Caso de uso de sensores ambientais: monitoramento da qualidade do ar interno

Monitoramento da qualidade do ar interno

Ronan Cooney para Mouser Electronics

A tecnologia de sensores continuou a avançar na última década, habilitando várias novas aplicações e casos de uso. Por exemplo, o sensoriamento ambiental e o monitoramento da qualidade do ar surgiram com ênfase na qualidade do ar interno. Especialmente com a pandemia do COVID-19, as pessoas tornaram-se muito mais preocupadas e atentas à qualidade do ar em seus espaços internos.

Diversos fatores devem ser considerados no monitoramento da qualidade do ar interno, incluindo níveis de dióxido de carbono (CO2), material particulado (PM) e compostos orgânicos voláteis (VOCs). Apesar dos avanços no sensoriamento, com muitas variáveis diferentes para serem rastreadas, o monitoramento da qualidade do ar interno é uma tarefa difícil. Isso é verdade, especialmente sob a perspectiva de projeto de sistema de hardware, em que os projetistas devem navegar pelas compensações entre desempenho, precisão e consumo de energia.

Neste blog, analisaremos os vários sensores usados para sistemas de monitoramento da qualidade do ar interno, os desafios no projeto do sistema e algumas soluções para esses problemas.

Sensores usados para monitorar a qualidade do ar interno

No monitoramento da qualidade do ar interno, três principais contaminantes devem ser considerados: CO2, PM e VOCs. Em geral, a medição de cada um desses contaminantes individuais exige o uso de sensores específicos.
Para o sensoriamento de CO2, os tipos comuns de sensores incluem sensores infravermelhos não dispersivos (NDIR), sensores eletroquímicos e sensores do tipo óxido-metal-semicondutor (MOS). Por exemplo, o T6793 da Amphenol Advanced Sensors é um sensor NDIR CO2 desenvolvido para oferecer precisão extremamente alta em aplicações de monitoramento da qualidade do ar interno. Algumas especificações notáveis deste sensor incluem uma classificação de precisão de ±45 ppm +3% de leitura na faixa de medição de 440 ppm a 2.000 ppm.

Por outro lado, o material particulado é um dos tipos mais complicados de poluição do ar porque assume muitas formas e origina de muitas fontes diferentes. Em geral, o material particulado é classificado em uma das três categorias: partículas grossas (PM10), partículas finas (PM2.5) e partículas ultrafinas (PM0.1 - partículas ≤0,1 µm de diâmetro). Como resultado dessa variedade, os sensores de PM utilizam várias técnicas de detecção diferentes, incluindo contagem de partículas ópticas e dispersão de volume.

Da mesma forma, os VOCs incluem muitos contaminantes e necessitam de múltiplas formas de sensoriamento. As três formas mais populares de sensores de compostos orgânicos voláteis incluem detectores de fotoionização, detectores de ionização de chama e sensores MOS. Esses sensores são normalmente calibrados usando gás isobutileno, mas podem ter uma ampla gama de reações e valores de saída, dependendo do VOC real que está sendo medido.

Além desses três principais contaminantes, outros fatores, como temperatura e umidade, são importantes para monitorar, por serem os principais condutores de toxinas.

Desafios e compensações da detecção ambiental

Considerando a variedade de opções de detecção disponíveis, a determinação de quais sensores precisam ser usados para a aplicação certa e o ambiente certo é um dos aspectos mais difíceis do projeto de um monitor de qualidade do ar interno. De modo geral, a escolha do sensor por um projetista é baseada em duas considerações principais: potência e desempenho.

A maioria dos sistemas de monitoramento de qualidade do ar interno utiliza um sensor dedicado para monitorar a qualidade do ar ao lado de um sistema de rádio para transmitir sem fio, os dados do sensor para uma central on-line em que os dados são analisados. Para que ofereçam a melhor flexibilidade e valor, esses sistemas em geral são alimentados por bateria. Devido à importância da vida útil da bateria, a principal compensação de projeto para sistemas de monitoramento da qualidade do ar interno está entre o consumo de energia e o desempenho.

Em termos gerais, um sensor ambiental terá maior desempenho ao custo de maior consumo de energia. Por exemplo, o uso de uma taxa de amostragem mais alta ajudará o sensor a coletar adquirir dados detalhados, mas aumentará significativamente o consumo de energia de um dispositivo. Isso resulta em uma drenagem mais rápida da bateria, resultando em inatividade e manutenção indesejadas do dispositivo.

Por outro lado, manter o consumo de energia em um nível mínimo geralmente é obtido às custas do desempenho de sensoriamento, bem como da confiabilidade da radiocomunicação. Se a capacidade de um sistema interno de monitoramento da qualidade do ar for insuficiente, a precisão do sensor será notavelmente afetada.

Portanto, o projeto ideal para um sistema de monitoramento da qualidade do ar interno encontrará um equilíbrio entre desempenho e consumo de energia, de modo que o sistema tenha uma duração aceitável de bateria, ao mesmo tempo em que proporciona dados precisos, valiosos e úteis. Muitas vezes, isso pode ser alcançado por meio da seleção criteriosa de componentes de baixa potência, usando os modos de hibernação do dispositivo de forma inteligente e escolha dos protocolos de comunicação sem fio corretos para transmissão de dados com base no aplicativo e no local de implementação.

Conclusão

Se desejarmos viver em um ambiente no qual o ar que respiramos seja saudável e livre de contaminantes, devemos ser capazes de monitorar com precisão a qualidade do ar interno. Para que possamos realmente obter informações valiosas sobre a qualidade do ar, precisamos de dados precisos e de alta qualidade. Utilizando sensores como os descritos neste artigo e projeto apropriado que equilibre a compensação entre desempenho e consumo de energia, podemos construir um futuro com ambientes de trabalho e vida mais saudáveis para os ocupantes.