Qual a precisão dos pluviômetros IoT para monitoramento agrícola e meteorológico?

Dados precisos sobre precipitação podem auxiliar na tomada de diversas decisões práticas. Entre elas, estão a otimização do planejamento da irrigação e do gerenciamento da drenagem, o monitoramento de enchentes, a análise de eventos climáticos locais e o registro ambiental. Empresas agrícolas, estações meteorológicas, projetos de gestão hídrica e cidades inteligentes estão utilizando pluviômetros de IoT para coleta de dados e transferência remota para plataformas de IoT.

Mas qual é a precisão de um pluviômetro conectado à IoT?

Um sensor de precipitação adequado, instalado corretamente e com manutenção regular, pode fornecer dados precisos para decisões agrícolas, observações meteorológicas de rotina, registros ambientais e aplicações hidrológicas. A precisão total é afetada por mais fatores do que apenas a conectividade IoT. Entre eles, estão o princípio de medição, a resolução, a intensidade da chuva, o ambiente de instalação, a rotina de calibração, os procedimentos de manutenção e o processamento de dados.

Basicamente, aplicar a conectividade IoT ao monitoramento de chuvas facilita o acesso aos dados, mas não aumenta automaticamente a precisão do sensor de chuva.

O que é um pluviômetro IoT?

Um pluviômetro IoT Não possui um princípio próprio de medição de chuva. As funcionalidades da IoT permitem que o pluviômetro se conecte a componentes adicionais. Um sensor de chuva tipo balde basculante, de pesagem, óptico ou piezoelétrico geralmente pode ser conectado a um registrador de dados, dispositivo de comunicação e plataforma de IoT.

Um sistema completo para monitoramento de precipitação com recursos de IoT poderia incluir:

Sensor de precipitação

* Unidade de aquisição de dados (RTU)

* RS485, saída de pulso, SDI-12, LoRaWAN, NB-IoT, 4G ou outra interface de comunicação

* Fonte de alimentação solar ou CA

* Armazenamento de dados integrado

* Plataforma de monitoramento baseada em nuvem

* Recursos de alarme e geração de relatórios

Essas funcionalidades permitem aos usuários monitorar a precipitação remotamente, comparar eventos de chuva em diversos locais, receber alertas e exportar registros históricos de precipitação sem precisar se deslocar até cada ponto de monitoramento.

A precisão da medição, no entanto, começa com o próprio sensor de precipitação.

Precisão não é a mesma coisa que resolução.

Um erro comum na escolha de um pluviômetro é assumir que precisão e resolução são especificações intercambiáveis.

Resolução

A resolução é a quantidade de chuva que o sensor consegue detectar e registrar de uma só vez. Por exemplo, um pluviômetro de báscula pode ser configurado para gerar um pulso a cada 0,1 mm, 0,2 mm ou 0,5 mm de chuva coletada. A resolução se refere ao tamanho de cada incremento de medição, e não ao erro de medição geral.

Precisão

A precisão da medição da precipitação indica o quão próximo o valor medido está do valor real nas condições especificadas. O fato de um pluviômetro ter uma resolução de 0,2 mm não significa que sua precisão seja de ± 0,2 mm. A precisão do pluviômetro pode variar de acordo com a intensidade da chuva, as condições mecânicas, as configurações de calibração, obstruções próximas, vento e manutenção adequada.

Repetibilidade

Outro fator a ser considerado na medição é a consistência do pluviômetro quando submetido às mesmas condições repetidas vezes.

Disponibilidade de dados

Para sistemas de IoT, a disponibilidade de dados também é crucial. Se o sensor for muito preciso, mas houver problemas de comunicação que causem a perda de dados de precipitação, de que adianta o pluviômetro? O armazenamento de dados local com recursos de retransmissão automática pode ajudar em redes de coleta de dados com falhas de comunicação.

Quais fatores influenciam a precisão dos pluviômetros IoT?

tipo de pluviômetro

A tecnologia usada para medir a precipitação é a primeira grande diferença entre os pluviômetros. Veja como funcionam quatro princípios comuns de detecção de chuva.

1.pluviômetros de báscula

Os pluviômetros de báscula funcionam coletando a precipitação através de um funil. A água da chuva se acumula em um dos lados de um pequeno recipiente interno. Quando a quantidade de água coletada é suficiente para bascular o mecanismo, este se esvazia e envia um sinal de informação para o registrador. A precipitação total é calculada multiplicando-se o número de basculamentos pela quantidade de chuva necessária para cada basculamento.

Os pluviômetros de báscula são populares porque são simples, acessíveis, fáceis de conectar a registradores de dados e funcionam bem em redes com múltiplos pontos de monitoramento.

Possíveis problemas com esse método incluem:

* Precisão reduzida em chuvas de alta intensidade.

* Atraso na notificação durante chuvas de baixa intensidade

* Problemas de desgaste e equilíbrio com o mecanismo de inclinação

* Entupimento do funil ou da saída de água da chuva

* Perda de água durante a ação de inclinação

Como existe um atraso entre o momento em que a água entra no funil e o momento em que a inclinação é registrada, o sensor deve ser calibrado dinamicamente para obter os melhores resultados. Estudos realizados com pluviômetros de báscula demonstraram como a incerteza da medição está relacionada à intensidade da chuva, aos métodos de calibração, às propriedades mecânicas da báscula e às técnicas de correção de erros.

