Monitorización de la calidad del aire en túneles: sensores, ventilación y seguridad

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Leer más en túneles consiste en medir continuamente gases, partículas, visibilidad y condiciones del flujo de aire para proteger a usuarios y trabajadores y controlar la ventilación. Mientras que en túneles de carretera, la monitorización se centra especialmente en gases asociados al tráfico y partículas, en túneles ferroviarios y redes de metro cobran mayor peso las partículas generadas por frenado, desgaste rueda y carril y resuspensión.

En túneles de carretera, parámetros como monóxido de carbono (CO)El monóxido de carbono (CO) es un gas invisible (incoloro e inodoro) que resulta, al mismo tiempo, un asesino silencioso porque en apenas unos minutos deja...
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Leer más permiten detectar acumulaciones de contaminación asociadas al tráfico, mientras que los datos en tiempo real ayudan a activar la ventilación, gestionar episodios de congestión y evaluar el impacto ambiental en las bocas y zonas próximas.

La calidad del aire ha dejado de ser una comprobación puntual para convertirse en un dato operativo que condiciona la ventilación, la seguridad y el consumo energético del túnel. Esto ocurre porque un túnel no se comporta como un espacio abierto. Es un entorno semicerrado donde la ventilación natural es limitada o inexistente, las emisiones del tráfico son continuas mientras circulan vehículos, y una congestión o un incidente pueden disparar las concentraciones de contaminantes en minutos, mucho más rápido de lo que cualquier sistema de ventilación manual podría anticipar. Por eso, medir de forma puntual ya no es suficiente. Únicamente disponiendo de datos continuos es posible detectar ese tipo de aumentos a tiempo y actuar antes de que comprometan la seguridad.

A lo largo de este artículo abordamos por qué el comportamiento de la contaminación dentro de un túnel es distinto al de un espacio abierto, qué contaminantes son realmente relevantes (desde el papel histórico del CO hasta la importancia creciente del NO₂ y las partículas), y qué parámetros conviene medir además de la concentración de gases, como la visibilidad o la velocidad del aire. También veremos cómo se diseña una red de sensores y cómo estos datos se integran con los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) para automatizar la ventilación, qué normativa y estándares técnicos enmarcan estas mediciones, y por qué la vigilancia no debería limitarse al interior del túnel, sino extenderse a sus bocas y al entorno exterior para entender el impacto real que ocasionan sobre las comunidades cercanas.

Un túnel se juzga por lo que no vemos como es el aire que respiran quienes lo atraviesan cada día.

Por qué es necesario monitorizar la calidad del aire en los túneles

Un túnel es, ante todo, un ámbito de exposición ambiental distinto a cualquier otro tramo de carretera, línea ferroviaria o red de metro. En su interior, la contaminación no se dispersa con la misma facilidad que al aire libre. Queda condicionada por la longitud y la geometría del túnel, sus pendientes, la intensidad y el sentido del tráfico, la proporción de vehículos pesados que circulan por él, y por si dispone de ventilación natural, mecánica o una combinación de ambas.

La meteorología exterior también influye, aunque de forma indirecta. Tanto la presión atmosférica y el viento, como la temperatura en las bocas del túnel pueden favorecer o dificultar la entrada natural de aire fresco, lo que obliga a los sistemas de ventilación mecánica a compensar esas variaciones.

Monitorizar estos parámetros de forma continua responde a tres objetivos que están estrechamente relacionados entre sí como son la salud, la seguridad y el funcionamiento adecuado del túnel. La calidad del aire es un factor esencial a tener en cuenta en su funcionamiento ya que:

• Determina la exposición de quienes lo atraviesan o trabajan en él.
• Condiciona la visibilidad y la capacidad de reacción ante un incidente.
• Determina cuándo y cuánto debe ventilarse para mantener el túnel operativo sin gastar más energía de la necesaria.

La PIARC (Asociación Mundial de Carreteras) establece precisamente que el sistema de ventilación de un túnel debe asegurar una calidad del aire adecuada tanto durante la explotación normal de la instalación viaria como en los trabajos para su mantenimiento. Además, debe poderse gestionar adecuadamente el humo en caso de que se origine un incendio. Estos tres escenarios (tráfico habitual, mantenimiento e incendio) exigen respuestas operativas distintas y ninguno puede diseñarse de forma aislada. Las decisiones sobre cómo configurar la ventilación en la explotación normal de un túnel afectan a la capacidad de reacción disponible en caso de que se produzca una emergencia.

Con tráfico normal, los vehículos circulan a una velocidad que genera un flujo de aire propio (efecto pistón) que ayuda a desplazar los contaminantes hacia las bocas de salida.

Calidad del aire durante tráfico normal y congestión

El comportamiento de los contaminantes en el aire de un túnel cambia radicalmente si se analiza un tráfico fluido frente a un atasco que se produce dentro de un túnel. Con tráfico normal, los vehículos circulan a una velocidad que genera un flujo de aire propio (efecto pistón) que ayuda a desplazar los contaminantes hacia las bocas de salida.

