Misurazioni accurate della CO2 nell'industria alimentare e delle bevande

Molti applicazioni nel settore alimentare e delle bevande richiedono misurazioni ad alta precisione della CO₂ e molte aziende hanno domande in merito. In questo post spiegherò come misurare la CO₂ in modo corretto e affidabile, fornendo al contempo una panoramica su alcuni diversi requisiti e ambienti.

Perché abbiamo bisogno di misurazioni precise della CO₂?

Qualsiasi sia il prodotto finale, il processo o l'esigenza, gli obiettivi sono simili in quasi tutte le applicazioni: una misurazione della CO₂ che rifletta accuratamente l'ambiente e soddisfi i requisiti dell'applicazione. Poiché l'anidride carbonica deriva dal metabolismo degli organismi viventi ed è anche una parte importante della fotosintesi, non possiamo ignorarne l'importanza quando consideriamo la sicurezza del processo o quando parliamo di produttività o di qualità del prodotto. Comprendendo come funziona la CO₂ in determinati processi, possiamo sfruttare i vantaggi che offre e ottimizzare i nostri sforzi per migliorare i risultati.

Aumentare la sicurezza dei lavoratori

Iniziamo con l'argomento più importante: la sicurezza. Concentrazioni molto elevate di anidride carbonica sono pericolose poiché la CO₂ sostituisce l'ossigeno. Troppa CO₂ ha anche un impatto negativo sul comfort delle persone, motivo per cui la maggior parte dei paesi applica limiti di esposizione sul posto di lavoro. Ad esempio, negli Stati Uniti il limite generale di esposizione alla CO₂ è di 5.000 ppm per un turno di lavoro di otto ore.

È particolarmente importante misurare i livelli di sicurezza dell'anidride carbonica nel settore delle bevande: i serbatoi di fermentazione rilasciano CO₂ dalle valvole limitatrici di pressione in caso di sovrapressione. Vi è anche il rischio di fuoriuscita di gas dai serbatoi o dalle tubazioni delle linee di imbottigliamento delle bibite. Poiché la CO₂ è più pesante dell'aria, il gas può accumularsi in ambienti non ventilati e rappresentare un serio rischio per la salute dei dipendenti. Per questo i sensori di misurazione della CO₂ devono essere posizionati il più vicino possibile al livello del pavimento.

Un'altra applicazione che interessa la misurazione di sicurezza è la refrigerazione. La CO₂ è anche nota come refrigerante R744 ed è molto più ecologica di molti altri gas precedentemente utilizzati nella refrigerazione.  È ampiamente utilizzata negli armadi frigoriferi di supermercati e negozi di alimentari, in celle frigorifere, celle freezer e impianti frigoriferi industriali.  Come per tutti i sistemi di refrigerazione, nel tempo possono verificarsi perdite dovute a scarsa manutenzione, usura meccanica, danni accidentali, installazione impropria o semplicemente al fatto che i sistemi di refrigerazione a CO₂ funzionano in genere ad alte pressioni.

In assenza di un sistema di monitoraggio della CO₂ adeguato, possono verificarsi perdite di CO₂ che non vengono rilevate poiché si tratta di un gas inodore e incolore. Sebbene i prodotti Vaisala CARBOCAP® non siano approvati per la sicurezza, molti clienti hanno riscontrato che funzionano bene per scopi di avviso precoce e monitoraggio generale. Per rilevare la CO₂ il più rapidamente possibile, i trasmettitori devono essere installati vicino a potenziali punti di perdita come flange, valvole, riduttori di pressione o pompe.

Massimizzazione della produzione

L'elevata produttività è essenziale nella produzione moderna. Le aziende del settore alimentare producono in genere grandi volumi con bassi margini, la produttività e l'efficienza sono pertanto essenziali per rimanere in attività. Le serre sono ottimi esempi di come il rendimento dipenda dalla CO₂. C'è un livello specifico di concentrazione della CO₂ a cui i cetrioli o la lattuga crescono meglio. In questo caso, la CO₂ viene utilizzata come fertilizzante per le piante, quindi è fondamentale assicurarne la corretta concentrazione: una quantità eccessiva o insufficiente influisce sulla qualità del prodotto.

