Cos'è una cappa chimica

È un dispositivo di aspirazione localizzata atto a tutelare la salute degli operatori, minimizzando il rischio di esposizione ai contaminanti chimici volatili (vapori, fumi, aerosols, polveri) e proteggendo da eventuali schizzi o esplosioni.

Come è fatta una cappa chimica

Le cappe chimiche possono essere ad espulsione d'aria o a ricircolo d'aria.

Le cappe ad espulsione d'aria si compongono essenzialmente di una cabina con o senza un piano di lavoro (cappe tecnologiche per impianti pilota), un condotto di aspirazione e un elettroventilatore. Gli inquinanti aereodispersi aspirati sono convogliati all'esterno con o senza depurazione (filtraggio).
I vetri sono di solito in cristallo temperato o di sicurezza, in policarbonato in caso di utilizzo di acido fluoridrico. Il vetro frontale è normalmente a saliscendi con contrappesi.
Il piano di lavoro può essere in mattonelle di grès o in acciaio inossidabile o in materiale plastico anticorrosione e può essere disposto a due altezze: una per le manipolazioni chimiche comuni, l'altra per il montaggio di impianti (es. cappe per distillazione).
I punti di aspirazione all'interno della cappa sono ubicati preferibilmente sia in basso (onde permettere il convogliamento dei prodotti più pesanti) che in alto.
Le cappe ad espulsione d'aria possono essere dotate di una larga feritoia a griglia posta sopra il fronte della cappa attraverso la quale entra dell'aria supplementare (cappe con by pass d'aria) : ciò consente all'operatore di lavorare in condizioni di velocità frontale costante, indipendentemente dalla posizione del cristallo, che può essere tenuto anche completamente abbassato senza che la cappa rimanga priva di alimentazione.
Le cappe tecnologiche per gli impianti pilota sono senza piano di lavoro, permettendo di utilizzare come vano cappa tutta l'altezza disponibile della struttura a partire dal pavimento; sono celle praticabili per le operazioni di montaggio dell'apparecchiatura e l'avviamento delle reazioni.

Le cappe a ricircolo d'aria hanno dimensione ridotta e comprendono in un corpo unico tutti i componenti della cappa. Sono costruite in forma appoggiabile al pavimento o al banco. Il piano di lavoro è chiuso entro una cabina con frontale apribile trasparente collegata al sistema di depurazione (trappole ad assorbimento chimico, filtri a carbone attivo, ecc.) e di aspirazione (elettrovettore). Tali cappe hanno il vantaggio di riciclare l'aria nel locale e quindi di non causare consumi d'aria per espulsione esterna.

Si distinguono dalle cappe chimiche le cappe per radiochimica (espressamente utilizzate per la manipolazione di materiali radioattivi), le cappe biologiche a flusso laminare (utilizzate per la manipolazione di agenti biologici) e i "glove box" (cappe tradizionali ad aspirazione diretta, utilizzate per operazioni in cui è necessario un completo isolamento dall'ambiente esterno).

Problemi di sicurezza

Le cappe chimiche sono da considerarsi zone di potenziale pericolo, in quanto all'interno di esse possono svilupparsi atmosfere anche estremamente infiammabili, esplosive o tossiche. Per tale motivo la cappa deve essere realizzata rispettando certi criteri costruttivi (che possono essere diversi a seconda della destinazione d'uso della cappa stessa) e deve essere mantenuta perfettamente efficiente.
Gli elettroventilatori devono essere costruiti in modo da avere un'elevata resistenza chimica e meccanica rispetto ad un ampio spettro di composti (acidi, basi, solventi organici, ecc.) e in grado di sopportare alte temperature. I motori devono essere isolati a norma CEI IP66, prescritta per impianti a prova di polvere e ondate d'acqua.
La sistemazione dei condotti di espulsione deve essere effettuata in modo che l'elettroventilatore sia il più possibile posizionato in vicinanza del camino di scarico, in modo che le tubazioni si mantengano per la massima parte in depressione: ciò impedisce in particolare, nel caso di fessurazioni, la fuoriscita di inquinanti dalla tubazione stessa e il loro rientro nei locali. Inoltre, il distanziamento dell'elettroventilatore dal laboratorio consente di eliminare il rumore e le vibrazioni del motore.
I giunti delle tubazioni devono essere a curva aperta con angoli superiori ai 90°, onde diminuire ulteriormente la rumorosità del flusso d'aria ed evitare fenomeni di condensa, che potrebbero col tempo portare alla corrosione dei condotti.
In genere, è preferibile il sistema una cappa-un condotto-un elettroventilatore, onde evitare il formarsi di miscele pericolose tra sostanze incompatibili o intreferenze nel flusso d'aria, con fenomeni di ricircolo all'interno dei locali.
Comunque, la scelta del ventilatore e il dimensionamento del condotto d'espulsione devono essere eseguiti da un tecnico specialista, che calcoli esattamente le dimensioni in funzione dei numerosi fattori implicati. Il diametro del condotto deve essere comunque preferibilmente maggiore o uguale a 20 cm, onde evitare eccessive perdite di carico nell'aspirazione.
Gli impianti elettrici fissi all'interno delle cappe devono essere il più possibile evitati, altrimenti essi devono essere realizzati a norma CEI 64.2 (impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione o di incendio). I comandi e le prese elettriche devono essere sistemati all'esterno della cappa, mentre l'impianto di illuminazione è solitamente posto sul soffitto della cappa, in comparto isolato.
In presenza di più cappe all'interno di un unico locale, l'aria aspirata deve essere compensata da un adeguato flusso in ingresso, onde evitare il crearsi di gradienti negativi di pressione entro il locale, con possibili richiami di aria inquinata dall'esterno o da altri dispositivi di aspirazione.

