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Massimo Alotto - Danfoss
Rilevamento gas negli impianti frigoriferi
Il rilevamento dei gas e la verifica delle perdite sono due attività distinte che riguardano lo stesso argomento ma
vengono svolte con metodi molto diversi. Il rilevamento dei gas riguarda l’analisi di campioni d’aria per
individuare l’eventuale presenza di gas refrigeranti. La verifica delle perdite è invece l’esame sistematico di un
impianto di refrigerazione per individuare eventuali perdite. I termini “rilevamento gas” e “verifica perdite” non
sono sinonimi e non devono venire confusi. Gli apparecchi per la verifica delle perdite sono di solito strumenti
portatili utilizzati dagli operatori per individuare le eventuali perdite degli impianti. Esistono vari tipi di rivelatori
di perdite, spaziando dalle soluzioni più semplici, ad esempio l’uso di acqua saponata, agli strumenti elettronici
più sofisticati. I rilevatori di gas sono di norma apparecchi installati in posizioni fisse e dotati di un certo numero
di sensori posizionati nelle zone dove il gas refrigerante potrebbe accumularsi in caso di perdite nell’impianto.
La posizione di installazione dipende sia dalla disposizione dei macchinari e degli spazi adiacenti che dalla
configurazione dell’impianto e anche dal tipo di gas refrigerante considerato. Per scegliere il tipo di apparato
rilevatore più adatto è necessario rispondere ad alcune domande:
Quale gas vogliamo misurare e a quale livello di concentrazione?
Che tipo di sensore, in base al principio fisico di funzionamento, è il più adatto?
Quanti sensori servono?
Dove devono essere montati e come devono essere calibrati?
Quali sono i livelli di allarme corretti?
Quanti livelli sono necessari?
Come vengono gestiti gli allarmi stessi?
Questa guida all’applicazione aiuta a rispondere a tutte queste domande.
Tecnologia dei sensori
A seconda del tipo di refrigerante considerato e dell’intervallo di concentrazione corrente, Danfoss ha
selezionato il sensore più adatto per il gas in oggetto.
EC – sensore elettrochimico
Le celle elettrochimiche sono utilizzate principalmente per gas tossici e sono anche adatte per l’ammoniaca. Le
celle consistono generalmente in due elettrodi immersi in un mezzo elettrolita. Una reazione di ossidoriduzione
genera una corrente elettrica che è proporzionale alla concentrazione di gas. Questi sensori sono molto precisi
(0,02 ppm) e vengono utilizzati principalmente per rilevare i gas tossici che non potrebbero essere individuati in
altra maniera, oppure quando è richiesto un elevato grado di precisione (fig. 1). Sono relativamente costosi e
hanno una durata limitata, ma Danfoss offre sensori EC specifici per ammoniaca nel campo 0-5.000 ppm che
raggiungono una durata di circa 3 anni. L’esposizione a perdite di ammoniaca particolarmente consistenti o la
presenza costante di un certo livello di ammoniaca abbrevia la vita del sensore (fig. 2). Non sono soggetti a
interferenze, se non in rare occasioni. Possono essere influenzati da variazioni rapide e consistenti del tasso di
umidità ma si stabilizzano velocemente.
Fig. 1
Fig. 2
SC – sensore a semiconduttori (a stato solido)
Il dispositivo a semiconduttori funziona misurando la variazione di resistenza (che è proporzionale alla
concentrazione del gas) che avviene quando il gas viene assorbito dalla superficie del semiconduttore,
normalmente costituta da ossidi metallici. Possono essere utilizzati per una grande varietà di gas, inclusi gas
combustibili, tossici e refrigeranti. Vengono ritenuti migliori dei tipi catalitici nel rilevamento di gas combustibili
alle basse concentrazioni, fino a 1.000 ppm. Di conseguenza stanno diventando sempre più comuni nelle
applicazioni di refrigerazione, poiché possono rilevare gli idrocarburi refrigeranti a basse concentrazioni,
evitando quindi potenziali problemi e danni economici. Questi sensori hanno un costo basso, una lunga durata e
sono sensibili, stabili e resistenti all’avvelenamento, e possono essere utilizzati per individuare una grande
varietà di gas compresi tutti i refrigeranti CFC, HCFC e HFC, l’ammoniaca e gli idrocarburi. Tuttavia non sono
particolarmente selettivi e quindi non sono adatti a rilevare un singolo gas in una miscela o a essere utilizzati in
presenza di alte concentrazioni di gas interferenti (fig. 3). L’interferenza da parte di fenomeni di breve durata (ad
esempio i gas di scarico di un camion) può creare falsi allarmi, ma il problema può essere eliminato impostando
un ritardo degli allarmi. I sensori a semiconduttori possono essere usati con gli idrocarburi alogenati per rilevare
contemporaneamente più di un gas o una miscela di gas. Ciò si dimostra particolarmente utile nel monitoraggio
di impianti in cui siano presenti diversi refrigeranti.
