ISU Extension Pub # AEN-175
Autore: Thomas H. Greiner, ingegnere agricolo di estensione
Dipartimento di ingegneria agricola e dei biosistemi, Iowa State University.
Settembre, 1997
AVVELENAMENTO DA MONOSSIDO DI CARBONIO
Controllo della combustione completa
I combustibili fossili contengono carbonio (C) e idrogeno (H). Durante la combustione completa il carbonio e l’idrogeno si combinano con l’ossigeno (O2) per produrre anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O). Durante la combustione incompleta parte del carbonio non è completamente ossidato producendo fuliggine o monossido di carbonio (CO). La combustione incompleta utilizza il combustibile in modo inefficiente e il monossido di carbonio prodotto è un pericolo per la salute.
Una fiamma di gas progettata, regolata e mantenuta correttamente produce solo piccole quantità di monossido di carbonio, con 400 parti per milione (ppm) che è il massimo consentito nei prodotti di combustione. La maggior parte dei bruciatori produce molto meno, tra 0 e 50 ppm. Durante la combustione incompleta, le concentrazioni di monossido di carbonio possono raggiungere livelli superiori a 7.000 ppm. Anche una piccola quantità di fuoriuscita in strutture occupate da apparecchi che producono grandi quantità di CO è un rischio per la salute e può essere una minaccia per la vita.
La combustione incompleta si verifica a causa di:
* Insufficiente miscelazione di aria e combustibile.
* Insufficiente fornitura di aria alla fiamma.
* Tempo insufficiente per bruciare.
* Raffreddamento della temperatura della fiamma prima che la combustione sia completa.
Le ragioni tipiche della combustione incompleta negli apparecchi di riscaldamento residenziali includono:
* Sistemi di ventilazione bloccati.
* Passaggi di fumi bloccati negli apparecchi di riscaldamento.
* Otturatore dell’aria sul bruciatore non sufficientemente aperto.
* Orifizi del gas troppo grandi o troppo piccoli (di solito troppo grandi).
* Pressione del gas nel collettore troppo alta o bassa (di solito troppo alta).
* Ruggine, calcare o fuliggine sul bruciatore.
* Bruciatore installato in modo non corretto.
* Fiamma che impatta sulla superficie fredda.
* Insufficiente aria di combustione all’apparecchio.
* Dispersione del sistema di ventilazione.
* Guasto di ventilatori di potenza o di tiraggio indotto.
* Perdita di integrità dello scambiatore di calore (incrinato, arrugginito, o fori nello scambiatore di calore).
* Disturbo fisico della fiamma (es, forti correnti d’aria che soffiano sulla fiamma.)
Per ridurre i rischi di avvelenamento da CO, procuratevi e seguite attentamente tutte le raccomandazioni del produttore per l’ispezione e la manutenzione. I seguenti sono passi aggiuntivi raccomandati per la manutenzione e l’ispezione degli apparecchi di riscaldamento a gas:
1. Ispezionare visivamente il bruciatore e la fiamma, alla ricerca di ruggine, fuliggine, scolorimento e colore o modello di fiamma anormale.
2. Controllare visivamente l’apparecchio di riscaldamento alla ricerca di prove di fiamme spente, di correnti d’aria e di fuoriuscite. Fili bruciati, fuliggine, ruggine, incrostazioni e “tracciamento” dei prodotti della combustione sono segni di problemi.
3. Controllare che il sistema di sfiato abbia un design, un’integrità e un tiraggio adeguati.
4. Controllare l’adeguatezza dell’aria di combustione e di make-up.
5. Verificare che il sistema di sfiato funzioni nel “caso peggiore” di depressurizzazione dell’abitazione.
6. Controllare che i passaggi dei fumi nell’apparecchio non siano bloccati o limitati – pulire se necessario.
7. Controllare visivamente l’integrità dello scambiatore di calore.
8. Controllare le pressioni del gas del collettore usando un manometro e regolare se necessario.
9. Controllare la portata del gas all’apparecchio (negli apparecchi con contatore).
10. Misurare il CO nei prodotti di scarico usando un analizzatore elettronico di CO con display digitale.
Altri passi che aiutano a determinare la causa di un problema di monossido di carbonio dell’apparecchio di riscaldamento includono:
11. Verificare la corretta combustione usando un analizzatore di combustione con capacità di misurare il contenuto di monossido di carbonio e ossigeno.
12. Determinare le aree di perdita e le differenze di pressione nella struttura e nel sistema di ventilazione usando una porta soffiante e un micromanometro.
