desenvolvimento de um sistema de monitoramento de …
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS
ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE
MONITORAMENTO DE DIÓXIDO DE CARBONO EM
ESPAÇOS CONFINADOS DE UNIDADES DE PRÉ-
PROCESSAMENTO DE GRÃOS
MATTHEUS FREDERICO BACK KOELLN
SINOP
MATO GROSSO – BRASIL
2017
MATTHEUS FREDERICO BACK KOELLN
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE
MONITORAMENTO DE DIÓXIDO DE CARBONO EM
ESPAÇOS CONFINADOS DE UNIDADES DE PRÉ-
PROCESSAMENTO DE GRÃOS
Orientador: Prof D.r Rodrigo Sinaidi Zandonadi
Co-Orientador: Prof. Msc. Lúcio Gonçalves Barbosa de Oliveira
Trabalho de curso apresentado à Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT - Campus Universitário de Sinop, como parte das exigências para obtenção de Título de Engenheiro Agrícola e Ambiental.
SINOP
2017
Dedico este trabalho ao meu Pai Teodor Koelln in
memoriam. A família, que sempre me incentiva para
que eu supere com êxito todos os desafios durante
minha caminhada, em especial minha mãe Márcia
meu pilar e amiga, ao meu irmão Frederic pela
parceria eterna, minha avó Nelita pelo amor, ao
Evandro grande amigo e Pai, minha companheira
Aline pela compreensão, e a todos os colegas e
amigos que contribuíram para que esta etapa fosse
cumprida.
DEDICO
AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, por me conceder a vida, saúde e forças para a conquista da vitória nessa etapa de vida. Ao meu orientador Prof. Dr. Rodrigo Sinaidi Zandonadi, por seus ensinamentos, suas orientações acadêmicas, como também pelas sugestões apresentadas para a efetiva conclusão deste trabalho; pelas correções e paciência ao longo dos trabalhos. Ao co-orientador Msc. Lucio Gonçalves Barbosa de Oliveira, pelo apoio, e orientação com efetiva contribuição. A professora Dra. Solenir Ruffato, pela sua atenção, amizade, disponibilidade e por todo conhecimento que nos passou nas viagens de campo e também, em sala de aula. A todos os professores do Curso de Engenharia Agrícola e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso campus de Sinop, que transmitiram seus conhecimentos. A minha Mãe pelo amor e apoio, e a toda minha Família. Aos colegas de curso pelo incentivo e amizade, em especial meus colegas de turma na qual eu convivi e aprendi muito. Aos novos amigos Aline, Adelina, Israel, Ronan, Eduardo e Henrique, que eu adquiri pelo convívio e que me ajudaram durante o decorrer do curso. A Secretaria de Auxilio Estudantil (SAE), que por meio da concessão dos auxílios estudantis possibilitou a minha formação. Aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram para nosso êxito, a todos meu profundo sentimento de gratidão, dedicando-lhes nossos eventuais méritos.
A todos, muito obrigado!
SUMÁRIO
RESUMO .................................................................................................................................................. I
ABSTRACT ............................................................................................................................................. II
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................................. III
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 11
2. REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................................ 13
2.1 Estruturas de armazenagem ...................................................................................13
2.2 Acidentes em unidades armazenadoras ................................................................13
2.3 Formação de gases .................................................................................................14
2.4 Normas para espaços confinados ..........................................................................15
2.5 Limites de concentração de gases .........................................................................15
2.6 Sensores para monitoramento de dióxido de carbono .........................................16
2.7 Monitoramento de CO2 ............................................................................................18
3. MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................................. 19
3.1 Instrumentação e programação ..............................................................................19
3.2 Avaliação do IMCO2 .................................................................................................24
3.2.1 Avaliação sensor MQ2 ..................................................................................24
3.2.2 Avaliação do sensor K33 para monitorar temperatura e umidade relativa
25
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................................... 25
4.1 Instrumentação e programação ..............................................................................25
4.2 Avaliação do IMCO2 .................................................................................................27
4.2.2 Avaliação do sensor K33 para monitorar temperatura e umidade relativa
32
5. CONCLUSÕES ............................................................................................................................. 34
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 35
7. ANEXOS ........................................................................................................................................ 38
I
RESUMO
O déficit de capacidade de armazenagem tem gerado preocupação no cenário nacional. Em geral, ações voltadas, sobretudo para a construção de novas unidades e enquadramento das existentes nos parâmetros que preservem a qualidade dos grãos e a segurança ambiental dos trabalhadores, incluindo os levantamentos de dados de concentração de gases nocivos, gerados pela atividade de pré-processamento. As alternativas para monitorar a concentração de gases nesses locais ainda são poucas, por essa razão objetivou-se com este trabalho, desenvolver um aparato para monitorar concentrações de dióxido de carbono e avaliar o desempenho de um sensor semicondutor de baixo custo. O aparato e sensores foram testados quando submetidos a uma variação da concentração de dióxido de carbono em ambiente controlado. Os resultados indicam que o aparato funcionou satisfatoriamente e permitiu inclusive fazer a avaliação de diferentes sensores. O sensor semicondutor não apresentou desempenho satisfatório para ser utilizado como uma alternativa na mensuração do gás dióxido de carbono nas condições estudadas. Além disso, o sensor apresentou interferência com variação de umidade. O sensor infravermelho apresentou desempenho satisfatório, e devido ao custo relativamente baixo, apresenta potencial para aplicação no cenário de ambientes confinados em unidades de pré-processamento de grãos.
PALAVRAS-CHAVE: Segurança do trabalho, Semicondutor, Espaço confinado, Instrumentação agrícola.
II
ABSTRACT
.
The shortage of storage capacity has generated concern in the national scenario. In general,
actions aimed mainly at the construction of new units and in compliance with the parameters
that preserve the quality of the grains and the environmental safety of the workers, including
the surveys of harmful gas concentration data generated by the pre-processing activity . The
alternatives to monitor the concentration of gases in these places are still few, so it was
aimed, with this work, to develop an apparatus to monitor concentrations of carbon dioxide
and evaluate the performance of a semiconductor sensor of low cost. The apparatus and
sensors were tested when subjected to a change in the concentration of carbon dioxide in a
controlled environment. The results indicate that the apparatus worked satisfactorily and
even allowed the evaluation of different sensors. The semiconductor sensor did not present
satisfactory performance to be used as an alternative in the measurement of carbon dioxide
gas under the conditions studied. In addition, the sensor showed interference with humidity
variation. The infrared sensor presented satisfactory performance, and due to the relatively
low cost, presents potential for application in the scenario of confined environments in grain
pre-processing units.
KEYWORDS: Work safety, Semiconductor, Confined space, Agricultural instrumentation.
