Tunnelling

Diseñar una cámara de refugio para una emergencia en tunelería

Desarrollar una cámara de refugio para una emergencia en construcción de túneles exigía satisfacer necesidades específicas de la industria y de las condiciones de cada proyecto. La construcción de una cámara de refugio para un túnel presentaba muchos desafíos: mantener una atmósfera respirable y también regular la temperatura y la humedad.

Al desarrollar las cámaras de refugio TunnelSAFE de MineARC, nuestros ingenieros pudieron pulir y perfeccionar los componentes especializados para soporte de vida con el fin de superar las condiciones de confinamiento en el ambiente de un túnel.

Crescent Design Refuge Chamber for Tunnelling
Crescent Design Refuge Chamber for Tunnelling

¿Por qué la industria de la tunelería necesita cámaras de refugio?

Las cámaras de refugio son contenedores de acero sellados y con una atmósfera artificialmente controlada. Mantienen un ambiente habitable para conservar la vida durante una emergencia en proyectos de túneles bajo tierra.

Los principios para el soporte de vida tienen como objetivo controlar los siguientes factores:

  • Un volumen interno sellado, seguro y con presión positiva para asegurar que los contaminantes no puedan ingresar en el espacio ocupado.
  • Aire respirable con varios sistemas redundantes; requisito indispensable dentro de un dispositivo de respiración en circuito cerrado como es una cámara de refugio.
  • Temperatura y humedad ambiente.
  • Redundancia eléctrica, con el empleo de un sistema importante de alimentación ininterrumpida durante 24 horas, para energizar los equipos de depuración, aire acondicionado, iluminación y monitoreo de gases

Los métodos que se utilizan para logran estos factores son comparables con los que se aplican en los submarinos sumergidos y se utilizan desde hace bastante tiempo. Sin embargo, las cámaras de refugio para la industria de la tunelería presentan algunos desafíos únicos que exigen desarrollar más detenidamente algunas características especiales en todas las áreas clave

 

¿Sabía que...? Las temperaturas pueden aumentar dentro de la cámara debido al calor del ambiente y también por la actividad metabólica de sus ocupantes. El enfriamiento de la cámara es esencial para reducir los efectos potencialmente letales del estrés térmico.

 

Desafíos de diseño y soluciones para cámaras de refugio para tunelería

Desafío: Atmósfera respirable

El aire comprimido externo generalmente es la fuente primaria de aire respirable dentro de una cámara de refugio TunnelSAFE. MineARC Systems investigó los patrones operativos de los compresores bajo tierra como fuente primaria de aire respirable; los riesgos por potencial contaminación del suministro de aire comprimido, tanto en hipótesis de cámara ocupada y no ocupada; y los métodos para el monitoreo y control remoto del aire contaminado para impedir su ingreso al espacio sellado. Teniendo en cuenta que el incendio bajo tierra es una de las principales fuentes de contaminantes de la respiración y una de las razones primarias para evacuar hacia una cámara de refugio, se tomó en consideración la presencia de aire comprimido, la falta de oxígeno, el alto nivel de monóxido de carbono y la alta temperatura para comenzar el trabajo de diseño de este sistema de soporte de vida.

Solución: Sistema de optimización y control de aire comprimido (CAMS)

Una característica clave de la cámara de refugio TunnelSAFE de MineARC es el sistema de optimización y control de aire comprimido (CAMS), una función diseñada específicamente para enfrentar el desafío de conservar una atmósfera respirable dentro de un espacio encerrado. Un sensor de oxígeno monitorea el aire comprimido que ingresa y desactiva un solenoide normal cerrado en caso de detectar un bajo nivel de oxígeno. El aire proveniente de un área donde existe un incendio o de un ambiente que es probable que contenga monóxido de carbono, como resultado de una combustión incompleta, también tendrá bajos niveles de oxígeno. Este sistema permite que el volumen interno de una cámara de refugio permanezca en condiciones respirables con o sin ocupantes.

Además, las cámaras de refugio exigen que el volumen interno tenga presión positiva para impedir el ingreso de contaminantes respirables. Esto normalmente se logra descargando hacia la cámara, y en forma continua, la misma fuente de aire comprimido respirable mientras está en modo latente (fuera de una emergencia). Para evitar desperdiciar en exceso el aire comprimido, se emplea un controlador por diferencial de presión para activar el ingreso de aire comprimido solamente cuando se requiere; reduciendo así de manera considerable la demanda sobre los compresores que se utilizan para proveerlo.

 

Desafío: Temperatura y humedad

En aplicaciones de tunelería, con frecuencia pretende aplicar las condiciones ambientales elevadas de las unidades de aire acondicionado convencionales. La mayoría de los intercambiadores de los aires acondicionados no tienen capacidad de repeler un calor ambiente superior a una temperatura de 47°C. Los equipos para "altas temperaturas" en general están diseñados para 60°C pero exigen un mayor consumo de energía y brindan una menor capacidad de enfriamiento efectivo.

Solución: Dinámica de fluidos computacional (CFD)

MineARC cuenta con diseños para alta temperatura y con aislación que calculados según estudios de modelación y análisis mediante dinámica de fluidos computacionales (CFD) para garantizar la seguridad de los ocupantes. Más aún, MineARC tiene la capacidad de utilizar MARCiS (dióxido de carbono líquido) y métodos de refrigeración por almacenamiento de energía térmica en atmósferas de hasta 300°C.

 

Ejemplos de dinámica de fluidos computacional

Primero se debe establecer una línea de base para identificar si se requiere aire acondicionado o aislación. La generación de calor metabólico está cuantificada en 117W, sin embargo, para estas condiciones se aplica un valor de 130W. En la figura 1.0 a continuación, se observa claramente que la cámara ya está alcanzando condiciones ambientales de inhabitabilidad dentro de los primeros 30 minutos de encierro. Si la cámara detallada en la figura 1.0 alcanzara el punto de saturación, el índice térmico superaría los límites de supervivencia dentro de los 30 minutos.

 

tunnelling-air-conditioning-example
Figure 1: Cross section: Scenario: Air Conditioning – No Insulation
at 16 minutes.

Figura 2.0 y figura 3.0: Calculado a partir de nuestras condiciones de operación estándar, se muestra la gran capacidad de mezcla al extraer el aire contaminado a través de los cartuchos de depuración química. Si bien este escenario no contempla temperaturas ambiente elevadas, da mayor peso a la capacidad de mezcla y refrigeración para una cámara de refugio en condiciones de altas temperaturas.

 

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Figure 2: Cross section: Standard Temperature Scenario: Air
Conditioning – Scrubbing Fan Mixture.

 

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Figure 3: ISO2: Standard Temperature Scenario: Air Conditioning –
Scrubbing Fan Mixture.

 

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