Ventilación para túneles subterráneos

*Por la Ing. Andreína Cirigliano y por el Lic. Sergio Cirigliano.

Los túneles para el metro o ferrocarriles subterráneos deben ser ventilados continuamente, ambos con el propósito de mantener una atmósfera razonablemente buena, y también para sostener baja la temperatura. El problema se hace más difícil por el efecto pistón ocasionado por trenes que recorren el túnel en vías muy próximas una a la otra. Esto resulta en una presión determinada delante del tren y una aspiración definitiva detrás del mismo, y por consiguiente se debe usar un tipo de ventilador con una característica de potencia sin sobrecarga para impedirla en el motor de transmisión bajo grandes variaciones de resistencia.  Además, los ventiladores para tales túneles son ordinariamente instalados en áreas de congestión, y por consiguiente, deben ser de funcionamiento silencioso. La mayoría de los instalados recientemente con este propósito son del tipo axial con precauciones especiales para limitar el sonido con silenciadores en caso de requerir una mayor atenuación.
La ventilación de túneles carreteros tomó considerable importancia. Después de numerosos accidentes ocurridos y debido a las víctimas por envenenamiento por monóxido de carbono, se llevaron a cabo, distintos experimentos y se descubrió que los vehículos motorizados expulsaban 2.5 m³/h de monóxido de carbono en los gases de escape operando bajo carga, y aproximadamente 1 m³/h cuando estaban funcionando en vacío.
Una concentración de cuatro partes de monóxido de carbono en 10.000 partes de aire es reconocida como la concentración máxima que puede ser permitida sin efectos perjudiciales para la salud. Es evidente que con un gran volumen de tráfico se necesita una cantidad grande de aire para mantener una dilución de seguridad.
Todos los túneles carreteros modernos son, por lo tanto, equilibrados para permitir una buena ventilación mediante el suministro de un volumen amplio de aire puro y la eliminación de un volumen correspondiente de aire contaminado.

 

SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Los costos de ventilación están relacionados por la sección, longitud puntos de acceso, aire fresco que puede ser provisto y aire viciado extraído. Los túneles con secciones mayores a un kilómetro de longitud  resultan más costosos. Algunos de los métodos más utilizados son los siguientes:

  • NATURAL: La ventilación longitudinal en la cual el flujo de aire corre. El viento natural y las fuerzas termales se apoyan para inducir dicho flujo de aire.1
  • VENTILACIÓN LONGITUDINAL: Este es un sistema que carece de ductos en el cual todo el volumen de aire requerido se mueve a través del túnel a una velocidad constante. Esto ocurre desde la entrada hasta la salida del túnel. Para lograr el suministro de aire necesario, es decir, para poder suministrar una ventilación longitudinal positiva, ventiladores axiales sección Aerofoil se encuentran colgados del techo del túnel. El soplido está direccionado en la misma posición que el flujo de aire (normalmente hacia un lado) aunque a su vez son capaces de revertir su posición ante una emergencia.

El número y el tamaño de estos ventiladores dependen de la máxima resistencia al flujo de     aire del total del movi2miento que circula a través del túnel (ver gráfico Nº 1).

 

  • VENTILACIÓN TRANSVERSAL: Este es un sistema conformado por ductos que proveen un suministro de aire fresco por medio de un conducto y otro de índole similar que extrae el aire contaminado. Cada ducto funciona en la longitud total del túnel o en el área en la cual el aire se suministra. Persianas denominadas de “entrada” se encuentran montadas en un determinado lugar cuya función principal es conectar el ducto de suministro de aire fresco con el túnel, y por lo general están situadas a nivel del suelo. A su vez, cuenta con persianas denominadas de “salida” que están ubicadas en forma espaciada cuya función es conectarlo con el ducto de extracción de aire a un nivel elevado.

En cada área de ventilación los ductos, según el caso, están por lo general instalados     con ventiladores en ambos extremos de las áreas y así reducen el flujo de aire y el consumo de energía al mismo tiempo (ver gráfico Nº 2).

 

  • VENTILACIÓN SEMI-TRANSVERSAL: Utiliza el mismo ducto de suministro de aire como lo hace el sistema transversal completo pero el aire de salida viaja a través del túnel de la misma manera en que circula en el sistema longitudinal (ver gráfico Nº 3 y 4).

 

  • SISTEMAS MIXTOS: Un ducto de suministro puede alimentar parte de la longitud de un área del túnel y un ducto de extracción quita el aire de la longitud restante logrando así un flujo longitudinal entre ambas áreas (ver gráfico Nº 5).

