Meranie oxidu uhličitého (CO2) v pivovaroch a vínnych pivniciach

Meranie oxidu uhličitého (CO2) v pivovaroch a vínnych pivniciach je každý rok jednoduchšie, rýchlejšie a spoľahlivejšie. Pri kvasení piva, vína a ďalších produktov vzniká oxid uhličitý v pomerne vysokých koncentráciách. Všetci si určite vybavia scénu z pivnice alebo pivovaru, kde horí sviečka a nesmie zhasnúť. Sviečka sa kedysi používala práve ako taký jednoduchý detektor nebezpečnej koncentrácie oxidu uhličitého. 

Jednotky koncentrácií oxidu uhličitého (CO2)

Jednotky koncentrácií oxidu uhličitého CO2 a všeobecne všetkých plynov a zmesí možno označovať dvoma jednotkami. Klasické sú percentá. Teda podiel koncentrácie zložky a koncentrácie celej zmesi, vynásobený 100 vyjadruje koncentráciu v percentách objemu (%Vol.). U toxických plynov sú nebezpečné už malé koncentrácie. Bolo by však nepraktické ich vyjadrovať v stotinách alebo tisícinách percent. Preto bola zavedená jednotka ppm. Ppm je skratka z latinského pars per milion. Ide teda o jednu časticu na milión častíc celku. 

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Vlastnosti oxidu uhličitého CO2

Oxid uhličitý je bezfarebný plyn bez zápachu a chuti. V nízkych koncentráciách sa bežne vyskytuje vo vzduchu. CO2 je dnes veľmi diskutovaná téma z pohľadu globálneho otepľovania. Desaťkrát vyššie koncentrácie sa merajú v rámci kvality vzduchu v kanceláriách, nemocniciach alebo školách. Pri zvýšenej koncentrácii CO2, ktorá sa skombinuje so zvýšenou teplotou a vlhkosťou, môže dochádzať k stratám pozornosti, únave a poruchám spánku. Pri kvasení však dochádza k tvorbe o ďalší rád vyšších koncentrácií oxidu uhličitého. Teda desaťtisíce ppm CO2. 

Oxid uhličitý je 1,5-krát ťažší ako vzduch. Z toho vyplýva, že sa drží a hromadí pri podlahe. Na túto dôležitú vlastnosť je potrebné myslieť pri inštalácii snímačov a detektorov plynu. Zavedené normy predpisujú nastavenie výstražných bodov. Smernica Európskej komisie určuje maximálny expozičný limit na pracovisku TWA. Po dobu 8 h nesmie presiahnuť koncentrácia oxidu uhličitého hodnotu 5000 ppm. Krátkodobý limit 15 min nie je v smernici predpísaný. Pre posudzovanie kvality vzduchu je potrebné sa ďalej držať normy EN 13779. 

Vznik oxidu uhličitého CO2 pri kvasení

Oxid uhličitý CO2 vzniká v prírode rôznymi spôsobmi. V pivovare a vínnej pivnici vzniká hlavne pri kvasení alebo fermentácii. Pri kvasnom procese dochádza k premene cukrov za neprístupu vzduchu (anaeróbne kvasenie) na etanol a oxid uhličitý.

U piva podľa Ballingovho vzorca teda vzniká 0,9565 g CO2 z 2,0665 g kvasiteľného extraktu. Mladé pivo na seba viaže CO2 iba v obmedzenom množstve. Väčšina CO2 sa preto uvoľní do priestoru a následne padá k zemi. Najviac oxidu uhličitého vzniká pri hlavnom kvasení, následne pri dokvasení. Rovnako tak pri fermentácii pri výrobe vína uniká veľké množstvo oxidu uhličitého do priestoru. Je potrebné chrániť pracovníkov pivovaru aj vinárstva proti otrave týmto plynom.