Come utilizzarla

1. prima di iniziare la lavorazione, accertarsi che la cappa sia in funzione.
2. evitare di creare correnti d'aria in prossimità di una cappa in funzione (apertura di porte o finestre, transito frequente di persone).
3. le fonti di emissione dovrebbero essere tenute almeno 15-20 cm all'interno della cappa.
4. tenere la testa al di fuori della cappa.
5. durante la sperimentazione mantenere il frontale abbassato il più possibile.
6. mantenere pulito ed ordinato il piano di lavoro dopo ogni lavorazione.
7. tenere sotto cappa solo il materiale strettamente necessario all'esperimento: non usare la cappa come deposito.
8. non utilizzare la cappa come mezzo per lo smaltimento dei reagenti mediante evaporazione forzata.
9. approntare un piano d'azione in emergenza in caso di malfunzionamento durante una sperimentazione.
10. quando la cappa non è in uso, spegnere l'aspirazione e chiudere il frontale.

Le verifiche periodiche

1. Efficienza
   Riassumendo i dati dalla bibliografia specializzata, una buona efficienza di una cappa si ha quando l'aspirazione, preferibilmente distribuita sia in alto che in basso, garantisce una velocità frontale dell'aria aspirata non inferiore a 0.3 m/s e preferibilmente pari a 0.5 m/s; nel caso di sostanze tossiche e molto tossiche (ad es. agenti cancerogeni) tale velocità deve essere sicuramente superiore a 0.5 m/s e comunque preferibilmente pari a 0.7 m/s. Tali valori sono da intendersi riferiti a 40 cm di apertura del frontale.
   N.B.: Nel caso in cui non si possa conoscere preventivamente la pericolosità di una sostanza, come può accadere in attività di ricerca, è sempre opportuno considerare i prodotti di reazione sconosciuti come potenzialmente pericolosi, prendendo di conseguenza le precauzioni del caso.

2. Dispositivi di sicurezza
   Ogni cappa dovrebbe essere dotata di spia luminosa che sia accesa quando la cappa è in funzione: le relative lampadine devono essere sostituite quando bruciate.
   Lo schermo saliscendi deve essere mantenuto efficiente: periodicamente devono essere sostituite le funicelle dei contrappesi, oliate le carrucole, testati gli eventuali fermi di sicurezza.
   Spesso una cattiva manutenzione del frontale può portare a spiacevoli infortuni (schiacciamenti delle dita, lesioni per frantumazione del vetro, ecc.) o ad un uso non efficace della cappa stessa (ad es. quando il frontale rimane bloccato alla massima apertura).

3. Filtri
   In genere la diluizione delle sostanze tossiche nell'aria aspirata non rende necessaria l'applicazione di impianti di abbattimento degli inquinanti volatili contenuti per le cappe ad espulsione d'aria, anche se sono consigliabili in caso di concentrazioni elevate di agenti particolarmente tossici (es. cancerogeni).
   Viceversa, per cappe con ricircolo interno dell'aria, i filtri sono indispensabili ed è fondamentale una loro sostituzione periodica, che deve essere eseguita da ditta specializzata, prestando particolare attenzione, in modo da evitare contaminazioni dell'ambiente e del personale.
   Per quanto riguarda la periodicità della sostituzione, questa è funzione di diversi fattori (portata dell'elettroventilatore, tipologia di contaminante, ecc.), spesso difficili, soprattutto nel caso di uso saltuario della cappa, da controllare. Può essere indubbiamente utile seguire le raccomandazioni fornite dal costruttore, annotando su un registro la data di sostituzione e quella di scadenza e/o verificare periodicamente la differenza di pressione sul flusso d'aria rispettivamente a monte e a valle del filtro. Il gradiente di pressione, infatti, varia in funzione della progressiva saturazione del filtro stesso. Esistono dispositivi (sostanzialmente manometri) automatici in grado di misurare in continuo tale differenza di pressione e segnalare (acusticamente o visivamente) il raggiungimento della soglia di saturazione del filtro stesso.

Bibliografia

• American Chemical Society, Committee on Chemical Safety, Safety in Academic Chemistry Laboratories; booklet, 1976.
• Parodi E., Progettazione e realizzazione di laboratori chimici; Pirola Editore, 1990.
• Polesello A., Le cappe da laboratorio; Laboratorio 2000 - Morgan Edizioni Tecniche, 1994.