Esplosioni chimiche da benzina, gas come metano o propano, o conflagrazioni di polvere sono eventi subsonici, localizzati, di sovrapressione che spostano le cose lontano dal centro dell’esplosione, spesso accompagnati da fiamme.
Le persone sono generalmente consapevoli quando utilizzano carburanti convenzionali che essi presentano pericoli intrinseci e agiscono con maggiore cautela. Siamo più interessati ai problemi meno intuitivi, quindi ci concentreremo su uno di questi meno ovvi da questo gruppo: la polvere combustibile. Questo è importante perché la presenza di polvere combustibile può costituire un pericolo di esplosione da polvere.
Considera questo scenario: un hobbista, nel suo laboratorio in cantina, sta usando una levigatrice a nastro per rifinire qualche compensato grezzo. Sta generando così tanta polvere che a malapena si riesce a vedere la parte più lontana del suo piccolo laboratorio. La proporzione di segatura in sospensione nell’aria è così elevata che anche le scintille dalle spazzole del motore della levigatrice a nastro potrebbero accendere l’intero ambiente del laboratorio. Dopo l’accensione, seguirà un incendio di polvere o un’esplosione di polvere.
Il rischio dell’hobbista, in questo momento, è che potrebbe causare un’esplosione di polvere in quest’atmosfera che potrebbe ferirlo o ucciderlo, e potenzialmente incendiare l’intera casa. Rimane beatamente ignaro del pericolo di esplosione da polvere perché ha fatto ciò che molte volte in passato aveva fatto senza conseguenze. Se qualcuno gli avesse mostrato una dimostrazione di un tubo di Hartmann in qualche momento della sua vita, certamente non starebbe mettendo a repentaglio la sua vita in questo modo.
Il Tubo di Hartmann: Test sulle Polveri Combustibili
Ma cosa esattamente è un Tubo di Hartmann? In breve, è un dispositivo per testare le proprietà esplosive delle polveri industriali, in varie miscele di rapporto aria-combustibile.
Tipicamente, un Tubo di Hartmann avrà una sorgente di accensione fissata circa un terzo dalla parte inferiore. Questa è generalmente una scintilla ad alta tensione per uniformità, che crea una scintilla continua. In alternativa, può essere utilizzata come sorgente di accensione una bobina incandescente.
Sotto di essa si trova il vassoio del campione dove viene collocata la materia particolata. Questo campione di polvere può essere puro, o può essere una miscela di polveri, prelevata direttamente dall’ambiente industriale.
Sotto c’è un meccanismo che lancierà il campione di polvere nel tubo di vetro formando nuvole a densità diverse, a seconda del metodo di configurazione scelto. Questo meccanismo di solito utilizza aria pressurizzata per disperdere il combustibile.
Limiti del test
È degno di nota che il test è limitato nella sua capacità di imitare un’esplosione reale in un contesto industriale. Ciò avviene perché la concentrazione di polvere viene accesa in modo artificiale. Nel mondo reale, è raro generare una scintilla continua.
Anatomia del Tubo di Hartmann
Riassumendo, il Tubo di Hartmann è composto dai seguenti elementi:
- Una fessura di scintilla (accensione a scintilla) o una bobina incandescente con l’energia di accensione appropriata.
- Aria pressurizzata.
- La bocchetta di dispersione.
- Un campione di polvere.
- Il tubo cilindrico.
- Opzionalmente: un coperchio per il tubo di vetro.
Video Dimostrativo
Diamo un’occhiata a un tubo di Hartmann in azione. Poiché la reazione è così sostanziale e veloce, il video a rallentatore qui sotto ci aiuta a capire cosa sta accadendo all’interno del tubo di vetro dell’apparecchio.
Questo video di una struttura portatile può testare piccoli lotti utilizzando campioni da 0,3 a 3 grammi. Se un materiale viene testato tre volte di seguito e non si accende, viene considerato non esplosivo per quelle condizioni di test.
Dal video, diventa chiaro che è molto probabile che un’esplosione di polvere inizi incendi di polvere. Ciò avviene perché il campione di polvere forma una nuvola di polvere quando è in sospensione nell’aria, che si accende rapidamente. L’incendio di polvere si diffonde rapidamente e provoca un’esplosione di polvere.
Qual è la funzione del Tubo di Hartmann nella prevenzione delle esplosioni?
Come hai visto nei video, il Tubo di Hartmann viene utilizzato per valutare la capacità di esplosione delle particelle di polvere in ambienti industriali. È un dispositivo di test che aiuta a determinare se una particolare polvere può rappresentare un pericolo di esplosione quando è dispersa nell’aria ed esposta a una sorgente di accensione.
In altre parole, il Tubo di Hartmann crea in modo sicuro piccole esplosioni di polvere all’interno del tubo per verificare se il materiale costituisce un pericolo di esplosione da polvere.
Procedura del Test ed Valutazione
Durante il test, vengono utilizzate varie concentrazioni del campione di polvere. Se si osserva la propagazione della fiamma all’interno del Tubo di Hartmann, si può presumere che la sostanza sia infiammabile in forma di polvere e possa quindi generare un’esplosione di polvere.
Questa informazione è cruciale in ambienti industriali in cui viene prodotta o manipolata polvere combustibile, come ad esempio nei laboratori di lavorazione del legno, impianti di lavorazione dei cereali, siti di lavorazione dei metalli e produzione chimica.