III
LISTA DE FIGURAS
Figura 1– Sensor de gases MQ2. .........................................................................................20
Figura 2- Sensor de dióxido de carbono K33 BLG com sensor SHT 11 integrado. ...............20
Figura 3 - Sensor digital de temperatura e umidade relativa SHT 15. ...................................20
Figura 4- Placa microprocessada Arduino MEGA 2560 ........................................................21
Figura 5- Módulo SD e RTC. ................................................................................................22
Figura 6 - Diagrama elétrico do regulador de tensão. ...........................................................22
Figura 7- Fluxograma geral do programa de leitura. .............................................................23
Figura 8- Esquematização da instrumentação para aquisição e registro de dados ...............26
Figura 9 - Regulador de tensão. ...........................................................................................26
Figura 10 - Caixa PVC com instrumentação. ........................................................................27
Figura 11- Comportamento do sensor K33 submetido à variação da concentração de CO2
ao longo do tempo. ...............................................................................................................28
Figura 12 - Representação das leituras do sensor K33 em ppm e sensor MQ2 em volts
quando submetidos à variação da concentração de CO2 ao longo do tempo. .....................29
Figura 13 - Representação das leituras do sensor K33 em ppm e sensor MQ2 em volts para
a variação das concentrações de CO2 a baixas concentrações ao longo do tempo. ............30
Figura 14 - Efeitos da umidade relativa sobre o sensor MQ2. ..............................................31
Figura 15 - Variação das leituras de temperatura dos sensores SHT 15 e K33 no tempo. ...32
Figura 16- Variação das leituras de umidade relativa (UR) dos sensores SHT 15 e K33 no
tempo. ..................................................................................................................................33
11
1. INTRODUÇÃO
Na cadeia produtiva de grãos, as unidades de pré-processamento devem apresentar-
se adequadamente projetadas, estruturadas e gerenciadas para a recepção, limpeza,
secagem, armazenamento e expedição. Os sistemas de armazenamento na produção
agrícola são indispensáveis para a conservação da qualidade do grão e oportunidade de
obter melhores preços. No entanto, os silos e armazéns devido ao seu tamanho e
complexidade apresentam grandes possibilidades de acidentes de trabalho, isto por
apresentarem vários espaços confinados, locais fechados e enclausurados (AMARILLA et
al., 2012). Nessas unidades os principais locais que apresentam gases são poços de
elevador, silos graneleiros, moegas e tuneis de descarga.
De acordo com Silva (2005), os principais gases presentes nos ambientes das
indústrias de grãos são dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano. Gases
perigosos à saúde, invisíveis a olho nu e inodoro, tendo assim a necessidade de sensores
para sua detecção. A necessidade de monitoramento pode ser uma dificuldade pela
necessidade de mão-de-obra especializada e custo elevado de implantação e manutenção,
sendo importante estudos de alternativas baratas e confiáveis para monitorar esses gases.
No mercado estão disponíveis diversos modelos de sensores para gases, com vários
princípios de funcionamento. Nos últimos anos com os avanços tecnológicos nas áreas da
eletrônica e nano matérias, a diversidade de sensores vem aumentando. Porém, na maioria
dos sensores de gases disponíveis no mercado se apresenta em três princípios de
funcionamento: sensores resistivos, ópticos e eletroquímicos.
Sensores resistivos são baseados no princípio da variação da resistência ou
condutividade. O principal material utilizado nos sensores tem como base óxidos metálicos
que expostos a diferentes concentrações de um determinado gás apresentam variação em
suas propriedades de resistência ou condutividade. O composto mais utilizado dentre os
compostos metálicos é óxido de estanho (SnO2), por ser reativo a um grande número de
gases. Os sensores resistivos respondem a uma vasta gama de concentrações de gases,
trazem como principal vantagem o baixo custo e podem apresentar dimensões muito
pequenas.
Os sensores ópticos trazem como principal opção os sensores de absorção na faixa
do infravermelho. Nos sensores com esse principio ocorre à irradiação do feixe de luz sobre
o gás alvo, onde a concentração do gás é dada pela proporção da absorção da radiação
infravermelha pelas moléculas do gás. Este princípio é muito utilizado para medir dióxido de
carbono e hidrocarbonetos.
12
Para maior segurança no local de trabalho devem ser monitoradas e registradas as
concentrações dos gases e as variáveis com influência no comportamento dos mesmos,
para que se possa alertar sobre os riscos e indicar as precauções que devem ser tomadas.
Para tanto é necessário acurácia dos instrumentos de leitura instalados, e confiabilidade na
leitura do sensor, que deve ser adequado para a aplicação afim. No mercado estão
disponíveis diversos sensores de dióxido de carbono, porém se faz necessário teste para
analisar sua aplicabilidade.
Na prática os modelos de sensores mais utilizados são os portáteis. Eles podem
estar aderidos ao equipamento de proteção individual ou distribuídos no local de trabalho
como equipamento de proteção coletiva. Em geral são sensores baseados no princípio
resistivo e são capazes de detectar um ou mais gases, popularmente chamado de
multigases. Apesar da disponibilidade desses equipamentos no mercado, a utilização deles
como ferramenta de trabalho ainda é muito restrita. Na maioria das unidades de pré-
processamento de grãos não são encontrados esses dispositivos. Na verdade, pouco
controle é realizado nestes locais, algumas observações como, por exemplo, o
comportamento dos insetos, neste caso, se estes se deslocam para outros locais é provável
que haja elevada concentração de gases. Há também relatos de utilização de fogo, porém
essa prática oferece alto risco á segurança dos trabalhadores, podendo culminar em
explosões, com grandes prejuízos estruturais.
A prática mais comum observada nas unidades armazenadoras de grãos é a
exaustão preventiva dos ambientes confinados reduzindo assim a concentração desses
gases presentes no ambiente a níveis seguros. Muitas das unidades atuais não estão de
acordo com as vigentes, fatores esses que aliados a falta de fiscalização e erros estruturais
não permitem que uma simples exaustão resolva o problema.
Existem alternativas que podem ser consideradas onde a utilização de sensores
pode ser aplicada para monitorar a concentração de gases. Esse tipo de estudo é muito
importante para o avanço da aplicabilidade das normas trabalhistas, redução de acidentes e
de danos estruturais por explosões. Um passo importante é definir alternativas de baixo
custo como incentivo aos armazenistas, garantindo maior segurança aos operadores.
Assim, objetivou-se com este trabalho desenvolver um sistema de monitoramento de
dióxido de carbono, temperatura e umidade relativa em espaços confinados em unidades de
pré-processamento de grãos. Os objetivos específicos foram: (i) confeccionar o sistema de
aquisição e registro de dados dedicado ao monitoramento de dióxido de carbono,
temperatura e umidade relativa e (ii) avaliar o potencial de uso de sensor resistivo de baixo
custo no sistema.
