Comparação de sensores de estações portáteis de aquisição de dados meteorológicos

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1 Comparação de sensores de estações portáteis de aquisição de dados meteorológicos Eduardo Iorio Pereira 1, Hildo Romeo Quinsan Junior 1, Ricardo Costa Leão 1 1 Instituto de Aeronáutica e Espaço-Divisão de Ciências Atmosféricas, S. J. dos Campos. pereira@iae.cta.br 1 hildo@iae.cta.br 1 leao@iae.cta.br 1 1. INTRODUÇÃO Este trabalho apresenta uma comparação de sensores equivalentes (em módulo e sondas) localizados em estações portáteis de aquisição de dados meteorológicos, configuradas pela Subdivisão de Experimentos (ACA-E) da Divisão de Ciências Atmosféricas (ACA) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) e implementadas pela ACA-E e fornecedores. Visa determinar os ajustes de coeficientes a serem introduzidos nos programas, para manter a conformidade dos dados de saída entre as diversas estações e também determinar o máximo erro percentual nos dados, caso essa correção não seja aplicada. O equipamento escolhido como, Estação 1, é aquele a ser substituído pelas demais estações, quando necessário e portanto, as medidas dessas estações devem ser corrigidas em relação a esta Estação 1, cujos instrumentos com respectiva validade de calibração são indicados abaixo: Módulo Sensor/transmissor de Pressão (Pressure Transmitter) (Vaisala Feb 1997), modelo PTB101B, série B , letra C, calibração PAME RJ válida até 27/05/10. Umidade (Vaisala Sep 1997) (referenciada como móvel), modelo, série B38001, letra C, calibração PAME RJ válida até 04/06/10. Umidade (Vaisala Sep 1997) (referenciada como fixa), modelo, série A51013, letra B, calibração PAME RJ válida até 04/06/10. Registrador ( Datalogger ) (Campbell 1996), modelo 21X, série 13588, letra G, calibração IAE-AIE válida até /09/11, (para aquisição dos dados). Estações Módulo de Pressão Sonda de Temp/Umid. Móvel Sonda de Temp/Umid Fixa Estação 1 Barômetro C (Pres. Transmitter) Vaisala PTB101B Umidade C Vaisala Umidade B Vaisala Figura 1 Estação 1- módulos e sondas com os sensores de para comparação Estação 2 Barômetro interno do transdutor multiparâmetros Vaisala WXT510 (Vaisala 10) Umidade Campbell CS215-L (Campbell 09) Sensores internos de Temperatura e Umidade do transdutor multiparâmetros Vaisala WXT510 Figura 2 Estação 2 - Módulos e sondas com os sensores a serem comparados

2 Estações Módulo de Pressão Sonda de Temp/Umid. Móvel Sonda de Temp/Umid Fixa Estação 3 Barômetro F (Pres. Transmitter) Vaisala PTB101B Umidade D Vaisala Umidade E Vaisala Figura 3 Estação 3 - Módulos e sondas com os sensores a serem comparados Barômetro (P) Estação 4 Sonda única de Umidade e Temperatura (UT) interno Figura 4 Estação 4 - Módulos e sondas com os sensores a serem comparados 2. METODOLOGIA A metodologia compreendeu operação ao ar livre das estações 2, 3 e 4 junto à estação 1, de, com aquisição de dados e posterior confecção de gráficos para os sensores correspondentes: gráfico em relação ao tempo, gráfico de correlação e finalmente gráfico da curva de correção, tendo sido utilizado o ajuste de reta pelo processo dos mínimos quadrados. 3. RESULTADOS Curvas e equações de correção valor medido (eixo x) para valor corrigido (eixo y), apresentadas abaixo: Pressão Estação 2 Figura 5 Pressão - Estação 2 em Relação à Pressão Estação 3 Figura 6 Pressão - Estação 3 em Relação à Pressão Estação 4 Figura 7 Pressão - Estação 4 em Relação à Sonda Móvel Estação 2 ( C) Figura 8 Temperatura Sonda Móvel - Estação 2 em Relação à Móvel.

3 CURVA DE CORREÇÃO Sonda Móvel Estação 3 (C) Corrigida( C) em relação à sonda móvel de Sonda Unica Figura 9 Temperatura Sonda Móvel - Estação 3 em Relação à Móvel. Figura 10 Temperatura Sonda Única - Estação 4 em Relação à Móvel. Corrigida( C) Sonda Fixa Estação 2 ( C) Figura 11 Temperatura Sonda Fixa- Estação 2 em Relação à Fixa Sonda Fixa Estação 3 ( C) º Figura 12 Temperatura Sonda Fixa - Estação 3 em Relação à Fixa Corrigida( C) em relação à sonda fixa de Sonda Unica Figura 13 Temperatura Sonda Única - Estação 4 em Relação à Fixa Umidade Relativa do Ar Corrigida (%) Umidade Relativa do Ar Sonda Móvel Estação 2 (%) Figura 14 Umidade Rel.Sonda Mov. Estação 2 em Relação à Móvel. Umidade Relativa do Ar Corrigida(%) Umidade Relativa do Ar Sonda Móvel Estação 3 (%) Figura 15 Umidade Rel.Sonda Mov. Estação 3 em Relação à Móvel Umidade Relativa do Ar Corrigida (%) em relação à sonda móvel de Umidade Relativa do Ar Sonda Unica Estação 4 (%) Figura 16 Umidade Rel. Sonda Única- Estação 4 em Relação à Móvel.

