EOLIOS ha analizzato tramite simulazione CFD la dispersione delle particelle di un laboratorio di preparazione paleontologica, ha validato la captazione esistente e ha confrontato diversi dispositivi per proteggere la salute degli operatori.
La competenza di EOLIOS nella simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics) ha permesso di analizzare con precisione i fenomeni di dispersione delle particelle all'interno di un laboratorio di geologia. Grazie a una modellazione 3D realistica e a un approccio scientifico rigoroso, lo studio ha evidenziato le zone a rischio e valutato l'efficacia dei dispositivi di captazione esistenti. Questo approccio ha contribuito a ottimizzare la sicurezza degli operatori e a migliorare durevolmente la qualità dell'aria in un ambiente di lavoro esigente.
L'essenziale. In un laboratorio di preparazione paleontologica parigino, EOLIOS ha simulato in CFD la dispersione delle polveri emesse dalle penne percussore (getto d'aria ≈ 1 m/s). Lo studio valida la cappa esistente (EN 14175) e confronta tre scenari di captazione: sole griglie a parete, aggiunta di bracci di aspirazione mobili, poi protezione frontale alla postazione. La captazione alla sorgente, abbinata a una barriera fisica, riporta le concentrazioni al di sotto delle soglie di rilevamento nelle zone di respirazione.
Nei laboratori di preparazione paleontologica, la qualità dell'aria ambiente svolge un ruolo fondamentale nella preservazione della salute degli operatori. Dietro le manipolazioni scientifiche meticolose, spesso eseguite con utensili meccanici o pneumatici, si cela un fenomeno assai meno visibile ma potenzialmente pericoloso: la diffusione di polveri fini provenienti dai fossili o dalle matrici rocciose.
Come per gli ambienti ospedalieri o farmaceutici, gli spazi di preparazione geologica sono associati a esigenze di filtrazione. Le polveri generate durante la liberazione dei fossili possono infatti rivelarsi abrasive, irritanti, persino tossiche a seconda della loro composizione. Controllarne la dispersione è quindi un imperativo non solo per garantire il comfort di lavoro, ma anche per prevenire ogni rischio sanitario legato a un'esposizione cronica.
Al cuore del processo di liberazione dei fossili, gli utensili impiegati agiscono come potenti vettori di messa in sospensione delle particelle. È in particolare il caso delle penne percussore pneumatiche, impiegate per frammentare delicatamente la roccia attorno ai campioni. Questi utensili generano un flusso d'aria di circa 1 m/s all'uscita, proiettando meccanicamente le polveri verso l'ambiente immediato.
In assenza di una captazione efficace alla sorgente, queste emissioni possono disperdersi liberamente nel volume della sala, attraversando lo spazio di lavoro e raggiungendo le vie respiratorie degli utenti. Questo problema è accentuato dalla presenza di più postazioni in funzione simultanea e da una geometria del locale vincolante, in cui i flussi d'aria possono incontrare ostacoli o creare anelli di ricircolo. Di fronte a questa configurazione, i dispositivi classici di estrazione a parete o di rinnovo generale dell'aria si rivelano spesso insufficienti. Un approccio mirato e localizzato diventa allora necessario.
La captazione alla sorgente aspira gli inquinanti il più vicino possibile al loro punto di emissione, prima che si diffondano nel locale. Un braccio articolato posto a qualche decina di centimetri dal fossile intercetta la polvere molto più efficacemente di un'estrazione generale del locale.
È in questo contesto che si inserisce lo studio condotto da EOLIOS. Si basa sull'uso della simulazione numerica mediante la meccanica dei fluidi (CFD) per analizzare, quantificare e visualizzare i fenomeni di dispersione delle particelle all'interno del laboratorio di geologia. L'obiettivo di questa modellazione è duplice:
Validare le prestazioni di captazione della cappa esistente, verificando che le velocità frontali rispondano ai requisiti normativi (norma EN 14175) e che il confinamento degli inquinanti sia controllato.
Valutare l'efficacia comparata di più configurazioni per il controllo delle polveri generate alle postazioni di lavoro: assenza di captazione mobile, aggiunta di bracci aspiranti e messa in opera di una protezione frontale.