Durante una congestión de vehículos, ese efecto desaparece casi por completo porque hay más vehículos circulando simultáneamente, permanecen más tiempo dentro del túnel, se mueven a velocidades mucho más bajas y generan menos flujo de aire propio, justo cuando más emisiones se están acumulando en el mismo espacio. El resultado es una combinación de aire desfavorable en la que la producción de contaminantes aumenta mientras su capacidad de dispersión se reduce, lo que puede disparar las concentraciones de CO, NO₂ o partículas en pocos minutos.

Estudios en túneles de carretera en China atribuyeron un 26-40% de la masa de PM₁₀ al escape del tubo de escape, un 1-3% al desgaste de frenos y un 7-9% al desgaste de neumáticos. Chen, X., et al. (2014).

Exposición de usuarios y trabajadores de mantenimiento

No toda exposición ambiental dentro de un túnel tiene las mismas características, por eso no conviene aplicar automáticamente los mismos límites a todos los perfiles de personas que se encuentran en un túnel. Mientras un conductor o un pasajero están expuestos durante el tiempo que el vehículo tarda en atravesar el túnel, normalmente unos pocos minutos, incluso en situaciones de congestión moderada, un trabajador de mantenimiento, en cambio, puede permanecer horas dentro del túnel, a menudo con el tráfico circulando o con la ventilación configurada de forma distinta a la habitual.

Un estudio con diferentes grupos ocupacionales demostró que los trabajadores de construcción en túneles de carretera de Estocolmo tenían la exposición más alta a NO₂ y partículas de todos los grupos analizados. Su exposición suponía 10 veces más de NO₂ y 20 veces más carbono elemental (indicador de escape diésel) que los trabajadores en exteriores. M. Lewné (2007).

La diferencia de tiempo de permanencia entre los perfiles de personas dentro de un túnel implica que los criterios de calidad del aire aplicables a exposiciones breves no son extrapolables a exposiciones prolongadas y que el monitoreo de la calidad del aire debe distinguir entre ambos escenarios en lugar de aportar un único valor genérico.

Los vehículos de combustión interna generan una mezcla de gases y partículas cuyo comportamiento dentro de un túnel depende de la fuente que los produce y del tiempo que permanecen en un espacio con ventilación limitada.

Principales contaminantes del aire en túneles

Mientras que en túneles ferroviarios y redes de metro los principales contaminantes del aire son las partículas generadas por frenado, desgaste rueda y carril y la resuspensión, en el caso de los túneles de carretera, son los vehículos de combustión interna los que generan una mezcla de gases y partículas; su comportamiento dentro de un túnel depende de la fuente que los produce y del tiempo que permanecen en un espacio con ventilación limitada. PIARC identifica el monóxido de carbono (CO), las partículas y los óxidos de nitrógeno (NO_x, la suma de NO y NO₂) como los contaminantes de referencia procedentes de vehículos de combustión interna en túneles de carretera, precisamente porque son los que mejor reflejan tanto el riesgo para la salud como la necesidad de ventilar.

Monóxido de carbono (CO)

El CO se genera por combustión incompleta y ha sido, históricamente, el parámetro predominante para dimensionar y controlar la ventilación de túneles. Su toxicidad es aguda al reducir la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Es por esta razón por la que los manuales de referencia establecen límites que varían según la situación de tráfico, desde flujo libre hasta congestión excepcional o cierre del túnel. Aunque las emisiones de CO por vehículo han disminuido con la evolución de las normativas de emisiones, sigue siendo un parámetro de control esencial, sobre todo en escenarios de tráfico detenido donde su acumulación es más rápida.

Óxidos de nitrógeno (NO y NO₂)

El NO y el NO₂ se generan durante la combustión, pero su origen relativo ha cambiado en las últimas décadas. Los sistemas de postratamiento de gases de escape en vehículos diésel como catalizadores de oxidación, filtros de partículas y sistemas de Reducción Catalítica Selectiva (SCR) tienden a aumentar notoriamente el porcentaje de NO₂ emitido directamente, hasta el punto de que en muchos túneles europeos el NO₂ puede representar entre un 20% y un 30% del NO_x total, dependiendo de la proporción de vehículos diésel con estas tecnologías y del tiempo de residencia del NO_x en el aire del túnel. Esta evolución explica por qué el NO₂ ha ganado protagonismo frente al CO como parámetro de referencia en los sistemas de ventilación más recientes, y por qué monitorizar su presencia de forma directa (no solo estimarla a partir del NO_x total) aporta un control más preciso.

Partículas PM_2,5, PM₁₀ y partículas ultrafinas

Las partículas en suspensión presentes en un túnel no proceden únicamente del tubo de escape de los vehículos de combustión sino que, como en el caso de redes de metro y túneles ferriviarios, se suma el frenado, desgaste rueda y carril y resuspensión del polvo; de hecho estas son fuentes de partículas tan relevantes como la propia combustión. A estas se suma otro origen que conviene no pasar por alto como es la construcción, tanto la del propio túnel como las tareas para su mantenimiento posteriores (adecuación de paredes y techos, mejoras en las vías, etc.), que generan también su propia carga de partículas.

Las emisiones no-exhaust (frenos, neumáticos, superficie de carretera y resuspensión) ya superan a las emisiones de escape en países donde los filtros de partículas diésel son obligatorios desde hace años.

CO₂, O₂ y otros parámetros complementarios

El CO₂ y el O₂ no deben equipararse a los contaminantes tóxicos anteriores. Cuando están presentes a las concentraciones habituales en un túnel de carretera no representan el mismo riesgo agudo que la presencia de CO o NO₂. Su papel es dar contexto a otras mediciones, no señalar un peligro por sí solo.

