Sistema para avaliação de desempenho e calibração de sensores de gases de baixo custo aplicados ao monitoramento da qualidade do ar

Abstract

As crescentes emissões de poluentes atmosféricos têm sido um assunto atual e com grande interesse pelas agências reguladoras, indústrias e sociedade em geral por representarem uma ameaça à saúde e ao meio ambiente. Sendo assim, torna-se imperativo a necessidade de estimar a concentração desses compostos na atmosfera a fim de mantê-los nos níveis seguros exigidos pelas autoridades regulatórias. O monitoramento com uso de sensores atmosféricos de baixo custo tem sido uma alternativa emergente e com grande perspectiva de uso para complementar os dados obtidos por estações tradicionais de monitoramento da qualidade do ar. Entretanto, os dados obtidos por esses sensores de baixo custo ainda são questionáveis, podendo ser, muitas vezes, pouco confiáveis. Assim, o objetivo desse trabalho foi construir um sistema para calibração e avaliação de parâmetros de desempenho de sensores de baixo custo comparando seus resultados a analisadores de referência. Nesse sentido, três sensores de baixo custo para CO, O3 e SO2 do monitor DR1000L (Scentroid) foram calibrados e avaliados frente aos parâmetros de desempenho definidos por Baseline drift, linearidade, precisão, bias, acurácia, tempo de resposta, interferência de gases poluentes, deriva de longo prazo e interferência da temperatura. Não se verificou desvios significativo de baseline drift para nenhum sensor. Todos sensores apresentaram perfil linear, boa precisão e tempo de resposta inferior a 2 minutos. Após a calibração foram obtidos dados satisfatórios de acurácia e bias.O sensor de SO2 apresentou perturbações de sinal na presença de diferentes concentrações de CO. A deriva de longo prazo sugere uma periodicidade de calibração menor que 60 dias. A temperatura está relacionada diretamente a variações de sensibilidade em sensores de baixo custo. De forma geral, o uso desses sensores para o monitoramento da qualidade do ar é sugerido quando seus parâmetros de desempenho são devidamente conhecidos e seus sensores encontram-se devidamente calibrados.

The increasing emissions of air pollutants have been a current issue and with great interest by regulatory agencies, industries and society in general, as they represent a threat to health and the environment. Therefore, it is imperative to estimate the concentration of these compounds in the atmosphere in order to keep them at the safe levels required by regulatory authorities. Monitoring with the use of low-cost atmospheric sensors has been an emerging alternative and with great perspective of use to complement the data obtained by traditional air quality monitoring stations. However, the data obtained by these low-cost sensors are still questionable and can often be unreliable. Thus, the objective of this work was to build an system for calibration and evaluation of performance parameters of low-cost sensors, comparing their results to reference analyzers. In this sense, three low cost sensors for CO, O3 and SO2 of the DR1000L monitor (Scentroid) were calibrated and evaluated against the performance parameters defined by Baseline drift, linearity, precision, bias, accuracy, response time, interference from polluting gases, long-term drift and temperature interference. There were no significant deviations from baseline drift for any sensor.All sensors had a linear profile, good accuracy and a response time of less than 2 minutes. After calibration, satisfactory accuracy and bias data were obtained. The SO2 sensor showed signal disturbances in the presence of different concentrations of CO. Long-term drift suggests a calibration period of less than 60 days. Temperature is directly related to sensitivity variations in low-cost sensors. In general, the use of these sensors for monitoring air quality is suggested when their performance parameters are properly known and their sensors are properly calibrated.