Meten van koolstofdioxide (CO2) in brouwerijen en wijnkelders

Het meten van koolstofdioxide (CO2) in brouwerijen en wijnkelders wordt elk jaar eenvoudiger, sneller en betrouwbaarder. Bij de fermentatie van bier, wijn en andere producten ontstaat koolstofdioxide in relatief hoge concentraties. Iedereen herinnert zich vast wel de scène in een kelder of brouwerij waar een kaars brandt en niet mag uitgaan. De kaars werd vroeger gebruikt als een eenvoudige detector voor gevaarlijke concentraties koolstofdioxide.

Eenheden van koolstofdioxideconcentraties (CO2)

Eenheden van concentraties koolstofdioxide CO2 en in het algemeen van alle gassen en mengsels kunnen met twee eenheden worden aangeduid. De klassieke eenheid is procent. Het aandeel van de concentratie van een component en de concentratie van het gehele mengsel, vermenigvuldigd met 100, geeft de concentratie in volumeprocenten (%Vol.) weer. Bij toxische gassen zijn al kleine concentraties gevaarlijk. Het zou echter onpraktisch zijn om deze in honderdsten of duizendsten van een procent uit te drukken. Daarom is de eenheid ppm ingevoerd. Ppm is een afkorting van het Latijnse pars per miljoen. Het betreft dus één deeltje per miljoen deeltjes van het geheel.

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Eigenschappen van koolstofdioxide CO2

Koolstofdioxide is een kleurloos gas zonder geur en smaak. In lage concentraties komt het normaal voor in de lucht. CO2 is tegenwoordig een veelbesproken onderwerp vanuit het oogpunt van de opwarming van de aarde. Tien keer hogere concentraties worden gemeten in het kader van de luchtkwaliteit in kantoren, ziekenhuizen of scholen. Bij verhoogde concentraties CO2, gecombineerd met verhoogde temperatuur en vochtigheid, kan er sprake zijn van verminderde aandacht, vermoeidheid en slaapstoornissen. Bij fermentatie ontstaan echter nog hogere concentraties koolstofdioxide, namelijk tienduizenden ppm CO2.

Koolstofdioxide is 1,5 keer zwaarder dan lucht. Dit betekent dat het zich ophoopt en verzamelt bij de vloer. Deze belangrijke eigenschap moet in gedachten worden gehouden bij de installatie van sensoren en gasdetectoren. De vastgestelde normen schrijven voor hoe waarschuwingspunten moeten worden ingesteld. De richtlijn van de Europese Commissie bepaalt de maximale blootstellingslimiet op de werkplek TWA. Gedurende 8 uur mag de concentratie koolstofdioxide niet hoger zijn dan 5000 ppm. Een kortetermijnlimiet van 15 minuten is niet voorgeschreven in de richtlijn. Voor de beoordeling van de luchtkwaliteit moet verder de norm EN 13779 worden gevolgd.

Ontstaan van koolstofdioxide CO2 bij fermentatie

Koolstofdioxide CO2 ontstaat in de natuur op verschillende manieren. In brouwerijen en wijnkelders ontstaat het voornamelijk tijdens de fermentatie. Tijdens het fermentatieproces worden suikers zonder toegang tot lucht (anaerobe fermentatie) omgezet in ethanol en koolstofdioxide.

Bij bier ontstaat volgens de formule van Balling 0,9565 g CO2 uit 2,0665 g fermenteerbaar extract. Jong bier bindt slechts een beperkte hoeveelheid CO2. Het grootste deel van de CO2 komt daarom vrij in de ruimte en zakt vervolgens naar de grond. De meeste koolstofdioxide ontstaat tijdens de hoofdfermentatie, gevolgd door de nagisting. Evenzo ontsnapt bij de fermentatie tijdens de wijnproductie een grote hoeveelheid koolstofdioxide in de ruimte. Het is noodzakelijk om de werknemers van brouwerijen en wijnmakerijen te beschermen tegen vergiftiging door dit gas.

