Sistema de Monitoramento do pH e Temperatura por meio de

JIM 2012 - IV Jornada de Informática do Maranhão
Sistema de Monitoramento do pH e Temperatura por
meio de Tecnologias Livres para a Proteção dos Corpos
d'Água do Delta do Parnaíba.
Jefferson Jardem Izaias de Souza1, Luís Bruno Pereira do Nascimento1,
Paulo Rodrigues dos Santos Filho1, Maíra dos Santos Sousa2, Francisco das Chagas
Coelho do Nascimento³.
1
Bacharelado em Ciência da Computação - Universidade Estadual do Piauí (UESPI)
Av. NS de Fátima - Parnaíba - PI, 64202-22001-970.
2
Licenciatura Plena em Química - Instituto Federal do Piauí (IFPI)
BR 402 - Km 3 - Estrada Parnaíba/Chaval CEP 64.215-000 – Parnaíba-PI
³Bacharelado em Sistemas de Informação - Faculdade Piauiense (FAP)
BR 343 Km 7,5 S/N - Bairro Floriópolis - Parnaíba- PI, 64 202 260
{jeffersonjardem, luisbrunu, paulofilhosantiago}@gmail.com,
[email protected], [email protected]
Abstract: In the present study we carried out a monitoring activity through
hardware and free software for qualitative evaluation of the Delta of the water.
Through the measurements of pH levels and local temperature, we could map
the quality of the aquatic environment, extracting relevant data for further
study that can detect problems (and causes), helping to prevent a possible
local ecological imbalance.
Resumo: No presente estudo realizou-se uma atividade de monitoramento
através de hardware e softwares livres, para avaliação qualitativa das águas
do Delta do Parnaíba. Através das medições dos níveis de pH e temperatura
local, pôde-se mapear a qualidade do ambiente aquático, extraindo dados
relevantes para estudos mais aprofundados que possam detectar problemas (e
suas causas), auxiliando na prevenção de um possível desequilíbrio ecológico
local.
1 Introdução
O Delta do Rio Parnaíba tem um tamanho estimado em 2.700 quilômetros quadrados,
onde se encontra igarapés, mangues e ilhas. Ele que está dividido entre os estados do
Piauí e do Maranhão, sendo 35% pertencente ao território piauiense e 65% pertencente
ao território maranhense, fica localizado no encontro do referido rio com o Oceano
Atlântico, é o único em mar aberto das Américas e um dos três encontrados no mundo.
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Tendo em vista a importância deste atrativo paisagístico e turístico da região, deve-se
atentar para implementação de estratégias que venham cultivar suas características
nativas. Pode-se citar como exemplo de atividade de preservação, o controle de
qualidade da água, que pode ser avaliado através de uma série de análises de parâmetros
físico-químicos e biológicos. Segundo a afirmação do CONAMA (2005), duas das
principais variáveis que orientam tais parâmetros são: a Temperatura da água e o
Potencial Hidrogeniônico (pH), que influencia os ecossistemas aquáticos naturais
devido a seus efeitos na fisiologia de diversas espécies. Segundo (MAIER, 1987) uma
pequena diminuição no pH pode estar relacionado ao acréscimo no teor de matéria
orgânica que leva à consequente queda na quantidade de oxigênio dissolvido disponível
no corpo d’água. O controle dessas variáveis podem ser norteados com a utilização de
equipamentos computacionais auxiliando nas tomadas de decisões visando a proteção
do ecossistema natural do Delta do Parnaíba.
2 Problemática
Muito se tem falado sobre o ecossistema e os impactos negativos que vem sofrendo
diante das mudanças ocorridas, decorrentes do atual modelo de desenvolvimento, isto
tem causado preocupação no meio científico que está cada vez mais focando seus
esforços nos estudos para preservação dos recursos naturais existentes. Dentre esses
inúmeros recursos naturais que se podem citar, destacam-se os recursos hídricos, que
refletem o estado atual de conservação das águas, através da observação da composição
de seus parâmetros físico-químicos. As alterações da composição natural do ecossistema
podem causar danos à vida aquática existente e podem ser causadas por elementos
químicos inorgânicos como a poluição causada por metais pesados (BAIRD, 2002). Em
posse desses dados, é possível traçar planejamentos que visem à conservação de
ambientes naturais utilizando as tecnologias da informação, para o monitoramento dos
biomas aquáticos destes.
3 A Solução
Apresenta-se como proposta de ferramenta de monitoramento o Arduino1 que destacase pela sua enorme aceitação, uma vez que este possui baixo custo e fácil aplicabilidade,
onde ele caracteriza-se por ser uma plataforma de hardware livre direcionada à
prototipação de projetos eletrônicos capazes de interagir com o ambiente (ARDUINO,
2011). Em paralelo ao desenvolvimento do Arduíno, outros projetos semelhantes
surgiram espelhando-se em sua plataforma, como é o caso do Seeeduino Stalker criado
pela empresa Seeed Studio2 e baseado na documentação de umas das versões do
Arduino, sendo eles compatíveis entre si. (SEEEDUINO STALKER V1.0, 2010).
Utilizando-se de comunicação sem fio, o Seeeduino Stalker pode se comunicar com
outros equipamentos através do protocolo Zigbee3, desde que os mesmos suportem tal
protocolo de comunicação, podendo assim criar uma rede que possibilite a troca de
informações.
