PERICOLI DA ELETTRICITA’ STATICA

Il lavoro si sviluppa su più sezioni e di queste abbiamo considerato solamente le due più importanti.

La prima sezione a noi considerata tratta la generalità dell'argomento, ed è, a sua volta, suddivisa in due parti, esattamente:

1. Una parte che fa la valutazione dei pericoli derivati dall'elettricità statica;

2. Una parte tratta il controllo dei pericoli da elettricità statica.

La seconda sezione da noi considerata, riguarda appropriatamente gli argomenti tecnici.

1a sezione

Parte 1/1

Valutazione dei pericoli da elettricità statica

Un esempio pratico di cosa può capitare nella vita quotidiana è dato da una persona che cammina in un locale dotato di moquette e che provoca una scarica elettrostatica al toccare un corpo metallico.

Questo tipo di accadimento causa un incidente alla settimana nel Regno Unito ed uno al giorno nell'Europa. Molte volte sono coinvolti vapori di solventi, altre volte sono le polveri ad esplodere.

Le sorgenti di ignizione possono essere: scintille meccaniche; scintille elettriche; superfici bollenti; operazioni di saldatura; ecc.

1.1.1 Atmosfera infiammabile

Le principali atmosfere infiammabili sono date dai gas, dai vapori, dagli aerosol e da polveri volatili.

Quando si maneggiano dei liquidi si potranno avere sospetti sull'infiammabilità dei loro vapori. Se tali vapori non sono infiammabili non ci saranno problemi (non sempre per gli aerosol). Ma se lo fossero (in altre parole se hanno basso punto d'infiammabilità), dovrete controllare i pericoli da elettricità statica.

Tuttavia, per le polveri, non è cosi facile determinare la loro infiammabilità, se non con appositi testi. Esempio mezzo grammo di polvere di aspirina può dar luogo ad un esplosione controllata in apposita apparecchiatura, a dimostrazione che anche piccole quantità di polveri possono essere infiammabili in determinate condizioni.

1.1.2 Accumulo di cariche elettrostatiche

Solidi

Ogni volta che si separano due materiali si possono generare delle cariche elettrostatiche. Ci sono prove che dimostrano come due materiali solidi che entrano in contatto e dopo si separano si trovano caricati elettrostaticamente. Più veloce il contatto, maggiore la pressione o più grande la superficie di contatto, maggiore è la carica risultante.

Liquidi

Anche i liquidi sono causa di problemi. Cariche elettrostatiche possono comparire in liquidi a bassa conduttività quali Toluolo, Xilolo; Esano, Solfuro di Carbonio e molti altri. In genere la carica elettrostatica avviene durante il defluire nelle tubazioni per il contatto delle loro molecole con le pareti dei tubi. Più elevata la velocità nelle tubazioni più aumenta la carica elettrostatica. Inoltre, la carica aumenta se i fluidi attraversano dei filtri a grano fine oppure se due liquidi non miscibili tra loro, viaggiano nella stessa tubazione.

Le cariche aumentano nei liquidi buoni conduttori di elettricità. Se spruzzati attraverso ugelli, le singole gocce si caricano sulla loro superficie.

Nelle industrie chimiche vi sono le maggiori aree dove si formano cariche elettrostatiche .

Alcuni dei rischi sono dati da:

- operatori che si spostano e che si caricano elettrostaticamente anche con decine di migliaia di volt. L'effetto è accentuato in caso di atmosfera a bassa umidità relativa;

- operatori che dotati di scarpe isolanti si caricano in vicinanza di sacconi di plastica. La loro carica avviene per induzione. Idem in presenza di isolatori (caso di sacconi di polipropilene contenenti polveri cariche elettrostaticamente);

- le operazioni di frantumazione e macinazione provocano cariche sia sulle mole che sui materiali in lavorazione;

- nei trasferimenti pneumatici di polveri per lo sfregamento delle stesse sulle pareti delle tubazioni;

- trasferimento di liquidi, con formazione di cariche sia nei liquidi che sulle tubazioni;

- spruzzi di liquidi producono gocce con alte cariche elettrostatiche;

- nelle centrifughe, dove si formano cariche nei filtri, nel contenitore e nei prodotti in centrifuga.

