1. Introducción

En infraestructuras como túneles de carretera, túneles ferroviarios/de metro y aparcamientos subterráneos, el control de la calidad del aire, la evacuación de humos y el cumplimiento de las normas de seguridad son preocupaciones apremiantes. Los ventiladores pasivos o de conducto tradicionales están siendo reemplazados por ventiladores de chorro, que ofrecen un flujo de aire más potente, mayor flexibilidad y un menor coste a largo plazo. Este artículo, centrado en el término "ventilador de chorro", analiza el rendimiento de los sistemas de ventiladores de chorro, sus parámetros de diseño y sus características diferenciales.

2. ¿Qué es un ventilador a reacción?

Un ventilador de chorro es un dispositivo de ventilación axial de alta velocidad, montado directamente dentro de túneles, ya sea en el techo o en las paredes. Produce un flujo de aire concentrado y de alta velocidad (chorro) que arrastra el aire circundante, creando un flujo de aire longitudinal completo sin necesidad de conductos. Esto hace que los ventiladores de chorro sean compactos, escalables e ideales para renovaciones o nuevas construcciones.

SHUANGYANG FAN project - Guangdong Kaichun Expressway                                              SHUANGYANG FAN project - Yunnan Yanglin Tunnel

3. Principio de funcionamiento del ventilador de chorro

Los ventiladores a reacción funcionan según los principios de dinámica de fluidos:

1. Eyección de Aire y Transferencia de Momento
   Se expulsa un chorro potente que transporta el momento al aire del túnel e induce una corriente direccional, creando un empuje medido en Newtons (N).

2. Efecto de Entrenamiento
   A medida que el chorro se desplaza, penetra en el aire ambiente del túnel, amplificando drásticamente el volumen ventilado y multiplicando el volumen de aire real movido.

3. Creación de Gradiente de Presión
   Los chorros alineados sobre el túnel producen un gradiente de presión constante, moviendo el aire desde la entrada hasta la salida.

Esto crea un flujo de aire eficaz a escala de túnel. A diferencia de los ventiladores con conductos, que necesitan canales para guiar el flujo de aire, los ventiladores de chorro aprovechan su impulso para circular el aire a lo largo de todo el túnel.

4. Aplicaciones clave y por qué los ventiladores a chorro superan a las alternativas

4.1 Túneles para vehículos (carreteras, ferrocarriles, metro)

• Túneles de carretera: Las emisiones de los vehículos (CO, NOx) se acumulan sin ventilación forzada. Los ventiladores de chorro controlan los contaminantes a la vez que mantienen una visibilidad despejada para los conductores.

• Túneles ferroviarios/metro: Los trenes crean un efecto pistón que facilita el flujo de aire, pero no es suficiente por sí solo. Los ventiladores de chorro lo complementan para lograr una ventilación constante.

4.2 Aparcamientos subterráneos

Las emisiones (CO, NO₂) pueden acumularse rápidamente. Los sistemas de ventiladores de chorro ofrecen una reducción de la dilución controlada mediante sensores, lo que resulta eficiente y ahorra energía.

4.3 Control de humo de emergencia

Los ventiladores de chorro son cruciales durante los incendios de túneles. En la ventilación longitudinal, expulsan el humo aguas abajo del incendio, manteniendo los túneles aguas arriba despejados para la evacuación y el rescate.

5. Ventiladores de chorro vs. ventilación tradicional

6. Consideraciones de diseño y dimensionamiento

6.1 Equilibrio de Empuje y Presión
El empuje necesario (T_total) debe superar la fricción, las pérdidas en el portal, los efectos de pistón del tráfico y las influencias meteorológicas. Utilizando términos de presión (Pa) y áreas del frente del túnel, el empuje neto garantiza el flujo de aire.

6.2 Velocidad Crítica en Condiciones de Incendio
Para evitar la acumulación de humo (humo que fluye aguas arriba en contra del tráfico), la velocidad del flujo de aire (v) debe superar una velocidad crítica (v_c, típicamente 2,5-3,5 m/s).
El diseño incluye modelado analítico y de CFD (p. ej., ecuaciones NFPA 502), lo que garantiza que v ≥ v_c en escenarios de incendio.

