IL RISCHIO INCENDIO NELLA RICARICA DI BATTERIE DEI CARRELLI ELETTRICI

Le postazioni di ricarica delle batterie utilizzate possono diventare luoghi a
rischio. Misure di prevenzione e mezzi di protezione da adottare.
Dott. Ing. Fabrizio Di Tirro – Sun Alliance Italia / Loss Prevention Service

Le operazioni di ricarica delle
batterie dei carrelli elettrici rappresentano
uno dei fattori di rischio
di incendio/esplosione solitamente
meno controllati negli
stabilimenti industriali e nei depositi.
La ragione può essere in buona
parte individuata nel fatto che
l’entità dell’evento potenzialmente
sfavorevole risulta ben limitata,
se confrontata con altri più
importanti fattori di incendio od
esplosione.
Poiché la misurazione
di un fattore
di rischio consiste
nel dare un valore
alle 2 dimensioni
che lo definiscono
attraverso il loro
prodotto, cioè la
frequenza e la gravità
(o magnitudo
del danno), si può
senz’altro dire che
le operazioni di
ricarica delle batterie
presentano una
frequenza estremamente
bassa, anche
se a fronte di elevati potenziali
di grado di danno (elevati
specialmente quando le postazioni
sono ubicate in aree con
grandi concentrazioni di valori e
non sono validamente separate
da esse).
Tuttavia, se pure si può convenire
sulla pericolosità relativamente
contenuta delle operazioni
di ricarica, non si può che restare
sorpresi dal frequente riscontro
della non conoscenza dei fenomeni
che possono innescarsi,
proprio a seguito delle operazioni
stesse, da parte di molti operatori
ed utenti.
Questa non sufficiente conoscenza
spesso porta a non identificare
o a non valutare bene il
rischio esistente. Altre volte porta
ad interventi non correttamente
dimensionati o inutili.
Nella mia personale esperienza
di lavoro mi é capitato di vedere
stazioni di ricarica batterie di carrelli
elettrici per le quali erano stati
appositamente creati dei locali
compartimentati, ma piccoli volumetricamente
e non areati (cosa
che aggrava il rischio anziché
controllarlo); altre volte locali dotati
di piccoli impianti automatici di
estinzione (boccioloni contenenti
polvere estinguente,
ad apertura comandata
da bulbi
a liquido termosensibile,
installati
sopra le apparecchiature
di ricarica,
che rappresentano
protezioni
poco adatte al caso,
come si ved r à
più avanti).
In questa breve
relazione si tralasciano
molti approfondimenti
tecnici
sul generale
processo elettrochimico
di ricarica delle batterie,
mentre si pone l’attenzione, in
modo più approfondito, sui
fenomeni di esplosione e incendio
che possono innescarsi e
sulle conseguenti misure di prevenzione
da adottare per evitare
l’evento dannoso.
ANTINCENDIO novembre 1996 53
IL RISCHIO INCENDIO
NELLA RICARICA DI BATTERIE
DEI CARRELLI ELETTRICI
Le postazioni di ricarica delle batterie utilizzate possono diventare luoghi a
rischio. Misure di prevenzione e mezzi di protezione da adottare.
Dott. Ing. Fabrizio Di Tirro – Sun Alliance Italia / Loss Prevention Service
Il fattore di rischio
di incendio/esplosione
nella fase di ricarica
delle batterie dei carrelli elettrici
negli stabilimenti industriali
è solitamente sottovalutato.
L’entità dell’evento
potenzialmente sfavorevole
risulta infatti limitato,
se paragonato
con altri più importanti.
Generalità
sul processo
di ricarica ed introduzione
ai pericoli che esso comporta
I pericoli connessi alle operazioni
di ricarica delle batterie
dei carrelli elettici sono, nel generale,
quelli relativi alla ricarica
degli accumulatori al piombo,
mediante processi elettrolitici,
con fornitura di energia elett
r i c a . L’operazione di ricarica
delle batterie è infatti un processo
elettrolitico che avviene
nell’accumulatore; processo attivabile
mediante un gruppo convertitore
di corrente elettrica, da
alternata in continua, capace,
agendo sulla batteria scarica, di
ripristinare il potenziale energetico
originario. Il sistema per l’attivazione
del processo di ricarica
consiste in sequenza di:
– un trasformatore di tensione
– un gruppo convertitore di corrente
da alternata in continua
(raddrizzatore)
– un sistema di cavi flessibili per
le connessioni del gruppo convertitore
agli elettrodi della batteria
– una batteria di accumulatori da
ricaricare
Il processo di elettrolisi che avviene
all’interno degli accumulatori
può essere descritto nel modo
seguente.
L’elettrodo positivo, nelle batterie,
è costituito da un supporto a
griglia (solitamente in lega a base
piombo e antimonio) contenente
biossido di piombo (PbO2
);
l’elettrodo negativo da un supporto
a griglia contenente polvere
di piombo o anche piombo
spugnoso.
L’elettrolito è acido solforico
(H2SO4
) diluito in acqua distillata
(soluzione al 30-35%).
Durante il funzionamento del
carrello, ovvero durante la fase
di scarica, ad entrambi gli elettrodi
si forma solfato di piombo (PbSO4
).
Durante la ricarica della batteria
si rigenera agli elettrodi la sostanza
primitiva (PbO2 e Pb spugnoso)
mediante apporto di
energia elettrica.
Quando si effettua la ricarica,
riempiendo la batteria di acqua
distillata, l’apporto di energia
elettrica innesca le reazioni indicate
nello schema 1.
Esse ripristinano le condizioni
iniziali di accumulatore carico
mediante i 2 processi di ossidazione
e di riduzione del piombo
nel solfato in soluzione.
Quando tutto il solfato di piombo
è trasformato, o è vicino alla
trasformazione, l’apporto di energia
elettrica prosegue attivando
la reazione chimica dell’acqua
distillata (si ha la cosiddetta “elettrolisi
dell’acqua” o anche “ebollizione
dell’elettrolita”)(schema 2).
In tal modo si liberano idrogeno
ed ossigeno, con il conseguente
rischio di esplosione
chimica dovuto ad accumuli localizzati
di idrogeno in miscela
in aria arricchita in ossigeno.
