MEDIDOR UV DE BAIXO CUSTO

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1 MEDIDOR UV DE BAIXO CUSTO Sérgio da Silva Leal Istituto Federal de Educação, Ciêcia e Tecologia de Perambuco (IFPE) Chigueru Tiba tiba@ufpe.br Departameto de Eergia Nuclear da Uiversidade Federal de Perambuco (UFPE) Av. Prof. Luiz Freire, 1 CDU - CEP , Recife, PE, Brasil Tel.: , Fax: Maoel Heriques de S. Campos Filho - heriques.campos@hotmail.com Uiversidade Federal de Perambuco (UFPE) RESUMO: Iformações sobre a radiação solar ultravioleta (UV) o Brasil e o mudo são escassas devidas pricipalmete aos elevados custos dos equipametos e sesores, além dos custos operacioais e a mauteção de uma rede de estações de medições. O cohecimeto dos íveis de radiação UV para uma determiada região é de grade importâcia, uma vez que essa radiação afeta tato os seres vivos como materiais de uso extero. Este trabalho tem como objetivo apresetar um medidor ultravioleta de baixo custo, capaz de armazear iformações sobre a radiação global (G) em escala de miuto e mediate modelos estatísticos, calcular a radiação UV (A+B). Testes prelimiares comprovaram um bom desempeho estatístico quado comparado com os dados coletados a partir de um segudo cojuto de sesores acoplados a outro coletor (CR1). Em escala de miutos, a radiação UV (A+B) calculada pelo medido UV apresetou um RMSE% de 13,1% e em escala horária 6,9%. Palavras Chaves: uv, correlação e estimativa. INTRODUÇÃO A itesidade da radiação solar UV o topo da atmosfera terrestre represeta basicamete 7% do espectro solar. O espectro dessa radiação é ormalmete subdividido em três itervalos: UVA (32-4 m), UVB (28-32 m) e UVC (1-28 m). As radiações UVA e UVB alcaçam a superfície terrestre, porém a UVC é totalmete absorvida a estratosfera, ode se cocetra uma grade quatidade de ozôio. Os efeitos produzidos pela radiação UV são beéficos aos seres humaos, uma vez que estimulam a produção de vitamia D, porém em excesso pode causar queimaduras, sardas, evelhecimeto precoce, catarata, câcer de pele. O Istituto Nacioal do Câcer (INCA, 29) estimou 114 mil casos de câcer do tipo ão melaoma e 593 casos de câcer do tipo melaoma o Brasil o ao de 21. Além dos efeitos biológicos, a radiação ultravioleta é resposável pela degradação de materiais de uso extero como pituras, coberturas e revestimetos. Assim, cohecer os íveis de icidêcia desta radiação é importate tato para população como para idústria. Uma extesa pesquisa bibliográfica mostrou, porém, que as iformações referetes à radiação solar UV (UVA + UVB) o Brasil e o mudo são escassas com baixa cobertura espacial e temporal (BARBERO et. al., 26; ESCOBEDO et. al., 27; CAÑADA et. al., 28). Esse fato se deve, etre outros fatores, aos elevados custos dos equipametos de medição. Perate tal fato, foi desevolvido pelo grupo FAE (Fotes Alterativas de Eergia) a Uiversidade Federal de Perambuco, um coletor de dados portátil e de baixo custo para coletar a radiação global e calcular a radiação UV (A+B) cosiderado modelos estatísticos gerados para o estado de Perambuco. MATERIAL E MÉTODOS Estação de medição e parâmetros A Tabela 1 mostra as coordeadas geográficas, caracterização climática e período de medidas da estação de medidas da radiação UV e radiação solar global a cidade de Pesqueira. Coordeadas geográficas Estações Clima Período Lat. Log. Alt.(m) Pesqueira PE Tropical semi-árido setembro 8 / dezembro 1 Tabela 1 Estação de medidas simultâeas da radiação UV e radiação solar As medidas da radiação ultravioleta (UVA + UVB) foram obtidas a partir de um piraômetro do tipo TUVR (The Total Ultraviolet Radiometer) do fabricate Eppley e para medição da radiação global um piraômetro preto e braco também do mesmo fabricate. Os sesores foram acoplados a um sistema de aquisição de dados da CAMPBELL, modelo CR-1X. Estes istrumetos foram programados para realizar leituras istatâeas a cada segudo totalizado 6 leituras por miuto. A partir da média aritmética destas leituras, obtém-se 144 valores diários. Fração solar ultravioleta F UV A relação etre a radiação ultravioleta e a radiação global para uma determiada região resulta a fração solar ultravioleta diária F UV. O cohecimeto de F UV é importate para estimar a radiação ultravioleta em lugares ode ão existam dados sobre a mesma, embora existam dados sobre radiação solar global. Nestes casos, a radiação ultravioleta poderá ser facilmete calculada através da seguite expressão: 1.37