Modellando questi diversi scenari e visualizzando le traiettorie delle particelle emesse, lo studio permette di identificare le zone a rischio, quantificare i volumi impattati dalle polveri e orientare le scelte tecniche verso soluzioni collaudate, pragmatiche ed economicamente sostenibili.
La simulazione numerica mediante meccanica dei fluidi (CFD) si impone oggi come uno strumento indispensabile per il controllo degli ambienti interni complessi. In uno spazio chiuso come un laboratorio di geologia, dove flussi d'aria, ostacoli fisici ed emissioni di particelle interagiscono in permanenza, solo una modellazione tridimensionale precisa permette di comprendere la dinamica reale dell'aria e delle polveri. Questi effetti sono integrati nella modellazione CFD.
L'approccio sviluppato da EOLIOS si basa su una modellazione dettagliata del laboratorio di preparazione paleontologica, integrando le geometrie degli arredi, le caratteristiche tecniche delle attrezzature aerauliche e le sorgenti di emissione delle particelle. Da questa base, scenari rappresentativi sono stati simulati, in regime stazionario, per riprodurre numericamente i comportamenti di flusso e dispersione osservabili in condizioni reali.
Uno scalare passivo è una grandezza trasportata dall'aria senza modificarla, usata per rappresentare numericamente la concentrazione di polvere. Visualizzato tramite iso-superfici e piani di sezione, mostra dove le particelle si accumulano e a quale livello raggiungono le zone di respirazione.
Uno degli obiettivi maggiori di questo studio era visualizzare i diversi scenari e verificare la conformità rispetto alle norme in vigore:
La cappa in funzionamento nominale (basso flusso) e intensivo (flusso massimo), per validare il rispetto delle velocità frontali normative e l'efficacia del confinamento degli inquinanti.
Le griglie di aspirazione a parete, posizionate in fondo alla sala, valutate per la loro capacità di evacuare le particelle diffuse nell'ambiente generale.
I bracci di aspirazione mobili, per stimare la loro efficacia alla sorgente durante le manipolazioni sui fossili.
La presenza o meno di una protezione frontale sulle postazioni, per giudicarne il ruolo nel confinamento locale delle polveri proiettate.
La simulazione CFD permette così di identificare, in ogni punto della sala, le velocità dell'aria, le concentrazioni di polvere (tramite uno scalare di diffusione) e le traiettorie di emissione. Ogni soluzione è analizzata in modo fattuale e quantificata.
Al di là delle semplici velocità dell'aria, la modellazione permette di individuare le zone critiche: ristagno di polvere, anelli di ricircolo, risalite verticali o diffusione trasversale. Questi fenomeni, spesso invisibili a occhio nudo, possono essere all'origine di contaminazioni secondarie o di ricontaminazioni in assenza di un confinamento adeguato. Grazie a questo approccio, diventa possibile anticipare i difetti di progettazione o d'uso, e proporre miglioramenti mirati: riposizionamento dei bracci, regolazione dei flussi o aggiunta di dispositivi passivi come schermi di protezione.
L'esattezza dei risultati CFD si basa anzitutto sulla fedeltà del modello digitale. Per questo studio, il team di EOLIOS ha ricostruito nel dettaglio il laboratorio di preparazione paleontologica a partire dalle planimetrie DWG del sito e dalle schede tecniche delle attrezzature fornite. Ogni elemento che influisce sui flussi è stato integrato: volumi, partizioni, arredi, superfici di lavoro e sistemi di distribuzione ed estrazione. L'ambiente 3D ottenuto costituisce una rappresentazione realistica del laboratorio, in linea con le condizioni d'uso attuali.
Tutti i dispositivi reali di trattamento dell'aria presenti nella sala sono stati modellati:
La cappa, usata per le manipolazioni a rischio, simulata in due configurazioni: a flusso ridotto (frontale abbassato) e a flusso massimo (apertura totale), per valutarne le prestazioni di confinamento.
I diffusori d'aria a soffitto assicurano la mandata di aria nuova. Il loro design permette una diffusione controllata, con un minimo di perturbazione sui flussi locali.
Dodici griglie di aspirazione a parete, disposte su due livelli dietro le postazioni, partecipano all'evacuazione delle particelle residue e compensano l'attivazione o meno della cappa.
Due sistemi mobili di aspirazione a bracci articolati, posizionati il più vicino possibile ai fossili. Svolgono un ruolo essenziale nella captazione alla sorgente.