13
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Estruturas de armazenagem
Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), atualmente há um total
de 17.156 armazéns cadastrados, com capacidade de armazenagem de grãos de
aproximadamente 159 milhões de toneladas (CONAB, 2017a), sendo insuficiente para uma
safra estimada em 222,91 milhões para o ciclo agrícola 2016/17, um crescimento de 36,3 de
toneladas (CONAB, 2017b), ou seja, um déficit 63,91 milhões de toneladas.
Lacerda Filho et al. (2000), descreve que as estruturas de pré-processamento deve
possuir maquinários de pré-limpeza e/ou limpeza e secadores; transportadores de grãos
(fitas transportadoras, elevadores, redlers, transportadores helicoidais ou pneumáticos) e
contar com estruturas para o acondicionamento dos grãos durante o pré-processamento
como moegas e silos-pulmão além de estruturas de armazenagem, sendo mais comuns
silos e armazéns graneleiros, além do sistema de expedição com balança rodoviária, todos
projetados para garantir a manutenção da qualidade dos grãos e a segurança dos
trabalhadores e da estrutura.
Segundo Mota (2015) a evidência do crescimento da produção de grãos gera uma
necessidade de agilidade e eficiência nos processos pós-colheita, e geralmente, na busca
por alta produtividade as empresas deixando de lado as questões de segurança do trabalho.
Vê-se dessa forma a necessidade de emprego de tecnologias modernas para
monitoramento das condições ambientais das estruturas para controle dos riscos de
sinistros.
2.2 Acidentes em unidades armazenadoras
Segundo Soldera (2012) acidentes de trabalho se constituem na maioria das vezes
um problema de saúde pública, isto por apresentar potencial de fatalidades e incapacitantes,
e ainda por atingir em sua maioria jovem em idade produtiva, causando grandes implicações
sociais e econômicas. No Brasil, não há muita informação sobre ocorrências de acidentes,
oficialmente registrados, envolvendo intoxicação por gases em unidades armazenadoras.
Isso tem acarretado em desinformação sobre as causas desses acidentes, bem como as
consequências.
Os números do Ministério do Trabalho mostram que 38% dos acidentes são
ocasionados pela falta de equipamentos de segurança, e 20% são resultados da deficiência
na qualificação e na especialização da mão-de-obra, enquanto o percentual restante estaria
14
dividido em motivos outros, como a falta de fiscalização do cumprimento das normas (25%)
e negligência na compra de materiais de segurança nas empresas (17%) (BRASIL, 2014).
Um dos principais agravantes é o despreparo dos trabalhadores que estão expostos
a esses ambientes, que na maioria das vezes desconhecem medidas técnicas e
administrativas de controle. Segundo Gonçalves et al. (2005), o ato inseguro é um erro
humano com potencial para causar acidentes. As consequências podem atingir a própria
pessoa ou quem estiver ao seu redor.
Segundo Sá (2007) riscos de sinistros ocorrem com frequência em unidades
processadoras de grãos (trigo, milho, soja, cereais) onde os gases e poeiras tenham
propriedades tóxicas e combustíveis, e quando os mesmos estão dispersos no ar em
concentrações elevadas. O sinistro pode ocorrer em locais de moagem, descarga,
movimentação, transporte, desde que sem controle de exaustão somado aos fatores
desencadeantes (fagulhas por solda, falhas em equipamentos, lâmpadas, eletricidade
estática).
2.3 Formação de gases
O pré-processamento de grãos produz níveis de poluição consideráveis,
possibilitando a formação de gases tóxicos e poeiras nos mais diversos ambientes,
principalmente nos confinados (moega, poço do elevador, silo pulmão, silos e tuneis de
descarga). Nestes locais, o monitoramento das concentrações de gases é um item de
extrema importância para a segurança devido à baixa renovação do ar atmosférico. Essa
afirmação é válida para todos os tipos de ambientes, locais em que existam equipamentos
que geram poeiras ou gases perigosos. A quantidade de gás e poeira que determinada
massa de grãos produz está relacionada à suas características físicas, estado de
conservação e pela presença de insetos e microrganismos. Essas características se
observam com muita clareza nos grãos de milho, considerado um dos cereais mais
explosivos pela geração de poeiras e a soja pela grande formação do dióxido de carbono e
metano (ANDRADE; BORÉM, 2014).
Nos espaços confinados pode ocorrer formação de gases tóxicos invisíveis e
inodoros; sua ação tóxica muda sensivelmente com a temperatura e pressão, o que dificulta
a prevenção de seus efeitos (SILVA, 2005). Isso corrobora com a importância de monitorar a
temperatura e a umidade relativa nos locais de concentração de gases.
Nos pontos com grande presença de material orgânico vindo do pré-processamento
e movimentação dos grãos, tem-se grande ocorrência de formação desses gases. Os locais
15
confinados como silos, poço de elevadores e tuneis de transporte são, geralmente,
localizados abaixo do nível do solo, onde a umidade é elevada, tornando esses locais
propícios para a formação e concentração de gases tóxicos. As elevadas concentrações
observadas são em decorrência da baixa renovação do ar. Em geral espaços confinados
são de difícil acesso, tornando crítico o resgate das vítimas. Com um sistema de
monitoramento automático se reduz riscos de acidentes associados aos gases, em virtude
de o trabalhador não precisar entrar no local para ter a informação da atmosfera local.
2.4 Normas para espaços confinados
Em 2000, foi aprovada a lei número 9.973, que trata da Certificação de Unidades
Armazenadoras no Brasil, sendo considerado um avanço importante para o setor. A
instrução normativa vigente (IN 29, 2011 - Requisitos Técnicos Obrigatórios ou
Recomendados para Certificação de Unidades Armazenadoras em Ambiente Natural) exige
o emprego de recursos tecnológicos como termometria, aeração e outras providências,
como exaustão nos espaços confinados (BRASIL, 2000; BRASIL 2011a). Exigindo do
armazenista condições mínimas para operação visando à qualidade dos grãos e
padronização dos processos de armazenagem.
A NR 33 (Norma Regulamentadora de Segurança e Saúde nos Trabalhos em
Espaços Confinados) vem com foco em recomendações aos trabalhadores expostos a
atmosferas confinadas monitorem as condições e as variáveis físicas presentes, para
verificar se as condições de acesso e permanência (BRASIL, 2017). As avaliações
atmosféricas iniciais devem ser realizadas sem o trabalhador ingressar nos espaço
confinado, podendo ser feita por meio de sensores de gases, e quantificação de variáveis
físicas, como temperatura e umidade (TORLONI et al. 2016).
E ainda, segundo a NR 31 (Norma Regulamentadora de Segurança e Saúde no
Trabalho na Agricultura, Pecuária, Silvicultura, Exploração Florestal E Aquicultura), os
empregadores rurais ou equiparados devem implementar ações de segurança e saúde que
visem à prevenção de acidentes e doenças decorrentes do trabalho na unidade de produção
no que diz respeito à eliminação de riscos (BRASIL, 2011b).
