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Sfogo delle esplosioni da polvere: dove andrà la pressione?

Se una polvere combustibile si innesca in un volume chiuso, la pressione sale in meno di un secondo. Il progetto deve tenere quella pressione sotto la resistenza dell'apparecchiatura.

Sili, cicloni, unità filtranti, mulini, linee di trasporto — ogni apparecchiatura che tratta polvere fine combustibile porta con sé un rischio di innesco. Quando l'innesco avviene, la pressione in un volume chiuso sale molto rapidamente.

Anche dove l'obiettivo è impedire del tutto un'esplosione, il progetto deve tenere conto di che cosa accade se ne avviene una.

Tre strategie

Sfogo. Un pannello debole si apre a una pressione definita e scarica la fiamma in una direzione sicura. È la via più comune ed economica. L'area di sfogo si dimensiona a partire dal volume, dalla violenza di esplosione della polvere e dalla resistenza dell'apparecchiatura.

Soppressione. Si rileva l'aumento di pressione e si inietta un agente estinguente. Si usa dove lo sfogo è impossibile — dentro gli edifici, con prodotti tossici.

Isolamento. Impedisce che l'esplosione si propaghi ad altre apparecchiature attraverso le linee collegate. È la protezione principale contro un'esplosione a catena fra sili.

Che cosa apporta l'analisi

La pressione di esplosione in sé si determina di solito con metodi di calcolo normalizzati. La CFD contribuisce concretamente altrove:

  • Il getto di sfogo e la palla di fuoco. Dove vanno la fiamma e l'onda di pressione uscenti dal pannello di sfogo, e fin dove? Da questo dipendono le distanze di sicurezza e la posizione del personale — un problema comprimibile e transitorio.
  • L'accumulo di polvere. Dove la polvere si deposita mostra dove sta il rischio. È un problema di trasporto di particelle, e le zone morte sono i punti critici.
  • Efficacia di captazione e ventilazione. Tenere la concentrazione di polvere in sospensione sotto il limite inferiore di esplodibilità è la misura primaria; è un problema di efficienza di cattura.

Un'avvertenza

La modellazione delle esplosioni è un'area delicata e i risultati non vanno usati come valori assoluti. La base sono le norme competenti e la caratterizzazione sperimentale della polvere (violenza di esplosione, energia minima di innesco); l'analisi le sostiene, non le sostituisce.

Riferimenti

  1. Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
  2. Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806

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