Sezione Provinciale di Reggio Emilia
Seminario
Prevenzione dei Rischi da Radiazioni Ottiche Artificiali
1° aprile 2011 Aula A Complesso Biotecnologico dell'Università di Parma, Via Volturno 39 - Parma
Determinazione dell’esposizione a ROA: le grandezze, la misura, i limiti
Misure di prevenzione e protezione
Paolo Zanichelli – ARPA ER Sede di Reggio Emilia
1
Sezione Provinciale di Reggio Emilia
D.Lgs. 9 aprile 2008 , n. 81
Capo V
Protezione dei lavoratori dai rischi di esposizione a radiazioni ottiche artificiali
Art. 213.
Campo di applicazione
1. Il presente capo stabilisce prescrizioni minime di protezione dei lavoratori contro i rischi
per la salute e la sicurezza che possono derivare, dall'esposizione alle radiazioni ottiche
artificiali durante il lavoro con particolare riguardo ai rischi dovuti agli effetti nocivi sugli
occhi e sulla cute.
2
Sezione Provinciale di Reggio Emilia
D.Lgs. 9 aprile 2008 , n. 81
Capo V
Protezione dei lavoratori dai rischi di esposizione a radiazioni ottiche artificiali
Art. 214.
Definizioni
1. Agli effetti delle disposizioni del presente capo si intendono per:
a) radiazioni ottiche: tutte le radiazioni elettromagnetiche nella gamma di lunghezza d'onda compresa
tra 100 nm e 1 mm. Lo spettro delle radiazioni ottiche si suddivide in radiazioni ultraviolette, radiazioni
visibili e radiazioni infrarosse:
1) radiazioni ultraviolette: radiazioni ottiche a lunghezza d'onda compresa tra 100 e 400 nm. La banda
degli ultravioletti e‘ suddivisa in UVA (315-400 nm), UVB (280-315 nm) e UVC (100-280 nm);
2) radiazioni visibili: radiazioni ottiche a lunghezza d'onda compresa tra 380 e 780 nm;
3) radiazioni infrarosse: radiazioni ottiche a lunghezza d'onda compresa tra 780 nm e 1 mm. La
regione degli infrarossi e' suddivisa in IRA (780-1400 nm), IRB (1400-3000 nm) e IRC (3000 nm-1
mm);
3
280 nm
Raggi X
UVA UVB
1018
1016
Radiazioni Ottiche
VISIBILE
1014
Infrarosso - Visibile - Ultravioletto
1012
Radioemissioni Televisive
30 - 900 MHz
Radioemissioni AM-FM
0.1 - 110 MHz
Campi Frequenza
industriale 50 Hz
Campi Statici
0 Hz
4
4
108
106
104
102
0
Frequenza (Hz)
Telefonia Mobile
900 - 980 MHz
1800 - 1900 MHz
380 nm
780 nm
IRA
1010
Trasmissioni Satellitari
Radar, Ponti Radio
10 - 100 Ghz
315 nm
1400 nm
IRB
Raggi
Gamma
1020
3000 nm
IRC
Fotone
UVC
100 nm
1 mm
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D.Lgs. 9 aprile 2008 , n. 81
Segue art. 214. Definizioni
b) laser (amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione):
qualsiasi dispositivo al quale si possa far produrre o amplificare le radiazioni
elettromagnetiche nella gamma di lunghezze d'onda delle radiazioni ottiche,
soprattutto mediante il processo di emissione stimolata controllata;
c) radiazione laser: radiazione ottica prodotta da un laser;
d) radiazione non coerente: qualsiasi radiazione ottica diversa dalla
radiazione laser;
e) valori limite di esposizione: limiti di esposizione alle radiazioni ottiche che
sono basati direttamente sugli effetti sulla salute accertati e su considerazioni
biologiche. Il rispetto di questi limiti garantisce che i lavoratori esposti a
sorgenti artificiali di radiazioni ottiche siano protetti contro tutti gli effetti
nocivi sugli occhi e sulla cute conosciuti;
f) irradianza (E) o densita' di potenza: la potenza radiante incidente per unita'
di area su una superficie espressa in watt su metro quadrato (W/m2);
g) esposizione radiante (H): integrale nel tempo dell'irradianza espresso in
joule su metro quadrato (J/m2);
h) radianza (L): il flusso radiante o la potenza per unita‘ d'angolo solido per
unita' di superficie, espressa in watt su metro quadrato su steradiante
(W/sr‚m2);
i) livello: la combinazione di irradianza, esposizione radiante e radianza alle
quali e' esposto un lavoratore.
