1) o 30 bar (UAPJ tipo 2) la bomba jockey se detiene.

Armarios de control de las válvulas de actuación de zona.

Están compuestas por una válvula de bola normalmente cerrada, un cilindro neumático, una electroválvula de apertura eléctrica y un actuador manual para la apertura manual. Una señal eléctrica abre la electroválvula correspondiente a la válvula direccional del riesgo que se pretende proteger, de esta forma al activarse el botellín piloto de nitrógeno o el cartucho de nitrógeno la presión de éste hace que se desplace el pistón de la válvula correspondiente abriéndose ésta.

En caso de que falle la solenoide o la detección, el sistema puede utilizarse de modo manual a través de su cabezal manual. Girando la palanca de dicha válvula 90º, la presión procedente del botellín piloto mueve el cilindro neumático permitiendo la apertura de la válvula direccional.



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A continuación se puede ver un detalle de la válvula de actuación de zona y los componentes de la misma.

Nº Descripción

1 Cabezal del actuador manual

2 Conector del actuador eléctrico

3 Válvula

4 Cartucho de Nitrógeno

5 Manómetro

6 Unión de ¼”

7 Adaptador de ¼” – ¼”

8 Tapón de ¼”

9 Tuerca de unión

10 Tubería

11 Válvula de bola

12 Codo

13 Manguito

14 Interruptor de presión



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El esquema de principio de las válvulas de actuación de los diferentes sistemas, puede verse a continuación (en el esquema se muestran únicamente tres válvulas).

Colector Principal.

El Colector principal de distribución es la red de tubería que discurre desde la sala de bombas, conectada a la impulsión común de los grupos, hasta el falso túnel, y en forma de anillo cerrado, da servicio a los diferentes sistemas. A este colector principal se conectan las válvulas de actuación de zona.

Esta red estará ejecutada en tubería de acero inoxidable AISI 316 de 114,3 x 5,8 mm. (ver cálculos hidráulicos adjuntos para justificación de dimensionado) y tratado térmicamente y limpiado interiormente.

Las uniones entre tramos y los accesorios utilizados para cambios de dirección y derivaciones serán válidos para soldadura.

Colectores auxiliares y ramales de distribución.

Los colectores auxiliares y ramales de distribución serán de acero Inoxidable AISI 316 de diámetros de acuerdo a cálculos hidráulicos, tratado térmicamente y s/DIN 2462 DIN 2463 (tolerancias de diámetro de acuerdo a la clase D4) , y limpiado interiormente.



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El corte de los tubos deberá hacerse siempre con sierra eléctrica o manual, no puede emplearse nunca cortatubos de rueda ni desbarbadora o radial. Todos los cortes se realizarán en ángulo recto y una vez realizado deberá ser desbarbado y pulido.

Accesorios y soportes.

Las uniones de las tuberías serán realizadas con conexiones mediante accesorios de tuerca con bicono PN 315 (DIN 2353). Estas conexiones incluyen Tes, entronques normales, entronques reducidos, bloques de distribución, etc.

Los Bloques de distribución estarán fabricados en acero inoxidable para ser utilizados en sistemas de protección contra incendios mediante agua nebulizada. Equivalen a cruces o Tes reducidas y se utilizan para derivar ramales de menor diámetro partiendo de un colector principal. Se suministra con sus correspondientes tuercas y anillos en bicono. PN 315 (DIN 2353).

Las Tes estarán fabricadas en acero inoxidable para ser utilizados en sistemas de protección contra incendios mediante agua nebulizada. Se utilizan para derivar ramales partiendo de una tubería de igual diámetro. Se suministra con sus correspondientes tuercas y anillos en bicono. PN 315 (DIN 2353).

Las Tes Directas estarán fabricadas en acero inoxidable que permite la conexión de cualquier difusor en su parte inferior sin necesidad de usar cualquier otra pieza o adaptador. Están diseñadas para ser utilizadas en sistemas de protección contra incendios mediante agua nebulizada.



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Toda la tubería debe ser instalada de acuerdo con la mejor práctica comercial. El sistema de tubería deberá asegurarse con soportes de acuerdo con su expansión y contracción.

