Misurazione del diossido di carbonio (CO2) nei birrifici e nelle cantine vinicole

La misurazione del diossido di carbonio (CO2) nei birrifici e nelle cantine vinicole diventa ogni anno più semplice, veloce e affidabile. Durante la fermentazione della birra, del vino e di altri prodotti, si genera diossido di carbonio in concentrazioni piuttosto elevate. Tutti ricordano sicuramente la scena di una cantina o di un birrificio dove una candela brucia e non deve spegnersi. La candela veniva usata in passato proprio come un semplice rilevatore di concentrazioni pericolose di diossido di carbonio.

Unità di concentrazione del diossido di carbonio (CO2)

Le unità di concentrazione del diossido di carbonio CO2 e in generale di tutti i gas e le miscele possono essere espresse in due unità. Le classiche sono le percentuali. Cioè, la quota della concentrazione del componente e la concentrazione dell'intera miscela, moltiplicata per 100, esprime la concentrazione in percentuale del volume (%Vol.). Nei gas tossici, sono pericolose anche piccole concentrazioni. Sarebbe però poco pratico esprimerle in centesimi o millesimi di percentuale. Per questo è stata introdotta l'unità ppm. Ppm è l'abbreviazione del latino pars per milion. Si tratta quindi di una particella su un milione di particelle totali.

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Proprietà del diossido di carbonio CO2

Il diossido di carbonio è un gas incolore, inodore e insapore. In basse concentrazioni è comunemente presente nell'aria. Oggi il CO2 è un tema molto discusso dal punto di vista del riscaldamento globale. Concentrazioni dieci volte superiori vengono misurate nell'ambito della qualità dell'aria negli uffici, negli ospedali o nelle scuole. In caso di concentrazione elevata di CO2, combinata con un aumento della temperatura e dell'umidità, possono verificarsi perdite di attenzione, stanchezza e disturbi del sonno. Durante la fermentazione, tuttavia, si generano concentrazioni di diossido di carbonio di un ordine di grandezza superiore. Cioè decine di migliaia di ppm di CO2.

Il diossido di carbonio è 1,5 volte più pesante dell'aria. Da ciò deriva che si accumula e si concentra vicino al pavimento. Questa importante caratteristica deve essere considerata durante l'installazione dei sensori e dei rilevatori di gas. Le norme stabilite prescrivono l'impostazione dei punti di allarme. La direttiva della Commissione Europea stabilisce il limite massimo di esposizione sul posto di lavoro TWA. Per un periodo di 8 ore, la concentrazione di diossido di carbonio non deve superare il valore di 5000 ppm. Il limite a breve termine di 15 minuti non è prescritto nella direttiva. Per valutare la qualità dell'aria, è necessario attenersi ulteriormente alla norma EN 13779.

Formazione del diossido di carbonio CO2 durante la fermentazione

Il diossido di carbonio CO2 si forma in natura in vari modi. Nei birrifici e nelle cantine vinicole si forma principalmente durante la fermentazione. Durante il processo di fermentazione, gli zuccheri vengono convertiti in assenza di aria (fermentazione anaerobica) in etanolo e diossido di carbonio.

Secondo la formula di Balling, nella birra si formano 0,9565 g di CO2 da 2,0665 g di estratto fermentabile. La birra giovane trattiene CO2 solo in quantità limitata. La maggior parte del CO2 viene quindi rilasciata nell'ambiente e successivamente cade a terra. La maggior parte del diossido di carbonio si forma durante la fermentazione principale, seguita dalla fermentazione secondaria. Allo stesso modo, durante la fermentazione nella produzione del vino, una grande quantità di diossido di carbonio viene rilasciata nell'ambiente. È necessario proteggere i lavoratori dei birrifici e delle cantine vinicole dall'avvelenamento da questo gas.

