I simboli di sicurezza a bordo nave segnalano all’equipaggio e ai passeggeri le vie di esodo, i pericoli, gli equipaggiamenti di emergenza e altre indicazioni utili per la salvaguardia delle persone.
L’importanza delle insegne è stata riconosciuta non solo dagli addetti ai lavori, ma anche dagli enti normativi che, in un clima di globalizzazione, hanno cercato di standardizzare la simbologia da usare.
La IMO (International Maritime Organization) si è mossa in quest’ottica consentendo di raggiungere una certa uniformità per la segnaletica applicata a bordo nave. Ispirandosi alle soluzioni IMO, la ISO (International Organization for Standardization) ha successivamente redatto un insieme di normative tecniche da seguire per la categorizzazione dei simboli.
Affinché le insegne possano ridurre efficacemente il numero di incidenti è necessario che la tecnologia usata dai produttori per la realizzazione delle stesse sia altamente affidabile.
Figura 1: Planimetria raffigurante la segnaletica a bordo nave
Il concetto di luce in fisica quantistica
Prima di addentrarci nella presentazione dei materiali più idonei per la segnaletica navale occorre analizzare l’origine fisica della luce. In fisica quantistica, la luce è intesa come un flusso di particelle, detto fotone.
Ogni fotone possiede un’energia che dipende dalla frequenza, ossia dalla lunghezza d’onda. L’origine del fotone avviene a livello molecolare.
Quando un elettrone effettua un salto da un’orbita contenente energia Ej a un’orbita con energia Ei la differenza di energia (Ej – Ei), se positiva, viene rilasciata sotto forma di fotone. Da tale energia si risale poi alla lunghezza d’onda associata. Se quest’ultima ricade nello spettro di visibilità dell’occhio umano (da 400 a 700 nanometri di lunghezza d’onda), allora la luce sarà visibile.
L’emissione di fotoni può essere causata, ad esempio, da fattori chimici, elettrici o termici. In particolare, quando la sorgente che causa l’eccitazione dell’elettrone è una corrente si parla di elettroluminescenza, quando invece la generazione della luce è determinata dalla cattura di un fotone si usa il termine fotoluminescenza.
Figura 2: Schema per l’emissione di un fotone
Elettroluminescenza: i LED
L’elettroluminescenza è un fenomeno che avviene quando un materiale attraversato da una corrente rilascia energia sotto forma di fotoni. Un componente elettronico in grado di esibire questo comportamento è il diodo. Il diodo viene realizzato mettendo assieme due semiconduttori drogati, uno di tipo P e uno di tipo N, questa struttura viene denominata giunzione P-N.
Dopo aver polarizzato in modo diretto tale giunzione, applicando cioè il polo positivo di un generatore alla zona di tipo P e il polo negativo alla N, il passaggio di corrente sarà consentito in una sola direzione (dall’anodo verso il catodo). In questi diodi la ricombinazione elettrone-lacuna si verifica frequentemente generando l’emissione di fotoni, la cui energia è legata ai materiali che costituiscono la giunzione. Tali diodi prendono il nome di LED (Light Emitting Diode).
Per comporre un elemento luminoso occorre poi ricoprire il LED con un involucro trasparente in grado di convogliare la luce nel modo migliore possibile per l’applicazione in analisi. Va evidenziato che non tutti i LED emettono luce visibile, ad esempio è possibile realizzare LED a infrarossi (tecnologia usata nei telecomandi).
L’uso dei LED in ambienti normati permette di ottenere numerosi vantaggi rispetto a soluzioni più datate come la luce a incandescenza. I LED difatti sono affidabili, longevi ed estremamente robusti. Inoltre, la limitata trasmissione di calore nell’ambiente circostante li rende sicuri ed efficienti, poiché la maggior parte dell’energia viene convertita in luce.
La tecnologia LED richiede tipicamente una sorgente di alimentazione a bassa tensione facilitando così la fase di installazione e manutenzione dei dispositivi stessi. In virtù di quest’ultima proprietà, tali elementi luminosi non richiedono di essere collegati direttamente a una presa di corrente, lasciando all’utente la massima libertà nel determinare il loro posizionamento.
Infine, vale la pena sottolineare come i LED siano in grado di operare in condizioni climatiche avverse (-40°C) e non contengano al loro interno materiali nocivi quale il mercurio, presente invece all’interno delle lampade fluorescenti.
Figura 3: Componenti di un elemento luminoso con tecnologia LED (sinistra). Segnale di emergenza a LED (destra).
Fotoluminescenza: i materiali fosforescenti e fluorescenti
La fotoluminescenza è un fenomeno che si verifica quando un materiale assorbe dei fotoni per poi riemetterli. L’energia introdotta dai fotoni assorbiti consente agli elettroni di spostarsi su orbite ad energia orbitale maggiore. Successivamente, gli elettroni tornano al loro stadio iniziale rilasciando a loro volta fotoni.
La fotoluminescenza può essere eventualmente controllata andando a progettare una sorgente in grado di generare un’onda elettromagnetica, ossia dei fotoni, che trasmetta energia al materiale in modo continuativo.
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La fotoluminescenza si divide in fosforescenza e fluorescenza. La fosforescenza è caratterizzata da tempi di immagazzinamento compresi tra 10-6 e 101 secondi, la fluorescenza invece tra 10-12 e 10-6 secondi. I materiali fosforescenti sono dunque in grado di assorbire ed emettere fotoni per un lasso di tempo maggiore.
I materiali fosforescenti si trovano tipicamente sotto forma di liquido, di polvere, di sostanza gelatinosa o di gas. Si applicano facilmente su molte superfici come il metallo, il legno e la plastica. Grazie alla loro capacità di resistenza al calore e alle intemperie sono particolarmente indicati come indicatori di sicurezza in ambienti interni ed esterni. Ad esempio, in condizioni di scarsa visibilità a seguito di un incendio, l’uso di insegne luminescenti consente una facile individuazione delle uscite di emergenza.
Complessivamente, la scelta di adoperare come materiali per la segnaletica navale cartelli luminescenti e lampade a LED permette di migliorare sensibilmente le condizioni di sicurezza a bordo nave offrendo un valido contributo nella riduzione del numero degli incidenti.
Figura 4: Insegna luminescente in presenza di luce (sinistra) e in assenza di luce (destra)
Letture consigliate
Sedra, Smith, Microelectronic circuits, Oxford University Press
Sharnoff, Photophysics of aromatic molecules: by John B. Birks (Wiley-Interscience, London, 1970)
https://chem.libretexts.org
http://www.imo.org
https://www.iso.org