Systém detekcie oxidu uhličitého CO₂

Systém detekcie oxidu uhličitého CO₂ má zabezpečiť hlavne bezpečnú prevádzku pivovaru a vinárstva. V rade malých vinárstiev je stále bežný dlhoročný zvyk so zapálením sviečky, ktorá pri nahromadení veľkého množstva CO2 zhasne. Moderný a stále cenovo dostupný prístup k zabezpečeniu bezpečnosti sa skladá z jednotlivých snímačov s optickými NDIR senzormi, vyhodnocovacej ústredne a optickej alebo zvukovej signalizácie. 

Optické NDIR senzory fungujú na princípe Beer-Lambertovho zákona, kedy sú niektoré vlnové dĺžky infračerveného svetla absorbované molekulami meraného plynu.

Senzor sa skladá z dvoch meracích trubíc. V oboch je infračervená lampa a infračervený detektor. V jednej trubici je referenčný plyn, obvykle dusík, a v druhej je meraný plyn. Zachytené vlnové dĺžky meraného plynu sa porovnávajú s referenčným. 

Oxid uhličitý je ťažší ako vzduch, drží sa teda pri zemi. To znamená, že snímače by sa mali inštalovať čo najbližšie k podlahe. Obvykle 10–20 cm nad podlahu je ideálne umiestnenie. Jednotlivé snímače potom priebežne odosielajú signál s meranou koncentráciou do ústredne v rozvádzači. Ústredňa potom všetky koncentrácie vyhodnotí a zapne vetranie alebo výstražnú signalizáciu. 

Nastavenie spínacích hraníc ústredne je v nadväznosti na legislatívu a množstvo oxidu uhličitého emitovaného pri kvasení. Smernica Európskej komisie 2006/15/EC stanovuje maximálne expozičné limity po dobu pracovnej doby. Podľa tejto smernice je prípustné dosiahnuť koncentráciu 5000 ppm CO2 po dobu 8 h.

Krátkodobé prekročenie koncentrácie je potrebné sledovať kvôli bezpečnosti. Pripojenie výstražných a ďalších bezpečnostných prvkov na jednotlivé výstražné hranice je potrebné posúdiť podľa každej aplikácie individuálne. Na jednotlivé spínacie hranice možno pripojiť rôzne prvky ako ventilátory, sirény, majáky a výstražné nápisy. Pri pripojení tlačidla možno vykonať test spínania celého systému. 

Pri dosiahnutí výstražnej hranice 5000 ppm ústredňa zapne ventilačný systém, ktorý je na ústredňu napojený, následne pri 15 000 ppm sa rozsvieti varovná signalizácia, pri prekročení 25 000 ppm sa spustí zvuková signalizácia a pri hranici 30 000 ppm sa spustia svetelné nápisy varujúce osoby pred vstupom do miestnosti. 

Snímač koncentrácie E2618-CO2-50K je členom novej rady multifunkčných meracích prístrojov PluraSens®. Pre použitie v pivovaroch a vinárstvach je dodávaný s teplotne kompenzovaným optickým NDIR senzorom s rozsahom 0-50000 ppm CO2.

Snímače rady E2618 sú inteligentným riešením pre moderné aplikácie s komunikáciou ModBus RS485 a dvoma analógovými výstupmi 4-20mA/0-10V.

Ústredňa detekcie CO2 sa dodáva v prevedení pre 10 snímačov alebo pre 6 snímačov. Ústredňa je určená pre zhromažďovanie a vyhodnocovanie informácií z jednotlivých snímačov detekčného systému. Nastavenie ústredne je prispôsobené pre použitie v jednotlivých aplikáciách. 

SVN 500 LED svetelný nápis je jedna z možných periférií pre detekčný systém oxidu uhličitého v pivovaroch a vinárstvach. Pri prekročení zdraviu nebezpečnej koncentrácie sledovaného toxického plynu odovzdá detekčný systém informáciu a rozsvieti varovný nápis. Telo SVN 500 tvorí hliníkový profil s elox úpravou povrchu, červené (priesvitné) a strieborné (nepriesvitné) plexisklové steny a bočnice z čierneho plastu. LED svetelný nápis možno uchytiť ako do vnútorných, tak aj do vonkajších priestorov.