La rilevazione gas, perché e come farla
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- Posted by: Daniele
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La rilevazione dei gas trova applicazione in molteplici campi nell’ambito della sicurezza, dell’igiene industriale e della qualità dell’aria e rappresenta un’attività fondamentale nell’ambito della prevenzione dei rischi o nella protezione degli operatori coinvolti in attività a rischio.
Una possibile categorizzazione applicabile anche alle sostanze gassose può essere quella che considera la loro rischiosità per la salute umana, le sostanze si possono infatti dividere in:
Descrizione
Vecchia / Nuova simbologia
Tossiche: sostanze che, assunte da un organismo vivente, hanno effetti dannosi temporanei o permanenti, fino a essere letali, attraverso meccanismi chimici. Già il Regio Decreto 9 gennaio 1927 n. 147 (ancor oggi vigente) definiva quali fossero le sostanze da considerare tossiche e quale fosse l’iter autorizzativo per l'utilizzo, la custodia, la conservazione ed il trasporto di queste sostanze.
Nocive: sono così identificate tutte le sostanze che possono implicare rischi per la salute, di gravità variabile, e raramente la morte. La nuova categorizzazione definisce la tossicità dei composti per le ricadute su specifici organi e differenzia la tossicità acuta da quella cronica.
Esplosive: sostanze che possono, per reazione chimica, sviluppare gas a una temperatura, una pressione e una velocità tali da causare danni nell’area circostante.
Infiammabili: per gas infiammabili si intende un gas o una miscela di gas con un campo di infiammabilità con aria a 20 °C e a normale pressione atmosferica di 101,3 kPa.
La combustione generata da questi gas sussiste solo in presenza di tre elementi:
- combustibile (gas infiammabile)
- comburente (gas che partecipa alla reazione)
- innesco (sorgente di energia che fa partire la reazione).
Se questa classificazione vale a livello generale, lo stesso non vale per quanto riguarda la rilevazione di tutte queste tipologie di gas. Infatti esistono diverse tecnologie in grado di rilevare diverse tipologie di gas.
Le tecnologie di rilevazione che prendiamo qui in considerazione sono le seguenti: elettrochimico, NDIR, PID e catalitico.
Sensori Elettrochimici
Il principio di funzionamento con cui operano questi sensori si basa sulla proporzionalità diretta tra la concentrazione del gas che si vuole misurare e la corrente elettrica in uscita dal sensore. Il funzionamento di un sensore elettrochimico è determinato dalla variazione dei parametri elettrici e di due elettrodi immersi in una soluzione elettrolita. Questa variazione è causata dalle reazioni di ossidoriduzione del gas a contatto con la superficie degli elettrodi.
Sensori all’Infrarosso
La tecnologia ad infrarosso consente la rilevazione della presenza di determinate tipologie di gas grazie ad un sensore elettronico che misura i raggi infrarossi (IR) irradiati dagli stessi nel suo campo di vista ed in questo modo è possibile quantificare la sostanza presente nell’aria circostante.
In particolare, nella rilevazione di tipo NDIR (sensore infrarosso non-dispersivo) vi sono sensori ottici impiegati frequentemente nell’analisi dei gas. I componenti principali sono la sorgente di infrarossi, una camera del gas campione, un filtro per la lunghezza d’onda ed un rilevatore di infrarossi. La concentrazione viene rilevata in modo elettro-ottico tramite l’assorbimento del gas mentre il segnale d’uscita del rilevatore è direttamente proporzionale all’assorbimento della luce infrarossa allo specifico numero d’onda.
Sensori PID
Il principio di funzionamento della tecnologia PID (rilevatore per fotoionizzazione) si basa sull’effetto ionizzante dei fotoni, unità energetica della luce, in grado di separare gli ioni positivi della sostanza misurata da quelli negativi e consentirne una successiva amplificazione e misurazione di tipo elettrico. Questi strumenti utilizzano come sorgente una luce ultravioletta (UV) per poter rompere i legami chimici in ioni positivi e negativi (ionizzazione) che possono essere contati con il rilevatore.
Questi strumenti misurano i COV (Composti Organici Volatili) e altri gas tossici in basse concentrazioni nell’ordine dei ppb. Questa tipologia di strumento ha un ampio spettro di sensibilità ed è in grado di rilevare basse concentrazioni di LEL. Ogni specifica sostanza può essere ionizzata ad uno specifico livello di potenziale di ionizzazione (potenziale, espresso in eV, della lampada UV).
Sensori catalitici
I sensori di tipo catalitico sono normalmente costituiti da due elementi, uno rilevatore ed uno di riferimento (compensatore), entrambi costituiti da filamenti di platino, il primo dei quali è contenuto in un involucro di materiale catalitico in grado cioè di ossidare la sostanza da rilevare al contatto con esso; il secondo - inerte - rappresenta invece un riferimento. La differenza di resistenza fra l’elemento rilevatore e l’elemento di riferimento consente - al netto di variazioni di temperatura o pressione - la misura.
Questo tipo di sensori è applicato alla rilevazione dell’esplosività e sono utilizzati principalmente per rilevare, ed eventualmente localizzare, fughe di gas combustibile come metano, propano, idrogeno, etc.
Nell’ambito e della sicurezza e della protezione degli operatori, le concentrazioni di interesse sono rappresentate da:
- il TLV (ovvero “il valore limite di soglia”) e quindi piccole concentrazioni ambientali delle sostanze chimiche aerodisperse al di sotto delle quali si ritiene che la maggior parte dei lavoratori possa rimanere esposta ripetutamente giorno dopo giorno, per una vita lavorativa, senza alcun effetto negativo. Per entrare più nello specifico, vi è il TLV-TWA, un indice che esprime la concentrazione limite, calcolata come media ponderata nel tempo (8 ore/giorno; 40 ore settimanali), alla quale tutti i lavoratori possono essere esposti, giorno dopo giorno senza effetti avversi per la salute in tutta la vita lavorativa.
- LEL e UEL definiscono l’intervallo di concentrazione entro cui una sostanza esplosiva, in presenza di un innesco, da adito a combustione. Il limite di esplosione viene considerato in un range che va da un minimo (LEL - lower explosive limit) ad un massimo (UEL upper explosive limit) di percentuale di combustibile in aria (sostanza comburente). Nell’ambito della rilevazione il valore di interesse è rappresentato dal range 0 - 100 % del LEL.
L’importanza di questi dispositivi è notevole in quanto essi garantiscono una protezione per i lavoratori che sono esposti molto spesso a gas pericolosi, garantendo dunque la segnalazione di situazioni ad alto potenziale di rischio. Purtroppo numerose vicende di cronaca odierna testimoniano le imprudenze nei posti di lavoro o nei cantieri relative al mancato controllo ambientale o alla totale assenza di questi dispositivi di rilevazione individuale che sono dei veri e propri salvavita.