Sensores para melhorar o IAQ
Como melhorar a qualidade do ar interno: a função dos nós sensores no monitoramento e melhoria da saúde e produtividade
Alex Pluemer para Mouser Electronics
Os Índices de Qualidade do Ar (AQI) tornaram-se uma característica regular dos boletins meteorológicos em todo o mundo, à medida que as mudanças climáticas continuam a aquecer o planeta e provocar incêndios florestais nos climas mais quentes e mais secos. Os AQIs relatam a quantidade de material particulado (como cinzas e escapamentos de automóveis) e outros poluentes no ar, informando as pessoas quando esses poluentes atingem níveis perigosos de concentração para exposição humana. Em geral, os AQIs são usados para descrever a qualidade do ar externo, mas o que acontece quanto à qualidade do ar interno?
As condições nocivas da qualidade do ar externo geralmente podem ser detectadas sem tecnologias (por exemplo, fumaça no ar ou odores fortes), mas a má qualidade do ar interno não é detectável tão facilmente. Se você passar a maior parte do dia dentro de casa, em uma escola ou em um prédio de escritórios, é mais provável que a sua saúde seja afetada pela qualidade do ar interno e não do ar externo.
Embora o ar poluído do exterior possa causar impacto na qualidade do ar interno, vários poluentes comuns do ar interno podem ser detectados e quantificados apenas por meio da tecnologia de monitoramento da qualidade do ar. Contaminantes como monóxido de carbono (CO), fumo passivo e fungos ou bactérias suspensas no ar podem ser detectados no ar interno e levar a sérias consequências à saúde por meio de exposição repetida. A saúde e a segurança de funcionários e alunos são as principais responsabilidades de qualquer corporação ou instituição, e o monitoramento da qualidade do ar interno é uma parte essencial da manutenção de um ambiente interno seguro e saudável. Isso também pode resultar em maior produtividade e melhor motivação no local de trabalho.
Os nós sensores como o SEN5x da Sensirion podem ajudar a monitorar a qualidade do ar interno e melhorar os sistemas existentes de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) e purificação do ar, por meio de medição dos poluentes atmosféricos em tempo real, oferecendo medições precisas e confiáveis aos usuários finais sem exigir muitas reconfigurações. Neste artigo, examinaremos alguns dos poluentes internos mais comuns e como dispositivos como o SEN5x podem ajudar os usuários finais a manter suas instalações saudáveis e produtivas.
Medição da qualidade do ar
Conforme observado, os poluentes suspensos no ar mais comuns são os particulados, partículas microscópicas de matéria sólida, muitas vezes resultantes da combustão, que com frequência, inalamos sem perceber. Quando o ar externo está altamente saturado de particulados, as pessoas podem ser aconselhadas a permanecer em ambientes fechados e com as janelas fechadas ou usar máscaras respiratórias se precisarem ficar ao ar livre por períodos prolongados. Muitas residências, escolas e prédios de escritórios implementam sistemas de filtragem de ar para filtrar do ar o material particulado. Mesmo assim, pequenas quantidades de particulados estão sempre presentes (fora de um ambiente de sala limpa).
A qualidade do ar interior é frequentemente comprometida por outros poluentes em suspensão no ar, como os gases, que podem causar sérios problemas de saúde se não forem monitorados adequadamente. Altos níveis de CO no ar podem resultar em doenças graves, inconsciência ou até mesmo em morte. Doenças e mortes relacionadas ao CO são comumente associadas ao uso de equipamentos de aquecimento ou outros aparelhos que queimam combustíveis fósseis; a combustão incompleta gera um gás invisível e inodoro que pode ser acumulado em prédios e estruturas em que a ventilação não seja adequada.
Os níveis de dióxido de carbono (CO2) no ar também precisam ser monitorados. Embora em geral não sejam tão graves quanto os associados ao CO, os efeitos adversos da exposição ao CO2 podem ter consequências duradouras. As pessoas que frequentam ambientes ricos em CO2 geralmente são mais sonolentas do que o normal e podem sentir dores de cabeça e náuseas. Atualmente, 38 estados dos EUA e o Distrito de Columbia exigem detectores de CO/CO2 em todas as residências particulares por meio de regulamentação ou legislação, mas apenas cinco estados os exigem em prédios escolares. O envenenamento por CO geralmente ocorre em ambientes muito pequenos e fechados, sendo assim os monitores de CO geralmente não são necessários em grandes edifícios de escritórios ou instalações de fabricação. A medição dos níveis de CO2 é uma forma para que os gerentes de instalações avaliem o desempenho de sistemas HVAC, portanto, a detecção e o monitoramento efetivos de CO2 podem causar um impacto de amplo alcance na qualidade do ar interno.
