La Fisica Quotidiana: “La paura in un pugno di polvere”

TI MOSTRERO’ LA PAURA IN UN PUGNO DI POLVERE

 (Thomas Eliot – “La terra desolata”)

Sapevate che la farina è altamente esplosiva? Sì, la polvere che usiamo in cucina, quando viene lavorata a livello industriale (per le lavorazioni casalinghe possiamo stare abbastanza tranquilli!) può innescare incendi ed esplosioni.


Gli incendi e le esplosioni nella lavorazione delle polveri, infatti, sono eventi che non riguardano solo chi utilizza i prodotti chimici, ma anche le aziende che producono alimenti, in particolare quelle che lavorano polveri di farine di cereali e zucchero (Fg.1), o quelle dove si lavorano polveri di metalli (Fig.2), specialmente Alluminio, Ottone o Rame.

Ma anche la polvere comune (Fig.3) che si accumula in qualunque recesso buio e poco frequentato – sotto le scale o dentro sgabuzzini poco utilizzati – rappresenta un potenziale rischio di incendio. Un piccolo incendio all’interno di un vecchio magazzino può trasformarsi in un inferno se nel tentativo di spegnerlo vengono sollevate grandi quantità di polvere che prendono fuoco e propagano rapidamente l’incendio. La casistica in materia di incendi e esplosioni da polveri è vasta.

Ricordiamo soltanto l’esplosione di farina al Molino Cordero di Fossano (CN) del 16 luglio 2007 che provocò 5 morti (Fig. 4) e, nel  febbraio 2008, l’esplosione di zucchero in una raffineria di zucchero in Georgia (USA) che provocò 14 morti e 38 feriti (Fig. 5).

Farine e polveri possono prendere fuoco e innescare un’esplosione per diversi motivi. Uno di questi è l’accumulo di cariche elettrostatiche. L’energia statica si forma quando i materiali neutri si polarizzano (cioè acquistano una carica positiva o negativa), a causa dell’attrito e della lavorazione ad alte velocità. Un fenomeno comune a molti settori, compreso quello alimentare e frequente tra le aziende che producono farine ed altri alimenti in polvere, come latte, zucchero e cereali. Le cariche a loro volta possono generare scintille e quindi innescare incendi e esplosioni.

Dunque, le polveri che circolano nell’atmosfera dell’impianto industriale rappresentano un grave rischio. Durante la lavorazione con macchine automatiche, infatti, una grande quantità di particelle di piccole dimensioni rimane sospesa nell’aria, mentre le particelle più grandi si depositano sul prodotto o sulla macchina e, a contatto con le cariche elettrostatiche, possono scatenare scintille, fumi, incendi ed esplosioni.

Normalmente non pensiamo alla polvere come a un materiale infiammabile. Cosa la trasforma in un materiale infiammabile e potenzialmente mortale? La risposta ci viene dalla Geometria!

Prendiamo un quadrato di stoffa o carta e tagliamolo in 16 quadrati più piccoli (Fig. 6).

Se il quadrato originale era di 4×4 cm, ognuno dei 16 quadrati sarà da 1×1 cm. La superfice totale nei due casi è la stessa, 16 cm², non si è perso nulla. Tuttavia la lunghezza dei lati esposti all’avvio della combustione è cambiata: nel quadrato originale il perimetro è 4×4 =16 cm, mentre nei singoli quadratini abbiamo un perimetro totale di 1x4x16= 64 cm, quindi la lunghezza di materiale esposto alla combustione aumenta di 4 volte. Possiamo ripetere l’operazione con un cubo diviso in tanti cubetti, il risultato sarà sempre che la lunghezza dei lati esposti alla combustione aumenta, in questo caso di 6 volte. Questo semplice esempio dimostra che se si taglia un oggetto in piccoli pezzi, la superfice esterna dei singoli frammenti aumenta tanto più quanto più piccoli sono i pezzettini, e più precisamente secondo i numeri 4, 6, 8, 10… e cioè in modo esponenziale. Il fuoco si espande sulle superfici perché in questo modo cattura il massimo di ossigeno dall’aria, che è necessario per la combustione. Ecco perché si usano piccoli pezzi di carta o legno per accendere il fuoco al campeggio! Se si trasforma il blocco di materiale in polvere, la superficie a contatto con l’aria (ossigeno) aumenta enormemente, e la combustione può avvenire in qualsiasi punto e propagarsi velocemente. Il risultato può essere una esplosione se l’ambiente è chiuso o una fiammata o un incendio disastroso se la densità delle particelle di pulviscolo è elevata. In generale gli oggetti piccoli rappresentano un rischio d’incendio maggiore rispetto ad un solo grande oggetto.

L’abbattimento insensato di grandi alberi della foresta, che lascia ettari di piccoli detriti, schegge e segatura, né è un tipico esempio. Si pensi ai grandi incendi provocati dai disboscamenti selvaggi nella foresta amazzonica (Fig. 7).

Riassumendo e generalizzando, le condizioni necessarie e sufficienti perché si sviluppi un incendio sono rappresentate dal triangolo del fuoco (Fig. 8). Esse devono essere presenti contemporaneamente e sono:

Un Combustibile

Un Comburente (generalmente Ossigeno)

Il Calore (di un innesco o della fiamma che si è sviluppata da esso)

Se viene a mancare uno di questi elementi l’incendio si spegne. Nel caso in cui il tutto sia confinato (Fig. 9) si può avere una esplosione, se la pressione dei gas di combustione è superiore alla resistenza della parete di confinamento, in caso contrario l’incendio si spegne una volta esaurito l’ossigeno. Ecco perché se da un locale chiuso esce del fumo e si ha il sospetto che stia bruciando qualcosa, l’ultima cosa da fare è aprirne la porta perché così facendo si “ossigena” l’ambiente provocando il divampare dell’incendio. Meglio chiamare i vigili del fuoco!

Per completezza, osserviamo che negli esplosivi propriamente detti (Fig. 10), quali polvere nera, plastico, tritolo ecc., il combustibile e il comburente sono sostanze chimiche miscelate insieme che a seguito di un innesco (calore) reagiscono  con grandissima rapidità e la cui decomposizione avviene con autopropagazione e sviluppa una grande quantità di calore e gas, generando un’onda di pressione attraverso la quale si propaga l’esplosione. Si tratta quindi di sostanze ad alto contenuto energetico e molto reattive (instabili) che si decompongono attraverso l’esplosione per raggiungere un livello energetico più basso, portando quindi alla formazione di sostanze più stabili.


Bibliografia: “100 cose essenziali che non sapevate di non sapere” – John Barrow – Saggi Mondadori

Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.

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