Systeem voor detectie van koolstofdioxide CO₂

Het detectiesysteem voor koolstofdioxide CO₂ moet vooral zorgen voor een veilige werking van brouwerijen en wijnmakerijen. In veel kleine wijnmakerijen is het nog steeds gebruikelijk om een kaars aan te steken, die uitgaat bij een grote ophoping van CO2. Een moderne en steeds betaalbaardere benadering van veiligheid bestaat uit individuele sensoren met optische NDIR-sensoren, een evaluatiecentrale en optische of akoestische signalering.

Optische NDIR-sensoren werken volgens de wet van Beer-Lambert, waarbij bepaalde golflengten van infrarood licht worden geabsorbeerd door de moleculen van het gemeten gas.

De sensor bestaat uit twee meetbuizen. In beide bevindt zich een infraroodlamp en een infrarooddetector. In één buis bevindt zich een referentiegas, meestal stikstof, en in de andere het te meten gas. De opgevangen golflengten van het te meten gas worden vergeleken met die van het referentiegas.

Koolstofdioxide is zwaarder dan lucht en blijft dus bij de grond. Dit betekent dat de sensoren zo dicht mogelijk bij de vloer moeten worden geïnstalleerd. Meestal is 10-20 cm boven de vloer de ideale plaatsing. De individuele sensoren sturen vervolgens continu een signaal met de gemeten concentratie naar de centrale in de schakelkast. De centrale evalueert vervolgens alle concentraties en schakelt de ventilatie of waarschuwingssignalisatie in.

Het instellen van de schakellimieten van de centrale is afhankelijk van de wetgeving en de hoeveelheid koolstofdioxide die vrijkomt bij fermentatie. De richtlijn van de Europese Commissie 2006/15/EC stelt de maximale blootstellingslimieten gedurende de werkuren vast. Volgens deze richtlijn is het toegestaan om een concentratie van 5000 ppm CO2 gedurende 8 uur te bereiken.

Kortstondige overschrijding van de concentratie moet worden gecontroleerd voor de veiligheid. Het aansluiten van waarschuwings- en andere veiligheidscomponenten op de individuele waarschuwingsgrenzen moet per toepassing individueel worden beoordeeld. Op de afzonderlijke schakellimieten kunnen verschillende componenten zoals ventilatoren, sirenes, bakens en waarschuwingsborden worden aangesloten. Bij aansluiting van een knop kan de schakeling van het gehele systeem worden getest.

Bij het bereiken van de waarschuwingsgrens van 5000 ppm schakelt de centrale het ventilatiesysteem in dat op de centrale is aangesloten, vervolgens gaat bij 15 000 ppm de waarschuwingssignalisatie branden, bij overschrijding van 25 000 ppm wordt de geluidssignalisatie geactiveerd en bij 30 000 ppm worden lichtborden geactiveerd die personen waarschuwen voordat ze de ruimte betreden.

Concentratiesensor E2618-CO2-50K is lid van de nieuwe reeks multifunctionele meetinstrumenten PluraSens®. Voor gebruik in brouwerijen en wijnmakerijen wordt het geleverd met een temperatuurgecompenseerde optische NDIR-sensor met een bereik van 0-50000 ppm CO2.

Sensors uit de E2618-serie zijn een intelligente oplossing voor moderne toepassingen met ModBus RS485-communicatie en twee analoge uitgangen 4-20mA/0-10V.

De CO2-detectiecentrale wordt geleverd in uitvoeringen voor 10 sensoren of voor 6 sensoren. De centrale is bedoeld voor het verzamelen en evalueren van informatie van de afzonderlijke sensoren van het detectiesysteem. De instelling van de centrale is aangepast voor gebruik in de afzonderlijke toepassingen.

SVN 500 LED lichtbord is een van de mogelijke randapparatuur voor het detectiesysteem van koolstofdioxide in brouwerijen en wijnmakerijen. Bij overschrijding van een voor de gezondheid gevaarlijke concentratie van het gemonitorde toxische gas geeft het detectiesysteem een signaal en gaat het waarschuwingsbord branden. Het lichaam van de SVN 500 bestaat uit een aluminium profiel met een geanodiseerde oppervlaktebehandeling, rode (doorzichtige) en zilveren (ondoorzichtige) plexiglaswanden en zijpanelen van zwart plastic. Het LED-lichtbord kan zowel binnen als buiten worden gemonteerd.