El CO₂ puede servir como indicador indirecto de acumulación de gases de combustión en zonas con poca renovación de aire, mientras que el O₂ cobra especial relevancia en tareas de mantenimiento y en determinadas condiciones de espacio confinado, donde una disminución del oxígeno presente puede suponer un riesgo real para los trabajadores.

Las partículas en suspensión presentes en un túnel no proceden únicamente del tubo de escape. Al desgaste de frenos y neumáticos, y la resuspensión del polvo depositado en la calzada por el paso continuo de vehículos se suma la construcción, tanto la del propio túnel como las tareas para su mantenimiento posteriores que generan también su propia carga de partículas.

Calidad del aire durante la construcción y excavación de túneles

Durante la fase de construcción de un túnel, el perfil de contaminación es distinto y, en muchos aspectos, más intenso. La excavación, la perforación, las voladuras, el movimiento de tierras, el hormigón proyectado y el uso continuo de maquinaria pesada generan polvo, partículas y gases que pueden acumularse rápidamente en un espacio con ventilación limitada, normalmente mecánica y forzada desde el exterior a través de conductos.

Polvo y partículas PM₁₀ y PM_2,5

La monitorización de polvo en túneles durante la fase de obra responde a fuentes muy distintas a las del tráfico rodado:

• Excavación y perforación del frente de avance.
• Voladuras en túneles construidoImagina despertar cada mañana a las 5:00 a.m. con el estruendo incesante de una autopista a escasos metros de tu ventana. Sufrir este ruido de alta intensi...
  Leer máss mediante método convencional.
• Transporte y carga de material excavado.
• Resuspensión generada por la maquinaria en movimiento.
• Funcionamiento de equipos como perforadoras o tuneladoras.

Medir PM₁₀ y PM_2,5 en la construcción de túneles permite evaluar tanto la carga de polvo generada en cada fase de la obra como la exposición real de los trabajadores en las zonas donde se desarrolla la actividad.

La utilidad de esta medición favorece algo más que un diagnóstico. Un dato continuo de partículas permite valorar si medidas tomadas como la ventilación forzada, la extracción localizada en el frente de avance, el riego de superficies o la nebulización de agua están siendo realmente eficaces, o si es necesario reforzarlas antes de que la exposición se prolongue.

Esta lógica de calidad del aire en obras subterráneas convierte al polvo en un parámetro de control operativo, igual que ocurre con los gases en el túnel ya en servicio. En proyectos donde la composición del material excavado lo justifique, puede ser necesario documentar de forma específica la presencia de sílice cristalina respirable.

NO₂ y gases procedentes de maquinaria diésel

La monitorización de NO₂ en túneles en construcción está vinculada, casi en su totalidad, al uso de maquinaria diésel. Máquinas como perforadoras, palas cargadoras, camiones de transporte de material y equipos auxiliares operan de forma continua en un espacio confinado como es un túnel. A diferencia del tráfico rodado en un túnel en explotación, aquí la fuente de emisiones es más concentrada en el tiempo y el espacio, ya que toda la maquinaria suele trabajar próxima al frente de avance.

En espacios con renovación de aire limitada, las concentraciones de gases en túneles pueden aumentar con rapidez si la ventilación forzada no es suficiente para la potencia diésel en funcionamiento en cada momento.

La exposición de trabajadores en construcción de túneles con maquinaria diésel ha registrado concentraciones de NO₂ que, en determinados picos de actividad, superan ampliamente los niveles medios de exposición, lo que subraya la importancia de un control continuo y no solo de mediciones puntuales por turno. Gren, L. et al. (2022).

Medir NO₂ de forma continua ayuda a detectar estas situaciones anómalas antes de que se prolonguen, y permite ajustar el caudal de ventilación a las condiciones reales de la obra en cada fase, en lugar de a una estimación fija calculada en el diseño inicial del proyecto.

Los túneles ferroviarios y redes de metro son espacios donde una parte importante de las partículas no procede de los motores de combustión, sino del propio funcionamiento del sistema ferroviario.

Calidad del aire en túneles ferroviarios y redes de metro

La calidad del aire en túneles ferroviarios y redes de metro presenta características distintas a las de los túneles viarios. Son espacios donde una parte importante de las partículas no procede de los motores de combustión, sino del propio funcionamiento del sistema ferroviario. El contacto entre rueda y carril, el frenado mecánico, la interacción entre catenaria y pantógrafo y la resuspensión del polvo depositado genera material particulado que puede acumularse en estaciones, andenes y túneles subterráneos.

A esta generación interna se suman otros factores que condicionan la concentración de partículas, como la geometría de las estaciones, la profundidad del túnel, la frecuencia de paso de los trenes, su velocidad, el efecto pistón generado por su movimiento y el funcionamiento de la ventilación forzada.

Los túneles registran las concentraciones más altas de PM de todo el sistema, por delante de andenes y de la exposición durante los trayectos de acceso, mientras que vestíbulos y vagones muestran niveles comparativamente menores, aunque igualmente elevados frente al aire exterior. Liu, J. et al. (2026).

