Misurazione dell’anidride carbonica (CO2) in birrifici e cantine vinicole

La misurazione dell’anidride carbonica (CO2) in birrifici e cantine vinicole diventa ogni anno più semplice, più rapida e più affidabile. Durante la fermentazione di birra, vino e altri prodotti, si genera anidride carbonica in concentrazioni relativamente elevate. Tutti ricordano sicuramente la scena della cantina o del birrificio in cui brucia una candela e non deve spegnersi. In passato la candela veniva utilizzata proprio come semplice rilevatore di una concentrazione pericolosa di anidride carbonica. 

Unità di concentrazione dell’anidride carbonica (CO2)

Le unità di concentrazione dell’anidride carbonica CO2 e, in generale, di tutti i gas e delle miscele possono essere espresse con due unità. La più classica è la percentuale. Quindi il rapporto tra la concentrazione del componente e la concentrazione dell’intera miscela, moltiplicato per 100, esprime la concentrazione in percentuale in volume (%Vol.). Nel caso dei gas tossici, anche piccole concentrazioni sono già pericolose. Sarebbe però poco pratico esprimerle in centesimi o millesimi di percento. 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 del totale. 

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Proprietà dell’anidride carbonica CO2

L’anidride carbonica è un gas incolore, inodore e insapore. A basse concentrazioni è normalmente presente nell’aria. Oggi la 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 in uffici, ospedali o scuole. In presenza di una concentrazione elevata di CO2, combinata con temperatura e umidità elevate, possono verificarsi cali di attenzione, affaticamento e disturbi del sonno. Durante la fermentazione, tuttavia, si generano concentrazioni di anidride carbonica di un ordine di grandezza ancora superiore. Vale a dire decine di migliaia di ppm di CO2. 

L’anidride carbonica è 1,5 volte più pesante dell’aria. Ne consegue che ristagna e si accumula vicino al pavimento. Questa importante caratteristica deve essere tenuta presente durante l’installazione di sensori e rilevatori di gas. Le norme vigenti prescrivono l’impostazione delle soglie di allarme. La direttiva della Commissione europea stabilisce il limite massimo di esposizione sul luogo di lavoro TWA. Per una durata di 8 ore, la concentrazione di anidride carbonica non deve superare il valore di 5000 ppm. La direttiva non prescrive un limite a breve termine di 15 minuti. Per la valutazione della qualità dell’aria si applica la norma ČSN EN 16798-3, che ha sostituito la EN 13779. 

Formazione di anidride carbonica CO2 durante la fermentazione

L’anidride carbonica CO2 si forma in natura in diversi modi. Nel birrificio e nella cantina vinicola si genera soprattutto durante la fermentazione. Nel processo fermentativo gli zuccheri, in assenza di aria (fermentazione anaerobica), vengono trasformati in etanolo e anidride carbonica.

Nel caso della birra, secondo la formula di Balling, si formano quindi 0,9565 g di CO2 da 2,0665 g di estratto fermentescibile. La birra giovane lega a sé la CO2 solo in quantità limitata. Per questo motivo la maggior parte della CO2 viene rilasciata nell’ambiente e successivamente scende verso il basso. La maggiore quantità di anidride carbonica si genera durante la fermentazione principale e successivamente durante la rifermentazione. Anche nella fermentazione per la produzione del vino una grande quantità di anidride carbonica si disperde nell’ambiente. È necessario proteggere il personale del birrificio e della cantina vinicola dall’intossicazione causata da questo gas.

Sistema di rilevamento dell’anidride carbonica CO₂

Il sistema di rilevamento dell’anidride carbonica CO₂ deve garantire soprattutto il funzionamento sicuro del birrificio e della cantina vinicola. In molte piccole cantine è ancora diffusa la consuetudine, consolidata da anni, 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 una segnalazione ottica o acustica. 

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

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

L’anidride carbonica è più pesante dell’aria, quindi ristagna vicino al suolo. Ciò significa che i sensori dovrebbero essere installati il più vicino possibile al pavimento. In genere, un’altezza di 10–20 cm dal pavimento rappresenta il posizionamento ideale. I singoli sensori inviano quindi continuamente alla centralina nel quadro elettrico un segnale con la concentrazione misurata. La centralina valuta poi tutte le concentrazioni e attiva la ventilazione o la segnalazione di allarme. 

L’impostazione delle soglie di intervento della centralina dipende dalla normativa e dalla quantità di anidride carbonica emessa durante la fermentazione. La direttiva della Commissione europea 2006/15/EC stabilisce i limiti massimi di esposizione durante l’orario di lavoro. Secondo tale direttiva, è consentito raggiungere una concentrazione di 5000 ppm di CO2 per una durata di 8 ore.

Il superamento a breve termine della concentrazione deve essere monitorato per motivi di sicurezza. Il collegamento dei dispositivi di allarme e degli altri elementi di sicurezza alle singole soglie di allarme deve essere valutato individualmente in base a ogni applicazione. Alle singole soglie di intervento possono essere collegati diversi elementi, come ventilatori, sirene, lampeggianti e cartelli di avvertimento. Collegando un pulsante è possibile eseguire il test di intervento dell’intero sistema. 

Al raggiungimento della soglia di allarme di 5000 ppm, la centralina attiva il sistema di ventilazione collegato; 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 attivano le insegne luminose che avvertono le persone di non entrare nel locale. 

Sensore di concentrazione E2618-CO2-50K è un componente della nuova gamma di strumenti di misura multifunzione PluraSens®. Per l’impiego in birrifici e cantine vinicole viene fornito con sensore ottico NDIR compensato in temperatura con campo di misura 0-50000 ppm CO2.

I sensori della serie E2618 rappresentano 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 nella versione per 10 sensori oppure per 6 sensori. La centralina è destinata alla raccolta e alla valutazione delle informazioni provenienti dai singoli sensori del sistema di rilevamento. La configurazione della centralina è adattata all’impiego nelle singole applicazioni. 

Insegna luminosa a LED SVN 500 è una delle possibili periferiche per il sistema di rilevamento dell’anidride carbonica in birrifici e cantine vinicole. Quando viene superata una concentrazione del gas tossico monitorato pericolosa per la salute, il sistema di rilevamento trasmette l’informazione e accende l’insegna di avvertimento. Il corpo della SVN 500 è costituito da un profilo in alluminio con finitura superficiale anodizzata, pareti in plexiglas rosso (traslucido) e argento (opaco) e fianchi in plastica nera. L’insegna luminosa a LED può essere installata sia in ambienti interni sia in ambienti esterni.