2 I UV = F I (1) ode, I UV é a radiação ultravioleta sobre a superfície terrestre e I G é a radiação global sobre a superfície terrestre. UV É válido salietar que este método de estimativa se restrige ao local de origem das medidas ou a regiões com características climáticas muito semelhates. O medidor desevolvido é portátil e de baixo custo (iferior a U$2,). Ele é capaz de coletar a radiação global, calcular a radiação UV (A+B) baseado iicialmete em modelos (I UV = F UV.I G ) gerados para o estado de Perambuco (Leal et. al., 211) e descarregar os dados armazeados através da saída serial de um computador. Para este trabalho foi cosiderado um modelo gerado por meio iformações obtidas por uma estação de medição istalada o IFPE (Istituto Federal de Educação, Ciêcia e Tecologia de Perambuco) da cidade de Pesqueira, localizada a zoa Agreste a 214 km da capital Recife. A Figura 1 mostra o aspecto físico do coletor e o sesor utilizado a coleta de dados. O display de cristal líquido possibilita a visualização da data, hora, radiação global e UV (A+B), Figura 2. G Figura 1 Vista frotal do coletor de dados e o sesor para medição da radiação global. Figura 2 Display exibe data, hora, radiação (A+B) e global. 1.38

3 Metodologia e comparação estatística Para determiar e adotar um fator de coversão ao coletor foram feitas aálises em escalas de miuto, hora e dia. Os dados coletados em escala horária e diária, o período de setembro de 28 a dezembro de 21, foram misturados aleatoriamete e divididos em dois grupos. O primeiro período foi utilizado para modelar a equação de estimativa da fração F UV horária e diária. O segudo período para validação. A mesma metodologia foi aplicada para os dados em escala de miutos, porém, foi escolhido aleatoriamete um dia para cada mês. A validação da equação foi feita a partir dos idicativos estatísticos MBE% ( Desvio médio) e RMSE% (Desvio médio quadrático) (H H ) UV CALCULADO UV MEDIDO MBE = 1 % (2) H UV MEDIDO RMSE = 1 (H UV CALCULADO H H UV MEDIDO ) 2 UV MEDIDO % (3) ode, H UV-CALCULADO é a radiação ultravioleta calculada pelo modelo H UV-MEDIDO é a radiação ultravioleta medida é o úmero de amostras RESULTADOS E DISCUSSÕES Comparação estatística etre o coletor e o sistema de aquisição de dados CR1 da CAMPBELL O coletor foi calibrado para trabalhar com um piraômetro espectral de precisão (PSP) do fabricate Eppley. Para medir o desempeho estatístico do coletor, um segudo sesor PSP também do fabricate Eppley foi acoplado a um sistema de medição CR1 do fabricate CAMPBELL. As medidas simultâeas de ambos os equipametos resultaram o gráfico visto a Figura 3. Radiação solar global (W/m 2 ) :12 9:21 9:3 9:39 9:48 9:57 1:6 1:15 1:24 1:33 1:42 1:51 11: 11:9 11:18 11:27 CR1 Figura 3 Curvas da radiação solar global geradas pelo coletor e o CR1 em um período do dia juliao

