Ventilación con ventiladores a chorro: Impulsando el flujo de aire en túneles y espacios subterráneos

Los sistemas modernos de túneles y subterráneos utilizan ventiladores de chorro (ventiladores axiales especializados) para circular el aire y controlar el humo sin necesidad de grandes conductos. Los ventiladores de chorro (también llamados ventiladores de impulso o de inducción) generan un chorro de aire a alta velocidad que arrastra el aire circundante y empuja los contaminantes hacia las salidas. Por ejemplo, imágenes como la siguiente muestran ventiladores de chorro montados en el techo de un túnel vial, que ilustran cómo un chorro de aire concentrado impulsa el flujo de aire a través del túnel. A diferencia de los ventiladores de conducto tradicionales, un sistema de ventiladores de chorro utiliza el propio túnel como vía de flujo, ahorrando espacio y costes a la vez que mueve un gran volumen de aire.

Ventiladores de chorro montados en el techo de un túnel. Un ventilador de chorro expulsa una corriente de aire a alta velocidad que penetra (arrastra) el aire circundante para crear un flujo longitudinal. Cada ventilador genera empuje (medido en Newtons) al acelerar el aire. A medida que el chorro se mezcla aguas abajo, su impulso transporta más aire y contaminantes a lo largo del túnel. Al aprovechar el principio de Bernoulli, un solo ventilador de chorro puede influir varias veces en su propio volumen de descarga. En efecto, el chorro induce una circulación a gran escala sin necesidad de grandes conductos, una ventaja clave en túneles y cocheras con espacio limitado.

El ventilador de chorro es un dispositivo con una función específica: se instala en serie a lo largo del techo de un espacio cerrado (como un túnel o un aparcamiento) y se controla en conjunto. Los sensores pueden activar ventiladores individuales para diluir o extraer el aire contaminado, ofreciendo una estrategia de ventilación inteligente. El ventilador de chorro dirige el aire a un punto de escape o salida común, satisfaciendo las necesidades de ventilación y extracción de humos de forma rentable y sin conductos.

Parámetros clave de rendimiento

El rendimiento de un ventilador a reacción se caracteriza por varios parámetros clave: empuje, velocidad del flujo de aire, relación de arrastre (inducción), ruido y eficiencia. Cada parámetro ayuda a determinar la eficacia de un ventilador a reacción para ventilar un espacio determinado.

• Empuje (Newton, N): El empuje es la fuerza que impulsa el aire. Los ventiladores de chorro de túnel de alta potencia pueden producir entre 1000 y 3000 N de empuje. Por ejemplo, los datos de un fabricante muestran una serie de ventiladores de chorro de túnel con una "Fuerza de Empuje de Hasta 3000 N". El empuje determina la distancia y la velocidad a la que se puede impulsar el flujo de aire a lo largo del túnel. (El empuje se suele medir por ventilador en un banco de pruebas, según normas como la AMCA 250).

• Velocidad y Caudal del Aire (m/s, m³/s): Los ventiladores de chorro expulsan aire a alta velocidad. Las velocidades típicas del aire de salida oscilan entre 10 y 40 m/s en el núcleo del chorro (a menudo son mayores cerca del impulsor). El caudal volumétrico depende del tamaño del ventilador y de la potencia del motor. Por ejemplo, a 1 m (1000 mm), un ventilador de chorro puede mover de 5 a 10 m³/s a plena potencia (los valores exactos varían según el diseño). Los chorros de mayor velocidad arrastran más aire.

• Relación de Arrastre (Inducción): La relación de arrastre es el múltiplo por el cual el aire ambiente es absorbido por el flujo. La relación de inducción se define como (flujo de aire total suministrado)/(descarga de aire del propio ventilador). Los ventiladores de chorro modernos pueden alcanzar relaciones de inducción de 10 a 30 veces o más, lo que significa que cada 1 m³/s de la boquilla del ventilador puede inducir un flujo total de 10 a 30 m³/s. (Por ejemplo, un producto afirma tener una "Relación de Inducción 28 veces mayor"). Una relación de inducción alta significa que un ventilador de chorro ventila eficazmente un volumen mucho mayor que el de su salida directa.

• Ruido (dB): Un ventilador de chorro puede ser ruidoso a alta velocidad. Reducir a la mitad su velocidad suele reducir el ruido en unos 15 dB. En la práctica, un ventilador de chorro a plena potencia en un túnel podría generar del orden de 70 a 85 dB(A) a 1 metro (en campo libre), dependiendo del tamaño y el diseño. Para controlar el ruido, muchos ventiladores de túnel incorporan bridas de entrada que atenúan el sonido o revestimientos acústicos.

• Eficiencia (N/kW): La eficiencia de empuje es una métrica común (empuje por unidad de potencia). Los ventiladores de chorro de alta eficiencia pueden alcanzar entre 30 y 40 N/kW. Por ejemplo, un ventilador de chorro de 1500 N con un consumo de 50 kW tiene 30 N/kW. Los diseños aerodinámicos mejorados (perfiles de pala ajustados, toberas optimizadas) maximizan el empuje por kilovatio utilizado.