1.1.3 Accumulo di cariche

Le cariche che si sono accumulate sulle persone, sugli impianti o sui prodotti, se non disperse, possono provocare scariche elettrostatiche.

In molti casi, esempio in una macinazione, le cariche si formano ma si scaricano a terra. Nella maggior parte delle lavorazioni le cariche si formano e si disperdono nel medesimo momento, in genere per conduzione.

Nelle operazioni di macinatura, le cariche si generano nelle polveri, e sui componenti del macinatore. Le cariche accumulate sulle polveri a causa della loro resistività vengono scaricate dal macinatore se messo a terra- Altrimenti le cariche restano accumulate, con i relativi rischi.

Anche se si è generata una carica elettrostatica ed è rimasta accumulata, non condurrà necessariamente ad un rischio elettrostatico.

1.1.4 Rischio di scintilla

La causa del pericolo è data dalla carica elettrostatica che raggiunge il valore di campo di rottura in aria. Un esempio è dato da un operatore che cammini su un pavimento isolato facendo si che il suo corpo si carichi elettrostaticamente (con un voltmetro si potrebbero registrare oltre 10.000 volt. L'operatore entra in contatto con la fabbrica collegata a terra; l'operatore si scarica poiché la carica fluisce nella rete di terra.

Un esempio lo si ha nello svuotamento di polveri da un essiccatore sotto vuoto. La polvere che esce da questo apparecchio ha alta resistività ed alta carica. Pertanto si avranno cariche accumulate sia nel contenitore plastico che nella polvere: Una sonda di terra segnalerebbe la presenza di scarica dal contenitore plastico.

La stessa polvere, in contatto con il contenitore, anche se messo a terra, è altamente caricata e il rivestimento del contenitore impedisce il flusso verso terra; cosicché vi è un rischio di scintilla.

1.1.5 Energia necessaria

è importante per il rischio di scintilla che ci sia abbastanza energia per accendere l'atmosfera. Altrimenti il fenomeno non può iniziare.

Ciascuna atmosfera infiammabile ha una minima energia d'accensione: Se la scintilla elettrostatica ha più energia della minima richiesta si avrà il rischio d'incendio.

Per esempio tracce di acetone si accendono per delle invisibili scintille.

Le nubi di polveri sono più difficili da accendere, ed hanno un largo campo di energia d'accensione. Tali valori possono essere determinati con apparecchiature di prova adatte allo scopo.

In genere solamente le polveri con energia d'accensione veramente bassa sono a rischio di correnti elettrostatiche.

Parte 1/2

Controllo dei rischi elettrostatici

Le scintille elettrostatiche sono giusto una delle possibili fonti di innesco d'incendio in una attività. Il controllo delle sorgenti di accensione, tuttavia. Non è sempre sufficiente per assicurare di operare con sicurezza.

Normalmente si usano tecniche di inertizzazione nei processi pericolosi, in particolare con azoto erogato a sostituire l'atmosfera normale.

Comunque se si prevede che in qualsiasi momento si potrebbe avere una atmosfera infiammabile, il rischio di una accensione elettrostatica deve sempre essere preso in esame ed eliminato.

Ci sono quattro settori che necessitano di attenzione: lo stabilimento, la gente, i liquidi e le polveri.

1.2.1 Installazioni metalliche fisse

La prima cosa indispensabile per proteggersi dalle scariche elettrostatiche è di mettere a terra tutte le strutture metalliche fisse. Questo è un punto di partenza. Esso vale per tutte le strutture e per tutti i macchinari.

Una volta realizzata la perfetta messa a terra delle masse metalliche è altrettanto importante tenere controllato il tutto con accurate verifiche e manutenzioni. Nelle verifiche usare sempre strumenti a sicurezza intrinseca. Specialmente nelle aree con pericolo di esplosioni.

1.2.2 La gente

Bisogna considerare che la gente può facilmente creare scintille se si caricano elettrostaticamente a causa del modo di vestire o a causa di altri materiali (come fusti e dosatori) essendo isolati da terra.

Chiunque vuole entrare in contatto con una atmosfera infiammabile0.deve indossare scarpe antistatiche (meglio se provate con appositi strumenti), ed indumenti appropriati.

