Abrigo Pagoda, o abrigo de radição

Abrigo Pagoda 1.0 instalado na EMM - Residência Hacker

Por que um Abrigo?

A medição de temperatura do ar sofre grande variação quando exposta a radiação solar. É comum o uso de Abrigos de Radiação, ou Abrigos Meteorológicos, para barrar a passagem de radiação infravermelha. Uma dificuldade encontrada no uso destes abrigos é que, por serem fechados, bloqueiam a troca de ar com o meio externo, tornando-se uma mini-estufa. Segundo Julie Tarara1 (2007), abrigos de radiação mal projetados podem gerar um aquecimento de mais 7ºC. Para isso, um abrigo de radiação deve ter um design tal que permita a troca do ar, a ventilação. Sem isso, o ar do qual a temperatura será medido não é o mesmo do ambiente externo, logo a medida não corresponde a temepratura real do ar naquele ambiente.

Além da ventilação, é preciso levar em consideração as propriedades óticas do material do abrigo, principalmente sua reflectância e emissividade. O abrigo ideal deve refletir toda radiação incidente, mas sem ser isolante. Outro problema encontrado é a radiação refletida pelo solo, o efeito albedo, e a incidência de radiação em baixos ângulos, que também devem ser levados em consideração no design do abrigo.

Os abrigos de radiação são separados em dois tipos: estáticos e aspirados. Os abrigos estáticos, ou passivos, são aqueles que não possuem ventilação forçada, dependendo apenas da ventilação natural. O abrigo estático mais utilizado é o Abrigo Gill , um conjunto de pratos empilhados no sentido vertical. O Abrigo Aspirado possui ventiladores e um design que force a circulação de ar. Um exemplo é o abrigo aspirado desenvolvido pela Apogee Instruments .

O elevado custo desses abrigos leva diversas pesquisadoras e pesquisadores a desenvolverem abrigos meteorológicos artesanais e que permitam a precisão das medidas. Diversas tentativas tem se feito, tendo sido publicados vários artigos com a comparação de abrigos artesanais com abrigos profissionais/comerciais. Estes estudos1 mostram ser possível produzir abrigos artesanais que possibilitem uma diferença de temperatura de menor de 1ºC (em relação ao abrigo padrão).

Quem é o Pagoda?

O Abrigo Pagoda começou a ser desenvolvido em Julho de 2017 e teve sua primeira versão lançada já em Setembro e a segunda em Março.

Seu nome vem da sua semelhança com o estilo de construção budista chamado " Pagoda ".

Estado atual do projeto

Após testes de caracterização do modelo Pagoda, detalhadas no trabalho Caracterização de sensores e abrigos meteorológicos de baixo custo , o desenvolvimento deste modelo foi suspenso. Por ser um modelo de fabricação complexa, um desempenho tão ruim não compensa seu uso. Na pesquisa ele foi o abrigo que causou maior aquecimento - aproximadamente 6°C. A origem do seu aquecimento encontra-se no próprio material de que é feito, polipropileno, que é translúcido.

Documentação

O processo de desenvolvimento foi documentado em duas plataforma. Nas tarefas #471 e #413, e no repositório git , onde os vários arquivos de fabricação digital podem ser encontrados, tanto as versões estáveis, quanto as versões em desenvolvimento.

Uma documentação mais organizada não será feita pois o projeto foi descontinuado, mas os registros feitos nos links acima e no relatório de Freitas (2018)[2] são bem detalhados.

Caracterização

Freitas 20182 testou este modelo, juntamente com outros abrigos artesanais no trabalho Caracterização de sensores e abrigos meteorológicos de baixo custo .

Pagoda utilizado na pesquisa.

Acima, o histograma das diferenças de temperatura medidas neste abrigo e no abrigo de referência.

O abrigo Pagoda apresentou as maiores diferenças de temperatura entre os abrigos testados. Sua diferença média de 0,6°C e máxima de 5,4°C são as maiores, ambas maiores do que a precisão nominal do sensor(± 0,2°C). O histograma mostra uma alta concentração de diferenças com valores negativos, mas expõe também que as diferenças estão bem distribuídas para valores positivos. A concentração em valores negativos é estreita, consistente, e está concentrada entre -0,5°C e 0,0°C, dentro do intervalo de exatidão do sensor, o que indica que é um erro do sensor. O sensor A não foi calibrado, por isso erros associados a exatidão do sensor se somam aos erros causados pela influência do abrigo, resultando em erros maiores do que dos de mais.
Já as diferenças positivas se distribuem igualmente entre 0°C e 5,4°C. As diferenças positivas se concentram no período diurno, o de maior insolação, quando a incidência de radiação infravermelha é maior. Este aumento reforça a hipótese de que o Pagoda não bloqueia radiação infravermelha, que atravessa o abrigo e aquece o sensor. O aquecimento é agravado quando a velocidade do vento é baixa, foi verificado que para baixas velocidades do vento, ΔT do Pagoda cresce rapidamente e, para altas velocidades, a temperatura se aproxima da referência. Este comportamento sugere um design do abrigo não favorece a ventilação. A diminuição na velocidade do vento diminui as ΔT, indicando que este abrigo favorece a ventilação em relação ao abrigo de referência.

Licenças

A documentação está licenciada sob Creative Commons - By, Share Alike e este projeto está licenciado sob termos da licença de hardware aberto do CERN Ver. 1.2. .

Contatos

  • Desenvolvedora do Pagoda:Marina de Freitas
    • Contato: marina.freitas[at]ufrgs.br
  • Mantenedor das Estações Meteorológicas Modulares: Leonardo Sehn
    • Contato: leonardo.sehn[at]ufrgs.br

Referências

1. Low-cost Shielding to Minimize Radiation Errors of Temperature Sensors in the Field, Julie Tarara, Gwen-Alyn Hoheisel. Hort Science 42(6):1372–1379. 2007.
2. Caracterização de sensores e abrigos meteorológicos de baixo custo. Marina de Freitas, 2018. Disponível em https://lume.ufrgs.br/handle/10183/180974 .

ANÁLISE_DA_RELAÇÃO_ENTRE_ABRIGOS_METEOROLÓGICOS_ALTERNATIVOS.pdf - Estudo de eficiência de abrigos meteorológicos artesanais (1.6 MB) Marina de Freitas, 28/09/2017 13:42

ATP_2013_HOLDEN_Design_and_evaluation_of_inexpensive_radiation_shield_for_air_temperature_monitoring.pdf - Estudo de eficiência de abrigos meteorológicos artesanais (857.8 kB) Marina de Freitas, 28/09/2017 13:42

ATP_2008_BARBOSA_Uso_de_barreiras_de_radiação_para_minimizar_erro_no_registro_das_temperaturas_do_ar.pdf - Estudo de eficiência de abrigos meteorológicos artesanais (940.3 kB) Marina de Freitas, 28/09/2017 13:42

ATP_2007_TARARA_Low_cost_shielding_to_minimize_radiation_errors_of_temperature_sensors_in_the_field.pdf - Estudo de eficiência de abrigos meteorológicos artesanais (1.1 MB) Marina de Freitas, 28/09/2017 13:42

Versão_1.zip - Versão 1 do Pagoda (4.1 MB) Marina de Freitas, 26/06/2018 10:51

Versão_2.zip - Versão 2 do Pagoda (1.6 MB) Marina de Freitas, 26/06/2018 10:51

Modelos_descontinuados.zip - Modelos descontinuados do Pagoda (870.5 kB) Marina de Freitas, 26/06/2018 10:51

Modelos_descontinuados-Pagoda.zip (870.5 kB) Marina de Freitas, 03/07/2018 11:31