2.5 Limites de concentração de gases
No Brasil se aplica legislações que apresentam níveis de concentrações aceitáveis
no ambiente de trabalho. Entre elas a NR-15 (Atividades e operações insalubres)que
estabelece como parâmetros 5000 ppm de concentração limite de CO2 dentro do ambiente
de trabalho previsto na NR-15 (BRASIL, 1978) – Anexo A).
16
Outras diretrizes propostas por entidades internacionais como a OELS (Occupational
Exposure Limits), HSE (Health and Safety Executive), NIOSH e OSHA (Occupational Safety
and Health Administration) recomendam que as zonas de trabalho ou de habitação sejam
imediatamente evacuadas quando as concentrações de CO2 excederem 1,5% em volume
(valor-limite de exposição profissional a curto prazo). Isto porque as máscaras de gás
podem ser de uso limitado em altas concentrações de CO2 devido à falta de oxigênio.
Algumas orientações laborais dessas entidades para as concentrações de CO2 variam de
5.000 ppm para uma jornada de 8 horas de trabalho e, 30.000 ppm para uma exposição de
no máximo 15 minutos (OELS, 2017; HSE, 2011; NIOSH, 2017; OSHA, 2017 – Anexo B).
Outras recomendações a se citar, como a ASHRAE (American Society of Heating,
Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) recomenda um nível de CO2 abaixo 1.000
ppm; o NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) recomenda uma
concentração máxima de dióxido de carbono de 10.000 ppm ou 1% para o local de trabalho,
para um turno de trabalho de 10 horas, com um limite de 3,0% ou 30.000 ppm para período
de 10 minutos.
Segundo Silva (2005) o dióxido de carbono é um dos principais gases tóxicos
encontrados em espaço. O CO2 é 1,5 vezes mais denso que o ar podendo se acumular nas
baixas elevações dos ambientes confinados. Este gás em condições normais do ar
apresenta concentração de 0,04%. No entanto, quando a concentração atinge níveis
superiores a 10% são observados dores de cabeça, vertigens, perturbação da visão,
zumbidos no ouvido, tremores, sonolência e perda dos sentidos a alta concentração, bem
como um gás asfixiante (devido à redução do oxigênio). A irritação nos olhos, nariz e
garganta ocorre apenas em altas concentrações.
2.6 Sensores para monitoramento de dióxido de carbono
Segundo Yasuda (2014), nos últimos anos, os sensores de CO2 feitos de
semicondutores foram desenvolvidos para monitorar as concentrações de CO2. Os sensores
de cerâmicas condutoras associadas a outros metais são amplamente utilizados uma vez
que são estáveis e muito robustos contra interferências por outros componentes do ar,
incluindo poluentes. Os sensores de infravermelho também apresentam excelente
durabilidade e, portanto, são considerados mais confiáveis para a medição do CO2.
A Agência Portuguesa do Ambiente baseada na norma ISSO 16000/2012 (Indoor Air)
recomenda se utilizar sensores para medir o dióxido de carbono baseados no princípio
tecnológico de absorção da luz. O sensor contém um emissor e um receptor de luz, que
envia e recebe de um feixe com o comprimento de onda de absorção de dióxido de carbono
17
e este feixe é atenuado proporcional à quantidade de dióxido de carbono presente no ar ou
a mistura de gás que se está a analisar.
Segundo Yasuda (2012) nos últimos anos, muitos sensores de CO2 são produzidos
com semicondutores e detectores infravermelhos não dispersivos (NDIR), os quais foram
desenvolvidos para monitorar a concentração de CO2. Esses princípios são amplamente
aplicados para medições da concentração de gases por serem estáveis e muito robustos.
Os resultados obtidos pelo autor indicaram que o sensor NDIR tem excelente durabilidade e,
portanto, um dos sensores mais confiáveis para a medição de CO2.
Ramirez-Fernandez e Perez (2015) citam que os sensores de gás semicondutores
tem grande aplicação em sistemas para detecção ou monitoração de gases inflamáveis ou
não. O mecanismo sensível do sensor consiste na mudança de condutividade, a qual resulta
da interação química ou física entre os gases e a superfície do sensor. Esses tipos de
sensores são candidatos promissores para muitas aplicações devido a vantagens tais como
tamanho e peso reduzidos, alta sensibilidade, longa duração, e custo. No entanto, a
seletividade dos sensores de gás é um problema ainda não resolvido, apesar de numerosos
estudos nesse sentido (UEHARA, 1997; DE ANGELIS, 1995).
Os primeiros estudos com sensores semicondutores para gases teve início na
década de 50 com Bardeen, que identificou que a condutância de alguns semicondutores de
óxido de metal é modificada por gases comuns, o fenômeno tem sido aplicado até hoje com
sucesso para a detecção de uma faixa ampla de gases (BARDEEN, 1953). Desde então
muito esforço vem sendo dedicado ao estudo de filmes de óxidos metálicos (SnO2, ZnO,
Fe2O3) para determinar os princípios básicos e as aplicações na detecção de gases.
Uma grande variedade de sensores de SnO2 à base de cerâmica foram
desenvolvidos e comercializados nos últimos anos, e apesar das aplicações difundidas e ao
sucesso alcançado na sua utilização comercial, os fenômenos e aplicações para esse tipo
de material ainda requerem um estudo mais aprofundado. Esse tipo de conhecimento é de
extrema importância para que se possa otimizar a resposta de dispositivos baseados nesse
fenômeno de transdução elétrica e sua resposta no estudo dos diferentes gases (RAMIREZ-
FERNANDEZ, 2015; PEREZ, 2015).
Weber et al. (2000) estudou o uso de sensores semicondutores baseados em SnO2
para medir etanol na indústria sulcroalcooleira. Estudando a correlação entre a sensibilidade
do sensor e a concentração de etanol identificando que o tempo de resposta é uma
propriedade interessante desses sensores quando se refere às concentrações de etanol.
18
Segundo Fine et al. (2010) uma grande variedade de sensores de gás semicondutor
de óxido metálico são utilizados em diferentes funções na indústria. Citando como vantagem
baixo custo em comparação com outras tecnologias de detecção, robusto, leve, duradouro e
de alta sensibilidade ao material, além de rápido tempo de resposta. Vantagens também
citadas por Weber et al. (2000) e Ramirez-Fernandez e Peres (1995).
Hoefer et al. (1994) relataram o desenvolvimento de um sensor baseado em SnO2.
Observando que o sensor mostrou uma resposta na faixa de concentração de 1.000-10.000
ppm a 270 °C. Observando que o material do sensor começa a mostrar respostas
significativas acima das concentrações de 5.000ppm de CO2; entre 5.000 e 10.000 ppm, há
apenas uma pequena alteração em resposta. E ainda, entre 1.000 e 2.000 ppm os sensores
mostram resposta similar. O sensor é sensível em uma grande variedade de concentrações
de CO2, porém apenas se sensibiliza apos grandes variações, sendo assim de aplicações
limitadas para uso em segurança.
