Principi di misurazione negli strumenti di misura delle emissioni:
sensori NDIR ed elettrochimici

Sensori elettrochimici negli strumenti di misura delle emissioni

Gli strumenti di misura delle emissioni utilizzano principalmente celle di misura NDIR e sensori elettrochimici per determinare in modo affidabile le concentrazioni di gas come CO, CO₂, NO, NO₂ o SO₂ e visualizzarle in mg/m³ o in % vol. Entrambi i principi di misura hanno punti di forza specifici e sono adatti a determinati componenti, campi di misura e concetti di strumenti.

Misura NDIR – tecnologia a infrarossi per analisi dei gas

NDIR sta per misurazione a infrarossi non dispersiva ed è utilizzata principalmente per determinare gas con bande di assorbimento IR pronunciate, ad esempio CO, CO₂ o NO. Il principio di funzionamento si basa sul fatto che le molecole assorbono la radiazione infrarossa a determinate lunghezze d’onda. Un analizzatore NDIR invia luce infrarossa attraverso una cuvetta di misura riempita con gas campione. Un rilevatore misura la radiazione attenuata dal gas. Dalla relazione tra intensità emessa e intensità rilevata, la concentrazione di gas viene calcolata con l’aiuto della legge di Lambert-Beer.

Struttura di una cella di misura NDIR

Una tipica cella di misura NDIR comprende:

una sorgente luminosa IR,
una cuvetta di misura di lunghezza definita,
filtri ottici per selezionare le lunghezze d’onda rilevanti,
un rilevatore IR,
elettronica per la valutazione del segnale e il calcolo della concentrazione.

Negli strumenti di misura delle emissioni spesso si combinano più canali NDIR per misurare diversi gas in parallelo. I campi di misura possono essere adattati a requisiti diversi tramite la lunghezza della cuvetta, i filtri ottici e l’elaborazione del segnale – dai bassi intervalli in ppm fino all’intervallo percentuale.

Sensore NDIR per la misurazione delle emissioni

Sensori elettrochimici – misurazione multicomponente compatta

I sensori elettrochimici sono utilizzati principalmente per O₂, CO, NO, NO₂ e SO₂ e sono particolarmente adatti per strumenti di misura delle emissioni compatti e mobili. Sono costituiti da una cella di misura con elettrolita ed elettrodi. Il gas da misurare diffonde nella cella e reagisce elettrochimicamente. La corrente generata è proporzionale alla concentrazione di gas.

I vantaggi dei sensori elettrochimici sono la struttura compatta, la possibilità di combinare più sensori in un unico strumento e tempi di risposta relativamente brevi. Consentono di realizzare strumenti multigas per la misura delle emissioni in formato portatile, utilizzabili in modo flessibile nella routine di assistenza.

Allo stesso tempo, i sensori elettrochimici hanno una durata limitata, che dipende dalla temperatura di esercizio, dal carico di gas e dalla frequenza di utilizzo. Controlli regolari e, se necessario, la sostituzione dei sensori fanno quindi parte di un concetto di manutenzione professionale.

Punti di forza, limiti e tipici ambiti di impiego

Le celle di misura NDIR si distinguono per un’elevata stabilità a lungo termine e selettività per determinati gas. Sono particolarmente indicate per sistemi di misura delle emissioni stazionari e per applicazioni in cui si misura in continuo e per lunghi periodi. Casi d’uso tipici sono:

misurazione continua di CO e CO₂ in grandi impianti di combustione,
misurazione di NO in impianti energetici e industriali,
integrazione nei CEMS secondo le norme pertinenti.

I sensori elettrochimici si distinguono per flessibilità e compattezza. Sono utilizzati preferibilmente negli strumenti mobili di misura delle emissioni che, durante interventi di assistenza e messa in servizio, devono registrare simultaneamente più componenti. Applicazioni tipiche:

messa in servizio e manutenzione di impianti di caldaie e bruciatori,
misure di campagna su impianti di cogenerazione o impianti industriali,
misure comparative e verifiche di plausibilità.

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Quando NDIR, quando elettrochimico?

La scelta di un principio di misura dipende da diversi fattori:

Attività di misura: monitoraggio continuo vs controlli ricorrenti,
Accuratezza richiesta e stabilità a lungo termine,
Numero e tipo di componenti da misurare,
Spazi di installazione disponibili e condizioni ambientali.

In molti sistemi si combinano entrambe le tecnologie: i sensori elettrochimici integrano le celle di misura NDIR per coprire componenti aggiuntivi o supportare scenari di impiego mobile. Per gli utenti è importante sapere quali componenti vengono rilevati con quale principio di misura e quali requisiti di manutenzione ne derivano.

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