¿Qué es el control de ventilación de túneles?
Un túnel carretero atrapa el escape de cada vehículo que pasa por él, y sin ventilación activa el aire adentro se volvería rápido tanto insalubre como difícil de ver a través de él. El control de ventilación de túneles es la automatización que mide el aire y opera los ventiladores que lo mantienen respirable, dosis a dosis, todo el día. Es un sistema de seguridad de vida tanto como uno de confort, porque los mismos ventiladores que despejan la contaminación deben poder controlar el humo cuando un vehículo se incendia. Esta guía explica qué sensa el sistema de control, cómo escalona los ventiladores para el tráfico normal y la congestión, y cómo pasa a modos de emergencia de control de humo durante un incendio.
Control de ventilación de túneles en una línea: El control de ventilación de túneles es el SCADA y la lógica de control que mantiene el aire de un túnel carretero dentro de límites seguros midiendo los niveles de contaminantes y visibilidad y escalonando los ventiladores del túnel para igualarlos. En operación normal opera sensores de monóxido de carbono y dióxido de nitrógeno y medidores de visibilidad u opacidad, agregando o quitando ventiladores de chorro para mantener esas lecturas bajo los setpoints conforme varían el tráfico y la congestión. En un incendio abandona el control de calidad del aire y pasa a un modo de control de humo que impulsa el flujo de aire en una dirección elegida para mantener despejada una ruta de escape.
Sensar la calidad del aire y la visibilidad
El punto de partida para la ventilación de túneles es saber cómo está de verdad el aire, y eso viene de sensores espaciados a lo largo del ducto. Los analizadores de monóxido de carbono rastrean el gas inodoro que produce el escape de los vehículos, y los analizadores de dióxido de nitrógeno rastrean otro contaminante clave del escape, así que el sistema de control tiene una lectura directa de cuánta contaminación por tráfico se ha acumulado. Estas son las mediciones relacionadas con la salud, las que deciden si el aire por el que la gente maneja se mantiene dentro de límites aceptables.
Junto a las lecturas de gas, los medidores de visibilidad u opacidad miden cuánta luz es dispersada o absorbida por hollín y neblina en el aire del túnel. Esto importa porque la capacidad de un conductor para ver es una preocupación de seguridad por derecho propio, aparte de la composición química del aire. El hollín de diésel en particular puede recortar la visibilidad mucho antes de que los niveles de gas por sí solos demandaran ventilación, así que la opacidad se trata como un disparador independiente. Tanto las lecturas de contaminantes como las de opacidad alimentan la misma lógica de control, y la que esté peor en un momento dado tiende a fijar qué tan duro deben correr los ventiladores.
Como un solo sensor puede derivar o fallar, los sistemas de túnel típicamente distribuyen mediciones a lo largo del ducto y las tratan como una imagen de todo el túnel en lugar de apoyarse en un punto. La lógica de control mira dónde las lecturas están más altas, que suele ser cerca del portal de salida en tráfico de un solo sentido o en una fila detenida, y ventila para llevar la peor zona bajo control. Los sensores de flujo de aire y de tráfico agregan contexto, así que el sistema puede distinguir una acumulación genuina de contaminación de un transitorio y puede anticipar que un túnel que se frena y se congestiona necesitará más ventilación que uno de flujo libre.
Escalonar ventiladores para contaminación y congestión
La mayoría de los túneles carreteros modernos usan ventilación longitudinal, donde ventiladores de chorro reversibles montados en el techo empujan el aire a lo largo del ducto para barrer la contaminación hacia un portal o un punto de extracción. El sistema de control no simplemente enciende cada ventilador de una vez. Los escalona, trayendo ventiladores en bancos conforme sube la demanda y descartándolos conforme el aire se despeja, para que solo se use tanta potencia de ventilador como requieran las lecturas actuales de contaminantes y visibilidad. Esta respuesta escalonada mantiene bajo el uso de energía y evita el desgaste de correr duro de forma constante.
El impulsor dominante de cuánta ventilación se necesita es el tráfico, y la congestión cambia la imagen de forma aguda. Cuando el tráfico fluye, el movimiento de los vehículos mismos empuja el aire por el túnel y diluye el escape, así que se necesita relativamente poca asistencia de ventilador. Cuando el tráfico se frena o se detiene, ese efecto pistón desaparece mientras el número de motores en ralentí arrojando escape se mantiene alto o crece, así que los niveles de contaminante trepan y los ventiladores tienen que hacer mucho más del trabajo. Una buena estrategia de control por tanto se apoya en información de tráfico y flujo de aire, no solo en las lecturas de gas, para poder subir la ventilación conforme se forma una fila en lugar de esperar a que el aire ya esté malo.
