Gestión inteligente de la ventilación secundaria

Abstract

Uno de los parámetros críticos en el diseño y en la ejecución de obras subterráneas y túneles es la correcta ventilación del espacio subterráneo, sobre todo secundaria. Tanto los calculistas de la ventilación secundaria en fase de ingeniería, como los técnicos que ejecutan la excavación del túnel, deberían de manejar los mismos criterios y parámetros de diseño. Parámetros que, además, se deberían cuantificar numéricamente para establecer criterios de aceptación y rechazo en la evaluación del estado de la tubería de ventilación instalada en túnel. La única manera de cuantificar la diferencia de valores entre coeficientes reales de fugas y de fricción y los considerados en la fase de cálculo es realizar mediciones en las tuberías de ventilación en el túnel. No existe una metodología ampliamente difundida y aceptada para el cálculo de los sistemas de ventilación secundaria. La gran mayoría de las herramientas actualmente empleadas están basadas en formulación desarrollada hace décadas para diseñar ventilaciones con caudales de aire y conductos más pequeños. Estas herramientas eran suficientes para satisfacer las necesidades de los túneles de entonces pero que resultan obviamente insuficientes ante la demanda actual y futura de túneles de mayor sección, longitud y con mayor número y sección de intersecciones y galerías de conexión. Por ello, existen serias dificultades en el diseño de la ventilación: por una parte, la ausencia de fórmulas verificadas y contrastadas que respondan a las necesidades tecnológicas modernas; y, por otra, la ausencia de una herramienta que permita calcular un sistema de ventilación para túneles de gran longitud. Esta herramienta, además, debería ser de amplia difusión y debería a su vez, permitir una retroalimentación con los valores medidos en el campo. Otro inconveniente es que pocas empresas han participado en diseños de túneles de gran longitud y, por tanto, los conocimientos para el cálculo de la ventilación secundaria (generalmente basados en la norma suiza SIA-196), están muy restringidos. El presente trabajo de tesis profundiza en el conocimiento de la ventilación secundaria y contribuye a la homogeneización de parámetros de diseño entre el cálculo teórico de la ventilación y su implementación en obra. La investigación ha incluido el análisis de los valores medidos en varios túneles, donde se constata que una mala instalación de la tubería incrementa el factor de fricción global, y a la vez, puede generar roturas no apreciables a simple vista, pero altamente perjudiciales: La cuantificación del coeficiente de fugas y de fricción junto con una metodología contrastada, así como el establecimiento de valores límite, permitiría regular el estado de la tubería bajo una normativa y contribuir a la garantía de la calidad del aire en los frentes de trabajo. Se ha pretendido demostrar en esta tesis que un buen trabajo de instalación del sistema de ventilación, así como una inversión económica en el control y mantenimiento de la tubería, puede reportar más beneficio que dimensionar un ventilador sin margen de seguridad en el diseño y sin invertir en el control del estado la tubería que, ante cualquier imprevisto, requerirá una inversión para subsanarlo. Un estado de la tubería alejado del estado de diseño, implica un cambio sustancial en la presión y caudal en el ventilador, por lo que el ventilador diseñado probablemente no sea el adecuado. Además, el estado de la tubería tiene una importante repercusión en el consumo eléctrico de los ventiladores y en el caudal entregado a frente de trabajo. Por último, se ha desarrollado una herramienta que sirva para obtener los parámetros de la tubería aplicada a un túnel completo simultáneamente y teniendo en cuenta las pérdidas de carga singulares de la tubería. Por tanto, serviría como método de evaluación para cualquier sistema de ventilación secundaria.