L’operazione della ricarica
delle batterie è effettuata solitamente
a fine giornata di lavoro
o a fine settimana, ed è spesso
ANTINCENDIO novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
54
PbSO4 + 2H2O PbO2 + HSO4
– + H3O+ + 2e (Anodo)
PbSO4 + 2H2O + 2e Pb + SO4
(Catodo)
schema 1
Corrente Tensione
fase emissiva
della ricarica
Fig. 1 – Andamento della corrente nella ricarica
L’andamento della corrente è tipicamente decrescente (opposto alla tensione).
In figura è evidenziato il periodo emissivo, che è al massimo di circa 3 ore per le
ricariche a fondo. Nella prima fase, fino a quando viene raggiunta la tensione di
gassificazione, la corrente viene utilizzata interamente per la ricarica.
Quando si supera la tensione di gassificazione si ha l’inizio della fase a sviluppo
gassoso. La corrente in questa fase ha un valore circa del 4%
del valore corrispondente alla capacità nominale;
nella fase iniziale della ricarica ha invece valore del 16% circa.
15%
5%
0 3 4 9 12
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
condotta operando una ricarica a
fondo, ovvero gli operatori lasciano
gli accumulatori, pressoché
scarichi, in ricarica durante
tutto il periodo di chiusura.
Nelle ricariche a fondo sono presenti
i maggiori pericoli poiché si
hanno più facilmente processi di
emissione di idrogeno, prodotto
dalla reazione dell’acqua distillata
alimentata dall’energia elettrica in
surplus per l’elettrolisi.
Gran parte delle apparecchiature
oggi sul mercato (in generale
tutte le batterie da trazione ad
elettrolita non gelificato) dosano
l’entità della corrente in funzione
dello stadio di ricarica, cioè sono
a corrente decrescente (fig. 1), e
tendono a non procedere ulteriormente
quando la ricarica è ultim
a t a .
Esse sono dotate di dispositivi
automatici di scollegamento del
circuito (fig. 2), capaci di interrompere
la fornitura di energia
elettrica a ricarica ultimata, evitando
che l’energia in surplus vada
a produrre la completa dissociazione
dell’acqua distillata liberando
idrogeno ed ossigeno. S ono
tali dispositivi a qualificare un
sistema di ricarica rendendone
più sicure le operazioni.
I dispositivi possono essere dei
semplici temporizzatori, che
staccano la corrente dopo un
tempo prefissato supposto utile
per completare la carica, o dei
relé di apertura del circuito a
ricarica effettuata, o ancora sofisticati
microprocessori capaci di
valutare lo stadio di carica e dosare
la fornitura energetica di
conseguenza.
Le emissioni di idrogeno sono
quindi funzione anche dei sistemi
di carica, che possono limitarle in
parte maggiore o minore s e c o ndo
il tipo, ma mai evitarle totalmente
quando giungono in prossimità
delle fasi finali della ricarica
a fondo e la fornitura di energia
elettrica è superiore a quella
necessaria al completamento del
processo di elettrolisi.
Il surplus energetico può variare,
secondo il sistema di carica,
da pochi punti percentuali a qualche
decina di punti percentuali in
aggiunta all’energia di ricarica.
La parte esuberante attiva la
dissociazione dell’acqua distillata;
infatti la fornitura di energia
per la ricarica è maggiore della
quantità ceduta dagli accumulatori
con la scarica, pur considerando
la parte dovuta alle inevitabili
dispersioni energetiche implicite
nel sistema. Ad ogni modo
i dispositivi di scollegamento permettono
di aprire il circuito non appena
terminato il periodo transitorio
della carica, evitando che si
abbia la reazione di tutta l’acqua
distillata presente. Da alcuni anni
si realizzano sistemi di gestione
delle ricariche “a rabbocco centralizzato”
che, attraverso delle canalizzazioni,
consentono sia di eff e ttuare
il rabbocco mediante un circuito
chiuso, sia di raccogliere le
emissioni gassose e convogliarle
in un sistema di aereazione forzata.
Questo consente un forte abbattimento
dei rischi di esplosione.
Il processo chimico elettrolitico esaminato
comporta il rischio più significativo,
se non altro per la sua tipicità,
collegabile alle stazioni di ricarica
delle batterie, ovvero quello di esplosione
dovuto ad emissioni di idrogeno
durante la fase della ricarica.
Al pericolo appena esaminato si
aggiungono poi i rischi derivanti dagli
eventuali guasti elettrici che possono
aversi durante la ricarica e la possibilità
che essi inneschino di conseguenza
incendi. In conclusione i pericoli
dell’operazione di ricarica delle
batterie sono schematizzabili in
2 ordini di fenomeni:
ANTINCENDIO novembre 1996 55
Fig. 2 – Schema di un Sistema di Ricarica. Il dispositivo
di disinserimento montato nell’impianto è in grado di staccare automaticamente
la ricarica quando la capacità della batteria
ha raggiunto il massimo livello di accumulo.
2H2O + En.Elettrica (non utilizzata in elettrolisi) 2H2 + O2
schema 2
Fornitura
energia
elettrica
220 V
Batteria di
accomulatori
Trasformatori
di voltaggio
Altre
componenti
(connessioni)
Unità
di conversione
corrente
(raddrizzatore)
Dispositivo
di disinserimento
della ricarica
(temporizzatori, relé, ecc.)
A) possibili guasti di natura elettrica
e conseguenti rischi di incendio.
B) possibili emissioni di idrogeno in
ambiente, che comportano rischio
di esplosione e conseguente
incendio in caso di presenza
di materiali combustibili vic
i n i .
Il rischio derivante
da guasti elettrici
Sebbene le potenziali emissioni
di idrogeno sono il pericolo che
maggiormente preoccupa nelle
operazioni di ricarica delle batterie,
non è affatto da sottovalutare
il rischio dovuto a possibili guasti
elettrici ed ai conseguenti fenomeni
di pirolisi dei cavi o di combustione
di eventuali materiali vicini
che possono essere innescati.