Spesso un modo corretto di vestire non è sufficiente; un caso tipico operare su un pavimento epossidico con risultato di un forte accumulo di carica dovuta alla elevata resistività del pavimento e tale carica potrebbe raggiungere anche pericolosi livelli, anche se l'operatore indossa scarpe antistatiche. L'operatore dovrebbe passare su un pavimento a terra per scaricare il suo potenziale. Ora potrà operare in sicurezza.

Aggiungere delle polveri direttamente in un reattore che contiene vapori infiammabili potrebbe essere pericoloso poiché è difficilissimo eliminare tutte le sorgenti di accensione.

Come la polvere lascia un recipiente, si genera una carica nell'operatore, nel recipiente nella linea e nella polvere, e vi sarà rischio per ognuno di essi.

Un esempio è lo scarico di un fusto di politene anche se l'operatore è vestito correttamente, si ha tuttavia un rischio esplosione. Mai fare una simile operazione all'interno del reattore

Dove è possibile operare in atmosfera inertizzata.

1.2.3 Maneggio dei liquidi

Quando si devono trasferire solventi infiammabili da un contenitore all'altro, è molto importante assicurarsi che gli stessi siano ben collegati fra loro e che tutte le parti metalliche siano messe a terra.

Questo vale per tutte le operazioni di travaso siano fatte con o senza l'ausilio di pompe. La messa a terra deve riguardare tutta la componentistica metallica dell'impianto di travaso. La linea di terra deve garantire la continuità elettrica.

In molti casi la sola messa a terra non sufficiente a controllare la carica elettrostatica e a prevenire l'innesco. Con solventi a bassa conduttività è necessario ridurre la velocità di pompaggio per evitare accumuli di carica nei liquidi interessati. Inoltre, quando si pompano due liquidi fra loro non miscibili oppure sulla linea vi sono filtri a grano fine, si rende necessario un maggiore rallentamento del pompaggio.

In qualche caso è necessario aggiungere degli additivi antistatici ma in misura minima, per non avere un effetto contrario.

1.2.4 Maneggio delle polveri

Come per i liquidi, nel maneggio delle polveri è necessario mettere a terra tutti i componenti metallici.

Come per le parti metalliche fisse, anche le attrezzature mobili quali tramogge, contenitori, ecc., devono essere messe a terra durante le operazioni di travaso.

Ad esempio se, da una tramoggia, si riempie un fusto con delle polveri, la nube che si forma all'interno è esplodibile, così prima di procedere al riempimento è bene collegare a terra il fusto. Se non è possibile per mancanza di possibile collegamento, le ruote di nylon del carrello si caricheranno. Pertanto sarà meglio che entrambi il pavimento e le ruote sia conduttori.

Pure nel caso di setacci, la misurazione delle cariche deve essere accurata, ma non sempre si potranno prevenire le cariche durante le lavorazioni di polveri ad alta resistività. In molte circostanze è bene usare le tecniche di neutralizzazione mediante gas.

Ci sono reali pericoli di scariche elettrostatiche quando la polvere viene caricata in fusti rivestiti di polietilene.

Molte volte si deve rinunciare di caricare recipienti isolati da rivestimenti plastici.

Per prevenire incendi ed esplosioni nelle industrie con processi chimici sono essenziali una buona progettazione ingegneristica, procedure ben programmate e buona manutenzione degli impianti.

Le scintille elettrostatiche sono giusto una delle differenti sorgenti d'accensione che si devono eliminare. A protezione dalle possibili esplosioni, occorre tenere sempre presente la possibilità d'avere misure alternative quali valvole di sicurezza (sfogo) od altre quali la inertizzazione con gas.

2a sezione

1. Introduzione

Questa sezione provvede a più dettagliate informazioni sui pericoli elettrostatici e sui metodi di controllo statici.

Il controllo delle sorgenti d'ignizione è una parte importante della sicurezza ma bisogna anche tenere presente che:

a) le scariche elettrostatiche sono una delle molte possibili sorgenti d'ignizione che possono presentarsi negli stabilimenti e nei processi chimici;

b) il processo per lavorare in sicurezza raramente porta all'esclusione totale eliminando una sola possibile sorgente d'ignizione;

c) un'altra possibilità di sicurezza dovrebbe essere presa in considerazione quale la rimozione dell'atmosfera infiammabile (cambiando il lay-out del processo, ventilando oppure inertizzando), con misure antincendio; con misure antiesplosione (valvole di sicurezza, soppressione d'esplosione, isolamento, contenimento); stabilendo procedure per operare in sicurezza; una buona manutenzione, ecc.