Partículas generadas por frenado y desgaste ferroviario

El frenado mecánico es una de las fuentes más relevantes de presencia de partículas en redes de metro; especialmente en aquellos tramos y franjas horarias donde el sistema no puede aprovechar plenamente el frenado regenerativo y debe recurrir a pastillas y discos como complemento.

Estas emisiones contienen principalmente hierro, junto con otros elementos asociados al desgaste ferroviario como manganeso, cobre, zinc, antimonio, magnesio y silicio.

El contacto y desgaste entre rueda y carril es otra fuente igual o más relevante que el propio frenado. La fricción constante genera partículas, sobre todo en las fracciones de mayor tamaño, simplemente por el paso continuo de los trenes por las vías.

Resulta útil conocer también cuándo y dónde se generan, cómo se redistribuyen por el túnel y qué operaciones ferroviarias están asociadas con los mayores niveles de PM.

PM_2,5, ventilación y acumulación en estaciones y túneles

Las partículas generadas en el entorno ferroviario no permanecen necesariamente cerca del punto donde se producen. El movimiento de los trenes genera un efecto pistón que desplaza el aire y redistribuye los contaminantes a lo largo del túnel, mientras que la ventilación forzada, la geometría de la infraestructura y la distancia entre estaciones modifican su dispersión.

A esta fracción le sigue en proporción las partículas que permanecen suspendidas en el aire, mientras que la parte expulsada al exterior mediante los sistemas de ventilación es menor.

La ventilación no es solo un sistema para renovar el aire. También condiciona la distribución espacial de las partículas y puede influir directamente en la exposición de pasajeros y trabajadores.

Monitorización y medidas para reducir la exposición

La reducción de partículas en redes de metro se aborda con la mejora de la ventilación, la limpieza de vías y estaciones, la modificación de perfiles de velocidad para reducir el frenado neumático, o la incorporación de sistemas de captura de partículas en origen.

Más allá de la tecnología concreta empleada, cualquier estrategia de reducción en estaciones de metro y túneles ferroviarios necesita datos para comprobar su eficacia.

Una red de monitorización continua de PM_2,5 y PM₁₀ ,junto a otras variables ambientales consigue:

• Detectar zonas con acumulación recurrente de partículas.
• Relacionar los picos con horarios, frecuencia de trenes o frenadas.
• Evaluar el efecto de la ventilación y la limpieza.
• Comparar estaciones o tramos con diferentes características.
• Medir la exposición de trabajadores y pasajeros.
• Comprobar la eficacia de medidas de reducción de emisiones.

Medir la calidad del aire en un túnel no responde exclusivamente a un criterio técnico. En muchos países existe un marco normativo que fija qué debe medirse, cómo hacerlo y qué niveles de seguridad deben garantizarse.

Qué parámetros se deben medir en un túnel

Un sistema de monitorización de calidad del aire idóneo para un túnel, aparte de analizar los gases y partículas presentes, necesita conocer cómo se mueve el aire y qué visibilidad ofrece, porque ambos factores contribuyen tanto a la seguridad vial como a la eficacia de la ventilación.

Concentración de gases y partículas

Los contaminantes gaseosos como el CO, el NO o el NO₂ se expresan habitualmente en partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb), mientras que las partículas (PM₁₀, PM_2,5 o ultrafinas) se miden en microgramos por metro cúbico (µg/m³). Esta diferencia de unidades no es un simple detalle técnico. Refleja que se trata de magnitudes físicas distintas (concentración molar frente a concentración másica) y que los instrumentos capaces de medir una no necesariamente sirven para la otra.

Visibilidad y opacidad

La pérdida de visibilidad dentro de un túnel está directamente vinculada a la presencia de humo y partículas en el aire, pero medir visibilidad no es lo mismo que medir concentración de PM_2,5 o PM₁₀ con fines ambientales.

La norma ISO 23431:2021 especifica que la visibilidad en túneles de carretera se mide mediante transmisómetros (de una o dos bases, instalados en distintos puntos a lo largo del túnel) que determinan el coeficiente de extinción (K, en m⁻¹), a partir del cual se puede expresar el resultado como alcance óptico meteorológico o como opacidad (%). La propia norma aclara que estos datos de visibilidad no deben expresarse como una masa equivalente por unidad de volumen, precisamente para evitar la confusión de tratarlos como si fueran una medición de PM.

Velocidad y dirección del aire

Este es uno de los parámetros que distingue una monitorización completa de una simple red de sensores de gases. La ISO 23431:2021 cubre específicamente los métodos para determinar la velocidad y la dirección del flujo de aire en túneles de carretera, junto con CO, NO, NO₂ y visibilidad, mediante instrumentos de lectura directa. Conocer hacia dónde se desplaza el aire, y a qué velocidad, permite anticipar hacia qué zona del túnel se dirigen los contaminantes generados por el tráfico, lo cual resulta esencial tanto para dimensionar la respuesta de la ventilación en el día a día como para gestionar la evacuación de humo en caso de incendio. Existen soluciones de un único punto de medida y soluciones de paso transversal (que emplean tiempo de tránsito ultrasónico entre transceptores situados a ambos lados del túnel) pensadas específicamente para túneles bidireccionales o de varios carriles, donde el flujo de aire no siempre es uniforme en toda la sección.

