La cappa da laboratorio e il suo contesto normativo
EOLIOS esegue le pre-qualifiche in fase di progettazione delle tue cappe oltre ai test di confinamento, tramite modellazione CFD.
Controllo
- Controllo della contaminazione
- Dispersione di inquinanti & gas
- Progettazione dei locali di laboratorio
Analizzare
- Scenari critici di guasto
- Flussi di bypass & ricircolo
- Distribuzione dell’aria & raffrescamento
Ottimizzare
- Disposizione precisa delle griglie
- Ottimizzazione del comfort termico
- Set point di trattamento dell’aria
Contesto
La cappa da laboratorio è un sistema di protezione locale, impiegato ovunque vengano manipolate sostanze pericolose. La sua missione è limitare l’esposizione umana alle sostanze nocive captando e rimuovendo i vapori tossici e le polveri volatili generati nel suo vano, grazie a un flusso di estrazione dell’aria. Per mantenere le loro prestazioni nel tempo, le cappe sono soggette a controlli periodici.
La legislazione francese in vigore
La valutazione del funzionamento delle cappe è disciplinata dalla norma europea EN 14175, che dettaglia la metodologia per valutarne le prestazioni durante i test di qualifica, di accettazione o di routine. Durante un controllo si eseguono prove di velocità frontale dell’aria all’apertura della cappa mediante anemometria a filo caldo; si effettua un test di confinamento con gas tracciante SF6, oltre a una visualizzazione qualitativa del flusso con il fumo.
Normativa precedente: la norma XP X 15-203
In Francia, per le cappe installate prima del 2006, i controlli dovevano rispettare la norma francese XP X 15-203, che fissava le soglie di velocità frontale e i livelli di confinamento:
- Velocità frontale: 0,4 m/s;
- Confinamento: concentrazione di gas tracciante sul piano di apertura inferiore a 0,1 ppm in ogni punto.
La norma EN 14175: nuovi parametri di prova aeraulica
I valori di soglia da rispettare
- Velocità frontale: nessun valore di soglia nella norma, ma 0,4 m/s in Francia;
- Confinamento: nessuna soglia nella norma, ma la norma francese XP X 15-206, sviluppata come complemento, fissa 0,1 ppm per la concentrazione media di gas tracciante SF6 (esafluoruro di zolfo);
- un numero molto più elevato di parametri testati.
I controlli obbligatori
- Portata d’aria estratta: misurata nel condotto di estrazione per verificare le caratteristiche aerauliche e fungere da riferimento per i controlli futuri;
- Velocità frontale: misurata per anemometria termica, valori di riferimento per i controlli periodici.
Confinamento: la misura di tracciamento con SF6
Il principio del test di confinamento con gas SF6 si svolge in tre fasi:
- generare gas tracciante SF6 in punti specifici all’interno del volume di lavoro;
- campionare l’aria in vari punti, sul piano di apertura della cappa;
- misurare la concentrazione di SF6 per quantificare la fuga di sostanze verso il personale.
Per la norma NF EN 14175, il numero di punti di misura dipende dalla larghezza della cappa; la sua parte 3 specifica il calcolo delle posizioni di prova. Durante i test, il frontale scorrevole è aperto a 500 mm.
Modellazione CFD di laboratori e camere bianche
Comprensione globale dei fenomeni termoaeraulici
Le simulazioni contribuiscono a una migliore comprensione delle problematiche per sviluppare soluzioni tecniche pertinenti fin dalla fase di progettazione. I laboratori possono essere simulati nella loro interezza, consentendo l’analisi simultanea dell’impatto di numerosi fenomeni. Lo studio CFD di qualifica delle cappe evidenzia in particolare la presenza di flussi d’aria parassiti che disturbano l’apertura della cappa.
Progetto: simulazione CFD di un laboratorio dotato di cappe
Progettazione di locali di laboratorio e camere bianche
All’inizio della progettazione, moltiplicare i prototipi sperimentali diventa rapidamente costoso e dispendioso in termini di tempo. La simulazione CFD permette di testare un gran numero di prototipi in breve tempo, per raccogliere rapidamente le informazioni necessarie all’ottimizzazione dei sistemi e al posizionamento delle cappe.
La CFD: un nuovo protocollo di progettazione
La simulazione dà accesso a numerosi parametri difficili da misurare sperimentalmente: fornisce istantaneamente dati in ogni punto, anziché in modo localizzato. Ciò consente di individuare con precisione le fughe durante il confinamento. Integrare la CFD nei tuoi protocolli significa aggiungere uno sguardo esperto alla ricerca delle soluzioni: la qualifica delle cappe diventa così più affidabile e più rapida.
Un metodo CFD per la qualifica delle cappe
Modellazione aeraulica
Per una misura spaziale istantanea della velocità dell’aria, ricorriamo alla meccanica dei fluidi di precisione. I flussi coinvolti sono governati dalle equazioni differenziali alle derivate parziali di Navier-Stokes; insolubili analiticamente, vengono risolte numericamente con il metodo degli elementi finiti, che fornisce la soluzione più prossima possibile. Questa risoluzione richiede di conoscere in anticipo le condizioni di ingresso e uscita — le portate di mandata, ripresa ed estrazione delle cappe —, specificate come ipotesi e necessariamente verificate affinché le conclusioni siano valide.
Misura numerica del confinamento
Durante la qualifica, è imperativo controllare il tasso di fuga degli agenti inquinanti per non contaminare l’utente. Per modellare questo agente, utilizziamo vari metodi di simulazione di un gas tracciante al fine di garantire una precisione fine e risultati affidabili.
Validazione numerica della qualifica
Per verificare la conformità del confinamento alla norma, modelliamo la diffusione del tracciante nella cappa in regime stazionario. Un metodo a iso-volume conferma poi che tutto il tracciante è effettivamente contenuto all’interno del vano alla scala regolamentare: se il risultato è verificato, la cappa soddisfa le condizioni di confinamento imposte dalla legislazione.