Il fatto che un incendio si sviluppi da solo, senza una fonte di accensione o un apporto energetico esterno, è un'eccezione e quindi inizialmente sembra poco plausibile. L'autocombustione, ovvero l'incendio che si innesca in assenza di una fonte esterna di accensione, è un fenomeno che può causare danni significativi e inaspettati.
Si verificano anche casi di danni causati da un'autocombustione inaspettata, soprattutto in aziende e imprese. Ne sono una prova le asciugatrici in fiamme nei ristoranti e nelle mense o le stiratrici incandescenti nelle lavanderie e negli alberghi. Anche i pagliai o i depositi di cippato sono considerati a rischio. Il rischio di autocombustione può essere presente anche negli impianti tecnici. Ad esempio, l'incendio in un frantoio industriale è stato attribuito alla combustione spontanea di panelli di semi oleosi.
Il Meccanismo dell'Autocombustione: Ruolo Chiave dell'Ossidazione
Biologi e chimici possono già ipotizzare le cause tipiche della combustione spontanea dagli esempi sopra riportati. Infatti, di solito sono i processi ossidativi - indotti chimicamente o biologicamente - che portano al riscaldamento. Se il calore non può essere dissipato nel punto di origine, la temperatura continua a salire. Questo accumulo di calore può, in determinate condizioni, raggiungere la temperatura di auto-ignizione del materiale, innescando un incendio senza una fonte esterna di accensione.
Reazione di ossidazione degli alcani - Come funziona?
Materiali Particolarmente Suscettibili all'Autocombustione
Diversi materiali sono noti per la loro propensione all'autocombustione a causa di processi ossidativi o biologici:
- L’autocombustione del fieno è un fenomeno ben noto in agricoltura e rappresenta una delle principali cause di incendi nei fienili. Se viene raccolto o stoccato umido, i batteri termofili possono consumare zuccheri e rilasciare calore. Se la temperatura supera gli 80-100 °C in presenza di materiale secco, si può innescare l’autocombustione.
- Al contrario, l'autocombustione non è un rischio significativo negli stoccaggi di cereali. Questo perché la temperatura massima raggiungibile nei cereali durante lo stoccaggio è ben al di sotto di quella necessaria per l'auto-ignizione.
- Tessuti impregnati di olio o grasso come panni per la pulizia, panni per pulire, spugne, spazzole, tamponi per lucidare ecc. sono particolarmente sensibili. Gli oli vegetali con acidi grassi insaturi, molto diffusi ad esempio per l'oliatura delle sedie da giardino o dei pavimenti in legno, sono particolarmente a rischio perché ampiamente utilizzati nelle case private e in molte aziende. I materiali tessili impregnati di olio prodotti durante il processo, ma anche durante la pulizia di elettrodomestici da cucina, padelle, friggitrici, ecc. tendono ad autoriscaldarsi. Nel caso dell'olio di lino, la reazione può iniziare a temperatura ambiente. Per altri oli, come l'olio di colza, è necessaria una certa energia di attivazione, ad esempio mediante riscaldamento in un'asciugatrice. Il rischio è maggiore con gli oli vegetali insaturi con un basso punto di infiammabilità.
La buona notizia è che un incendio causato dalla combustione spontanea di materiali tessili può essere evitato con uno sforzo relativamente ridotto. I tessuti appena asciugati, con il rischio di sporcizia residua grassa, non devono essere piegati insieme in pacchi stretti quando sono ancora caldi o bollenti, ma devono essere lasciati raffreddare prima. Si prega di non lasciare stropicciati panni imbevuti di oli vegetali.
Leggi anche: Vantaggi del Truciolo di Legno Depolverato
Ossidazione ad Alta Temperatura nelle Ghise
Sebbene il fenomeno specifico dell'autocombustione di trucioli di ghisa non sia direttamente dettagliato nel materiale di riferimento, è importante considerare la suscettibilità della ghisa all'ossidazione, un processo fondamentale nell'autocombustione, specialmente in determinate condizioni. Le ghise sferoidali legate con silicio e molibdeno sono usate per fabbricare i collettori dei gas di scarico dei motori a combustione interna impiegati su automobili prodotte in grande serie.
In questi componenti, la massima temperatura puntuale, quando il motore lavora a pieno carico, può essere superiore a 750 °C, ed i principali meccanismi di danneggiamento in servizio sono l’ossidazione ad alta temperatura e la fatica termomeccanica. In questo lavoro si esamina il comportamento meccanico di una ghisa Si-Mo in funzione della temperatura, sia mediante prove di durata a fatica a termine di 10 milioni di cicli, sia anche mediante prove di trazione e di compressione, seguite da osservazioni frattografiche. Questo studio evidenzia come l'ossidazione sia un fattore critico per l'integrità strutturale della ghisa in ambienti ad alta temperatura.
