Caracterización de un sistema de medida de CO2 y evaluación de su aplicabilidad en medidas de ventilación y bienestar animal en explotaciones ganaderas

Abstract

[EN] Carbon dioxide (CO2), which is produced by animals and their manure, is one of the environmental control parameters inside livestock buildings. This gas can be used as an estimator of the ventilation needs and is also related to animal welfare. The objective of this study is to evaluate a wireless sensor network (WSN) with 12 CO2 sensors, designed to evaluate the environmental issues mentioned above. Therefore a sensor was chosen, among a wide range of commercial sensors, which is potentially suitable in terms of price and quality, and according to the characteristics of the manufacturer meets the requirements to achieve the objective of this study. The sensor used is a Non-Dispersive Infra-Red sensor (NDIR). To evaluate the sensor response, various tests were conducted in which concentrations provided by the sensors were compared with those obtained using a reference meter. The parameters studied were firstly sensor linearity; secondly, potential cross interferences of temperature, moisture level, battery charge and methane (CH4) concentrations (about 100 ppm). Third, we studied the time response of the sensor, which is defined in this study as the time spent by the sensor to reach a 95% change in the readings after a drastic change of concentration. Finally, we examined the repeatability between the 12 sensors studied. The results indicate that the sensor is highly linear, but cross interferences were detected with CH4 and the temperature (p<0.05). The sensor response time was estimated at 5 minutes and 8 seconds. Repeatability analyses show that using the factory calibration there are very significant differences between the sensors, and also with the reference analyzer. It can be concluded that the sensor network may be suitable for applications referred to above, but before each period of use a sensor calibration similar to that performed in this study must be conducted. However, the sensor is not suitable for determining changing CO2 concentrations as it may occur in some natural ventilation livestock houses.

[ES] En el interior de todas las naves ganaderas entre otros parámetros de control ambiental, se encuentra el dióxido de carbono (CO2), que es producido por los animales y su estiércol. Este gas puede servir como estimador de la necesidad de ventilación y del bienestar animal. El objetivo de este estudio es evaluar una red de sensores inalámbrica (Wireless Sensor Network, WSN) con 12 sensores de CO2 diseñada para estudiar los aspectos ambientales indicados anteriormente. Por consiguiente, se eligió dentro de un amplio rango de sensores en el mercado un sensor potencialmente adecuado en cuanto a su relación calidad/precio y que según las características del fabricante cumple con los requisitos exigidos para cumplir el objetivo planteado. El sensor utilizado es un medidor Infra-Rojo Lejano No Dispersivo (NDIR). Para conocer la respuesta del sensor, se realizaron diversas pruebas, en las cuales se compararon las concentraciones aportadas por el sensor con las obtenidas mediante un medidor de referencia. Los parámetros estudiados fueron en primer lugar la linealidad del sensor, en segundo lugar las posibles interferencias cruzadas por efecto de temperatura, humedad, nivel de carga de la batería y concentración de CH4 (aprox. 100 ppm). En tercer lugar se estudió el tiempo de respuesta del sensor, definido en este estudio como el tiempo que tarda el sensor en alcanzar un 95% de cambio en las lecturas tras un cambio brusco de concentración. Finalmente, se analizó la repetibilidad entre los 12 sensores estudiados. Los resultados indican que el sensor es altamente lineal, aunque se detectaron interferencias cruzadas con el CH4 y la temperatura (p<0,05). El tiempo de respuesta del sensor se estimó en 5 minutos y 8 segundos. Los análisis de repetibilidad demuestran que, con la calibración de fábrica, hay diferencias significativas y muy relevantes entre los sensores, y también con el analizador de referencia. Puede concluirse que la red de sensores es adecuada para los usos arriba mencionados siempre que antes de cada periodo de utilización se realice una calibración del sensor similar a la realizada en este estudio. Sin embargo, el sensor no es adecuado para determinar concentraciones cambiantes de CO2 como las que pueden darse en algunos alojamientos de ventilación natural