Solutions de mesure précise du CO2 pour l'industrie des aliments et des boissons

Nombreuses sont les applications relatives à l'alimentation et aux boissons qui ont besoin de solutions de mesure du CO₂ de haute qualité et nombreux sont ceux qui, au sein de l'industrie, s'interrogent sur le meilleur moyen de répondre à ce problème. Je vais vous expliquer comment mesurer correctement et précisément le CO₂ tout en décrivant certaines exigences et certains environnements.

Pourquoi avons-nous besoin de solutions de mesure du CO₂ de bonne qualité ?

Quel que soit le produit final, le processus ou le besoin, les objectifs sont similaires dans presque toutes les applications : une mesure du CO₂ qui reflète avec précision l'environnement et répond aux exigences de l'application. Étant donné que le dioxyde de carbone résulte du métabolisme d'un organisme vivant et que c'est aussi un élément important de la photosynthèse, nous ne pouvons pas ignorer son importance lorsque l'on tient compte de la sécurité du processus ou lorsque les thèmes de la productivité et de la qualité du produit sont abordés. Lorsque l'on comprend la manière dont le CO₂ fonctionne dans certains processus, nous pouvons tirer avantage des bénéfices qu'il offre et optimiser nos efforts pour améliorer les résultats.

Augmentation de la sécurité des travailleurs

Commençons par le sujet le plus important : la sécurité. De très fortes concentrations de dioxyde de carbone sont dangereuses parce que le CO₂ remplace l'oxygène. Trop de CO₂ a également un impact négatif sur le confort des êtres humains, ce qui est la raison pour laquelle la plupart des pays fixe des limites d'exposition sur le lieu de travail. À titre d'exemple, aux États-Unis, la limite d'exposition générale du CO₂ est de 5 000 ppm sur une période de travail de huit heures.

Il est particulièrement important de mesurer les niveaux de sécurité du dioxyde de carbone dans l'industrie des boissons : les réservoirs de fermentation libèrent du CO₂ émanant des soupapes de décharge en cas de surpression. Il existe également un risque de fuite de gaz au niveau des réservoirs ou des conduites des lignes de mise en bouteille des boissons non alcoolisées. Parce que le CO₂ est plus lourd que l'air, le gaz peut s'accumuler dans des zones non ventilées et présenter un danger important pour la santé des employés. C'est pourquoi les capteurs de mesure du CO₂ devraient être placés aussi près du niveau du sol que possible.

Une autre application impliquant une mesure de sécurité est la réfrigération. Le CO₂ est également appelé réfrigérant R744 et s'avère beaucoup plus écologique que beaucoup d'autres gaz précédemment utilisés en réfrigération.  Elle est largement utilisée au rayon frais des supermarchés, dans des chambres froides, dans des congélateurs-chambres et dans des entrepôts frigorifiques industriels.  Comme avec tous les systèmes de réfrigération, des fuites peuvent se produire en raison d'opérations de maintenance insuffisantes, d'usure mécanique, de dommages accidentels, d'une mauvaise installation ou tout simplement parce que les systèmes de réfrigération du CO₂ fonctionnent généralement à de hautes pressions.

En l'absence d'un système de suivi du CO₂ bien entretenu, les fuites peuvent ne jamais être détectées, car le CO₂ est un gaz inodore et incolore. Bien que les produits Vaisala CARBOCAP® ne satisfont pas toutes les normes de sécurité, nombreux sont les clients qui estiment qu'ils fonctionnent bien pour la remontée d'alarmes et pour le monitoring en continu. Pour détecter le CO₂ aussi rapidement que possible, les émetteurs doivent être installés à proximité des points de fuite potentiels tels que les brides, les vannes, les détendeurs ou les pompes.

Maximisation de la production

La haute productivité est essentielle dans la fabrication moderne. Les entreprises de l'industrie alimentaire produisent généralement de gros volumes à de faibles marges, rendant la productivité et l'efficacité essentielles à leur pérennité. Les serres sont un bon exemple de la manière dont le rendement peut être contrôlé par le CO₂. Il y a une forte concentration de CO₂ là où les concombres et la laitue poussent le mieux. Dans ce cas, le CO₂ est utilisé comme un engrais pour les plantes, ce qui signifie qu'une concentration correcte est essentielle : une concentration trop importante ou insuffisante aura un impact sur la qualité du produit.