I fenomeni elettrici che possono
essere all’origine del danno sono
ascrivibili alle seguenti cause:
1) i possibili guasti elettrici che
avvengono durante i periodi di
ricarica delle batterie: essi presentano
le stesse frequenze –
significative e dipendenti dalla
qualità dell’impianto – del cosiddetto
“rischio elettrico” per
cortocircuito, sovratensione,
ecc., con l’aggravamento di avvenire
a stabilimento chiuso e
senza presenza di personale in
loco pronto all’intervento (la ricarica
delle batterie avviene solitamente
proprio durante i momenti
di fermo attività);
2) i fenomeni imputabili ai collegamenti
delle batterie alle forniture
elettriche: i collegamenti sono
e ffettuati mediante cavi flessibili,
con connessioni mobili, soggette
agli aggravamenti per
guasti elettrici dovuti a surriscaldamenti
dei morsetti, a
contatti incerti od anche
all’usura superiore rispetto alle
condizioni di lavoro dei collegamenti
fissi tradizionali; inoltre
si possono avere cortocircuitazioni
dei terminali degli
accumulatori in carica se,
inavvertitamente, un qualunque
oggetto metallico o conduttore
finisca su essi; la cosa
si traduce in surriscaldamenti,
fusioni ed inneschi delle sostanze
combustibili eventualmente
presenti;
3) l’elettrolita degli accumulatori
al piombo è acido solforico
( H2S O4
) diluito in acqua distillata;
pertanto si potrebbe avere
formazione di vapori e gocce
di acido nell’ambiente (il
problema è meno sentito per
batterie del tipo a vasi chiusi)
con conseguente deterioramento,
anche se lieve, di apparecchiature
elettriche e isolamenti;
tutto ciò comporta
l’aumento dei rischi di guasti
e l e t t r i c i ;
4) i possibili guasti tipici dei raddrizzatori:
ovvero le scariche
inverse (back-fires) che comportano
la perdita delle proprietà,
delle valvole del circuito,
di condurre la corrente in
un verso solo; ciò si risolve in
un corto circuito interno (negli
apparecchi di oggi, realizzati in
plastica testata in resistenza a
calore, fuoco, correnti superficiali
e solitamente di classe
VO a norme UL alla prova di
autoestinguenza, non si hanno
conseguenze di incendio ma
solo di fumo); in generale questo
rischio è trascurabile, rispetto
ai punti precedentemente
esaminati.
Il rischio
di esplosioni
Il rischio di esplosioni – come
visto – è connesso alla possibilità
che durante il processo di ricarica
si abbia liberazione di idrogeno
per effetto della dissociazione
dell’acqua distillata con cui si
riempiono le batterie.
L’idrogeno, che è gas altamente
combustibile, può così originare
pericolose sacche di miscele con
aria potenzialmente esplosive.
Lo sviluppo dell’idrogeno è
maggiore durante la fase finale
di carica, come detto, quando la
maggior parte dell’energia elettrica
assorbita va a decomporre
l’acqua dell’elettrolita.
E’ quindi nelle ricariche a fondo,
con “ebollizione” dell’elettrolita,
che si arriva ad una notevole
produzione di idrogeno, e possibile
formazione di atmosfere
p e r i c o l o s e .
Le ragioni che fanno accadere
facilmente le esplosioni in ambienti
in cui sia presente una
certa quantità di miscela ariaidrogeno
sono le seguenti:
1) l’accensione della miscela
aria-idrogeno richiede basse
energie di innesco (ordine di
alcune decine di millijoule) e
pertanto le sorgenti di attivazione
potrebbero essere diverse:
scintille dovute a cariche
elettrostatiche, impianti elettrici
e di illuminazione, superfici
calde introdotte in ambiente,
frizioni ed attriti, ecc.;
2) le concentrazioni di idrogeno
ANTINCENDIO novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
56
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
in aria presentano un ampio
campo di reazione (i limiti inferiore
e superiore di infiammabilità
dell’idrogeno in aria: sono
del 4% e del 75%, a condizioni
ambiente di pressione e temperatura)
che si accresce sensibilmente
con l’arricchimento
in ossigeno dell’aria stessa, ossigeno
prodotto sempre dalla
decomposizione dell’elettrolita.
La pericolosità dell’evento è accresciuta
dal fatto che la reazione
chimica che genera l’esplosione
è fortemente esotermica e
quindi può a sua volta innescare
un incendio sulle eventuali concentrazioni
di sostanze combustibili
vicine (Tab. 1). Le emissioni di
idrogeno dipendono, come già visto,
dalla qualità del sistema di
c a r i c a .
E’ stato detto dei dispositivi di
dosaggio e interruzione della
corrente in funzione dello stato di
ricarica, che limitano i periodi di
emissioni gassose. E’ stato detto
anche dei recenti sistemi a rabbocco
automatico con raccolta
dei gas in emissione e relativo
allontanamento. Si segnala ora
che molti carrelli transelevatori
montano oggi batterie di tipo a
vasi chiusi o ermeutiche, regolate
da valvole e tappi filtranti capaci
di ridurre, in parte significativa,
i rilasci di gas nell’ambiente.
Solo quando la pressione interna
supera certe soglie, le valvole
si aprono per far effluire le emissioni
gassose, che vengono ridotte
quantitativamente per mezzo
di un sistema di ricombinazione
dell’ossigeno; non si ottengono
però riduzioni per la produzione
di idrogeno (i vantaggi delle
batterie di tipo chiuso sono più
sensibili nel campo dell’infortunistica).
I rischi di esplosione per
tali batterie sono quindi un po’
più contenuti rispetto ai modelli a
celle aperte, che tuttavia sono
abbastanza comuni tra le aziende
utilizzatrici di carrelli elettrici
transelevatori.
Provvedimenti: metodologia
e corretta installazione
delle stazioni di ricarica
delle batterie
I provvedimenti sono divisi su
2 ordini di interventi:
1 – le misure di prevenzione, ovvero
l’attuazione di quelle iniziative
atte ad impedire l’innesco
del fenomeno, intese
quindi come controllo delle
probabilità di accadimento
d e l l ’ e v e n t o ;
2 – i mezzi di protezione, rivolti
al contenimento della magnitudo
del grado di danno pot
e n z i a l e .
MISURE
DI PREVENZIONE
Sono di estrema importanza in
quanto per il rischio in esame è
molto semplice ed utile intervenire
sull’abbattimento del fattore di
“frequenza” del rischio.
