Capitolo 5 — Tecniche di Captazione: Progettazione del sistema captante

La captazione è il primo anello della catena: se non si cattura l’inquinante alla fonte, nessun filtro, per quanto efficiente, potrà proteggere il lavoratore. Come afferma il CARSAT (Caisse d’Assurance Retraite et de la Santé au Travail): il miglior sistema di filtrazione del mondo è inutile se la cappa non cattura i fumi. La catena completa è: captare → trasportare → filtrare → espellere (o ricircolare) → compensare → mantenere.

Questo capitolo affronta il primo anello: come progettare e posizionare il dispositivo captante per massimizzare l’efficienza di cattura, ridurre le portate necessarie (e quindi i costi energetici) e rispettare le norme tecniche ISO 21904 e ACGIH.

5.1 I principi fondamentali della captazione

La progettazione di un sistema captante efficace si fonda su principi ingegneristici consolidati, sintetizzati dal CARSAT in 9 regole e ripresi dall’ACGIH nel manuale Industrial Ventilation:

1. Racchiudere la fonte il più possibile. Quanto più la sorgente è contenuta nella cappa, tanto minore è la portata d’aria necessaria.
2. Posizionare la cappa il più vicino possibile alla sorgente. La velocità dell’aria decresce rapidamente con la distanza: a 1 diametro dalla cappa, la velocità è circa il 10% della velocità frontale; a 2 diametri, è circa l’1%.
3. Sfruttare i moti naturali dell’inquinante. I fumi caldi tendono a salire: posizionare la cappa sopra la fonte. I vapori pesanti (stirene, solventi clorurati) tendono a scendere: captare dal basso con piani grigliati.
4. Non posizionare l’operatore tra la fonte e la cappa. Il flusso d’aria verso la cappa non deve attraversare la zona respiratoria del lavoratore.
5. Eliminare le correnti d’aria di disturbo. Correnti trasversali (porte, finestre, ventilatori) riducono l’efficacia della captazione e richiedono portate maggiori per compensare.
6. Flangiare le cappe per concentrare il campo aspirante. Una flangia riduce di circa il 25% la portata necessaria a parità di velocità di cattura (dato ACGIH).
7. Dimensionare correttamente il ventilatore. Un ventilatore sovradimensionato non compensa una cappa mal progettata: aumenta il rumore, il consumo e l’usura senza migliorare la cattura.
8. Compensare l’aria estratta. L’aria aspirata deve essere reintegrata: senza compensazione, la depressione nel locale riduce l’efficacia delle cappe e crea discomfort.
9. Mantenere il sistema. Un filtro intasato aumenta le perdite di carico, riduce la portata e può rendere inefficace la captazione. La manutenzione è parte integrante del sistema.

5.2 Velocità di cattura: il parametro chiave

La velocità di cattura è la velocità dell’aria nel punto in cui si trova l’inquinante, sufficiente a vincere le correnti d’aria avverse e a trascinare l’inquinante verso la cappa. L’ACGIH fornisce intervalli di velocità di cattura per diverse condizioni operative:

Fonte: ACGIH, Industrial Ventilation – A Manual of Recommended Practice (31ª ed.), e articolo Dimiccoli/Saviano su Ambiente&Sicurezza. La scelta del valore nel range dipende dal caso specifico: correnti d’aria trasversali, tossicità dell’inquinante, continuità dell’emissione.

5.2.1 Velocità di cattura e velocità di trasporto: non confonderle

Sono due parametri diversi che vivono in due punti diversi dell’impianto, e scambiarli porta a errori di dimensionamento importanti. La velocità di cattura è quella che serve davanti alla bocca aspirante, nel punto in cui si trova l’inquinante: vale da 0,25 a 10 m/s secondo l’energia di rilascio, come nella tabella qui sopra. La velocità di trasporto è invece quella che serve dentro il condotto perché il materiale non si depositi, e per le polveri metalliche parte da 15-18 m/s salendo oltre i 20 (Cap. 6).

Il legame tra le due passa dalla portata: si sceglie la velocità di cattura in funzione della lavorazione, si calcola la portata con la formula della sez. 5.7, e solo a quel punto si dimensiona il diametro del condotto in modo che la velocità al suo interno resti sopra il minimo di trasporto. Un condotto troppo largo, scelto per contenere le perdite di carico, fa depositare la polvere; un condotto troppo stretto fa rumore e consuma. Il diametro corretto è quello che soddisfa entrambi i vincoli.