Infine, per riprodurre fedelmente lo scenario di emissione, una penna percussore che soffia a 1 m/s in continuo è stata modellata in corrispondenza dei fossili, su ciascuna postazione. Questo dispositivo simula il rilascio di polvere durante il trattamento meccanico dei pezzi.
Gli scalari passivi sono stati utilizzati per simulare la concentrazione di particelle nell'aria, con iso-superfici e piani di sezione che permettono di visualizzare la dissipazione o l'accumulo secondo le configurazioni. I risultati permettono una lettura precisa dei fenomeni di dispersione: grazie a una visualizzazione incrociata (piani di velocità, sezioni scalari, iso-superfici e linee di corrente), ogni configurazione è stata analizzata finemente, per identificare le zone a rischio, quantificare l'efficacia dei dispositivi di captazione e orientare le scelte tecniche.
Una cappa è una postazione ventilata che aspira l'aria davanti all'operatore per confinare gli inquinanti. La norma EN 14175 ne fissa i requisiti di prestazione, in particolare le velocità frontali; la CFD ne verifica il rispetto con frontale abbassato come ad apertura totale.
In una prima configurazione, il laboratorio è rappresentato senza alcun sistema di estrazione mobile, dotato solo di griglie di estrazione a parete: è lo stato di origine. I risultati mostrano una dissipazione rapida e incontrollata della polvere non appena emessa. Le particelle generate in corrispondenza dei fossili (modellate da uno scalare passivo) si propagano ampiamente, raggiungendo rapidamente le zone laterali e superiori, in particolare al livello del viso degli operatori (piani a 1,70 m di altezza).
Ricircoli d'aria appaiono nella zona centrale, alimentati dall'interazione tra i flussi immessi dei diffusori e l'architettura interna della sala. Queste zone di ristagno favoriscono l'accumulo di particelle e il loro prolungato mantenimento in sospensione. Le griglie di estrazione a parete, benché distribuite in altezza, mostrano un'efficacia limitata: la maggior parte degli inquinanti segue traiettorie fluttuanti, e diverse iso-superfici a soglie critiche confermano una contaminazione persistente dell'aria ambiente.
L'introduzione di due bracci di aspirazione mobili trasforma radicalmente il quadro aeraulico del laboratorio. Non appena posti sopra le postazioni, si osserva una netta riduzione delle concentrazioni particellari: le particelle vengono captate non appena emesse o pochissimo dopo, limitandone la diffusione. Le linee di corrente mostrano un orientamento immediato dei flussi verso le bocchette di captazione; il percorso delle particelle diventa breve e controllato, gli scalari calano drasticamente e le iso-superfici critiche si ritirano attorno alle zone di emissione.
L'efficacia resta tuttavia condizionata dalla buona posizione dei bracci, che dovrebbero idealmente essere collocati a qualche decina di centimetri dal punto di impatto delle penne percussore. La sensibilità al posizionamento è notevole, e un cattivo allineamento potrebbe ridurre drasticamente le prestazioni.
Per spingersi oltre nell'ottimizzazione del confinamento, una protezione frontale è stata aggiunta alla postazione centrale, con il ruolo di barriera fisica complementare ai sistemi di aspirazione. L'effetto combinato della cupola mobile e della partizione frontale si traduce in un netto miglioramento: le particelle sono non solo captate dal braccio, ma anche intrappolate dal volume ristretto definito dalla partizione. L'aria viziata resta confinata attorno al tavolo e non trabocca più nell'ambiente.
I piani scalari a 1,70 m rivelano una quasi assenza di particelle nelle zone di respirazione; le concentrazioni scendono al di sotto delle soglie di rilevamento sulla maggior parte della sala. Il dispositivo mostra una forte sinergia tra la captazione meccanica e la strutturazione fisica dello spazio: l'aggiunta della protezione trasforma il braccio di aspirazione in un sistema confinato localmente, la cui efficacia si avvicina a quella di una postazione di lavoro incapsulata.
La ricchezza dell'analisi si basa su una combinazione di rappresentazioni grafiche che qualificano sia il comportamento dei flussi sia quello delle particelle in sospensione:
Le sezioni di velocità mostrano la dinamica dei flussi generati dai diffusori, dai sistemi di captazione e dalle aperture.
