Os sensores de turbidez são instrumentos óticos que medem os efeitos das partículas em suspensão na água, permitindo a avaliação contínua da claridade da água e da carga de partículas. Estes sensores apoiam o mapeamento da qualidade da água, o rastreio de plumas de sedimentos, os estudos ambientais, a supervisão de dragagens e a monitorização bentónica.
Esta categoria apresenta fabricantes líderes de sensores de turbidez com soluções concebidas para USV, AUV, UUV, ROV, bóias de monitorização e módulos de aterragem no fundo marinho.
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Equipamentos hidrográficos e oceanográficos para embarcações de superfície não tripuladas e autônomas e veículos subaquáticos
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Um sensor de turbidez mede os efeitos óticos das partículas em suspensão na água, fornecendo uma indicação indireta da claridade da água e da carga de partículas. Não se trata de uma medição direta da concentração de sedimentos em suspensão, e a resposta do sensor pode variar consoante o tamanho, a forma, a cor e a composição das partículas. Na monitorização marinha e de água doce, estes instrumentos permitem a observação contínua em situações em que a amostragem manual é limitada. Um sensor de turbidez da água pode ser utilizado como uma sonda de turbidez autónoma, integrado numa sonda multiparâmetro ou ligado a um veículo autónomo ou a uma estação de monitorização fixa.
A monitorização da turbidez é amplamente utilizada em levantamentos ambientais, estudos de sedimentos, supervisão de dragagens e avaliação da qualidade da água. Ao contrário de um medidor de turbidez de água de laboratório, um sensor de turbidez oceânica ou um monitor de turbidez subaquático tem de funcionar sob condições variáveis de pressão, temperatura, bioincrustação, luz ambiente, bolhas e partículas. A seleção do instrumento depende, portanto, do alcance, da geometria ótica, do tempo de resposta, da duração da implantação, da integração, da calibração e do material em suspensão.
Sensor de turbidez da AML Oceanographic.
Diferentes sensores de turbidez utilizam diferentes disposições óticas para detetar a forma como as partículas dispersam ou atenuam a luz. O método afeta a sensibilidade, o alcance, a comparabilidade e a adequação à implantação.
Os sensores de turbidez nefelométricos medem a luz espalhada a aproximadamente 90 graus em relação ao feixe incidente. Esta geometria proporciona uma boa sensibilidade em condições de turbidez relativamente baixa. Uma sonda de turbidez nefelométrica pode utilizar luz visível ou do infravermelho próximo, dependendo do método aplicável e da conceção do instrumento. Os sistemas de infravermelho próximo são, geralmente, menos sensíveis à interferência causada pela cor da água.
Um sensor ótico de turbidez baseado na retrodifusão deteta a luz refletida pelas partículas em ângulos superiores a 90 graus. Os modelos compactos de retrodifusão são adequados para instrumentos submersos e condições de sedimentos elevados. A resposta pode variar consoante o tamanho, a forma, a composição e a concentração das partículas, enquanto cargas de partículas muito elevadas podem causar uma resposta não linear ou a saturação do sensor.
As sondas de turbidez submersíveis são concebidas para imersão direta em rios, lagos, estuários, águas costeiras e no oceano. Normalmente, utilizam caixas resistentes à pressão, janelas óticas seladas e conectores subaquáticos. Para implantações prolongadas, a proteção contra incrustações, a classificação de profundidade, o consumo de energia, o acesso para limpeza, a orientação da janela e a acumulação de sedimentos são fatores importantes. Podem ser necessários limpadores mecânicos ou outras medidas anti-incrustação.
Os sensores de turbidez em linha e de fluxo contínuo medem a água que passa por um percurso de amostragem controlado, em vez de expor os componentes óticos diretamente ao ambiente. Estas configurações são adequadas para sistemas com bombas, navios de investigação, plataformas de superfície autónomas e instalações ligadas a laboratórios. Um fluxo estável pode melhorar a consistência, mas o tempo de permanência na tubagem, as bolhas, a deposição, o comportamento da bomba e a contaminação devem ser tidos em conta durante os ensaios de turbidez.
