Pruebas y ensayos de sistemas de ventilación

El video de la prueba de humo que acompaña a este escrito es resultado de un trabajo previo de 6 meses sólo para la fase de pruebas y ensayos con muchos especialistas implicados.

Realicemos una breve explicación del proceso de pruebas y ensayos de esta instalación que tiene un alto nivel de complejidad de ejecución y validación y que es determinante en la seguridad de funcionamiento en una obra de infraestructuras de tráfico de vehículos.

1. PLAN DE PRUEBAS SUBSISTEMA VENTILACIÓN

Todo el proceso se redacta sobre un plan de pruebas que incluye las siguientes instalaciones:

• Sistema del túnel en servicio e incendio.
• Sistema de sobrepresión de las galerías del túnel.

El planning de trabajo tiene una duración de 6 meses y está separado en 6 apartados principales:

1.1     Desarrollo de algoritmos de control de ventilación en :servicio, incendio, tiro natural,      modo degradado y especificación de un gestor global de incendio

1.2     Pruebas de equipos en fábrica o en laboratorio

1.3     Pruebas de algoritmos desarrollados en maqueta o in situ

1.4     Ensayos del sistema de ventilación

1.5     Verificación global

1.6     Ensayos de humos fríos y calientes limpios

 

1.1       DESARROLLO DE ALGORITMOS DE CONTROL

De forma escalada de desarrollan los algoritmos de control sobre la ventilación:

• El primero es el algoritmo para el control de contaminantes dentro del túnel en situación de servicio.
• El siguiente es el especificar los automatismos, actuaciones preprogramadas y algoritmos que permitan en control de humos en caso de incendio para tráfico unidireccional y fluido. Sigue 4 fases ( detección y localización del incidente, selección de las pautas de actuación, fase de apoyo a los servicios de emergencia, restablecimiento del servicio ).
• La especificación de un gestor global de ventilación en incendio. En un escenario de incendio el objetivo principal es la seguridad de los usuarios, para lo cual es preciso conseguir el mayor control posible de la nube de humos generada. El sistema de control debe ser parametrizable y por tanto configurable a partir de la experiencia recogida en la fase completa de puesta en marcha.
• El algoritmo en modo degradado tiene en cuenta distintos fallos del sistema como perdida de conexión con la gestión global, caídas de tensión, etc.

 

1.2       PRUEBAS DE EQUIPOS EN FÁBRICA O EN LABORATORIO

Los equipos principales deberán ser sometidos a ensayos de rutina en fábrica y los resultados de los ensayos deberán ser favorables de acuerdo con los pliegos de prescripciones técnicas particulares del proyecto.

• Ventiladores de chorro del túnel (ensayos de rutina) de ZITRON.

Algunas características del proyecto:

28 unidades JET FAN reversibles, con caudal unitario de 115.000 m3/h y potencia motor de 30 kW, para funcionamiento 400ºC 2horas, preparado para funcionamiento con variador de frecuencia y equipado con sensor de vibraciones, sondas de temperatura en cojinete motor, sondas de temperatura en devanado.

• Ventiladores de sobrepresión de las galerías (ensayos de rutina) de SODECA.

Ejecución estándar del fabricante

1.3       PRUEBAS DE ALGORTIMOS DESARROLLADOS EN MAQUETA O IN SITU

Las pruebas pueden realizarse mediante la utilización de una maqueta desarrollada por el implementador y una vez finalizadas las mismas se procede a la implementación de la automatización en el túnel. En función de lo anterior podemos distinguir los siguientes trabajos a realizar:

Pruebas de algoritmos desarrollados:

1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. Definición de ensayos para la verificación del sistema de control de ventilación.
                  2. Evaluación de pruebas en maqueta.
                  3. Verificación in-situ de implantación de algoritmos.

A continuación se describirán en detalle el alcance y objetivos fundamentales de los distintos puntos anteriores.

DEFINICIÓN DE ENSAYOS PARA LA VERIFICACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE LA VENTILACIÓN

Se redactará un Plan de ensayos para la verificación en maqueta de la implementación del control de la ventilación propuesto en el que se establecerán las pruebas a realizar sobre el sistema por la empresa integradora.

EVALUACIÓN DE PRUEBAS EN MAQUETA

Estas pruebas consistirán en la definición de un conjunto de escenarios, definidos por valores concretos de las variables de entorno y de entrada del sistema (señales de campo).