Variables meteorológicas y condiciones ambientales

Temperatura, humedad y presión atmosférica no son contaminantes, pero aportan un contexto imprescindible para interpretar correctamente el resto de datos. Estas variables pueden influir en el rendimiento de determinados sensores; por ejemplo, la humedad puede afectar a la respuesta de ciertos sensores electroquímicos de gas. También condicionan cómo se comporta el aire en las bocas del túnel, favoreciendo o dificultando la ventilación natural según las condiciones exteriores. Registrarlas junto al resto de parámetros permite distinguir si una variación en la calidad del aire responde a un cambio real en las emisiones o simplemente a un efecto meteorológico puntual.

Un estudio realizado con 141 conductores profesionales en Londres midió su exposición a carbono negro (black carbon) en tiempo real durante 96 horas. Encontró que conducir dentro de túneles fue uno de los factores más determinantes de los picos de exposición, junto con la congestión. Mientras trabajaban, la exposición fue 2,6 veces mayor que fuera del trabajo, y aunque solo pasaban un 19% de su turno conduciendo, esa actividad representó un 36% de su exposición total diaria. Barratt, M. et al. (2021)

Las emisiones acumuladas dentro del túnel se concentran y salen al exterior a través de portales, pozos de ventilación y chimeneas de extracción.

Cómo funciona un sistema de monitorización de la calidad del aire en túneles

Un sistema de monitorización de la calidad del aire en un túnel no es un sensor aislado enviando datos a una pantalla. Es una cadena que conecta la medición física con una decisión operativa mediante sensores distribuidos, transmisión continua de datos, un sistema central que los interpreta, y una respuesta (normalmente sobre la ventilación) que se activa a partir de esos datos.

Red de sensores y puntos de medida

Para el monitoreo de la calidad del aire en un túnel no basta con colocar un único sensor y asumir que representa lo que ocurre en toda su longitud. La disposición de los puntos de medida depende de la longitud del túnel, su geometría, el número de entradas y salidas, las pendientes, la existencia de ramales, la intensidad del tráfico y el propio diseño del sistema de ventilación.

De hecho la norma ISO 23431 no fija un número universal de instrumentos por túnel, precisamente porque ese número depende de estas características y de los requisitos regulatorios específicos de cada proyecto . Como criterio general, los sensores suelen ubicarse en puntos estratégicos como cerca de las bocas de entrada y salida, en tramos intermedios y próximos a las salidas de ventilación, que son las zonas donde se concentran los patrones de contaminación más relevantes para activar una respuesta adecuada y a tiempo.

Medición continua y alertas en tiempo real

El valor más destacable de estos sistemas de monitorización de calidad del aire en túneles está en la continuidad del dato, no en mediciones puntuales aisladas. El esquema básico se basa en:

• El sensor capta la concentración de gas o partículas.
• El dato se transmite a una plataforma central.
• La plataforma lo compara con un umbral predefinido.
• Si el umbral predefinido se supera, se dispara una acción o una alerta.

Este ciclo permite reaccionar ante situaciones como un aumento repentino de NO₂, un pico de CO durante una congestión, una pérdida de visibilidad por acumulación de humo, o incluso un fallo en el propio sistema de ventilación que impide dispersar los contaminantes con normalidad. Cuanto más corto sea el intervalo entre la medición y la respuesta, menor es el margen de exposición para quienes están dentro del túnel en ese momento.

Integración con SCADA y sistemas de gestión del túnel

Los datos de calidad del aire rara vez se quedan en un sistema aislado. Su función principal es alimentar la plataforma central que gestiona el túnel. En un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), los controladores locales (PLC) reciben las lecturas de los sensores en tiempo real y, según una lógica preprogramada, activan directamente acciones como aumentar la velocidad de los ventiladores o abrir compuertas de extracción.

Mientras que el SCADA ofrece la visión de conjunto al centralizar los datos de todos los puntos de medida. Presenta los datos en una interfaz para los operadores, lo que permite el control manual si es necesario, registra el histórico de eventos y genera alertas que llegan a los equipos de mantenimiento o emergencia. Esta arquitectura de PLC y SCADA es la que permite que la respuesta ante una emergencia, como un incendio, sea inmediata y no dependa de que un operador humano interprete los datos a tiempo.

Para lograrlo, los sistemas de monitorización de calidad del aire, como los establecidos por los equipos Kunak AIR Pro, encajan de forma natural en este esquema. Midiendo simultáneamente hasta cinco gases (entre ellos CO, NO, NO₂, SO₂ o H₂S) junto con partículas en suspensión. A su vez, incorporan salida Modbus RTU RS485, lo que permite integrar sus lecturas directamente en sistemas SCADA existentes sin depender necesariamente de una conexión a internet para la transmisión local del dato. Esta capacidad de comunicación local es relevante en el ámbito de un túnel, donde la cobertura de red móvil puede ser limitada o inexistente en tramos subterráneos.

Los sensores de calidad del aire en un túnel se ubican habitualmente cerca de las bocas de entrada y salida.

