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Come funziona un sistema di ventilazione in galleria - Project
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Come funziona un sistema di ventilazione in galleria

16 Dic Come funziona un sistema di ventilazione in galleria

La ventilazione in una galleria stradale è una delle funzioni principali affidate al sistema di automazione

Lo scopo di un sistema automatico di ventilazione è quello di controllare il flusso di aria, in termini di direzione e intensità. Tale controllo consente di:

  • diluire gli inquinanti atmosferici causati dal traffico veicolare (ventilazione “sanitaria”);
  • limitare l’esposizione a fumi dovuti ad un incendio delle persone eventualmente rimaste all’interno della galleria (ventilazione di evacuazione);
  • liberare l’atmosfera interna dai fumi per consentire l’intervento dei vigili del fuoco o di altri operatori di soccorso (ventilazione per lavaggio);

Nei tunnel a doppio fornice si prevede anche una quarta funzione, che è quella chiamata “anti-riciclaggio“, e serve ad impedire che i fumi estratti da una canna vengano aspirati dall’altra.

Un qualunque sistema automatico, per poter funzionare correttamente anche senza intervento umano, necessita di 3 blocchi funzionali principali:

 

  • I sensori servono a rilevare delle condizioni ambientali o a misurarne determinate grandezze
  • Il risolutore logico è un apparecchio in grado di confrontare i dati dei sensori contro una o più condizioni; dal confronto scaturirà l’attivazione di una funzione piuttosto che di un’altra;
  • Gli attuatori sono apparecchiature in grado di attivarsi nel modo prescritto dalla logica automatica.

Nello specifico caso della ventilazione per un tunnel stradale i sensori necessari alle valutazioni sono i più disparati, dal momento che: occorre conoscere la concentrazione degli inquinanti, rilevare la presenza di un incendio, rilevare la posizione dell’incendio, rilevare la presenza di veicoli fermi, rilevare la posizione dei veicoli fermi. Inoltre occorrono anche dei sensori per verificare il corretto funzionamento dei jet-fan che vogliamo controllare (vibrazioni anomale, temperatura elevata di vari organi del motore elettrico, assorbimenti di corrente anomali per guasti) e dei quadri elettrici che li alimentano per evitare che siano essi stessi una fonte di rischio; questi sensori non verranno trattati, in quanto fanno parte della tematica più generale della sicurezza macchine.

Una tipica configurazione di sensori, come installata recentemente anche nel tunnel di Peshraw nel kurdistan iracheno, può prevedere:

  • Sensore di rilevamento lineare di temperatura, costituito da una doppia linea di fibra ottica che corre per tutta la lunghezza del tunnel, ai due fianchi della carreggiata, e che termina in una unità di ricetrasmissione in grado di misurare accuratamente la temperatura del cavo ottico con una risoluzione fino a 1 metro.  Questo sistema sfrutta un principio quantistico secondo cui nella fibra ottica si genera una riflessione del segnale inviato proporzionale alla temperatura del cavo. Questo tipo di sensore è molto preciso e virtualmente incapace di generare falsi allarmi.
  • Sensori di qualità dell’aria, costituiti da una coppia trasmettitore/ricevitore in grado di analizzare lo spettro di un impulso laser noto e determinare la concentrazione di monossido di carbonio (CO) e di monossido di azoto (NO), tipici prodotti della combustione estremamente dannosi per l’organismo umano. Tali sensori rilevano anche l’opacità dell’aria come effetto indiretto della presenza di fumi e polveri.
  • Pulsanti di allarme manuale, posizionati ogni 150 metri, che consentono agli automobilisti di richiedere aiuto o di segnalare un principio di incendio.
  • Anemometri ultrasonici lineari, per misurare con estrema precisione la velocità e la direzione del flusso d’aria all’interno del tunnel.
  • Sistema di analisi traffico, costituito da un numero di telecamere sufficiente a coprire l’intera lunghezza del tunnel e da un server di analisi delle immagini che consente di individuare la posizione di veicoli fermi o di code, oltre che altri parametri legati all’intensità del traffico.

Nel caso illustrato, la scelta dei sensori è stata dettata dall’esperienza costruita durante le nostre attività: le polveri e i residui della combustione sono estremamente aggressivi sugli organi meccanici (plastici ma anche metallici) e si accumulano ad una velocità molto elevata. Da qui la decisione di evitare organi meccanici e limitare il più possibile il ricorso a manutenzione programmata alla sola pulizia delle ottiche di telecamere e sensori.

La logica di automazione implementata, anche in questo caso, risulta invece piuttosto articolata. Esiste una rete LAN in fibra ottica che corre, in topologia ad anello, ai due lati del tunnel. Ogni 300 metri, su ciascun lato, abbiamo posizionato unquadro di automazione integrato nella carpenteria degli Help Points per l’assistenza stradale. Questo quadro contiene un PLC (Programmable Logic Controller) che legge lo stato e le misure dei sensori ambientali (e quelli interni di ciascun ventilatore), le filtra per evitare misure fuori scala o errate, e trasmette le informazioni rilevate ad un PLC installato nei locali tecnici, che conosce dunque lo stato di ogni apparecchio in campo ed è in grado di elaborare la strategia più opportuna per rispondere alle condizioni di inquinamento atmosferico o di incendio. Dato lo spazio limitato, parleremo presto in un altro articolo della logica implementata per gestire la ventilazione.

 

Gli attuatori del sistema di ventilazione sono ovviamente i ventilatori… ma anche no. In realtà gli attuatori veri e propri del sistema di ventilazione, in questo specifico caso, sono 16 inverter o VFD (Variable Frequency Drive) situati all’interno dei locali tecnici, in grado di avviare ciascuno 3 ventilatori disposti in posizioni diverse entro il tunnel; i 42 ventilatori assiali da 30 KW ciascuno costituiscono l’elemento finale della catena di automazione.

Gli inverter sono in grado di avviare gradualmente i motori elettrici dei ventilatori, in entrambi i sensi di rotazione, variando la sola frequenza della corrente trifase che li alimenta; in questa configurazione, risultato di un compromesso tra prestazioni, affidabilità e spazio fisico disponibile, riusciamo a controllare da due locali tecnici gemelli (dove risiedono 2 PLC di gestione configurati per funzionare in ridondanza in caso di guasto) una potenza installata di oltre 1 MW di ventilatori distribuiti su quasi 2,5 Km, senza spunti di corrente e senza shock elettrici o meccanici per i jet-fan, in assoluta sicurezza e affidabilità.

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