Il modo di protezione ‘Ex d’: i giunti a prova di esplosione

I giunti a prova d’esplosione sono uno degli aspetti basilari della protezione offerta da un’apparecchiatura o da una custodia antideflagrante. Per questo comprendere la loro funzione è propedeutico ad un corretto utilizzo e ad una giusta manutenzione di tutti i dispositivi elettrici che adottano questo modo di protezione.


di Andrea Battauz, R&D Project Engineer di Cortem Group

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Premessa


Una caratteristica tipica delle apparecchiature con modo di protezione ‘Ex d’ è la presenza dei giunti a prova di esplosione. 

Le custodie antideflagranti hanno la necessità di essere aperte, inizialmente per l’installazione dei componenti al loro interno e periodicamente per la manutenzione ordinaria o straordinaria. Sono quindi provviste di coperchi o sportelli. In altre situazioni vi sono parti mobili che intersecano la custodia antideflagrante. Pensiamo ad un albero di un motore elettrico o alle leve/pulsanti che attuano l’apertura e la chiusura degli interruttori all’interno dei quadri. In entrambe le situazioni la custodia antideflagrante è composta da più componenti che assemblati tra loro devono garantire il mantenimento del modo di protezione ‘Ex d’. 

Le superfici lungo le quali questi componenti sono in contatto hanno un gioco garantito e specifico. Attraverso questi interstizi, infatti, bisogna garantire che l’eventuale esplosione interna alla custodia antideflagrante non sia in grado di innescare l’atmosfera esterna.

Vengono, quindi, definite giunto a prova di esplosione le superfici corrispondenti di contatto di due parti di una custodia, attraverso i cui interstizi si arresta la propagazione di una esplosione interna alla custodia verso l’atmosfera esplosiva circostante.

Nella Figura 1 qui sopra un esempio di uscita dei GAS combusti da un giunto flangiato (EJB-3). 

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I giunti a prova di esplosione più diffusi e il legame con il gruppo di gas dell’apparecchio


I giunti a prova di esplosione più diffusi hanno forma cilindrica, filettata o flangiata [1]. Si trovano nei piani di contatto tra corpi e coperchi, nei filetti dei coperchi filettati, nelle superfici cilindriche dei giunti cilindrici. I giunti flangiati ed i giunti cilindrici sono provvisti di viti di fissaggio, mentre i giunti filettati sono fissati con lo stesso filetto che costituisce il giunto. In quest’ultimo caso vi è un grano di fissaggio con funzione di anti-allentamento.

Come si evince dalla figura 2 qui sopra, esiste un legame tra il tipo di giunto a prova di esplosione e il gruppo di gas dell’apparecchio. I giunti flangiati, infatti, sono messi in crisi quando devono trattenere il passaggio di fiamma di gas come l’idrogeno e soprattutto l’acetilene. Per questo motivo un sito con presenza di gas classificati come IIC ha sempre necessitato di apparecchiature con giunti a prova di esplosione filettati o cilindrici e di conseguenza di apparecchi contenuti in custodie tonde o quadrate. Solo di recente nuovi tipi di giunti ottenuti con speciali lavorazioni meccaniche hanno permesso la creazione di custodie rettangolari idonee al gruppo di gas IIC [2].

In figura 2 si nota anche come le custodie con giunto piano flangiato possano essere certificate per il gruppo IIB+H2. In questo caso, il loro utilizzo è esteso agli ambienti con presenza di idrogeno, una situazione di non secondaria importanza se pensiamo che l’idrogeno viene prodotto, ad esempio, nei punti di ricarica delle batterie dei muletti. 


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Figura 3: sezione di una custodia con coperchio dotato di giunto cilindrico ed in rosso il percorso seguito dai gas combusti


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Figura 4: in colore giallo il giunto a prova di esplosione flangiato di una EJB-3 Cortem

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Il principio di funzionamento


Il concetto alla base del modo di protezione ‘Ex d’ è che un’esplosione interna al dispositivo antideflagrante possa avvenire, ma venga contenuta senza innescare i gas esterni. La funzione del giunto a prova di esplosione è quella di far sì che i gas residui dell’esplosione non siano in grado di innescare l’atmosfera esterna alla custodia antideflagrante. 

