La detección precoz de incendios en túneles es posible

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 63)

Günter Hallbach, director técnico, Ortrat S.L.

Incendios en túneles

Hace apenas 20 años se descartaba la probabilidad de un incendio en un túnel carretero como tal peligro en potencia con un razonamiento muy sencillo (datos referidos a España).

• La red principal de carreteras alcanza 165.595 Km. (situación del 31/12/2012)
• La longitud total de los túneles de carretera es de 2.508 Km (situación año 2009)
• Según la estadística se produce un incendio de vehículo cada 65.000 Km recorrido.

Por lo tanto se argumentaba la probabilidad de un incendio en túneles es prácticamente inexistente.

Sin embargo, la realidad es muy diferente y lo demostraron los incendios catastróficos surgidos entre 1989 y 2002 en diferentes túneles europeos, a saber:

 

Esto motivó un cambió totalmente la postura de los expertos en túneles en lo referente a incendios. Hoy nadie duda del enorme los peligros que supone un incendio en túneles. El evento del incendio en túneles es el mayor condicionante de la seguridad de túneles de carretera.

¿Y qué es lo que se puede hacer para evitar semejantes catástrofes en nuestros túneles?

Analicemos al respecto la evolución de los incendios.

Los historiales de incendios importantes en túneles de carretera enseñan que a excepción de los causados por choques frontales con derrame de combustible se inician con una muy fuerte generación de humo frío a una potencia del incendio de muy pocos KW. Obviamente en estas condiciones y menos aún con ventilación mecánica de 2 ó 3 m/s, en el propio túnel apenas se registran incrementos de temperatura en la clave del túnel, donde suele estar el cable detector térmico de incendios. La opacidad (coeficiente de extinción) del humo es en este momento de 3 a 6 veces superior a la que se registra en el túnel con un tráfico muy denso por lo cual se distinguen claramente del producido por la emisión normal de los motores de combustión interna. Tras un tiempo variable relativamente largo (del orden de 3 a 8 minutos) el incendio entra en una segunda fase caracterizada por una fuerte evolución del fuego y acompañada de una abundante generación de humo caliente y con ello de un incremento de temperatura ambiente notable en el túnel.

En esta segunda fase nos encontramos con potencias crecientes del incendio que se van acercando primero al MW, es decir, 500 veces superior a la de la fase inicial, pudiendo llegar a los 10 y 15 MW o incluso más. Realizar la extinción de un magno incendio de esta potencia puede llevar horas e incluso días hasta su total sofocación, quedando destrozadas las instalaciones de un tramo importante del túnel causando como consecuencia el cierre del túnel durante meses.

Potencia del incendio

Es importante tener presente que la potencia del incendio va incrementando a medida que evoluciona el mismo. Si en la fase inicial de un incendio típico su potencia es de 3 a 9 Kw, lo que permite la extinción total del incendio con uno o dos extintores portátiles de 5 Kg. Entre 3 a 8 minutos más tarde el incendio se desarrolla/ incrementa y se llega a potencias de 0,5 MW o más, lo que hará necesario todos los medios técnicos de extinción para apagarlo finalmente tras muchas horas de incendio. Y sólo cuando se alcanzan potencias de 0,5 MW o más se alcanzan las temperaturas de disparo en el cable detector térmico situado en la clave del túnel.

1.2 Parámetros de detección de incendios

La detección de incendios puede realizarse básicamente en función de tres parámetros asociados al incendio y que son:

1. Densidad de humo en el túnel
2. Temperatura en la clave del túnel, donde se ubica el cable detector térmico
3. Radiación infrarrojos

1.3 Densidad del humo

En el desarrollo de incendios en general se produce humo en función de la potencia del incendio (incendio de un turismo: potencia equivalente: 5 MW; caudal de humo 20 m³/s) que varía fuertemente en función del desarrollo del incendio y del material combustible.

La generación de importantes cantidades de humo se detecta incluso en la fase inicial del incendio cuando la potencia del incendio propiamente dicho es aún muy reducida.

