Valore Kst

Definizione

Il valore Kst – noto anche come costante di esplosione delle polveri, K-polvere, indice di deflagrazione o indice specifico di esplosione – è un parametro di sicurezza che caratterizza il comportamento all’esplosione delle polveri combustibili in sistemi chiusi. Esso descrive la velocità massima di aumento della pressione nel tempo di un’esplosione di polveri, normalizzata su un volume di prova di 1 m³. L’unità di misura è bar·m/s.

Il valore Kst viene calcolato in base alla cosiddetta legge cubica:

Kst = (dp/dt)max × V^(1/3)

In questo contesto, (dp/dt)max è la velocità massima di aumento della pressione in bar/s e V è il volume del recipiente di prova in m³. Il valore Kst è quindi un parametro indipendente dal volume, specifico per la polvere e per la procedura di prova, che, insieme alla sovrapressione massima di esplosione pmax, descrive il comportamento reattivo di una polvere.

Determinazione del valore Kst

Il valore Kst viene determinato in condizioni standardizzate, in genere secondo le norme ISO 6184-1, VDI 3673 e VDI 2263.

I contenitori di prova più comuni sono la sfera da 20 litri e il contenitore da 1 m³. In sintesi, la procedura prevede:

• Dispersione di una miscela definita di polvere e aria nel contenitore
• Accensione tramite un innesco chimico o una scintilla con energia prestabilita, tipicamente 10 kJ
• Misurazione dell'andamento della pressione e determinazione di (dp/dt)max

• Calcolo del valore Kst secondo la legge cubica; il valore massimo rilevato è considerato il valore Kst specifico della sostanza

   

Classificazione in classi di esplosività delle polveri

In base al valore Kst, le polveri infiammabili vengono classificate in classi di esplosività delle polveri (classi St):

Un valore Kst più elevato comporta un aumento più rapido della pressione e, di conseguenza, un’esplosione più violenta e pericolosa. Mentre il valore Kst è il parametro misurabile, le classi St raggruppano i valori in intervalli di progettazione; le conseguenze tecniche per la progettazione strutturale e le misure di protezione sono descritte nella voce relativa alle classi di esplosività delle polveri da St1 a St3.

Caratteristiche principali e fattori determinanti

Parametro specifico del materiale

Ogni polvere infiammabile ha un valore Kst specifico. Esso dipende da:

• composizione chimica
• Dimensione delle particelle – le polveri più fini presentano solitamente un valore Kst più elevato
• Contenuto di umidità
• Concentrazione di polvere
• Turbolenze nel sistema
• Energia di accensione

Indipendenza dal volume

Grazie alla relazione (dp/dt)max × V^(1/3) = costante, il valore Kst è applicabile a contenitori di qualsiasi volume ed è quindi adatto alla progettazione di impianti reali.

Relazione con pmax

Mentre pmax indica la pressione massima di esplosione, il valore Kst indica la velocità con cui tale pressione si accumula. Queste due grandezze costituiscono insieme la base per il calcolo e la progettazione delle misure strutturali di protezione contro le esplosioni, quali lo scarico della pressione e la resistenza agli urti di pressione.

Significato pratico nella tecnica mista

Nella lavorazione di polveri e materiali sfusi, durante la miscelazione si formano nubi di polvere sospese in aria con concentrazioni potenzialmente esplosive. Il valore Kst è quindi un parametro fondamentale per la progettazione in materia di sicurezza e per il funzionamento conforme alla direttiva ATEX di tali impianti.

Progettazione del serbatoio di miscelazione

Il valore Kst dei prodotti lavorati determina se un miscelatore debba essere progettato per resistere alla pressione, agli sbalzi di pressione o se debba essere dotato di dispositivi di scarico della pressione, come i dischi di rottura. Maggiore è il valore Kst, più rapidamente aumenta la pressione in caso di esplosione e più elevati sono i requisiti in termini di resistenza o di superfici di scarico del serbatoio.

Dimensionamento delle misure di protezione

• Scarico della pressione: le dimensioni della superficie di scarico e la pressione di risposta vengono calcolate principalmente sulla base di Kst e pmax.
• Soppressione delle esplosioni: la quantità di agente estinguente, la disposizione degli ugelli e il tempo di reazione dipendono dalla velocità prevista di aumento della pressione.
• Disaccoppiamento antiesplosione: il valore Kst viene preso in considerazione nella scelta e nella progettazione di dispositivi di disaccoppiamento adeguati per le condutture di alimentazione e di scarico.

Progettazione dei processi e inertizzazione

Per via della loro struttura, i miscelatori generano spesso nuvole di polvere nello spazio superiore del serbatoio. Per i prodotti con valori Kst di classe St 2 o St 3 è opportuno adottare misure aggiuntive:

• Inertizzazione, ad esempio il funzionamento in atmosfera di azoto, per ridurre il tenore di ossigeno al di sotto del limite di infiammabilità
• Scarico della pressione e soppressione delle esplosioni
• Ottimizzazione dei processi di riempimento e svuotamento per ridurre al minimo la formazione di polvere
• Controllo delle fonti di accensione in presenza di superfici calde, scintille e cariche elettrostatiche

Cambiamenti di prodotto e modifiche alle formulazioni

Se in un impianto vengono lavorati prodotti o formulazioni diversi, il miscelatore deve essere sempre dimensionato in base al prodotto più pericoloso, con il valore Kst e il pmax più elevati. Eventuali modifiche al portafoglio prodotti o al grado di finezza costituiscono un motivo per rivedere il piano di protezione contro le esplosioni esistente. Poiché il valore Kst dipende fortemente dalla dimensione delle particelle e dall’umidità, anche il semplice passaggio da granulato a polvere finissima della stessa sostanza può modificare significativamente la classe di esplosività.

Valori Kst indicativi di prodotti tipici

I valori riportati di seguito sono indicativi e possono variare a seconda della qualità del prodotto, della distribuzione delle particelle e dell’umidità. Per la definizione delle misure di protezione sono necessari i valori del materiale originale determinati mediante analisi di laboratorio.

Note pratiche e consigli degli esperti

• Non utilizzare valori generici riportati in letteratura: i dati riportati in letteratura sono solo indicativi. Per un'interpretazione vincolante delle misure di protezione contro le esplosioni, è necessario eseguire sempre prove specifiche per la sostanza e il processo produttivo presso laboratori certificati.
• Lo stato del materiale è determinante: una polvere fine può presentare un valore Kst nettamente superiore rispetto a un granulato più grossolano dello stesso materiale. Anche lievi variazioni nel contenuto di umidità o nella composizione possono influenzare in modo significativo i parametri di esplosività.
• Verificare separatamente le miscele ibride: se sono presenti gas, vapori o solventi infiammabili, i valori caratteristici della polvere pura non sono più significativi.
• Valutazione dei rischi a regola d'arte: la progettazione, la definizione e la valutazione delle misure di protezione contro le esplosioni, compresa la conformità alle norme ATEX, dovrebbero sempre essere effettuate da personale specializzato e qualificato sulla base di una valutazione dei rischi completa.