2.7 Monitoramento de CO2
Normalmente, quando é feito o controle ou a medição da qualidade do ar em alguma
aplicação, mede-se a umidade relativa e temperatura. Atualmente os gases como CO2 são
parâmetros cada vez mais relevantes no campo da avaliação do conforto humano e
qualidade ar por meio do controle da ventilação (HVAC), isto por serem excelentes
indicadores de qualidade no ambiente de trabalho (APA, 2015).
No ar natural, as concentrações médias de CO2 são frequentemente superiores a
400 ppm e as concentrações esperadas de CO2 no ar interior dependem da renovação do
ar. Se não houver renovação ou outras fontes incluindo a presença humana e atividades
industriais a concentração será no mínimo a concentração do ar exterior (APA, 2009).
A APA (Agência Portuguesa do Ambiente) em suas normas recomenda como
princípio de medição os métodos que utilizam a espectrofotometria do infravermelho não
dispersivo (NDIR) e a espectroscopia foto acústica (PAS). Os instrumentos que utilizam
estes métodos permitem o monitoramento contínuo do CO2. Pelo CO2 não ser reativo outros
métodos são menos eficazes.
No monitoramento é importante conferir se o sistema esta de acordo com as
necessidades, para tanto se utilizam equipamentos e programas de aquisição de dados para
verificar se os projetos atendem os requisitos iniciais e objetivos esperados incluindo testes
de confiabilidade e exatidão, garantindo a conformidade com os padrões da indústria e
normas vigentes (FERNANDES, 2015).
19
3. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi desenvolvido nos laboratórios de Mecanização Agrícola e Automação
da Universidade Federal de Mato Grosso - Campus Sinop (UFMT – Sinop). Para a execução
do trabalho foi construindo um instrumento de monitoramento de dióxido de carbono
(IMCo2). O IMCo2 realiza leitura e registro das concentrações de CO2, temperatura e
umidade relativa do ambiente.
Após a construção do IMCO2 realizados ensaios para a avaliação do instrumento de
monitoramento de dióxido de carbono (IMCO2).
Para que o objetivo fosse atingido os sensores de dióxido de carbono devem
responder de forma satisfatória dentro da faixa prevista pela NR 15 (NR-15 – Atividades e
Operações Insalubres) que determina os limites de exposição no local de trabalho ao CO2
para uso de reguladores e controle de substâncias perigosas para a saúde que é de até
5.000 ppm para uma jornada de até 8 horas trabalhadas.
O IMCo2 é constituído por sensores de gás, temperatura, umidade relativa e um
módulo de registro, alimentados por uma bateria 12V.
3.1 Instrumentação e programação
Para o monitoramento do dióxido de carbono foram utilizados os sensores: MQ2
(Sandbox electronics) e K33-BLS 0 a 30% (CO2Meter).
O Sensor MQ2 (Figura 1) é um dispositivo de segurança utilizado para medir gases.
Recomendado pelo fabricante principalmente para projetos de automação residencial que
usam como base, plataformas de prototipagem como Arduino. Trata de um sensor de baixo
custo e com recomendação do fabricante para diversos gases, trabalha com o princípio
semicondutor baseado em SnO2 com faixa de leitura de 1.000- 10.000 ppm . O princípio de
funcionamento e material constituinte permite detectar vários gases, entre eles, gás de
petróleo liquefeito, butano, propano, metano, hidrogênio, álcool, gás natural, dióxido de
carbono e fumaças. Esse sensor tem como característica de funcionamento uma tensão de
5V, 2 vias de saída de sinal, uma analógica e outra digital. Emite sinal para a placa por sua
saída analógica.
20
Figura 1– Sensor de gases MQ2.
O K33 BLG da plataforma CO2Engine TM (Figura 2), é um sensor de custo
relativamente baixo visto a ampla possibilidade de aplicações. Tem capacidade de leitura de
até 30% de concentração de CO2. O princípio utilizado pelo K33 é absorção de luz na faixa
do infravermelho, com vasta utilização na medição de dióxido de carbono.
Figura 2- Sensor de dióxido de carbono K33 BLG com sensor SHT 11 integrado.
Foi alocado também no IMCO2 um sensor de temperatura e umidade relativa SHT 15
(Sparkfun) (Figura 3). O SHT 15 é um termo higrômetro onde o circuito de leitura é integrado
em um único chip, com saída digital que permite leitura de dados via comunicação I2C. Na
ligação deste sensor com o Arduino, usam-se pinos digitais, 5V para a alimentação.
Figura 3 - Sensor digital de temperatura e umidade relativa SHT 15.
21
O sistema de aquisição e armazenamento dos dados foi construído com base em
uma placa controladora juntamente com módulos adaptadores para armazenamento de
dados em cartão SD. A placa micro controladora utilizada foi a Arduino MEGA 2560 (Figura
4), equipada com um micro controlador ATmel ATmega 2560, que possui 54 pinos de
entradas/saídas digitais, 16 entradas analógicas, 4 portas seriais de hardware, um oscilador
de cristal 16 MHz, uma conexão ICSP (In-Circuit Serial Programming), uma interface serial
USB para comunicação entre o computador e o micro controlador e conector jack p4 para
alimentação via bateria ( 9~12V). A placa pode ser programada via IDE (Integrated
Development Environment ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) do Arduino quando
conectado a um computador.
Figura 4- Placa microprocessada Arduino MEGA 2560
Para armazenamento de dados relativo à concentração de CO2, temperatura e
umidade relativa, além do registro de tempo, foi utilizado um módulo da marca Keyes Data
Logging que permite a gravação em cartão micro SD. O módulo Keyes Data Logging que
trata de um RTC (real time clock) e uma unidade SD (Secure digital) integrados em uma
única placa eletrônica compatível com a maioria das placas Arduino disponíveis no mercado
(Figura 5).
O RTC (composto por um circuito integrado DS1307), quando alimentando por uma
bateria dedicada (célula de lítio 3V), permite manter o correto registro de tempo se a energia
que alimenta a placa arduino é perdida. A interface do cartão SD funciona com cartões
formatados FAT16 ou FAT32, e nesse trabalho os dados foram armazenados na
extensão.txt.
22
Figura 5- Módulo SD e RTC.
Para a alimentação do instrumento se fez necessário construir um regulador de
tensão, este regula a tensão de 12V para 9V e 5V. A Figura 7 ilustra o diagrama elétrico do
regulador de tensão.
Figura 6 - Diagrama elétrico do regulador de tensão.
Para a aquisição dos dados foi desenvolvido um programa para receber informações
dos sensores, armazenar os dados e o tempo de cada leitura no cartão de memória. Na
Figura 6 apresenta-se o fluxograma geral do programa de leitura.