Es evidente que en el funcionamiento normal del túnel de carretera y debido a la emisión de los vehículos con motor de combustión interna, existe cierto nivel de humo. Sin embargo, las densidades del humo usuales en túneles de carretera en funcionamiento normal se diferencian claramente de lo que corresponde a un incendio. Ensayos al respecto han dado por resultado valores del factor de extinción (parámetro utilizado comúnmente en los opacímetros utilizados para controlar la visibilidad en túneles) y que se puede resumir de la siguiente forma:

 

Donde 15 mE/m es igual a un factor de extinción k de 15 x 10 ³ /m.

A diferencia del incremento de temperaturas que es lento y solo se acelera a medida que aumenta la potencia del incendio, el humo se genera desde el primer momento y produce valores de opacidad elevados incluso con bajas potencias de incendio y con humo frío.

Detección por opacidad

Analizando los historiales de los incendios catastróficos nos encontramos en un número elevado de casos donde a causa del incendio se presentan en el control del túnel alarmas por exceso de opacidad ya a poco de iniciarse el fuego. Sin embargo – y esto fue el caso en el Mont Blanc – se interpretó mal el incremento de la opacidad suponiendo que se debía al elevado tráfico, tratando de corregirlo mediante el aumento de aire inyectado.

En otra ocasión a mediados del 2009 con un incendio en los túneles de la calle M30 en Madrid (España) se dio un error de interpretación semejante. Al registrarse el valor de opacidad máximo (valor final del margen de medida k = 15 x 10 ³ /m) el operador supuso que se había perdido la alineación del photoemisor y receptor, fallo frecuente en opacímetros de extinción directa.

 

Para evitar de entrada la posibilidad de interpretaciones erróneas, se recomienda equipar los opacímetros con márgenes de medida que alcanzan 0 .. 30 mE/m. De esta forma al alcanzarse valores de 20 .. 25 mE/m se puede afirmar con total seguridad que se trata de un incendio. Cabe destacar que no todos los principios de medición entrañan el peligro de medida de eliminación del emisor y receptor. Los opacímetros basados en el principio de dispersión ( p.e. los modelos VisGuard o el Fire Guard de Sigrist) no cubren un mencionado peligro por su construcción compacta que reúne emisor y receptor en la misma carcasa.

1.4 Temperatura

El incremento de la temperatura en el lugar del incendio depende básicamente de los siguientes factores:

• Potencia del incendio
• Velocidad de aire en el túnel (ventilación)

Con una potencia de 5 MW situada prácticamente en el eje del túnel y velocidades longitudinales del aire < 0,1 m/s, se alcanzan en la clave del túnel 100 .. 150 ºC en menos de 50 segundos (ensayos del Ofenegg – Túnel). Sin embargo, no hay datos concretos para incendio de baja potencia con respecto a las temperatura/tiempos con diferentes velocidades longitudinales del aire importantes, si bien en otros ensayos (ensayo de fuego en túnel El Padrun) con 2 m/s de velocidad del aire en el túnel se ha constatado que las temperaturas se incrementan con mucha mayor lentitud. Hay que añadir que la potencia del incendio en el túnel de El Padrun ha sido del orden de 0,66 MW por vehículo (ensayo con 2 turismos).

1.5 Variación de la temperatura

Al igual de lo dicho en el apartado anterior (temperatura), la derivada de la temperatura (incremento por unidad de tiempo) va aumentando a medida que la potencia del incendio es mayor y mientras las velocidades longitudinales de la columna del aire en el túnel son bajas. Por otro lado las velocidades altas del aire en túneles de ventilación longitudinal enfrían el aire ambiente en el túnel ralentizando la velocidad del incremento de la temperatura en la clave.

En el ensayo de fuego del túnel de El Padrun se alcanzó en la clave una temperatura de 190ºC (temperatura ambiente 20 ºC) a los 10 minutos, esto corresponde a un incremento de 0,28ºC/s. El incremento de temperatura que se registra al insuflar en el túnel aire caliente del exterior con una temperatura 10 … 15 ºC mayor que la interior del túnel generará incrementos sensiblemente mayores, obligando a ajustar el umbral de alarma a valores de incremento bastante mayores de los 0,28ºC/s para evitar falsas alarmas.