Los soportes de tubería deben ser adecuados para las condiciones ambientales, para las temperaturas esperadas, incluidos los esfuerzos inducidos en las tuberías por variaciones de temperatura, deben ser capaces de soportar las cargas dinámicas y estáticas previstas.

Los soportes de las tuberías deben diseñarse y especificarse de acuerdo con el manual de diseño e instalación de RG-SYSTEMS y con el mismo nivel de seguridad descrito en la norma CEA 4001.

Deberán ser los adecuados para las condiciones ambientales, para la temperatura esperada, incluidos los esfuerzos inducidos en las tuberías por variaciones de temperatura, y deben ser capaces de soportar las cargas dinámicas y estáticas previstas.

Los soportes de la tubería deben colocarse cercanos a las uniones de la tubería.

La longitud del tramo de tubería sin soporte, hasta un difusor no sobrepasará los 25 cm.

En el final de un ramal el último soporte no estará a más de 25 cm. del extremo.

Las abrazaderas y otros elementos de soporte deberán rodear totalmente el tubo y ser cerrados.

El tipo de soporte puede variar en función del medio utilizado: soldadura cuando la sujeción es a partes o estructuras metálicas, tirafondos de madera cuando la fijación es a madera y tacos de expansión de metal cuando la fijación sea en hormigón o ladrillo. Esta última posibilidad es la utilizada en el presente caso.

Se deberá considerar antes de la selección de los tacos, pernos de anclaje y otros elementos que se fijen a las estructuras, la penetración de los mismos y distancias a las varillas de armadura del hormigón.

Boquillas difusoras.

Serán de acero inoxidable, para soportar las condiciones de ventilación y para resistir las exigentes condiciones ambientales encontradas en los túneles.

Sin bulbos de cristal para su activación y coeficiente de descarga K 4,2

Todos los componentes estarán diseñados para facilitar el mantenimiento.

Estarán equipadas con filtros y se unirán a la tubería de distribución mediante anillo progresivo en bicono.

Las boquillas funcionarán a una presión mínima de 67bares, según se ha probado en los ensayos realizados. La presión nominal será 150 bar y la presión de prueba 1,5 veces la presión de trabajo.



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5.3 INTEGRACIÓN CON EL SISTEMA DE CONTROL DEL TÚNEL.

El sistema de control general recibirá y enviará las señales correspondientes y de acuerdo al Protocolo de Actuaciones a establecer.

Se prevén las siguientes señales a integrar:

Zona Norte del Túnel (Sistemas A a K):

11 Señales (a enviar) de activación de válvulas de diluvio. 24 Vcc

11 Señales para recoger el estado de presión en el cartucho de N2.

11 Señales para recoger el estado de la válvula de corte de cada sistema.

Zona Sur (sistemas (L a V):

10 señales (a enviar) de activación de válvulas de diluvio. 24 Vcc.

10 Señales para recoger el estado de presión en el cartucho de N2.

Sala de Bombas Contactos libres de tensión:

1 Señal (a enviar) de arranque de bombas.

1 Señal a recoger nivel de agua normal en depósito de reserva.

1 Señal a recoger de bajo nivel de agua en depósito de reserva.

6 Señal a recoger de válvula de corte general cerrada.

1 Señal de válvula de TEST abierta (sistema no operativo).

7 Señales a recoger de Fallo de tensión (una por cada cuadro).

7 Señales a recoger de Grupo de Bombas en estado manual.

6 Señales a recoger de Grupo de Bombas en Marcha (la Jockey no recogemos).

4 Señales a recoger del Grupo de bombeo de trasiego (Falta tensión, Bomba en marcha, válvula de impulsión cerrada, Bomba en estado manual)..

4 Señales en reserva.



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5.4. ACTIVACIÓN DEL SISTEMA.

La activación del sistema se producirá con anterioridad a que el fuego en elinterior del túnel alcance una potencia de desarrollo de 30 MW. Y se realizará de acuerdo a los criterios indicados en el Protocolo de Actuaciones y Manual de Explotación del Túnel.

En cualquier caso, podrá realizarseautomáticamente desde el centro de control, tras el análisis de las señales del sistema de detección de incendios/DAI, etc., obien manualmente desde los cuadros de control de cada válvula o también si así se requiere desde un cuadro de activación de las 21 posibilidades de actuación (17 activaciones de 3 válvulas de zona más 4 activaciones de 2 válvulas de zona).