13. Controllare la dimensione corretta dell’orifizio del gas.
14. Monitorare continuamente le concentrazioni di monossido di carbonio nella struttura.
ISPEZIONE VISIVA DELLA FIAMMA
L’ispezione visiva del bruciatore rivelerà problemi evidenti come ruggine, calcare o fuliggine. Le interruzioni evidenti del modello di fiamma o il colore improprio indicano un problema con la combustione. Sfortunatamente, l’ispezione visiva NON è sufficiente per verificare la corretta combustione. I bruciatori che producono concentrazioni ESTREMAMENTE alte di monossido di carbonio possono bruciare in blu. Al contrario, i bruciatori che producono poco monossido di carbonio possono bruciare giallo.
Il monossido di carbonio è un gas incolore, inodore, insapore, non irritante e altamente velenoso a basse concentrazioni. Poiché non è possibile determinare in modo affidabile se un bruciatore sta producendo visivamente un eccesso di monossido di carbonio, si raccomanda l’uso di un analizzatore elettronico di monossido di carbonio con display digitale. L’American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc. afferma: “È auspicabile attraverso l’uso di indicatori adeguati determinare se il monossido di carbonio è presente o meno nei gas di scarico” (ASHRAE Handbook, pg 26.3). L’uso di uno strumento per misurare le concentrazioni di monossido di carbonio all’esterno, all’interno della struttura e nei fumi di scarico è fondamentale per assicurare che l’apparecchio di riscaldamento funzioni in modo sicuro.
Bruciatore a fiamma blu
Colore della fiamma: blu
Può essere sia alta che bassa CO, nessun metodo visivo affidabile per determinare la produzione di CO.
Colore della fiamma: giallo
Di solito indica un’alta produzione di CO. Una causa – insufficiente apertura dell’aria primaria.
Bruciatore a fiamma gialla
Colore della fiamma: Blu
Combustione non come progettato, può essere sia alta che bassa CO, nessun metodo visivo affidabile per determinare la produzione di CO.
Colore della fiamma: Giallo
Può essere sia alto che basso CO, dipende da un’adeguata aria secondaria per una combustione completa, nessun metodo visivo affidabile per determinare la produzione di CO.
PRODUZIONE DEL MONOSSIDO DI CARBONIO
Il design del bruciatore e della camera di combustione influenza la quantità di monossido di carbonio prodotto. I metodi per ridurre la produzione di monossido di carbonio includono la fornitura di aria in eccesso, l’aumento della temperatura della camera di combustione e la fornitura di una grande zona di combustione. I prodotti di combustione incombusti continueranno ad essere ossidati in una camera di combustione calda con aria in eccesso. Sfortunatamente, l’eccesso d’aria, le alte temperature e le grandi zone di combustione riducono l’efficienza e aumentano i costi.
Semplici azioni, come mettere una padella fredda su un bruciatore da cucina o soffiare aria da un ventilatore attraverso un bruciatore non ventilato può aumentare la produzione di monossido di carbonio. L’ossidazione dei gas di combustione si ferma quando i gas caldi impattano sulla pentola fredda o sono raffreddati dall’aria del ventilatore. Qualsiasi monossido di carbonio non ancora ossidato sarà rilasciato nella stanza.
La regolazione del bruciatore influenza la quantità di CO prodotta. Un’insufficiente aria primaria del bruciatore aumenta la produzione di CO. Le prese d’aria limitate spesso producono un’evidente interruzione della fiamma e un cambiamento da blu a giallo.
Un’altra causa di aria primaria insufficiente e di combustione incompleta è l’eccesso di flusso di gas al bruciatore. L’eccesso di flusso di gas raramente produce un’interruzione evidente della fiamma o un cambiamento di colore. L’eccesso di flusso di gas può essere causato da un eccesso di pressione del gas o da orifizi del gas sovradimensionati. I regolatori del gas possono fallire, andare fuori regolazione, non essere correttamente dosati sul campo per l’altitudine, o essere regolati verso l’alto dai tecnici del campo per aumentare la potenza termica. La sovracombustione è particolarmente pericolosa perché:
* Può verificarsi un’elevata produzione di CO.
* Viene prodotto calore in eccesso che può danneggiare gli scambiatori di calore.
* Vengono prodotti prodotti prodotti di combustione in eccesso che possono superare la capacità degli sfiatatoi degli apparecchi di riscaldamento e dei sistemi di ventilazione.
* La fiamma può continuare a bruciare in blu, senza dare alcuna indicazione visiva del problema.
