Velocità di migrazione (limite) di gas leggeri verso l'alto (Metano, Idrogeno, Ammoniaca, Elio, Acetilene)

Velocità di migrazione gas leggeri verso l’alto (Metano, Idrogeno, Ammoniaca, Acetilene, Elio)

Si aveva la necessità di stimare la velocità di migrazione verso l’alto di gas leggeri, in particolare idrogeno e metano per problematiche Atex. Non avendo trovato nulla in letteratura si è provveduto a mettere a punto un modello, che vi proponiamo per eventuali miglioramenti. 

Come è noto un gas con densità inferiore a quella dell’aria tende a migrare verso l’alto grazie alla forza di Archimede che è legata al volume del fluido spostato, in questo caso aria. L’equazione del moto, tenendo conto delle forze di attrito fluidodinamiche (volume sferico a pressione ambiente) è la seguente:

Fpeso gas + F fluidodinamica = F Archimede

Esplicitando otteniamo

g · ρgas  ·V + k · v2 = ρaria  · g · V

Dove

g = Accelerazione di gravità = 9,81 m/s2

V = volume gas in m3

K = coefficiente di resistenza idraulica = ½ · ρaria · A · Cd

Dove

Cd = 0,47 coefficiente di attrito sfera

A = superfice in m2 della sezione ortogonale alla direzione del moto

Risolvendo l’equazione e rimaneggiando un po’ i dati si ottiene che la velocità limite segue la seguente formula di Gavelli:

 

Di seguito si riportano le velocità di migrazione verso l’alto così calcolate per alcune tipologie di gas leggeri con volume pari a 1 m3.

 

Gas

Densità (Kg/m3)

Velocità limite m/s

Velocità limite km/h

Idrogeno

0,089

8,1

29,5

Metano

0,65

5,9

21,3

Acetilene

1,1

3,2

11,6

Ammoniaca

0,77

5,3

19,2

Elio

0,17

7,8

28,2

 Al variare del volume V la velocità varia come V 1/3 ovvero volumi diversi hanno velocità limite diverse a causa dell’attrito dinamico che dipende dalla superficie A nella direzione del moto. Interessante notare che l’Idrogeno e l’Elio hanno quasi la stessa velocità limite, il motivo è dovuto al fatto che l’Idrogeno è biatomico mentre l’Elio è monoatomico e hanno numeri di massa uno doppio dell’altro. Prossimo passo è quello di svincolare la formula dal Volume, si accettano suggerimenti.

Viene da chiedersi a questo punto quanto vale l'angolo della direzione del gas rispetto all'asse verticale in funzione del tempo assumendo come velocità dell'aria una velocità pari a 0,5 m/s, quello che si ottiene è che per esempio il Metano sale in alto con un angolo piccolissimo rispetto all'asse verticale  pari a circa 4° . Il gas che ha un angolo più elevato è ovviamente l'Acetilene con un angolo pari a circa 9° rispetto all'asse verticale.

 

Un'ultima curiosità è che il metano cittadino viene odorizzato per motivi di sicurezza con Ter-butil mercaptano , gas che ha densità più pesante dell'aria (1,4). Ne consegue che il metano che fuoriesce da una tubazione man mano che migra verso l'alto perde l'odore. Risulta infatti che in certi casi di perdite di gas metano cittadino, l'odore di gas si senta nelle parti basse (migrato in basso) ma non vuol dire, se la perdita è in alto, che ci sia necessariamente metano dove si sente odore di metano.

Accensione di atmosfere esplosive causate da sorgenti a radiofrequenza

Accensione di atmosfere esplosive causate dalla presenza di sorgenti a radiofrequenza

 

Un’onda elettromagnetica trasporta energia, energia che in determinate condizioni può creare scintille potenzialmente pericolose se incidente su parti metalliche come per esempio tubazioni o strutture di contenimento. In pratica una struttura metallica può comportarsi da antenna o creare un Loop in grado di “sintonizzarsi” sulla lunghezza d’onda del campo con produzione di tensioni elevate.

Questo può avvenire in presenza delle seguenti condizioni:

  • Radiazione elettromagnetica di sufficiente intensità e estensione.
  • Presenza di una struttura che possa comportarsi da antenna ricevente.
  • Esistenza di un meccanismo per il quale l’energia o potenza ricevuta possa trasformarsi in una scintilla.

Il parametro che incide maggiormente sulla cessione di energia è la lunghezza d’onda λ del campo il quale più si avvicina al perimetro P della struttura metallica più è in grado di far “sintonizzare” la struttura con il campo.

La lunghezza d’onda λ si calcola con la seguente formula:

λ = 3 x 108 / f

dove

f (frequenza) in Hz e λ in metri.

Questo vale fino a frequenze dell’ordine delle decine di MHz; per frequenze superiori la dimensione del perimetro non ha più influenza sulla capacità di sintonia della struttura.

Per esempio, per una frequenza pari a 20 MHz ovvero un λ pari a 15 metri con una struttura di lunghezza pari a circa 6 metri si ottiene che la potenza disponibile sulla struttura dipende dal campo elettrico E e dalla frequenza f come indicato dalla seguente formula:

Pmax = 28,4 x E2/f2   con f in MHz

Fissando con Pmax = 2 W la potenza massima ammissibile per non avere scariche elettriche (CLC/TR 50427) si ottiene che il campo elettrico massimo ammissibile risulta pari a circa 5,3 V/m. In breve, un’onda elettromagnetica a 20 MHz che incide su una struttura metallica di perimetro pari a sei metri può generare scintille se il campo elettrico supera i 5,3 V/m.