Considerando che i processi ossidativi sono alla base dell'autocombustione e che la ghisa è soggetta a ossidazione, la presenza di ghisa in forme minute, come i trucioli, che offrono una superficie maggiore all'ossidazione, potrebbe potenzialmente creare condizioni favorevoli all'accumulo di calore se le condizioni ambientali non permettono una dissipazione efficace. Tuttavia, l'autocombustione spontanea a temperatura ambiente per la ghisa è un rischio diverso rispetto all'ossidazione a temperature elevate in componenti in servizio.
Rischi di Esplosione da Polveri Combustibili: Un Esempio Dalle Falegnamerie
Per comprendere meglio i rischi associati a materiali particolati, prendiamo ad esempio le falegnamerie, dove si generano trucioli e polveri. Le falegnamerie sono impianti di lavorazione del legno, solitamente rappresentati da capannoni industriali, nei quali una serie di macchinari lavorano il legno, attraverso operazioni quali il taglio, la foratura, la piallatura, la fresatura e la tornitura. Tali operazioni, per le caratteristiche proprie del materiale in lavorazione, producono sia trucioli, sia polveri leggere che vengono normalmente trasportate dall’aria e possono formare nubi e, in caso di deposito al suolo, strati di polveri. Pertanto, questa produzione di trucioli, segatura e polvere di legno, durante le normali operazioni di lavoro, obbliga la valutazione della possibile presenza di atmosfera esplosiva.
Pericolo di Esplosione da Polveri Combustibili
La presenza di polvere combustibile comporta pericoli di incendio e di esplosione. Come in tutti gli ambienti nei quali vi sia la presenza di polveri combustibili, il pericolo è rappresentato da nubi di polvere e strati di polvere.
Leggi anche: Trucioli di cioccolato fatti in casa
- Pericoli da nubi di polvere: Le polveri combustibili che vengono disperse nell’aria in conseguenza alle operazioni di lavorazione, formano nubi di miscele di combustibile (polvere di legno) e comburente (ossigeno). Queste nubi, se vengono innescate, sono in grado di provocare un’esplosione. La pericolosità è rappresentata dalla dimensione delle particelle di polvere che, in linea generale, sono pericolose se presentano un diametro inferiore 500 μm. Inoltre, si considera una nube potenzialmente esplosiva quando la concentrazione di polvere (g/m3) è all’interno del campo di esplodibilità, ossia si trova tra LEL (lower explosive limit) e UEL (upper explosive limit), che sono espressi in grammi di polvere in volume di aria (g/m3).
- Pericoli da strati di polvere: Se non vengono opportunamente aspirate, le polveri si depositano al suolo, formando strati che possono essere di spessore variabile a seconda della frequenza della pulizia del luogo di lavoro. Gli strati sono pericolosi perché possono essere sollevati, per l’azione di correnti d’aria, e formare nuovamente delle nubi. In ogni caso, gli strati che non sono sollevati a formare nubi potenzialmente esplosive, generano comunque pericolo di incendio.
Inoltre, molto spesso, nelle falegnamerie vengono svolte lavorazioni di finitura dei prodotti che prevedono la verniciatura attraverso vernici infiammabili. In questo caso si presenta anche il pericolo di formazione di atmosfera esplosiva per la presenza di vapori infiammabili.
Normativa di Riferimento e Classificazione delle Aree
Per la classificazione delle zone pericolose in una falegnameria si utilizza la Norma CEI EN 60079-10-2:2016 (CEI 31-88) e la relativa Guida CEI 31-56:2007-10, che permettono di svolgere la classificazione considerando tutti i pericoli dovuti alla presenza di polveri sia in nubi che in strati. Le lavorazioni eseguite con le macchine utensili producono particelle di polvere che formano delle nubi. Se le particelle presentano dimensioni medie inferiori a 500 μm, le macchine che generano la polvere si devono considerare sorgenti di emissione (SE).
Per procedere alla classificazione, è necessario verificare le concentrazioni di polvere nei pressi delle SE individuate. Se la concentrazione di polveri rilevate è inferiore al LEL del legno (appendice GA Guida CEI 31-56), il pericolo di esplosione è trascurabile. Se la concentrazione di polvere nell’aria non supera 10 g/m3, non si raggiunge il LEL che, a seconda del tipo di legno o di composizione del materiale in lavorazione, può variare da 15 a 200 g/m3. Per questa verifica si utilizza la differenza di peso del materiale lavorato e di segatura rapportato al volume di aria dove avviene la lavorazione. Una macchina che produce polvere in concentrazione superiore al LEL è da considerarsi Sorgente di Emissione di primo grado.
