SENSORIAMENTO REMOTO DE NÍVEL DE RIOS

SENSOR AUTOMATICO DE NÍVEL DE
RIOS
Andreza Lira Reis
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina
E-mail: [email protected]
Cleiton Furtado
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina
E-mail: [email protected]
Gabriel Dominguez
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina
E-mail: [email protected]
Geison Fernandes Alves
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina
E-mail: [email protected]
Sérgio Candido
Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina
E-mail: [email protected]
Resumo: Com o fim de produzir um instrumento simples, de baixo custo, de fácil manutenção ao
passo de ser resistente a enxurradas e/ou enchentes para facilitar o sensoriamento hídrico nas
diferentes bacias hidrográficas, foi pesquisado o sensoriamento remoto para rios, o datalogger CR800
da Campbell, e lei de Ohm.
Com base nestes estudos, chegamos ao CAGG 8 sensor de nível de rios, que servirá para controle dos
níveis de rios com potencial de causar enchentes, podendo lançar alertas de acordo com o nível
estipulado na programação do datalogger, para disparo do mesmo. Contudo, após uma bateria de testes
com diferentes elementos sensores, o instrumento não apresentou funcionalidade adequada ao
experimento proposto.
Palavras Chave: sensor, remoto, rio, datalogger,
Abstract. This work was searched for the remote sensing rivers, the CR800 datalogger from
Campbell, and Ohm's law in order to produce a simple, inexpensive, easy to maintain while being
resistant to runoff and / or flooding to facilitate sensing water in different river basins.
Based on these studies, we arrive at the CAGG 8 sensor-level of rivers, which serve to control the
levels of rivers with the potential to cause flooding and can issue alerts according to the level
stipulated in datalogger programming, for the same shot.
Key words: sensor, remote, river, datalogger.
1. Introdução
A aplicação de ferramentas adequadas à gestão
ambiental tem sido utilizada em inúmeros
estudos e pesquisas destacando-se o uso de
geotecnologias, como exemplo destas pesquisas
tem-se:
Simulação Hidrodinâmica da
Qualidade da Água. Estudo de caso: ajuste
do modelo CE-QUAL-W2 à sub-bacia do
arroio Demétrio, bacia hidrográfica do rio
Gravataí/RS, por Rafael Siqueira de Souza e
Influência da Palha no Balanço Hídrico em
Lisímetros, por Joel Avruch Goldenfun,
ambos da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul – UFRGS, que incluem o
Sensoriamento Remoto que se encontra em
estágio
avançado
de
desenvolvimento,
possibilitando grande acessibilidade de recursos a
custos relativamente baixos.
O sensoriamento de rios é de grande importância
para populações ribeirinhas tendo em vista que o
potencial hídrico dos rios, dependendo da estação
o ano e da quantidade de chuva, é menor que a
quantidade das águas que confluem para o
mesmo, acontecendo em certos níveis o
transbordo ou enchente.
Mas o que é um sensor, e para que serve?
Sensor é definido como um dispositivo que
recebe e responde a estímulos ou sinal. No caso
da meteorologia, utilizam-se sensores que
respondem aos estímulos com sinais elétricos,
podendo-se citar o sensor de nível de rios por
pressão automática que, quando o nível do rio
sobe ou desce, a pressão sobre o sensor aumenta
ou diminui, e este por sua vez, altera sua tensão
elétrica podendo-se definir se o nível do rio está
subindo ou descendo.
O sensor que propomos, no entanto, estará em
contato direto com a água, que funcionará
fechando um curto no sensor diminuindo sua
tensão, fornecendo um sinal elétrico que será
calculado por um datalogger, calculando-se
assim o nível do rio.
Através deste sensoriamento, a meteorologia
pode lançar alerta de enchentes e/ou enxurradas,
com fim de colaborar com a defesa civil evitando
desastres ao determinar evacuações e até mesmo
abertura e/ou fechamento de comportas em
barragens com fim de evitar as enchentes.
