Appendix B – Model-Based Testing Characteristics –

Para realizar el correcto modelado de un jet fan en FDS se empleará el módulo HVAC, con el objeto de que todo el humo y gases calientes que entran por la admisión del jet fan, aparezcan por la tobera. Si no se empleará el módulo HVAC y cada jet fan se modelara mediante una superficie FDS tipo Escape para la admisión y otra superficie FDS tipo Suministro, al no estar acopladas, todo el humo y gases calientes que salieran a través del Escape no volverían a aparecer en el modelo. Por otra parte habría que modelar la superficie tipo Suministro para que introdujera humos y gases calientes en la misma proporción que son extraídos por la superficie tipo Escape, lo cual no es factible.

Para resolver este problema cada jet fan se modela de la siguiente manera:

Figura 130. Modelo de Jet Fan mediante HVAC en FDS

A la hora de modelar el dispositivo de flujo tipo FAN tal y como se explicó en el capítulo 4 existen tres posibilidades, mediante un caudal constante, mediante una curva cuadrática o a través de una curva introducida por el usuario.

Para modelar el jet fan se debe tener en cuenta que el empuje F tiene dos componentes, la estática y la cinemática.

𝑇𝑇𝑚𝑚 = ∆𝑇𝑇 · 𝐻𝐻𝑓𝑓+ 𝜌𝜌 · 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑓𝑓· 𝑣𝑣𝑓𝑓 Ec (5.30)

En el caso de querer modelar el dispositivo de flujo FAN mediante una curva cuadrática se puede obtener de la ecuación Ec (5.29) dos puntos de funcionamiento para realizar el modelo.

El primer punto para ∆𝑇𝑇 = 0, se obtiene la componente cinemática 𝑇𝑇𝑚𝑚 = 𝜌𝜌 · 𝑞𝑞𝑣𝑣𝑓𝑓· 𝑣𝑣𝑓𝑓

empleando los datos del fabricante de caudal y velocidad obteniéndose el empuje teórico.

Para segundo punto con vf =0 se obtiene 𝑇𝑇_𝑚𝑚= ∆𝑇𝑇 · 𝐻𝐻_𝑓𝑓 y de ella se obtiene ∆𝑇𝑇_{𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚}=

𝑇𝑇𝑚𝑚/𝐻𝐻𝑓𝑓 donde 𝑇𝑇𝑚𝑚 es el empuje teórico

CONDUCTO + FAN NODO NODO SUPERFICIE HVAC SUPERFICIE HVAC ADMISIÓN _IMPULSIÓN

El modelo cuadrático que emplea HVAC para el funcionamiento de los ventiladores viene determinado por la siguiente ecuación donde la presión es proporcional al cuadrado del caudal:

Ec (5.31)

Donde:

𝑉𝑉̇𝑓𝑓𝑚𝑚𝚤𝚤: Es el caudal producido por el ventilador

𝑉𝑉̇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚: Es el caudal máximo del ventilador

∆𝑇𝑇: Es la diferencia de presión entre la admisión y el escape del ventilador ∆𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚: Es la presión máxima a la cual trabaja el ventilador

En la siguiente gráfica se representan los dos puntos para obtener la curva cuadrática de un FAN HVAC en FDS.

Gráfica 18. Obtención de la curva cuadrática de un jet fan

Punto A. Caudal de descarga libre, con presión estática cero, corresponde al caudal del

modelo m3/s, en la primera columna.

Punto B. Corresponde a flujo cero (está cerrada la salida del ventilador), en este caso hay

empuje, el teórico

Por otra parte también se puede modelar el FAN mediante la hipótesis de caudal constante para túneles ya que no hay diferencias de presión significativas

∆ ≈p

0

que como los ventiladores se encuentran los suficientemente alejados se consideran que trabajan a descarga libre funcionando el ventilador en el entorno del punto A.

A

Para comprobar esto se han realizado varías simulaciones de un jet fan y se comprueba que el funcionamiento es similar. En las siguientes imágenes se presenta el caudal impulsado por un jet fan JZR 7-11/2 modelado en el recuadro izquierdo mediante un FAN con caudal constante y en el recuadro derecho modelado mediante curva cuadrática.

Figura 131. Caudales de un jet fan JZR 7-11/2 modelados con diferentes técnicas.

Por otra parte es fundamental al realizar el modelo del jet fan realizar un modelo del cajeado de admisión y escape del jet fan. En la siguiente imagen se presenta el modelo del jet fan simulado en un segmento del túnel:

Figura 132. Ubicación del jet fan en el modelo y detalle del jet fan.

El modelo HVAC del jet fan queda ubicado en la zona azul central, siendo los elementos color beige el cajeado de impulsión y escape.

En caso de no realizar este tipo de cajeado, es posible que se produzca una interferencia entre la admisión y la impulsión con la consiguiente pérdida de eficiencia del jet fan, y por tanto su modelado no sería adecuado

Para representar la importancia de modelar estos elementos se presenta a continuación los resultados de diferentes experimentos realizados. En la imagen superior se presenta el modelo de jet fan a emplear en la simulación en el cual se ha modelado el cajeado de admisión y escape. En la imagen inferior se presenta el mismo modelo sin los cajeados. Como puede observarse se produce una reducción drástica de la velocidad de impulsión del jet fan derivada de la interferencia entre la admisión y el escape del jet fan por encontrarse demasiado próximos.

Figura 133. Representación de la velocidad de dos jet fans modelados con y sin cajeado.

Si se compara el caudal impulsado por ambos modelos se comprueba que la reducción producida es considerable. En la imagen izquierda se presenta el caudal impulsado por el modelo a emplear en la simulación en la cual el jet fan cuenta con cajeados y e impulsa un caudal de 11,3 m3_{/s mientras que en la imagen derecha se presenta el caudal del jet}

fan sin cajeado el cual alcanza un valor de 7 m3_/s.