La dinamica delle esplosioni da polveri

Di solito le esplosioni in ambienti civili, come le abitazioni, o industriali, come le fabbriche, sono dovute a fughe di gas.

Vi sono però anche esplosioni dovute alla presenza di Polveri potenzialmente esplosive, come la farina, lo zucchero o anche polveri metalliche.

Mentre nel caso dei gas la situazione è abbastanza intuitiva, ovvero per far sì che un esplosione avvenga saranno necessari i tre elementi  rappresentati nell’articolo del triangolo, nel caso delle polveri l’esplosione necessita di requisiti differenti.

Per quanto riguarda le polveri, la loro presenza è di solito all’interno del sistema di contenimento, come per esempio gli impianti di aspirazione.

In altri termini, quando vi è generazione di polvere in un ambiente di lavoro, vi sono spesso dei sistemi di aspirazione che rendono l’ambiente idoneo alla presenza di persone. Un sistema di aspirazione è composto da:

• Un aspiratore
• Un Filtro
• Dei canali che arrivano fino a dove la polvere viene generata o deve essere aspirata (cappe di aspirazione per esempio).

All’interno di tale sistema di aspirazione, succede spesso che la concentrazione della polvere è al di sopra del MEC (o minimum explosible concentration), rendendo l’atmosfera potenzialmente esplosiva.

In caso di innesco, si avrebbe quindi un’esplosione. Questa viene chiamata esplosione primaria. L’esplosione primaria avviene quindi normalmente all’interno di un sistema di aspirazione o, in generale, di un macchinario, come una coclea o un elevatore a tazze e potrebbe rimane interna al sistema di contenimento.

Nel caso in cui tale esplosione esca a causa di un cedimento del sistema di contenimento, si formerà un’onda di pressione che può disperdere polveri potenzialmente infiammabili presenti in ambiente e depositate su delle superfici. Questo causa una serie ripetuta di esplosioni secondarie, alimentata dalle fiamme della primaria o da altre eventuali sorgenti di innesco presenti in ambiente.

Questo fenomeno appena descritto è stato la causa di numerosi incidenti avvenuti nel corso degli ultimi decenni, soprattutto in stabilimenti alimentari, i quali hanno a che fare con polveri dell’ordine di grandezza dei micron che sono estremamente pericolose. Basti ricordare il caso dello stabilimento della raffineria di zucchero di Port Wentworth in Georgia.

L’incidente fu causato dall’esplosione delle polveri di zucchero accumulatesi tra gli spazi cavi del sistema di distribuzione, generando un esplosione propagatasi nel giro di pochi secondi in tutto l’impianto a causa della potenza esplosiva delle polveri presenti.

Quando si parla di esplosioni è bene non fare confusione, e soprattutto porre delle differenze in base al loro comportamento. Per questo motivo vi è la differenziazione tra detonazione e deflagrazione.

La deflagrazione: è una tipologia di esplosione caratterizzata da una rapida combustione che si propaga a velocità susbonica; questa è spesso associata alle combustioni di miscele di gas o polveri, nel dettaglio questo fenomeno si verifica quando una reazione chimica, che nel caso precedentemente considerato era la combustione, si propaga attraverso il trasferimento di calore e la reazione chimica che avviene nel fronte di fiamma, il quale espandendosi spinge i materiali circostanti, creando un’onda di pressione che si propaga attraverso il mezzo ad una velocità inferiore a quella del suono.

La detonazione: è una tipologia di esplosione, o meglio è un tipo di reazione chimica esplosiva di combustione. Questa avviene mediante propagazione del fronte di fiamma ad una velocità supersonica, ovvero al di sopra della velocità del suono, con un eventuale formazione di un onda d’urto con differenze sul fronte chimico-fisico che la  differenziano dalla deflagrazione. a seconda della velocità a valle del fronte fiamma si hanno tre tipi di detonazioni differenti:

• detonazione forte (vel. subsonica a valle)
• detonazione debole (vel. supersonica a valle)
• detonazione di Chamapn-Jouguet (vel. sonica a valle)

Perché si crei un ambiente potenzialmente esplosivo, a differenza dei gas, non basteranno i tre elementi fondamentali per un esplosione, ovvero:

• combustibile
• comburente
• innesco

ma è importante che la polvere sia diffusa nell’ aria per formare una nube; Servono quindi 4 elementi che, dal punto di vista grafico, vengono messi ai vertici di un quadrato i quali sono:

• combustibile (polvere)
• comburente (l’ossigeno presente nell’aria)
• dispersione
• innesco

Questo insieme di elementi comporta la creazione delle condizioni ideali per la manifestazione del fenomeno del flash fire.

Flash fire: fenomeno che consiste in un incendio rapido e diffuso di una nube di polveri infiammabili.

[NFPA 2112: 2023] 3.3.16 Flash Fire. A type of short-duration fire that spreads by means of a flame front rapidly through a diffuse fuel, such as dust, gas, or the vapors of an ignitible liquid, without the production of damaging pressure.

Si ha un flash fire quando una quantità significativa di polvere viene fatta esplodere all’aperto.