2. Valutazione dei pericoli elettrostatici

Perché capiti un pericolo elettrostatico debbono verificarsi i seguenti criteri:

a) deve esserci un atmosfera infiammabile;

b) deve esserci un processo che dia luogo alla produzione di una carica elettrostatica;

c) la carica elettrostatica deve accumularsi;

d) la carica elettrostatica accumulata deve avere grandezza tale da produrre una scintilla nell'atmosfera circostante;

e) la scarica elettrostatica deve essere tale da produrre una energia in grado da incendiare l'atmosfera infiammabile.

In questa sezione saranno prese in considerazione ognuno dei criteri sopra riportati.

3. Atmosfera Infiammabile

L'atmosfera infiammabile si forma quando materiali infiammabili su mescolano con l'aria o con l'ossigeno (ci sono anche materiali che si incendiano anche non in presenza di aria - perossidi ed esplosivi). I materiali infiammabili possono essere sottoforma di gas, vapori (gas in presenza della fase liquida), gocce in sospensione (vapori o spray) o polveri o pulviscoli sospesi.

I materiali infiammabili si incendiano solamente e bruciano in presenza di aria o di ossigeno in un certo rapporto stechiometrico ed in funzione del valore del punto di infiammabilità (UFL e LEL). Questo campo di infiammabilità si amplia con l'aumentare della temperatura, della pressione o della concentrazione dell'ossigeno. Per i gas infiammabili o per i vapori gli indici UFL e LEL sono normalmente espressi come percentuale in volume dei componenti della miscela infiammabile. Per i pulviscoli e le gocce in sospensione gli indici sono espressi come massa di materiale infiammabile per unità di volume. Per molti gas e vapori il campo di infiammabilità è tipicamente compreso tra 0,7% e 10% del volume, anche se notevoli eccezioni con campi maggiori sono dati dall'etano, etilene, metilene e dall'idrogeno.

L'indice LEL per le sospensioni di pulviscoli, polveri o nebbie. Il campo parte da 5g m-3 in su.

Nella pratica, per sopperire certe condizioni indeterminabili che portano alla deviazione dalle concentrazioni di progetto, un atmosfera è considerata come potenzialmente infiammabile quando la concentrazione dei materiali infiammabili supera il 25% del LEL

Quando sono presenti più materiali infiammabili l'atmosfera può essere infiammabile anche quando ciascun componente è al di sotto del suo LEL. Ciò può capitare, per esempio, con "miscele ibride" di pulviscoli e vapori infiammabili. La concentrazione del vapore dipende dalla temperatura del liquido con cui è a contatto. Dunque, per i liquidi, è consuetudine prendere in considerazione il più basso limite di infiammabilità al quale al quale la concentrazione del vapore saturo raggiunge il valore del LEL. Il valore della temperatura del LEL può essere correlata approssimativamente con il punto d'infiammabilità a alla pressione del vapore. Al di sotto del limite di temperatura LEL, il vapore saturo è troppo diluito (troppo magro) per essere infiammabile.

Poiché il Punto d'Infiammabilità è solamente una misura approssimativa del punto più basso di infiammabilità, generalmente si usa un margine di sicurezza tra 5° e 15°C. Occorre tenere presente che un atmosfera infiammabile dovuta a gocce potrebbe crearsi a temperature inferiori a quelle del Punto d'Infiammabilità del liquido.

Quando la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera è sufficientemente bassa, la combustione è impossibile e l'atmosfera si dice inertizzata. L'inertizzazione è una buona precauzione contro le cariche elettrostatiche. Per molti solventi e pulviscoli si può considerare che una atmosfera è inertizzata quando la concentrazione di ossigeno è al di sotto dell'8% in volume.

L'atmosfera, qualche volta, può essere resa non infiammabile con opportuna ventilazione o con diluizione che impoverisca la miscela.