Per questioni normative, relative alla salute dei lavoratori, tutte le macchine di lavorazione devono essere dotate di sistemi di aspirazione dell’aria e questo, favorendo l’asportazione dall’ambiente delle polveri più volatili, diminuisce il pericolo di esplosione nell’ambiente. A questo punto è necessario valutare il grado di ventilazione e, quindi, di bonifica, praticato dagli aspiratori obbligatoriamente presenti sulla macchina.
A seconda dell'efficienza del sistema di aspirazione, le aree possono essere classificate in diverse zone:
Leggi anche: Applicazioni del Bronzo
- Se il sistema di aspirazione della polvere garantisce un Grado di efficienza dell’asportazione “Alto” significa che riduce la concentrazione di polvere in modo istantaneo al di sotto del LEL, sia nei dintorni della lavorazione, sia nel condotto di aspirazione, ed è dotato di sistemi di sicurezza che fermano la macchina nel caso in cui l’aspirazione dovesse interrompersi. In questo caso, la zona è considerata non pericolosa.
- Se il sistema di aspirazione della polvere presenta un Grado di efficienza dell’asportazione “Medio”, ovvero non riduce la concentrazione di polvere in modo istantaneo al di sotto del LEL, ma cattura tutta la polvere prodotta dalla lavorazione e la disponibilità dell’aspirazione è Buona, si avrà una Zona 21 nell’area che va dall’utensile in lavorazione fino alla cappa di aspirazione (cono di aspirazione).
- Se il grado di efficacia dell’aspirazione è “Medio” e all’interrompersi dell’aspirazione non vi sono sistemi di sicurezza che bloccano la macchina, si ottengono due tipi di zone: Zona 21 dall’utensile in lavorazione fino alla cappa di aspirazione; Zona 22 di contorno per una distanza intorno alla SE proiettata in verticale fino al suolo.
Se vi sono barriere come pareti o altre strutture che impediscano il propagarsi della polvere, queste sono considerate generalmente come limite dell’estensione della zona. Considerando che il sistema di aspirazione lavora in depressione e che le perdite sono molto improbabili, altre possibili SE presenti possono essere strati di polvere nei pressi di una macchina che potrebbero essere sollevati. Filtri di scarico del sistema di aspirazione possono originare Zona 21 e Zona 22 di contorno a seconda delle condizioni ambientali in cui sono posizionati. Perdite di polvere durante le operazioni di riempimento/svuotamento/trasporto di sacchi di contenimento della segatura possono originare Zona 21 e Zona 22 a seconda delle condizioni ambientali.
La probabilità di formazione di zone pericolose dipende dalle caratteristiche del sistema di aspirazione delle polveri e dal grado di emissione delle Sorgenti di Emissione SE. Infatti, in assenza di un impianto di aspirazione ci sono forti probabilità di formazione di atmosfere esplosive.
| Grado di Efficienza Aspirazione | Grado di Emissione SE | Zona Pericolosa |
|---|---|---|
| Alto | Qualsiasi | Non pericolosa |
| Medio (con sicurezza) | Qualsiasi | Zona 21 (cono di aspirazione) |
| Medio (senza sicurezza) | Qualsiasi | Zona 21 (cono di aspirazione), Zona 22 (contorno) |
| Basso/Assente | Qualsiasi | Alte probabilità di Zona 20/21/22 |
Questa tabella esplicativa non può però considerarsi esaustiva, rimandando direttamente alla Norma e alla Guida, per una corretta classificazione.
Temperatura Massima Superficiale e Apparecchiature Conformi
È necessario, infine, calcolare la Temperatura massima superficiale (Tmax) che non può essere superata per non innescare la nube o lo strato di polvere. La Tmax è necessaria per la scelta delle apparecchiature elettriche e si determina in funzione delle Temperature di accensione della nube e dello strato, secondo quanto indicato nella Guida CEI 31-56 (art. 5.14, 5.14.1, 5.14.2).
I componenti dell’impianto elettrico, se installati nelle zone classificate con pericolo di esplosione, devono essere conformi alla direttiva ATEX e pertanto devono essere marcati CE. A seconda delle Zone, possono essere utilizzate apparecchiature di diverse categorie:
- Zona 20: ammessi prodotti di Gruppo II Categoria 1D
- Zona 21: ammessi prodotti di Gruppo II Categoria 1D e 2D
- Zona 22: ammessi prodotti di Gruppo II Categoria 1D, 2D e 3D
La scelta dei componenti dell’impianto deve tenere conto anche della Temperatura massima superficiale dichiarata sulla marcatura dell’apparecchio, che deve essere inferiore (o uguale) alla Tmax. L’impianto elettrico all’interno delle zone pericolose deve essere installato secondo le regole della Norma CEI EN 60079-14.