Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Monitoramento de Ar Móvel com AirCasting

Todos nós já sentimos o cheiro: fumo da madeira queimada. Seja de incêndios florestais, fogueiras ou lareiras, trilhões de pequenas partículas flutuam no ar quando a madeira queima. No meu bairro no norte da Califórnia, a maior parte da poluição por partículas no inverno tem origem na madeira queimada de meus vizinhos em suas lareiras, não por calor, mas por razões estéticas.

É importante porque, quando as partículas são inaladas, causam problemas de saúde que variam de asma a ataques cardíacos. E se você acha que sua chaminé manda a partícula para cima, para cima e para longe de sua casa, você está errado. Um estudo (Pierson et al., 1989) mostrou que 70% da poluição por partículas que sobe a chaminé entra novamente em sua casa ou afeta seus vizinhos. Então você está apenas poluindo a si mesmo.

Embora eu não queira expulsar as pessoas da minha vizinhança por lenha queimada, minha curiosidade nerd, vamos medir tudo tem o melhor de mim. Então decidi montar um sistema móvel de monitoramento de fumaça de madeira no meu carro. Eu queria principalmente ver se conseguia detectar quais ruas estavam mais poluídas. Então, armado com um instrumento de medição de partículas decente (mas caro), um Arduino, um software e dois fins de semana extras, eu criei um sistema que funcionava muito bem. Esta postagem descreverá brevemente o sistema e apresentará os resultados.

Eu escolhi usar um dispositivo de medição de partículas de custo médio (US $ 5.000) e um monte de itens de bricolage. Isso ajudou a garantir medições de partículas de qualidade suficiente para tirar conclusões, mas forneceu um sistema em que sensores de partículas de baixo custo poderiam substituir o instrumento caro algum dia. A configuração consistiu em:

  • Nefelômetro para medição de partículas e estimativa de PM2.5 (partículas de 2,5 micrômetros ou menos de tamanho). Esta unidade, fabricada pela Thermo Scientific, usa uma bomba para extrair o ar para uma câmara, onde as partículas dispersam a luz em um fotodetector. A dispersão de luz é proporcional à quantidade ou massa de partículas no ar.
  • Entrada de ciclone que gira o ar para remover as partículas maiores e cria um fluxo de ar apenas com partículas menores e insalubres (menos de 2,5 micrômetros).
  • Tubulação de cobre que guia o ar de entrada da entrada do ciclone para o nefelômetro.
  • Sensor de temperatura e umidade DTH montado externamente na tubulação de cobre. A medição da umidade foi importante porque, durante condições úmidas (> 85%), a água se condensa em partículas e causa falsamente mais dispersão de luz e, portanto, maior PM2.5 medição.
  • AirCasting, uma plataforma de código aberto para gravação, mapeamento e compartilhamento de dados ambientais e de saúde usando seu smartphone.

O Arduino recebeu entradas do nefelômetro e dos sensores de temperatura e umidade. As medições foram calculadas a cada segundo e enviadas via Bluetooth para o aplicativo AirCasting em execução no meu smartphone Android. Os dados em tempo real foram enviados para a tela do aplicativo, o que me ajudou a confirmar as ruas limpas e cheias de fumaça no meu bairro em tempo real enquanto eu estava dirigindo por aí. Quando terminei de dirigir a rota, salvei a sessão de medição com todos os seus dados e carreguei-a no site AirCasting.org. Eu dirigi centenas de quilômetros no norte da Califórnia com este sistema de medição. Em uma noite, 10 de novembro de 2013, eu dirigi repetidamente uma rota no meu bairro.

Os dados mostraram muitas coisas interessantes (como mostrado nas figuras abaixo). As condições da tarde (1400 PST) mostraram bons níveis de qualidade do ar em toda a vizinhança - sem queimar ainda. No começo da noite (1800 PST), uma área residencial ao lado do hospital de Santa Rosa mostrou um PM muito alto2.5 níveis de queima de madeira. Na verdade, os níveis de PM eram acima de 150 ug / m3, que é muito insalubre no índice de qualidade do ar da EPA. Isso está se aproximando dos níveis que você normalmente veria em cidades poluídas como Pequim. É notável como a fumaça pode permanecer localizada. Observe que em uma rua os níveis de qualidade do ar são saudáveis ​​(ou bons), enquanto na Parker Drive o ar é muito insalubre.

Em 1900, a queima de madeira continuou em casas perto do hospital. A qualidade do ar em outras ruas estava em níveis moderados devido à queima isolada e devido a uma condição climática chamada inversão de temperatura. A inversão de temperatura age como uma tampa na atmosfera e aprisiona a poluição (neste caso, a fumaça) perto do solo. Em 2000, os ventos leves e variáveis ​​dispersaram lentamente a fumaça perto do hospital, a centenas de metros a sudeste. Uma hora depois, às 21:00 PST, os níveis de qualidade do ar eram moderados em toda a área, e o ponto quente perto do hospital havia se dispersado. Mas as partículas simplesmente não desapareceram; enquanto não mais concentrada e insalubre, as partículas foram empurradas para outra vizinhança pelos ventos lentos e suaves da noite.

Pós-script: Eu não divulguei meus vizinhos, mas deixei que alguns deles soubessem que estamos apenas poluindo a nós mesmos.

Referência:

Pierson W.E., Koenig J.Q. e Bardana E.J. (1989) Potenciais efeitos adversos à saúde da fumaça de lenha. The Western Journal of Medicine, 151 (3), 339-342, setembro. Disponível em http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1026893/pdf/westjmed00121-0093.pdf.

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