Detectiemethoden lekkende auto-airco’s steeds geavanceerder
Vroegtijdige lekdetectie biedt veiligheids- en milieuvoordelen
Lekkage vormt onder alle omstandigheden een probleem. Dat kan vervelend zijn (een lekkende waterleiding thuis), maar kan ook leiden tot levensgevaarlijke situaties (het weglekken van giftig gas uit een industriële installatie). Vroegtijdige detectie kan veel problemen voorkomen, en gelukkig zijn voor het detecteren van lekken in auto-airconditioningsystemen tegenwoordig allerlei technieken beschikbaar. De keuze tussen kwalitatieve en kwantitatieve detectie is daarbij nog het minst problematisch: de kunst is het daarbinnen voor de juiste methode te kiezen. Een inventarisatie.
Uitstootbeperking
Het aircosysteem van een auto is verantwoordelijk voor de interne temperatuur, de luchtkwaliteit en de luchtvochtigheid. Lekkage kan onder meer ontstaan door beschadiging van bepaalde onderdelen, door compressorproblemen, door corrosie van de condensor of impactschade. Acceptabele leklimieten variëren per fabrikant, maar liggen meestal rond de 10% op jaarbasis.
De vigerende milieunormen zijn erop gericht de uitstoot van koudemiddelen – doorgaans hydrofluorkoolwaterstoffen (HFK's) − te reduceren. Zo beperkt de Europese Unie het gebruik van koudemiddelen met een hoog Global Warming Potential (GWP) middels de EU Verordening 517/2014. Verder zijn garagebedrijven verplicht te controleren of het airconditioningsysteem van een auto lekdicht is (bijvullen bij een verdacht op lekkage is bij wet verboden).
Acceptabele leklimieten variëren per fabrikant, maar liggen meestal rond de 10% op jaarbasis
Kwalitatieve detectiemethoden
Bij deze technieken wordt vastgesteld dat zich lekkage voordoet, maar deze wordt verder niet geconcretiseerd. Elke zogeheten lekzoeker werkt daarbij volgens een eigen principe.
Drukvaltest
Hierbij wordt het systeem gevuld met zuivere stikstof, CO2 of formeergas (95% N2 + 5% H2) tot de vooraf vastgestelde testdruk is bereikt: normaal gesproken is dat 0 tot 15 bar, bij het gebruik van R134a en R1234yf 8 bar. De druk wordt gedurende korte tijd (de stabilisatiefase) constant gehouden teneinde temperatuur- en drukschommelingen te minimaliseren. Daarna wordt gedurende een zekere tijd de systeemdruk gemeten: drukafname duidt op een lek.
Pluspunten zijn de snelle en eenvoudige uitvoering. Nadelig is het feit dat de methode minder gevoelig is voor kleine lekken en dat de druk kan fluctueren door temperatuurveranderingen.
Elektronische lekdetectoren (snuffelaars/sniffers)
Deze gebruiken sensoren om de aanwezigheid van koudemiddelen als R134a, R410a, R22, R1234yf en formeergas aan te tonen in een voldoende gevuld systeem:
- halfgeleidersensor: blootstelling aan lekkend koudemiddel veroorzaakt een meetbare verandering van de elektrische weerstand;
- ionisatiesensor: meet door gaslekken veroorzaakte veranderingen in de ionisatiestroom (bij R1234yf risicovol omdat dit middel brandbaar is);
- infraroodsensor: meet de absorptie van specifieke golflengten van gasmoleculen.
Voordelen zijn de hoge gevoeligheid en de snelle respons, nadelen de beperkte levensduur van de sensor en hun sensitiviteit voor vocht en temperatuur.
Kleurstof- of uv-detectie
Hierbij wordt aan het systeem een kleine hoeveelheid kleurstof toegevoegd:
- oliegebaseerde, fluorescerende kleurstoffen – PAG, POE en PVE −, geschikt voor systemen met compressorolie (de specificatie van de compressorfabrikant is daarbij leidend);
- specifieke kleurstof, geschikt voor bepaalde koudemiddelen of oliën.
De kleurstof mengt zich gaandeweg met de aanwezige olie waarbij het koudemiddel de rol van ‘transporteur’ vervult. Bij een lek zal de kleurstof oplichten in uv-licht (365 – 400 nm); een contrastverhogende veiligheidsbril maakt dit (beter) zichtbaar. De methode is snel, eenvoudig en goedkoop.