Controllo della ventilazione
degli ambienti in cui si effettua
la ricarica
E’ il provvedimento più importante
ai fini del trattamento dei rischi
collegati alle operazioni di
ricarica. Il controllo della ventilazione
mira ad evitare che le potenziali
emissioni di idrogeno durante
le fasi di ricarica possano
accumularsi stazionando nell’ambiente
e quindi formare atmosfere
infiammabili od esplosive una
volta superata la soglia del limite
inferiore di infiammabilità.
L’idrogeno è un gas combustibile
estremamente leggero (densità
relativa all’aria pari a 0.07) e
ANTINCENDIO novembre 1996 57
Tab. 1 – Parametri relativi
alle esplosioni di alcuni vapori e gas
combustibili a confronto
Gas o vapore
infiammabile
Energia minima
di innesco in mJ
Limiti di infiammabilità
in aria
Pressione massima
di esplosione in atm
Gradiente di
accrescimento
pressione
Tempo necessario
al raggiungimento
delle pressioni
massime in
millisecondi
Metano 0,290 5% – 15% 7,17 70 102
Alcool Etilico 0,220 3,3% – 19% 7,45 41 181
Acetilene 0,096 2,5% – 80% 10,30 14 785
Idrogeno 0,018 4% – 74,5% 7,93 7 1055
quindi, in caso di emissioni, si
raccoglie facilmente a soffitto ed
in ogni volume chiuso di esso.
Nel caso di basse altezze degli
intradossi delle coperture, nel
caso di volumetrie contenute dei
locali ospitanti le ricariche ed
anche nel caso di particolari tipologie
delle coperture – ad
esempio, formanti degli spazi
chiusi e poco arieggiati – si possono
avere degli accumuli pericolosi
di idrogeno.
In sostanza, al fine di valutare
il rischio di esplosione o di incendio
nella zona dove viene eseguita
la ricarica delle batterie, occorre
stabilire se è possibile che
in essa si determini il formarsi di
una miscela esplosiva di idrogeno
con aria.
La normativa italiana sull’argomento
prevede l’opportuna ventilazione
dei locali quale principale
misura di prevenzione: ventilazione
artificiale, introducendo
meccanicamente mediante un
impianto l’adeguato volume
d’aria per il ricambio; ventilazione
naturale, come si può avere
nei locali con ampie aperture
sull’esterno; o ricambio d’aria,
come si può avere nei grandi
ambienti, assicurato dal naturale
movimento fluidodinamico delle
masse d’aria, all’interno dei locali
stessi, che disperde i vapori di
idrogeno in accumulo.
All’art. 303 del D.P.R. 27.04.55,
n° 547, si ha:
“… i locali contenenti accumulatori,
i quali, in relazione alla loro
cubatura ed alle capacità e tipo
delle batterie in essi esistenti,
possono presentare pericolo di
esplosione delle miscele gassose,
devono:
A) essere ben ventilati;
B) non contenere macchine di alcun
genere, né apparecchi
elettrici o termici …”.
Anche le norme CEI dedicano
opportuna attenzione alla ventilazione
dei locali contenenti accumulatori
al piombo. Il Comitato
Elettrotecnico Italiano ha colmato,
da circa un anno, con le norme
CEI 21-20, la lacuna esistente
riguardo alle corrette procedure
di gestione degli accumulatori
al piombo per veicoli elettrici. Prima
di tali norme esisteva il solo
riferimento delle CEI 21-6/3, rivolte
però alle batterie di accumulatori
stazionari al piombo, ed
estensibili con qualche diff i c o l t à
interpretativa alle batterie dei
transelevatori in ricarica (si ricorda
che sono stazionarie tutte le
batterie destinate alla utilizzazione
in installazioni fisse – per le
quali non sono previste cioè utilizzazioni
fuori posto come per i
carrelli transelevatori – e collegate
permanentemente ad un carico
ed una sorgente di corrente
continua).
Ventilazione nei locali destinati
a ricarica delle batterie
Le norme CEI prevedono che
nei locali in cui si effettua la ricarica
si debbano evitare accumuli
di idrogeno e formazioni di sacche
di miscele esplosive, assicurando
sempre un’aereazione non
inferiore a quella calcolabile con
la formula riportata in basso.
Pertanto nel caso di locali destinati
alla ricarica delle batterie
dei carrelli elettrici dovrà essere
sempre assicurato un ricambio
d’aria almeno pari ad un valore P
(mc/h) ottenuto dalla sommatoria
di tutte le Q calcolabili con la formula
predetta per ciascuna batteria
di elementi in ricarica sul
posto. Sarà quindi
P (mc/h) = åi Qi
(con i numero delle batterie in
ricarica in loco)
Il ricambio d’aria nei locali di
ricarica delle batterie sarà quindi
ottenibile mediante un impianto
di ventilazione forzata (da eseguire
in configurazione antideflagrante
AD-PE in rispondenza alle
norme CEI 64-2) della capacità
di P mc/h.
Tuttavia un adeguato ricambio
d’aria è anche assicurabile mediante
la ventilazione naturale
del locale. Quest’ultima è suff iciente
solo se, come riportano le
norme CEI 20-21,
“…sono soddisfatte entrambe
le seguenti condizioni:
a) sono presenti aperture di ingresso
e di uscita aventi sezione
trasversale S (cmq) minima
pari a:
S = 28 Q,
dove Q (mc/h) è la portata sopra
calcolata;
b) la velocità dell’aria attraverso
queste aperture non è inferiore
a 0,1 m/s. questa condizione
è soddisfatta in ambienti
ben ventilati il cui volume libero
(mc) sia pari ad almeno 2,5
volte la portata d’aria richiesta
Q (mc/h) …”
E’ buona norma eseguire la
ventilazione sia nelle zone più alANTINCENDIO
novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
58
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
te del locale, poiché la leggerezza
dell’idrogeno vi porta gli accumuli
gassosi, sia nelle zone immediatamente
soprastanti gli accumulatori,
dove stazionano le
prime nebbie, prevalentemente
di acidi, in formazione.
