Control De Los Sistemas De Ventilación En túneles

Alberto Fraile

Doctor Ing. Industrial

Universidad Politécnica de Madrid - España

1 Concepción general del control

Aunque no todos los túneles disponen de lo que se denomina un centro de control propiamente dicho muchos disponen de un sistema que permite recibir información de los dispositivos situados en el túnel y operar manual o automáticamente sobre los distintos sistemas disponibles. En sistemas de ventilación no demasiados complejos existe un sistema de recogida de datos proveniente de los detectores de CO y opacidad y algunos otros sistemas adicionales cuya información es tratada por un microprocesador el cual ordena la actuación sobre los ventiladores o los semáforos. En realidad este tipo de sistemas sin llegar a ser un centro de control en sentido amplio muestran un primer modo de regulación del sistema en función de las condiciones del entorno.

1.1 Detección

Cualquier sistema de control tiene su punto principal en la recogida de las señales producidas por los equipos instalados en el túnel. Dependiendo del escenario que se presente tienen mayor importancia unos sistemas u otros.

1.1.1 Régimen de servicio

En régimen de servicio los medidores de CO y opacidad son los que adquieren la mayor importancia. La señal recogida por ellos es transmitida al centro de control el cual toma la decisión de incrementar, reducir o mantener la operación del sistema de ventilación.

1.1.2 Régimen de incendio

Debido a la incertidumbre en la localización del foco de incendio en esta son muchos son muchos los sistemas que pueden intervenir sobre el control del túnel.

La experiencia muestra que la forma en la que se detecta el incendio no siempre corresponde a un tipo de dispositivo o sensor. A pesar de lo que se pueda pensar, los niveles de CO y humos que hacen saltar las alarmas en estos detectores se alcanzan cuando el incendio ya se ha desarrollado. Incluso el cable detector de incendio hace necesarios unos valores de temperatura considerablemente elevados. En cambio, los avisos que los usuarios comunican a través de los postes SOS o del sistema de telefonía (cada vez más habitual en los túneles largos) suelen permitir, con la utilización de las cámaras del circuito cerrado de televisión, determinar la existencia o no de un incidente y evaluar la necesidad de actuar sobre el resto de sistemas.

1.2 Actuación automática

Existen diversos criterios acerca de la capacidad que debe tener un sistema de control para actuar de forma automática, es decir, independientemente de la toma de decisiones del operario del túnel. Sin embargo, parece claro que en los primeros momentos de incertidumbre la existencia de un sistema que permita evaluar la situación es muy favorable.

Dicho sistema parte de la definición de unos estado de alarma para cada una de las señales recogidas de tal forma que alcanzados los niveles definidos se produzca la activación del sistema. Otra forma de dispararlo sería la actuación por parte del operario al observar a través de las cámaras una situación determinada o recibir el aviso a través de los postes SOS o la telefonía de emergencia. El sistema de detección de incidentes que se está instalando en algunos túneles permitiría la activación del dispositivo de emergencia.

Cosa distinta es facultar al sistema de control a actuar de forma independiente. Una posible forma consistiría en permitir intervenir al controlador si al cabo de un cierto tiempo desde la alarma no se ha anulado la orden de actuación. En este caso se pasaría al modo de emergencia el cual dependerá del sistema de ventilación existente, las condiciones del túnel en ese instante, etc.

De forma general la actuación del sistema de control se centrará en los siguientes puntos:

• Cierre de los accesos al túnel.

• Notificación de la incidencia a los servicios de emergencia.

• Suministro de información a los usuarios.

• Refuerzo de los niveles de iluminación en el interior del túnel.

• Modificación del sistema de ventilación pasando a modo de emergencia.

1.3 Actuación manual

Independientemente de la capacidad del sistema de control para proponer actuaciones sobre las instalaciones del túnel, el operario debe tener la posibilidad de tomar el control de todos los sistemas actuando según los criterios definidos en los planes de emergencia.

1.4 Control de calidad

Es evidente que un buen sistema de control tiene toda la capacidad de gobernar un sistema siempre que éste sea capaz de asumir las funciones que de él se espera. Por este motivo, el control de calidad sobre cada una de las instalaciones y en especial las relacionadas con la seguridad existentes en un túnel debe cumplir unos niveles de exigencia muy elevados, no sólo desde el punto de vista de la calidad de cada uno de los elementos independientemente sino de la capacidad del sistema de comportarse correctamente de una forma global.