Waterstofdetectoren
Wanneer het systeem onder druk wordt gezet met formeergas (zie ‘Drukvaltest’) kan lekkage worden opgespoord met een halfgeleidersensor (elektronische lekdetectie). H2 kan via piepkleine openingen ontsnappen, wat de lokalisatie van kleine lekkages mogelijk maakt (detecteerbaar met een formeergas-lekzoeker).
Voordelen zijn ook hier de hoge gevoeligheid en de snelle respons. Een nadeel is het feit dat H2-detectoren soms reageren op andere gassen of omgevingsfactoren, en dus minder specifiek zijn.
Met de combi ‘tracergas helium - massaspectrometrie’ kan weliswaar worden gemeten op (sub)ppm, maar voor een garagebedrijf is deze methode overkill en te duur.
De zeepbellenmethode is gaandeweg vervangen door de detectiemethoden hierboven omdat die nauwkeuriger en efficiënter zijn. De rookmethode is voornamelijk nog in gebruik voor de detectie van microlekkage, zie ‘Detectieproblemen’.
Kwantitatieve detectiemethoden
Bij deze technieken wordt behalve de aanwezigheid van lekkage ook de exacte hoeveelheid ontsnappend koudemiddel vastgesteld. De kosten liggen door het gebruik van specialistische apparatuur doorgaans hoger dan bij kwalitatieve detectie
Drukverliesmeting
Bij deze methode wordt het systeem onder druk gezet: normaal gesproken is dat 0 tot 15 bar, bij het gebruik van R134a en R1234yf 8 bar. De duur van de meting bedraagt afhankelijk van de meetvereisten enkele tot 30 minuten (soms langer); met de meetresultaten kan vervolgens de lekdichtheidswaarde worden berekend (in g/jaar). De methode is niet-destructief en kent een hoge nauwkeurigheid, maar is gevoelig voor temperatuurfluctuaties.
Gasdetectie met infrarood (IR)
Deze methode maakt gebruik van de absorptie-eigenschappen van koudemiddelgassen in het IR-spectrum. Een IR-sensor zendt IR-licht uit (8 tot 14 µm, FIR) die deels wordt geabsorbeerd door de uit het lek stromende gasmoleculen van het koudemiddel. Met een meetsensor kan de absorptiegraad worden bepaald en de lekdichtheidswaarde (zie het vorige item) worden bepaald.
Belangrijke voordelen zijn de hoge nauwkeurigheid en selectiviteit, en het feit dat de meetsensor specifiek meet. Nadelig zijn de hoge kostprijs en het feit dat IR-sensoren moeite (kunnen) hebben met het detecteren van extreem kleine lekken.
Ultrageluidmeting
Ontsnappend koudemiddel veroorzaakt turbulentie. De daarmee gepaard gaande ultrasone geluidsgolven (>20 kHz) kunnen via een ultrasone sensor worden omgezet in een signaal. Dat gebeurt directioneel: geluid wordt gedetecteerd afkomstig van één specifiek punt. Op basis van de amplitude van dit signaal – en soms via geavanceerde algoritmen – kan de lekgrootte worden bepaald.
De methode is veilig, niet-invasief en bijzonder gevoelig voor kleine lekken. Daar staat tegenover dat de meetsensor zich relatief dicht bij het lek moet bevinden om effectief te kunnen meten en dat de methode nogal gevoelig is voor omgevingsgeluiden.
Vacuümtest
De eerste stap hierbij is het vacuümtrekken van het systeem, doorgaans tot een niveau van 500 tot 1.000 micron (1 micron = 1/1.000 mmHg). Afhankelijk van de systeemgrootte en de omgevingstemperatuur duurt dit 15 tot 30 minuten. Bij een lek dringt (vochtige) lucht het systeem binnen resulterend in een drukverhoging die is te meten met een micronmeter. De methode, die alleen geschikt is voor grote lekken, verwijdert in één moeite door ook vocht en lucht.
De technieken flowmetrie en massaspectrometrie zijn hier verder buiten beschouwing gelaten, omdat beide te complex zijn voor toepassing in een garageomgeving.
Lekdetectie bij CO2-systemen
Bij koeling met R744 bedraagt de druk 40 tot 120 bar, afhankelijk van het systeem. Derhalve vergt lekdetectie een andere aanpak dan bij HFK’s. De gangbaarste methoden zijn:
• de H2-test: het systeem wordt gevuld met droog H2 tot een testdruk van 85 bar, de maximale testdruk van formeergas. Drukdaling duidt op mogelijke lekkage;
• elektronische CO2-lekdetectie: een CO2-sensor wordt langs componenten zoals leidingen en koppelingen geleid. Bij een verhoogde concentratie geeft het systeem een waarschuwingssignaal;
• de forming gas-methode: het systeem wordt gevuld met formeergas (95% N2 + 5% H2). Ontsnappende H2, een indicatie voor een lek, wordt gedetecteerd met een H2-detector.
