1. Premessa

Le esplosioni di polveri possono avvenire in ogni attività in cui si trattano materiali solidi finemente suddivisi (metalli, sostanze organiche, polimeri, resine, carboni, legno, ecc.). La polvere può essere il prodotto finale di una lavorazione o di un processo o un sottoprodotto indesiderato. Persino sostanze molto comuni come la farina di grano, la polvere di cacao, lo zucchero a velo, il tè, il caffè, presentano un pericolo d'esplosione, spesso mascherato dal loro aspetto familiare, quando sono trattate, sotto forma di polvere, su scala industriale in processi di macinazione, trasporto, separazione, essiccamento.

Una miriade di particelle con dimensioni ridotte viene prodotta durante i processi di lavorazione, generando polvere. Le particelle con dimensioni troppo grandi per rimanere sospese nell'aria si depositano, mentre quelle più piccole rimangono sospese nell'aria a tempo praticamente indeterminato.

Le polveri vengono misurate in micron (μm). Il micron è un'unità di lunghezza uguale a 10-4 (0,0001) centimetri o circa 1/25.000 di pollice. Per un confronto possiamo dire che i globuli rossi hanno dimensioni di 8 μm (0.0008 cm), il capello umano ha un diametro di 50÷75 μm, mentre la fibra di cotone ha un diametro variabile da 15 a 30 μm.

2. Le caratteristiche della polvere combustibile 

La National Fire Protection Association (NFPA) definisce una polvere combustibile come "un solido particolato combustibile” che presenta un rischio di incendio o deflagrazione se sospeso in aria o in altro mezzo ossidante su un intervallo di concentrazioni, indipendentemente dalla dimensione o dalla forma delle particelle. In generale, particelle combustibili aventi un diametro effettivo di 420μm o più piccoli, come determinato passando attraverso un setaccio standard n. 40, sono generalmente considerati polveri combustibili. Tuttavia, anche agglomerati di materiali combustibili che hanno lunghezze maggiori rispetto al loro diametro (e di solito non passano attraverso un setaccio da 420μm) possono rappresentare un pericolo di deflagrazione. Pertanto, qualsiasi particella che ha come superficie il rapporto tra area e volume superiore a quello di una sfera del diametro di 420μm dovrebbe essere considerato una polvere combustibile. 

La stragrande maggioranza dei materiali organici naturali e sintetici, così come alcuni metalli, possono formare polvere combustibile e qualsiasi processo industriale che riduce un materiale combustibile e alcuni materiali normalmente non combustibili in uno stato finemente diviso presenta un potenziale rischio di incendio o esplosione.

3. Quali sono gli elementi che provocano un’esplosione da polvere?

Perché si verifichi un'esplosione di polveri combustibili, devono essere presenti gli elementi necessari per un incendio ("triangolo di fuoco"). Gli elementi sono:

• una fonte di combustibile (polvere combustibile);
• una fonte di calore o di accensione (per esempio, una scarica elettrostatica, un arco di corrente elettrica, una brace incandescente, una superficie calda, scorie di saldatura, calore di attrito o una fiamma);
• un ossidante (ossigeno nell'aria).

La presenza di due elementi aggiuntivi rende le condizioni favorevoli all'esplosione di polveri combustibili. Il primo è la dispersione di particelle di polvere nell'aria in quantità e concentrazione sufficienti per creare una nuvola di polvere. Il secondo è il confinamento (o semi-contenimento) della nube di polvere in un serbatoio, area, edificio, stanza o attrezzatura di processo. Quando acceso, la nuvola di polvere brucerà rapidamente e potrebbe esplodere. La combinazione di questi cinque elementi comprende ciò che viene indicato come il "pentagono dell'esplosione di polvere" (vedi Figura 1). 

Figura 1

Quando tutti questi elementi sono presenti, può verificarsi una rapida combustione nota come deflagrazione (una combustione rapida più lenta della velocità del suono). Se questo evento è limitato da un involucro, come un edificio, una stanza, un serbatoio o un'attrezzatura di processo, l'aumento di pressione risultante può causare un'esplosione (una combustione rapida più veloce della velocità del suono).

Un'esplosione iniziale (primaria) (Figura 2) in apparecchiature di elaborazione o in aree in cui si è accumulata polvere latente può rimuovere la polvere aggiuntiva o danneggiare un sistema di raccolta (come un condotto, un serbatoio o un collettore). Questa polvere, se accesa, provoca ulteriori esplosioni (esplosione secondaria), che possono provocare danni più gravi rispetto all'esplosione originale a causa dell'aumento delle concentrazioni e delle quantità di polvere combustibile dispersa.