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LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Amplificazione di luce mediante l’emissione stimolata di radiazione
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LIMITAZIONE DELLE ESPOSIZIONI (EMP)
NECESSARIA PER PREVENIRE I DANNI PRODOTTI DALL’INTERAZIONE
DELLA RADIAZIONE LASER CON LA BIOMATERIA
‰Valori Limite di Esposizione (VLE)
Livello della radiazione a cui, in condizioni normali, possono essere
esposte le persone senza subire effetti dannosi. I VLD
rappresentano il livello massimo al quale l’occhio o la pelle possono
essere esposti senza subire un danno a breve o a lungo termine
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Valori Limite di Esposizione
RIGUARDA GLI OCCHI E LA PELLE E TUTELA DAI SEGUENTI EFFETTI:
9 EFFETTI TERMICI - In questo processo l’energia ottica trasportata dalla radiazione viene
assorbita dalle molecole del materiale biologico irradiato e rapidamente convertita in energia
termica. Quando la temperatura del tessuto raggiunge i 50–60°C ha inizio la denaturazione delle
macromolecole (proteine, collagene, lipidi, emoglobina). Per temperature superiori hanno luogo
processi di necrosi cellulare coagulativa e di vacuolizzazione. A 100°C inizia la vaporizzazione
prevalentemente per il riscaldamento dell’acqua libera tissutale. La trasformazione dell’acqua in
vapore produce un aumento di volume di oltre tre ordini di grandezza e le pareti cellulari vengono
rotte in modo esplosivo. Il vapore prodotto viene eiettato dalla cellula e porta con sé il calore in
eccesso prodotto evitando così l’ulteriore crescita della temperatura. Quando l’acqua presente nelle
cellule è completamente evaporata, i frammenti residui subiscono un rapido aumento di
temperatura, fino a raggiungere i 300-400°C. A questa temperatura il tessuto si annerisce e
carbonizza cominciando a produrre gas e fumo. Oltre i 500°C, in presenza di ossigeno, il tessuto
brucia ed evapora.
8
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9 EFFETTI FOTOCHIMICI - Questo processo avviene in generale senza produzione di calore ed è
tipico anche delle radiazioni ottiche non coerenti. Consiste nell’assorbimento di un fotone hν da
parte di strutture molecolari del tessuto irradiato. Tale assorbimento porta alla generazione di
prodotti eccitati generalmente instabili che reagiscono con le altre molecole presenti nel mezzo.
Poiché il fenomeno richiede una soglia minima di energia del fotone esso avviene
preferenzialmente con quelle radiazioni a maggior contenuto energetico e quindi con quelle UV e
parte di quelle visibili (violetto e luce blu).
9 EFFETTI FOTOMECCANICI - Un impulso di radiazione ottica può generare in un mezzo
materiale un’onda d’urto meccanica, il cui fronte si propaga velocemente nel materiale. La
pressione all’interno del fronte d’onda può superare il valore di resistenza meccanica del materiale
stesso, producendone la rottura. La propagazione dell’onda d’urto attraverso le cellule e le strutture
del tessuto può indurre anche un eccessivo riscaldamento del mezzo e/o produrre un cambiamento
di fase liquido-gas dando luogo ad effetti di cavitazione e formazione di bolle. Le bolle di gas
possono espandersi rapidamente, raggiungere il volume massimo ed infine collassare causando la
distruzione violenta delle cellule.
