Perché le tenute dei condotti ermetiche all’aria e ai gas sono importanti?
In questo documento viene spiegata l'importanza di sigillare condotti e tubi per interrompere il flusso di aria e gas potenzialmente pericolosi. Vengono inoltre illustrati alcuni metodi per testare la tenuta all'aria o al gas di una sigillatura.
La sicurezza dovrebbe essere l’obiettivo primario di una strategia di sigillatura efficace. Per questo motivo, la strategia di sigillatura dovrebbe prevedere che i condotti elettrici e di comunicazione abbiano tutti gli accessi sigillati, per limitare l’ingresso negli edifici di gas pericolosi come monossido di carbonio, metano e idrocarburi volatili. Nelle aree in cui è presente metano nel sottosuolo la sigillatura è addirittura obbligatoria.
Il monossido di carbonio è un gas tossico e combustibile che si genera durante la decomposizione anaerobica dell’isolamento dei cavi, nonché da altre fonti. Ci sono casi in cui le elevate concentrazioni hanno costretto all’evacuazione di interi edifici. Il monossido di carbonio, che è un gas letale, ha un ampio intervallo di infiammabilità e favorisce i fenomeni di combustione.
Un buon protocollo di sigillatura dei condotti migliora la qualità dell’aria interna. Le tenute dei condotti impediscono agli allergeni e ad altri agenti chimici e inquinanti esterni di penetrare negli edifici. Questi irritanti invisibili, ma persistenti, possono rendere la vita impossibile e, col tempo, causare problemi di salute a lungo termine.
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Cosa dicono le norme?
La sezione 322.B.4 del Codice nazionale di sicurezza elettrica (NESC) afferma:
La parte di condotto installata attraverso una parete esterna, un pavimento o un tetto di un edificio deve essere dotata di tenute all’interno del condotto e di tenute esterne sulla superficie esterna del condotto nel punto di ingresso nell’edificio, allo scopo di limitare la probabilità di ingresso di gas nell’edificio. L’uso di tenute può essere integrato da dispositivi di sfiato del gas per ridurre al minimo l’accumulo di pressioni positive del gas nel condotto.
Mentre molti codici elettrici descrivono la sigillatura di condotti o delle canaline contro l’umidità, il NESC è specifico sulla sigillatura dei gas per motivi di sicurezza. L’idea è quella di impedire all’aria e al gas di passare dall’esterno all’interno dell’edificio e da una stanza all’altra.
Quanta pressione del gas deve reggere una tenuta?
I gas sono composti da piccole molecole, in continuo movimento. Queste molecole continuano a muoversi e a scontrarsi tra loro. A causa dell’aumento della pressione, nello stesso spazio si muovono sempre più molecole. Queste molecole esercitano una forza repulsiva e si spingono l’una contro l’altra. Il gas si espande costantemente fino a riempire un volume. Se ne ha la possibilità, il gas si espanderà e fluirà attraverso un condotto all’interno di un edificio. Quindi anche una piccola differenza di pressione può avere una forza notevole. L’aria è solo un tipo di miscela di gas, ma è l’esempio più pratico di questo fenomeno. Un buon esempio di questa forza è quello della cupola. Per mantenere la cupola in posizione, la pressione dell’aria interna deve essere solo leggermente superiore a quella esterna, con una differenza di 0,0036 psi (0,00025 bar).
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La differenza di pressione tra l’atmosfera esterna e quella interna dell’edificio è minima. Per essere efficace, la tenuta dell’edificio non deve sostenere una pressione differenziale elevata
. Per essere a tenuta di gas, la tenuta deve semplicemente trattenere completamente il gas (aria), senza punti di perdita.
Come si fa a sapere quando una sigillatura è ermetica e a tenuta di gas?
La prova della pressione pneumatica è simile alla prova idrostatica e rappresenta un buon metodo per verificare la tenuta del gas. Le prove idrostatiche vengono eseguite per testare gli elevati livelli di pressione idraulica che possono verificarsi nei sistemi sotterranei. La configurazione per il test pneumatico è la stessa, tranne per il fatto che l’acqua viene eliminata. La pressione dell’aria (o di altri gas) viene esercitata direttamente contro la tenuta.
