Como determinar a precisão dos sensores de qualidade do ar?

Segundo um estudo, mais de 8% das doenças no mundo foram causadas pela má qualidade do ar em 2021, e desde então, esse número tem aumentado constantemente. Portanto, o primeiro passo nas medidas preventivas é medir a qualidade do ar que respiramos. A medição correta do ar que respiramos pode ser feita por um monitor integrado de qualidade do ar, também conhecido como sensor de qualidade do ar .

Sensores de qualidade do ar medem a qualidade do ar que respiramos. São dispositivos compactos capazes de medir impurezas ou poluentes presentes no ar, como dióxido de carbono (CO₂), dióxido de nitrogênio (NO₂), monóxido de carbono (CO) e material particulado (PM2,5 e PM10). Com essas medições, é possível monitorar a qualidade do ar em residências, empresas, áreas industriais e cidades inteligentes, obtendo informações sobre os poluentes presentes no ambiente e suas concentrações. Dessa forma, medidas preventivas podem ser tomadas para melhorar as condições respiratórias, a saúde pública, a segurança ambiental e a qualidade de vida em geral.

Instalar sensores de qualidade do ar e obter leituras não é tão simples. Tudo depende da precisão e confiabilidade dos dados fornecidos pelo sensor. Quanto mais precisos e confiáveis ​​forem os dados, maior a probabilidade de implementar estratégias de controle da poluição que podem impactar o planejamento urbano, manter a segurança no trabalho e garantir que todos os membros da família respirem ar de qualidade. Mesmo as menores imprecisões nas leituras da qualidade do ar podem afetar a formulação de políticas e as decisões, acarretando riscos desnecessários à saúde.

Neste artigo, abordaremos todos os fatores que podem afetar a precisão do sensor, como eles funcionam e as melhores práticas para garantir que o sensor de qualidade do ar continue fornecendo resultados precisos.

Entendendo os sensores de qualidade do ar

Quando se trata de sensores de qualidade do ar, existem diferentes tipos que podem medir diversos parâmetros, o que ajuda a entender qual sensor é mais adequado para diferentes necessidades de monitoramento e ambientes. Vamos dar uma olhada nos diferentes tipos de sensores de qualidade do ar e nos parâmetros que eles podem medir.

▪ Tipos de sensores de qualidade do ar

Existem diversos tipos de sensores de qualidade do ar, projetados para atender às necessidades de monitoramento e ao ambiente. Os sensores para ambientes internos são geralmente compactos e focados no monitoramento de fatores como CO₂, COVs (compostos orgânicos voláteis) e umidade, para determinar se a qualidade do ar interno é saudável para respirar e, assim, possibilitar a adoção de medidas preventivas ou de segurança.

Por outro lado, os sensores externos são projetados para suportar condições ambientais mais severas, como poeira, vento, chuva e variações de temperatura. Eles também podem medir uma ampla gama de poluentes, como PM2,5, PM10, NO₂ e CO, fornecendo dados vitais para a implementação de medidas que visem melhorar a qualidade do ar urbano e para o auxílio de agências ambientais. As principais diferenças de design entre os dois tipos de sensores incluem invólucros à prova de intempéries, maior durabilidade e sistemas de calibração avançados.

▪ Parâmetros medidos por sensores de qualidade do ar

Os parâmetros normalmente medidos por sensores de qualidade do ar fornecem informações valiosas para redes de monitoramento da qualidade do ar urbano e agências ambientais, permitindo o rastreamento de poluentes como material particulado (PM2,5 e PM10) presentes no ar, que têm impacto direto na saúde respiratória e em problemas respiratórios. Os sensores de qualidade do ar podem detectar gases nocivos no ar, como CO₂, CO, NO₂, SO₂ e O₃, que indicam emissões provenientes de combustão, tráfego ou atividades industriais. Alguns sensores avançados também são capazes de identificar compostos orgânicos voláteis (COVs), que são cruciais em sensores para ambientes internos, pois indicam a contaminação do ar interno pelo uso excessivo de tintas, produtos de limpeza ou móveis. Além disso, os sensores de qualidade do ar, especialmente os utilizados em ambientes externos, medem a temperatura e a umidade para garantir que esses fatores sejam considerados no cálculo das leituras da qualidade do ar, assegurando a precisão dos resultados.

Importância da precisão dos sensores no monitoramento da qualidade do ar

A qualidade do ar não pode ser melhorada sem leituras ou informações sobre a real gravidade da situação. Portanto, seja em ambientes internos ou externos, ter um sensor de qualidade do ar preciso é crucial para monitorar a qualidade do ar e tomar medidas de acordo com as informações fornecidas pelo sensor.