9
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TRASMISSIONE E ASSORBIMENTO A LIVELLO DELLA RETINA
10
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PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI OTTICHE NELLA PELLE
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EFFETTI DANNOSI DELLE RADIAZIONI OTTICHE
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EFFETTI DANNOSI DELLE RADIAZIONI OTTICHE
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PRINCIPALI FATTORI FISICI CHE HANNO INFLUENZA SULLE
CONSEGUENZE DELL’ESPOSIZIONE
9 LUNGHEZZA D’ONDA (λ
nm)
9 L’ESPOSIZIONE ENERGETICA (H
9 L’IRRADIAMENTO (E
9 LA RADIANZA (L
J/m2)
W/m2)
W/m2sr)
9 LA DURATA E LA FREQUENZA DI RIPETIZIONE
DEGLI IMPULSI (t
s; F
Hz)
9 LE DIMENSIONI DELL’IMMAGINE RETINICA (dr
14
μm)
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GRANDEZZE UTILIZZATE NELLA DEFINIZIONE DEGLI STANDARD DI
PROTEZIONE E NEL CONTROLLO DELL’ESPOSIZIONE
Grandezza
Q
P = dQ/dt
H = dQ/dA
E = dP/dA
Hλ = dH/dλ
Eλ = dE/dλ
L = dE/dΩ
15
Unità di
misura
Definizione
Energia radiante: energia totale trasportata
dal fascio di radiazione o che raggiunge
l’organo critico
Potenza radiante: potenza trasportata dal
fascio di radiazione o che raggiunge
l’organo critico. A volte è indicata anche
con Φ
Esposizione radiante o energetica:
energia radiante dQ depositata sulla
superficie dA
Irradianza o irradiamento: potenza
radiante dP depositata sulla superficie dA
J
W
Applicazione
Classificazione Laser a impulsi.
Caratterizzazione di lampade a flash
Caratterizzazione di lampade ad
emissione continua (CW) e
classificazione di laser CW
J/m2
Limiti
di
esposizione
classificazione laser a impulsi
W/m2
Limiti di esposizione per laser CW e
per sorgenti UV – IR incoerenti.
Classificazione laser CW
Valutazione delle esposizioni a
sorgenti a larga banda
Esposizione radiante spettrale: energia
J/m2nm
radiante depositata per unità di superficie e
di lunghezza d’onda
Irradianza spettrale: potenza radiante
W/m2nm
depositata per unità di superficie e di
lunghezza d’onda
Radianza (Brillanza): potenza radiante per
W/m2sr
unità di superficie e di angolo solido
e
Parametro normalmente oggetto di
rilievo strumentale nella valutazione
delle esposizioni a sorgenti a larga banda
Valutazione
delle
esposizioni
retiniche da sorgenti coerenti e
incoerenti estese
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Grandezze utilizzate per la definizione dei Limiti di Esposizione - 1
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Grandezze utilizzate per la definizione dei Limiti di Esposizione - 2
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Grandezze utilizzate per la definizione dei Limiti di Esposizione - 3
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Fattore di peso (S) per gli effetti sulla salute delle radiazioni UV sull'occhio e sulla cute
1
Fattore di peso (S)
0.1
0.01
0.001
0.0001
0.00001
175
190
205
220
235
250
265
280
295
310
Lunghezza d'onda (nm)
21
325
340
355
370
385
400
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Fattore di peso (B) per lesione fotochimica provocata all'occhio dalla radiazione di luce blu
1
Fattore di peso (B)
0.1
0.01
0.001
295 310 325 340 355 370 385 400 415 430 445 460 475 490 505 520 535 550 565 580 595 610 625 640 655 670 685 700
Lunghezza d'onda (nm)
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Fattore di peso (R) per lesioni termiche provocate sull'occhio dalle radiazioni visibili e IRA
11
10
9
8
Fattore di peso (R)
7
6
5
4
3
2
1
0
375
450
525
600
675
750
825
900
975
Lunghezza d'onda (nm)
23
1050
1125
1200
1275
1350
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Grandezze utilizzate per la definizione dei Limiti di Esposizione - LASER
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LASER
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CONTROLLI: APPARECCHIATURE ESAMINATE
(1) su queste macchine è presente anche un laser di puntamento He-Ne
(2) n. 2 macchine ‘94
Totale apparecchi: 17
Laser di potenza: CO2 λ = 10600 nm
Laser di puntamento: He-Ne λ = 633 nm presente solo su due macchine, potenza < 5 mW
30
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CONTROLLI: CHEK LIST
NORMA CEI EN 60825-1
Sicurezza degli apparecchi laser
Parte 1: classificazione delle
apparecchiature, prescrizioni e guida per
l’utilizzatore
‰Requisiti di costruzione
9targhettatura, interblocchi, ecc.