Monitorización de la calidad del aire y control de la ventilación

Un sistema de control de ventilación bien diseñado persigue dos objetivos principales como son el control de la operación rutinaria, aportando aire fresco a un ritmo que sea a la vez cómodo para los usuarios del túnel y económicamente eficiente; y en circunstancias excepcionales o de emergencia, responder de forma rápida y fiable ante averías, accidentes o incendios. En ambas situaciones es donde la monitorización continua de gases, partículas y flujo de aire, más que un ejercicio de seguridad pasiva, actúa como palanca de gestión que no depende de estimaciones o de una supervisión manual constante.

Cómo utilizan los sensores los sistemas de ventilación

La lógica de los sistemas de ventilación parece sencilla, aunque su implementación no lo sea. Cuando la concentración de contaminantes aumenta, el sistema detecta ese cambio a través de los sensores, la ventilación responde ajustando su intensidad, y la concentración vuelve a niveles seguros. Pero reducir esta lógica a un simple encendido y apagado de ventiladores sería simplificar en exceso cómo funcionan los sistemas modernos de ventilación en túneles.

En la práctica, los sistemas de control comparan continuamente los valores medidos de CO, NO_x o partículas frente a distintos umbrales o estados, y ajustan de forma progresiva el número de ventiladores activos o su velocidad según en qué estado se encuentre cada contaminante, en lugar de reaccionar únicamente cuando se supera algún límite. Cuando varios contaminantes se monitorizan a la vez, el sistema suele tomar como referencia el que más se aleje de su nivel objetivo en cada momento, de forma que la estrategia de ventilación responde siempre a la variable más crítica y no a un promedio que podría enmascarar un problema puntual.

Calidad del aire frente a consumo energético

Ventilar un túnel tiene un coste que va mucho más allá de la factura eléctrica. Un caudal de aire excesivo implica más consumo energético, más desgaste de los ventiladores, más necesidad de mantenimiento y, en consecuencia, un coste operativo más alto sin que la seguridad mejore de forma proporcional.

Un caudal insuficiente, por el contrario, permite que los contaminantes se acumulen y compromete tanto la seguridad como el cumplimiento normativo.

Una medición fiable y continua de la calidad del aire deja de ser solo una cuestión de cumplimiento normativo para convertirse en la variable que permite ajustar la ventilación a las condiciones reales del túnel en cada momento, en lugar de operar con márgenes de seguridad excesivos que se traducen directamente en más consumo y mayor desgaste de equipos.

Diseñar una red de monitorización no consiste en decidir cuántos sensores comprar, sino en definir qué se necesita medir, dónde y con qué garantías de fiabilidad a lo largo del tiempo.

Normativa y estándares para medir la calidad del aire en túneles

Medir la calidad del aire en un túnel no responde exclusivamente a un criterio técnico. En gran parte del territorio europeo existe un marco normativo que fija qué debe medirse, cómo hacerlo y qué niveles de seguridad deben garantizarse. Conocer estas referencias es imprescindible tanto para diseñar un sistema de monitorización conforme a los requisitos, como para interpretar correctamente qué cubre cada norma y qué queda fuera de su alcance.

ISO 23431:2021

La norma ISO 23431:2021, Measurement of road tunnel air quality, establece métodos específicos para determinar velocidad y dirección del aire, concentraciones de CO, NO y NO₂, y visibilidad en túneles de carretera, utilizando instrumentos de lectura directa.

Directiva europea 2004/54/CE sobre seguridad en túneles

La Directiva europea 2004/54/CE es el marco europeo que recoge los requisitos mínimos de seguridad para túneles de más de 500 metros de la red transeuropea de carreteras. Concretamente, en su apartado sobre ventilación establece que diseño, construcción y operación del túnel deben tener en cuenta el control de contaminantes tanto durante el tráfico normal y en momentos punta como cuando los vehículos quedan detenidos por incidentes o accidentes. Además de fijar la obligación de instalar ventilación mecánica en túneles de más de 1.000 metros con un volumen de tráfico superior a 2.000 vehículos por carril.

Recomendaciones PIARC para calidad del aire y ventilación

La Asociación Mundial de Carreteras (PIARC) constituye la referencia técnica internacional más consolidada en emisiones, ventilación, concentraciones admisibles y visibilidad en túneles.

A diferencia de la ISO 23431 o la Directiva 2004/54/CE, PIARC no impone un límite único de obligado cumplimiento, sino que publica valores de diseño y operación que sirven de referencia técnica a nivel mundial (por ejemplo, distintos umbrales de CO según el escenario de tráfico sea fluido, congestionado o de parada total), y cada país o administración los adapta después a su propia normativa.

Por eso, en la práctica, el límite de NO₂ aplicado en un túnel europeo puede no coincidir exactamente con el de un túnel australiano o turco, ni el tiempo sobre el que se promedia esa concentración tiene por qué ser el mismo. Esta variabilidad no resta autoridad a las recomendaciones de PIARC sino que simplemente refleja que factores como la longitud del túnel, el volumen de tráfico o si la exposición es de conductores de paso o trabajadores de mantenimiento, cambian lo que se considera un nivel seguro en cada caso.

El Eurasia Tunnel, en Estambul, incorpora seis grupos de sensores distribuidos en cada nivel del túnel además de estaciones de monitorización exterior situadas junto a sus dos chimeneas de ventilación.

Calidad del aire dentro y fuera del túnel

La monitorización de un túnel no debería detenerse en sus bocas de acceso. Las emisiones que se generan dentro no desaparecen al ser expulsadas sino que se dispersan en el entorno próximo, y entender ese impacto exterior es lo que diferencia un enfoque de monitorización completo de uno limitado únicamente a CO, NO₂, visibilidad y ventiladores.