4. Generazione di cariche elettrostatiche

Le cariche elettrostatiche si formano quando i solidi o i liquidi si muovono rispetto ai materiali con cui sono a contatto. Cariche elettrostatiche sono sempre presenti sulle interfacce dei materiali ma le cariche su ogni sede di una interfaccia sono uguali anche se di segno opposto cosicché, prese come un insieme, l'interfaccia risulta neutrale. Lo scorrimento dei materiali tra loro genera appunto la formazione di cariche. Questo effetto diventa notevole quando si tratta di materiali elettricamente isolanti (oppure quando si hanno grandi superfici a contatto con bassa conduttività).

Nel caso di movimento continuo (trasporto di polveri o liquidi nelle tubazioni) si forma una carica di flusso lungo il materiale che produce una corrente continua che spesso è chiamata "Corrente di Flusso". In certe condizioni tale corrente può raggiungere parecchie decine di microampere.

Le cariche tendono ad aumentare più grande è l'interfaccia; quando maggiore è la velocità di flusso del liquido o delle polveri; quando vi sono liquidi bifase; o per l'uso di sistemi filtranti.

Tipici casi del formarsi di cariche sono qui riportati:

Processi con i liquidi

- Flusso di liquidi bifase (miscele) attraverso tubazioni, valvole, filtri, ecc.

- Versamenti da contenitori, specialmente con liquidi a bassa conduttività.

- Flusso di miscele di liquidi e gas assieme.

- Mescolatura o miscelazione di liquidi in doppia fase (es. acqua ed idrocarburi), oppure miscele di solidi con liquidi.

- Precipitazioni di solidi o liquidi nelle sospensioni liquide.

- Atomizzazione di liquidi conduttivi (acque di lavaggio, pitturazioni spray).

Processi con i solidi

- Riduzione di sezioni (macinature micronizzazioni, limature, ecc.).

- Alcuni processi di essiccazione (essiccazione di letti fluidi; essiccazioni spray).

- Trasferimenti pneumatici.

- Setacciature.

- Riempimenti o svuotamenti di polveri in sacchi o fusti.

- Strofinature di superfici isolate.

- Camminamenti su pavimenti isolati.

- Rimozione di indumenti sintetici.

- Passaggio di contenitori su nastri trasportatori isolati.

- Disimballaggio di film plastici.

- Lavorare vicino ad un isolatore caricato elettrostaticamente.

- Quando si tolgono i rivestimenti plastici dai fusti.

Oltre a quello descritto sopra, è possibile un altro meccanismo conosciuto come "Carica da induzione" Questo è solamente importante quando un oggetto conduttivo (es. un operatore o un fusto) è mal messo a terra. Si presenta quando l'oggetto mal messo a terra si carica elettrostaticamente come risultato della sua vicinanza ad un altro oggetto caricato (es. l'operatore vicino ad un saccone di polipropilene che contenga polvere caricata). Quando l'oggetto mal messo a terra si muoverà, potrà esserci una scintilla verso terra.

5. Accumulo di Cariche

La formazione di cariche da sola non può dar luogo a delle scariche elettrostatiche; perché accada, sono richiesti un alto potenziale elettrico e campi elettrostatici e questi si verificano solamente se si sono accumulate delle cariche.

a) Conduttori Isolati

La capacità di un Conduttore Isolato di accumulare cariche dipende dalla resistenza di terra. Normalmente, potenziali pericolosi vengono prodotti solamente quando la resistenza di terra è circa una soglia di valore di 106 o 108 W in funzione della velocità di formazione della carica. Esempi di Conduttori Isolati sono:

• operatori che indossano scarpe isolanti;

• operatori che sono su pavimenti isolati;

• metalli non messi a terra, fusti in cartone o non metallici;

• tubazioni metalliche con tratte isolate;

• fili metallici di rinforzo a manichette plastiche;

• manipolare contenitori con guanti isolanti;

• getti d'acqua su oggetti metallici in movimento;

• maniglie delle valvole con sfere in plastica;

• setacci metallici con guaine in gomma;

• flangie metalliche in tubazioni di vetro o di plastica;

• bacinelle su supporti di gomma.

