Como calcular a ventilação

A execução de obras de túneis enfrenta o desafio natural da falta de ventilação, dado que a circulação de ar natural nesses ambientes é insuficiente para vencer as emissões de gases nocivos aos trabalhadores, emitidos pelos equipamentos de escavação e de apoio. Por esse motivo, as construtoras lançam mão de tecnologias cada vez mais avançadas de ventilação, com o objetivo de suprir essa demanda. Todavia, especificar o diâmetro da tubulação, bem como a potência do sistema, requer a análise de muitas variáveis.

Segundo Piero Amaducci, diretor da Asserc, que distribui os sistemas de ventilação da italiana Gia, o dimensionamento começa com a análise dos dados da obra, fornecidos pela construtora. Itens como a quantidade de equipamentos que operam na frente de trabalho (escavadeiras, carregadeiras e outros) e o sistema adotado no transporte do material escavado (por meio de vagões ou caminhões) – com todas as emissões de poluentes produzidos pela queima de diesel dessas máquinas – figuram como os principais fatores a se considerar no cálculo de potência da ventilação.

“O comprimento do túnel também é muito importante para antecipar possíveis variáveis, como o acesso à frente de escavação, o estabelecimento das derivações e dos postos de ventilação, entre outros detalhes.” Amaducci acrescenta outras variáveis que devem ser analisadas, como o tipo de duto a ser adotado e seu diâmetro, o método de escavação, a temperatura local e a altitude na qual se desenvolve o projeto. “O layout do túnel, assim como suas implicações quanto às curvas e cotovelos, também deve ser avaliado, além das transições e desvios para onde o ar será levado”.

Brian Schneider, especialista da canadense ABC Ventilation Systems, acrescenta que o conhecimento da extensão do túnel e do seu diâmetro permite o uso de monogramas que fornecem uma idéia rápida das perdas de pressão no sistema. “Um método mais preciso é o cálculo da inter-relação entre as pressões e vazamentos.” De acordo com o especialista, o vazamento é um fator muito importante em túneis longos e com alta pressão, como os sistemas auxiliares de ventilação em minas.

Rapidez na tirada do ar
O dimensionamento também leva em conta a determinação do volume de ar fresco deslocado para a frente de escavação e prossegue com simulações nas quais se avalia as perdas de vazão e de pressão. “Tais perdas acontecem ao longo da distância percorrida desde a entrada do túnel (por onde entra o ar fresco) até a frente de escavação (onde o ar viciado precisa ser retirado) e sua avaliação é fundamental para especificar o tipo de ventilador mais adequado às operações”, diz Schneider.

Ele explica que, para obter uma avaliação precisa desses valores de vazamentos e perdas por fricção, há de se considerar o tipo de acoplamento a ser usado e a sua quantidade ao longo do túnel. A qualidade dos dutos montados e o método de escavação também figuram entre os fatores determinantes no cálculo da ventilação.

O rol de itens observados nesse momento não se limita apenas à presença de gases nocivos aos trabalhadores, mas também à poeira, ao calor e outros fatores. O cálculo do volume de ar também deve considerar a presença de gases explosivos provenientes do solo. Nesse caso, é preciso não só estimar o volume de ar necessário para sua retirada, mas também a velocidade adequada nesse processo, de forma a prevenir a acomodação dos gases.

“Nas escavações por perfuração e explosão, os gases gerados por esse processo devem ser rapidamente retirados e essa eliminação forma uma espécie de 'rolha de ar' ao longo da linha”, acrescenta Orlando Beck, diretor da Obeck, que representa a marca ABC no Brasil. Ele explica que, nesses casos, a velocidade de retirada do ar influencia o ciclo de trabalho no interior do túnel.

Amaducci, da Asserc, também ressalta a importância de se conhecer o cronograma da obra e suas etapas de avanço antes do dimensionamento do sistema de ventilação. Com essas informações, o executivo diz que é possível realocar partes do sistema, de acordo com os cálculos estabelecidos inicialmente. “A modificação do passo das carregadeiras, por exemplo, induz a esse redimensionamento, evitando a instalação de novas tubulações de ventilação ao longo da obra, assim como mudanças de potência no sistema ou do diâmetro dos dutos.”

Sistemas de duplo sentido
Em determinadas obras de túneis, como as dotadas de poços intermediários, os especialistas indicam o uso de um sistema auxiliar de ventilação reversível, já que a existência de novos pontos de entrada e saída de ar pode comprometer a ventilação calculada. Schneider, da ABC, também recomenda a adoção desse tipo de sistema em situações de emergência. “Uma alternativa é adotar dutos flexíveis com ventiladores na boca do túnel e outros na face de escavação. Em condições normais, somente os ventiladores da boca do túnel trabalham e, em casos emergenciais, eles são desligados e os da face de escavação são ligados.” Esse procedimento, segundo ele, resulta em maior eficiência na tirada de ar e fumaça do interior do túnel.

Uma variação desse método, de acordo com o especialista, é o uso de ventilador reversível na boca do túnel, acoplado a uma tubulação rígida. Tal sistema pode ser aplicado para criar uma ventilação reversa, eliminando a necessidade de realizar essa tarefa com os ventiladores da face de escavação. Por outro lado, essa solução demanda o uso de dutos rígidos, o que aumenta o custo do sistema e torna sua instalação mais complexa.