La dislocazione delle aperture
di ventilazione o delle bocchette
di asportazione dell’aria deve essere
realizzata, se non anche
sopra le apparecchiature, quanto
meno a filo dell’intradosso della
copertura del locale, ovvero nella
parte più alta, specialmente se la
copertura di esso è a sheds, a
volta o a morfologia tale da consentire
accumuli localizzati di vapori.
Si deve badare poi a rispettare
le norme di buona esecuzione
delle aperture di esalazione,
cioè non ponendole in zone nelle
quali le correnti d’aria esterna
non possono allontanare i vapori
o ne provocano dei reingressi,
ed in zone dove il deflusso
dell’aria è impedito da ostacoli
(camini, cornicioni, ecc.).
L’immissione di aria, dall’impianto
di ventilazione forzata nel
locale, andrà invece eff e t t u a t a
dal basso.
Una prescrizione particolarmente
importante, da seguire
sempre nell’esecuzione dei sistemi
di ventilazione forzata, è l’applicazione
di dispositivi che interrompano
la ricarica delle batterie
in caso di blocco, malfunzionamento
o guasto dell’impianto di
ventilazione. In tal modo si possono
evitare gli incidenti conseguenti
ad emissioni di ricarica
con impianto di ventilazione non
attivo.
Postazioni di ricarica
non ubicate in appositi locali
Accade spesso che gli stabilimenti
aziendali non siano dotati
di appositi locali compartimentati
per la ricarica delle batterie.
Le postazioni di ricarica possono
essere posizionate nei vari
settori in cui sono utilizzati i carrelli,
laddove è più comodo per
l’operatore; così i transelevatori
del magazzino hanno solitamente
le proprie postazioni in loco, e
quelli della produzione ciascuno
nel proprio reparto.
Per esaminare e valutare il rischio
collegato a tali postazioni
non si può seguire soltanto la
strada del calcolo analitico, ma si
devono effettuare anche delle
osservazioni e deduzioni logiche.
Ad un’azienda che dispone di
pochi carrelli elevatori (pochi relativamente
alle dimensioni dello
stabilimento), ubicati con le relative
ricariche in capannoni industriali
volumetricamente ampi e
con tetto alto, può non essere
necessario chiedere di creare un
apposito locale di ricarica o di installare
un sistema di ventilazione
forzata. Occorre stabilire di
volta in volta, quindi, se le potenziali
emissioni di idrogeno – in fase
di ricarica – costituiscono o no
un pericolo, valutando se il ricambio
di aria, assicurato soltanto
dall’ampiezza delle volumetrie
presenti, garantisce suff i c i e n t i
condizioni di sicurezza.
Per valutare la ventilazione delle
postazioni di ricarica, comunque
ubicate all’interno di un capannone
industriale, occorre procedere
con le seguenti 2 verifiche:
1) valutare la tipologia del locale
in cui sono inserite le ricariche,
esaminandone: la volumetria,
l’altezza dell’intradosso delle
coperture e, se il tetto non è
piano, l’eventuale presenza di
particolari morfologie dell’intradosso,
immediatamente soprastante
le postazioni, che possono
consentire l’accumulo dei
vapori di idrogeno;
2) valutare il naturale ricambio
d’aria presente sul luogo delle
ricariche, dovuto soltanto alla libera
circolazione dell’aria all’interno
dell’ambiente, ovvero stabilire
se il locale è abbastanza
grande da smaltire le eventuali
emissioni soltanto grazie all’ampiezza
delle volumetrie.
ANTINCENDIO novembre 1996 59
Q = 0,05 x I x n
dove: Q = portata del ricambio volumetrico dell’aria (in mc/h) riferibile
alla singola batteria in carica
I = corrente di carica in Ampere (valore della corrente, in relazione
alle caratteristiche dell’impianto di carica, raggiungibile durante la fase
finale, quella con sviluppo di gas negli accumulatori;
il valore è indicato dai costruttori ed è solitamente prossimo al 4%
del valore della capacità nominale della batteria, come si vede
nel diagramma di andamento della corrente di carica in fig. 2)
n = numero degli elementi in serie costituenti la batteria
e sottoposti a carica
N.B. – La formula viene data dal Comitato Elettrotecnico Italiano come già comprensiva di un in –
trinseco fattore di sicurezza pari a 5; tuttavia per ambienti a particolare rischio di incendio o
esplosione é suggerito di raddoppiare il fattore di sicurezza, calcolando una portata di valore
doppio di quella Q data dalla formula
– Se si hanno batterie del tipo a vasi chiusi le norme consentono, invece, ridurre della metà il
valore di Q calcolato.
Per quanto riguarda il primo
punto si deve desumere, con il
ragionamento, se le eventuali
particolari forme o concavità
dell’intradosso delle coperture
possono o no essere causa di
accumuli di idrogeno.
Andranno quindi evitate postazioni
sottostanti soppalchi, tetti a
sheds (se gli spazi laterali tra le
travi reticolari di una campata e
dell’altra sono chiusi) e tetti con
forme che permettono accumuli e
ristagni di aria soprastanti le ricariche
(figure 2 e 3).
Per quanto riguarda il secondo
punto, ovvero la valutazione del
naturale ricambio d’aria sopra le
postazioni di ricarica, per quanto
consentito dalle sole volumetrie
del locale, la traccia indicata dalle
norme CEI 21-20 per locali
con ventilazione naturale si segue
con difficoltà. Infatti se volessimo,
con una forzatura, tracciare
un ipotetico volume pari a
2,5 volte Q mc intorno all’area di
ricarica e verificare che tale volume
sia inferiore a quello del locale,
non potremmo certo avere lo
stesso interscambio di aria sostituendo
all’ambiente esterno, con
le sue correnti d’aria, quello costituito
dalla parte restante di capannone
(non dotata di significativi
movimenti dell’aria interna),
che circonda l’ipotetico volume
considerato, questo specialmente
se la parte restante é ben poca
o ha gli spazi molto sfruttati.
A buon senso, comunque, un
fabbricato ampio 5-6 volte il valore
ottenibile per Q espresso in
mc, potrebbe garantire buone
condizioni di sicurezza.
Per ambienti ampi, dove il ricambio
d’aria è ottenuto per il
solo limitato movimento delle
masse interne al fabbricato, si
suggerisce allora di cambiare
l’approccio al problema, calcolando
il volume minimo dell’ambiente
partendo dalle emissioni
di idrogeno ed applicandovi dei
coefficienti di sicurezza.