• Pesando pluviômetros

Pesagem pluviômetros automáticos Registre o quanto a precipitação coletada aumenta ou diminui em peso. Esses instrumentos fornecem um registro contínuo da precipitação acumulada. Eles não dependem de inclinações de balde para quantificar a quantidade de chuva que caiu.

Como medem o peso total, esses pluviômetros tendem a apresentar bom desempenho sob diversas intensidades de precipitação. Os pluviômetros de pesagem são comumente usados em meteorologia profissional, climatologia e em aplicações de pesquisa. Alguns modelos são até mesmo projetados para quantificar precipitação mista ou precipitação sólida, como neve e granizo.

As vantagens e desvantagens podem incluir:

* Custo inicial mais elevado

* A instalação é mais complexa

* Maior consumo de energia e manutenção

* Vulnerável a vibrações, evaporação, temperatura e deriva do sistema

• Sensores ópticos de chuva

Os sensores ópticos de chuva detectam a chuva através das alterações de luz causadas pelas gotas de chuva. Esses sensores não possuem báscula e geralmente são pequenos e fáceis de integrar em sensores meteorológicos compactos.

As vantagens incluem a necessidade mínima de manutenção e o tamanho reduzido. As desvantagens incluem um alcance de medição limitado e o fato de o cálculo da precipitação acumulada depender inteiramente do algoritmo do fabricante.

• sensores piezoelétricos de chuva

Sensores piezoelétricos medem a energia do impacto das gotas de chuva. Esses sensores têm um tempo de resposta muito rápido e dimensões diferentes dos sensores convencionais.

Sensores piezoelétricos são úteis para detecção de chuva, obtenção de tendências de intensidade pluviométrica, estações meteorológicas compactas e pequenos nós de monitoramento de IoT. A precisão dos cálculos de precipitação é afetada pelo tamanho das gotas, vibração do sensor, configuração de montagem, vento e pelo algoritmo de processamento do fabricante.

Como a intensidade da chuva afeta o desempenho da medição

A intensidade da chuva também pode influenciar a precisão dos registros de um pluviômetro. Chuvas de baixa intensidade, chuvas fortes e mudanças rápidas nas condições climáticas afetam os pluviômetros de maneiras diferentes.

1. Pouca ou nenhuma chuva

Se a chuva estiver caindo muito lentamente, um pluviômetro de báscula precisa primeiro coletar água suficiente para que a báscula se incline. Isso significa que pequenas quantidades de chuva podem ficar no funil ou dentro do aparelho e não serem registradas.

• Chuva forte

Se estiver chovendo forte, mais água tentará entrar no pluviômetro de báscula enquanto ele estiver esvaziando. O pluviômetro registrará uma quantidade de chuva inferior à real, a menos que o sistema de medição seja projetado para compensar essa variação.

A relação entre a quantidade de água que entra e o movimento do pluviômetro é o motivo pelo qual a calibração dinâmica é útil. É também por isso que você deve considerar mais do que apenas a precisão declarada ao avaliar pluviômetros.

Como o ambiente de instalação afeta a precisão dos dados de precipitação

Um pluviômetro bem fabricado pode fornecer informações imprecisas se não for instalado corretamente.

1. O pluviômetro deve estar nivelado.

Um pluviômetro de báscula deve ser instalado perfeitamente nivelado. Qualquer inclinação pode alterar o equilíbrio do mecanismo de basculamento, o que pode modificar a quantidade de chuva necessária para que ele seja acionado.

Deve ser verificado durante a instalação inicial e regularmente como parte da rotina de manutenção. É especialmente importante verificar novamente após ventos fortes, movimentação do solo ou quando for realizada manutenção perto do pluviômetro.

• Objetos próximos

A precisão das previsões de chuva pode ser afetada por objetos próximos, como árvores, muros, edifícios, cercas, torres ou outras estruturas que podem bloquear a chuva ou criar turbulência.

Idealmente, o pluviômetro deve estar suficientemente afastado dessas obstruções para não afetar significativamente as medições de chuva. As diretrizes de instalação também devem seguir as normas meteorológicas ou hidrológicas utilizadas no projeto.

• Condições de vento

O vento também pode causar subcaptação, espalhando as gotas de chuva ao redor do funil de coleta. O projeto de instalação deve limitar os efeitos do vento o máximo possível. Projetos que exigem dados de referência de alta qualidade devem considerar o uso de uma proteção contra o vento ou a seleção de um local de instalação mais abrigado.

• Chuva torrencial

As gotas de chuva podem respingar para dentro ou para fora do pluviômetro. Para minimizar esses efeitos, é fundamental instalar o pluviômetro na altura correta e utilizar um piso adequado sob ele.

• O coletor e o funil devem ser mantidos limpos.

Insetos, excrementos de pássaros, folhas, poeira, areia e outros materiais podem se acumular no pluviômetro e afetar a forma como ele coleta e mede a chuva. Se detritos bloquearem parcialmente o funil, a precipitação pode atrasar antes que o mecanismo de inclinação acione o registro.

• Calibração e manutenção são importantes.

A forma como um pluviômetro é calibrado e a frequência com que recebe manutenção influenciam sua precisão.

As funcionalidades da IoT não eliminam a necessidade de instalação adequada, manutenção em campo e calibração. Esses fatores ajudam a garantir que o pluviômetro forneça informações precisas e consistentes sobre os eventos de chuva no local de monitoramento.