O sensoriamento de rios, no entanto, tem sido um
problema para a meteorologia, pois quando
ocorre uma enxurrada, os instrumentos são, na
sua maioria, arrancados e levados pela força das
correntezas. Nossa proposta em criar este sensor,
parte da necessidade que há em se ter um
instrumento que seja de fácil manuseio, de baixo
custo e que se comunique com a central de
monitoramento sem a necessidade de um
observador no local, tendo em vista que os
Linígrafos existentes hoje dependem do
observador para transmitir os dados obtidos à
central meteorológica.
Linígrafo é um instrumento utilizado para o
sensoriamento de rios, reservatórios, açudes
dentre outros. O princípio de funcionamento
destes linigrafos é uma bóia com contrapeso, que
irá registrar em um gráfico, o nível do rio e o
horário que ocorreu a cheia ou vazante. A figura
1 mostra alguns exemplos de linígrafos
convencionais.
Este sensor será ligado a um datalogger, que é
um equipamento eletrônico com principio de
funcionamento de um microprocessador que irá
coletar os sinais elétricos do sensor, e transformálos para a variável esperada, neste caso mm ou m
por se tratar de nível de rios, e enviará as
informações via rede IP.
Figura 1 – Exemplo de Linígrafos
2. Materiais e Métodos
Na busca por um componente eletrônico que
variasse a sua resistência linearmente com a
variação da altura de uma coluna de água
utilizando a lei de Ohm, iniciou-se este projeto.
Primeiramente utilizamos como sensor um fio de
latão, de 2m de comprimento repartido ao meio
necessitando de um isolante entre as duas
metades, figura 2, após encontrar este sensor,
buscou-se um material para isolar um lado do
outro. Optou-se por utilizar uma barra de barra de
acrílico de 1m de comprimento por 1cm de
largura. Em uma das extremidades foi ligado o
positivo da fonte e na outra o negativo.
Outro material utilizado como sensor foi o fio de
níquel-cromo com 2m de comprimento também
repartido ao meio utilizando o mesmo elemento
isolante, figura 3.
O terceiro material utilizado foi também o níquelcromo, no entanto, este terceiro foi construído
com 6m de níquel-cromo em duplo espiral
utilizando ainda a barra acrílica como isolante.
Após encontrado os materiais para o sensor,
utilizou-se 2 resistores de 1KΩ e 1 resistor de
1Ω, e uma matriz de contato para construção do
circuito.
Tendo encontrado os materiais ideais, iniciou-se
a construção do sensor.
3. Testes e Resultados
No primeiro teste foi utilizado o fio de latão,
figura 2 para verificar sua resistividade e variação
desta conforme o nível da água sobe ou desce.
Conforme a tabela 1 mostra, este material não
passou no teste de resistividade, pois esta é
imperceptível, pois o latão não resiste a passagem
de corrente elétrica.
No segundo teste utilizou-se o fio de níquelcromo de 2m também dividido ao meio, figura 3.
Notou-se que a resistividade deste variava de
90Ω a 14Ω.
Começou então a construção do circuito divisor
de tensão. Ligamos em serie ao nosso sensor um
resistor de 1kΩ. Este circuito gerou uma corrente
de 36mA, contudo o datalogger CR800, não
suporta uma corrente acima de 25mA, sendo
necessário um circuito divisor de corrente. Neste
ponto passou-se a pesquisar através da lei de
Ohm uma forma de reduzir a corrente para uma
ordem de 20mA, chegando a conclusão de usar
uma Ponte de Wheatstone, figura 4, que divide a
tensão e a corrente ao mesmo tempo. Esta
decisão foi tomada para não reduzir a
sensibilidade da variação sobre o sensor, pois se
colocarmos um resistor em série, este deverá ter
uma resistência muito alta diminuindo a variação
da tensão sobre o sensor segundo a lei de Ohm.