5.3 Tipologie di dispositivi captanti

I dispositivi di captazione si classificano in tre famiglie, in base al grado di contenimento della sorgente:

5.3.1 Tipo enveloppante (chiusura totale o parziale)

Il dispositivo circonda la sorgente, confinando l’inquinante in un volume ridotto. Esempi: cabine di verniciatura, cabine di saldatura robotizzata, cappe a camera. È la soluzione più efficiente: richiede la portata d’aria più bassa (perché l’aria esterna non può diluire l’inquinante) e offre l’efficacia di captazione più alta (fino al 99,6% secondo i dati CARSAT per cabine chiuse vs 80% per cabine aperte).

5.3.2 Tipo induttore (captazione ravvicinata)

Il dispositivo è posizionato vicino alla sorgente senza racchiuderla. Esempi: bracci aspiranti snodati, torce aspiranti, ugelli. L’efficacia dipende fortemente dalla distanza: la velocità dell’aria decresce con il quadrato della distanza dalla bocca aspirante. A 1D (un diametro) dalla cappa, la velocità è circa il 10% della velocità frontale; a 2D, crolla all’1%. Questo significa che un braccio aspirante da 160 mm di diametro ha un’influenza efficace entro 20-30 cm dalla bocca.

5.3.3 Tipo cappa (captazione a distanza)

Una cappa posizionata a distanza dalla sorgente (cappa a tetto, cappa a baldacchino). È la soluzione meno efficiente: richiede portate molto elevate per generare velocità di cattura sufficienti a distanza. Da evitare quando possibile, soprattutto per inquinanti cancerogeni.

5.4 Confronto dei sistemi di captazione per la saldatura

Per la saldatura, la scelta del dispositivo captante è critica. La tabella confronta le soluzioni disponibili con i dati reali da CARSAT e PMP ASL CN2:

5.4.1 Soluzioni per pezzi grandi (impossibili a banco)

La Scheda Tecnica n. 2 della Regione Emilia-Romagna (“Impianti di ventilazione nelle operazioni di saldatura”, 1991/2004) individua tre soluzioni impiantistiche per la captazione dei fumi su pezzi di grandi dimensioni che non possono essere portati al banco:

• Strutture aeree portanti con aspirazione mobile scorrevole su rotaie: il braccio aspirante e il ventilatore sono montati su una struttura che trasla lungo il capannone. Utilizzabile con limitazioni in presenza di carro ponte. Adatta a carpenterie con postazioni di saldatura distribuite lungo la campata.
• Canalizzazione fissa a parete con fessura longitudinale in gomma: una tubazione snodata terminante con cappetta scorre mediante sostegni guidati lungo la canalizzazione. L’operatore posiziona la cappetta vicino al punto di saldatura e la sposta lungo la guida a parete al variare della posizione.
• Canalizzazione interrata con tubazioni derivate rotanti su assi verticali: bracci girevoli emergono dal pavimento collegati a un canale aspirato interrato. Ogni braccio copre un’area circolare. Soluzione adatta a grandi officine con postazioni distribuite su tutta la superficie.

5.5 Cappe flangiate vs cappe semplici

La forma della bocca aspirante ha un impatto enorme sull’efficienza. Una cappa con imboccatura flangiata concentra il campo aspirante nella direzione utile, riducendo il richiamo d’aria dalle zone periferiche (dietro e lateralmente) dove non ci sono inquinanti.

L’effetto pratico: a parità di velocità di cattura al punto di emissione, una cappa flangiata richiede circa il 25% di portata in meno rispetto a una cappa semplice (non flangiata) — è il dato di riferimento ACGIH, confermato anche dalle tabelle operative del PMP Regione Piemonte 2023 per i bracci con cappa conica/flangiata. Analogamente, se la cappa è appoggiata su una superficie piana (ad esempio il piano di un banco), la portata necessaria si riduce ulteriormente, perché il piano agisce come una flangia naturale.

Un ulteriore miglioramento si ottiene con una forma tronco-conica della cappa, che guida progressivamente il flusso verso l’imbocco della condotta, riducendo le perdite di carico e la turbolenza all’ingresso.

5.6 Sistemi push-pull

Quando la sorgente emissiva si trova a distanza maggiore dal campo di aspirazione di una cappa normale (ad esempio, vasche di trattamento superficiale, piani di laminazione, tunnel di verniciatura), il sistema push-pull offre una soluzione efficace.

Il principio: una corrente d’aria forzata (“push”) spinge tangenzialmente il flusso di inquinanti verso una cappa catturante laterale (“pull”) posizionata sul lato opposto. Il getto di spinta mantiene la coerenza del flusso su distanze maggiori rispetto alla sola aspirazione, consentendo di captare inquinanti a 2-5 metri dalla cappa.

Applicazioni tipiche: vasche di sgrassatura e galvanica (il getto spinge i vapori sulla superficie della vasca verso la cappa laterale), tunnel per vetroresina e nautica (il getto spinge i vapori di stirene lungo il manufatto verso la parete aspirante), cabine di verniciatura a flusso orizzontale.