1.6 Radiación infrarroja (IR)

La radiación infrarroja emitida por focos de calor o por las mismas llamas del incendio es otro parámetro que se ha intentado utilizar para la detección de incendios. Este parámetro que no viene alterado por la velocidad del aire en el túnel, tiene el inconveniente que los vehículos de combustión interna pueden presentar, también en servicio normal radiaciones IR de elementos propios de los vehículos con temperatura elevada (tubo de escape, frenos etc.) que darían lugar a falsas alarmas.

1.7 Conclusión

La detección de la densidad del humo medida en el túnel en forma de opacidad es un parámetro claramente indicativo de un incendio que gracias a su generación abundante a partir del inicio del incendio permite la detección precoz de incendios en túneles incluso cuando la potencia esta aún por debajo de 10 kW.

2. SISTEMAS DE DETECCIÓN DE HUMO

Obviamente la detección se ha de realizar por medio de sistemas ópticos lo que aporta además la reacción casi inmediata de la detección de humo opacimétrico.

2.1 Detector de humo opacimétrico Fire Guard

Si bien en edificios son usuales los detectores de humos no se consideraba factible la utilización de esta clase de detectores en el ambiente de túneles donde en condiciones normales de funcionamiento se presenta humo generado por la combustión/emisión de los vehículos.

Solo gracias a los ensayos de incendios realizados en las últimas décadas se sabe que los niveles de opacidad de un túnel en funcionamiento normal se distinguen claramente de los correspondientes a un incendio tal y como se aprecia en la tabla siguiente.

Daños materiales

Debemos ser conscientes que los costes de muchos millones de euros necesarios para la reparación pueden ser evitados si el túnel hubiese estado equipado con un sistema precoz de detección de incendio capaz de dar la alarma de incendios con una potencia de menos de 10 Kw.

Detectores de humo opacímetrico

La empresa suiza Sigrist Photometer ha desarrollado un detector de humo opacimétrico que permite detectar los valores de opacidad indicativos de incendios (> 15 mE/m). Estos novedosos equipos que se comercializan bajo en nombre de Fire Guard han sido ensayados verificados durante varios años en el túnel de San Gothardo a plena satisfacción. Y cabe destacar que tras equipar el túnel de San Gothardo con 291 Fire Guard se ha observado que en los primeros 36 meses de servicio de los Fire Guad no se ha detectado ni una sola falsa alarma.

Información suministrada por Fire Guard

El Fire Guard facilita “on-line” continuamente los valores de:

Extinción: margen 0 .. 3 E/m(ó 3000 mE/m)

Temperatura ambiente: margen -30 .. + 55ºC y además señales de:

• Anomalía módulo electrónico
• Fallo fuente luminosa
• Fallo por suciedad

con lo cual se llega a conocer en tiempo real un posible fallo en el equipo FireGuard lo que permite darle transitoriamente de baja al equipo en cuestión hasta su reparación.

Mantenimiento

Dada la construcción basada en más de 60 años de experiencia en la fabricación de opacímetros y en el hecho de tratarse de un equipo totalmente estático el FireGuard es muy robusto y además resistente al ensuciamiento lo que permite reducir la frecuencia de mantenimiento a intervalos de 2 años.

Conclusión final

Las técnicas hoy día al alcance (Fire Guard) con tasas mínimas de falsas alarmas permiten la detección precoz de incendios facilitando la extinción del incendio en su estado inicial evitando así el desarrollo del mismo a potencias de MW.

Implantación Fire Guard

El principio de funcionamiento del Fire Guard y sus prestaciones en la detección precoz de incendios ha convencido a los especialistas europeos de túneles de carretera, lo que ha dado lugar a equipar en los últimos 4 años 135 túneles careteros con el Fire Guard con más de 2.800 unidades Fire Guard instalados.