Efecto pistón - Piston effect
El efecto pistón se refiere al flujo de aire forzado dentro de un túnel o pozo causado por vehículos en movimiento. Es uno de los numerosos fenómenos que los ingenieros y diseñadores deben considerar al desarrollar una variedad de estructuras.
Porque
Al aire libre, cuando un vehículo viaja, el aire empujado a un lado puede moverse en cualquier dirección excepto hacia el suelo. Dentro de un túnel, el aire está confinado por las paredes del túnel para moverse a lo largo del túnel. Detrás del vehículo en movimiento, a medida que se aleja el aire, se crea succión y el aire fluye hacia el interior del túnel. Además, debido a la viscosidad del fluido , la superficie del vehículo arrastra el aire para que fluya con el vehículo, una fuerza que experimenta el vehículo como arrastre superficial . Este movimiento de aire por parte del vehículo es análogo al funcionamiento de un pistón mecánico dentro de una bomba de gas de compresor alternativo , de ahí el nombre de "efecto de pistón". El efecto también es similar a las fluctuaciones de presión dentro de las tuberías de drenaje cuando las aguas residuales empujan el aire frente a ellas.
El efecto pistón es muy pronunciado en los túneles ferroviarios, porque el área de la sección transversal de los trenes es grande y en muchos casos llena casi por completo la sección transversal del túnel . El viento que sienten los pasajeros en las plataformas ferroviarias subterráneas (que no tienen puertas de malla de andén instaladas) cuando se acerca un tren es el flujo de aire del efecto pistón. El efecto es menos pronunciado en los túneles de vehículos de carretera, ya que el área de la sección transversal del vehículo es pequeña en comparación con el área de la sección transversal total del túnel. Los túneles de vía única experimentan el efecto máximo, pero el espacio libre entre el material rodante y el túnel, así como la forma de la parte delantera del tren, afectan su resistencia.
El flujo de aire causado por el efecto pistón puede ejercer grandes fuerzas en las instalaciones dentro del túnel, por lo que estas instalaciones deben diseñarse e instalarse correctamente. Antirretorno amortiguadores son a veces necesarias para evitar que se cale de los ventiladores causadas por este flujo de aire.
Aplicaciones
Los diseñadores de edificios deben considerar el efecto pistón en relación con el movimiento del humo dentro de un hueco de ascensor . Una cabina de ascensor en movimiento fuerza el aire en frente de él fuera del pozo y tira de aire hacia el pozo detrás de él con el efecto más evidente en los sistemas de ascensores con una cabina de movimiento rápido en un solo pozo. Esto significa que, en caso de incendio, un ascensor en movimiento puede empujar el humo hacia los pisos inferiores.
El efecto pistón se utiliza en la ventilación de túneles. En los túneles ferroviarios, el tren expulsa el aire frente a él hacia el conducto de ventilación más cercano al frente y aspira aire hacia el túnel desde el conducto de ventilación más cercano detrás de él. El efecto pistón también puede ayudar a la ventilación en túneles de vehículos de carretera.
En los sistemas subterráneos de tránsito rápido, el efecto de pistón contribuye a la ventilación y, en algunos casos, proporciona suficiente movimiento de aire para hacer innecesaria la ventilación mecánica. En estaciones más amplias con múltiples vías, la calidad del aire sigue siendo la misma e incluso puede mejorar cuando la ventilación mecánica está desactivada. Sin embargo, en plataformas estrechas con un solo túnel, la calidad del aire empeora cuando se confía únicamente en el efecto pistón para la ventilación. Esto aún permite ahorros potenciales de energía al aprovechar el efecto de pistón en lugar de la ventilación mecánica cuando sea posible.
Pluma de túnel
El estruendo del túnel es un estruendo fuerte que a veces generan los trenes de alta velocidad cuando entran en los túneles. Estas ondas de choque pueden molestar a los residentes cercanos y dañar trenes y estructuras cercanas. La gente percibe este sonido de manera similar al de un boom sónico de un avión supersónico. Sin embargo, a diferencia de un boom sónico, el boom del túnel no es causado por trenes que exceden la velocidad del sonido. En cambio, el boom del túnel es el resultado de la estructura del túnel que evita que el aire alrededor del tren se escape en todas direcciones. Cuando un tren pasa por un túnel, crea ondas de compresión frente a él. Estas ondas se fusionan en una onda de choque que genera un fuerte boom cuando llega a la salida del túnel. La fuerza de esta ola es proporcional al cubo de la velocidad del tren, por lo que el efecto es mucho más pronunciado con trenes más rápidos.
El boom de los túneles puede molestar a los residentes cerca de las bocas de los túneles y se agrava en los valles montañosos donde resuena el sonido. Reducir estas perturbaciones es un desafío importante para las líneas de alta velocidad como el Shinkansen de Japón y el TGV de Francia . El boom de los túneles se ha convertido en una limitación principal para el aumento de la velocidad de los trenes en Japón, donde el terreno montañoso requiere túneles frecuentes. Japón ha promulgado una ley que limita el ruido a 70 dB en áreas residenciales, que incluyen muchas zonas de salida de túneles.
Los métodos para reducir el brazo del túnel incluyen hacer que el perfil del tren sea altamente aerodinámico , agregar capotas a las entradas del túnel, instalar paredes perforadas en las salidas del túnel y perforar orificios de ventilación en el túnel (similar a colocar un silenciador en un arma de fuego, pero a una escala mucho mayor) .
Malestar de oído
Los pasajeros y la tripulación pueden experimentar molestias en los oídos cuando un tren ingresa a un túnel debido a los rápidos cambios de presión.
Ver también
Notas al pie
Referencias
- Bonnett, Clifford F. (2005). Ingeniería Ferroviaria Práctica (2ª ed.). Londres, Reino Unido: Imperial College Press . ISBN 978-1-86094-515-1. OCLC 443641662 .
- Pistone