Si può pertanto fare riferimento
alla seguente formula:
V min = 25 x c x (åi ni x Ii) x E (mc)
dove: Vmin = volume minimo richiesto
all’ambiente (in mc.) per
assicurare l’adeguato ricambio
d’aria sopra le ricariche
25 = c o e fficiente moltiplicativo dovuto
al campo di infiammabilità
dell’idrogeno in aria, che
presenta limite inferiore del
4%; pertanto il volume minimo
di sicurezza deve essere
pari al 4% del volume dell’ambiente
(trascurando le ulteriori
ma irrilevanti diminuzioni del
limite inferiore di infiammabilità,
dovute all’arricchimento in
ossigeno dell’atmosfera
causato dalla dissociazione
elettrolitica dell’acqua distillata),
cioè il coefficiente deve
valere 1/0,04 = 25
c = c o e fficiente di sicurezza (si
assume uguale a 5 per impianti
usuali, e a 10 per impianti
speciali, ad esempio
ubicati in miniere od in presenza
di sostanze infiammabili
o comunque particolari
pericolosità)
åi = riferita alle (i) batterie presenti
in ricarica in loco; è costituita
dalla somma dei prodotti calcolabili
per ciascuna delle (i)
batterie, della corrente di carica
(Ii) per gli elementi (ni) che
la compongono;
ni = numero degli elementi sottoposti
a ricarica per la iesima
batteria (le indicazioni sul numero
degli elementi in ricarica
sono date dal fornitore del
carrello: gli elementi possono
ANTINCENDIO novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
60
Fig. 3
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
variare in un ampio range,
grossomodo tra 12 ed 80 secondo
il tipo di transelevatore;
solitamente si fa riferimento
a batterie da 24 o 36 elementi)
Ii = corrente in ampere associabile
all’intera fase emissiva della
ricarica, per tutta la durata
di questa (circa 3 ore); il valore
è una caratteristica delle
batterie utilizzate e viene indicato
dal costruttore. In mancanza
di dati si può pensare
che un carrello di medio tonnellaggio
utilizza batterie con
capacità nominale sui 700
Ah; dalla capacità si risale al
valore di Ii, associabile alla
fase emissiva, assegnando
ad esso un valore pari a 0,25
per ogni Ah (in realtà Ii varia
con il sistema di carica:
per i sistemi di maggior qualità,
che dosano la corrente in
funzione dello stato di carica,
il surplus di energia che provoca
la dissociazione può ridursi
al 5%; per vecchi sistemi
non automatizzati e suscettibili
delle maggiori dissipazioni
di energia, si può
giungere a percentuali del 35-
40%)
In conclusione, per un calcolo
di massima, in mancanza di
dati precisi, si potrà considerare
per Ii, con suff i c i e n t e
cautela, un valore di 0,25 per
ogni Ah.
E = emissività di vapori di idrogeno
nell’ambiente in fase di
ricarica a fondo (il dato è poco
sensibile alle variazioni
dovute al modello di batteria;
si può pertanto assumere
un’emissività pari a 0,42 lit di
idrogeno in ambiente per ogni
unità di capacità dell’accumulatore,
cioè E = 0,42 lit/Ah;
durante una ricarica infatti si
ha normalmente dissociazione
di 0,34 gr di acqua per ogni
Ah di capacità impegnata, cui
corrispondono 0,42 lit di idrogeno
e 0,22 lit di ossigeno in
emissione; il parametro importante,
ai fini della valutazione
della pericolosità dell’atmosfera,
è la quantità 0,42 lit/Ah di
idrogeno; l’ossigeno può dare
un arricchimento di comburente
nell’aria, ma esso risulta insignificante
(infatti il limite inferiore
di infiammabilità dell’idrogeno
in ambiente a totale presenza
di ossigeno, non varia
di molto, mantenendosi sul
valore del 4% valido anche in
a r i a ) .
Ottenuto Vm i n espresso in mc,
quale volume minimo dell’ambiente
capace di soddisfare le condizioni
di sicurezza, occorre confrontarlo
con il volume del locale in
cui sono ubicate le ricariche.
Ovviamente il volume del locale
andrà valutato senza considerare
gli spazi adiacenti e comunicanti
con esso, se divisi da qualunque
forma di separazione o di
parete; anzi occorrerà considerare
anche gli elementi di disturbo
presenti nel locale, e cioè quelli
che occupano spazi elevati o
fanno in qualche modo da ostacolo
al movimento dell’aria (grandi
scaffalature, elevato sfruttamento
degli spazi, ecc.) apporANTINCENDIO
novembre 1996 61
Figg. 3 e 4
Evitare di installare
le postazioni di ricarica
sotto soppalchi o soffitti bassi
e sotto intradossi delle coperture
che presentano forme tali da consentire accumuli di vapori di idrogeno.
Fig. 4
tando al calcolo del volume minimo
degli opportuni coeff i c i e n t i
correttivi di sicurezza.
Come si vede la valutazione
della sicurezza per le stazioni di
ricarica ubicate in un ambiente
ampio e non ventilato si basa
principalmente su deduzioni e
valutazioni dovute all’esperienza,
e non sono utilizzabili formule a
carattere deterministico, ma nel
calcolo è sempre presente una
certa aleatorietà.
Come esempio operativo possiamo
fare il caso di un capannone
industriale di volumetria interna
pari a 10.000 mc, sufficientemente
alto, con tetto pressoché
piano, che non generi accumuli
localizzati di vapori ascendenti, e
con basso sfruttamento degli
spazi interni.
In esso siano collocate in gruppo
10 postazioni di ricarica batterie
per carrelli elettrici delle seguenti
caratteristiche: 4 di esse
da 24 elementi ciascuna e con
capacità di 700 Ah, e le altre 6
con batterie da 36 elementi e da
500 Ah. Sia il coefficiente di sicurezza
c = 5 e si assumano, come
emissività potenziale di vapori di
idrogeno nell’ambiente il valore
di 0.45 lit per ogni unità di Ah, e
come corrente associabile alla
fase emissiva della carica un valore
pari a 0,3 per ogni Ah, ipotizzando,
a vantaggio della sicurezza,
che tale valore sia sempre
maggiore o uguale a quello relativo
ad ognuna delle batterie presenti.