Ottimizzazione della qualità del prodotto

Una più recente applicazione della CO₂ è la fermentazione e produzione di enzimi, ad esempio nei settori tessile, cartario, alimentare e della panificazione. La fermentazione di solito avviene in un bioreattore ed è essenziale un attento monitoraggio. La CO₂ è un sottoprodotto del processo e la sua concentrazione deve essere monitorata per verificare come si sta sviluppando il processo.

La CO₂ può essere utilizzata anche per aumentare e mantenere la qualità del prodotto. L'aggiunta di CO₂ al momento del confezionamento degli alimenti può prolungare considerevolmente la conservazione e la durata di carne, formaggio, frutta e verdura. Ad esempio, un'elevata concentrazione di CO₂ nel confezionamento della carne inibisce la crescita batterica e mantiene il colore naturale della carne. Analogamente, un'elevata concentrazione di CO₂ rallenta o interrompe il processo di deperimento della frutta durante la conservazione a lungo termine o il trasporto.

Posizionamento dei sensori

I sensori spesso devono essere collocati all'interno di un condotto, di una camera o di una macchina. Il punto di misurazione a volte si trova vicino al soffitto, pertanto risulta è in alto ed è difficile accedervi. In questi casi, è vantaggioso utilizzare sensori con stabilità di misurazione a lungo termine per ridurre al minimo la necessità di ulteriori controlli del sensore. A seconda dell'applicazione, potrebbe essere meglio utilizzare una pompa di campionamento e un tubo separati per trasferire un campione di gas in uno strumento remoto di misurazione della CO₂ anziché tentare di installare il sensore direttamente nel processo. Ad esempio, non è possibile posizionare sensori all'interno di un forno caldo, ma è possibile prelevare facilmente campioni di gas dal processo. Potrebbe risultare economico costruire un campionatore che prelevi campioni di gas da diversi punti. Con l'aiuto di un multiplexer, ogni campione può quindi essere misurato in sequenza utilizzando un singolo rivelatore. Se non è necessaria una misurazione continua in tempo reale questa configurazione è possibile, ma se è richiesta una misurazione continua occorre un sensore dedicato per ciascuna posizione.

Pulizia del sensore

Nei processi dell'industria alimentare deve essere mantenuta una buona igiene. I sensori devono quindi resistere ai comuni prodotti per la pulizia quali i detergenti a base di alcol o il perossido di idrogeno (H₂O₂). Inoltre, le superfici dei sensori devono essere progettate in modo tale da essere facili da pulire semplicemente strofinando e quindi non devono presentare fori o giunzioni. Il sensore non deve essere costruito in alcun materiale che rilasci sostanze chimiche nocive né può presentare parti che possano facilmente allentarsi e cadere nel processo. Ambienti quali pollai polverosi con molti punti da monitorare pongono ulteriori problematiche per la misurazione. Le coltivazioni di funghi, dove l'intero ambiente viene pulito regolarmente con un'idropulitrice, richiedono che tutte le attrezzature, compresi i sensori della CO₂ resistano a getti d'acqua diretti.

Manutenzione del sensore di CO₂

Anche se l'attrezzatura di rilevamento offre stabilità e precisione a lungo termine, con il tempo è sempre necessaria una manutenzione del sensore. Alcuni sensori, quali ad esempio i sensori a cella chimica, sono monouso e l'intera unità viene sostituita. Con il tempo, questo tipo di sensori può presentare problemi di sensibilità di rilevamento. I sensori monouso potrebbero essere una scelta costosa a lungo termine, con l'accumularsi dei costi di sostituzione.

Un'opzione più economica è utilizzare sensori di CO₂ protetti da filtri sostituibili. I filtri sporchi che presentano accumuli di sporcizia, olio o polvere impediscono lo scambio di gas con il sensore e devono essere sostituiti.

Con il tempo, gli strumenti di misurazione della CO₂ devono essere calibrati in base a un riferimento noto o inviati al produttore per assistenza. Può essere utilizzato come misuratore di riferimento uno strumento portatile calibrato di recente. Il confronto tra il misuratore portatile e lo strumento di misurazione della CO₂ consente di sapere agevolmente se il sensore necessita di manutenzione.  

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