Optimisation de la qualité du produit

Une application plus récente du CO₂ est la fermentation et la fabrication d'enzyme, par example dans les industries du textile, du papier, de l'alimentation et de la boulangerie. La fermentation se produit habituellement dans un bioréacteur et requiert un suivi minutieux. Le CO₂ est un dérivé du processus et sa concentration doit faire l'objet d'un suivi pour observer son développement.

Le CO₂ peut également être utilisé pour augmenter et maintenir la qualité du produit. Ajouter du CO₂ à de l'emballage alimentaire peut considérablement augmenter la durée de conservation de la viande, du fromage, des fruits et des légumes. Par exemple, une concentration élevée de CO₂ dans l'emballage de la viande interrompt la croissance des bactéries et conserve la couleur naturelle de la viande. De même, une forte concentration de CO₂ ralentit ou interrompt le processus de vieillissement des fruits lors des longues durées de conservation et pendant le transport.

Placement du capteur

Les capteurs doivent souvent être placés à l'intérieur d'une gaine, d'une chambre ou d'une machine. L'emplacement de mesure est parfois proche du plafond et donc, haut placé et difficile d'accès. Dans de tels cas de figure, il est préférable d'utiliser des capteurs présentant une stabilité de mesure durable pour minimiser le besoin de contrôles supplémentaires des capteurs. En fonction de l'application, il peut être préférable d'utiliser une pompe de prélèvement et des tuyaux pour transférer un échantillon de gaz vers un instrument de mesure du CO₂ distant plutôt que d'essayer d'installer le capteur directement dans le processus. Il n'est, par exemple, pas possible de placer des capteurs à l'intérieur d'un four chaud, mais les échantillons peuvent facilement être prélevés pendant le processus. Il peut s'avérer plus économique de fabriquer un échantillonneur qui prélève des échantillons de gaz depuis plusieurs emplacements différents. Avec l'aide d'un multiplexeur, chaque échantillon peut ensuite être mesuré de manière séquentielle en utilisant un seul détecteur. Si une mesure continue en temps réel n'est pas nécessaire, cet arrangement est possible, mais si une mesure continue est nécessaire, un capteur dédié s'impose à chaque emplacement.

Propreté du capteur

Une bonne hygiène s'impose dans les processus de l'industrie alimentaire. Les capteurs doivent résister aux détergents classiques tels que les agents de nettoyage à base d'alcool ou le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). Par ailleurs, les surfaces du capteur doivent être conçues de telle manière qu'elles sont faciles à nettoyer avec un simple coup d'éponge, sans trou ni arête. Le capteur ne doit pas être fabriqué avec des matières susceptibles de libérer des produits chimiques toxiques ou être doté de pièces qui pourraient se détacher facilement pendant le processus. Des environnements tels que les poulaillers poussiéreux dotés de plusieurs emplacements de suivi peuvent poser des difficultés supplémentaires pour la mesure. Les cultures de champignons, où la salle tout entière est régulièrement nettoyée avec un pulvérisateur puissant, requièrent que tout l'équipement, capteurs de CO₂ y compris, résistent aux lances à eau.

Maintenance du capteur de CO₂

Même si votre capteur présente une stabilité et une précision de longue durée, des opérations de maintenance finissent toujours par s'imposer. Certains capteurs sont jetables et l'unité tout entière est remplacée. Les capteurs cellulaires chimiques par exemple sont à usage unique. En fonction de l'âge de ce type de capteur, il peut également présenter des problèmes de sensibilité de détection. Les capteurs jetables peuvent être un choix onéreux à la longue, car le coût de leur remplacement commence à se ressentir.

Une option plus économique est d'utiliser des capteurs de CO₂ qui sont protégés par des filtres remplaçables Les filtres dans lesquels de la saleté, de l'huile et de la poussière s'est accumulée empêchent l'échange de gaz avec le capteur et devraient être remplacés.

Les instruments vieillissants de mesure du CO₂ devraient être étalonnés par rapport à une référence connue ou envoyés à un fabricant pour être réparés. Un autre instrument portable, étalonné, peut être utilisé comme élément de transfert. Comparer le compteur portable et l'instrument de mesure du CO₂ fixe permet de déterminer facilement si le capteur a besoin d'être réparé.

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