Fungos e esporos de fungo são outros poluentes comuns suspensos no ar, em geral resultantes de umidade, e nem sempre são fáceis de detectar. Proprietários de residências e gerentes de instalações podem adotar medidas preventivas contra o crescimento de fungos nesses espaços de difícil acesso monitorando a umidade interna e os níveis de condensação. O excesso de umidade também pode cultivar certas bactérias em suspensão no ar que podem ser nocivos aos seres humanos, outro motivo para o monitoramento rigoroso dos níveis de umidade interna.
Os compostos orgânicos voláteis (VOCs) estão presentes no ar externo de quase todos os lugares em que as pessoas vivem ou trabalham, mas geralmente são mais concentrados em ambientes fechados. Os VOCs são gases emitidos por produtos químicos ou outras substâncias líquidas ou sólidas. Eles estão presentes em vários produtos, desde produtos de limpeza e tintas até equipamentos de escritório e materiais para móveis. Reduzir o risco de exposição a VOCs geralmente é uma questão de armazenamento adequado de materiais perigosos e melhoria do fluxo de ar e da ventilação gerais. Ainda assim, até mesmo as baixas concentrações de certos VOCs (como formaldeído) no ar podem ser prejudiciais à saúde.
Agentes cancerígenos como radônio e amianto podem ser detectados em estruturas construídas com materiais que tenham sido amplamente proibidos por razões de segurança. Embora possam não ser tão imediatos quanto os resultantes da exposição ao CO, os efeitos adversos à saúde da exposição prolongada a esses materiais podem ser igualmente graves e até fatais. Foi determinado que a exposição ao radônio e ao amianto aumenta as chances de desenvolvimento do câncer de pulmão.
Tecnologia de monitoramento da qualidade do ar
Os monitores de qualidade do ar não são de abordagem única; eles estão disponíveis em diferentes formatos e com várias características e funcionalidades. Dependendo do local e do ambiente da instalação, um monitor AQ menor pode ser benéfico. No entanto, isso pode afetar a funcionalidade no processo. Além disso, a maioria dos sensores AQ pode detectar apenas alguns poluentes atmosféricos, exigindo uma combinação de sensores para detectar tudo.
Os nós sensores ambientais SEN5x da Sensirion podem monitorar partículas suspensas no ar, VOCs, óxidos de nitrogênio e temperatura e umidade relativas. O SEN5x mede as partículas no ar emitindo um laser refletido por partículas que retornam a um fotodiodo no dispositivo. Quanto maior for a quantidade de luz refletida em direção ao fotodiodo, maior será o material particulado. Este método oferece valores muito mais precisos do que os dispositivos que usam um elemento oscilante cônico, com capacidade para acomodar apenas as partículas de um determinado tamanho. A fotodetecção também fornece medições mais precisas, em geral segundos após o início de um ciclo de amostragem.
Por meio de amostragem dos poluentes no ar em intervalos de um segundo ou menos, os dispositivos SEN5x oferecem monitoramento AQ contínuo e em tempo real em um pequeno fator de forma de 53 mm × 44 mm × 22 mm. O SEN5x é um nó sensor completo com vários sensores em um invólucro que utiliza a tecnologia de fluxo de bainha para aumentar a resistência à poeira e a outras partículas, permitindo que ele funcione em ambientes internos mais severos, como fábricas ou instalações de produção. Os nós SEN5x também incluem ventiladores com geometria de fluxo de ar testada para ajudar a manter a funcionalidade ideal e prolongar a vida útil de dispositivos, cuja expectativa de duração deva exceder dez anos. O ventilador executa uma função de autolimpeza para expelir poeira e partículas coletadas, enquanto o sensor está no modo de medição. O intervalo entre os ciclos de limpeza pode ser ajustado se o nó sensor estiver localizado em uma área altamente poluída.
Os nós SEN5x são entregues com uma interface I²C para facilitar a integração com os sistemas de HVAC, purificação do ar e monitoramento da qualidade do ar existentes, evitando reconfigurações dispendiosas e demoradas. Eles também empregam algoritmos proprietários pré-integrados para compensação de temperatura e umidade e cálculo do índice VOC para promover ainda mais a integração perfeita com os sistemas existentes, além de poupar aos desenvolvedores o trabalho de redigir o código. Esses algoritmos incluem o mecanismo Sensirion Temperature Acceleration Routine (STAR), que oferece aos usuários finais valores de temperatura até três vezes mais rápidos e confiáveis do que a concorrência, de acordo com a Sensirion. Os nós SEN5x oferecem saída digital totalmente calibrada após a instalação e podem reiniciar em no máximo 50 ms, reduzindo os tempos de calibração e inicialização associados a outros monitores de AQ.