6.3 Factor de Entrenamiento e Instalación
El empuje efectivo se ve afectado por la geometría de la instalación. Los deflectores aerodinámicos pueden optimizar el entrenamiento y minimizar las pérdidas.

6.4 Ubicación y Dirección de Desplazamiento
Los ventiladores están espaciados a lo largo del eje del túnel. La disposición de varias unidades garantiza la redundancia. En caso de incendio, la instalación aguas arriba garantiza una extracción continua.

7. Control inteligente e integración de sensores

Los sistemas modernos utilizan sensores (CO, NO₂, visibilidad) para el control en tiempo real, activando y desactivando los ventiladores según sea necesario.
Los paneles de automatización gestionan estos ventiladores, especialmente en condiciones de humo, lo que reduce el consumo de energía y mejora la seguridad.

8. Seguridad contra incendios y cumplimiento normativo

8.1 Evacuación sin humo.
Al dirigir el humo aguas abajo, los ventiladores de chorro mantienen las rutas de escape.

8.2 Certificación de temperatura
Los ventiladores deben funcionar a altas temperaturas en caso de incendio (el requisito máximo es de 400 °C durante 2 horas, certificado según la norma EN12101-3).

8.3 Mitigación de la capa posterior
El diseño garantiza que se alcance la velocidad crítica: los múltiples chorros, el espaciamiento y la potencia permiten zonas aguas arriba sin hundimiento.

9. Beneficios económicos, operativos y ambientales

9.1 Menores costos operativos y de capital
Los ventiladores de chorro eliminan los conductos, lo que reduce los costos de material y mano de obra. Las unidades compactas simplifican la instalación.

9.2 Ahorro de energía
El flujo de aire con arrastre maximiza la eficiencia: en comparación con los ventiladores con conducto, los sistemas de chorro consumen menos energía por metro cúbico ventilado.

9.3 Mayor seguridad → Reducción de responsabilidades
El control de humo y la preparación para emergencias facilitan el cumplimiento normativo y pueden reducir el riesgo del seguro.

9.4 Modularidad y flexibilidad de modernización
Los ventiladores de chorro se pueden incorporar de forma gradual o ajustable, lo que resulta ideal para infraestructuras en constante evolución.

10. Hoja de ruta de implementación

1. Evaluación: longitud del túnel, dirección del tráfico, tipos de vehículos, flujo de aire de referencia.

2. Dimensionamiento preliminar: calcular la velocidad y el empuje del flujo de aire necesarios para superar el valor crítico de v_c.

3. Diseño de la disposición: ubicar múltiples ventiladores de chorro, considerando la geometría, la redundancia y las zonas de incendio.

4. Dimensionamiento del sistema: seleccionar las unidades de ventilador adecuadas (potencia de empuje, certificación, niveles de ruido).

5. Modelado y validación: utilizar métodos deterministas o de CFD.

6. Diseño de control: integrar sensores, paneles de automatización y anulaciones manuales.

7. Certificación y pruebas: garantizar el cumplimiento de las normas internacionales mediante ensayos de fuego.

8. Mantenimiento y puesta en servicio: auditorías de rendimiento programadas y ensayos de humo.

11. Tendencias futuras en ventiladores de chorro de túnel

• La mejora de las toberas ofrece una mayor eficiencia de empuje sin aumentar el consumo de energía.

• Los ventiladores de velocidad variable y reversibles facilitan la ventilación bidireccional.

• Los sistemas híbridos combinarán ventiladores de chorro y ventiladores intermitentes de suministro/extracción para optimizar el uso de la energía.

• Las plataformas de control inteligente gestionarán automáticamente la ventilación multizona.

• Los compuestos y recubrimientos ignífugos mejorarán la vida útil de los ventiladores y su tolerancia a la temperatura.

12. Resumen

Principales ventajas de los ventiladores a chorro en aplicaciones de túneles:

• Sin conductos, alto flujo de aire, instalación escalable

• Seguridad comprobada en evacuación de emergencia y control de humo

• Eficiencia energética, funcionamiento basado en sensores

• Excelente retorno de la inversión (ROI) y cumplimiento normativo

Nota: Los datos son solo de referencia; consulte con las empresas correspondientes para obtener más información. El contenido del artículo puede contener omisiones y errores. Se agradecen las correcciones.