Presentacion Ventilación de ferrocarriles metropolitanos : panorámica y estrategias de diseño

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En éste Proyecto se pretende efectuar un análisis del sistema de ventilación de Metro de Madrid, con el fin de: 1. Revisar y validar las bases de cálculo e hipótesis de diseño con las que los Proyectistas dimensionan estas instalaciones en su génesis. 2. Determinar si los equipamientos actualmente instalados y las operativas que rigen su funcionamiento permiten realmente satisfacer los requerimientos ambientales normativos y las solicitaciones asociadas a los diferentes escenarios de explotación. 3. Analizar y definir posibles modos de operación que contribuyan a optimizar el funcionamiento del sistema, manteniendo las prestaciones que debe garantizar, y reduciendo el consumo energético. Para alcanzar los dos primeros objetivos, se ha comenzado por definir, en el Capítulo 2, las bases normativas y legales que afectan a éste sistema y que definen sus requerimientos, y se han desarrollado de forma rigurosa los fundamentos físicos que rigen el movimiento de fluidos por túneles y estaciones, y las cargas térmicas existentes en las instalaciones de Metro de Madrid, en base a los principios de operación establecidos, para cada modo de ventilación (natural, forzada, o inducida por efecto pistón), De esta forma, se han presentado un conjunto de ecuaciones y correlaciones con las que, de forma analítica, se puede calcular el sistema de ventilación requerido para satisfacer los diferentes objetivos, como ha quedado de manifiesto en el ejemplo de cálculo incluido en el apartado 2.3.4. Los resultados obtenidos se comparan con los determinados en el diseño original de las instalaciones, y se analizan las diferencias existentes. En el Capítulo 3 se describe el estado del arte de los sistemas de ventilación que en la actualidad prestan servicio en las instalaciones de Metro de Madrid, definiendo los diferentes componentes y tecnologías empleadas de manera detallada, que conforman éste complejo sistema que trasiega cada día entorno a medio billón de m3/h de aire, y cuya potencia instalada supera los 20 MW. Sobre la base anterior, en los Capítulos 4 y 5 se aborda el tercer y último objetivo del Proyecto. En el Capítulo 4 se han desarrollado un conjunto de estrategias operativas que aplicadas de forma individual o en conjunto, contribuirían a optimizar y mejorar el funcionamiento del sistema de ventilación. Así, se analizan los diferentes sistemas de regulación existentes y se propone una mejora al vigente sistema de control, orientado a regular de forma precisa el caudal vehiculado en base al conocimiento de las variables termodinámicas en diferentes puntos de la instalación. También se analiza el posible aprovechamiento de la ventilación gratuita inducida por el efecto pistón. Por último, se exponen técnicas específicas que, aplicadas sobre las instalaciones actuales, pueden ayudar a mejorar las prestaciones térmicas asociadas a la ventilación, como son el empleo de UTA´s en inmisión, o la Extracción Localizada Bajo Andén (EBA).En el capítulo 5 se ha desarrollado un modelo numérico sencillo, empleando el paquete comercial FLUENT, que pretende caracterizar el sistema de ventilación, y con el que se han podido analizar diferentes situaciones de explotación que resultaban inabordables desde la perspectiva teórica presentada en el capítulo 2, extrayendo importantes conclusiones acerca de la operativa del sistema. Finalmente, en el capítulo 6 se recogen las conclusiones obtenidas tras el análisis efectuado desde las diferentes perspectivas, y se esbozan las líneas que podrían ser seguidas para una mayor profundización en ésta materia en sucesivos trabajos.