4 O coletor apresetou um bom desempeho estatístico quado comparado ao CR1. Os dados coletados em escala de miutos apresetaram um MBE% = -,298% e um RMSE% =,99%, que são valores bastate aceitáveis quado leva-se em cosideração a precisão de cada sesor. Coforme a correlação da radiação UV e global em escala de miutos, horas e dias, foi possível ecotrar um fator de coversão para ser adotado pelo medidor UV. Os modelos em escala de miutos, horas e dias apresetaram respectivamete um MBE% igual a 2,87%, 2,95%,,4% e um RMSE% de 16,1%, 9,99% e 6,34%. Trabalhos publicados ateriormete para estimativa da radiação UV (A+B) horária e diária, a partir da fração ultravioleta, apresetaram desempehos estatísticos semelhates e frações médias de mesma ordem de gradeza (Martiez-Lozao et. al., 1999; Caadã et. al. 23; Escobedo et. al., 27). Espera-se desta forma, que os dados calculados pelo coletor apresete um desempeho estatístico semelhate aos modelos. A Figura 4 (a) e (b) mostram respectivamete as curvas em escala de miuto e hora geradas pelo coletor (verde) a cidade de Pesqueira o período de 8:5 horas a 15:2 do dia juliao 55 de 211. Em vermelho destaca-se a curva gerada por um TUVR acoplado a um sistema de aquisição de dados CR :5 9:2 9:5 1:2 1:5 11:2 11:5 12:2 12:5 13:2 13:5 14:2 14:5 15:2 RadiaçãoUV (W/m 2 ) TUVR (a) 6 Radiação UV (W/m 2 ) TUVR 9: 1: 11: 12: 13: 14: 15: (b) Figura 4 Curvas geradas por um TUVR acoplado a um CR1 (vermelho) e pelo medidor UV a partir da radiação solar global (verde). Os dados forecidos em escala de miuto pelo medidor apresetaram um MBE% = 3,46% e um RMSE% = 13,1%, quado comparados com os dados gerados pelo TUVR. Os valores médios horários apresetaram um MBE% = 3,2% e um RMSE% = 6,9%. Estes resultados são aceitáveis, uma vez que os modelos mostrados ateriormete idicavam um RMSE% = 16,1% e 9,99%. 1.4

5 CONCLUSÕES As medidas realizadas a cidade de Pesqueira possibilitaram a determiação da equação de estimativa da fração F UV. A partir dessa equação pode-se calcular a radiação UV cohecedo-se a radiação global as regiões circuvizihas à cidade de Pesqueira. Mediate tal fato, foi desevolvido pelo grupo FAE a Uiversidade Federal de Perambuco, um medidor UV portátil e de baixo custo para coletar a radiação global e calcular a radiação UV (A+B) cosiderado a fração UV. Os dados de radiação global coletados, em escala de miutos, e processados pelo medidor apresetaram um MBE% = 3,46% e um RMSE% = 13,1% quado comparados com os dados forecidos por um TUVR padrão coectado a um coletor CR1. Os resultados comprovam um bom desempeho estatístico do medidor sedo assim mais uma ferrameta eficiete e de baixo custo para a medição e coleta da radiação UV. REFERÊNCIAS Barbero, F. J.; Lopez, G.; Batlles, F.J. (26). Determiatio of daily solar ultraviolet radiatio usig statistical models ad artificial eural etworks. Aales Geophysicae, 24, pp Cañada, J.; Esteve, A. R.; Mari, M. J.; Utrillas, M. P.; Tea, F.; Martiez-Lozao, J. A., (28). Study of erythemal, UV(A+B) ad global solar radiatio i Valêcia (Spai), Iteratioal Joural of Climatology, 28, pp Escobedo, J. F.; Gomes E. N.; Pai, A. D.; Oliveira A. P.; Soares J. (27). Equações de estimativa diária para as radiações UV, PAR e IV em fução da radiação global para cobertura atmosférica parcial total. I CBENS Cogresso Brasileiro de Eergia Solar. Fortaleza. Ica (29) Istituto Nacioal do Câcer. Icidêcia de câcer o Brasil. Dispoível em: Acesso em: dez. 29. Leal, S. S.; Tiba, C., T.; Piacetii, R. D. (211). Daily UV radiatio modelig with the usage of statistical correlatios ad artificial eural etworks, Rewable Eergy 36, pp Martiez-Lozao, J. A.; Tea, F.; Utrillas, M. P. (1999). Ratio of to global broad bad irradiatio i Valecia Spai. Iteratioal Joural of Climatology, 19, pp ABSTRACT Iformatio o the ultraviolet solar irradiatio (UV) i Brazil ad throughout the world is scarce maily due to the high costs of equipmet ad sesors, besides the operatioal costs i the implemetatio of a measuremet statio. The kowledge of the UV irradiatio levels for a give regio is of great importace, oce this radiatio affects ot oly the livig beigs but also the exteral usage material. This work aims to itroduce a microcotrolled low cost ultraviolet measurer, capable of storig iformatio o the global radiatio (G) i miute scale ad by meas of a statistical correlatio (UV/G), calculate the UV (A+B) radiatio. Prelimiary tests have show good statistical performace whe compared to data collected from a secod set of sesors coupled with commercial datalogger (CR1). I miute scale, the UV (A+B) estimate by the UV measurer, has show RMSE% of 13.%, ad 6.9% i hourly scale. Keywords: uv, correlatio ad estimative. 1.41