El sistema comienza a funcionar si se permite el paso de agua a las zonasseleccionadas respetando el número máximo de 3 adyacentes. Para permitir dichopaso de agua es preciso realizar una apertura de la válvula de seccionamientocorrespondiente a cada zona.

Esta apertura se podrá realizar de dos maneras:

Por señal desde el puesto de mando.

Por señal desde el panel de control ubicado en la salida de emergenciaactuando sobre la seta correspondiente.

La apertura de la válvula producirá un arranque automático de los grupos de bombeonecesarios aunque se debe enviar la señal de arranque desde el sistema de controlprincipal.

Parada del sistema.

Los grupos de presión se deben parar en sus propios cuadros de actuación. Pararealizar la parada de los mismos es necesario que el caudal de circulación a travésde las tuberías sea cero. Esto se consigue cerrando las válvulas de seccionamientoabiertas.

Las válvulas direccionales pueden cerrarse de dos maneras.

Si la señal de apertura se originó en el Puesto de Mando hay que inhibir dicha señal.

Si la señal de apertura se originó en el panel de control local hay que inhibir dichaseñal.

Las válvulas deben cerrarse manualmente en el armario correspondiente situado en el túnel.

Lógica de actuación:

Se establece como principal medio que inhibe los demás, la apertura de válvulas de seccionamiento desde la propia caja de la válvula.

Notas a considerar:

Una vez activada una seta en el panel de control el resto quedan sin operatividad, así como el resto de paneles de otras salidas de emergencia y la apertura desde el centro de control.



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Una vez activada una seta en el panel de control sólo se podrán cerrar las válvulas abiertas desactivando dicha seta.

Si se activa el sistema mediante la apertura de válvulas desde el centro de control deberá inhibirse la apertura desde los paneles de las salidas de emergencia, con el fin de no sobrepasar el número máximo de válvulas a abrir.

Existe la posibilidad si se abre desde la propia caja de la válvula de zona a programar que se abran otras dos válvulas de zona a la vez, anteriores, laterales o siguientes (dependiendo de la posición, respecto al fuego, de la válvula abierta).

5.6 CALIDAD DEL AGUA PARA EL SISTEMA

El suministro de agua debe estar basado en agua potable. El suministro de agua se puede hacer a través de una conexión con el sistema público de suministro de agua, teniendo siempre en cuenta los requisitos y restricciones de las autoridades de distribución de agua.

El agua deberá estar libre de fibras u otras partículas en suspensión responsables de causar acumulaciones en el sistema de distribución. En la red de tubería no se deberá retener ni sal ni aguas salobres.

No se permiten aditivos en el agua para el sistema.

Se debe filtrar el agua de aportación mediante filtros apropiados.

Se utilizarán filtros, fabricados en polipropileno, ya que se trata de un material resistente a la corrosión. La dirección del flujo se da en el cuerpo del sistema de filtros. Se instalan en la



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conexión de suministro de agua de red. Además es posible desmontar el filtro y quitar las partículas sin extraer su alojamiento.

Todas las piezas se construyen de tal forma que un montaje erróneo sea obvio. Están diseñados detal forma que aquellas esferas con un diámetro mayor de 0,8 veces el mínimo canal del difusor no puedan atravesar el filtro y prevenir que cualquier partícula arrastrada por la red de tuberías pueda obstruir los orificios de descarga del difusor.

5.6 RESUMEN DE MEDICION DECOMPONENTES DEL SISTEMA

La lista de quipos principales del sistema puede comprobarse a continuación.

CANT. . CONCEPTO

CAP.- 1 SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA

6 UD GRUPO DE BOMBEO DE ALTA PRESIÓN MODELO RGS-W-FOG UAP840J Compuesto por grupo bomba-motor de 228kw. con capacidad de suministro hasta 840 l/min. Equipado con cuadro de mandos y maniobras, válvula de sobrepresión, transductor de presión 0-250 bar, válvula antirretorno, manómetro 0-315 bar, colector de aspiración de 4" y colector de impulsión de 3". Todo ello montado sobre bancada de acero al carbono en un solo bloque. El grupo incorpora también una bomba jockey para compensar pequeñas fluctuaciones de presión en la red.