Allora il volume minimo di sicurezza
sarà come evidenziato nel
seguente riquadro.
Essendo il volume del capannone
pari a 10.000 mc, e pertanto
ben maggiore di Vmin, la verifica
di sicurezza è soddisfatta
anche tralasciando le valutazioni
su eventuali ingombri negli spazi
interni.
Disponendo invece di un locale
per l’effettuazione delle operazioni
di ricarica delle batterie ed intervenendo
con l’installazione di
un impianto di ventilazione forzata,
capace di operare il necessario
ricambio d’aria per la sussistenza
delle condizioni di sicurezza,
allora considerando gli
stessi carrelli dell’esempio precedente,
la portata da assicurare
sarebbe per le norme CEI pari a:
(vedi riquadro in alto).
Il valore di Ii è stato ottenuto
moltiplicando il valore della capacità
nominale per un coefficiente
di 0,05, considerando che la corrente
è riferita alla fase finale di
carica (fig. 2) e pertanto solitamente
assume valori poco inferiori
al 5% (intorno al 4%-
4,5%).
Tale andamento decrescente
della corrente di ricarica nelle
batterie da trazione è dovuto al
sistema di ricarica: il valore del
4% è pertanto spiegato sia dal
fatto che l’energia che finisce in
dissociazione dell’acqua rappresenta
una percentuale dipendente
dalla qualità del sistema di
ricarica, sia dalla corrente erogabile
dal caricabatteria che generalmente
non eccede il valore di
1/5 del valore nominale.
Controllo
dell’impianto elettrico
e dell’illuminazione
Gli impianti elettrici installati nei
locali contenenti ricariche di batterie
di accumulatori al piombo
sono regolati dalle norme CEI
che tuttavia li subordinano, per
importanza come misura preventiva
e per priorità di esecuzione,
alla ventilazione del loc
a l e .
Come per tutti i luoghi nei quali
possono aversi presenze di miscele
gassose, vapori o polveri
esplosive od infiammabili, anche
i locali per ricariche sarebbero
infatti soggetti alle norme CEI
64-2, che prevedono, al fine di
evitare i rischi di esplosione a
causa di gas presenti nell’ambiente,
di realizzare impianti
elettrici in configurazione antideflagrante
(AD-PE).
Le stesse norme CEI però antepongono
l’esecuzione dell’impianto
di ventilazione all’impianto
elettrico del tipo a sicurezza,
e dispongono (CEI 21-20) che:
“… la norma CEI 64-2, che
tratta gli impianti elettrici nei luoghi
con pericolo di esplosione,
subentra solamente nei casi in
cui non sia possibile assicurare
la portata d’aria Q di cui sopra
…” cioè prende in considerazione
gli impianti elettrici nei locali
di carica degli accumulatori solamente
per quei casi in cui, in
detti locali, sia “impossibile” soddisfare
i requisiti di ventilazione
p r e s c r i t t i .
ANTINCENDIO novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
62
Vmin=25x5x(4x24x0,3×700+6x36x0,3×500)(Ah)x0.45 (lit/Ah)=2.956,5 mc
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
Sempre le CEI prevedono poi
che se gli accumulatori sono del
tipo “a vasi aperti”, ovvero privi
di coperchio sulla batteria (cosa
riscontrabile nella maggior parte
dei carrelli elevatori) gli impianti
elettrici devono essere eseguiti
con grado di protezione almeno
pari ad IP 44.
In conclusione, qualora i locali
con le ricariche soddisfano i requisiti
di ventilazione richiesti
dalle CEI 21-20, compreso il sistema
di blocco ricarica in caso
di blocco o guasto della ventilazione,
non si ha la prescrizione
normativa di installare un impianto
elettrico di tipo antideflagrante
(si badi che l’esecuzione
di un impianto antideflagrante
non è una alternativa alla realizzazione
del sistema di ventilazione:
quest’ultimo deve sempre
essere realizzato, salvo quando
sia possibile attivare una ventilazione
naturale.
Se le postazioni di ricarica non
sono ubicate in apposito locale,
allora, verificata l’ampiezza delle
volumetrie, non è richiesto alcun
impianto di tipo antideflagrante;
tuttavia sarebbe consigliabile
eseguirlo su tutta la zona delle
ricariche, valutandola come luogo
di classe C1Z1 ai sensi delle
CEI 64-2 (luogo con presenza di
sostanze in forma di vapori, gas
o nebbie che possono determinare,
con l’aria, atmosfere pericolose
in relazione alle condizioni
di ventilazione dell’ambiente).
Rivelatore di gas
e strumentazioni
di preavviso
dello stato
di potenziale esplosività
Attuando una buona ventilazione
del locale di ricarica batterie
ed eseguendovi gli impianti
elettrici in configurazione antideflagrante
sono ottenute delle
buone misure preventive, capaci
di rendere trascurabili i rischi di
incendio ed esplosione sul posto.
Se sono necessarie ulteriori
misure di prevenzione, a causa
della pericolosità dell’ambiente
(ad es. miniere) od alla “impossibilità”
di intervenire con un sistema
di ventilazione adeguato,
può essere opportuno installare
dei sensori di gas per idrogeno.
Solitamente si tratta di sonde,
per il più generale utilizzo come
rivelatori di gas combustibili, da
installare a filo soffitto essendo
l’idrogeno un gas “leggero”.
Tali sensori possono essere
realizzati su tecnologie ad elementi
catalitici (un filo di platino
è capace di ossidare i vapori di
idrogeno in aria e producendo
calore di ossidazione attiva un
allarme) od a semiconduttore (il
sensore è costituito da una superficie
sensibile al vapore di
idrogeno e attiva l’allarme quando
la concentrazione di gas supera
una fissata soglia) o con altri
meccanismi.
L’impianto di rivelazione di
presenza di idrogeno può essere
tarato su più soglie (solo allarme
locale, allarme remoto, ecc.), ma
deve esistere sempre un dispositivo
tale che, se le concentrazioni
di gas superano una fissata
soglia di pericolosità, siano immediatamente
interrotte le operazioni
di ricarica e sia segnalato
l ’ a l l a r m e .