Foram feitos testes com uma coluna de água, com
um fio descascado, fechando um curto. Quando
se movia a coluna de água, o sensor não alterava
sua leitura. Quando se utilizava o fio descascado,
fechando curto, este variava sua tensão.
Descartou-se este tipo de construção, pensando
então na dupla espiral.
No terceiro teste, este com 6m de níquel-cromo
em duplo espiral, figura 5, envolvido na barra de
acrílico, com este modo de construção, obteve-se
uma resistividade de ~ 3KΩ deixando de ser
necessário a utilização da ponte de Wheatstone,
utilizando-se apenas um circuito divisor de
tensão. A tabela 1 mostra os testes e resultados
dos sensores.
Figura 2 – Fio de latão
Na tentativa de um novo recurso, imaginamos
outro sensor, conseqüentemente outro material,
entretanto houve a descoberta que a salinidade da
água não é constante, se houvesse salinidade
suficiente poderia se chegar a um valor, pois o sal
tem significativa condutividade. Não se
conseguindo determiná-la não há precisão.
Afetando assim o estudo.
Figura 3 – Fio de níquel cromo de 2m
dobrado ao meio
monitoramentos em áreas remotas de difícil
acesso ao observador, além de poder utilizar tal
instrumento para controle de açudes, poços,
cisternas e reservatórios de abastecimentos de
água potável, podendo assim emitir alertas de
situações criticas como reservatórios abaixo do
nível de segurança, para que as autoridades
responsáveis possam tomar as devidas
providências para evitar danos maiores.
5.Referências
Figura 4 - Ponte de Wheatstone
L. BOYLESTAD, Robert. Introdução a
Análise de Circuitos 10° Edição. Editora
Pearson 2003
JOHNSON, David E. Fundamentos da
Análise de Circuitos Elétricos 4° edição.
Editora LTC AS 1994
GRAY, Paul E. Princípios da Eletrônica.
Editora LTC AS 1975 Volume 1.
Figura 5 – Fio níquel cromo de 6m em
dupla expiral
WIKIPEDIA. Ponte de Wheatstone.
Disponível em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Wheatst
one_Bridge.svg. Acesso em 12/10/2008.
BUS, Plano Diretor. Linígrafo da Estação
Convencional. Disponível em:
http://www.planodiretorbus.hpgvip.ig.com.br
/html/estacao_convencional.html. Acesso
em: 18/10/2008
Figura 6 – Teste de laboratório
4. Conclusão
Conclui-se, portanto que, mesmo sem os
resultados esperados, o projeto não foi
desperdiçado, pois se outras turmas tiverem
interesse em construir tal instrumento, poderão
partir de onde paramos, sem precisar testar os
materiais utilizados neste experimento. Salientase a necessidade da construção de tal
equipamento visto que os utilizados hoje pela
hidro-meteorologia e meteorologia possuem a
necessidade de uma pessoa constantemente
observando e divulgando os dados coletados na
estação. Um equipamento que possa enviar esses
dados por telemetria, seja via radio, celular,
internet ou satélite, facilitaria todo o processo de
obtenção destes dados e abriria a possibilidade de
PEREIRA, Régis da Silva. Princípios da
Hidrometria. Disponível em:
http://www.iph.ufrgs.br/posgrad/disciplinas/h
ip01/Cap13-Hidrometria.pdf. Acesso em:
10/10/2008.
SOUZA, Rafael Siqueira. Simulação
Hidrodinâmica da Qualidade da Água.
Estudo de caso: ajuste do modelo CEQUAL-W2 à sub-bacia do arroio
Demétrio, bacia hidrográfica do rio
Gravataí/RS. Disponível em:
http://www.lume.ufrgs.br/search?page=2&qu
ery=linigrafo. Acesso em: 10/10/2008
GOLDENFUN, Joel Avruch. Influência da
Palha no Balanço Hídrico em Lisímetros.
Disponível em:
http://www.lume.ufrgs.br/search. acesso em:
12/10/2008.