23
Figura 7- Fluxograma geral do programa de leitura.
O sensor MQ2 é um sensor do tipo ativo, demandando uma alimentação auxiliar.
Esse sensor trabalha com saída de sinais analógicos. O MQ2 deste trabalho vem com uma
placa condicionadora de sinal integrada (Figura 1), um resistor variável para controle do
nível mínimo de transmissão do sinal. Este sensor trabalha com a variação de condutividade
através de uma camada de dióxido de estanho (SnO2). Esta relação é convertida em uma
relação de resistência que se correlaciona com a concentração através de curvas
logarítmicas.
O sensor K33 é um sensor que vem com uma placa de circuito integrado para
condicionamento de sinal (Figura 2). A calibração desse sensor é semiautomáticas, por ele
contra com o acompanhamento de programa de auxilio a calibração disponibilizada pelo
fabricante. Porem não se realizou a calibração desse sensor, pois o fabricante garante
calibração durante sua vida útil se a frequência de aquisição de dados do sensor seja maior
que uma leitura a cada 3 minutos.
O sensor SHT15 é um sensor que já vem calibrado de fabrica. Assim como o MQ2 e
o K33 o SHT15 vem com uma placa de circuito integrada para condicionamento de sinal
(Figura 3).
O IMCO2 está programado para realizar frequência de leitura a cada 3 minutos. Para
fazer a leitura do sensor MQ2 se utilizou no algoritmo um laço com 10 interações. As leituras
24
são armazenadas e se faz a média dessas 10 leituras a uma frequência de aquisição de
uma leitura por segundo. Após a leitura do MQ2 se realiza as leituras do K33 e SHT15. Após
a leitura do K33 e SHT15 se executou novamente o laço com 10 iterações para o sensor
MQ2. Obtendo assim dois valores para as leituras do MQ2 para cada valor do K33 e do
SHT15. Depois disso o sistema salva esses dados no cartão SD e entra em pausa por 3
minutos, sendo assim a frequência de salvamento dos dados é de uma vez a cada 3
minutos.
3.2 Avaliação do IMCO2
A avaliação consistiu em verificar se o aparato estava em correto funcionamento por
meio da conferência das tensões de entrada e saída da alimentação de cada sensor e
analisar a coerência dos dados armazenados no cartão SD.
3.2.1 Avaliação sensor MQ2
O procedimento de avaliação se fez em uma bancada com uma caixa PVC que foi
usada para representar um ambiente controlado. A caixa possui uma entrada para o gás
que vem do cilindro com CO2, e uma entrada de alimentação e comunicação para os
sensores.
Para estimular e simular a variação da concentração do dióxido de carbono foi
utilizado um cilindro comercial carregado com CO2 na concentração de 98% de pureza,
suficiente para simular grandes faixas de concentração. Manteve-se a condição natural do
ambiente até a estabilização da leitura dos sensores, em seguida abriu-se a válvula do
cilindro. O tempo entre leituras foi configurado para 25 segundos. Para capturar a variação
da concentração do gás manteve-se a leitura até redução da concentração no interior da
caixa chegar a valores próximos a concentração ambiente (400 ppm).
A avaliação do sensor MQ2 foi dividida em duas etapas:
i) Coleta para análise do sensor de referência - K33;
ii) Avaliação do sensor MQ2 em relação ao de referência (K33).
Na primeira etapa foi obtida a curva de resposta das leituras do sensor K33 ao
longo do tempo. Para a construção da curva do sensor K33 foi inserido gás na caixa até
atingir a capacidade máxima de leitura (30% CO2), deixando a concentração reduzir
espontaneamente até a concentração natural do ambiente. Dessa maneira, foi possível
25
avaliar o comportamento do sensor K33 dando suporte para sua utilização como sensor de
referência na avaliação do sensor MQ2.
Na segunda etapa foram realizadas duas coletas de dados, com leituras simultâneas
dos dois sensores (MQ2, K33) para as diferentes concentrações de CO2 forçadas no
ambiente de teste. Primeiramente foi variado a concentração de CO2 (30.000 até 5.000 ppm)
com base no sensor referência. Na segunda coleta a variação foi de 5.000 até 500 ppm.
Dessa maneira, avaliou-se o desempenho do sensor MQ2 comparando-o ao sensor K33.
3.2.2 Avaliação do sensor K33 para monitorar temperatura e umidade relativa
O K33 traz em sua plataforma um SHT11 que pode ser habilitado para
monitoramento de dados de temperatura e umidade relativa simultâneo a leitura de dióxido
de carbono. A instrumentação contou com um sensor SHT 15 que permite comparar os
valores de temperatura e umidade relativa do K33.
Os dados coletados foram editados, organizados e tabulados no programa Excel da
empresa Microsoft, o qual é estruturado por planilhas de cálculos matemáticos. Este
programa proporciona funções de criação de planilhas eletrônicas interligadas com
ferramentas de cálculos e de construção de gráficos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Instrumentação e programação
Na Figura 8 é demonstrado o esquema geral da instrumentação.
26
Figura 8- Esquematização da instrumentação para aquisição e registro de dados.
O protótipo foi alimentado por uma bateria de 12V, e a placa com os reguladores de
tensão (Figura 9) distribuía a tensão para o sensor K33 com 9V, para os sensores MQ2 e
SHT 15 com 5V e, para a placa Arduino com 12V por meio do conector tipo Jack P.
Figura 9 - Regulador de tensão.
27
Para alojar os sensores e servir como câmara de controle se optou por uma caixa
PVC de 27 cm x 17 cm x 12 cm (Figura 10). Os sensores foram alojados na caixa de PVC,
onde foram feitos orifícios para encaixe dos componentes.
Figura 10 - Caixa PVC com instrumentação.
O algoritmo foi implementado no ambiente de desenvolvimento (IDE) Arduino. Utilizou-se
das bibliotecas dos sensores e de comunicação: “Wire” responsável por iniciar o protocolo
de comunicação I2C; “SPI” para a comunicação SPI; “RTClib” e “RTC_DS1307” para o
funcionamento especifico do relógio (RTC); “SD” que permite o acesso e gravar os dados no
cartão SD e “SHT1x” responsável para executar o SHT15. (Apêndice A).
4.2 Avaliação do IMCO2
Após montagem do IMCO2 e desenvolvimento do algoritmo o sistema foi testado por 24
horas, não apresentando problema. Antes de colocar o sistema em funcionamento as
tensões de saída foram testadas com um multímetro, como também verificadas as
continuidades dos cabos.
4.2.1 Avaliação do MQ2
O sensor K33 não necessita de manutenção periódica dentro do prazo de vida útil e
destina-se a diferentes situações em que se pretenda proceder à aquisição de dados de
28
dióxido de carbono. Este sensor é recomendado para utilização em unidades de tratamento
de ar, sensores de alarme, ventiladores de ar fresco, monitores de qualidade do ar, ar
condicionado de automóveis, controle de combustão, mecanismos automáticos de abertura
de janelas, entre outros (CO2 METER, 2015).