‰Classificazione
‰Esposizioni Massime Permesse (EMP)
‰Distanze Nominali di Rischio Oculare
‰…………….
FASCICOLO CEI 3849R
Sezione 3A
Guida per l’applicazione di apparati laser
alle lavorazioni dei materiali
‰Requisiti di utilizzazione
9barriere
9dispositivi di protezione oculare
9Tecnico Sicurezza Laser (TSL)
9Procedura Standard Operativa (PSO)
9…………………
CHECK - LIST
31
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CONTROLLI: Involucri di protezione (p.to 4.2.1 CEI EN 60825-1)
Ogni apparecchio laser deve
avere ripari di protezione
che, quando in posizione,
impediscano
l’accesso
umano a radiazione laser
(compresa la radiazione
laser vagante) che supera i
limiti della Classe 1, tranne
quando l’accesso umano è
necessario
per
lo
svolgimento delle funzioni
dell’apparecchio
32
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CONTROLLI:Involucri di protezione (p.to 4.2.1 CEI EN 60825-1)
APPARECCHIO PER PUNZONATURA E TAGLIO
SPROVVISTO DEI RIPARI DI PROTEZIONE
33
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CONTROLLI: Risultati per requisiti di costruzione
34
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CONTROLLI: Risultati per requisiti di utilizzazione
35
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CONTROLLI: Dispositivi di Protezione Oculare (DPO)
L’uso dei protettori oculari è previsto
ogni qualvolta è possibile ipotizzare
esposizioni a livelli superiori a quelle
massime permesse (EMP)
¾ macchine senza cabina o barriere di protezione
¾operazioni di centratura fascio senza barriere
¾manutenzione con rimozione protezioni
I DPO devono essere conformi a UNI EN 207
36
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CONTROLLI: DISTANZE NOMINALI DI RISCHIO (DNR)
Riflessioni speculari sul piano
di lavoro sono eventi rari ma
non impossibili.
Il raggio riflesso si propaga in
una
direzione
inaspettata
mantenendo
livelli
di
radiazione superiori alle EMP
fino alla DNR
37
4⋅P
−d
DNR = π ⋅E
Φ
f
EMP
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CONTROLLI: ACCERTAMENTI SANITARI
Esami oculistici di preimpiego o
impiego
interinale
dovrebbero
essere eseguiti da uno specialista.
Un esame medico dovrebbe
essere eseguito da uno specialista,
immediatamente
dopo
una
esposizione
oculare
o
dermatologica nociva o presunta
tale.
Gli accertamenti sanitari specifici
sono risultati attivati in 2 delle 8
aziende esaminate.
38
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CONTROLLI: CONCLUSIONI
¾mancanza di adeguati ripari di
protezione (41 %) sulla zona di
taglio e di protettori oculari specifici
(65 %). L’adeguamento deve essere
attuato prioritariamente rispetto alle
altre non conformità rilevate.
¾Sui
ripari di protezione
trasparenti non era indicato il tempo
di perforazione e la relativa densità
ottica (100 %).
Generalmente sono utilizzati lexan,
macrolon e plexiglas di vario
spessore. Alla λ di 10600 nm questi
materiali sono opachi.
