Sensor de poluição aquática baseado em análise espetral

Abstract

Com a necessidade crescente de preservação das massas de água, é importante controlar e monitorizar os rios e cursos de água mais pequenos, que por norma é onde existem mais descargas ilegais. Os poluentes normalmente são detetáveis ao olho humano dada a mudança que causam na cor da água. Contudo, o facto de se diluírem rapidamente significa que existe uma janela de tempo escassa para que exista essa deteção. Neste trabalho é desenvolvido um sensor capaz de detetar alterações de cor na água, assim como alterações de turbidez. Pretende-se que este sensor tenha uma autonomia elevada, de aproximadamente uma semana, com bateria recarregável e capaz de comunicar os dados em tempo real para um servidor online, facilmente acessível ao utilizador. O protótipo desenvolvido também necessita de ser completamente estanque dado que vai ser submerso durante o seu tempo de utilização. Assim, são utilizados onze LEDs, que cobrem todo o espetro visível e ainda os limites ultravioleta e infravermelho, para transmitir diretamente em três fotodetetores e desta forma procurar detetar variações na cor e turbidez da água que flui entre eles. Uma vez funcional, os dados são comunicados em tempo real via GSM para um servidor na internet. Os emissores e recetores do sensor estão separados em dois módulos distintos, de forma a facilitar o fluxo de água entre eles. O módulo principal consiste numa caixa de alumínio estanque, que é completamente isolada e contém a bateria, microcontrolador, módulo GSM e eletrónica principal. Os componentes nesta caixa são acessíveis mesmo depois do sensor ter estado na água. Já o módulo secundário, que é fixado ao principal, apenas contém os onze LEDs e a sua eletrónica, e está contido numa caixa aberta que é preenchida com resina epóxi, ficando apenas a cápsula dos LEDs em contacto com a água. A taxa de amostragem é definida pelo utilizador por software, consoante a autonomia e números de amostras pretendidos.

With the growing need to preserve water bodies, it is important to control and monitor rivers and smaller water courses, which are the main targets of illegal discharges and contamination. Common pollutants are detectable to the human eye given the change of water color. Nevertheless, the fact that they dilute rapidly, means there is a small time window to acknowledge the water color change. In this work is developed a sensor capable of detecting water color change, as well as turbidity changes. It is intended that the sensor has high autonomy, approximately a week, with a rechargeable battery, and is able to send data in real time to an online server, easily accessible to the user. The developed prototype also needs to be completely waterproof given that it will be submerged during its use. Thus, eleven LEDs cover the entire visible spectrum, as well as the limits of ultraviolet and infrared, ensuring the transmission on three separate photodetectors and this way detecting color and turbidity variations in the flowing water between them. Once functional, data is sent in real time via GSM network to an internet server. The sensor emitters and receivers are separated into two distinct modules, to facilitate the water flow between them. The main module consists of a waterproof aluminum box, which is completely isolated and contains the battery, microcontroller, GSM module and main electronics. The components in this box are easily accessible even after the sensor has been in the water. The secondary module, which is fixated on the main one, only contains the eleven LEDs and their electronics, and it is contained in an open box that is filled with epoxy resin, leaving only the LED capsule in contact with water. The sampling rate is defined by software, according to the autonomy and sample range required.