Měření oxidu uhličitého (CO2) v pivovarech a vinných sklepích

Měření oxidu uhličitého (CO2) v pivovarech a vinných sklepích je každým rokem jednodušší, rychlejší a spolehlivější. Při kvašení piva, vína a dalších produktů vzniká oxid uhličitý v poměrně vysokých koncentracích. Všichni si jistě vybaví scénu ze sklípku nebo pivovaru, kde hoří svíčka a nesmí zhasnout. Svíčka se dříve používala právě jako takový jednoduchý detektor nebezpečné koncentrace oxidu uhličitého. 

Jednotky koncentrací oxidu uhličitého (CO2)

Jednotky koncentrací oxidu uhličitého CO2 a všeobecně všech plynů a směsí lze označovat dvěma jednotkami. Klasické jsou procenta. Tedy podíl koncentrace složky a koncentrace celé směsi, vynásobený 100 vyjadřuje koncentraci v procentech objemu (%Vol.). U toxických plynů jsou nebezpečné již malé koncentrace. Bylo by ovšem nepraktické je vyjadřovat v setinách nebo tisícinách procent. Proto byla zavedena jednotka ppm. Ppm je zkratka z latinského pars per milion. Jedná se tedy o jednu částici na milion částic celku. 

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Vlastnosti oxidu uhličitého CO2

Oxid uhličitý je bezbarvý plyn bez zápachu a chuti. V nízkých koncentracích se běžně vyskytuje ve vzduchu. CO2 je dnes velmi diskutované téma z pohledu globálního oteplování. Desetkrát vyšší koncentrace se měří v rámci kvality vzduchu v kancelářích, nemocnicích nebo školách. Při zvýšené koncentraci CO2, která se zkombinuje se zvýšenou teplotou a vlhkostí, může docházet ke ztrátám pozornosti, únavě a poruchám spánku. Při kvašení však dochází k tvorbě o další řád vyšších koncentrací oxidu uhličitého. Tedy desetitisíce ppm CO2. 

Oxid uhličitý je 1,5krát těžší než vzduch. Z toho vyplývá, že se drží a hromadí u podlahy. Na tuto důležitou vlastnost je třeba myslet při instalaci snímačů a detektorů plynu. Zavedené normy předepisují nastavení výstražných bodů. Směrnice Evropské komise určuje maximální expoziční limit na pracovišti TWA. Po dobu 8 h nesmí přesáhnout koncentrace oxidu uhličitého hodnotu 5000 ppm. Krátkodobý limit 15 min není ve směrnici předepsán. Pro posuzování kvality vzduchu je třeba se dále držet normy EN 13779. 

Vznik oxidu uhličitého CO2 při kvašení

Oxid uhličitý CO2 vzniká v přírodě různými způsoby. V pivovaru a vinném sklípku vzniká hlavně při kvašení neboli fermentaci. Při kvasném procesu dochází k přeměně cukrů za nepřístupu vzduchu (anaerobní kvašení) na ethanol a oxid uhličitý.

U piva dle Ballingova vzorce tedy vzniká 0,9565 g CO2 z 2,0665 g zkvasitelného extraktu. Mladé pivo na sebe váže CO2 pouze v omezeném množství. Většina CO2 se proto uvolní do prostoru a následně padá k zemi. Nejvíce oxidu uhličitého vzniká při hlavním kvašení, následně při dokvášení. Stejně tak u fermentace při výrobě vína uniká velké množství oxidu uhličitého do prostoru. Je třeba chránit pracovníky pivovaru i vinařství proti otravě tímto plynem.

Systém detekce oxidu uhličitého CO₂

Systém detekce oxidu uhličitého CO₂ má zajistit hlavně bezpečný provoz pivovaru a vinařství. V řadě malých vinařství je stále běžný léta zaběhlý zvyk se zapalováním svíčky, která při nahromadění velkého množství CO2 zhasne. Moderní a stále cenově dostupný přístup k zajištění bezpečnosti se skládá z jednotlivých snímačů s optickými NDIR senzory, vyhodnocovací ústředny a optické nebo zvukové signalizace. 

Optické NDIR senzory fungují na principu Beer-Lambertova zákona, kdy jsou některé vlnové délky infračerveného světla absorbovány molekulami měřeného plynu.

Senzor se skládá ze dvou měřicích trubic. V obou je infračervená lampa a infračervený detektor. V jedné trubici je referenční plyn, obvykle dusík, a v druhé je měřený plyn. Zachycené vlnové délky měřeného plynu se porovnávají s referenčním. 

Oxid uhličitý je těžší než vzduch, drží se tedy u země. To znamená, že snímače by se měly instalovat co nejblíže podlaze. Obvykle 10–20 cm nad podlahu je ideální umístění. Jednotlivé snímače pak průběžně odesílají signál s měřenou koncentrací do ústředny v rozvaděči. Ústředna pak všechny koncentrace vyhodnotí a sepne větrání nebo výstražnou signalizaci. 

Nastavení spínacích mezí ústředny je v návaznosti na legislativu a množství oxidu uhličitého emitovaného při kvašení. Směrnice Evropské komise 2006/15/EC stanovuje maximální expoziční limity po dobu pracovní doby. Podle této směrnice je přípustné dosáhnout koncentrace 5000 ppm CO2 po dobu 8 h.

Krátkodobé překročení koncentrace je třeba hlídat kvůli bezpečnosti. Připojení výstražných a dalších bezpečnostních prvků na jednotlivé výstražné meze je třeba posoudit podle každé aplikace individuálně. Na jednotlivé spínací meze lze připojit různé prvky jako ventilátory, sirény, majáky a výstražné nápisy. Při připojení tlačítka lze provést test spínání celého systému. 

Při dosažení výstražné meze 5000 ppm ústředna sepne ventilační systém, který je na ústřednu napojen, následně při 15 000 ppm se rozsvítí varovná signalizace, při překročení 25 000 ppm se spustí zvuková signalizace a při mezi 30 000 ppm se spustí světelné nápisy varující osoby před vstupem do místnosti. 

Snímač koncentrace E2618-CO2-50K je členem nové řady multifunkčních měřicích přístrojů PluraSens®. Pro použití v pivovarech a vinařstvích je dodáván s teplotně kompenzovaným optickým NDIR senzorem s rozsahem 0-50000 ppm CO2.

Snímače řady E2618 jsou inteligentním řešením pro moderní aplikace s komunikací ModBus RS485 a dvěma analogovými výstupy 4-20mA/0-10V.

Ústředna detekce CO2 se dodává v provedení pro 10 snímačů nebo pro 6 snímačů. Ústředna je určena pro shromažďování a vyhodnocování informací z jednotlivých snímačů detekčního systému. Nastavení ústředny je přizpůsobeno pro použití v jednotlivých aplikacích. 

SVN 500 LED světelný nápis je jedna z možných periferií pro detekční systém oxidu uhličitého v pivovarech a vinařstvích. Při překročení zdraví nebezpečné koncentrace sledovaného toxického plynu předá detekční systém informaci a rozsvítí varovný nápis. Tělo SVN 500 tvoří hliníkový profil s elox úpravou povrchu, červené (průsvitné) a stříbrné (neprůsvitné) plexiskleněné stěny a bočnice z černého plastu. LED světelný nápis lze uchytit jak do vnitřních, tak i do venkovních prostorů.