4 Umidade Relativa do Ar Corrigida (%) Umidade Relativa do Ar Sonda Fixa Estação 2 (%) Figura 17 Umidade Rel. Sonda Fixa Estação 2 em Relação à Fixa Umidade Relativa do Ar Corrigida (%) Umidade Relativa do Ar Sonda Fixa Estação 3 (%) Figura 18 Umidade Rel. Sonda Fixa - Estação 3 em Relação à Fixa Umidade Relativa do Ar Corrigida (%) em relação à sonda fixa de Umidade Relativa do Ar Sonda Unica Figura 19 Umidade Rel. Sonda Única- Estação 4 em Relação à Fixa Parâmetros Estação 2 Estação 3 Estação 4 Pressão (x) Y = 1,11x - 105,94 Y = 1,10x - 90,99 Y = 1,01x - 3,62 Temp. (x) S. Móvel Y = 1,13x - 3, Y = 0,95x + 1,78 Y = 1,01x + 0,13 Temp. (x) S. Fixa Y = 1,12x - 3,51 Y = 1,00x + 0,17 Y = 0,99 0,04 URel. (x) S. Móvel Y = 1,21x - 12,07 Y = 1,00x + 0,45 Y = 1,14 14,96 URel. (x) S. Fixa Y = 1,07x - 1,17 Y = 1,02x - 0,73 Y = 1,11 13,33 Tabela 1 Equações das curvas de correção em relação à Estação 1 Considerando valores extremos de y (valor correto correspondente à Estação 1, de ) como, por exemplo, 1013,25 hpa de pressão, (pressão padrão ao nível do mar), ºC de temperatura e 100% de umidade relativa e extraindo o valor de x das equações de correção correspondentes, tem-se os valores a serem corrigidos que os sensores indicariam nessas condições e as seguintes tabelas: Parâmetros medidos pela Estação Pressão (x) Estação1 Estação 2 Estação 3 Estação 4 Valor:1017,41hPa Valor:1012,14hPa Valor:1006,hPa 1013,25hPa Erro:+0,4%: Erro: -0,1% Erro: 1,0 %: Tabela 2 Erros percentuais por estação e sensor em relação à Estação de

5 Parâmetros medidos pela Estação Temperatura (x) Sonda Mov.(ºC) Temperatura (x) Sonda Fixa (ºC) U.Rel. (x) Sonda Mov.(%) U.Rel. (x) Sonda Fixa (%) Estação1 ºC ºC 100% 100% Estação 2 Estação 3 Estação 4 Valor: 48,8 ºC Valor: 48,2 ºC Valor: 49,4 ºC Erro:-2,4% Erro: -3,6% Erro%: - 1,3% Valor: 49,0 ºC Valor: 49,8 ºC Valor:,5 ºC Erro:-2,0% Erro: -0,4%: Erro%: 1,1% Valor: 95,4% Valor: 99,5% Valor: 100,8% Erro: -4,6 % Erro: -0,5% Erro %: 0,84% Valor: 92,1% Valor: 100,7% Valor: 102,1% Erro: -7,9% Erro: 0,7% Erro %: 2,1% Tabela 2 (cont.) Erros p ercentuais por estação e sensor em relação à Estação de 4. CONCLUSÕES Em relação à Estação de, em valores absolutos: O erro máximo para os sensores de Pressão foi 1% e o erro mínimo 0,1%; O erro máximo para os sensores de Temperatura foi 3,6% e o erro mínimo 0,4%; O erro máximo para os sensores de Umidade foi 7,9% e o erro mínimo 0,5%. Os erros podem ser minimizados com equipamento de maior custo, maior número de comparações e estudo das condições ótimas para comparação. As medidas acima indicam que em caso de simples troca aleatória destas estações, sem aplicação de ajustes, o erro máximo seria no valor da umidade relativa das sondas fixas entre a Estação 2 (-7,9% em relação à ) e a Estação 3 (+0,7% em relação à ) podendo ser considerada como aceitável para aplicações não científicas a diferença nos dados inferior a 10%. Para as demais aplicações a correção pelas curvas levantadas deve ser empregada. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Campbell Scientific. Instruction manual CS215 temperature and relative humidity probe: revision 7 de setembro, 09. Disponível em: < Acesso em: 23 apr X micrologger operator s manual: revision Mar Vaisala. Humidity and temperature probes ( & HMP45 D): operating manual. 29 Sep Operating manual: PTB101 series analogue barometers. Feb Vaisala weather transmitter WXT5: user s guide. Finland: Vaisala, 10. Disponível em: < Acesso em 23 apr. 10.