L’effetto pistone è un fenomeno che si verifica nei tunnel stradali e ferroviari a seguito del movimento dei veicoli. Il flusso d’aria che si crea quindi all’interno della galleria ha un impatto sulla ventilazione e sulla qualità dell’aria, e quindi è molto importante capirne il funzionamento e i modi per contrastarlo dove necessario.
Cos’è l’effetto pistone?
L’effetto pistone, come suggerisce il nome, si basa su un principio simile a quello del movimento di un pistone in un cilindro. Nei tunnel stradali o ferroviari, quando un veicolo si muove lungo il tunnel, spinge l’aria davanti a sé e crea un risucchio dietro di sé. Questo movimento dell’aria è causato dalla differenza di pressione generata dalla velocità e dal volume del veicolo.
In parole povere: quando un veicolo entra in un tunnel, agisce come un pistone che spinge l’aria in avanti, creando un flusso d’aria che si muove nella stessa direzione del veicolo. Dietro il veicolo si crea una zona di bassa pressione che aspira l’aria dalla parte posteriore del tunnel verso il veicolo stesso.
Nei tunnel di breve o media lunghezza, il movimento regolare dei veicoli può favorire il ricambio d’aria senza la necessità di sistemi di ventilazione meccanici complessi.
In condizioni di traffico scorrevole, l’effetto pistone può essere sufficiente a mantenere la qualità dell’aria all’interno del tunnel a livelli accettabili. I veicoli in movimento spingono fuori i gas di scarico, riducendo l’accumulo di inquinanti come monossido di carbonio (CO) e ossidi di azoto (NOx). Questo fenomeno riduce la necessità di impianti di ventilazione attivi, soprattutto in tunnel relativamente brevi e poco trafficati.
Problemi correlati all’effetto pistone
Nei tunnel molto lunghi, l’effetto non è sufficiente a garantire una ventilazione adeguata, soprattutto in presenza di traffico congestionato o quando i veicoli si muovono a bassa velocità. In questi casi, l’aria inquinata tende ad accumularsi, poiché non viene spinta fuori in modo efficace.
Inoltre, l’effetto pistone funziona meglio nei tunnel con traffico unidirezionale, dove i veicoli si muovono tutti nella stessa direzione.
Nei tunnel bidirezionali, il flusso d’aria generato dai veicoli in entrambe le direzioni può interferire tra loro, limitando l’efficacia complessiva della ventilazione naturale.
Un’altra limitazione riguarda la capacità dell’effetto pistone di gestire emergenze come incendi. In caso di incendio, il fumo e i gas tossici prodotti devono essere rapidamente espulsi dal tunnel per garantire la sicurezza delle persone. L’effetto pistone da solo non è sufficiente a gestire queste situazioni di emergenza, ed è per questo che vengono installati sistemi di ricircolo d’aria meccanici, progettati per operare in tali contesti.
Pistone e ventilazione: la soluzione
In molti tunnel moderni, l’effetto pistone è sfruttato in combinazione con sistemi di ventilazione meccanica per migliorare l’efficienza del ricambio d’aria. I sistemi di ventilazione longitudinale, ad esempio, sfruttano il movimento naturale dell’aria generato dai veicoli, ma possono anche intervenire per aumentare il flusso d’aria quando necessario.
In questi sistemi, l’aria viene spinta lungo la galleria con ventilatori posizionati strategicamente, assicurando che i livelli di inquinamento rimangano entro limiti accettabili. In caso di emergenza, come un incendio, i ventilatori possono essere attivati per invertire il flusso d’aria e spingere fumo e gas tossici lontano dalle aree in cui si trovano le persone o dove devono operare i soccorritori.
Il caso dei tunnel ferroviari
L’effetto pistone è particolarmente evidente nei tunnel ferroviari, dove i treni, per via delle loro dimensioni e velocità, spingono grandi volumi d’aria. Nei tunnel ferroviari ad alta velocità, l’effetto pistone è talmente potente che può generare onde di pressione che necessitano di attenuazione per garantire il comfort e la sicurezza dei passeggeri. Per gestire queste onde di pressione, alcuni tunnel sono dotati di condotti di ventilazione o aperture che permettono all’aria di sfuggire, riducendo così l’impatto sulle strutture e sui veicoli.
Come agire in fase di progettazione
L’effetto pistone, benché naturale, può essere ottimizzato in fase di progettazione del tunnel. La geometria del tunnel, in particolare la sua sezione trasversale, influisce sul volume d’aria che può essere spinto dal movimento dei veicoli. Un tunnel progettato con una sezione ridotta può amplificare l’effetto pistone, ma deve essere bilanciato con la necessità di garantire la sicurezza e il comfort degli utenti.
Inoltre, l’uso di modelli di traffico e simulazioni avanzate consente di prevedere l’effetto pistone in base alla tipologia di veicoli e ai volumi di traffico attesi.
Questo è ciò che aiuta i progettisti a integrare in modo efficace sistemi di ventilazione naturale e meccanica.
