Um ventilador a jato para túneis é selecionado com base no impulso, medido em newtons, e não no caudal de ar. Não movimenta o ar através de uma conduta — empurra o ar que já se encontra no túnel, e o que importa é a força que aplica a essa coluna.
De onde vem o requisito de impulso
O impulso total necessário é a soma das resistências que a coluna de ar tem de vencer:
- Fricção nas paredes ao longo do comprimento do túnel. É proporcional ao comprimento e ao quadrado da velocidade do ar, pelo que aumenta rapidamente com a velocidade de projeto.
- Perdas nos portais e nas entradas em cada extremidade.
- Efeito do tráfego. Os veículos que se deslocam com o fluxo de ar ajudam; os veículos que se deslocam contra ele, ou que estão parados num congestionamento, acrescentam uma resistência substancial. Um túnel congestionado e cheio de veículos parados constitui um problema aerodinâmico diferente de um túnel com tráfego fluido.
- Flutuabilidade causada pelo gradiente. O ar quente sobe, pelo que um túnel inclinado tem um efeito natural de chaminé que pode ajudar ou opor-se à direção de projeto.
- Diferença de pressão atmosférica entre os portais, causada pelo vento e pelas condições meteorológicas. É frequentemente o maior termo isolado e o mais variável.
A condição de projeto é normalmente a pior combinação — congestionamento, gradiente desfavorável e vento desfavorável em simultâneo. Dimensionar para a condição média resulta num sistema que falha quando é necessário.
O impulso instalado é inferior ao impulso nominal
Um ventilador classificado para 1,000 N não fornece 1,000 N de impulso útil depois de instalado. Aplicam-se duas perdas.
Proximidade das paredes. O jato que sai do ventilador arrasta o ar circundante. Se o ventilador estiver montado demasiado próximo do teto ou da parede do túnel, o jato adere à superfície e parte do seu momento é perdida por fricção, em vez de ser transferida para a coluna de ar. Os fabricantes publicam uma eficiência de instalação, e folgas inferiores ao valor recomendado reduzem-na de forma percetível.
Interferência entre ventiladores. Os ventiladores colocados demasiado próximos uns dos outros em sequência ficam na esteira do ventilador anterior. O ventilador a jusante capta ar que já está em movimento e acrescenta menos impulso do que acrescentaria num fluxo de ar não perturbado.
As regras práticas daí resultantes são: manter a folga especificada em relação ao teto — normalmente uma fração do diâmetro do ventilador — e espaçar os ventiladores ao longo do túnel o suficiente para que cada jato se volte a misturar antes de chegar ao ventilador seguinte. Um espaçamento longitudinal de muitos diâmetros de túnel é normal, e reduzi-lo para instalar os ventiladores num túnel mais curto desperdiça capacidade instalada.
Reversibilidade
A maioria dos sistemas de túneis precisa de empurrar o ar em qualquer uma das direções — a direção normal para a ventilação diária, e a direção oposta para controlar o movimento do fumo em caso de incêndio.
Há duas formas de o conseguir:
- Pás aerodinamicamente reversíveis, simétricas no perfil. Fornecem impulso total nas duas direções, mas as pás simétricas são menos eficientes do que as pás de perfil aerodinâmico na direção principal.
- Inversão através da direção do motor com pás assimétricas. São eficientes no avanço, mas o impulso inverso é substancialmente inferior — normalmente indicado como cerca de 60–70% do impulso de avanço. É aceitável se o caso inverso tiver sido dimensionado com base nesse valor reduzido.
Errar neste ponto constitui um erro grave de especificação: um sistema cujo impulso inverso tenha sido considerado igual ao impulso de avanço fica subdimensionado precisamente para a emergência que existe para tratar.
Operação em caso de incêndio
Os ventiladores a jato num túnel rodoviário têm de continuar a funcionar em presença de fumo quente. As classificações são expressas através de uma temperatura e de uma duração — um ventilador classificado para 250°C durante duas horas, ou 400°C durante duas horas, consoante a estratégia de incêndio do projeto.
Alcançar este desempenho condiciona todo o conjunto, e não apenas o ventilador: o isolamento do motor e os rolamentos, o tipo de cabo, os elementos de montagem e o equipamento de controlo que o alimenta. Um ventilador certificado para alta temperatura alimentado por um cabo que falha a uma temperatura inferior não constitui um sistema de alta temperatura.
Montagem
Os ventiladores a jato ficam suspensos na abóbada do túnel, e a montagem tem de suportar mais do que o peso do ventilador:
- Reação ao impulso — o ventilador empurra o ar numa direção e exerce continuamente uma força oposta sobre a sua montagem.
- Cargas aerodinâmicas causadas pelos veículos em passagem, especialmente em túneis com tráfego intenso de veículos pesados a alta velocidade.
- Vibração, que pode desapertar as fixações ao longo dos anos se o projeto não a tiver em conta.
Suportes antivibratórios complementados por uma retenção de segurança secundária constituem uma prática normal, e a retenção secundária não é opcional — a queda de um ventilador sobre tráfego em circulação é o modo de falha que o projeto pretende evitar.
Quando os ventiladores a jato não são a solução
A ventilação longitudinal com ventiladores a jato funciona bem até certo ponto. Túneis muito longos, túneis com tráfego bidirecional e túneis onde o fumo não deve ser empurrado ao longo de todo o comprimento na direção dos ocupantes necessitam geralmente de sistemas transversais ou semitransversais com condutas dedicadas de insuflação e extração. Trata-se de um projeto diferente, e especificar ventiladores a jato para esse caso não é uma solução escalável.