Nel caso in cui l’onda abbia una frequenza maggiore di 30 MHz la formula da utilizzare è la seguente:

Pmax = 124 x E2 / (f2 + 3030) con f in MHz

Se si considera un’onda elettromagnetica di frequenza pari a 2,4 GHz (rete Wi-Fi) per creare delle scintille in una struttura metallica si deve avere un campo elettrico pari a circa 190 V/m.

In conclusione, si osserva che è molto difficile avere nella realtà campi elettromagnetici così intensi ed estesi in grado di creare i fenomeni in precedenza descritti, risultano più probabili con campi elettromagnetici ad alta frequenza e comunque sopra i 30 MHz.

Quattro cose da sapere sul GPL

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  1. Il GPL è pericoloso perché la densità del gas è maggiore di quella dell'aria di conseguenza in caso di perdita si stratifica in basso in fosse, tombini, buche. Per questo motivo è pericoloso tenere bombole in cantine e piani interrati. Come dire che in caso di perdita non và verso l'alto ma rimane in basso.
  2. La pressione all'interno di una bombola o cisterna di GPL è sempre circa 7 bar ovvero molto alta. Finchè all'interno della bombola è presente del liquido il gas è in equilibrio. Questo è il motivo per cui per vedere se una bombola è piena l'unico modo è di pesarla; i manometri danno sempre la stessa pressione anche se la bombola è quasi vuota.
  3. All'interno di una bombola o cisterna di GPL la sostanza è in fase liquida, in caso di perdita di liquido di GPL per ogni litro di liquido si sviluppano 260 litri di atmosfera esplosiva. Questo è il motivo per cui non bisogna capovolgere le bombole in quanto se capovolta esce la fase liquida. A Viareggio il GPL è fuoriuscito in fase liquida ed è poi evaporato 260 volte per ogni litro.
  4. Il GPL è al primo posto negli eventi esplosivi in ambito civile anche a causa della non conoscenza delle poche informazioni qui riportate.

Pericolosità delle batterie agli ioni di Litio muletti e trans pallets

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E ‘di recente implementazione l'utilizzo di batterie agli ioni di Litio per la forza motrice di trans pallets e carrelli elevatori quindi stiamo parlando di batterie molto grandi.

Sono pericolose ?

All’interno di una batteria al Litio, grazie alla particolare reazione chimica di ossido riduzione non vi è la presenza di idrogeno. La reazione tipica di ossido riduzione di una batteria al litio è la seguente:

Una batteria agli ioni di litio può esplodere se surriscaldata o caricata eccessivamente per questo motivo un accumulatore agli ioni di litio richiede diversi sistemi di sicurezza obbligatori al suo interno, prima che si possa considerare sicuro per l'uso comune.

Questi includono un interruttore termico per prevenire il surriscaldamento in caso di sovraccarico e una linguetta di sicurezza con valvola di sfiato per mantenere la pressione interna sotto una soglia prefissata. Di solito in caso di problemi a questi sistemi la batteria diviene inutilizzabile permanentemente e irreversibilmente.

 

Di seguito si riportano alcune misure di prevenzione generali, per i dettagli attenersi alle misure indicate nell'eventuale manuale d’uso e manutenzione.

 

  • In caso di incendio in un luogo in cui siano presenti batterie a ioni di litio, irrorare la zona adiacente con acqua. Se una batteria sta bruciando, l'acqua può non essere in grado di spegnere le fiamme ma raffredda le batterie nelle vicinanze e impedisce il propagarsi dell'incendio.
  • Per estinguere piccoli incendi è preferibile utilizzare sostanze chimiche secche, CO2 o schiuma, ma anche in questo caso potrebbe essere impossibile spegnere una batteria a ioni di litio in fiamme. La batteria in fiamme brucerà completamente le sostanze contenute al suo interno. In linea di massima tutti gli incendi che coinvolgono batterie a ioni di litio possono essere controllati con acqua. Tuttavia, se si usa l'acqua, il gas idrogeno che si sviluppa a causa del calore può generare una miscela esplosiva combinandosi con l'aria. Possono essere utilizzati anche estintori a grafite (LITH-X), a polvere di rame, a sabbia, a polvere di dolomite, a soda-acido; questi materiali agiscono come estinguenti.
  • Il personale antincendio deve indossare autorespiratori a pressione positiva.  Quando bruciano, le batterie a ioni di litio possono produrre fumi tossici contenenti HF, ossi di carbonio, alluminio, litio e cobalto. A temperature superiori a 230 °F può formarsi penta fluoruro di fosforo,  un gas molto tossico, che provoca ustioni a pelle, mucose e occhi e inoltre reagisce violentemente con l'acqua liberando acido fluoridrico (tossico e corrosivo). 

 

Temperatura di accensione bevande alcooliche

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I vapori di alcool etilico sono più pesanti dell’aria quindi tendono a diffondersi nell’ambiente accumulandosi in prossimità del suolo. Può formare miscele infiammabili con aria anche dentro recipienti vuoti che hanno contenuto il prodotto riscaldato. In recipienti chiusi provoca aumento di pressione. La temperatura di infiammabilità è funzione della concentrazione della miscela acqua/alcool come riportato nella tabella seguente: 

 

ALCOOL %

ACQUA %

T infiammabilità C°

100

0

12

95

5

17

80

20

20

70

30

21

60

40

22

50

50

24

40

60

26

30

70

29

 

Nella tabella di seguito si riporta la temperatura di infiammabilità in funzione del grado alcoolico dei prodotti (percentuale riferita all’alcool).

GRADO ALCOOLICO BEVANDA

%

T infiammabilità C°

50

24

40

26

30

29

15

30