La ejecución de las pruebas predefinidas en maqueta será realizada en las oficinas del integrador por personal de éste bajo la supervisión remota de personal de la DF si fuera necesario. Así, la prueba se realizará por el integrador de forma independiente pero el análisis posterior de los datos y las comprobaciones y redacción del informe de validación serán realizados por personal de DF.

Como resultado de las pruebas se obtendrá un conjunto de informes de resultados que permitirán validar la funcionalidad en maqueta de los algoritmos implementados antes de su implantación en el túnel.

VERIFICACIÓN IN-SITU DE IMPLANTACIÓN DE ALGORITMOS

La verificación se realizará una vez se haya finalizado las pruebas en maqueta y se haya procedido a la implantación en túnel. Como sucedería en el proceso de implementación, se apoyará al integrador en las dudas o dificultades que puedan surgir durante este proceso.

La verificación in-situ incluirá el conjunto de verificaciones realizadas sobre el sistema de control con el objetivo de comprobar que la implementación de los algoritmos se ha realizado correctamente. Para ello se simularán (sin actuación en campo) los escenarios predefinidos para comprobar la adecuada implementación de los algoritmos de control especificados.

Para la realización de estos ensayos no será necesaria la actuación en real sobre los equipos de campo sino la simulación de las entradas deseadas (velocidad del aire, actuación, orden del operador) registrándose las salidas del sistema de control y contrastándola con las especificaciones desarrolladas.

En el caso de los algoritmos en servicio el número de escenarios será reducido al haberse probado la mayor parte en la maqueta. Sin embargo, se probará un número limitado de casos para comprobar que el funcionamiento en maqueta se mantiene en el sistema en real.

En el caso de los algoritmos de incendio se prestará especial atención a los escenarios de mayor probabilidad de ocurrir, pero incluyéndose también situaciones menos habituales, pero de gran importancia.

1.4           ENSAYOS DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

Los ensayos del sistema de ventilación se realizarán sobre el túnel principal ( ambos tubos ) y las galerías de conexión.

Incluirán tanto las comprobaciones de los equipos de forma individual como la capacidad para cumplir los requisitos exigidos y su integración en el sistema global que representa el túnel.:

1. 1. Pruebas de funcionamiento de todos los elementos que componen el sistema de ventilación.
   2. Pruebas de funcionalidad para todos los elementos (en los que sean de aplicación):

1. Caracterización de aceleradores del túnel
2. Calibración de anemómetros

1. 1. Pruebas de integración con el sistema de control de los elementos que componen el sistema de ventilación.

 

VENTILACIÓN TUNEL PRINCIPAL ( AMBOS TUBOS )

La ventilación del túnel es de tipo longitudinal, con la que se logra un control de los humos mediante aceleradores de chorro distribuidos a lo largo de cada uno de los dos tubos. Respecto de los sensores de ventilación se ha tenido en cuenta la existencia de anemómetros interiores, sensores de gases contaminantes y detectores de opacidad con objeto de determinar las pruebas necesarias descritas a continuación.

El objetivo principal de estas pruebas consistirá en comprobar la correcta integración de los elementos que componen el sistema de ventilación principal del túnel, así como la interacción entre los mismos y el sistema de control. Además, se deberá determinar si la capacidad del sistema de ventilación es acorde a la especificada durante la fase de diseño de las instalaciones (caracterización de túnel y equipos).

Para la realización de estos ensayos es imprescindible que, con carácter previo, se hayan realizado y hayan arrojado resultados satisfactorios verificables, las pruebas de puesta en marcha  de componentes o sistemas separadamente.

Una vez superados los ensayos anteriores, los ensayos de verificación de funcionamiento, funcionalidad del sistema y su integración básica con el sistema de control comprenderán las siguientes pruebas:

• Pruebas de funcionamiento:

De equipos para verificar el correcto arranque de los ventiladores (marcha, paro y sentido de soplado de estos cuando corresponda, observando si coincide tanto en el equipo físico como en el cuadro de mando situado en el local técnico o estación de ventilación) y que los sensores y actuadores (anemómetros, detectores de CO y opacidad, etc.) funcionan sin anomalías o fallos.