Contaminación en las bocas del túnel

Las emisiones acumuladas dentro del túnel se concentran y salen al exterior a través de portales, pozos de ventilación y chimeneas de extracción. Las concentraciones de contaminantes en portales y salidas de ventilación también son relevantes, ya que se reducen rápidamente desde el punto de emisión hacia el entorno según mecanismos como la velocidad y dirección del viento o la topografía circundante.

No todos los proyectos de túneles viarios necesitan medir lo mismo.

Monitorización ambiental alrededor de las salidas de ventilación

Existen proyectos reales que ya combinan ambos enfoques. El Eurasia Tunnel, en Estambul, incorpora seis grupos de sensores distribuidos en cada nivel del túnel además de estaciones de monitorización exterior situadas junto a sus dos chimeneas de ventilación, que registran de forma continua CO, NO₂, PM₁₀ y PM_2,5.

Un estudio sobre sus dos primeros años de operación, comparando datos de un año antes y dos años después de la apertura del túnel, concluyó que las concentraciones medias horarias de CO habían descendido entre un 16% y un 30% en las estaciones próximas a las chimeneas de ventilación, las de PM₁₀ entre un 44% y un 46%, y las de PM_2,5 entre un 12% y un 24%. El NO₂, en cambio, aumentó entre un 9% y un 24%, aunque permaneció en todo caso por debajo del estándar horario aplicable.

Datos de túnel, tráfico y meteorología

Los datos obtenidos en las redes de monitorización sobre contaminación deben cruzarse con los de tráfico y meteorología para interpretar mejor el origen y la dispersión de los episodios de contaminación. Sin este cruce de variables, un pico puntual de contaminación podría atribuirse erróneamente al tráfico cuando en realidad responde a condiciones atmosféricas desfavorables, o viceversa.

Los contaminantes de referencia en túneles de carretera son el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NO y NO₂) y las partículas (PM₁₀, PM_2,5 y ultrafinas),

Cómo diseñar una red de monitorización para túneles

Diseñar una red de monitorización no consiste en decidir cuántos sensores comprar, sino en definir qué se necesita medir, dónde y con qué garantías de fiabilidad a lo largo del tiempo. Estas tres decisiones (selección, ubicación y mantenimiento) determinan si el sistema realmente cumple su función o solo genera datos sin utilidad operativa.

Selección de sensores según el objetivo

No todos los proyectos de túneles viarios necesitan medir lo mismo. Un sistema orientado a seguridad vial priorizará CO, opacidad y velocidad del aire; uno centrado en exposición laboral necesitará distinguir escenarios de mantenimiento; y uno con vigilancia ambiental exterior requerirá sensores de NO₂ y PM_2,5 en las salidas de ventilación.

El comportamiento de los contaminantes en el aire de un túnel cambia radicalmente si se analiza un tráfico fluido frente a un atasco que se produce dentro de un túnel.

Ubicación de los puntos de medida

La ubicación, aunque definida por el ingeniero responsable del diseño de ventilación, sigue patrones consolidados mediante el establecimiento de puntos de control junto a la entrada y la salida del túnel, normalmente al menos 100 metros hacia el interior para evitar interferencias del tráfico exterior, y una serie de puntos intermedios igualmente espaciados, con una frecuencia habitual de entre 200 y 400 metros según la normativa local.

En túneles largos con tráfico intenso, algunos proyectos reducen ese espaciado hasta los 170-200 metros para detectar con mayor precisión posibles bolsas de concentración de CO. La altura de montaje también importa. Los cabezales suelen instalarse en torno a 3,5 metros, lo suficientemente altos para evitar salpicaduras y gases de escape directos, pero accesibles para el mantenimiento con una escalera estándar.

Calidad del dato, calibración y mantenimiento

Un sensor que activa automáticamente la ventilación no puede evaluarse únicamente por su coste de compra. Es en este punto donde entra en juego el concepto de monitorización near-reference o sistemas que ofrecen precisión trazable sin la complejidad ni el coste de una estación oficial completa. Los sensores electroquímicos de gas (NO₂, O₃, CO) y los contadores ópticos de partículas requieren verificaciones periódicas de calibración comparando sus lecturas frente a patrones certificados, ya que su precisión se degrada con el tiempo por deriva electrónica, humedad o contaminación del propio sensor. Un sistema bien mantenido debe garantizar una deriva máxima acotada entre revisiones y una disponibilidad de dato constante, porque cualquier hueco en la serie temporal es, en la práctica, un punto ciego en la seguridad del túnel durante ese periodo.

La monitorización de un túnel no debería detenerse en sus bocas de acceso. Las emisiones que se generan dentro no desaparecen al ser expulsadas sino que se dispersan en el entorno próximo.

Sensores Kunak para la monitorización ambiental en túneles

Disponer de una red de sensores con medición continua de múltiples parámetros ambientales, integración con SCADA para el diagnóstico de los datos e integración directa con los sistemas de control existentes y calibración periódica a distancia son los requisitos que debe cumplir cualquier sistema de monitorización de calidad del aire adaptado a un entorno tan exigente como es un túnel.