In questo sistema, viene completata la sigillatura del condotto e viene aggiunta e misurata la pressione del gas mediante un manometro di controllo. La perdita di gas può essere rilevata tramite la perdita di pressione sul lato pressurizzato della tenuta oppure rilevando il flusso di gas mediante un manometro attraverso l’altra estremità della tenuta. È possibile rilevare il flusso di gas con un palloncino o la presenza di bolle di gas tenendo il sistema immerso sott’acqua.
Le tenute dei condotti ben progettate sono in grado di reggere una pressione considerevole. Di seguito sono riportati i risultati dei diversi test.
Tenuta in polimero a celle chiuse
Le tenute dei condotti ben progettate sono in grado di reggere una pressione considerevole. Di seguito sono riportati i risultati dei diversi test.
Tenuta meccanica
I risultati dei test dimostrano che si tratta di tenute resistenti che resistono ad alte pressioni. La pressione degli pneumatici delle automobili è solitamente compresa tra 32 e 35 psi e queste tenute speciali per condotti possono reggere una forza simile. Si tratta di un valore molto più elevato di quello solitamente necessario per creare una tenuta stagna del condotto secondo le prescrizioni del codice.
Flusso d’aria rispetto a pressione dell’aria
A volte l’obiettivo è quello di ridurre al minimo il passaggio del gas, consentendone però una certa fuoriuscita. In questo caso è opportuno verificare il flusso del gas attraverso la tenuta.
La pressione dell’aria è la misura della forza applicata a una superficie. Nei test di tenuta pneumatica, la tenuta è sottoposta alla pressione del gas misurata in forza per area: psi (lb per in.2) o bar (106 dine per cm2). Se è necessario sfiatare la tenuta, la misurazione del flusso di gas diventa interessante. Il flusso è la misura del volume del gas nel tempo. La portata si misura in scfm (piedi cubi standard al minuto) o m3/min (metri cubi al minuto).
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Restrizione e misurazione del flusso d’aria
Se la tenuta richiede una funzione di sfiato del gas, è possibile misurare le variazioni della portata d’aria. È stato sviluppato un apparato di prova utilizzando una fonte di aria compressa con pressione regolabile che porta a una tenuta del condotto su un’estremità. Un misuratore di portata è collegato all’altro lato del condotto per misurare la portata standard.
La pressione dell’aria in ingresso può essere variata da 5 a 30 psi (da 0,3 a 2 bar) con incrementi di 5 psi (0,34 bar) e il flusso d’aria risultante viene registrato.
In questa prova è stata utilizzata una sezione vuota di condotto da 2 in. (50 mm) per registrare una portata di base. Tutti i test sono stati eseguiti utilizzando un condotto delle stesse dimensioni, da 2 in. (50 mm). È stata installata una tenuta ermetica con un tubo da ¼ in. (6,4 mm) per limitare il flusso d’aria ma consentire comunque una certa ventilazione.
Inoltre, sono state testate schiume a celle aperte. La struttura cellulare in questo polimero consente il passaggio di una certa quantità di gas e acqua sotto pressione. Questi tipi di schiume vengono talvolta utilizzati per limitare o filtrare le particelle di acqua o aria. Nel condotto sono state installate due diverse profondità di tenute in schiuma a celle aperte. I dati sono visibili nel grafico 1.
Grafico 1: Flusso d’aria rispetto a pressione dell’aria per diverse tenute di restrizione
A una pressione più elevata corrisponde un flusso maggiore. È possibile limitare ulteriormente il flusso riducendo il diametro del tubo all’interno della tenuta chiusa. È anche possibile utilizzare speciali tecnologie polimeriche a celle aperte per limitare il flusso d’aria. In questo caso il flusso può essere limitato sia dalla progettazione del materiale sia dalla profondità della tenuta.
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La scienza della sigillatura
Esistono soluzioni per sigillare i gas e resistere alle alte pressioni. È anche possibile progettare elementi di flusso nella tenuta. Definisci quali sono le tue esigenze. Quali sono i problemi di sicurezza? Quali tipi di gas sono presenti? Quanta pressione bisogna reggere? Una volta deciso di installare una tenuta, accertati di utilizzare la soluzione sigillante appropriata. Studiare la progettazione ed esaminare i risultati dei test.