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Sistema de monitoramento da qualidade do ar por meio de micro sensores aplicado ao conceito de cidade inteligente

This project aimed to develop a low-cost monitoring system for environmental variables using micro sensors, calibrated with reference instruments and real-time data available online. The system used Arduino® technology and internet communication, with micro sensors for air temperature, relative humi...

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Autor principal:	Machado, Bruno Lo Frano
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Monitorização ambiental Ar - Medição Arduino (Controlador programável) Environmental monitoring Air - Measurement Arduino (Programmable controller) CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12065
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id	riut-1-12065
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spelling	riut-1-120652020-11-16T10:55:43Z Sistema de monitoramento da qualidade do ar por meio de micro sensores aplicado ao conceito de cidade inteligente Machado, Bruno Lo Frano Targino, Admir Créso de Lima Bertozzi, Janksyn Krecl, Patrícia Michels, Roger Nabeyama Targino, Admir Créso de Lima Monitorização ambiental Ar - Medição Arduino (Controlador programável) Environmental monitoring Air - Measurement Arduino (Programmable controller) CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA This project aimed to develop a low-cost monitoring system for environmental variables using micro sensors, calibrated with reference instruments and real-time data available online. The system used Arduino® technology and internet communication, with micro sensors for air temperature, relative humidity and fine particles (diameter < 2,5 m). All the calibration methods followed the recommendations of the US Environmental Protection Agency, developed for air quality monitoring using low cost sensors. Performance features such as linearity of response and precision of measurement were evaluated. After validating the data, the platform was installed in field with real-time data streaming for three places in Londrina (PR) on a web platform. The air temperature and relative humidity sensors showed high correlations with the reference sensor (coefficient of determination R2 = 1 and 0.98, respectively) and good stability during operation. These data also showed low standard deviation and variation coefficient values (between 2% and 8%). R2 for the MP2,5 sensor ranged from 0,85 to 0,95 for the different sensors. The variation coefficient dropped as particle concentration increased, showing that the sensors were not very accurate for measurements of low concentrations (<50 g.m-3). All variables showed low bias after the calibration process (<2%). When deployed in the field, the air temperature and relative humidity sensors continued showing excellent behaviour compared with the reference instrument. The MP2.5 data showed a somewhat inferior outcome, as some environmental factors, such as aerosol composition and air humidity, may have affected the sensor response. The communication via wi-fi and cable with the online platform was stable and, thus, feasible for field application. The results showed that this technology is an economic and scientifically robust alternative to provide environmental data to the population and decision makers, with potential for the development of a monitoring network or to complement networks already in place. In any case, the system must always be calibrated against reference sensors following pre-established protocols. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema de monitoramento de dados ambientais de baixo custo por meio de micro sensores, calibrado com equipamentos de referência, com dados disponibilizados para a população em tempo real em uma plataforma online. O sistema de coleta de dados usou a plataforma Arduino® e comunicação via internet (com e sem cabo), com micro sensores de temperatura do ar, umidade do ar e partículas inaláveis finas (diâmetro < 2,5 m). Todos os processos de calibração seguiram uma metodologia da Agência Ambiental dos EUA, exclusiva para o desenvolvimento de sistemas de monitoramento da qualidade do ar com sensores de baixo custo. Foram analisados parâmetros como linearidade de resposta e exatidão das medidas. Após calibração em laboratório, a plataforma foi instalada em campo, com dados de três pontos de monitoramento na cidade de Londrina (PR), disponibilizados em tempo real em uma página web. Os dados de temperatura e umidade do ar tiveram alta correlação com o equipamento referência, com R2 variando entre 0,98 e 0,99. Após a correção aplicada, apresentaram baixos valores de desvio padrão e de coeficiente de variação (entre 2% e 8%) em todas as faixas de valores analisadas. Para a variável MP2,5, o R2 variou entre 0,85 e 0,95 para os diferentes sensores. Foi observada maior precisão em concentrações acima de 100g.m-3. Todas as variáveis apresentaram baixos valores de incerteza (entre 1% e 2%), após o processo de calibração. Com o sistema aplicado em campo, as variáveis temperatura e umidade continuaram a demonstrar um ótimo comportamento em relação ao equipamento referência. Os dados de MP2.5 em campo apresentaram resultados um pouco inferior, e identificou-se que alguns fatores ambientais, como composição do aerossol atmosférica e umidade do ar, podem afetar a resposta do sensor. Observou-se estabilidade na comunicação com e sem cabo com a plataforma online. O sistema desenvolvido é uma alternativa econômica e cientificamente robusta para disponibilizar dados ambientais para a população e tomadores de decisão, desde que seguida de forma criteriosa os procedimentos de calibração. O estudo enfatiza o potencial para a criação de uma rede própria de monitoramento, ou para complementar de redes já existentes. 2020-11-16T10:55:43Z 2020-11-16T10:55:43Z 2017-12-01 bachelorThesis MACHADO, Bruno Lo Frano. Sistema de monitoramento da qualidade do ar por meio de micro sensores aplicado ao conceito de cidade inteligente. 2017. 76 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica do Paraná, Londrina, 2017. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12065 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Londrina Brasil Engenharia ambiental UTFPR
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description	This project aimed to develop a low-cost monitoring system for environmental variables using micro sensors, calibrated with reference instruments and real-time data available online. The system used Arduino® technology and internet communication, with micro sensors for air temperature, relative humidity and fine particles (diameter < 2,5 m). All the calibration methods followed the recommendations of the US Environmental Protection Agency, developed for air quality monitoring using low cost sensors. Performance features such as linearity of response and precision of measurement were evaluated. After validating the data, the platform was installed in field with real-time data streaming for three places in Londrina (PR) on a web platform. The air temperature and relative humidity sensors showed high correlations with the reference sensor (coefficient of determination R2 = 1 and 0.98, respectively) and good stability during operation. These data also showed low standard deviation and variation coefficient values (between 2% and 8%). R2 for the MP2,5 sensor ranged from 0,85 to 0,95 for the different sensors. The variation coefficient dropped as particle concentration increased, showing that the sensors were not very accurate for measurements of low concentrations (<50 g.m-3). All variables showed low bias after the calibration process (<2%). When deployed in the field, the air temperature and relative humidity sensors continued showing excellent behaviour compared with the reference instrument. The MP2.5 data showed a somewhat inferior outcome, as some environmental factors, such as aerosol composition and air humidity, may have affected the sensor response. The communication via wi-fi and cable with the online platform was stable and, thus, feasible for field application. The results showed that this technology is an economic and scientifically robust alternative to provide environmental data to the population and decision makers, with potential for the development of a monitoring network or to complement networks already in place. In any case, the system must always be calibrated against reference sensors following pre-established protocols.
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