Kunak AIR Pro es una estación multiparámetro basada en sensores capaz de medir simultáneamente hasta cinco gases (entre ellos CO, NO, NO₂, SO₂ o H₂S) junto con partículas PM₁, PM_2,5 y PM₁₀, además de temperatura, humedad y presión atmosférica. Su sistema de cartuchos intercambiables tipo Plug & Play permite adaptar la configuración de gases a los contaminantes prioritarios de cada túnel sin sustituir el equipo completo; así como el reemplazo de los mismos, minimizando los periodos sin recogida de datos y los trabajos asociados a ello. Mientras que la calibración remota de los valores de cero y span facilita el mantenimiento periódico sin necesidad de desplazar el equipo del punto de medida. En cuanto a comunicaciones, incorpora salida Modbus RS485 RTU junto con conectividad multibanda 2G/3G/4G o Ethernet, lo que permite tanto la integración directa en un sistema SCADA existente como el envío de datos a una plataforma en la nube para su visualización y gestión de alarmas.

Los datos obtenidos en las redes de monitorización sobre contaminación deben cruzarse con los de tráfico y meteorología para interpretar mejor el origen y la dispersión de los episodios de contaminación.

Preguntas frecuentes sobre la monitorización de la calidad del aire en túneles

Qué contaminantes se deben medir en un túnel

Los contaminantes de referencia en túneles de carretera son el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NO y NO₂) y las partículas (PM₁₀, PM_2,5 y ultrafinas), según la Asociación mundial de la Carretera (PIARC). A estos contaminantes atmosféricosLa contaminación del aire causada por los contaminantes atmosféricos constituye uno de los problemas ambientales más críticos y complejos a los que nos enf...
Leer más se suman parámetros complementarios como el CO₂ y el O₂, relevantes sobre todo en tareas de mantenimiento y espacios confinados. La combinación exacta depende del tráfico, la longitud del túnel y los requisitos normativos aplicables en cada proyecto.

Por qué se mide CO y NO₂ en los túneles de carretera

El CO y el NO₂ son los contaminantes tóxicos más directamente asociados a la combustión de los vehículos dentro de un espacio semicerrado. El CO ha sido históricamente el parámetro dominante para controlar la ventilación, mientras que el NO₂ ha ganado protagonismo con la evolución de las tecnologías de postratamiento diésel. Ambos sirven como indicadores directos para activar y regular la ventilación en tiempo real.

Cómo se controla la ventilación mediante sensores de calidad del aire

Los sensores miden de forma continua la concentración de contaminantes y transmiten ese dato a un sistema central, normalmente un SCADA. Cuando se supera un umbral predefinido, el sistema activa o ajusta la velocidad de los ventiladores de forma automática. Esta respuesta no es un simple encendido y apagado. Los sistemas modernos gradúan la intensidad de la ventilación según qué contaminante esté más próximo a su límite en cada momento.

Qué norma regula la medición de la calidad del aire en túneles

La norma de referencia es la ISO 23431:2021, que establece métodos para medir velocidad y dirección del aire, CO, NO, NO₂ y visibilidad en túneles de carretera. A nivel europeo, la Directiva 2004/54/CE fija además los requisitos mínimos de seguridad y ventilación para túneles de la Red Transeuropea de Carreteras de más de 500 metros, complementada por las recomendaciones técnicas de PIARC.

Dónde deben instalarse los sensores de calidad del aire en un túnel

Los sensores se ubican habitualmente cerca de las bocas de entrada y salida, en puntos intermedios espaciados entre 200 y 400 metros, y próximos a las salidas de ventilación. La disposición exacta depende de la longitud del túnel, su geometría, la intensidad del tráfico y el diseño del sistema de ventilación, ya que la ISO 23431 no fija un número universal de instrumentos por túnel.

Los sensores de calidad del aire en un túnel miden de forma continua la concentración de contaminantes y transmiten ese dato a un sistema central, normalmente un SCADA.

Conclusión: Datos en tiempo real para túneles más seguros y eficientes

Un túnel se juzga por lo que no vemos como es el aire que respiran quienes lo atraviesan cada día, sin saber si esa exposición dura tres minutos o toda una jornada de trabajo. Durante décadas, esa incertidumbre se ha estado gestionando con inspecciones puntuales y márgenes de seguridad amplios. Hoy ya no es necesario operar a ciegas.

Cuando la concentración de CO, NO₂ y partículas, el flujo de aire y la visibilidad se miden de forma continua, la calidad del aire deja de ser una casilla que se marca en una revisión periódica y se convierte en una variable operativa más del túnel, tan viva como el tráfico o la meteorología. Los gestores pueden ajustar la ventilación a lo que realmente ocurre dentro del tubo viario, no a lo que se estimó en el diseño; detectar una anomalía antes de que se convierta en un riesgo; y reducir el consumo energético sin sacrificar seguridad.

Esa es la verdadera transformación, dejar de preguntarse si la última medición fue segura, y empezar a saber qué está pasando en el aire del túnel, en cada momento. Ahí es donde la monitorización continua, apoyada en tecnologías avanzadas como Kunak AIR Pro deja de ser un instrumento más y se convierte en el aliado que anticipa el problema, convirtiendo un dato en una decisión antes de que el riesgo llegue a manifestarse.

Referencias

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