39
¾La valutazione della distanza
nominale di rischio (DNR) ha
permesso di mettere chiaramente in
evidenza come l’assenza di ripari di
protezione estende la zona a
potenziale rischio di superamento
dell’EMP fino a distanze comprese tra
9 e 16 m.
¾Le apparecchiature più recenti
dimostrano in generale di incontrare
meglio i requisiti previsti dalla norme
considerate, soprattutto per quanto
riguarda
la
cabinatura
con
conseguente
declassamento
del
sistema laser in classe 1.
Sezione Provinciale di Reggio Emilia
ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
APPARECCHIO PER PUNZONATURA E TAGLIO LASER
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Sezione Provinciale di Reggio Emilia
ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
a
La macchina per il taglio laser della slide precedente ha le
seguenti caratteristiche:
P = 4000 W - Potenza del fascio laser sull’ottica terminale (P63 e fascio gaussiano)
λ = 10600 nm
a = 15 mm - Diametro del fascio laser sull’ottica terminale (a63 e fascio gaussiano)
df = 0.2 mm - Diametro del fascio laser nel p.to focale
f = 5” (128 mm) - Focale della lente terminale
Φintrinseca = 1 mrad - Divergenza intrinseca del fascio laser
Tenuto conto che l’operatore alla consolle di comando ha visibilità diretta,
senza elementi interposti, della zona di taglio (distante 3 m) e che sono
possibili lavorazioni con lastre di Alluminio, effettuare una valutazione del
rischio di esposizione laser e dire:
1.
Se sussiste per l’operatore un rischio di esposizione a livelli superiori
alle Esposizioni Massime Permesse (EMP)?
41
2.
Nel caso si evidenzino possibili superamenti delle EMP, quali misure di
protezione in via prioritaria intraprendereste?
3.
Fino a quale massima distanza dalla testa laser, nelle normali condizioni
d’impiego e di assistenza da parte del fabbricante, il fascio è
potenzialmente pericoloso?
4.
Nel corso delle operazioni di centratura del fascio l’operatore
predispone la macchina per effettuare una erogazione ridotta a 200 W
con durata 300 ms. Quale è la densità ottica del protettore oculare per
una distanza di visione di 50 cm?
f
Φ
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ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
1. sussiste per l’operatore un rischio di esposizione a livelli superiori alle Esposizioni Massime Permesse (EMP)?
1. Calcolo dell’EMP Cornea e Pelle e dell’irradiamento
a
EEMP = 1000W ⋅ m −2
Φ = 2arctg
a −d
15−0.2
= 2 ⋅ arctg
=115.5mrad = 6.62°
2f
2⋅128
f
L
f
ED 2 =
D1
4P
Φ
⎛
⎞
⎜ 2tg ⋅ L + D1 ⎟ π
2
⎝
⎠
2
=
4 ⋅ 4000
2
6.62
⎛
⎞
⋅ 3 + 0.0002 ⎟ ⋅ π
⎜ 2 ⋅ tg
2
⎝
⎠
= 42276W ⋅ m −2
D2
EEMP = 1000W ⋅ m −2 ⟨⟨ E D 2 = 42267W ⋅ m −2
Esiste pertanto per l’operatore un rischio di esposizione a livelli superiori alle EMP
42
Φ
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ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
2. Nel caso si evidenzino possibili superamenti delle EMP, quali misure di protezione in via prioritaria intraprendereste?
In via prioritaria occorre prevedere la compartimentazione della macchina con
materiali opachi alla radiazione a 10600 nm.
