Polvere di cacao e rischio esplosivo: un'analisi delle componenti e delle cause scatenanti

The proposed study aims to investigate the main causes of the explosiveness of cocoa powders, analyzing how the chemical and physical characteristics of the powders may influence this phenomenon and identifying any parameters that have a determining impact on explosivity. Another key objective is the development of a theoretical protocol that simplifies the evaluation of the minimum ignition energy (MIE), thereby reducing the need for practical experiments. Five commercial cocoa powders, along with two cocoa butters used as references for the various experimental stages, were selected for the study. The first phase of the experimentation was dedicated to evaluating the kinetic constants of the five cocoa powders. To calculate these constants, thermogravimetric analysis (TGA) was performed to determine the weight loss due to pyrolysis as a function of temperature. The resulting data were then processed using a Matlab code to calculate the kinetic constants. The second phase focused on studying the crystallization and melting points of the samples. Before testing the cocoa powders, a crystallization protocol was developed based on the reference cocoa butters, which are the main contributors to the crystallization phenomenon. Once the protocol was validated, it was applied to the cocoa powders. This phase included the evaluation of crystallization enthalpy and allowed for the identification of similarities and differences among the various samples. The third phase was transitional, necessary for calculating values that would be used to determine the theoretical MIE. Particle size tests and ICP-MS analysis were carried out to determine the metal content, accompanied by a comparison of pH, color, and metal content values to check for possible correlations among these variables. During this phase, a code was also developed to calculate the pyrolysis enthalpy from data obtained through DTA analyses, performed alongside the TGA. In the final phase, the theoretical MIE was calculated using the specially developed Matlab code, integrating all the data collected in the previous stages. In summary, the work aims not only to deepen the understanding of the mechanisms underlying the explosiveness of cocoa powders but also to provide a theoretical tool that can simplify and speed up the evaluation of the minimum ignition energy, thereby reducing the need for practical experimentation.

Lo studio proposto ha l'obiettivo di investigare le principali cause dell’esplosività delle polveri di cacao, analizzando come le caratteristiche chimiche e fisiche delle polveri possano influire su questo fenomeno e identificando eventuali parametri che abbiano un impatto determinante sull’esplosività. Un altro scopo fondamentale è lo sviluppo di un protocollo teorico che semplifichi la valutazione della minima energia di innesco (MIE), riducendo così la necessità di sperimentazioni pratiche. Per lo studio sono state selezionate cinque polveri di cacao commerciali, insieme a due burri di cacao utilizzati come riferimento per le varie fasi sperimentali. La prima fase della sperimentazione è stata dedicata alla valutazione delle costanti cinetiche delle cinque polveri di cacao. Per calcolare tali costanti, è stata eseguita un'analisi termogravimetrica (TG) per determinare la perdita di peso dovuta alla pirolisi in funzione della temperatura. I dati ottenuti sono stati successivamente elaborati tramite un codice Matlab per calcolare le costanti cinetiche. La seconda fase si è concentrata sullo studio dei punti di cristallizzazione e fusione dei campioni. Prima di eseguire i test sui campioni di cacao, è stato sviluppato un protocollo di cristallizzazione basato sui burri di cacao di riferimento, principali responsabili del fenomeno di cristallizzazione. Una volta validato il protocollo, è stato applicato alle polveri di cacao. Questa fase ha incluso la valutazione dell'entalpia di cristallizzazione e ha permesso di identificare similitudini e differenze tra i vari campioni. La terza fase ha avuto un carattere di transizione, necessario per il calcolo di valori che sarebbero stati utilizzati per determinare il MIE teorico. Sono stati effettuati test granulometrici e analisi ICP-MS per determinare il contenuto metallico, accompagnati da un confronto dei valori di pH, colore e contenuto metallico per verificare la possibile correlazione tra queste variabili. In questa fase è stato sviluppato anche un codice per calcolare l’entalpia di pirolisi a partire dai dati ottenuti dalle analisi DTA, eseguite parallelamente alla TGA. Nell'ultima fase è stato calcolato il MIE teorico utilizzando il codice Matlab appositamente sviluppato, integrando tutti i dati raccolti nelle fasi precedenti. In sintesi, il lavoro si propone non solo di approfondire la comprensione dei meccanismi alla base dell’esplosività delle polveri di cacao, ma anche di fornire uno strumento teorico che possa semplificare e velocizzare la valutazione della minima energia di innesco, riducendo così il ricorso a esperimentazioni pratiche.