Estos parámetros deben equilibrarse en la selección. Por ejemplo, aumentar el tamaño del motor aumenta el empuje, pero también el ruido. Los diseñadores suelen utilizar varios ventiladores de chorro más pequeños en serie para lograr la ventilación necesaria con un nivel de ruido y un coste aceptables.

Ventilador de chorro frente a otros sistemas de ventilación

Los ventiladores de chorro ofrecen una solución de ventilación longitudinal (sin conductos), que difiere fundamentalmente de los sistemas de conductos tradicionales y otros tipos de ventiladores. Entre sus principales diferencias se incluyen:

• Ventilación longitudinal (de chorro) vs. transversal (conductada): En los sistemas longitudinales, los ventiladores de chorro se instalan en el propio túnel para impulsar el aire a lo largo de su longitud. En cambio, la ventilación transversal utiliza grandes ventiladores axiales (de diez sobre el suelo) para suministrar o extraer aire a través de conductos o pozos a intervalos. En la práctica, un sistema de ventiladores de chorro puro no requiere conductos extensos; simplemente utiliza el túnel como su propio "conducto", ahorrando espacio y materiales.

• Ventilador de flujo axial/mixto vs. ventilador de chorro (de impulso): Los ventiladores de chorro suelen ser ventiladores de flujo axial (con una carcasa tubular corta) que producen un chorro estrecho. El ventilador de flujo mixto (que combina flujo axial y centrífugo) existe, pero es menos común en túneles largos. Los ventiladores axiales tradicionales de gran tamaño mueven grandes volúmenes de aire en un solo lugar. Los ventiladores de chorro, en cambio, son modulares y distribuidos. En un aparcamiento, por ejemplo, los diseños clásicos solían utilizar múltiples respiraderos y rejillas en el techo, pero los ventiladores de chorro permiten una solución sin conductos.

• Ventiladores de techo/industriales vs. ventiladores de chorro para túneles: Los ventiladores de techo y los ventiladores comerciales/industriales se utilizan en edificios y fábricas, generalmente proporcionando ventilación o circulación general. Los ventiladores de chorro están diseñados específicamente para túneles vehiculares, garajes subterráneos y espacios similares. Ambos sistemas son complementarios.

En resumen, los ventiladores de chorro se eligen en lugar de los sistemas de conductos cuando se necesita una ventilación lineal y flexible, y el espacio o el coste impiden el uso de conductos grandes. Son ideales para pasillos largos con tráfico (carreteras, ferrocarriles, aparcamientos), mientras que los ventiladores convencionales se utilizan en diferentes funciones de climatización.

Aplicaciones de los ventiladores a chorro

Los ventiladores a chorro son versátiles y se utilizan en muchos espacios subterráneos y cerrados:

• Túneles de Carretera y Ferrocarril: La aplicación más clásica son los túneles de autopistas y ferrocarriles. En túneles de un solo conducto o bidireccionales, los ventiladores de chorro montados en el techo expulsan continuamente los gases de escape y aportan aire fresco. En caso de incendio, estos mismos ventiladores crean un flujo de aire longitudinal para extraer el humo. Los ventiladores de chorro se suelen instalar a lo largo de los túneles para impulsar el aire de ventilación.

• Estacionamientos y Rampas de Acceso Vehicular: Los estacionamientos de varias plantas utilizan ventiladores de chorro para cumplir con los estrictos límites de CO/NO₂. Los ventiladores de chorro ventilan distribuyendo el aire con unidades estratégicamente ubicadas. Los sistemas de ventiladores de chorro eliminan gran parte de los complejos conductos que requerían los diseños de estacionamientos más antiguos. Los ventiladores de chorro impulsan el aire de un ventilador a otro, creando corrientes en chorro que permiten la eliminación de conductos en los estacionamientos. Esto simplifica enormemente la ventilación de estacionamientos grandes.

• Estacionamientos de Túnel y Corredores Logísticos: Cualquier paso subterráneo largo puede beneficiarse. Por ejemplo, los túneles de servicios públicos, los túneles de galerías mineras, los corredores subterráneos de transporte de carga o los pasajes de búnkeres militares utilizan ventiladores de chorro para la ventilación normal y el control del humo.

Ventiladores de chorro montados en el techo en un túnel. Aquí, tres ventiladores de chorro de alta potencia impulsan el flujo de aire a lo largo del túnel. En un túnel vial o de tránsito, se instala una hilera de estos ventiladores a intervalos para mantener el flujo de ventilación en la dirección del tráfico. Estos ventiladores pueden invertir el empuje si es necesario para el tráfico bidireccional o el control del humo. Sensores y controles los activan según sea necesario.

En general, los ventiladores a reacción se adaptan a muchos entornos subterráneos, desde metros urbanos y túneles de autopistas hasta estacionamientos, rampas de acceso y largos pasillos en plantas industriales.

