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Proveedores y fabricantes de sensores de turbidez
AML Oceanographic
Equipos hidrográficos y oceanográficos para embarcaciones de superficie no tripuladas y autónomas y vehículos submarinos
Silver Partner
Resumen general de los sensores de turbidez para plataformas USV, AUV y ROV
Introducción a los sensores de turbidez
Un sensor de turbidez mide los efectos ópticos de las partículas en suspensión en el agua, lo que proporciona una indicación indirecta de la claridad del agua y de la carga de partículas. No se trata de una medición directa de la concentración de sedimentos en suspensión, y la respuesta del sensor puede variar en función del tamaño, la forma, el color y la composición de las partículas. En la monitorización marina y de agua dulce, estos instrumentos permiten una observación continua allí donde el muestreo manual resulta limitado. Un sensor de turbidez del agua puede instalarse como sonda de turbidez independiente, integrarse en una sonda multiparamétrica o conectarse a un vehículo autónomo o a una estación de monitorización fija.
La monitorización de la turbidez se utiliza ampliamente en estudios medioambientales, investigaciones sobre sedimentos, supervisión de dragados y evaluación de la calidad del agua. A diferencia de un medidor de turbidez de laboratorio, un sensor de turbidez oceánico o un monitor de turbidez subacuático debe funcionar en condiciones variables de presión, temperatura, bioincrustaciones, luz ambiental, burbujas y partículas. Por lo tanto, la selección del instrumento depende del alcance, la geometría óptica, el tiempo de respuesta, la duración del despliegue, la integración, la calibración y el material en suspensión.
Tipos de sensores de turbidez
Sensor de turbidez de AML Oceanographic.
Los distintos sensores de turbidez utilizan diferentes configuraciones ópticas para detectar cómo las partículas dispersan o atenúan la luz. El método influye en la sensibilidad, el alcance, la comparabilidad y la idoneidad para su despliegue.
Sensores de turbidez nefelométricos
Los sensores de turbidez nefelométricos miden la luz dispersada a aproximadamente 90 grados con respecto al haz incidente. Esta geometría proporciona una buena sensibilidad con niveles de turbidez relativamente bajos. Una sonda de turbidez nefelométrica puede utilizar luz visible o del infrarrojo cercano, en función del método aplicable y del diseño del instrumento. Los sistemas de infrarrojo cercano suelen ser menos sensibles a las interferencias provocadas por el color del agua.
Sensores ópticos de retrodispersión
Un sensor óptico de turbidez basado en la retrodispersión detecta la luz reflejada por las partículas en ángulos superiores a 90 grados. Los diseños compactos de retrodispersión son adecuados para instrumentos sumergidos y condiciones de elevada concentración de sedimentos. La respuesta puede variar en función del tamaño, la forma, la composición y la concentración de las partículas, mientras que unas cargas de partículas muy elevadas pueden provocar una respuesta no lineal o la saturación del sensor.
Sensores de turbidez sumergibles
Las sondas de turbidez sumergibles están diseñadas para su inmersión directa en ríos, lagos, estuarios, aguas costeras y el océano. Suelen utilizar carcasas resistentes a la presión, ventanas ópticas selladas y conectores subacuáticos. Para instalaciones prolongadas, son importantes la protección contra las incrustaciones, la profundidad nominal, el consumo energético, el acceso para la limpieza, la orientación de la ventana y la acumulación de sedimentos. Pueden ser necesarios limpiadores mecánicos u otras medidas antiincrustantes.
Sensores de turbidez en línea y de flujo continuo
Los sensores de turbidez en línea y de flujo continuo miden el agua que pasa a través de una trayectoria de muestreo controlada, en lugar de exponer los componentes ópticos directamente al entorno. Estas configuraciones son adecuadas para sistemas de bombeo, buques de investigación, plataformas de superficie autónomas y montajes conectados a laboratorios. Un caudal estable puede mejorar la consistencia, pero durante los ensayos de turbidez deben tenerse en cuenta el tiempo de permanencia en los tubos, las burbujas, los depósitos, el comportamiento de la bomba y la contaminación.
Sensores y sondas de turbidez multiparamétricos
Las sondas multiparamétricas combinan la medición de la turbidez con parámetros como la conductividad, la temperatura, la presión, el oxígeno disuelto, el pH o la fluorescencia. La integración de un sensor de turbidez para la calidad del agua en un paquete compartido simplifica la recopilación sincronizada de datos y puede reducir la complejidad de la carga útil. Las mediciones adicionales ayudan a distinguir los cambios provocados por los sedimentos de las influencias biológicas o químicas.
Aplicaciones de los sensores de turbidez en vehículos marinos no tripulados
Las plataformas autónomas y operadas a distancia permiten que la monitorización de la turbidez vaya más allá de las observaciones en puntos fijos. Los sensores de turbidez montados en vehículos pueden cartografiar plumas y combinar datos ópticos con mediciones de navegación, corrientes, profundidad y otros parámetros.
Cartografía de la calidad del agua a partir de USV
Los vehículos de superficie no tripulados (USV) pueden transportar un monitor de turbidez o un registrador de turbidez a lo largo de transectos programados para cartografiar la calidad del agua superficial o cercana a la superficie. Esto resulta útil cuando la turbidez varía en distancias cortas en ríos, embalses, puertos, estuarios y zonas costeras. La colocación de los sensores debe minimizar las interferencias provocadas por los reflejos del casco, las burbujas, el remolino de la hélice y los sedimentos removidos.