Durante as avaliações realizadas o sensor K33 apresentou boa estabilidade nas
leituras comportamento quando submetido à variação da concentração de CO2 ao longo do
tempo, apresentando desempenho conforme consta na especificação do fabricante. Nota-
se a saturação na curva próximo à concentração de 30% indicando o limite máximo de
leitura do sensor que é recomendado para concentrações de 0 a 30% (Figura 11).
Figura 11- Comportamento do sensor K33 submetido à variação da concentração de CO2 ao longo do tempo.
Pelos dados observados na figura 11, pode-se inferir que o sensor K33 pode ser
utilizado como referencia para o sensor MQ2 visto seu comportamento na descrição do
comportamento das concentrações de CO2.
Os dados de leituras da variação da concentração de CO2 do sensor MQ2 (Figura
12) foram comparados aos obtidos pelo sensor K33. Para avaliação do sensor MQ-2, se
analisou as leituras do sensor MQ2 em relação à variação das concentrações de dióxido de
carbono comparando com o sensor K33.
Analisando o gráfico da figura 12, o sensor MQ2 não apresentou resposta à variação
da concentração de dióxido de carbono. O sensor K33 mostra que ocorre uma redução na
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10000
15000
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25000
30000
35000
0 5 10 15 20 25 30
PP
M x
10 d
e C
O2
HORAS
29
concentração de aproximadamente 20.000 ppm, enquanto o sensor MQ2 apresentou
variação de 0.07 a 0,1 volts mantendo a mesma variação a concentrações altas como 30000
ppm e baixas em 5000 ppm.
Figura 12 – Dados observados da variação da concentração de CO2 obtida pelo sensor K33 (ppm) e pelo sensor MQ2 (volts).
Observa-se na Figura 15, comportamento similar na faixa das concentrações
recomendadas como limites para o ambiente de trabalho pelas normativas vigentes.
Também podemos observar que o sensor K33 apresenta pequenas oscilações em suas
leituras. Esse problema pode ser amenizado reduzido a frequência da aquisição de dados,
fornecendo mais tempo para o sensor K33 estabilizar sua leitura. O fabricante recomenda
uma leitura a cada 10 minutos para uma maior confiabilidade e vida útil do sensor. O sensor
K33 representa o intervalo de interesse.
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
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27000
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10
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3
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8
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3
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2
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0
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4
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9
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3
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7
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2
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7
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2
10
36
10
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11
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12
00
12
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13
09
13
63
MQ
2 -
Ten
são
[v
olt
s]
K33 -
CO
2 [
PP
M]
MINUTOS
K33 MQ2
30
Figura 13 - Representação das leituras do sensor K33 (ppm) e do sensor MQ2 (volts) para a variação das concentrações de CO2 a baixas concentrações.
A razão do sensor MQ2 não apresentar resposta à mudança da concentração CO2
neste estudo pode ser explicado pelo fato das temperaturas de trabalho para este sensor
encontrado na literatura ser muito superior a condição deste estudo. Segundo Wang et al.
(2010), os sensores com base em óxidos metálicos possuem altas seletividade a gases,
mas para tanto é necessário que exista um equilíbrio entre estrutura do material reativo do
sensor e a temperatura de trabalho. Segundo o autor a seletividade esta intimamente ligada
aos tamanhos dos grãos de SnO2 que definem a área superficial disponível para reação com
gás alvo. Em seu estudo o autor defende que a temperatura ideal para a leitura de dióxido
de carbono com sensores com base em SnO2 é acima de 400 ºC.
Estando de acordo com Ramirez – Fernandez (1995), que afirma que a temperatura
de operação de sensores é em torno de 400 ºC. Patel et al. (2003), em seu estudo
apresentou que um semicondutor para ter alta sensibilidade ao dióxido de carbono deve
trabalhar em aproximadamente 300 ºC. Hoefer et al. (1994) relata que o sensor de SnO2 tem
uma ótima resposta para dióxido de carbono na faixa de 1.000 – 10.000 ppm quando
operado a 270 ºC, ressaltando ainda que apesar de obter resposta do sensor ele tem
utilização limitada devido a apresentar variação somente entre grandes concentrações.
Isso explica a baixa sensibilidade do sensor MQ2 ao dióxido de carbono, apesar do
fabricante dos sensores recomendarem a sua utilização para diversos gases, se mostra
importante estudar a temperatura de trabalho para ser seletivo ao gás alvo. O fabricante
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
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0.13
02
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01
00
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40
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02
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24
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00
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20
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05
00
52
05
40
K33 -
PP
M d
e C
O2
M2Q
- T
en
são
[v
olt
s]
MINUTOS
MQ2 k33
31
recomenda como faixa de trabalho para seus sensores com base em SnO2 20 ± 2 °C
(Anexo C).
Outra característica do sensor MQ2 que impede seu uso em unidades de pré-
processamento é a alta sensibilidade à variação de umidade relativa. Como se observa na
Figura 14, ocorre uma rápida mudança na umidade relativa de aproximadamente 10%,
levando o sensor que vinha com uma leitura estabilizada entre 0,06 a 0,09 Volts, para 0,09 a
0,11 volts. Após o termino da perturbação na umidade relativa, o sensor MQ2 não retorna a
sua faixa de leitura anterior (0,06 – 0,09), as leituras continuaram de 0,09 a 0,11 volts. Essa
interferência também foi observada por Wang et al. (2010) que atribuiu a reação entre o
oxigênio superficial e as moléculas de água que causam a diminuição da resistência basal
do sensor resulta em uma diminuição da sensibilidade do sensor. Os autores salientam
também que a adsorção de moléculas de água leva a menor quimiossorção na superfície de
SnO2 devido à diminuição da área de superfície responsável pela resposta do sensor. Por
outro lado, as moléculas de água também atuam como uma barreira contra a adsorção,
diminuindo assim a sensibilidade.
Figura 14 - Efeitos da umidade relativa sobre o sensor MQ2.
Os resultados demonstram que o sensor comercial MQ2 de baixo custo não se
apresenta como uma alternativa interessante para monitoramento de dióxido de carbono
uma vez que este, à temperatura ambiente, não apresentou resposta à mudança de
concentração do gás.
40
45
50
55
60
65
70
75
0.05
0.06
0.07
0.08
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0.1
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18
19
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22
23
24 1 2 3 4 6 7 8 9
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17
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23
24 1 2
SH
T 1
5 -
Um
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%)
MQ
2 -
Te
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Vo
lts]
Horas [h,m]
MQ2 SHT15 - Umidade Relativa
32
Porém, considerando o bom desempenho do K33 e seu custo relativamente baixo
(U$ 250) quando comparado com sensores comerciais de alta acurácia (por exemplo o LI-
840a de U$ 5000), poderia ser utilizado nos sistemas de monitoramento de CO2. Outro fator
a ser considerado é que a CO2meter (fabricante do K33) disponibiliza de sensores da
mesma linha do K33, porém com faixa de leitura menor (0 a 10%) e com custo de U$ 85,00.
