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NOTIZIARIO
SETTEMBRE
2010
Con i piedi per terra
La crisi economica che stiamo vivendo è riconducibile ad una semplice ragione: molte persone hanno perso
il “contatto con la terra” che ha costituito la base per la stabilità.
Abbiamo quindi deciso di dedicare questo numero all’importanza di un valido collegamento con la terra:
“la messa a terra”.
La necessità di una buona messa a terra atta a prevenire le scariche elettrostatiche è ben nota soprattutto nel settore
petrolchimico. Nei settori diversi dal petrolchimico, anche per una scarsa familiarità con l’energia elettrostatica,
assicurarsi che ciò avvenga correttamente costituisce spesso un problema e le soluzioni adottate a volte lasciano a
desiderare. Al riguardo, volendo fornire un compendio, dedichiamo questo numero a rinfrescare la conoscenza del
fenomeno dell’elettricità statica e alla prevenzione delle scariche.
Come ciliegina sulla torta, desideriamo inoltre presentare l’ultimo nato della famiglia StuvEx: un sistema di messa a
terra completamente rinnovato.
Buona lettura.
Peter Macken
Il vostro partner per la protezione dalle esplosioni e dagli incendi di processo
Elettrostatica
Carica
Scariche
L’effetto triboelettrico è la causa principale delle scariche elettrostatiche.
Un esempio tipico è riportato in fig. 1.
La fig. 2. riporta un sommario dei diversi tipi di scarica.
Una polvere non conduttiva o un liquido non conduttivo sono movimentati
attraverso un tubo conduttivo. Durante il movimento, si ha un contatto
intenso tra prodotto e tubo e, poiché gli elettroni sono attratti maggiormente
da determinati materiali rispetto ad altri, si verifica uno scambio di carica
nell’area di contatto, a seguito del quale, il prodotto in uscita dal tubo avrà
una carica negativa e il tubo una carica positiva (o viceversa). Le principali
condizioni per la creazione di una carica triboelettrica sono:
• stretto contatto iniziale tra due diversi materiali;
• rapida separazione dei due diversi materiali;
• almeno uno dei due materiali non è conduttivo.
Oltre al movimento di polveri o liquidi non conduttivi nei tubi metallici,
altri esempi tipici di comparsa della carica comprendono:
• spostamento di polveri o liquidi in tubi (di plastica) non conduttivi;
• intenso attrito tra gli oggetti;
• svuotamento rapido di sacchi o serbatoi;
• cinghie azionate su rulli.
La carica elettrostatica può essere anche provocata per influenza o induzione.
Quando si posiziona un elemento (conduttivo) in un campo elettrostatico
forte, quest’ultimo provoca uno spostamento degli elettroni nell’elemento
stesso, creando una carica.
Tubo
Corrente trasportata
dal liquido che fuoriesce
dal tubo
• La scarica da scintilla si verifica quando un conduttore carico si avvicina
a un altro conduttore. Per esempio, in fig. 1, si potrebbe verificare una scarica
da scintilla quando il contatto di messa a terra del tubo si interrompe. Le scariche
da scintilla possono essere molto potenti in presenza di conduttori di grande
capacità.
• Le scariche a fiocco sono ben note. Sono comunemente visibili nel crepitio che può
verificarsi su fogli di plastica o indumenti di nylon a seguito di una scarica (parziale)
da un materiale non conduttivo a un conduttore. Le scariche a fiocco possono inoltre
verificarsi sulla superficie carica di un liquido non conduttivo in un serbatoio quando,
per esempio, si avvicina un indicatore di livello o un dispositivo di campionamento alla
superficie. Il potenziale energetico è comunque limitato. Le scariche a fiocco possono
incendiare la maggior parte dei gas, ma non delle polveri.
• L’effetto corona è noto da molto tempo. Nel Medioevo, era trattato con timore
reverenziale, soprattutto da parte dei marinai, e noto come fuoco di Sant’Elmo,
santo patrono dei naviganti. Si verifica in prossimità di oggetti appuntiti ad alta
carica oppure oggetti collegati a terra che si estendono in un campo elettrostatico
forte. Il campo elettrico della punta provoca la ionizzazione dell’aria circostante.
Il potenziale energetico dell’effetto corona è molto limitato. Non è pericoloso per
la maggior parte dei gas.
• Le scariche dei fulmini sono estremamente potenti, ma solitamente irrilevanti
nei processi industriali.
• Le scariche a cono (o di Maurer) sono un tipo di scarica a fiocco che si verifica
lungo la superficie conica di prodotti non conduttivi immagazzinati in silo. Gli studi
hanno evidenziato che le scariche a cono possono provocare l’esplosione di polveri
in un silo, in presenza di condizioni idonee.