• Pruebas de funcionalidad:

Ensayos de calibración de anemómetros. Entendiendo como tal a la determinación de los factores de corrección entre el valor medido por los equipos instalados y la velocidad media real existente en el túnel. La obtención de dichos parámetros de corrección es imprescindible para la correcta interpretación de los valores suministrados por los anemómetros y el uso de estos por el algoritmo de control del túnel. Para ello se dispondrán mallas de medida con suficiente número de equipos de contraste de medida de velocidad de aire y se forzarán mediante el uso de los ventiladores instalados en el túnel velocidades de aire en ambos sentidos. Caracterización: con el objetivo de recopilar los datos necesarios para alimentar los modelos numéricos (parámetros hidráulicos propios del túnel, velocidades de aire…) y determinar si los valores de parámetros son similares a los tomados durante la fase de diseño del sistema de ventilación y si las condiciones del sistema de ventilación se adecuan a lo esperado, en concreto, si la capacidad es acorde a la especificada en proyecto. Para ello se dispondrán varias secciones de medida a lo largo del túnel compuestas por una malla de sondas de velocidad, presión y temperatura mediante las cuales es posible medir la velocidad de aire existente en dichas secciones en distintas condiciones de ventilación.

• Pruebas de Integración

De los equipos individuales con el sistema de control, con objeto de determinar si la correspondencia entre el equipo físico (ventiladores, sensores) y su estado, en túnel y/o locales, y el representado en el SCADA es correcto, así como la comprobación de que los datos de los equipos se visualizan y almacenan correctamente en el sistema de control, que la conversión de magnitudes físicas-eléctricas es correcta y que activan y/o responden a los umbrales fijados en el SCADA.

De estados de ventilación. Para comprobar así mismo que los distintos estados de la ventilación (local, manual y/o automático) se reflejan en la aplicación y en función de este permite o no actuar sobre el sistema de ventilación. Para la interpretación y validación de los resultados obtenidos y al no intervenir efectos de estratificación, se emplearán modelos numéricos de tipo unidimensional que emplearán los datos obtenidos en los ensayos. Los modelos numéricos permitirán establecer valoraciones acerca de los resultados sobre:

• Capacidad del sistema de ventilación.
• Caracterización aerodinámica del túnel.
• Validación de los criterios en caso de incendio para la elaboración de las pautas de actuación según el sistema de control.

VENTILACIÓN GALERÍAS DE CONEXIÓN

Existen 6 galerías de conexión entre tubos, de las cuales todas son peatonales, salvo la tercera (GV3) que además dispone de acceso de vehículos.

Mediante el sistema de ventilación de las galerías se debe garantizar que en situación de servicio se mantienen las renovaciones de aire suficientes, y en caso de incendio se produce la presurización de estas con el objetivo de evitar la introducción de humo a su interior.

Por lo anterior, será necesario realizar las siguientes pruebas (según sean de aplicación):

• Pruebas de funcionamiento:

De ventiladores y elementos de descompresión, destinadas a determinar que los ventiladores (tanto los usados en situación de servicio como los auxiliares en caso de incendio) correspondientes a este subsistema arrancar y paran correctamente y los accionamientos de los elementos de descompresión se producen sin atascos y en su recorrido completo.

• Pruebas de funcionalidad:

• Presurización de zonas. Para mantener las condiciones de presurización requeridas en el proyecto constructivo y permitir a su vez la apertura de las puertas de las que disponen los vestíbulos de las galerías, es necesario verificar que los elementos de descompresión instalados produzcan una diferencia de presión entre el interior de estos y el exterior (vestíbulo-túnel para el caso de los vestíbulos y galería-vestíbulo para el caso del refugio) inferior a 80Pa.
• Medidas aerodinámicas en galerías de conexión, para verificar que se cumplen los criterios de dimensionamiento que establecen que, en caso de incendio, el humo producido por el mismo no puede entrar al interior de las galerías cuando las puertas se encuentran abiertas para permitir el paso de los usuarios.
• Verificación de caudales de aire, con objeto de determinar si la regulación de las válvulas que distribuyen el caudal de aire a estos locales es acorde a las especificaciones de proyecto.
• Pruebas de Integración:

Con el sistema de control, para determinar si los ventiladores y elementos de descompresión envían y reciben correctamente las señales de control integradas en el SCADA de gestión del túnel, así como comprobar que los históricos se registran de forma adecuada.

 

1.5           VERIFICACION GLOBAL DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

Una vez realizado el conjunto de ensayos mencionados anteriormente, y siempre que los resultados de estos hayan sido correctos, se verificará la integración global del sistema completo, esto es que los distintos subsistemas de ventilación descritos, en caso necesario según las especificaciones del algoritmo de control, son capaces de interactuar entre ellos acorde a las pautas de control establecidas.