Esse sensor atenderia a faixa de leitura necessária para monitorar CO2 em ambiente
confinados em unidades de pré-processamento de grãos e apresenta potencial em relação
ao custo, quando comparado com sistemas comerciais utilizados atualmente para mensurar
CO2 (U$ 780). Os sistemas mais comuns encontrados nas unidades de pré-processamento
de grãos são os portáteis e de proteção individual, não se encontra sistemas fixos de
monitoramento de gases em unidades de pré-processamento de grãos. Os sistemas mais
sofisticados e de alta acurácia são utilizados para emissão de laudos de segurança do
trabalho por profissionais especializados.
4.2.2 Avaliação do sensor K33 para monitorar temperatura e umidade relativa
Nas Figuras 15 e 16 podem-se observar as leituras de temperatura e umidade
relativa registrada pelo sensor K33 e o sensor SHT 15. Pode-se observar que existe uma
diferença máxima de aproximadamente 2 °C entre os sensores. O fabricante dos sensores
SHT 11 e SHT 15 ressaltam que a acurácia dos sensores é de 0,4 e 0,3 ºC.
Figura 15 - Variação das leituras de temperatura registradas pelos sensores SHT 15 e K33.
24
24.5
25
25.5
26
26.5
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27.5
28
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
TEM
PER
ATU
RA
- °
C
MINUTOS
K33 SHT15
33
Figura 16- Variação das leituras de umidade relativa (UR) registrados pelos sensores SHT 15 e K33.
Com base neste estudo a utilização do sensor K33 para se obter valores de
temperatura e umidade relativa junto as concentrações de dióxido de carbono não é
recomendada já que observou-se uma variação de até 10% nas leituras de temperatura e
até 14% nas leituras de umidade relativa em relação ao SHT 15. Portanto, não pode ser
afirmado que o sensor SHT 15 está correto. Neste estudo não se teve controle sobre a
temperatura e umidade relativa. Para se acompanhar a temperatura e umidade relativa com
base nestes sensores se faz necessário um estudo mais criterioso e avaliar qual a tolerância
admitida para a variação dessas propriedades para influenciar o dióxido de carbono e as
condições de trabalho nestes locais.
40
42
44
46
48
50
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0 20 40 60 80 100 120 140 160
UM
IDA
DE
REL
ATI
VA
- %
MINUTOS
K33 SHT15
34
5. CONCLUSÕES
A instrumentação para monitorar dióxido de carbono é funcional e apresenta
resultados satisfatórios.
O sensor MQ2 não respondeu as variações das concentrações de dióxido de
carbono durante os testes na faixa considerada ideal para segurança nos ambientes de
trabalho nas condições de teste. Também, apresentou sensibilidade à umidade relativa o
que não é interessante para uso em unidades de pré-processamento de grãos. Com base
neste estudo considera-se que o sensor MQ2 não é válido para aplicação em segurança do
trabalho em unidades pré-processamento.
O K33 se mostra uma alternativa para monitorar dióxido de carbono em unidades de
pré-processamento de grãos por representar de forma satisfatória as concentrações limites
previstos em norma. O uso do K33 possibilita trazer benefícios coletivos proporcionando
maior conforto e segurança as equipes de trabalho
.
35
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, E. T., BORÉM, F. M. A safra pelos ares. Revista Cultivar Máquinas, ed. 28, 2014. Disponível em: < http://www.grupocultivar.com.br/arquivo/m28_acidentes.pdf >. Acesso em: 06 de jun. de 2017. APA, Agência Portuguesa do Ambiente. Qualidade do ar em espaços interiores, Amadora, 2009. Disponível em: < https://www.apambiente.pt/_zdata/Divulgacao/Publicacoes/Guias%20e%20Manuais/manual%20QArInt_standard.pdf >. Acesso em: 01 de jun. de 2017. APA, Agência Portuguesa do Ambiente. Metodologia de avaliação da qualidade do ar interior em edifícios de comércios e serviços no âmbito da Portaria 353-A/2013 , Amadora, 2015. Disponível em: < https://www.apambiente.pt/_zdata/DAR/Ar%20Interior/Metodologia_Avaliacao_Qualidade_Ar_Interior_1.0.pdf>. Acesso em: 01 de jun. de 2017 ASHRAE STANDARD. Ventilation for acceptable indoor air quality. Atlanta, 2010, ISSN 1041-2336. Disponível em: < https://www.ashrae.org/standards-research--technology/standards-addenda >. Acesso em: 12 jun. 2017. BRASIL, Ministério do Trabalho e Emprego. Portaria n.° 3214, de 8 de junho de 1978, Aprova as Normas Regulamentadoras - NR – do Capítulo V, Título II, da Consolidação das Leis do Trabalho, relativas a Segurança e Medicina do Trabalho. Disponível em: < http://www.camara.gov.br/sileg/integras/839945.pdf >. Acesso em: 06 jun. 2017. BRASIL. Lei nº 9.733, de 29 de maio de 2000. Dispõem sobre o sistema de armazenagem dos produtos agropecuário. Diário Oficial da Republica Federativa do Brasil, Brasília, DF, 30 mai. 2000. Disponível em: <http://www.lexml.gov.br/urn/urn:lex:br:federal:lei:2000-05-29;9973>. Acesso em: 06 jun. 2017.
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36
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38
7. ANEXOS
ANEXO A - Parâmetros para contaminantes permitidos pela NR 15.
Fonte: BRASIL, 2014.
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ANEXO B - Níveis de dióxido de carbono permitidos em função do tempo de duração da jornada de trabalho.
País / Nível de
Instituição
%
Nível
Nível mg
m-3
Período de
Médio Prazo
Tipo de
Orientação
Relevantes Ref.
EU 0.5 9000 8 horas TWA OEL Directiva 91/322 a
UK
1.5 274000 15 min MEL ILV b
0.5 9150 8 horas TWA MEL ILV b
USA
3 540000 15 min STEL NIOSH c
>0.5 9000 8 horas TWA PEL OSHA Regulations
(Standards - 29 CFR)
d
0.5 9000 10 horas
TWA
REL NIOSH c
Ppm por volume a 25ºC e 101.325 Kpa
Fonte: Adaptada de aOELS, 2017.,
bHSE, 2002.,
cNIOSH, 2017.,
dOSHA, 2017.
43
ANEXO C- Ficha de dados do sensor MQ2.
44
Fonte: http://sandboxelectronics.com/files/SEN-000004/MQ-2.pdf