In genere i produttori di forni ad aria calda richiedono il controllo del flusso di gas e della pressione del gas all’avvio iniziale e non permettono una combustione eccessiva. Per trovare e correggere i problemi causati da un eccesso di flusso di gas è importante controllare il flusso di gas, la pressione del gas, il dimensionamento degli orifizi e le concentrazioni di monossido di carbonio nei prodotti della combustione.
FORI NELLO SCAMBIATORE DI CALORE
Fori grandi in uno scambiatore di calore sono pericolosi. L’aria forzata attraverso i fori dal ventilatore di circolazione aumenta la produzione di CO interrompendo la fiamma. Il flusso d’aria aumenta la quantità di prodotti della combustione che si riversano negli ambienti abitativi interrompendo il flusso d’aria attraverso la canna fumaria dell’apparecchio. Nella maggior parte dei forni a tiraggio naturale e indotto, l’alta pressione sul lato del ventilatore del forno dello scambiatore di calore impedisce ai prodotti della combustione di fluire direttamente nell’aria di circolazione. Di solito i prodotti della combustione entrano in casa a causa di un guasto allo sfiato o di una fuoriuscita. Nei forni a ventilazione elettrica e a combustione a impulsi, le alte pressioni sul lato della combustione possono forzare i prodotti della combustione direttamente attraverso i fori nell’aria di circolazione e nella casa. I prodotti della combustione contengono grandi quantità di monossido di carbonio e vapore acqueo, che possono soffocare le fiamme o portare ad un aumento della ruggine e della corrosione dello scambiatore di calore. Nei casi più gravi si verifica il roll-out della fiamma.
I buchi negli scambiatori di calore possono essere trovati per osservazione diretta, usando degli specchi o smontando l’unità. Alcune unità di combustione sigillate a sfiato diretto possono essere testate sigillando l’entrata e l’uscita e testando la pressione. Sono state usate bombe fumogene, tracce di odore e spruzzi di sale, ma non sono state del tutto accettabili. L’American Gas Association ha sviluppato un metodo di test dello scambiatore di calore usando gas traccianti che hanno determinato essere più affidabile e accurato. L’osservazione dell’interruzione della fiamma quando il ventilatore del forno si accende rivelerà grandi buchi. La misurazione del monossido di carbonio nei prodotti di combustione usando analizzatori di CO rivela una combustione incompleta causata dal flusso d’aria attraverso i buchi.
I gas di combustione dovrebbero essere campionati prima della diluizione della cappa. Negli apparecchi a tiraggio naturale, i passaggi dei fumi (camere) nella parte superiore dell’apparecchio possono essere raggiunti, con una sonda, attraverso il deviatore di tiraggio o la cappa. Per gli apparecchi con più bruciatori e passaggi di fumo separati (camere), ogni bruciatore deve essere controllato separatamente inserendo la sonda nella parte superiore di ogni camera. È importante inserire la sonda a una distanza sufficiente nelle camere di combustione per assicurare che i prodotti di combustione non diluiti vengano campionati. Le unità di combustione sigillate possono spesso essere campionate più facilmente all’uscita dello scarico esterno. Le posizioni che non daranno una lettura accurata dei gas di combustione includono: il perimetro della cappa di aspirazione (questo rappresenterà l’aria della stanza), direttamente sopra la fiamma (il campionamento qui può dare una lettura elevata errata), e alle uscite dell’aria del forno (che contengono un campione misto).
ANALIZZATORI E RILEVATORI DI MONOSSIDO DI CARBONIO
Ci sono molte cause potenziali di produzione di monossido di carbonio e fuoriuscita di prodotti della combustione nelle aree abitative. Molte cause sono accidentali e imprevedibili; per esempio, i buchi negli scambiatori di calore si sviluppano o si ingrandiscono dopo l’ispezione, i sistemi di ventilazione si guastano in condizioni di forte vento, i regolatori di pressione si bloccano, o le prese d’aria e gli sfiati si congelano.
Per proteggersi dall’avvelenamento accidentale da monossido di carbonio, la U.S. Consumer Product Safety Commission, l’Iowa Department of Public Health e l’Iowa State University Extension raccomandano che ogni casa abbia almeno un rilevatore di monossido di carbonio, classificato U-L, su ogni piano con stanze da letto. Gli apparecchi di riscaldamento dovrebbero essere ispezionati e mantenuti ogni anno da un appaltatore qualificato. Poiché il colore della fiamma non è un indicatore affidabile della produzione di monossido di carbonio da un bruciatore, l’appaltatore del riscaldamento deve usare un analizzatore di monossido di carbonio per ispezionare e mantenere i bruciatori.