Atmosfere potenzialmente esplosive, automazione e sicurezza

I vantaggi offerti dall’automazione possono essere estesi dagli aspetti legati all’efficientamento della produzione (contesti industriali) e all’aumento del comfort (contesti civili/domestici) anche a quello della sicurezza in cui l’azione di prevenzione è alla base del successo delle strategie di mitigazione dei rischi.

Il binomio automazione-sicurezza è vincente e lo è tanto quanto è grande il danno che concorre a quantificare il rischio associato a un determinato pericolo come un’esplosione, che quantifica un rischio elevatissimo a causa del danno estremo che può causare a un malcapitato.

Mantenere il rischio sotto la soglia di accettabilità, quindi, significa ridurre significativamente la probabilità che un evento dannoso – l’esplosione, in questo caso specifico – si concretizzi. Con il termine esplosione, innan­zitutto, si intende la liberazione rapida e irrefrenabile di energia: si manifesta come calore, luce (o più in generale come onde elet­tromagnetiche) e con fenomeni di natura meccanica quali sovra­pressioni, onde sonore e onde si­smiche.

Cause di un’esplosione

Un’esplosione è generalmente associata a una rapida reazione chimica nella quale si sviluppano calore e prodotti gassosi che vengono liberati in un intervallo di tempo molto breve producen­do enormi pressioni sul mezzo circostante e dando luogo a una serie di effetti diversi a seconda della natura del mezzo.

In base alla velocità di propaga­zione dei prodotti gassosi che si vengono a formare, prende il no­me di deflagrazione o di detona­zione. La prima avviene con velo­cità dei prodotti gassosi dell’ordi­ne di pochi centimetri o metri al secondo e con modeste variazio­ni della pressione; la seconda con velocità dell’ordine di 1-10 km/s, quindi molto superiore a quella del suono e accompagnata dallo sviluppo di alte pressioni.

Per potersi verificare, un’esplo­sione deve vedere la convergen­za di quattro eventi:

• presenza di gas, vapori, neb­bie infiammabili o nubi polveri combustibili;
• presenza di comburente;
• presenza di una fonte di inne­sco;
• la concentrazione in aria della miscela esplosiva deve essere compresa nell’intervallo (ran­ge) di esplosività il cui estremo inferiore è il LEL (Lower Explo­sion Limit) mentre quello supe­riore è l’UEL (Upper Explosion Limit).

Se si concentra l’attenzione su un impianto industriale per la produzione, la lavorazione, il convogliamento di sostanze – aeriformi o polveri – infiammabi­li e/o combustibili, appare subito evidente che, finché tali sostanze restano confinate all’interno del sistema di lavorazione, è il co­struttore dello stesso a mettere in atto tutti gli accorgimenti tec­nici affinché non si verifichi alcu­na esplosione.

Sorgenti di emissione

Esiste però la probabilità che ci siano in questo stesso sistema delle “sorgenti di emissione” costituite da aperture, volonta­rie o involontarie, che permet­tano all’atmosfera potenzial­mente esplosiva di propagarsi nell’ambiente esterno e, in base alle condizioni al contorno, di as­sumere le caratteristiche di e­splosività.

Una sorgente di emissione può essere involontaria e creata da un guasto. Si pensi per esempio al cedimen­to della tenuta della guarnizione di una valvola, alla cricca di una tubazione o al trafilamento di u­na flangia.

Può essere però anche volonta­ria come il punto di carico di una tramoggia da un saccone. In ca­si come questi è importante che ciò che ricade all’interno del vo­lume pericoloso non costituisca innesco per l’atmosfera esplosi­va: tale fine può essere raggiunto “per costruzione” ovvero privan­do quei componenti normalmen­te in grado di innescare un’atmo­sfera esplosiva di tale possibilità.

Può essere per esempio il caso di una elettrovalvola idonea al fun­zionamento in zona esplosiva o di un motore elettrico costruito in modo da non avere superfici calde in grado di accendere uno strato di polvere o una nube e­splosiva.Lo stesso risultato può essere raggiunto anche eliminando da un dispositivo il pericolo: un in­terruttore di comando luci, ad e­sempio, normalmente genera dei piccoli archi elettrici sia in aper­tura sia in chiusura in grado, con la loro energia, di innescare un’e­splosione.

Ma se all’atto della rilevazione di una situazione pericolosa l’inter­ruttore viene disalimentato con l’impianto elettrico, viene ridotto al minimo il rischio che esso pos­sa essere fonte di un’esplosione.

Norme di prevenzione

La normativa di natura preven­zionistica si è evoluta nel tempo passando dal concetto (utopisti­co) di sicurezza “tecnologica” a quello, attuale, di sicurezza “at­tiva”: il primo, risalente agli anni ‘50 del 1900 si basava sull’assun­to che dovesse essere la macchi­na in grado di tutelare l’operato­re anche dai rischi collegati ad un uso improprio o sconsiderato della stessa. L’operatore umano, quindi, co­stituiva un soggetto passivo nei confronti della sicurezza della quale poteva benissimo non pre­occuparsi poiché era compito della tecnologia tutelarlo.

Il secondo concetto, invece, risa­lente a metà degli anni ‘90 del ed elemento fondante del celeber­rimo D.Lgs. 626/1994 confluito quasi completamente nel vigen­te D.Lgs. 81/2008, mette l’opera­tore al centro del sistema di pre­venzione considerandolo parte attiva dello stesso: vengono isti­tuite figure ben delineate nel si­stema di prevenzione con il fine di individuare chiaramente i ruo­li e tracciare la catena delle re­sponsabilità.