Come visibile in figura 5 qui sopra, l’esplosione produce gas caldi all’interno della custodia antideflagrante. I getti di gas caldi che ne conseguono si espandono attraverso i giunti di laminazione, nel far questo la loro temperatura diminuisce considerevolmente. Durante questo passaggio, infatti, l’energia rilasciata dall’esplosione si converte nell’energia cinetica dei gas uscenti. [3]

Per far sì che questo processo avvenga nella maniera prevista, le lunghezze e le tolleranze dei giunti devono essere ben determinate così come la rugosità superficiale. La normativa IEC/EN 60079-1 riporta specifiche tabelle a questo scopo.

Nei giunti flangiati come quelli di Figura 5, i gas combusti fuoriescono per una certa distanza dalla superficie piana della flangia, potendo così incontrare sul loro percorso ostacoli rigidi quali strutture di sostegno, pareti, tubazioni ecc... Questo fatto è stato recepito nella normativa impiantistica con l’imposizione di una distanza minima tra un giunto piano flangiato ed un ostacolo rigido in funzione del gruppo di GAS presente nel sito di installazione (Tabella 1).


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Tabella 1: distanza minima tra giunto piano ed ostacoli rigidi in funzione del Gruppo di GAS [4]


Altro aspetto da non sottovalutare è la coppia di serraggio delle viti di fissaggio dei coperchi flangiati o dei giunti cilindrici. È necessario che tali viti siano serrate con la corretta coppia indicata dal costruttore nel libretto d’uso e manutenzione. Infatti, quando avviene l’esplosione i gas fuoriescono da tutti i percorsi o le aperture presenti e gli interstizi mutano in conseguenza delle forti pressioni che vengono esercitate sulle pareti della custodia aumentando la luce di passaggio attraverso la quale i gas fuoriescono, come rappresentato graficamente nella Figura 6. [5]

Quando invece sono presenti coperchi o elementi con giunto di laminazione filettato, il percorso del gas si sviluppa nella spirale della loro filettatura, in questo caso è obbligatorio che il componente sia serrato a fondo garantendo almeno cinque filetti in presa.



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Figura 6: giunto piano durante l’esplosione

La protezione dei giunti di laminazione

Durante le operazioni di manutenzione per la pulizia dei giunti piani flangiati devono essere usate spazzole non metalliche e liquidi detergenti che non corrodono. [6]

Sui giunti è previsto e caldeggiato dalla normativa l’uso del grasso con diverse finalità. L’utilizzo del grasso in fase di assemblaggio può prevenire il grippaggio nei giunti cilindrici e nei giunti filettati facilitando l’accoppiamento, essendo sempre realizzati con giochi stretti. In fase di assemblaggio o manutenzione alle superfici dei giunti può essere applicata vaselina o sapone addensato con oli minerali per proteggere dalla corrosione.

Di solito nella scelta del detergente e del grasso la documentazione del fabbricante viene in aiuto. Qualora non ci fossero indicazioni in merito, allora il grasso, se applicato, deve essere di tipo che non indurisce a causa dell’invecchiamento, privo di solventi che evaporino e non corrosivo delle facce del giunto. [7]

Conclusioni

I giunti a prova d’esplosione rappresentano un aspetto basilare della protezione offerta da un’apparecchiatura o da una custodia antideflagrante. Per questo comprendere la loro funzione è propedeutico ad un corretto utilizzo e ad una giusta manutenzione di tutti i dispositivi elettrici che adottano questo modo di protezione.

Note e riferimenti bibliografici 

[1]oltre alle tre tipologie di giunto citate vi sono: i giunti conici, i giunti con superfici cilindriche parziali, i giunti a labirinto, i giunti seghettati ed i giunti a tratti multipli, in questo articolo ci limitiamo a considerare quelle di maggior uso.

[2] Leggi l'articolo Cortem: L’evoluzione dei giunti a prova di esplosione 2017

[3]Sì è osservato che la tipologia del materiale della custodia non incide sulla diminuzione della temperatura dei gas in uscita, è sbagliato quindi pensare che i gas residui cedano calore alla custodia. La diminuzione della temperatura avviene per fenomeni simili a quelli di un ugello di un razzo. Explosion protection – Heinrich Groh 2004 6.8.1 pag. 236 

[4]CEI EN 60079-14 – Tabella 13

[5]NEC: National Electrical Code Handbook 501.3

[6]CEI EN 60079-17:2015-03 par. 5.1

[7]CEI EN 60079-14:2015-04 par. 14.3

Data pubblicazione: 10-01-2022

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