Com as leituras fornecidas pelos sensores de qualidade do ar, governos e organizações podem emitir avisos e alertas de saúde em tempo hábil para reduzir as emissões e implementar políticas de controle da poluição, o que pode ajudar a controlar os poluentes no ar. Esses sensores não apenas fornecem informações sobre o monitoramento da qualidade do ar, mas também são ótimos para que as pessoas tomem decisões informadas, como ajustar atividades ao ar livre ou a ventilação para garantir uma melhor qualidade de vida.

O monitoramento da qualidade do ar é crucial, mas se as leituras dos sensores forem imprecisas, podem causar problemas muito maiores. Leituras imprecisas podem disparar alarmes falsos, levando ao desperdício de recursos ou ao pânico desnecessário entre as pessoas. Além disso, se os níveis de poluição forem subnotificados, as pessoas podem ser expostas a níveis nocivos de poluição sem qualquer aviso, o que pode representar um risco ainda maior. Em áreas urbanas ou industriais, essa imprecisão nas leituras pode levar as empresas a descumprirem as normas de qualidade do ar, colocando em risco as pessoas que trabalham nessas condições. Em resumo, garantir a precisão dos sensores é fundamental para melhorar as condições de respiração das pessoas e desempenha um papel crucial na promoção de ambientes mais limpos e comunidades mais saudáveis ​​em todo o mundo.

Fatores que influenciam a precisão do sensor

Diversos fatores podem afetar direta ou indiretamente a precisão das leituras do sensor, e identificar esses fatores é crucial para realizar os ajustes necessários e garantir que os sensores de qualidade do ar forneçam leituras precisas. Vamos analisar alguns dos fatores comuns que influenciam a precisão do sensor.

★ Condições Ambientais

Os sensores de qualidade do ar são altamente sensíveis, de modo que as leituras podem ser afetadas por mudanças nas condições ambientais, como temperatura, umidade e gases interferentes. Temperaturas extremas, sejam muito baixas ou muito altas, podem impactar diretamente o tempo de resposta do sensor. Ao mesmo tempo, mudanças nos fatores de umidade podem resultar em condensação ou reações químicas na atmosfera, que podem distorcer as leituras em relação aos valores reais. Além disso, gases presentes no ambiente próximo aos sensores, que não são detectados por eles, podem causar sensibilidade cruzada, resultando em dados imprecisos.

★ Tecnologia e Design

Nem todos os sensores são construídos da mesma forma e podem apresentar diferenças em sua tecnologia e design. Alguns sensores são capazes de fornecer leituras estáveis ​​e precisas utilizando tecnologias avançadas como NDIR para CO₂ ou dispersão de laser para material particulado. Outros sensores possuem um design que resiste à umidade e a condições climáticas adversas, proporcionando leituras estáveis ​​e precisas, o que os torna ideais para obter leituras confiáveis ​​a longo prazo em diversas aplicações de monitoramento da qualidade do ar.

★ Necessidades de manutenção e calibração

Com o tempo, os sensores podem se desviar das calibrações reais devido ao ambiente, ao envelhecimento e ao acúmulo de contaminantes. Por isso, a calibração e a manutenção regulares são essenciais para garantir que as leituras estejam alinhadas com as condições reais e os padrões de referência. Para assegurar que seu sensor de monitoramento da qualidade do ar continue fornecendo resultados precisos, limpe sempre as entradas do sensor, verifique as leituras comparando-as com as concentrações reais de gases e realize a recalibração programada caso observe desvios nas leituras em relação aos valores reais, garantindo assim resultados confiáveis ​​para o monitoramento contínuo da qualidade do ar.

Métodos para avaliar a precisão do sensor

Existem diversos métodos para avaliar a precisão de um sensor. Identificamos alguns desses métodos abaixo para ajudá-lo a determinar a precisão do sensor e calibrá-lo adequadamente.

1. Testes de laboratório

Um dos principais métodos para testar e verificar a precisão de sensores de monitoramento da qualidade do ar é o teste em laboratório. Em um ambiente controlado, os sensores são expostos a quantidades conhecidas de poluentes, como CO₂, NO₂, CO ou PM2,5, e suas leituras são registradas. Em seguida, as leituras são comparadas com a concentração original dos poluentes para verificar desvios em relação aos valores padrão. Ajustes são então feitos conforme necessário antes da instalação para garantir resultados precisos. O teste em laboratório é o mais indicado para testes iniciais, pois é realizado em ambientes controlados, sendo suficiente para calibrar sensores de qualidade do ar interno.