 

Los ventiladores axiales Aerofoil fueron usados en unos 26 países del mundo para aplicaciones de ventilación de túneles y minas.1

El tipo de mina ventilada varía considerablemente (carbón, cobre, oro, diamantes, hierro). Su ventilación constituye un aspecto importante de venta en el transcurso de los últimos años. La empresa Cirigliano S.A. de la ciudad de Junín, Buenos Aires, Argentina, abasteció ventiladores axiales Aerofoil a las compañías más importantes de nuestro país y de Chile, Bolivia y Uruguay.
La aplicación de ventiladores axiales Aerofoil en una mina puede dividirse en los siguientes títulos:

  • Sistema principal para ventilación de túneles y minas.
  • Sistema auxiliar – sistema reforzado de circulación.

Estos ventiladores presentan dos ubicaciones posibles: de superficie o subterráneos.
También se deb5e tener en cuenta si existe una excesiva presión en el túnel o si se trabaja bajo presión negativa. Estas consideraciones son hechas por la ingeniería de ventilación de túneles y minas.
Por otro lado, la aplicación de silenciadores es uno de los beneficios que se derivan al sector. La aplicación de los mismos es considerada constantemente y reconocida por los ingenieros de ventilación de túneles. Su beneficio debe tenerse en cuenta en cualquier análisis debido a que éstos pueden atenuar unos 16dB (ver gráfico Nº 6).

 

 

VENTILADORES PRINCIPALES

Poseen un control más sencillo y seguro en emergencias, de fácil acceso a reparaciones e instalación eléctrica menos costosa. Estos ventiladores trabajan por lo general en etapas múltiples y en paralelo. Dos o cuatro ventiladores en paralelo, aseguran la ventilación en caso que algún ventilador falle. De esta manera, la ventilación se reduce pero no se para, como sería el caso de un ventilador centrífugo grande. La producción puede continuar sin interrupción.

Ventilador para túneles y minas de 700HP instalados6

En el caso mencionado de cuatro ventiladores en paralelo, dos están en reserva. Ante la necesidad de expansión del circuito de ventiladores, se puede realizar entrando en funcionamiento uno de reserva sin tener que modificar sustancialmente la instalación.
En la empresa Cirigliano S.A. contamos con ventiladores axiales Aerofoil de múltiples etapas para ventilación principal que llegan hasta tres metros de diámetro. Los más grandes tienen la ventaja de poder variar el ángulo de pala en funcionamiento.
Los modelos Varofoil pueden accionarse manual, mecánica, hidráulica y neumáticamente comandados con una PC a través de un sistema SCADA.
Los ventiladores auxiliares de múltiples etapas se pueden combinar hasta en seis etapas individuales separadas:

  • Tres combinaciones en dos etapas cada una.
  • Dos combinaciones de tres etapas cada una.
  • Uno de cuatro etapas y uno de dos etapas.
  • Un conjunto de cinco etapas y uno de una etapa.
  • Un conjunto de seis etapas.
  • Tres conjuntos de dos etapas cada uno en paralelo.
  • Dos conjuntos de tres etapas cada uno en paralelo.

Esto es sumamente útil y económico en túneles donde se utilizan muchos ventiladores y los requerimientos cambian día a día.
La ventilación de túneles durante su construcción y después de haberse completado, son dos problemas diferentes y requieren tipos de ventiladores distintos.
Durante la construcción se requiere la provisión de aire puro a los hombres que trabajan en la galería de avance, cuando los túneles están siendo excavados en la roca donde es necesario una explosión. Esto facilita una dispersión rápida de los gases que surgen de la carga de la explosión  y con el propósito de reducir tanto como sea posible el tiempo durante el cual los trabajadores deben estar ausentes del frente.
Algunas galerías de avance pueden tener una extensión de hasta 3000 metros. Como el ducto debe mantenerse al mínimo, se desarrollan presiones altas en los conductos. En tal caso, los ductos deben ser de construcción fuerte para la prevención cuando la dirección del caudal de aire es invertida con el propósito de extraer los gases del frente.
Si no se requiere que el aire sea invertido, es posible el uso de ductos flexibles para el abastecimiento de aire en el frente.

En Cirigliano S.A contamos con una amplia gama de ventiladores axiales y centrífugos fabricados en serie. En axiales Aerofoil, van desde 300 mm de diámetro hasta 3 metros, en etapas simples, con aletas guiadoras y múltiple etapas (930 variables). Y en ventiladores centrífugos hay disponibles de serie 2000 variantes desde 150 mm de diámetro hasta 2000 mmm, fabricados con siete tipos de pala diferentes. La fabricación de ductos rígidos y flexibles de Ø300mm hasta Ø800mm y medidas especiales bajo plano.