Un ventilador de chorro para túneles se selecciona según el empuje, medido en newtons, no según el caudal de aire. No mueve el aire a través de un conducto: empuja el aire que ya está en el túnel, y lo que importa es la fuerza que aplica a esa columna.
De dónde procede el requisito de empuje
El empuje total requerido es la suma de las resistencias que la columna de aire debe vencer:
- Fricción con las paredes a lo largo del túnel. Es proporcional a la longitud y al cuadrado de la velocidad del aire, por lo que aumenta rápidamente con la velocidad de diseño.
- Pérdidas en los portales y las entradas en cada extremo.
- Efecto del tráfico. Los vehículos que se desplazan en la dirección del flujo de aire ayudan; los que se desplazan en contra, o están detenidos en una congestión, añaden una resistencia considerable. Un túnel congestionado lleno de vehículos detenidos plantea un problema aerodinámico diferente al de uno con tráfico fluido.
- Flotabilidad debida a la pendiente. El aire caliente asciende, por lo que un túnel inclinado tiene un efecto chimenea natural que puede ayudar o actuar en contra de esa dirección.
- Diferencia de presión atmosférica entre los portales, causada por el viento y las condiciones meteorológicas. A menudo es el término individual más importante y el más variable.
El caso de diseño suele ser la peor combinación: congestión, pendiente desfavorable y viento desfavorable al mismo tiempo. Dimensionar para la condición media produce un sistema que falla cuando más se necesita.
El empuje instalado es inferior al empuje nominal
Un ventilador con un empuje nominal de 1,000 N no proporciona 1,000 N de empuje útil una vez instalado. Se aplican dos pérdidas.
Proximidad a las paredes. El chorro que sale del ventilador arrastra aire circundante. Si el ventilador está montado demasiado cerca del techo o de la pared del túnel, el chorro se adhiere a la superficie y parte de su cantidad de movimiento se pierde por fricción en lugar de transferirse a la columna de aire. Los fabricantes publican una eficiencia de instalación, y las holguras inferiores al valor recomendado la reducen de forma apreciable.
Interferencia entre ventiladores. Los ventiladores colocados demasiado cerca entre sí y en secuencia quedan dentro de las estelas de los demás. El ventilador situado aguas abajo toma aire que ya está en movimiento y añade menos empuje del que añadiría en aire no perturbado.
Las reglas prácticas que se derivan son las siguientes: mantenga la holgura especificada respecto al techo, normalmente una fracción del diámetro del ventilador, y separe los ventiladores a lo largo del túnel lo suficiente para que cada chorro se haya vuelto a mezclar antes de que llegue al siguiente ventilador. Un espaciamiento longitudinal de muchos diámetros del ventilador es normal, y reducirlo para adaptarlo a un túnel más corto desperdicia capacidad instalada.
Reversibilidad
La mayoría de los sistemas de túneles necesitan empujar el aire en cualquiera de las dos direcciones: la dirección normal para la ventilación diaria y la dirección contraria para controlar el movimiento del humo durante un incendio.
Hay dos formas de conseguirlo:
- Álabes aerodinámicamente reversibles, simétricos en su perfil. Proporcionan el empuje completo en ambas direcciones, pero los álabes simétricos son menos eficientes que los álabes de perfil aerodinámico en la dirección principal.
- Inversión mediante el sentido de giro del motor con álabes asimétricos. Son eficientes hacia delante, pero el empuje inverso es sustancialmente menor: habitualmente se indica como aproximadamente el 60–70% del empuje hacia delante. Es aceptable si el caso inverso se dimensionó teniendo en cuenta esa cifra reducida.
Equivocarse en este punto es un error grave de especificación: un sistema cuyo empuje inverso se haya supuesto igual al empuje hacia delante queda subdimensionado precisamente para la emergencia que debe gestionar.
Servicio contra incendios
Los ventiladores de chorro de un túnel viario deben seguir funcionando con humo caliente. Las clasificaciones se expresan mediante una temperatura y una duración: un ventilador clasificado para 250°C durante dos horas, o para 400°C durante dos horas, dependiendo de la estrategia contra incendios del proyecto.
Conseguirlo condiciona todo el conjunto, no solo el ventilador: el aislamiento del motor y los rodamientos, el tipo de cable, los elementos de montaje y el equipo de control que lo alimenta. Un ventilador certificado para altas temperaturas alimentado mediante un cable que falla a una temperatura inferior no constituye un sistema para altas temperaturas.
Montaje
Los ventiladores de chorro cuelgan de la bóveda del túnel, y el montaje debe soportar más que el peso del ventilador:
- Reacción del empuje: el ventilador empuja el aire en una dirección y ejerce continuamente una fuerza en la dirección contraria sobre su montaje.
- Cargas aerodinámicas de los vehículos que pasan, especialmente en túneles con tráfico intenso de vehículos pesados a alta velocidad.
- Vibración, que afloja las fijaciones con el paso de los años si el diseño no la tiene en cuenta.
Los soportes antivibración junto con una retención secundaria de seguridad son una práctica habitual, y la retención secundaria no es opcional: la caída de un ventilador sobre tráfico en circulación es el modo de fallo que el diseño debe evitar.
Cuándo los ventiladores de chorro no son la solución
La ventilación longitudinal con ventiladores de chorro funciona bien hasta cierto punto. Los túneles muy largos, los túneles con tráfico bidireccional y los túneles en los que el humo no debe empujarse a lo largo de toda la longitud hacia los ocupantes generalmente necesitan sistemas transversales o semitransversales con conductos independientes de impulsión y extracción. Ese es un proyecto diferente, y especificar ventiladores de chorro para él no es una solución escalable.