6 UD SISTEMA DE LLENADO DE DEPÓSITO PARA 840 LPM.

21 UD VÁLVULA DIRECCIONAL DE 2"+ARMARIO

954 UD DIFUSOR ABIERTO MODELO EMM-20-865-750

18 UD "T" INOX. DE 16 PARA UNIÓN DIRECTA A DIFUSOR (TUERCAS EN ACERO CARBONO)

936 UD "T" INOX. DE 25 PARA UNIÓN DIRECTA A DIFUSOR (TUERCAS EN ACERO CARBONO)

795 M TUBERÍA 114,3 x 5,8 mm AISI 316 c/s Incluso accesorios, soportes y pequeño material.

263 M TUBERÍA 60,3 x 3,9 mm AISI 316. Incluso accesorios, soportes y pequeño material

2.854 M TUBERÍA 25 x 2 mm AISI 316. Incluso accesorios, soportes y pequeño material.

48 M TUBERÍA 16 x 2 mm AISI 316. Incluso accesorios, soportes y pequeño material



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5.7 CALCULOS HIDRÁULICOS

Se ha calculado íntegramente el sistema tanto cada sistema individualmente como en todas sus posibilidades de funcionamiento de acuerdo a los parámetros establecidos, es decir tres zonas adyacentes activadas simultáneamente.

Las condiciones de funcionamiento a cumplir por los sistemas son:

• Difusores: EMM-20-865-750 de K 4,2.

• Presión mínima en difusor: 67 bar.

• Caudal por difusor: 34,4 lpm

Ante cualquier modificación significativa en la instalación se deberá calcular de nuevo la(s) sección(es) afectadas para determinar el grado de afectación, adoptar las medidas oportunas con objeto de evitar comprometer la eficacia del sistema.

Los siguientes cálculos muestran los resultados de cada uno de los sistemas, tanto los sistemas individuales como en las descargas simultáneas:



Director del Proyecto: Fernando Vigara64 de 72 2

Del mismo modo se presenta los cálculo de perdidas de carga del sistema hasta el difusor más desfavorable:



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Director del Proyecto: Fernando Vigara66 de 72

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5.8 DOCUMENTACION GRÁFICA

Se muestran, las soluciones adoptadas de manera gráfica, presentándose:

Plano general de la solución adoptada



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Detalles de cada uno de las zonas con los distintos ramales que les corresponden:



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Distintos detalles de instalación de ramales y diámetros utilizados



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Sala de equipos de bombeo



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BIBLIOGRAFÍA

• Standard 750 de la NFPA (Nacional Fire Protection Association): “Standard on Water Mist Fire Protection Systems”

• Especificación Técnica CEN/TS 14972 por parte del comité técnico CEN/TC 191 (Centro Europeo de Normalización) para sistemas de agua nebulizada

• IMO Res. A800 Revised Guidelines for Approval of Sprinkler Systems equivalent to that referred to in SOLAS Regulation II-2/12.

• IMO MSC 265 (84) Amendments to the revised guidelines for approval of sprinkler systems equivalent to that referred to in SOLAS regulation II-2/12 (Resolution A.800(19)). (Anula a la IMO Res. A800).

• IMO MSC/Circ.668 Alternative arrangements for Halón fire extinguishing systems in machinery spaces and pump rooms.

• IMO MSC/Circ.728 Revised test method for equivalent water based fire extinguishing systems for machinery spaces of category A and cargo pump rooms contained in MSC/Circ.668.

• IMO MSC/Circ.913 Guidelines for the approval of fixed water-based local application firefighting systems for use in category A machinery spaces.

• Especificación técnica CEN/TS14972:2011

• ^Proyecto de Ejecución de Falso Túnel sobre la A-8, que forma parte de la infraestructura de los nuevos accesos a Bilbao por San Mamés

• Protocolo de ensayo para túneles de RG-SYSTEMS

• Borrador del Informe realizado por EFECTIS ref: EI-003/12-01-A-MLP/LN

protección de túnel mediante agua nebulizada - iit comillas · 3.4.2. sondas para medición de la...

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