Le sezioni scalari, in proiezione verticale e orizzontale, visualizzano la distribuzione spaziale delle concentrazioni particellari.
Le iso-superfici identificano i volumi problematici, dove il rischio di contaminazione è più elevato.
Le linee di corrente, avviate dal punto di emissione, illustrano il percorso delle particelle: zone di ristagno, eventuali riflussi ed efficacia di captazione in presenza dei bracci o della protezione.
Questo approccio integrato offre una diagnosi completa e visiva dell'ambiente di lavoro, per validare i dispositivi in opera e formulare raccomandazioni precise (posizionamento delle attrezzature, portate di ventilazione, geometria delle postazioni).
Lo studio CFD condotto da EOLIOS offre un quadro preciso e operativo sui fenomeni di esposizione alle polveri legati alle operazioni di liberazione dei fossili. Grazie a una modellazione realistica dell'ambiente, delle attrezzature e delle emissioni, i risultati permettono di validare i dispositivi esistenti, individuare i punti deboli del sistema e proporre aggiustamenti concreti per rafforzare la sicurezza degli operatori. La CFD si impone come un vero e proprio strumento di supporto alle decisioni: valida le attrezzature, anticipa i difetti di disposizione, dimensionamento o uso e, rendendo visibili i flussi, trasforma la prevenzione in azione concreta.
Da ricordare. L'estrazione generale di un locale non protegge l'operatore dalla nuvola emessa a 30 cm dal suo viso: solo la captazione alla sorgente, ben posizionata e completata da una barriera fisica, fa scendere la concentrazione là dove si respira.
Al di là dell'analisi puntuale, questo studio si inscrive in un approccio più ampio: quello di un'ingegneria della salute e della performance. Identificando le leve di miglioramento, proponendo soluzioni semplici e oggettivandone l'efficacia, la simulazione permette di ottimizzare gli ambienti di lavoro mettendo al tempo stesso in sicurezza gli operatori. Per gli stabilimenti scientifici, industriali od ospedalieri, diventa uno strumento strategico: ridurre l'esposizione alle polveri alla sorgente, controllare i flussi e progettare spazi sicuri, adatti alle esigenze di domani.
Competenza: qualità dell'aria & sicurezza degli operatori in laboratorioEmissione delle polveri, captazione alla sorgente e protezione degli operatori in un laboratorio di paleontologia.
Dalla liberazione dei fossili: le penne percussore pneumatiche frammentano la roccia e producono un getto d'aria di circa 1 m/s che proietta polveri fini, talvolta abrasive o tossiche, verso l'ambiente immediato dell'operatore. Una sfida simile è stata trattata nel nostro progetto laboratorio farmaceutico, polveri.
Perché intercetta le particelle non appena emesse, prima che raggiungano le vie respiratorie. Senza braccio di aspirazione vicino al punto di impatto, le sole griglie a parete lasciano la polvere disperdersi e ricircolare nel locale.
È la norma delle cappe da laboratorio. La CFD verifica che le velocità frontali e il confinamento rispettino i suoi requisiti, con frontale abbassato come ad apertura totale, per garantire la protezione dell'operatore.
Aggiunge una barriera fisica: il braccio di aspirazione capta e il volume ristretto intrappola il resto. I piani ad altezza di respirazione (1,70 m) mostrano allora una quasi assenza di particelle, la postazione si comporta come incapsulata.
La CFD fornisce, in ogni punto del locale, le velocità dell'aria, le concentrazioni e le traiettorie, rivelando ristagni, ricircoli e risalite verticali invisibili all'occhio. Permette anche di confrontare i dispositivi prima di qualsiasi acquisto.
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Lo studio CFD ha permesso di validare le prestazioni della cappa e dei sistemi di estrazione, confrontando al tempo stesso diverse configurazioni di captazione — dall’assenza di bracci mobili all’aggiunta di una protezione frontale. I risultati hanno rivelato le zone di ricircolo e di accumulo e hanno dimostrato l’importanza del posizionamento preciso dei dispositivi di estrazione. Le ottimizzazioni proposte (portate, geometria delle postazioni) consentono una riduzione significativa delle concentrazioni di polvere nelle zone di respirazione, mettendo durevolmente in sicurezza l’ambiente di lavoro.
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