Beneficios de los sistemas de ventiladores a chorro

La ventilación con ventilador a chorro ofrece varias ventajas que la convierten en una opción popular:

Instalación de ventiladores de chorro en curso. Los ventiladores de chorro suelen instalarse en el techo con soportes de fijación rápida, por lo que su instalación es relativamente sencilla. A diferencia de los sistemas con conductos, un sistema de ventiladores de chorro no requiere largos tramos de conductos ni grandes pozos de ventilación. El diseño discreto de los ventiladores de chorro puede generar ahorros significativos en los costos de excavación y construcción, ya que la altura del techo puede ser menor y se requiere menos trabajo de hormigón. Un conjunto modular de ventiladores de chorro (como se muestra arriba) a menudo se puede instalar en túneles existentes con una mínima modificación estructural.

• Menores costos de construcción y obra civil: Sin la necesidad de construir conductos largos ni nuevas perforaciones de ventilación, los proyectos ahorran tiempo y dinero. Estudios indican ahorros en costos de excavación y construcción gracias a la instalación de ventiladores de chorro en el techo existente. En estacionamientos, la eliminación de huecos y conductos también permite obtener mayor superficie alquilable.

• Eliminación de conductos: Como se mencionó anteriormente, los ventiladores de chorro impulsan el aire de un ventilador a otro creando corrientes en chorro, lo que significa que los contaminantes se transportan a lo largo de las líneas del túnel. Esto elimina la necesidad de conductos complejos de suministro/escape. Menos piezas significa un diseño más simple y menor riesgo de fugas.

• Control dinámico de ventilación: Los sistemas de ventiladores de chorro se integran con sensores de CO/NO₂ y controles del edificio. Solo se activan los ventiladores necesarios, lo que reduce el consumo de energía. Las redes de ventiladores se pueden regular dinámicamente: "Sensores colocados en puntos óptimos… controlan qué ventiladores funcionan para diluir o extraer el aire contaminado". Esta operación inteligente mejora la eficiencia y la seguridad (ya que el aire fresco se impulsa solo donde es necesario).

• Extracción de humo: En emergencias, los ventiladores de chorro pueden despejar el humo rápidamente. Una ventilación eficaz es vital para el acceso y la evacuación de los bomberos, ya que los gases nocivos (CO, NO₂) y el humo pueden crear túneles mortales. Los ventiladores jet, al impulsar el aire hacia las salidas, ayudan a cumplir este requisito. Como destaca una fuente del sector, «un sistema de ventilación eficiente facilitará la evacuación» en caso de incendio. Al proporcionar un flujo de aire longitudinal, los ventiladores jet contribuyen a este objetivo de control del humo.

• Ahorro de espacio: En comparación con las entradas de aire grandes o los ventiladores de aspas, los ventiladores jet ocupan un espacio mínimo en la parte superior. Esta compacidad es especialmente importante en obras de modernización o con limitaciones. Los gestores de proyectos suelen mencionar el tamaño compacto de los ventiladores jet como una ventaja para una distribución más flexible de los techos.

• Acceso para mantenimiento: Se puede realizar el mantenimiento de cada ventilador jet individualmente sin afectar a todo el sistema. Dado que cada uno es accesible desde el techo, el mantenimiento rutinario es más sencillo que la limpieza de conductos largos o ventiladores de estación de gran tamaño.

En conjunto, estas ventajas explican por qué los sistemas de ventiladores de chorro se utilizan ampliamente a pesar de que a menudo requieren varias unidades individuales. El resultado es una solución de ventilación rentable, fácil de instalar y muy adecuada para el control del humo.

SHUANGYANG FAN Solutions

SHUANGYANG FAN ofrece una línea completa de productos de ventilación y control de humo para satisfacer estas necesidades. Su portafolio incluye ventiladores de chorro (imágenes como las de abajo) diseñados para una ventilación robusta de túneles y la extracción de humo. Además, para ventilación y extracción general, fabrican ventiladores comerciales, ventiladores para metro, ventiladores industriales y ventiladores de techo. Para entornos ultracríticos, sus ventiladores de grado nuclear se fabrican según estrictos estándares de seguridad. Además, SHUANGYANG FAN suministra compuertas cortafuegos y sistemas de control que se integran con cualquier red.

Conclusión

El ventilador de chorro es la herramienta clave para la ventilación subterránea, convirtiendo el propio túnel en un conducto de ventilación mediante potentes chorros de aire de alta velocidad. Al incorporar aire ambiente, cada ventilador de chorro mueve mucho más aire del que descarga, lo que lo hace eficiente para limpiar los gases de escape de los vehículos y controlar el humo. Métricas clave como el empuje (N), la velocidad del flujo de aire y la relación de inducción determinan la capacidad de un ventilador de chorro, mientras que el ruido y la eficiencia influyen en las decisiones de diseño. En comparación con los sistemas conducidos o axiales, el ventilador de chorro ofrece ventajas significativas en cuanto a coste, espacio y flexibilidad. Se utiliza ampliamente no solo en túneles de metro, ferrocarril o carretera, sino también en aparcamientos y pasajes industriales. La combinación de facilidad de instalación, mínima red de conductos y eficaz extracción de humos ha propiciado su adopción global.

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.