Ingeniería Industrial
Publicado el : jueves, 01 de octubre de 2009
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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRIDDEPARTAMENTO DE INGENIERIA TÉRMICA Y DE FLUIDOSPROYECTO FIN DE CARRERAIngenieríaIndustrialSistemas de Ventilación en Ferrocarriles Metropolitanos: Panorámica y Estrategias de DiseñoRodrigo Herrero ParedesMadrid, Octubre de 2009
SistOBJETIVOS DEL PROYECTO1.RevisaryvalidarlasbasesdecálculoehipótesisdediseñoconlasquelosProyectistasdimensionanlasinstalaciones2.Determinarsilosequipamientosactualmenteinstaladosylasoperativasquerigensufuncionamientopermitensatisfacerlosrequerimientosambientalesnormativosylassolicitacionesasociadasalosdiferentesescenariosdeexplotación3.Analizarydefinirposiblesmodosdeoperaciónquecontribuyanaoptimizarelfuncionamientodelsistema,manteniendolasprestacionesquedebegarantizar,yreduciendoelconsumoenergéticomesad eV entialicnóe nF erroacrrliseM etroopilaton:sP anoármci ayE straetiga sdeD iseño22
CARACETRSisÍtSmeaITCASS SIETMAD EV ENITLACÓIN:M ERT ODEM ADRDIVentilación  forzada –compensada897 Motoventiladores axiales382 operando en inmisión515 operando en extracción20 MW potencia instaladaMas de 2000 Millones de m3de aire desplazados cada día en meses estivales¿FINALIDAD? GARANTIZAR UNAS CONDICIONES AMBIENTALES ADECUADAS EN EL INTERIOR DE LAS INSTALACIONES (TEMPERATURA, VELOCIDAD DEL AIRE, VARIACIONES DE PRESIÓN) Y LA EVACUACIÓN DE GASES EN CONDICIONES DE EMERGENCIA (INCENDIO) CONFORME A NORMATIVA sdeV entialicnóe nF erroacrrliseM etroopilaton:sP anoármci ayE straetiga sdeD iseño33
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOADQUISICION DE DATOS E HIPÓTESIS DE PARTIDACÁLCULO DE LAS CARGAS TERMICASOBTENCIÓN DE LOS CAUDALES REQUERIDOS PARA CADA MODO DE OPERACIÓNCÁLCULO HIDRAULICO DE LA INSTALACIÓNDIMENSIONADO DE EQUIPOS Y COMPONENTEStiloporteM selirracorreF ne nóicalitneV ed sametsiSoñesiD ed saigetartsE y acimáronaP :sona44
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOSiADQUISICION DE DATOS E HIPÓTESIS DE PARTIDAPARAMETROS AMBIENTALES OBJETIVO Y REQUISITOS MÍNIMOS (UNE EN 13779): caracterización térmica del emplazamiento de la instalación, temperatura objetivo, humedad relativa, velocidad del aire, renovaciones mínimas.CARACTERISTICASGEOMETRICAS DEL TRAMO A ESTUDIO: caracterización del tramo (dimensiones de estaciones, diámetro hidráulico y longitud de túneles, disposición, sección y profundidad de ventosas posibles, ubicación de rejillas de difusión de aire.sCONDICIONESOPERATIVAS DE TRANSPORTE:frecuencia de trenes, velocidad comercial, distancias de frenado y aceleración, geometría de trenes, capacidad de transporte, afluencia de viajeros.tmesad eV entialicnóe nF erroacrrliseM etroopilaton:sP anoármci ayE straetiga sdeD iseño55
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOCÁLCULO DE LAS CARGAS TERMICAS CALOR GENERADO POR EL MATERIAL MOVILFRENADOCALOR GENERADO POR LAS INSTALACIONESTRACCION (HILO DE CONTACTO)AERODINAMICOALUMBRADO Y DISTRIBUCION ELECTRICACONTACTO RUEDA –CAERSRCILALERAS MECANICASCLIMATIZACION DE COCHAESSCENSORESSISTEMAS DE VENTA Y PEAJECLIMATIZACION DE CUARTOS CTAELCONIRC OSGENERADO POR LAS PERSONASSistmesad eV entialicnóe nF erroacrrliseM etroopilaton:sP anoármci ayE straetiga sdeD iseñoCALOR SENSIBLECALOR LATENTE66
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOCÁLCULO DE LAS CARGAS TERMICAS DISTRIBUCION DE CARGAS elirracorreF ne nóicalitneV ed sametsiSoñesiD ed saigetartsE y acimáronaP :sonatiloporteM s77
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOCÁLCULO DE LAS CARGAS TÉRMICAS DISTRIBUCION DEL CALOR DE FRENADOPARAMETRO DE MÉRITO: ENERGIA CINÉTICA DEL TREN TRAS REGENERACION EK REGENQfi = EK REGEN· N · % QfioñesiD ed saigetartsE y acimáronaP :sonatiloporteM selirracorreF ne nóicalitneV ed sametsiS88
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOSisOBTENCIÓN DE LOS CAUDALES REQUERIDOS PARA CADA MODO DE OPERACIÓNRENOVACIONES MÍNIMAS (UNE EN 13779): 29 m3/h por personatEMERGENCIA (VELOCIDAD CRÍTICA): Fórmula de Kennedy EVAUCCAIÓND EC ARGAT ÉRMCI:AC=   Q/ ( Cp· VENTILACIÓN GRATUITA ASOCIADA AL EFECTO PISTÓNmesad eV entialicnóe nF erroacrrliseM etroopilaton:sP anoármci ayE straetiga sdeD iseñoΔT )99
SistmeaREVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑO sdeV entialicnóe nF erroacrrlie sVENTILACIÓN INDUCIDA POR EL EFECTO PISTÓNTren: discontinuidad móvil enel campo de presiones del túnelResolución:CálculodelaspresionesaguasarribayaguasdebajodeladiscontinuidadCaudal efecto pistón = f (nº ventosas, condiciones operación, geometría tren)Metroopilaton:sP anoármci ayE straetigsad eD iseoñ0110
REVISIÓN BASES DE CÁLCULO E HIPÓTESIS DE DISEÑOCÁLCULO HIDRAULICO DE LA INSTALACIÓNEcuación de la Energía:Pérdidas de carga lineales en conductos:Pérdidas de carga localizadas:oñesiD ed saigetartsE y acimáronaP :sonatiloporteM selirracorreF ne nóicalitneV ed sametsiS1111
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