Los setpoints atan todo el esquema. El sistema de control mantiene el monóxido de carbono, el dióxido de nitrógeno y la opacidad bajo umbrales objetivo agregando ventiladores cuando cualquier lectura se acerca a su límite y quitándolos una vez que hay margen. La histéresis y los tiempos mínimos de operación evitan que los ventiladores ciclen encendido y apagado alrededor de un umbral, y la lógica por lo general favorece la peor zona medida para que ninguna parte del túnel quede sobre el límite. El resultado es un acto de equilibrio continuo y silencioso que la mayoría de los conductores nunca nota, corriendo apenas suficientes ventiladores para mantener el aire dentro de límites a través del subir y bajar diario del tráfico.
Pasar al control de humo de emergencia
Un incendio cambia todo lo que el sistema de ventilación intenta hacer. En operación normal la meta es aire limpio y bien mezclado; en un incendio la meta es controlar a dónde va el humo para que la gente pueda escapar y los rescatistas puedan acercarse. Cuando se detecta un incendio, ya sea por cableado sensor de calor a lo largo del techo, por un operador, o por detección automática de incidentes, el sistema de control deja el modo de calidad del aire y entra a un modo de control de humo predeterminado. Por eso la ventilación de túneles se clasifica como un sistema de seguridad de vida y no meramente uno de aire acondicionado.
En un túnel ventilado longitudinalmente la estrategia de emergencia suele ser impulsar todo el flujo de aire firmemente en una dirección para que el humo se empuje lejos de las personas atrapadas detrás del incendio, sosteniendo despejada una ruta de escape del lado aguas arriba. Lograr eso significa correr los ventiladores de chorro duro, y a menudo reversar algunos de ellos, para establecer un flujo dirigido lo bastante fuerte como para evitar que el humo se acumule contra el flujo de aire. Como los ventiladores deben poder reversar y correr a plena salida por demanda, la capacidad de emergencia moldea el diseño de toda la instalación de ventiladores, no solo su software de control. En túneles equipados con extracción de humo dedicada, compuertas o un ducto separado extraen el humo cerca del incendio en lugar de, o además de, soplarlo a lo largo del ducto.
Aquí es donde el control y monitoreo centralizados se ganan su lugar. Una sala de control de túnel, respaldada por SCADA, necesita ver la ubicación del incendio, el estado del tráfico, y el estatus de cada ventilador y compuerta, e invocar la respuesta correcta de control de humo con rapidez y confiabilidad. La dirección de flujo elegida depende de dónde está el incendio y hacia qué lado iba el tráfico, así que la lógica y los operadores deben actuar sobre información buena y actual. Las operaciones de campo también dependen del mismo sistema después, para confirmar que los ventiladores respondieron como se comandó, para registrar el evento, y para verificar que la ventilación regresó al control normal de calidad del aire una vez que el incidente se despejó. La tarea cotidiana de control de contaminación y la rara pero crítica de control de humo corren sobre los mismos instrumentos y los mismos ventiladores, que es lo que hace del control de ventilación de túneles una aplicación distinta y exigente.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un túnel carretero necesita sensores de CO y NO2 además de medidores de visibilidad?
Los sensores de monóxido de carbono y dióxido de nitrógeno rastrean los contaminantes relacionados con la salud en el escape de los vehículos, mientras que los medidores de visibilidad u opacidad rastrean qué tan lejos puede ver un conductor a través del hollín y la neblina. Estas son preocupaciones separadas, y cualquiera de ellas puede demandar más ventilación antes que la otra - el hollín de diésel a menudo recorta la visibilidad mientras los niveles de gas aún son moderados. El sistema de control vigila todas ellas y ventila para satisfacer la que esté peor en el momento.
¿Cómo afecta la congestión del tráfico a la ventilación del túnel?
Cuando el tráfico fluye libremente, los vehículos mismos empujan el aire por el túnel y diluyen el escape, así que se necesita poca asistencia de ventilador. Cuando el tráfico se frena o se detiene, ese efecto pistón desaparece mientras los motores en ralentí siguen produciendo escape, así que los niveles de contaminante trepan y los ventiladores deben trabajar mucho más duro. Una buena estrategia de control usa información de tráfico y flujo de aire para subir la ventilación conforme se forma una fila en lugar de esperar a que el aire ya esté sobre el límite.
¿Qué le pasa a la ventilación del túnel durante un incendio?
Durante un incendio el sistema de ventilación deja de controlar la calidad del aire y entra a un modo de control de humo. En un túnel longitudinal impulsa todo el flujo de aire firmemente en una dirección, corriendo y a veces reversando los ventiladores de chorro, para que el humo se empuje lejos de las personas atrapadas detrás del incendio y una ruta de escape quede despejada. Como los ventiladores deben reversar y correr a plena salida por demanda, esta tarea de emergencia es una parte central de por qué la ventilación de túneles se trata como un sistema de seguridad de vida.
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