5.7 La formula di dimensionamento: Q = S × v × 3600

La portata d’aria necessaria per una cappa si calcola con la formula fondamentale:

Q = S × v × 3600

dove Q è la portata in m³/h, S è la superficie di cattura in m² (la sezione attraverso cui l’aria deve passare per raggiungere la cappa) e v è la velocità di cattura in m/s (dalla tabella ACGIH in funzione del processo).

Per una cappa circolare posizionata a una distanza z dalla fonte, la formulazione pratica più utilizzata è quella di DallaValle: Q = v × (10z² + A) (con Q in m³/s, z in metri e A area della bocca della cappa in m²), valida per cappa non flangiata. La formula mostra chiaramente come raddoppiare la distanza z moltiplichi la portata necessaria di circa 4 volte.

5.8 Schema decisionale ASL CN2: come verificare l’efficacia

Il Piano Mirato di Prevenzione dell’ASL CN2 (Piemonte, novembre 2023) ha proposto uno schema decisionale per la verifica in campo delle cappe di aspirazione per la saldatura, basato sulla misurazione della velocità di cattura con anemometro. Lo schema confronta i valori misurati con i requisiti ISO 21904 e ACGIH:

Fonte: PMP Rischio Chimico e Cancerogeno, ASL CN2 Verduno, novembre 2023 (documento di buone prassi pubblicato da Regione Piemonte). La misura va effettuata a una distanza di 1,5 diametri dalla bocca della cappa, come previsto dalla ISO 21904-4 (velocità minima di controllo 0,3 m/s).

5.9 Serrande e parzializzazione

Quando più cappe sono collegate a un unico sistema centralizzato, è fondamentale prevedere serrande di intercettazione per escludere le postazioni non attive. Senza serrande, la portata d’aria si distribuisce su tutte le bocche aperte, riducendo la velocità di cattura nelle postazioni attive.

Le serrande possono essere manuali (apertura/chiusura da parte dell’operatore) o automatiche (collegate all’accensione della saldatrice o a sensori di presenza). La parzializzazione consente anche di ridurre la portata totale del ventilatore e quindi il consumo energetico, eventualmente con l’ausilio di un inverter che regola la velocità del motore in funzione della domanda.

5.10 Compensazione dell’aria estratta

L’aria aspirata dall’ambiente deve essere reintegrata. Se l’aspirazione supera circa 1 ricambio/ora senza compensazione, si crea una depressione che riduce l’efficacia delle cappe (il flusso d’aria esterna dalle aperture del capannone contrasta l’aspirazione), genera discomfort per gli operatori (correnti d’aria fredde in inverno dalle porte aperte) e può creare problemi con i bruciatori a gas (rischio di ritorno di fiamma o spegnimento per mancanza d’aria).

L’aria di compensazione deve essere immessa in modo controllato: non direttamente sugli operatori, a velocità non superiore a 0,25 m/s nella zona di lavoro, e a temperatura compatibile con il comfort (preriscaldata in inverno). Nei sistemi con ricircolo, la compensazione non è necessaria perché l’aria filtrata è restituita all’ambiente.

Cosa NON fare: il decalogo degli errori (visti davvero in postazione)

Chiudiamo con un po’ di leggerezza — ma solo nella forma. Dieci errori classici nella progettazione e nell’uso dei sistemi captanti: se vi riconoscete in qualcuno, siete in buona compagnia. L’importante è rimediare.