Para ello, se simularán un número limitado de escenarios de funcionamiento de la ventilación del túnel (a determinar cuando el algoritmo de control haya sido implementado y permita conocer los escenarios en los cuales existe implicación de varios de los subsistemas descritos). Para la realización de estas pruebas será necesario que previamente a ellas se haya actualizado la aplicación que gestiona el sistema de control del túnel con las versiones finales de los planes y algoritmos de control de la ventilación, con el objetivo de evitar que modificaciones posteriores afecten a los resultados obtenidos durante los ensayos.

1.6           ENSAYOS DE HUMOS FRIOS Y CALIENTES LIMPIOS

Dentro de las verificaciones se incluirán los ensayos de humos fríos que comprenderán los distintos modos de explotación del túnel posibles (tráfico unidireccional y bidireccional). Dichos ensayos han de entenderse como un complemento a los ensayos anteriores con objetivos adicionales a los mismos.

Los ensayos de humos fríos suelen tener como objetivo, más allá de la verificación de los escenarios evaluados, los siguientes:

• Verificación de los tiempos de respuesta de la instalación de ventilación o de la influencia de las condiciones iniciales (tiro natural).
• Detección de efectos locales no deseados (fallos de presurización de salidas de emergencia, etc).
• Evaluación cualitativa de la interacción de distintos sistemas (cierre de túnel, señalización, ventilación, presurización, etc).
• Mostrar el funcionamiento “real” del sistema al personal de explotación implicado en la gestión del túnel.
• Ejecución de un simulacro con Servicios de Emergencia para verificar aspectos organizativos.

Para estos objetivos la realización de ensayos de humos fríos presenta distintas ventajas como son:

• Minimizar las medidas de protección de los agentes y observadores que intervienen en el simulacro y, por tanto, permitir mayor presencia de estos.
• Evitar la posibilidad de daños en instalaciones e infraestructuras.
• Minimizar los tiempos de preparación y ejecución lo que reduce el tiempo de afección en el caso de infraestructuras en servicio.

El principal inconveniente de la utilización de humos fríos es que desvirtúa la realidad de los procesos de evacuación y comportamiento de la ventilación ya que, al no intervenir los efectos de temperatura y por tanto de flotabilidad de la nube de humos, no se pueden observar (o son mínimos) los fenómenos de estratificación y retroceso de la nube de humos.

Estos efectos son especialmente relevantes en el caso de ensayos de sistemas de ventilación de tipo longitudinal para túneles bidireccionales donde dichos efectos son claves para garantizar la evacuación de los usuarios.

Los humos calientes limpios, alternativa con similares beneficios a los descritos para los humos fríos, presentan además una cierta capacidad de estratificación debido a que la temperatura que alcanzan es superior a la de los humos fríos, sin llegar a alcanzar en ningún caso las temperaturas de los ensayos de humos calientes que pueden suponer un riesgo para la estructura o las instalaciones. Sin embargo, precisamente el no alcanzar temperaturas tan elevadas hace que la estratificación que producen no pueda considerarse representativa de un incendio real, por lo que no se podrán utilizar para valorar este efecto.

Las tareas de la prueba de humos se resumen en:

• Participación en reuniones de definición y coordinación sobre la ejecución de los ensayos de humos.
• Elaboración de un procedimiento específico para el ensayo de humos que incluirá una justificación de: producción de humos propuesta, instrumentación empleada, definición de escenarios de ensayo.
• Preparación y ejecución de los ensayos de humos que incluirá:

Generación de humos.

Medidas de velocidad del aire: se colocarán al menos dos secciones de medida en el túnel con el objetivo de complementar las medidas suministradas por los anemómetros instalados en el túnel.

Registro en video, con el objetivo de visualizar la evolución de la nube de humos durante el desarrollo de los ensayos. Para ello se colocarán distintos puntos de grabación de video en el túnel.

Coordinación con el resto de los intervinientes en los ensayos (generación de humos, personal de explotación, servicios de emergencia, etc.).

1.7           ELABORACIÓN DE INFORMES DE RESULTADOS

Los anteriores trabajos se recopilarán en los correspondientes informes, en los cuales se reflejarán las especificaciones de los algoritmos o los resultados obtenidos de los diferentes ensayos (según corresponda), así como, en el caso de informes de pruebas, las posibles observaciones acerca de mejoras o correcciones que puedan ser necesarias para el funcionamiento correcto del sistema.

Se dispone de varias publicaciones específicas sobre el proyecto completo de instalaciones del TÚNEL COLL DE LILLA en la AUTOVIA A-27 VALLS MONTBLANC en redes y Web de SURIS S.L..