As sondas multiparâmetro combinam a medição da turbidez com parâmetros como a condutividade, a temperatura, a pressão, o oxigénio dissolvido, o pH ou a fluorescência. A integração de um sensor de turbidez para a qualidade da água num pacote comum simplifica a recolha sincronizada de dados e pode reduzir a complexidade da carga útil. As medições adicionais ajudam a distinguir as alterações provocadas por sedimentos das influências biológicas ou químicas.
As plataformas autónomas e operadas remotamente permitem que a monitorização da turbidez vá além das observações em pontos fixos. Os sensores de turbidez montados em veículos podem mapear plumas e combinar dados óticos com medições de navegação, corrente, profundidade e outras.
Os veículos de superfície não tripulados (USV) podem transportar um monitor de turbidez ou um registador de turbidez ao longo de transectos programados para mapear a qualidade da água à superfície ou próxima da superfície. Isto é útil em locais onde a turbidez varia em distâncias curtas, em rios, reservatórios, portos, estuários e zonas costeiras. A colocação dos sensores deve minimizar a interferência causada por reflexos do casco, bolhas, turbulência da hélice e sedimentos agitados.
Os veículos subaquáticos autónomos (AUV) e outros veículos subaquáticos não tripulados (UUV) podem utilizar sondas de turbidez para caracterizar os sedimentos em suspensão através de levantamentos tridimensionais. As aplicações incluem plumas de dragagem, ressuspensão natural, perturbações decorrentes de obras e transporte de sedimentos. Os dados de navegação permitem que as medições sejam georreferenciadas, enquanto a lógica adaptativa da missão pode aumentar a densidade de amostragem quando é detetado um limiar ou gradiente de turbidez. A frequência de amostragem e a velocidade do veículo devem ser adaptadas ao tempo de resposta do sensor, a fim de limitar a difusão espacial.
Os Veículos Operados à Distância (ROV) podem fornecer medições de turbidez em tempo real durante inspeções submarinas, obras, intervenções e operações científicas. Os operadores podem relacionar os dados do sensor de turbidez com o vídeo, o sonar, a posição e a atividade da tarefa. É importante que a montagem seja feita com cuidado, uma vez que os propulsores podem ressuspender material do fundo marinho e gerar leituras que não representam as condições de fundo.
As bóias de monitorização podem suportar sensores de turbidez a profundidades fixas ou em sistemas de perfilagem, enquanto os planadores podem recolher medições repetidas ao longo da coluna de água em áreas mais vastas. Podem observar a estratificação, o escoamento, o transporte de sedimentos, as tempestades e as variações das marés. O funcionamento com baixo consumo de energia, o armazenamento de dados e medidas eficazes contra a incrustação são particularmente importantes durante implantações prolongadas.
Os módulos de aterragem no fundo marinho e os observatórios bentónicos utilizam sensores de turbidez para monitorizar as condições das partículas próximas do fundo marinho. Estas medições permitem caracterizar a ressuspensão, a sedimentação, os processos da camada limite bentónica e as perturbações. A orientação do instrumento, a altura de amostragem, as correntes locais e a deposição de sedimentos na janela ótica devem ser tidas em conta na interpretação de registos a longo prazo.
Os valores de turbidez requerem um método de medição e uma convenção de comunicação claros. As referências comuns incluem:
Os programas de campo devem documentar a calibração, a configuração ótica, os padrões de referência, a manutenção e os procedimentos relativos aos instrumentos. A calibração de fábrica assegura a rastreabilidade, mas poderá ser necessária uma calibração específica do local, com base em amostras de água recolhidas, quando os dados de turbidez forem utilizados para estimar a concentração de sedimentos em suspensão.
A deteção da turbidez é cada vez mais combinada com processamento a bordo, controlo autónomo e medições complementares:
Estes desenvolvimentos reforçam o papel dos sensores de turbidez como componentes ativos de sistemas de observação autónomos. No que diz respeito às aplicações subaquáticas, a fiabilidade dos resultados continua a depender de uma calibração adequada, de uma integração cuidadosa, de medidas anti-incrustação adequadas e de uma compreensão de como as propriedades locais das partículas influenciam a resposta ótica.
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