Appare chiaro come questo nuo­vo approccio, vera rivoluzione copernicana nel settore della si­curezza sui luoghi di lavoro, fun­ziona bene finché il lavoratore viene messo in grado di svolge­re, con sufficienti conoscenze, attenzione ed energie, il suo ruo­lo nel sistema di prevenzione: ciò è garantito anche dai processi di informazione e formazione, che gli assicurano la necessaria con­sapevolezza dell’agire, e dall’in­serimento delle attività connes­se alla sicurezza tra le mansioni lavorative.

Rivoluzioni industriali

Tutto ciò che aiuta l’operatore nello svolgimento dei suoi com­piti lavorativi e gli lascia spazio, tempo ed energie fisiche e men­tali per vivere la dimensione del­la sicurezza è chiaramente un bene per i lavoratori e per l’a­zienda che li occupa.

Per fortuna il comparto indu­striale ha vissuto – e vive tuttora – periodi di profondi mutamen­ti dal punto di vista tecnologico che hanno visto radicalmente cambiare l’aspetto delle fabbri­che e del modo di lavorarci.

Questi periodi sono noti come “Rivoluzioni Industriali”. Si, al plurale, perché di Rivoluzione In­dustriale non ne è avvenuta una sola ma ben quattro e, nell’ultima – tuttora lungi dal dirsi esaurita – siamo ancora immersi.

È la Terza Rivoluzione Industria­le, coincidente con la comparsa in fabbrica del PLC (Program­mable Logic Controller), che av­via la trasformazione del lavoro nell’industria: grazie all’automa­zione, infatti, in molti processi produttivi cambia il ruolo dell’uo­mo che, da mero esecutore di compiti, diventa supervisore del funzionamento di una macchina, la quale riesce a svolgere da so­la tutte (o in parte) le sue lavora­zioni.

PLC

Il PLC, volendo semplificare al massimo, è un dispositivo elet­tronico simile ad un computer che, sulla base di un programma scritto dall’utente in base all’au­tomazione da realizzare, legge ciclicamente tramite una CPU lo stato degli ingressi (digitali e/o analogici) a cui sono collegati i dispositivi di ingresso che, a loro volta, possono essere analogici (trasduttori) oppure digitali (in­terruttori, pulsanti, fine corsa…).

In base allo stato degli ingressi, vengono azionati i dispositivi col­legati alle uscite, denominati at­tuatori, che possono essere an­ch’essi digitali (attivano carichi di tipo on/off) o analogici (attivano carichi modulabili). A differenza di un computer però, un PLC non dispone del sistema operativo, con tutti i limiti che da ciò deri­vano, ma, in sua perfetta analo­gia, dispone di memorie in grado di mantenere programmi, dati e risultati dell’elaborazione.

A completare l’architettura ge­nerale di un PLC ci sono le porte di connessione all’esterno (pro­grammazione e comunicazione), il bus che collega tutte le unità interne e il modulo di alimenta­zione che consente di portare la potenza elettrica ai circuiti elet­tronici.

Automazione e sicurezza

Appare evidente come le enormi potenzialità dell’automazione in­dustriale possono essere messe a servizio della sicurezza e delle relative istanze di prevenzione, ovviamente inquadrando l’argo­mento nell’idoneo contesto nor­mativo.

Infatti, il poderoso sviluppo del settore dei trasduttori – dispo­sitivi elettronici in grado di tra­sformare una grandezza fisica in un segnale elettrico ad essa correlato – ha consentito di rile­vare ed acquisire con precisioni e accuratezze elevatissime tutte le grandezze fisiche collegate, ad esempio, alla prevenzione del fenomeno dell’esplosione: temperatura, pressione, concen­trazione (assoluta e relativa) di solidi e aeriformi, velocità, solo per citarne alcune.

Alla prontezza della rilevazione del pericolo si associa la certez­za dell’esecuzione automatica, già in fase precoce, di azioni mi­rate alla riduzione del rischio: a­pertura di infissi, avviamento di estrattori anche a velocità varia­bile, disalimentazione di settori di impianto, attivazione di segna­lazioni ottiche e sonore sono so­lo alcune delle possibilità offerte dai diversi sistemi di attuazione a disposizione sul mercato.

A ciò va aggiunto l’elevato livello di resilienza che garantisce il PLC all’intero sistema: esso, infatti, e­segue in trasparenza programmi di autodiagnosi che consentono di testare sia la corretta funzio­nalità dei listati di istruzioni che quella dei diversi componenti dell’architettura.

A quanto finora riportato va ag­giunto che le comunicazioni e­lettroniche – elemento fondante della Quarta Rivoluzione Indu­striale – consentono, tramite l’in­stallazione di opportuni moduli dedicati, di trasformare il siste­ma automatico in un sistema te­le-controllato e supervisionato da qualsiasi luogo del Pianeta.

I benefici ottenuti in termini di produttività e gestione della si­curezza derivanti dall’uso nelle fabbriche dell’automazione as­sociata alle telecomunicazioni (la cosiddetta Industria 4.0) su­perano largamente i costi di im­pianto necessari per la relativa implementazione, questi peral­tro mitigati da diverse e impor­tanti fonti di incentivo.