Oggi viene utilizzato un apparato di Hartmann modificato. L’originale è stato inventato nella metà degli anni Venti, quindi l’apparato di Hartmann modificato presenta alcune necessarie miglioramenti di design. Ciò rende il moderno test più facile da eseguire e più preciso.
I risultati finali del test ci aiutano a capire dove potrebbe essere presente un pericolo di esplosione da polvere sul luogo di lavoro.
Test e Normative ATEX
Le informazioni dedotte dal test sono cruciali per classificare correttamente l’area pericolosa nelle Zone ATEX – zone 20, 21, or 22 – a seconda del rischio dell’area. Queste zone di polvere ATEX si trovano principalmente nelle seguenti industrie:
- Lavorazione del legno.
- Lavorazione dei metalli.
- Lavorazione dei cereali.
- Produzione alimentare.
- Produzione chimica.
- Impianti di riciclaggio.
Carburanti – quali polveri costituiscono un pericolo di esplosione da polvere?
Cos’è considerato un carburante? Qualsiasi cosa basata sulla cellulosa, ad esempio, dovrebbe bruciare bene, compresi legno o polveri vegetali come il grano (come la farina). Specialmente nella giusta concentrazione. La composizione dello zucchero lo rende un carburante perfetto, essendo un puro carboidrato con il proprio apporto di ossigeno incorporato (C12H22O11).
La raffinazione dello zucchero richiede che venga elaborato da grandi grani grezzi di zucchero “crudo” a frazioni sempre più piccole. Alla fine, raggiunge lo stato in polvere finissima chiamato “zucchero a velo”, che è fine come il talco.
Quindi significa che lo zucchero può causare un’esplosione di polvere? Sì, nell’esempio successivo, vedrai come la polvere di zucchero può creare un grave pericolo di esplosione da polvere.
Possibili Conseguenze: Esplosione da Polvere in una Raffineria di Zucchero
La polvere può accumularsi in vari luoghi, specialmente nei pressi delle macchine che elaborano il prodotto. Una corrente d’aria improvvisa dall’apertura di una porta esterna potrebbe generare una nuvola esplosiva in pochi secondi.
Quesa raffineria in Georgia è stata completamente distrutta a causa di una fonte di accensione banale e delle condizioni di polvere giuste (sbagliate). L’esplosione devastante ha causato la morte di 14 persone e 36 feriti.
Quando una parete di fiamme e aria ad alta pressione si sta dirigendo verso di te a quasi la velocità del suono, non avrai tempo per reagire. La tua sopravvivenza può essere del 100% se semplicemente non permetti mai che si presenti il pericolo di esplosione da polvere.
Combustibili Non Infiammabili?
Sorprendentemente, per la maggior parte delle persone, solidi essenzialmente non infiammabili in uno stato solido costituiscono un pericolo di esplosione da polvere quando vengono dispersi come una polvere fine sospesa nell’aria e esposti a una fonte di accensione sufficiente.
In questo video (puoi saltare l’introduzione e iniziare al minuto 1:58), viene mostrato un semplice test al banco di metalli in polvere in fiamma per dimostrarne l’infiammabilità. Vedrai zinco, alluminio, ferro, magnesio, rame, manganese, bismuto, silicio, cromo, cobalto, piombo e ferrocerium (detto anche auermetall).
Nel “test della pila”, puoi vedere che il materiale più grosso è resistente, ma i materiali fini si accendono abbastanza facilmente. Diventa evidente che in questo caso la dimensione conta davvero. Le particelle più piccole hanno un’enorme superficie rispetto alla loro massa. Possono guadagnare o perdere calore rapidamente, ed è precisamente lo stesso motivo per cui gli animali a sangue caldo più grandi hanno un distintivo vantaggio di sopravvivenza rispetto agli animali più piccoli.
Una minuscola particella può consumare tutta la sua fonte di combustibile in una sola volta, creando una tasca calda di gas/plasma in espansione che può innescare le particelle immediatamente circostanti a fare lo stesso. Questa reazione a catena è la ragione per cui la conflagrazione si propaga così rapidamente da una singola scintilla.
Il pericolo maggiore si presenta quando la polvere sospesa è così densa che la visione può iniziare a essere oscurata anche su uno spazio di appena un metro. A quel punto, stai letteralmente giocando con il potenziale di un incendio da polvere.
Per scopi industriali, è meglio controllare la polvere alla fonte, raccogliendola man mano che viene prodotta. La ventilazione verso l’esterno è una seconda opzione, ma questa tecnica introduce ancora più variabili che sono più complesse da controllare. Eliminare la creazione di un pericolo di esplosione da polvere è sempre l’opzione più sicura
In Conclusione
Testare l’esplosività della polvere con il Tubo di Hartmann può aiutarti a identificare quali materiali nel tuo processo rappresentano una minaccia per la sicurezza. Ci sono vari enti di prova che forniscono questo test preliminare per valutare il pericolo di esplosione da polvere.
Sebbene un’esplosione di polvere sia improbabile che si verifichi nella maggior parte dei siti industriali, è importante ridurre al minimo le possibilità attenendosi alle normative locali. Le persone devono diventare più consapevoli dei pericoli in loco.
Spesso si sottovaluta il pericolo di un’esplosione da polvere, ma gli effetti di tale esplosione sono spesso disastrosi. Puoi garantire la sicurezza dei tuoi dipendenti e delle infrastrutture identificando le minacce prima che ti arrechino danni.