1. La cappa a tetto sopra la saldatura manuale. I fumi salgono verso la cappa passando esattamente attraverso la zona respiratoria dell’operatore. Le ASL piemontesi la classificano come soluzione non adeguata: la captazione va vicino alla fonte, non sopra la testa (sez. 5.3.3).
2. L’operatore in mezzo, tra la fonte e la cappa. Se il flusso d’aria attraversa prima il lavoratore e poi arriva alla bocca aspirante, l’aspirazione sta consegnando l’inquinante direttamente alle vie respiratorie. È il principio n. 4: si posiziona la cappa, non si sposta il rischio.
3. Il ventilatore più grosso al posto della cappa giusta. Raddoppiare la portata su una cappa lontana o mal orientata regala rumore e bolletta, non cattura: la velocità a due diametri dalla bocca resta l’1% di quella frontale. Prima la geometria, poi la potenza (sez. 5.7).
4. La cappa senza flangia, “tanto aspira uguale”. Aspira uguale… dietro e di lato, dove l’inquinante non c’è. La flangia costa pochi euro di lamiera e riduce di circa il 25% la portata necessaria: è il miglior rapporto beneficio/costo di tutta l’aspirazione industriale (sez. 5.5).
5. Il ventilatore di raffrescamento puntato sulla postazione. D’estate compare il ventilatore assiale che “dà aria” all’operatore — e spazza via il campo di captazione della cappa, disperdendo i fumi in tutto il reparto. Le correnti di disturbo si eliminano, non si aggiungono (principio n. 5).
6. Tutte le serrande aperte, sempre. Nel sistema multi-postazione senza parzializzazione la portata si spalma su tutte le bocche, e nelle postazioni attive la velocità di cattura crolla sotto il minimo. Serrande (meglio se automatiche) + inverter: aspira dove si lavora (sez. 5.9).
7. Aspirare senza compensare. Il capannone in depressione ha i suoi sintomi: porte che si aprono a fatica, spifferi gelidi, cappe che “non tirano più”, bruciatori in blocco. L’aria estratta va reintegrata in modo controllato (sez. 5.10).
8. La verifica “a occhio”. “Si vede che aspira” non è una misura. La verifica si fa con l’anemometro a 1,5 diametri dalla bocca: sotto 0,30 m/s non è conforme, sopra 0,50 m/s è una cappa catturante efficace (schema ASL CN2, sez. 5.8). L’anemometro costa meno di una giornata di fermo.
9. Il pezzo da due metri sul banco da ottanta centimetri. Il banco aspirante lavora bene fino alla sua larghezza utile: oltre, i fumi generati fuori sagoma non li vede nessuno. Per i pezzi grandi esistono le soluzioni dedicate: strutture aeree, canalizzazioni a parete o interrate (sez. 5.4.1).
10. I vapori pesanti captati dall’alto. Stirene e solventi clorurati scendono, non salgono: la cappa in alto aspira aria pulita mentre i vapori si stratificano al pavimento. Si sfruttano i moti naturali dell’inquinante: captazione dal basso con piani grigliati (principio n. 3 e Cap. 7).

Domande frequenti

A che distanza deve stare il braccio aspirante dalla saldatura?

Il più vicino possibile, idealmente entro 30-40 cm dalla fonte. La velocità dell’aria decresce rapidamente con la distanza: a 1 diametro dalla bocca la velocità è il 10% di quella frontale, a 2 diametri è l’1%. Lo schema ASL CN2 indica che a 1,5 diametri la velocità deve essere almeno 0,30 m/s (minimo ISO) o preferibilmente 0,50 m/s (ACGIH). Per un braccio da 160 mm, 1,5D = 24 cm.

Serve un ventilatore più potente se la cappa non cattura bene?

Quasi mai. Il problema è nella cappa, non nel ventilatore. Un ventilatore sovradimensionato aumenta rumore, consumo e usura senza migliorare la captazione se la cappa è mal posizionata o mal progettata. La soluzione è avvicinare la cappa alla fonte, flangiarla, ridurre le correnti d’aria di disturbo.

Cosa è meglio: braccio aspirante o banco aspirante?

Dipende dalla lavorazione. Il braccio è più flessibile e può essere posizionato direttamente sulla fonte di emissione, ma richiede che l’operatore lo riposizioni a ogni cambio pezzo. Il banco offre aspirazione costante senza intervento dell’operatore, ma funziona bene solo con pezzi di dimensioni contenute (larghezza max ~60 cm) e può non captare i fumi caldi che salgono troppo velocemente. Per la saldatura, la combinazione banco + braccio è spesso la soluzione ottimale.

Come verifico se la mia cappa cattura davvero?

Con un anemometro, misurando la velocità al centro della bocca a una distanza di 1,5 diametri, come previsto dalla ISO 21904-4. Lo schema decisionale dell’ASL CN2 (sez. 5.8) traduce la misura in giudizio: sotto 0,30 m/s non conforme, tra 0,30 e 0,35 situazione borderline, tra 0,35 e 0,50 conforme ISO ma non ACGIH, sopra 0,50 cappa catturante efficace. È una verifica che richiede pochi minuti per postazione e andrebbe ripetuta periodicamente, non solo al collaudo (Cap. 12).

E se la lavorazione avviene fuori da una cabina o da un banco?

Il principio non cambia: serve comunque captazione localizzata dimensionata sull’energia di rilascio. Cambia però chi è responsabile di che cosa, soprattutto in verniciatura: dentro una cabina marcata CE le velocità e la classificazione ATEX sono dichiarate dal fabbricante, mentre in una postazione aperta ricadono sul datore di lavoro. Il Cap. 7, sez. 7.4.1, tratta in dettaglio la differenza tra cabina e zona di verniciatura e i presidi necessari per lavorare fuori cabina.

Normative tecniche di riferimento

Le principali norme citate o rilevanti per i temi trattati in questo capitolo.