Os nós SEN5x normalmente consomem apenas entre 0,7 mA e 70 mA de corrente de alimentação e atingem um máximo de 100 mA e evitam potencialmente a religação ou reconfiguração das regulagens elétricas existentes. Os dispositivos também apresentam um nível médio de emissão acústica de apenas 24 dB, o que os torna não intrusivos e possivelmente não sujeitos a interrupções até mesmo nos ambientes de trabalho mais silenciosos.
Qualidade do ar, saúde e produtividade
Embora atualmente não existam normas federal ou internacionalmente reconhecidas para a qualidade do ar saudável, órgãos de controle como a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) e os Centros de Controle de Doenças (CDC) ajudaram a criar um conjunto de diretrizes recomendadas para níveis seguros de exposição aos poluentes em suspensão no ar mais comuns. Poluentes químicos suspensos no ar, como CO ou CO2, são medidos em partes por milhão (ppm). Os níveis de CO2 entre 400 ppm e 650 ppm são considerados normais para ambientes internos, enquanto níveis de 800 ppm ou acima podem começar a causar efeitos adversos. Altos níveis de CO2 no ar não são apenas nocivos para a saúde humana, como podem ter consequências sérias para a produtividade no local de trabalho.
Se já esteve em uma sala lotada e abafada, você pode conhecer a sensação: as pálpebras começam a ficar pesadas, as vozes das pessoas na sala tornam-se ruído de fundo e você começa a divagar. A reunião pode ter sido desinteressante, mas você também pode ter sentido os efeitos da superexposição ao CO2. Estudos demonstraram que os níveis de CO2 no ar estão correlacionados diretamente com a produtividade e a disposição no ambiente de trabalho; ou seja, melhor ventilação significa funcionários mais satisfeitos e mais produtivos. Partindo dessa lógica, os cassinos monitoram os níveis de CO2 para garantir que os clientes não fiquem muito cansados, até mesmo bombeando oxigênio para dentro do prédio para energizá-los.
Outros poluentes em suspensão no ar são seguros apenas em concentrações minúsculas (como o formaldeído, com níveis de exposição recomendados não superiores a 0,2 ppm) ou inseguros em qualquer nível (como o radônio ou as fibras de amianto). O material particulado no ar é medido em microgramas por metro cúbico (µg/m3). A EPA recomenda que os níveis de PM2.5 (partes de material particulado com diâmetro não superior a 2,5 micrômetros) sejam mantidos abaixo de 12 µg/m3 e PM10 (partículas maiores com diâmetro superior a 10 micrômetros) sejam mantidos em ou abaixo de 54 µg/m3, uma vez que os pulmões humanos têm mais facilidade de filtrar do nosso ar as partes maiores de material particulado do que as partes menores.
Manter os sistemas HVAC operando em níveis ideais também ajuda a prevenir a propagação de doenças transmitidas pelo ar, como a COVID-19, economizando o tempo e recursos das empresas perdidos em dias em razão de doenças e produtividade reduzida. Os monitores de AQ capazes de detectar que patógenos suspensos no ar não estão amplamente disponíveis comercialmente, mas o monitoramento de poluentes em suspensão no ar, como o CO2, pode ajudar a melhorar o fluxo de ar e a ventilação geral, além de reduzir o risco de transmissão de doenças.
Conclusão
Manter a qualidade do ar saudável é um fator crítico para cultivar um ambiente de trabalho ou aprendizado seguro e saudável. Sistemas sólidos de HVAC e purificação de ar exigem sensores para manter informados os gerentes de instalações quanto à operação e melhorias que podem ser necessárias. Nós sensores como o Sensirion SEN5x oferecem essas informações em tempo real com precisão excepcional, fornecendo aos usuários finais os dados exigidos para fazer ajustes ambientais quando necessário, ao mesmo tempo em que são facilmente integrados a sistemas pré-existentes. Seja em residências, escolas, escritórios ou fábricas, o monitoramento da qualidade do ar é vital para a saúde e o bem-estar, e os nós sensores AQ, como o SEN5x, são essenciais para a obtenção de leituras oportunas e confiáveis.