Rilevare perdite di idrogeno è di vitale importanza perché l'idrogeno è incolore, inodore e altamente infiammabile ed esplosivo (con un limite di esplosione compreso tra il 4% e il 75% in termini di concentrazione volumetrica nell'aria). Anche una perdita di piccola entità può provocare un incendio o un'esplosione se esposta a una fonte di accensione (scintille, elettricità statica, superfici ad alta temperatura, ecc.).
Di seguito sono riportati i principali metodi e tecniche per rilevare le perdite di idrogeno:
1. Sensore di combustione catalitica:
Principio: all'interno del sensore è presente un ponte in filo di platino rivestito con un catalizzatore. Quando l'idrogeno si diffonde nel sensore, subisce una combustione senza fiamma con l'ossigeno sotto l'azione di un catalizzatore, generando calore e provocando una variazione della resistenza del filo di platino, producendo così un segnale elettrico.
Vantaggi: ha una buona selettività per l'idrogeno (rispetto ad altri gas infiammabili), velocità di risposta rapida, ampio intervallo di misurazione (da bassa concentrazione ad alta concentrazione), durata di servizio relativamente lunga e costi moderati.
Svantaggi: richiede un ambiente ricco di ossigeno per funzionare. Elevate concentrazioni di idrogeno possono causare l'"avvelenamento" o il danneggiamento (sinterizzazione) del sensore ed è sensibile a determinati inibitori (come composti di silicio, solfuri, composti di alogeni).
Applicazione: ampiamente utilizzato in ambienti industriali, stazioni di rifornimento di idrogeno, laboratori, sistemi di celle a combustibile, ecc.
2. Sensore elettrochimico:
Principio: L'idrogeno subisce una reazione elettrochimica nell'elettrolita del sensore (solitamente ossidato sull'elettrodo di lavoro), generando un segnale di corrente proporzionale alla concentrazione di idrogeno.
Vantaggi: elevata sensibilità (particolarmente adatto per rilevare perdite di livello PPM a bassa concentrazione), buona selettività (può essere progettato per essere specifico per l'idrogeno), basso consumo energetico e può funzionare in un ambiente privo di ossigeno.
Svantaggi: la durata è relativamente breve (solitamente 2-3 anni), l'intervallo di misurazione è limitato (è soggetto a saturazione o danni ad alte concentrazioni), è fortemente influenzato dalla temperatura e dall'umidità ambientale e può essere influenzato da gas che interferiscono (come la CO).
Applicazione: viene spesso utilizzato in situazioni in cui è necessario rilevare tracce di perdite, come il monitoraggio di cappe chimiche da laboratorio, il controllo della tenuta di tubazioni e valvole e il monitoraggio dell'interno di veicoli a celle a combustibile, ecc.
3. Sensore a infrarossi:
Principio: utilizzo delle caratteristiche di assorbimento delle molecole di idrogeno in specifiche bande dell'infrarosso (in particolare il vicino e il medio infrarosso). La luce infrarossa viene emessa attraverso il gas da misurare e il rilevatore misura l'attenuazione dell'intensità della luce a una lunghezza d'onda specifica per determinare la concentrazione di idrogeno.
Vantaggi: ha un'eccellente selettività (reagisce solo ai gas che assorbono la luce di lunghezze d'onda specifiche), rapida velocità di risposta, elevata precisione di misurazione, lunga durata, non è soggetto ad avvelenamento e può misurare elevate concentrazioni.
Svantaggi: costo elevato, sensibilità limitata dell'infrarosso tradizionale all'idrogeno (che richiede un percorso ottico più lungo o tecniche speciali come la spettroscopia fotoacustica per migliorare le capacità di rilevamento a bassa concentrazione) e può essere influenzato dal vapore acqueo e dalla polvere.
Applicazione: viene sempre più utilizzato in scenari che richiedono elevata selettività ed elevata affidabilità, come stazioni di rifornimento di idrogeno, impianti chimici e sistemi emergenti di rilevamento dell'idrogeno distribuito in fibra ottica.
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