• Le scariche a fiocco propagante sono molto potenti e possono incendiare quasi
tutte le atmosfere esplosive. Si verificano generalmente nelle strutture stratificate,
come contenitori metallici con rivestimento interno non conduttivo o flessibili non
conduttivi con rinforzo (metallico) conduttivo. La messa a terra del metallo non
previene le scariche a fiocco propagante.
La tabella seguente fornisce un sommario delle diverse scariche e relativi pericoli:
Tipo di scarica
Corrente contraria in
direzione della terra
Fig. 1
Potenziale
energetico
mJ
scintilla
< 10.000
corona
< 0.1
fiocco
< 3-4 fiocco propagante < 3.000
cono (Maurer)
< 10-25
vapore/gas-aria
Pericolo
per miscele
polvere-aria
++
-
+
++
++
+
*
++
+
Pericolo per la maggior
parte delle miscele
* Dipende dal tipo di polvere
Corona
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Prevenzione
Sebbene una carica elettrostatica non possa provocare un’esplosione in qualsiasi
situazione, è spesso consigliabile adottare le misure utili a prevenirla. Come minimo,
le scariche sono nocive per gli operatori e possono comunque danneggiare sistemi
elettronici. Cariche e scariche elettrostatiche si possono prevenire in diversi modi:
• Mantenere un contenuto elevato di umidità. Questo creerà uno strato sottile
di acqua sulle superfici, rendendole conduttive a vari livelli (a seconda del
materiale) e prevenendo la carica.
• Ridurre le velocità. Separare i materiali rapidamente è una condizione
importante per la generazione delle cariche. I livelli di carica si possono quindi
limitare riducendo la velocità. Per contro, i processi che non presentano
problematiche correlate all’elettrostatica possono svilupparle aumentando
la velocità.
• Utilizzare soltanto materiali conduttivi. Quando tutti i materiali di un processo
(attrezzature, compresi flessibili e guarnizioni), nonché i prodotti usati (liquidi,
polveri) sono conduttivi, non si verificheranno cariche e quindi neanche scariche.
Nella pratica, però, è molto difficile realizzare una tale condizione.
• Collegare a terra tutti gli elementi conduttivi (vedere fig. 1). Ciò non previene
il meccanismo di carica, ma i livelli di carica elevati sugli elementi conduttivi
(per esempio sul tubo in fig. 1).
• Ionizzare l’aria, rendendola conduttiva. I sistemi di ionizzazione consentono
di rimuovere la carica da materiali non conduttivi, come fogli di plastica,
e prevenire le scariche.
Avvertenza importante: la sostituzione di elementi non conduttivi con
elementi conduttivi o semi-conduttivi consente di prevenire le scariche a fiocco.
Tuttavia, se tali elementi conduttivi non sono collegati a terra, possono verificarsi
scariche da scintilla molto più potenti. Decidere, per esempio, di iniziare a usare
sacchi antistatici, quest’anno, e prevedere di installare un sistema di messa a
terra per i sacchi stessi, il prossimo anno, è molto pericoloso e non offre alcuna
consolazione in caso di incidente, qualunque sia la ragione per cui il sistema di
messa a terra è stato rimandato.
Scarica da scintilla
Non conduttore a carica elevata
Scarica
a fiocco
Sebbene sia ora chiaro che la sola messa a terra non è sufficiente a prevenire
tutti i tipi di scariche elettrostatiche, collegare a terra tutti i conduttori consente
almeno di prevenire pericolose scariche da scintilla. Per questo è stata prassi
comune per molti anni nel settore petrolchimico, e ora in incremento anche
in altri settori, collegare tutti gli elementi conduttivi. Dal punto di vista tecnico,
molte situazioni non richiedono collegamenti a terra dedicati, come per esempio
qualora il montaggio degli elementi garantisca una resistenza tra di essi non
superiore a 1MOhm. Per evitare di svolgere un’analisi dettagliata di ogni
collegamento e facilitare le ispezioni visive e di altro tipo, gli ingegneri spesso
prevedono collegamenti a terra dedicati e chiaramente visibili, generalmente
blocchi (di rame) o cavi verdi/gialli.
È necessario prestare particolare attenzione agli oggetti mobili, come
autocisterne, contenitori IBC (contenitori trasportabili) e FIBC (sacconi).
È impossibile creare collegamenti a terra permanenti per questa categoria
di oggetti, sebbene siano necessari prima del riempimento o della
svuotamento. Per collegare tali oggetti si utilizzano generalmente le pinze
di messa a terra. Una semplice installazione di messa a terra è formata da
una pinza di messa a terra collegata direttamente a terra tramite un cavo. Vi
sono alcuni limiti per tali sistemi:
• L’analisi dei rischi dovrà tenere conto della possibilità che la messa a
terra sia dimenticata. Le conseguenze sono accettabili?
Elemento a carica elevata
Effetto
corona
• Se l’oggetto da collegare a terra ha una carica elevata, può verificarsi
una scarica da scintilla potente quando si collega la pinza di messa a terra.