Para visualizar a análise dos dados obtidos através do sensoriamento do local
aqui em foco, utilizou-se a linguagem Python que é ideal para essa tarefa, pois permite a
interface entre o computador e o microcontrolador, Seeeduino Stalker, podendo criar um
1 http://www.arduino.cc
2 http://www.seeedstudio.com
3 http://www.zigbee.org
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ambiente amigável de visualização dos dados, permitindo a criação de gráficos com os
mesmos. Essa comunicação entre eles é estabelecida com uso da biblioteca pySerial4,
específica para envio e recebimento de dados utilizando a portas USB.
4 Funcionamento da metodologia
A área monitorada do Delta compreende alguns manguezais do município de Ilha
Grande (PI), onde pontos aleatórios serviram de base para inserção do sensor pH-Stamp
no meio líquido para fazer a leitura do pH . A leitura em si é feita a partir do pH probe,
que é um aparelho sensível aos diferentes pHs de determinada substância. Ele é
conectado ao circuito do pH-Stamp através dos pinos GND e BNC. Inicialmente, antes
de fazer as leituras diretamente na água da análise, é preciso calibrar o sensor para obter
resultados exatos. Essa calibração é feita a partir da leitura do pH de certas soluções,
chamadas tampão. Se a leitura desse pH retornar um valor diferente do especificado na
solução, implica-se que existem fatores que vão contra ao padrão exigido, como por
exemplo a temperatura, que é facultativa sua utilização na leitura, até o ponto em que as
soluções trabalhadas tenham temperaturas diferentes de 25° C.
A fim de obter a temperatura, é usado o sensor DS18B20, ele pode medir
valores entre -55°C até +125°C, determinando uma maior exatidão no retorno dos dados
do pH. Tanto o envio de comandos quanto o de temperaturas para o pH-Stamp, se
deram através da plataforma Arduino. Após as placas e componentes estarem
devidamente conectados, deve-se enviar o sketch para o Arduino, o qual contém todas
as instruções para obter a temperatura do sensor, e enviá-la para o pH-Stamp, o qual,
como resposta, enviará para o Arduino o valor do pH coletado pelo pH probe e
calculado pelo firmware do circuito do pH, onde a comunicação entre o sensor e
computador foi realizado de maneira remota através do protocolo ZigBee. Por fim, os
dados estarão disponíveis ao computador através da porta serial, o qual se utilizará da
linguagem Python 2.7, junto ao framework Django 1.3, tornando assim possível a
criação de uma aplicação web onde os dados serão armazenados e manipulados de
forma amigável. A figura 1 demonstra a topologia usada para este projeto, verificamos
na mesma que o nó sensor envia os dados para o nó acoplado ao computador onde será
manipulado.
Figura 1: Topologia Ponto-Multiponto Broadcast
4 http://pyserial.sourceforge.net/
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5 Resultados e Discussões
O monitoramento do local foi realizado de fevereiro a abril de 2012, as análises foram
compostas dos valores de pH e temperatura coletados pelo sensoriamento nos pontos de
amostragem. Os valores de temperatura variaram de 24 a 31ºC e os de pH variam de
3,65 a 7,51. Observou-se que o aumento do pH rumo a neutralidade se deu nos
primeiros 15 dias do mês de fevereiro, logo após essa data, houve um declínio desses
valores, ou seja, o pH tornou-se novamente ácido, verificou-se que por conseguinte,
ocorrem oscilações nos meses de março e abril em sua maioria o pH sempre entre 4 e 6
o que segundo Bueno et al. (2005) e Souza (2006) isso ocorre em áreas de vegetação
nativa. Dessa forma, ao comparar os valores obtidos com os valores estipulados pelo
CONAMA (2005), pode-se inferir que os resultados não estão de acordo com o que é
estabelecido. A acidez verificada nas amostragens pode ser decorrente da presença de
ácidos fúlvicos e húmicos resultantes da degradação da matéria orgânica presente nas
águas necessitando uma melhor análise.
6 Conclusão
A utilização de ferramentas tais como hardware e softwares livres para o
monitoramento das margens do Delta do Parnaíba proporcionou uma forma de mensurar
a qualidade hídrica deste habitat. Através desse estudo viu-se a necessidade da
realização de pesquisas mais aprofundadas, a fim de avaliar o impacto real que essa
acidez tem causado, evitando-se assim, impactos ambientais negativos, outros tipos de
sensores também devem ser avaliados enriquecendo posteriores relatórios detalhados,
proporcionando a produção de um plano de ação local, preservando o ecossistema da
região.
Referencias
ARDUINO. Disponível em: http://arduino.cc/en. Acesso em: 08 de Abril 2011.
BAIRD, C. Química Ambiental. 2 ed. Bookman. Porto Alegre – RS, 2002.
BUENO, L. F.; GALBI ATTI, J. A.; BORGES, M. J. Monitoramento de variáveis de
qualidade da água do Horto OuroVerde- Conchal- SP. Revista Engenharia Agrícola,
Jaboticabal, v.25,n.3,p.742-748, set./ dez. 2005.
CONAMA. Resolução no 357 de 17 de março de 2005. Disponível em:
http://www.mma.gov.br/. Acesso em: 20 set. 2005.
MAIER, M.H. 1987. Ecologia da bacia do rio Jacaré Pepira (47º55" - 48º55"W; 22º30" 21º55"S - Brasil): qualidade da água do rio principal. Ciência e Cultura, 39(2): 164-185.
SEEEDUINO STALKER V1.0. Disponível em:
http://www.seeedstudio.com/wiki/Seeeduino_Stalker_v1.0 . Acesso em: 10 de Fev.
2011
SOUZA, R.A.S. Avaliação das frações de fosfato como indicadores de eutrofização de
águas superficiais. 2006.123p. Dissertação (Mestrado em Solos e Nutrição de
Plantas)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.
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