Divieto
di fumare
La misura preventiva del divieto
di fumare deve essere attuata
nel locale di ricarica e, nel caso
che non si disponga di apposito
locale, in prossimità degli accumulatori
stessi, sopra i cui vasi
aperti sono spesso presenti nebbie
di vapori di idrogeno e acido
solforico (la misura ha pertanto
carattere anche di prevenzione
per il settore dell’antinfortunistica).
Divieto di operazioni
a fiamma libera
Ogni operazione a fiamma libera
deve essere evitata nei locali
di ricarica, se non previa “bonifica”
del locale prima delle operazioni
(intendendo per bonifica
l’allontanamento delle batterie
dal locale prima di lavorarvi e la
ventilazione dell’area, oltre a tutte
le generali misure preventive
da attuarsi sempre in caso di
esecuzione di saldature ed operazioni
similari).
Altrettanto, se le ricariche non
sono ubicate in apposito locale,
non saranno eseguibili saldature
ed altri processi a caldo sulla zona
senza aver adottato prima le
opportune precauzioni.
ANTINCENDIO novembre 1996 63
P = 4 Q1+6 Q2 = 0,05x(4x700x0,05×24+6x500x0,05×36) = 438 mc/h
Divieto di introdurre/installare
nell’ambiente in cui si esegue la
ricarica macchinari, utenze
elettriche corpi caldi, impianti, ecc.
A condizione di soddisfare i requisiti
di ventilazione di cui alle
norme CEI 21-20 si possono installare,
nei locali ospitanti le ricariche
degli accumulatori al
piombo, altre apparecchiature
elettriche, purché posizionate –
come precisano le stesse CEI
21-20 – a distanza superiore di
0,5 m. dalle superfici aperte delle
batterie.
E’ buona norma comunque dedicare
i locali di ricarica esclusivamente
alla loro funzione, non
installando alcun altro impianto o
utenza in essi.
Segnalazioni relative
ai comportamenti
da tenere nei locali
di ricarica
Ogni misura preventiva da attuare
va segnalata con gli appositi
cartelli evidenziatori.
Sulla porta del locale con le
postazioni di ricarica andrà affisso
quindi un cartello con le specifiche
indicazioni sulle misure di
prevenzione obbligatorie e sulle
norme comportamentali (divieto
di fumare, divieto di operazioni a
fiamma libera, non introdurre
corpi caldi, ecc.) e con le istruzioni
di funzionamento e manutenzione.
Mezzi
di protezione
Le stazioni di ricarica delle batterie
non richiedono specifici
mezzi di protezione attiva: il rapporto
tra i costi di realizzazione
dei sistemi attivi ed i benefici apportabili
non è decisamente conveniente.
E’ più opportuno aff idarsi
alle misure di prevenzione:
una buona ventilazione garantisce
a costi contenuti elevati gradi
di sicurezza.
Può essere importante, al contrario
delle protezioni attive, realizzare
degli efficienti sistemi di
protezione passiva, compartimentando
il locale che ospita le
ricariche e dividendolo da ogni
accumulo di materiali combustibili
o da vicini settori produttivi.
La realizzazione di specifici locali
compartimentati di ricarica
consente inoltre di gestire al meglio
la ventilazione degli ambienti:
è molto più sicuro il calcolo del
ricambio d’aria per un impianto di
ventilazione forzata attivo su un
locale ben definito, piuttosto che
la valutazione, espressa con criteri
maggiormente aleatori, del ricambio
naturale d’aria sopra delle
postazioni di ricarica ubicate in
un grande ambiente destinato ad
altri usi.
Si deve dare poi una buona
importanza alla capacità che
hanno le protezioni passive di
circoscrivere l’eventuale danno
al solo locale compartimentato,
evitando il coinvolgimento dei vicini
ambienti di lavoro.
Nel caso di assenza di adeguati
divisori una esplosione locale
potrebbe coinvolgere tutti i
reparti vicini e produrre così più
focolai su più punti circostanti
quello dell’esplosione; cioè secondo
i settori sui quali la forte
energia termica liberata riesce
ad innescare l’incendio.
Questo è il motivo per cui
spesso accade che, a danno avvenuto,
non si riesce ad identificare
nelle operazioni di ricarica
delle batterie l’origine dell’incendio.
Non si riesce cioè a stabilire
la correlazione logica tra la causa
e l’evento, manifestatosi come
un incendio con focolaio di
origine non localizzabile, non
permettendo così di prendere in
considerazione gli inneschi dovuti
a sacche di idrogeno in aria
formatesi nella ricarica.
Pertanto le bassissime percentuali
di incendi attribuiti alle stazioni
di ricarica delle batterie devono
essere incrementate statisticamente
di una certa quota
parte di danni che finiscono nel
cumulo degli eventi dovuti a cause
non accertate.
Bibliografia
A A . V V., Magazzini e Depositi
di Merci; pubblicazioni Concordato
Italiano Incendio; Milano
1989
A A . V V., Norme di prevenzione
infortuni e di igiene del lavoro;
Torino 1990, FIAT Corporate
H. BODE, Lead and acid batteries;
Wiley, 1977
A. Fiumara, Esplosioni e fondamenti
di combustione; atti del
CINEAS – Politecnico Milano,
1992
Colombo, Manuale dell’Ingegnere;
Milano, 1987, ed. Hoepli
Comitato Elettrotecnico Italiano,
Norme CEI 21-20 – Guida per
l’esercizio e la sicurezza di batterie
di accumulatori al piombo per
veicoli elettrici – aprile 1995 –
Comitato Elettrotecnico Italiano,
Norme CEI 21-5 – Batterie al
ANTINCENDIO novembre 1996
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
64
INCENDIO
BATTERIE PER CARRELLI
piombo per trazione: prescrizioni
generali e metodi di prova –
P. Silvestroni, Fondamenti di
chimica; Roma 1982, ed. Veschi

 

0 Comments

Leave a Comment

Login

Welcome! Login in to your account

Remember me Lost your password?

Don't have account. Register

Lost Password

Register

fb_like3

RIMANI SEMPRE AGGIORNATO. METTI UN MI PIACE!

DIVENTA FAN DE ILPOMPIERE.IT SU FACEBOOK