Seguimiento autónomo de plumas de sedimentos mediante AUV y UUV
Los vehículos submarinos autónomos (AUV) y otros vehículos submarinos no tripulados (UUV) pueden utilizar sondas de turbidez para caracterizar los sedimentos en suspensión mediante estudios tridimensionales. Entre sus aplicaciones se incluyen las plumas de dragado, la resuspensión natural, la perturbación causada por obras de construcción y el transporte de sedimentos. Los datos de navegación permiten georreferenciar las mediciones, mientras que la lógica de misión adaptativa puede aumentar la densidad de muestreo cuando se detecta un umbral o un gradiente de turbidez. La frecuencia de muestreo y la velocidad del vehículo deben ajustarse al tiempo de respuesta del sensor para limitar el desenfoque espacial.
Monitorización de la turbidez en tiempo real mediante ROV
Los vehículos teledirigidos (ROV) pueden proporcionar mediciones de turbidez en tiempo real durante operaciones submarinas de inspección, construcción, intervención y operaciones científicas. Los operadores pueden relacionar los datos del sensor de turbidez con el vídeo, el sonar, la posición y la actividad de la tarea. Es importante realizar un montaje cuidadoso, ya que los propulsores pueden reavivar el material del lecho marino y generar lecturas que no reflejen las condiciones de fondo.
Perfilado de la columna de agua con boyas de monitorización y planeadores
Las boyas de monitorización pueden albergar sensores de turbidez a profundidades fijas o en sistemas de perfilado, mientras que los planeadores pueden recopilar mediciones repetidas a lo largo de la columna de agua en áreas más amplias. Permiten observar la estratificación, la escorrentía, el transporte de sedimentos, las tormentas y los cambios de marea. El funcionamiento de bajo consumo, el almacenamiento de datos y las medidas eficaces contra las incrustaciones son especialmente importantes durante los despliegues prolongados.
Módulos de aterrizaje no tripulados en el lecho marino y observatorios bentónicos
Los módulos de aterrizaje en el lecho marino y los observatorios bentónicos utilizan sensores de turbidez para monitorizar las condiciones de las partículas cerca del lecho marino. Estas mediciones permiten caracterizar la resuspensión, la sedimentación, los procesos de la capa límite bentónica y las perturbaciones. A la hora de interpretar registros a largo plazo, deben tenerse en cuenta la orientación del instrumento, la altura de muestreo, las corrientes locales y la deposición de sedimentos en la ventana óptica.
Normas y convenciones de medición
Los valores de turbidez requieren un método de medición y una convención de notificación claros. Entre las referencias habituales se incluyen:
- ISO 7027: Especifica métodos ópticos para determinar la turbidez del agua, incluidos enfoques en el infrarrojo cercano diseñados para reducir la sensibilidad al color del agua.
- Método 180.1 de la EPA: Describe un método nefelométrico con luz visible para medir la turbidez y especifica los requisitos de rendimiento y calibración de los instrumentos.
- NTU, FNU y unidades relacionadas: la NTU se asocia habitualmente a los métodos nefelométricos, mientras que la FNU se utiliza para la nefelometría en el infrarrojo cercano según la norma ISO. Los resultados obtenidos con diferentes geometrías ópticas, longitudes de onda o diseños de instrumentos no deben considerarse automáticamente intercambiables.
Los programas de campo deben documentar la calibración, la configuración óptica, los patrones de referencia, el mantenimiento y los procedimientos de los instrumentos. La calibración de fábrica garantiza la trazabilidad, pero puede ser necesaria una calibración específica del emplazamiento con muestras de agua recogidas cuando los datos de turbidez se utilicen para estimar la concentración de sedimentos en suspensión.
Novedades en la detección de la turbidez
La detección de la turbidez se combina cada vez más con el procesamiento a bordo, el control autónomo y mediciones complementarias:
- Detección óptica multiángulo: la medición de la luz dispersa desde más de un ángulo puede proporcionar información adicional sobre el comportamiento de las partículas cuando varían las poblaciones de estas.
- Control de calidad automatizado: los sistemas de diagnóstico y el software integrados pueden ayudar a identificar desviaciones, ensuciamiento, saturación, valores atípicos o cambios bruscos que requieran validación.
- Fusión de sensores: Las mediciones de turbidez pueden combinarse con datos de fluorescencia, tamaño de partículas, retrodispersión acústica, velocidad de la corriente, imágenes y navegación para ofrecer una visión más completa del material en suspensión.
- Muestreo autónomo y adaptativo: Los vehículos pueden utilizar datos de turbidez en tiempo real para modificar la profundidad, seguir los límites de las plumas, volver a visitar zonas de interés o aumentar la frecuencia de muestreo cuando cambian las condiciones.
Estos avances respaldan el uso de los sensores de turbidez como componentes activos de los sistemas de observación autónomos. En el caso de las aplicaciones submarinas, la fiabilidad de los resultados sigue dependiendo de una calibración adecuada, una integración cuidadosa, medidas antiincrustantes adecuadas y la comprensión de cómo las propiedades locales de las partículas influyen en la respuesta óptica.