Fig. 3
CT – sensore catalitico
I sensori catalitici (noti anche come tipo a granuli o Pellistor) vengono utilizzati principalmente per i gas
combustibili, inclusa l’ammoniaca, e sono i sensori più diffusi per queste applicazioni per elevati livelli di
rilevamento. Il sensore funziona bruciando il gas sulla superficie dei granuli e misurando la variazione di
resistenza del granulo risultante (che è proporzionale alla concentrazione del gas). Sono relativamente
economici, basati su una tecnologia consolidata e nota ed hanno una buona durata, fino a 5 anni. Il tempo di
risposta è di circa 20-30 secondi. Possono essere soggetti ad avvelenamento in alcune applicazioni ma in
genere non nelle applicazioni di refrigerazione e sono più efficaci per concentrazioni da 1.000 ppm fino a 100%
LEL. Vengono utilizzati principalmente con gas combustibili e sono quindi adatti a rilevare ammoniaca e
idrocarburi, alle alte concentrazioni. Rilevano tutti i tipi di gas combustibili ma rispondono in maniera diversa a
seconda del tipo di gas e quindi possono essere calibrati su tipi di gas particolari. Ne esistono versioni
specifiche per ammoniaca.
IR - infrarossi
La tecnologia a infrarossi si basa sul fatto che molti gas hanno una tipica banda di assorbimento nella zona
dell’infrarosso che può essere utilizzata per rilevarli. Il confronto con un valore di riferimento permette di
determinare anche la concentrazione del gas. Quando vennero introdotti i sensori a infrarossi erano specifici
per un unico tipo di gas e quindi non adatti a applicazioni che richiedevano il monitoraggio di più tipi di gas.
Erano molto selettivi e precisi, con possibilità di rilevare fino a 1 ppm. I sensori a infrarossi venivano utilizzati
tipicamente dove era richiesta una grande precisione e specificità della rilevazione. Questa elevata precisione
comporta però anche un costo piuttosto elevato. Tuttavia la specificità si è trasformata in uno svantaggio nelle
sale macchine, perché le installazioni con più gas diversi richiedevano l’uso di modelli diversi per ogni gas con
conseguente aumento dei costi. Sono stati quindi sviluppati nuovi modelli basato sul monitoraggio di una banda
infrarossi più ampia che possono rilevare una miscela di gas. Questo però riduce la selettività e la precisione.
Possono essere utilizzate unità specifiche per il gas refrigerante dove esiste la possibilità di interferenze.
Fig. 4
Esigenze di rilevamento gas
La rilevazione di gas è necessaria per molte ragioni diverse. Naturalmente la legislazione vigente è una delle
ragioni più importanti, ma non è l’unica: Minori costi di assistenza e manutenzione (costi del gas da sostituire e
per l’intervento) Minori consumi di energia poiché i consumi crescono se manca il gas refrigerante. Rischi di
danneggiare i prodotti immagazzinati in casi di perdite di gas significative Possibilità di ridurre i costi
assicurativi Tasse sui gas refrigeranti a alto impatto ambientale Le diverse applicazioni di refrigerazione
richiedono l’uso di rilevatori di gas per ragioni differenti.
Ammoniaca: classificato come sostanza tossica, ha un odore molto particolare ed è quindi molto facile da
individuare. Tuttavia i rilevatori di gas sono molto utili nelle sale macchine poiché spesso il personale non è
presente e non può intraprendere le azioni opportune in caso di perdite. Inoltre, l’ammoniaca è l’unico
refrigerante di uso comune più leggero dell’aria.
Idrocarburi: sono classificati come infiammabili. Di conseguenza è molto importante verificare che la
concentrazione attorno al sistema di refrigerazione non superi il limite di infiammabilità.
Refrigeranti fluorinati: caratterizzati dall’avere tutti un certo impatto ambientale È quindi molto importante evitare
qualsiasi perdita.
CO2 (Biossido di carbonio anche detta anidride carbonica) è un gas direttamente coinvolto nel processo
respiratorio e deve essere controllata in modo opportuno. Nell’aria è presente circa lo 0,04 % di anidride
carbonica. A concentrazioni maggiori si notano reazioni pericolose come l’accelerazione della respirazione
(~100% al 3% di CO2) ma anche la perdita di conoscenza e addirittura la morte per concentrazioni superiori al
10%.
Ossigeno: in alcune applicazioni vengono utilizzati sensori che rilevano l’impoverimento di ossigeno, ma questo
tipo di prodotti non viene proposto da Danfoss e quindi non verrà trattato in questa guida.
Nota: I sensori di ossigeno non devono mai essere utilizzati nelle installazioni a CO2.
Fig. 5