2. Comparações de Campo e Co-localização

Ao contrário dos testes de laboratório, realizados em ambientes controlados, as comparações em campo e as técnicas de colocalização são conduzidas em condições ambientais reais. Os testes de campo são cruciais para sensores de qualidade do ar externo, pois avaliam a consistência do sensor, a correlação com os valores reais obtidos em estações de monitoramento de referência que utilizam instrumentos de alta precisão e a possível deriva devido a condições climáticas externas, como variações climáticas e níveis de poluição. Com os testes de campo, os sensores de monitoramento da qualidade do ar podem ser instalados em ambientes externos, como cruzamentos urbanos movimentados, áreas industriais ou parques tranquilos, para avaliar a confiabilidade do sensor em diversas condições ambientais. Com o sensor de qualidade do ar testado em condições reais, é possível alcançar a implantação operacional e a precisão a longo prazo.

3. Técnicas de Análise de Dados

Os dois métodos acima estavam relacionados a testes, mas as técnicas de análise de dados utilizam os dados para identificar padrões e desvios ao longo do tempo em relação aos valores reais do desempenho do sensor. Alguns dos métodos estatísticos e analíticos padrão para sensores de qualidade do ar incluem o Erro Médio Absoluto (MAE), o Erro Quadrático Médio (RMSE) e os coeficientes de correlação (R²). Essas técnicas são usadas para calcular os desvios em relação à média real ou aos valores de referência. Se você deseja detectar desvios causais do sensor ou rastrear anomalias repentinas, a análise de séries temporais pode ser uma ótima opção. Com as técnicas de análise de dados, os cientistas podem criar padrões que podem auxiliar em previsões futuras da qualidade do ar e permitir a recalibração oportuna para resultados precisos.

Principais métricas para avaliar a precisão

• Erro Absoluto Médio (MAE): O MAE é um tipo de métrica de erro absoluto que calcula a média da diferença entre as leituras do sensor e os valores de referência, fornecendo uma visão clara do desvio geral em relação ao valor médio. O MAE é menos sensível a valores discrepantes. Quanto menores os valores de MAE, melhor a precisão e a consistência das medições dos sensores de monitoramento da qualidade do ar.

• Erro Quadrático Médio (RMSE): O RMSE também é um tipo de métrica de Erro Absoluto que enfatiza desvios maiores elevando os erros ao quadrado antes de calcular a média, o que o torna mais sensível a valores discrepantes. Quanto menores os valores de RMSE, melhor a precisão e a consistência das medições dos sensores de qualidade do ar.

• Erro Quadrático Médio Normalizado (nRMSE): O nRMSE é uma forma padronizada de comparar a precisão de um sensor com diversos níveis de poluição e condições ambientais. O nRMSE expressa o RMSE como uma porcentagem do valor médio de referência, explicando a relação do erro com o valor geral da concentração do poluente. Normalmente, um nRMSE abaixo de 10–20% é considerado aceitável para sensores de alta qualidade, garantindo resultados confiáveis ​​e reproduzíveis em diversas condições ambientais.

Melhores práticas para manter e verificar a precisão

Para garantir leituras consistentes e precisas, a calibração e a manutenção são cruciais. Periodicamente, verifique as leituras do sensor de qualidade do ar e compare-as com as leituras reais. Se as leituras estiverem discrepantes, limpe a entrada e os filtros do sensor para evitar o acúmulo de poeira, que pode prejudicar a precisão das leituras. Certifique-se de posicionar corretamente os sensores de monitoramento da qualidade do ar durante a instalação. Escolha um local livre de obstruções, fontes de calor direto, umidade ou fluxo de ar bloqueado. Siga as diretrizes operacionais do fabricante quanto aos intervalos de calibração recomendados e aos limites ambientais para otimizar ainda mais o desempenho. Com o monitoramento constante, a calibração oportuna é fundamental para garantir a exatidão e a precisão das leituras.

Conclusão

Sensores de qualidade do ar precisos desempenham um papel fundamental para garantir a exatidão do monitoramento da qualidade do ar, uma vez calibrados e instalados corretamente. Esses sensores são essenciais para proteger as pessoas de doenças pulmonares e outros problemas de saúde causados ​​pela inalação de ar poluído, permitindo a adoção de medidas preventivas. Em âmbito governamental ou comercial, esses sensores são cruciais para a implementação de políticas, diretrizes e soluções baseadas nas leituras fornecidas por eles.

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