La carica si sposterà verso la pinza di messa a terra e ciò è inaccettabile in
un’atmosfera potenzialmente esplosiva.
Conduttore
carico
Conduttore collegato a terra
Per un collegamento più affidabile, si utilizzano generalmente sistemi di messa
a terra, che prevedono una pinza di messa a terra collegata a una centralina.
Quest’ultima determinerà se la pinza di messa a terra sia collegata a un
conduttore. In tal caso, e solo allora, la centralina effettuerà un collegamento a
terra. Tali centraline generalmente forniscono contatti in uscita che consentono
unicamente di avviare i processi di riempimento o svuotamento dopo la ricezione
del segnale di conferma che la messa a terra è correttamente collegata.
Foglio
a carica
elevata
Scarica a fiocco propagante
Scarica a cono
prodotto sfuso
Messa a terra
Scarica
di fulmine
Fig. 2
>>
NUOVO in StuvEx:
>> Elettrostatica
Autocisterne
Dispositivo di controllo messa
a terra capacitivo “plug & play”
I sistemi di messa a terra si utilizzano frequentemente per collegare
le autocisterne. Un errore comune è la dimenticanza da parte dell’operatore
di sganciare le pinze di messa a terra prima della partenza dell’autocisterna.
In questi casi, per prevenire i danni alla centralina, è consigliabile utilizzare
una connessione a forza di disaccoppiamento definita e avere pinze di scorta
sempre a disposizione.
Il dispositivo di controllo messa a terra capacitivo è completamente rinnovato
e non richiede più la taratura. È sufficiente toglierlo dalla confezione,
collegarlo e... via!
L’unità è provvista di un ampio indicatore visivo facile da leggere (verde/rosso)
e di contatti in uscita per l’accoppiamento di interblocco.
Si possono utilizzare sistemi di messa a terra capacitivi per confermare
la corretta messa a terra della cisterna. Oltre a questa verifica, la centralina
rileva anche la capacità del conduttore collegato alla pinza, per determinare
se rientri nei valori compatibili per un’autocisterna. In caso contrario,
è probabile che la pinza sia stata impropriamente collegata a una parte
isolata dell’autocisterna oppure a un altro dispositivo (non una cisterna).
In inverno, l’acqua salata (dagli impianti di distribuzione del sale sulle strade)
può rendere conduttivi gli pneumatici e creare un malfunzionamento.
A questo punto il sistema misura la capacità a terra. Per evitare tali situazioni,
questi tipi di centraline dispongono solitamente di interruttore di intervento
manuale a chiave.
I dispositivi di controllo messa a terra di tipo capacitivo spesso funzionano con
difficoltà in condizioni climatiche estreme (neve, sale, ecc.), riducendo le prestazioni.
Il nuovo dispositivo di controllo è in grado di sovrapporsi alla sezione capacitiva
tramite chiave o contatto di interblocco. Comunque un funzionamento corretto
e preciso, deve essere sempre assicurato anche in condizioni climatiche estreme.
Disponibile in due versioni: IP65 (zona 22) ed EX (zona 1/2/21/22).
Zona 22
FIBC
Zona 1/2/21/22
La crescente consapevolezza dei pericoli derivanti dalle cariche elettrostatiche
sui contenitori FIBC ha portato a una domanda crescente di FIBC antistatici
(ufficialmente noti come FIBC tipo C), da collegare a terra durante riempimento
e svuotamento. Per tali applicazioni si utilizza spesso un sistema a pinza
doppia. Oltre a fornire la messa a terra, la centralina verifica anche se
il contenitore FIBC sia effettivamente di tipo C, confermando che la resistenza
tra le due pinze sia inferiore a un valore critico.
Durante numerosi processi, possono verificarsi cariche e scariche
elettrostatiche. A seconda del pericolo, può essere necessario utilizzare
materiali antistatici (o conduttivi) che, come regola generale, devono essere
collegati a terra. Si consigliano sistemi di messa a terra per gli impianti
mobili. Sistemi di messi a terra intelligenti possono prevenire gli errori
di collegamento. È importante ricordare che la messa a terra previene
unicamente le scariche da scintilla, mentre le altre scariche possono
comunque verificarsi. I consulenti ISMA possono aiutarvi a determinare
le misure supplementari eventualmente richieste.
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Regno Unito: Steve Bell
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Tutte le aziende facenti parte del gruppo IRMACO adottano un approccio di protezione dalle esplosioni e dagli incendi di
processo in base alla propria specializzazione. ISMA è l’esperto per la parte scientifica, le consulenze e la legislazione, StuvEx
per l’integrazione della protezione dei processi, la fornitura dei materiali necessari per tali progetti e la progettazione e la
consegna di componenti per la protezione degli incendi di processo. IExT è fornitore di materiali standard antiesplosione.
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