Vanwege de veiligheidsrisico’s is het gebruik van PBM’s als een veiligheidsbril en handschoenen aangewezen.
Combinaties van methoden
Combinaties die zich in de praktijk hebben bewezen zijn onder meer:
- elektronische detector + druktest met stikstof (hierna N2): snelle identificatie en grondige systeemcontrole;
- kleurstof-uv + thermische camera: ideaal voor visuele bevestiging van lekkages op koude plekken;
- luchtstroom- of gasdetectie + druktest met hierna N2: geschikt voor het opsporen van moeilijk bereikbare of verborgen lekkages;
- thermische camera + elektronische detector: geschikt voor het visualiseren van temperatuurverschillen en het verifiëren van gaslekken.
Detectieproblemen
Zoals zo vaak is de praktijk weerbarstig, en bij lekdetectie is dat niet anders. Diverse factoren kunnen daarbij een rol spelen.
Vormen van lekkage
Het moeilijkst op te sporen zijn microlekkage en intermitterende lekkage. De eerste omdat de lekkage-openingen bijzonder klein zijn, de tweede omdat deze vorm slechts periodiek manifest wordt en daardoor vaak onopgemerkt blijft. Zie ook onderstaande tabel.
Zichtbaarheid/toegankelijkheid leklocatie
Moeilijk bereikbare en/of ingebouwde componenten vormen bij (visuele georiënteerde) lekdetectie dikwijls een probleem doordat ze zich achter het dashboard, panelen of motordelen bevinden. Bij inspectie van leidingen die door de carrosserie lopen is niet zelden demontage nodig.
Methodefouten
Vaak gaat het hierbij om een onjuiste testuitvoering en/of misinterpretatie van de analyseresultaten. Uv-detectie als (willekeurig) voorbeeld nemend:
- uitvoeringsfout: toevoeging van een teveel aan kleurvloeistof wat het moeilijk(er) maakt daadwerkelijke lekkage te onderscheiden van overtollige kleurstof;
- interpretatiefout: niet elke ‘uv-oplichting’ is een actief lek. Het kan daarbij even zo goed gaan om resten uv-vloeistof of gemorste olie (vals-positief).
Garagebedrijven zijn verplicht te controleren of het airconditioningsysteem van een auto lekdicht is
Innovaties
AI-applicatie
Bij AI-gestuurde lekdetectie leert de apparatuur zelf patronen te herkennen en te interpreteren (machine learning). Bij ultrasone lekdetectie zijn AI-gestuurde sensoren in staat via algoritmen onderscheid te maken tussen lek- en omgevingsgeluiden.
Automatische zelfdiagnose
Slimme OBD-systemen kunnen automatisch lekken opsporen en foutcodes genereren ten behoeve van een snelle diagnose. De resultaten zijn direct uitleesbaar met een OBD-II-scanner of een smartphoneapp. De ontwikkeling van nanomaterialen die kleine lekken kunnen dichten zonder menselijke tussenkomst verkeert momenteel in de testfase.
Interne sensoren
Een nieuwe generatie sensoren wordt ‘ingebouwd’ in het aircosysteem en kan realtime druk- en temperatuurveranderingen monitoren, en deze melden via de voertuigsystemen of via apps. Ultragevoelige nanosensoren zijn inmiddels in staat minieme hoeveelheden koudemiddel (microlekkage) te detecteren.
Multigasdetector
Een multigasdetector meet de aanwezige gassen in de omgeving van de auto en geeft een signaal wanneer de gasconcentratie de ingestelde drempelwaarde overschrijdt. Een dergelijk apparaat kan een brede range aan gassen detecteren waaronder de veel gebruikte koudemiddelen R134a en R1234yf.
Om aan de wettelijke eisen en klantenwensen te (kunnen blijven) voldoen is het voor garagebedrijven zaak te investeren, en dat geldt zeker ook voor lekdetectie. Gelukkig bieden fabrikanten en sectororganisaties steeds vaker trainingen aan op dit gebied, dus waar een wil is, is een weg!
Met dank aan Snap-on Tools, TAE en Waeco