Figura 2

4. Valutazione del rischio di polvere negli impianti

Come precedentemente affermato, un pericolo di polvere combustibile può esistere in una varietà di industrie, tra cui industrie di produzione alimentare, industrie di produzione e lavorazione della plastica, del legno, della gomma, mobilifici, di produzione dei tessuti, di prodotti farmaceutici, di produzione vernici e inchiostri, lavorazione e stoccaggio carbone, lavorazione e trasformazione dei metalli e generazione di combustibili fossili.

Nel condurre una valutazione dei pericoli dell'impianto per i rischi di esplosione di polveri combustibili, i datori di lavoro dovrebbero considerare le seguenti variabili:

• Processi che utilizzano o producono polveri combustibili;
• Materiali che possono diventare combustibili quando vengono macinati finemente;
• Aree non accessibili dove possono accumularsi polveri combustibili;
• Potenziali fonti di accensione.

5. Combustibilità della polvere

Il fattore principale nella valutazione del potenziale per i rischi di esplosione della polvere è la combustibilità della polvere. Ribadiamo dunque che una polvere combustibile è caratterizzata dalla capacità del materiale di passare attraverso un setaccio standard n. 40, cioè ha un diametro di 420 μm o inferiore e presenta un rischio di incendio o esplosione quando disperso nell'aria e acceso. Quindi ne deriva che polveri diverse dello stesso materiale chimico avranno caratteristiche differenti di infiammabilità e di esplosività, a seconda delle dimensioni delle particelle, della forma delle particelle e del contenuto di umidità, con anche la possibilità che il materiale cambi le sue caratteristiche mentre passa attraverso le apparecchiature di processo.

6. La classificazione elettrica

La valutazione dei rischi dell'impianto deve inoltre identificare le aree che richiedono apparecchiature elettriche speciali a causa della presenza potenziale di polvere combustibile. 

Per ottemperare a tali requisiti il progettista dovrà attenersi a quanto definito nella normativa EN 60079-10-2, “Atmosfere esplosive Parte 10-2: Classificazione dei luoghi. Atmosfere esplosive per la presenza di polveri combustibili”, per tutto quanto attiene alla classificazione delle aree interessate dal potenziale rischio di esplosione per la presenza di polveri ed alla norma EN 60079-31, “Atmosfere esplosive Parte 31: Apparecchiature con modo di protezione mediante custodie "t" destinati ad essere utilizzati in presenza di polveri combustibili”.

7. Altre considerazioni sull’analisi dei rischi

Poiché una varietà di condizioni possono influenzare la quantità di polvere combustibile necessaria per raggiungere una concentrazione esplosiva, il progettista dovrà farsi carico di analizzare la specificità del rischio, per ogni struttura, considerando le variabili quali le dimensioni delle particelle di polvere, il metodo di dispersione della polvere nell'aria, i sistemi di ventilazione, le correnti d'aria, l'umidità, le barriere fisiche e il volume dell'area in cui la nube di polvere esiste o potrebbe potenzialmente esistere.

La valutazione del rischio dell'impianto deve prendere in considerazione tutti i luoghi in cui la polvere combustibile è concentrata durante il normale funzionamento dell'apparecchiatura e in caso di guasto dell'apparecchiatura. Inoltre, la valutazione deve riguardare le aree in cui la polvere può depositarsi, sia nelle aree normalmente occupate che negli spazi nascosti.

Dopo aver valutato i rischi di presenza di polveri combustibili e aver individuato le posizioni pericolose, il progettista adotterà le soluzioni idonee nel rispetto di quanto previsto nella norma EN 60079-10-2.

Alcune raccomandazioni per il controllo delle polveri per prevenire esplosioni possono essere quelle di seguito descritte:

• Fornire l'accesso a tutte le aree nascoste per consentire l'ispezione.
• Utilizzare metodi di pulizia che non generino nuvole di polvere in presenza di fonti di ignizione (ad es. non usare aria compressa).
• Ridurre al minimo la fuoriuscita di polvere dalle apparecchiature di processo o dai sistemi di ventilazione.
• Localizzare le valvole di sfiato lontano dalle aree a rischio di polvere.
• Utilizzare apparecchiature per la raccolta delle polveri combustibili (es. Motoscope), solo se approvate ed idonee allo specifico scopo.
• Mettere in atto un programma scritto per l'ispezione delle polveri pericolose, la pulizia e il controllo.

8. Conclusioni

Le problematiche relative alla gestione di prodotti allo stato di “polvere”, sono tante e complesse, al punto di poter provocare, se non messe in pratica, anche le perdite di persone preposte alle attività lavorative in atmosfere esplosive per la presenza di polveri combustibili. È quindi di fondamentale importanza che tutti gli operatori e i progettisti siano particolarmente attenti a tutte le problematiche, al fine di prevenire in ogni modo possibile la creazione di situazioni pericolose.