Efekt cieplarniany jest znaczącym problemem we współczesnym świecie. Syntetyczne czynniki chłodnicze, powszechnie stosowane, stanowią gaz cieplarniany, dlatego powrót do naturalnych czynników chłodniczych staje się koniecznością. Wśród nich znajdują się węglowodory nasycone, takie jak propan i izobutan, które są neutralne dla klimatu i charakteryzują się korzystnymi właściwościami termodynamicznymi. Jednakże bezpieczne stosowanie tych substancji wymaga odpowiednich systemów monitoringu niekontrolowanych wycieków.
W detekcji emisji gazów kluczową rolę odgrywają odpowiednio dobrane i skalibrowane sensory, umieszczone w kluczowych punktach obiektu. Czujniki te wykrywają wycieki i przekazują informacje do jednostki centralnej, poza obszarem zagrożenia. Przy pracy w obiektach chłodniczych, gdzie panują często krytyczne warunki klimatyczne, czujniki muszą prawidłowo działać w ekstremalnych temperaturach i wilgotności (nawet do -40°C i 100% wilgotności).
Opis badań
Badania miały na celu dobranie odpowiednich metod detekcji oraz wykonanie czujników do naturalnych czynników chłodniczych, tj. węglowodorów typu propan i izobutan, działających w trudnych warunkach chłodniczych. W ramach analizy rynkowej wytypowano elementy detekcyjne rezystancyjne (o symbolu EDR1), katalityczne (o symbolu EDK2) oraz czujnik podczerwieni IR (o symbolu CIR1).
Zaprojektowano i skonstruowano czujniki EDK2 i EDR1 na bazie wybranych elementów detekcyjnych. W przypadku czujnika CIR1, moduł konfiguracyjny przeniesiono poza strefę niskiej temperatury, co pozwoliło na jego prawidłowe działanie w temperaturze niższej niż zalecana przez producenta. Badania przeprowadzono w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych przy różnych temperaturach, tj. 20°C, 10°C, 0°C, -10°C, -20°C, -30°C i -40°C. Wykonywano testy na różnych stężeniach propanu i izobutanu w powietrzu.
Analizie poddano stabilność wartości sygnałów zerowych i alarmowych czujników oraz wpływ czasu dozowania propanu i izobutanu na reakcję czujnika. Wyznaczono charakterystyki reakcji czujników na różne stężenia węglowodorów w powietrzu. Badania trwały 12 miesięcy, aby określić stabilność pracy czujników w funkcji czasu. Przeprowadzono również analizę charakterystyk przetwarzania badanych czujników węglowodorów nasyconych (HC) pod kątem wpływu temperatury i wilgotności na ich działanie.
Podsumowanie
Podsumowując, skonstruowane czujniki na bazie elementów detekcyjnych (rezystancyjnych i katalitycznych) działały prawidłowo w badanym zakresie stężeń propanu i izobutanu, nawet w krytycznych warunkach chłodniczych (poniżej -20°C). Były również stabilne długoterminowo, co umożliwia ich praktyczne zastosowanie. Czujnik IR wykazywał długoterminową stabilność działania tylko do -20°C. Przebadane czujniki charakteryzowały się zadowalającą szybkością reakcji i czasem odtruwania.
Wyznaczono charakterystyki czujników, które pozwolą na ich skuteczne zastosowanie w systemach detekcji emisji węglowodorów z instalacji chłodniczych. Prawidłowe funkcjonowanie tych urządzeń przyczyni się do zapewnienia bezpieczeństwa osób i przechowywanego towaru.