2 Control en régimen de servicio

Como ya se dijo anteriormente el control en régimen de servicio no entraña la dificultad que existe en el caso de incendio en lo que respecta a la incertidumbre de la situación del incidente o el instante de tiempo. Sin embargo, éste es un aspecto de enorme importancia no sólo por la influencia en el confort de los usuarios en la utilización normal del túnel sino en el ahorro económico que puede suponer en la fase de explotación un correcto funcionamiento.

2.1 Caso práctico

Una forma habitual de regular el sistema de ventilación en función de las condiciones de contaminación existentes en el túnel pasa por la definición de umbrales para los valores de CO y humos y relacionarlos con la actuación de los ventiladores.

A modo de ejemplo, se presenta el concepto de funcionamiento para el proyecto de ventilación del nuevo túnel de Viella.

El objeto del automatismo es el mantenimiento de la concentración en CO y la opacidad entre unos niveles dados

Los sondeos de comprobación se realizan mediante los dispositivos de medición de CO y humos según un ciclo de duración comprendida entre 3 y 6 minutos permitiéndose una sola modificación por ciclo.

En el cuadro siguiente se indican los valores de CO (S) y OP (S') que marcan los umbrales así como los valores de alarma.

Concentración de CO (p.p.m.) Opacidad (m -1)

Umbral bajo S1 - S'1 80 p.p.m. 5 x 10 -3 m -1

Umbral alto S2 - S'2 100 p.p.m. 7.5 x 10 -3 m -1

Umbral de alerta S3 - S'3 150 p.p.m. 9 x 10 m -3

Umbral de alarma S4 - S'4 200 p.p.m. 12 x 10 -3 m -1

El principio de regulación se resume en la tabla siguiente.

��ndice de contaminación CO

Opacidad S 1

S´ 1 S 2

S´ 2 S 3

S´ 3 S 4

S´ 4

Régimen actual Forma de variación del régimen

R i R i-1 R i R i+1 R i+2 R max

Y los diferentes regímenes de inyección de aire son los siguientes:

R 1 = 0

R 2 = 30 % del caudal máximo

R 3 = 50 % del caudal máximo

R 4 = 75 % del caudal máximo

R 5 = 100 % del caudal máximo

En función de los valores detectados con los sensores de CO y humos se establece el estado de contaminación y se actúa sobre la ventilación. El principio de funcionamiento es el siguiente:

• El paso a un régimen inferior se efectúa cuando tanto las concentraciones de CO como las opacidades OP en todos los puntos de control son inferiores a los niveles S 1 y S´ 1 respectivamente.

• Se mantiene el régimen actual si los valores de CO y opacidad se mantienen entre los niveles 1 y 2.

• Se pasa a un régimen superior cuando las concentraciones de CO o humos sobrepasen el umbral 2, incrementando en 1 o 2 regimenes si no sobrepasa el umbral 3 o lo sobrepasa, respectivamente.

• Si se alcanzan los niveles superiores S 4 o S´ 4 por cualquiera de los motivos se pasa inmediatamente al régimen máximo.

• Para limitar el número de arrancadas por hora de los motores (lo que implica un desgaste excesivo) se suele prever una ampliación del tiempo de sondeo cuando el criterio sea la reducción del régimen, es decir, si los valores obtenidos están por debajo de S 1 se esperaría a la segunda medida en este sentido para reducir el régimen.

Es necesario además tener en cuenta las posibles averías de los ventiladores si existen sistemas de auxilio en la instalación para este caso.

Supongamos un estado inicial de ventilación con régimen R 3, es decir, al 50%, en el que las última medidas se han mantenido entre los umbrales S 1 y S 2. Un incremento del tráfico en un momento dado haría que una medición diese valores entre los umbrales S 2 y S 3 para CO u opacidad. Entonces se ordenaría la subida al régimen R 4, es decir, al 75%. Si esta medida correctora fuese suficiente se pasaría en la siguiente medida a leer valores entre S 1 y S 2 (mantendríamos el 75% o R 4) o menor que S 1 (se reduciría el régimen a R 3). Si por una situación irregular se midiesen valores superiores a S 4, directamente se pasaría a R 5, como podría ser el caso de una retención por un accidente, etc.

2.2 Problemática.

Independientemente de la capacidad del sistema de control para gestionar de manera eficiente la ventilación del túnel, ésta, en la práctica, está condicionada por un gran número de factores más relacionados con la instalación de los equipos proyectados.

Por ejemplo, la colocación de los ventiladores en un sistema de ventilación longitudinal tiene gran importancia. Es bastante habitual encontrar ventiladores

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