Dove è richiesta la visibilità all’interno dell’area compartimentata, si usano
materiali come il Lexan, macrolon e plexiglas
43
Sezione Provinciale di Reggio Emilia
ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
3. Fino a quale massima distanza dalla testa laser, nelle normali condizioni d’impiego e di
assistenza da parte del fabbricante, il fascio è potenzialmente pericoloso?
rDNRO =
rDNRO =
44
4 ⋅ P0
− d r1
π ⋅ EEMP
φ
4 ⋅ P0
− d r1
π ⋅ EEMP
φ
=
=
4 ⋅ 4000
− 0.0002
π ⋅1000
= 19.5m
0.1155
4 ⋅ 4000
− 0.0002
π ⋅1000
= 2257 m
0.001
nelle normali condizioni d’impiego
nelle condizioni di assistenza
da parte del fabbricante
Sezione Provinciale di Reggio Emilia
ROA COERENTI – UN CASO INDAGATO
4. Nel corso delle operazioni di centratura del fascio l’operatore predispone la macchina per effettuare una
erogazione ridotta a 200 W con durata 300 ms. Quale è la densità ottica del protettore oculare per una
distanza di visione di 50 cm?
a
EEMP = 5600 ⋅ t 0.25 J ⋅ m −2 = 5600 ⋅ t −0.75W ⋅ m −2 = 13815W ⋅ m −2
Φ = 2arctg
a −d
15−0.2
= 2 ⋅ arctg
=115.5mrad = 6.62°
2f
2⋅128
f
L
f
ED 2 =
D1
4P
Φ
⎛
⎞
⎜ 2tg ⋅ L + D1 ⎟ π
2
⎝
⎠
2
=
4 ⋅ 200
6.62
⎛
⎞
⋅ 0.5 + 0.0002 ⎟ ⋅ π
⎜ 2 ⋅ tg
2
⎝
⎠
D2
Dλ = log10
45
2
H0
75607
= log10
= 0.738
EMP
13815
= 75607W ⋅ m −2
Φ
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ROA COERENTI – il caso del puntatore laser
Esempi di calcolo dell’EMP
5.
Un puntatore laser emette un fascio con le seguenti caratteristiche: λ=660 nm;
potenza=3.8 mW. Calcolare la distanza di osservazione alla quale un’esposizione di
durata pari a 0.25 s eguaglia quella massima permessa
d r1 = 4mm
φ = 2 ⋅ arctg
E EMP
d r 2 = 30mm
r1 = 0m
d r 2 − d r1
= 1.3mrad
2 ⋅ (r2 − r1 )
r2 = 20m
H EMP = 18 ⋅ t 0.75 ⋅ C6 J ⋅ m −2
18 ⋅ t 0.75 ⋅ C6
=
= 18 ⋅ t −0.25 ⋅ C6 = 25W ⋅ m − 2
t
rDNRO =
46
4 ⋅ P0
− d r1
π ⋅ EEMP
φ
= 7.62m
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
47
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
48
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
49
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
Attraverso lo spettroradiometro è stato possibile rilevare i livelli di irradiamento UV nelle varie posizioni di
misura con riferimento alla distribuzione spettrale dell’energia radiante che potenzialmente raggiunge
l’operatore.
In particolare, gli spettri UV sono stati acquisiti a passi di avanzamento del monocromatore di 1 nm e
successivamente elaborati per ricavare l’irradianza efficace (Eeff) e quella totale UVA (EUVA) a partire dai valori di
irradianza spettrale Eλ misurati direttamente dallo spettroradiometro.
I valori dei tempi di esposizione richiesti per raggiungere i limiti di esposizione radiante Heff e HUVA sono poi
calcolati utilizzando le seguenti formule (si veda a tal proposito la prima pagina dell’Allegato 1 della Direttiva):
t
50
eff
240 − 400
=
H eff
Eeff
=
30
(secondi)
Eeff
UVA
t315
− 400 =
H UVA 10000
=
(secondi)
EUVA
Euva
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
Elenco dei p.ti di rilievo, rispettiva descrizione e stato di funzionamento delle apparecchiature
51
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
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CONCLUSIONI - 1
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
68
CONCLUSIONI - 2
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
69
CONCLUSIONI - 3
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ROA NON COERENTI – UN CASO INDAGATO
70
INDICAZIONI PER NUOVE
STRUTTURE