Sistema di rilevamento del diossido di carbonio CO₂

Il sistema di rilevamento del diossido di carbonio CO₂ deve garantire principalmente un funzionamento sicuro del birrificio e della cantina vinicola. In molti piccoli vigneti è ancora comune l'abitudine consolidata di accendere una candela, che si spegne quando si accumula una grande quantità di CO2. Un approccio moderno e sempre più accessibile per garantire la sicurezza è costituito da singoli sensori con sensori ottici NDIR, una centralina di valutazione e segnalazione ottica o acustica.

I sensori ottici NDIR funzionano secondo il principio della legge di Beer-Lambert, in cui alcune lunghezze d'onda della luce infrarossa vengono assorbite dalle molecole del gas misurato.

Il sensore è composto da due tubi di misurazione. In entrambi è presente una lampada a infrarossi e un rilevatore a infrarossi. In un tubo è presente un gas di riferimento, solitamente azoto, e nell'altro il gas misurato. Le lunghezze d'onda catturate del gas misurato vengono confrontate con quelle del gas di riferimento.

Il diossido di carbonio è più pesante dell'aria, quindi si concentra vicino al suolo. Ciò significa che i sensori dovrebbero essere installati il più vicino possibile al pavimento. Di solito, 10-20 cm sopra il pavimento è la posizione ideale. I singoli sensori inviano quindi continuamente un segnale con la concentrazione misurata alla centralina nel quadro elettrico. La centralina valuta tutte le concentrazioni e attiva la ventilazione o la segnalazione di allarme.

L'impostazione delle soglie di attivazione della centralina è in relazione alla legislazione e alla quantità di diossido di carbonio emesso durante la fermentazione. La direttiva della Commissione Europea 2006/15/EC stabilisce i limiti massimi di esposizione durante l'orario di lavoro. Secondo questa direttiva, è consentito raggiungere una concentrazione di 5000 ppm di CO2 per un periodo di 8 ore.

Il superamento a breve termine della concentrazione deve essere monitorato per motivi di sicurezza. Il collegamento degli elementi di allarme e di altri elementi di sicurezza alle singole soglie di allarme deve essere valutato individualmente per ogni applicazione. Alle singole soglie di attivazione possono essere collegati vari elementi come ventilatori, sirene, fari e cartelli di avvertimento. Collegando un pulsante, è possibile eseguire un test di attivazione dell'intero sistema.

Al raggiungimento della soglia di allarme di 5000 ppm, la centralina attiva il sistema di ventilazione collegato alla centralina, successivamente a 15 000 ppm si accende la segnalazione di avvertimento, al superamento di 25 000 ppm si attiva la segnalazione acustica e alla soglia di 30 000 ppm si accendono i cartelli luminosi che avvertono le persone di non entrare nella stanza.

Il sensore di concentrazione E2618-CO2-50K è un membro della nuova serie di strumenti di misurazione multifunzionali PluraSens®. Per l'uso nei birrifici e nelle cantine vinicole, viene fornito con un sensore ottico NDIR compensato in temperatura con un intervallo di 0-50000 ppm di CO2.

I sensori della serie E2618 sono una soluzione intelligente per applicazioni moderne con comunicazione ModBus RS485 e due uscite analogiche 4-20mA/0-10V.

La centralina di rilevamento CO2 è disponibile in versione per 10 sensori o per 6 sensori. La centralina è progettata per raccogliere e valutare le informazioni dai singoli sensori del sistema di rilevamento. L'impostazione della centralina è adattata per l'uso nelle singole applicazioni.

Il cartello luminoso SVN 500 LED è una delle possibili periferiche per il sistema di rilevamento del diossido di carbonio nei birrifici e nelle cantine vinicole. In caso di superamento della concentrazione pericolosa per la salute del gas tossico monitorato, il sistema di rilevamento trasmette l'informazione e accende il cartello di avvertimento. Il corpo del SVN 500 è costituito da un profilo in alluminio con trattamento superficiale anodizzato, pareti in plexiglass rosso (traslucido) e argento (non traslucido) e fianchi in plastica nera. Il cartello luminoso a LED può essere fissato sia in ambienti interni che esterni.