A terceira alternativa consiste em instalar sistemas separados de sopro e exaustão, o que oferece o benefício de redundância na ventilação. Essa opção também pode ser usada para extrair a poeira e os gases gerados pela explosão na frente de escavação, melhorando a qualidade de ar e o tempo de ciclo das operações. “Se os dois sistemas estiverem trabalhando simultaneamente, alguns cuidados devem ser tomados para garantir o correto balanço na vazão do túnel”, diz Schneider.

Variador de frequência
Nas escavações mecanizadas, com o uso de tuneladoras (TBM – tunnel boring machines), alguns disposivos são utilizados nos sistema de ventilação para controlar a sua velocidade. Nas escavações convencionais por explosão, que adotam o sistema NATM (New Austrian Tunnelling Method), o variador é igualmente útil, pois se não houver a retirada programada de gás, ele trabalhará na potência mínima estabelecida. E, quando acontece uma detonação, por exemplo, o dispositivo passa a operar na máxima potência.

“Se compararmos as escavações por TBM com as realizadas pelo método NATM, observamos que as primeiras resultam em menos perdas de pressão (fricção) na linha de ventilação”, diz Schneider. Como elas são menos propícias a acidentes que possam danificar os dutos, também se caracterizam por apresentar menos vazamentos no sistema de ventilação, conforme explica o expecialista.

Suas observações se baseiam no acompanhamento que a ABC realiza em seus diversos projetos de obras de túneis, realizados por diferentes métodos construtivos, aferindo os valores relacionados a vazão, vazamento e pressão dos sistemas. As medições alimentam um banco de dados que contribui para o dimensionamento de futuros projetos. Junto com a experiência de campo da empresa, esses dados possibilitam um estudo mais aprimorado dos sistemas de ventilação.

“O acompanhamento é feito com a finalidade de permitir que o projeto possa ser adequado à medida que se desenvolve a abertura do túnel”, afirma Orlando Beck. Segundo ele, a iniciativa também ajuda a orientar a manutenção do sistema e a sugerir melhorias. “Os gastos com o sistema de ventilação e com as condições de trabalho são importantes e deveriam ser levados mais a sério.”

O especialista destaca que esse conjunto de dados, juntamente com a experiência de campo, permite o dimensionamento correto do sistema. Com isso, é possível evitar equívocos como o de uma empreiteira que teve uma obra de túnel embargada recentemente em função da baixa qualidade da ventilação e da alta temperatura na frente de escavação.

Supressão do ruido
As lesgilações que determinam parâmetro de qualidade da ventilação no interior de obras subterrâneas – quando não há lei específica, as construtoras e fabricantes de equipamentos adotam normas de boas práticas – também estipulam os níveis máximos de ruidos admissíveis nesses ambientes. Por esse motivo, os sistemas de ventilação contam com dispositivos para a supressão de ruidos, geralmente com o uso de silenciadores e abafadores.

Segundo Amaducci, a italiana GIA acopla essa tecnologia aos ventiladores no processo de fabricação dos equipamentos. “Cada fabricante tem uma especificação e alguns adotam o silenciador com o mesmo diâmetro do ventilador, o que não é muito eficiente”, ele avalia. De acordo com o especialista, a empresa especifica o uso de supressor de ruido com no mínimo uma vez e meia o diâmetro do ventilador.

Amaducci também destaca um acessório chamado de supersilenciador, que pode ser adicionado ao ventilador. O dispositivo é recomendado para a escavação de túneis em áreas densamente habitadas, como a construção de metrôs em grandes centros urbanos, por exemplo. “Os super-silenciadores podem se tonar um recurso quase obrigatório em estações de ventilação próximas a prédios residenciais”, diz ele.

Cuidados com a contaminação
A tomada de ar também gera barulho e, por esse motivo, a Gia adota componentes em formato de sino nessa parte do sistema, para a melhor absorção de ruido durante a captação de ar. Esse equipamento conta com uma tela em forma de espiral para a proteção dos ventiladores  – que costuma ser retangular nos sistemas dos demais fabricantes, segundo Amaducci – , dotada de arames em circunferências. “Isso reduz o consumo de metal e gera menos assobio quando o ar passa pela tela”, ele justifica.

Schneider, da ABC, explica que os dispositivos para supressão de ruido são parafusados na entrada dos ventiladores. “Alguns fabricantes incorporam o silenciador ao corpo do ventilador, o que permite diminuir o ruido induzido na carcaça do equipamento.” Se o projeto contempla grandes vazões, o especialista destaca que é possível utilizar o variador de velocidade para diminuir a rotação e, consequentemente, o nível de ruido. “Trata-se de uma alternativa para reduzir custos e adequar as vazões às reais necessidades ao longo da abertura do túnel.”

Orlando Beck, por sua vez, informa que os elementos usados como abafadores devem ser fabricados com materiais não-cancerígenos. Em função disso, produtos como lã de rocha não devem ser usados, mesmo que estejam protegidos. “A proteção pode se deteriorar e as fibras desse material serão bombeadas, junto com o ar fresco, para os pulmões dos trabalhadores.” O especialista acrescenta que recentemente a empresa reformou um sistema de ventilação cujo problema era  justamente o de vazamento de lã de rocha. “A reforma foi feita às pressas, pois havia o risco de embargo da obra”, ele complementa.