Le scintille prodotte dai Conduttori Isolati sono i più incendiari tipi di scariche. E' essenziale pertanto di evitare gli accumuli di cariche mettendo a terra o collegando a massa tutti i conduttori. Usare solamente strumenti a sicurezza intrinseca nel caso di necessità di misurazioni

b) Solidi Isolati

Gli oggetti solidi fatti di materiali ad alta resistività possono essere considerati capaci di accumulare cariche elettrostatiche se la resistenza di terra in alcuni punti supera un campo di 106 - 108 Ω. La soglia è superata normalmente nel caso di oggetti fatti di materiali isolanti (es. materiali che hanno una Resistività di Volume più grande di 108 Ω m o una Resistività Superficiale più grande di 1010 Ω per mq). Esempi di materiali isolanti:

• PTFE

• PVC

• Politene

• Poliestere

• Nylon

• Quarzo fuso

Materiali quali il legno, la carta o corde in canapa che sono fatti da fibre naturali non sono normalmente isolanti e perciò normalmente non accumulano cariche.

La resistenza superficiale dei solidi può essere misurata usando speciali celle ed attrezzature. La resistività superficiale dipende dall’umidità e nella misurazione si dovrà tenerne conto.

Le scariche elettrostatiche prodotte da materiali solidi isolanti possono essere incendiarie per molti dei vapori/gas infiammabili e possibilmente ad alcune nubi di polveri.

Un caso particolare di un solido isolante capita quando una membrana fine riveste un conduttore di terra (es. una protezione di polietilene dell’interno di un fusto). Poiché l’isolatore è soggetto a caricarsi (es. aggiungendo della polvere nel fusto) si forma un accumulatore capace di tenere una larga carica. Potrebbe risultarne una scarica ad alto potenziale.

Scariche elettrostatiche possono pure aversi dai solidi isolanti in atmosfere polverulente. L’incendiabilità di tali scariche è tuttora soggetta a studi e ricerche e la loro pericolosità è provata su gas e vapori anche con minime energie.

Esempi di polveri isolanti sono:

• molti prodotti intermedi dell'industria farmaceutica

• Pigmenti e Polveri di pittura

• Polimeri (PVC, PTFE, ecc.)

• Alcune materie alimentari

• Alcune masse chimiche

Quando non si hanno dati è buona norma avere la resistività dei vari prodotti e dei loro derivati tramite laboratori specializzati. La resistività delle polveri è soggetta all’umidità e pertanto le misurazioni dovranno tenerne conto.

c) Liquidi

La tendenza di un liquido ad accumulare cariche è indicata dalla Relazione Tempo, t , che è la misura del tempo richiesto per dissipare la carica. La Relazione Tempo è inversamente proporzionale alla Conduttività Elettrica, s . La carica è ritenuta più a lungo e perciò può essere accumulata più facilmente quando la Conduttività è più bassa. Per molti Liquidi a Bassa Conduttività si ha:

= y0 et / s dove t è in secondi

- s è la conduttività del liquido in pS m-1, e0 ~ 9 X 10-12 FM-1

- et è la costante dielettrica del liquido;

La carica è subito accumulato quando la Conduttività è dell'ordine di pochi pS m-1 o meno ( t ≥ 20 s), ma normalmente è dissipata troppo rapidamente per produrre potenziali pericoli quando la Conduttività è maggiore di 50 pS m-1 ( t ≤ 0,4 s).

Occasionalmente, quando la carica è particolarmente vigorosa (es. quando si agitano alcune sospensioni), i pericoli potenziali sono prodotti dalla Conduttività di 1000 pS m-1 o anche più ( t ≤ 0,02 s).

Esempi di liquidi a bassa conduttività (s < 50 pS m-1) sono:

• Toluolo

• Xilolo

• Esano

• Ettano

• Solfuro di carbonio

• Petrolio

La conduttività elettrica dei liquidi può essere misurata da laboratori specializzati con particolari amperometri e strumenti per la misurazione della capacità.

d) Gas

I gas puri non si caricano. Cariche significative, tuttavia, possono essere generate se i gas contengono particelle o gocce, specialmente se queste urtano conduttori isolati. Nebbie o nubi caricate possono così venire prodotte che sono in grado di caricare altri oggetti nel loro defluire e causare indiretti caricamenti per induzione.