A água é o elemento essencial para a vida. Logo, mensurar sua qualidade é fundamental nas mais diversas áreas: políticas públicas, conservação ambiental, agropecuária, tratamento de resíduos ambientais.
Análises de laboratório são muito precisas, porém tem um custo considerável, é necessário ter uma equipe para coletar corretamente as amostras e, por fim, o tempo até se ter um resultado. Como pontuado por Helmi et al., 2014, em um reservatório de água de grande porte são necessárias análises de vários pontos para ser real noção da qualidade da água. Já Xu et al., 2011 ressalta a importância de dados de qualidade de água em longa duração, isto é, a medição periódica por vários anos.
Nesse contexto, uma sonda multiparametros de operação remota é uma solução aplicável. Não necessita de coletas, consegue gerar um grande volume de dados por um longo tempo e tem apenas um custo inicial.
O projeto tem como base a placa TTGO-T-Beam, um kit de desenvolvimento ESP32 que já conta com GPS e LoRa. Sensores de temperatura, pH, TDS e turbidez fazem a aquisição dos dados, além do GPS. O armazenamento se dá através de um módulo de cartão SD. A transmissão dos dados se dá através de LoRa. O controle desses módulos é feito através do FreeRTOS. A alimentação é feita por uma placa solar com um regulador stepdown.
A arquitetura do projeto pode ser vista abaixo:
A sonda possui sensores de temperatura, pH, turbidez e TDS. Todos eles são de baixo custo e analógicos.
Segundo a Enciclopédia Britannica, temperatura é uma medida de calor ou frio, que é expressa dentro uma escala arbitrária, e indica a direção do fluxo espontâneo de energia térmica. Isto é, de um corpo mais quente (com maior temperatura), para um corpo mais frio (com menor temperatura). É um parâmetro com uma grande importância biológica. Alterações abruptas, ou que ultrapassem um intervalo ótimo, podem gerar mortandade de espécies. Por exemplo, Niswar et al., 2018 trata de um ambiente de produção de caranguejos (Portunus Pelagicus e Scylla serrata) e mostra que fora de um intervalo certo suas larvas não se desenvolvem.
Como sensor de temperatura, utiliza-se o termistor MF-58. Que é do tipo NTC e possui resistência interna de 10k ohms. Está conectado a placa principal em conjunto a um divisor de tensão. E a temperatura é computada através da equação de Steinhart & Hart, 1968.
Sørensen descreveu pela primeira vez o pH como a concentração de íons de hidrogênio. Atualmente,
é entendido pelo cologaritmo da atividade dos íons de hidrogênio.
Sendo dado pela relação:
É um fator muito relevante em análises de qualidade de água, pois alterações na acidez sugerem que fenômenos importantes estão acontecendo. A acidificação oceânica, por exemplo, é um fenômeno potencializado pelas mudanças climáticas que prejudica diversos organismos e fotossíntese, e é mensurado através da escala de pH ao longo do tempo. Em reservatórios é uma grandeza que pode sugerir algum processo de eutrofização, que pode ser resultado de poluição por esgotos ou fertilizantes.
Como sensor de Ph utiza-se, um sensor analógico de baixo custo, comumente utilizado em aquários.
Este tipo de sensor funciona medindo a diferença de tensão entre dois eletrodos, um de referência e outro sensor. Ambos estão isolados em tubos de vidro poroso para íons de hidrogênio. O eletrodo de referência fica imerso em uma solução de pH neutro. Enquanto o eletrodo sensor fica imerso em uma solução saturada de cloreto de potássio. O conjunto é mergulhado na solução a ser medida. Conforme os íons de hidrogênio se acumulam no vidro e substituem os íons metálicos do tubo, há a formação de uma corrente elétrica, que é capturada pelos eletrodos e a diferença entre as tensões é convertida em pH, pelo pHmetro.
Um exemplo desse tipo de montagem é mostrado a seguir:
A aparência nebulosa da água devido a suspensão de partículas finas é denominada turbidez. Quanto maior a quantidade de partículas em suspensão, mais turva é a água. Possui uma importância biológica grande, uma água que se torna turva repentinamente pode indicar a presença de poluição, por exemplo. As partículas podem prejudicar as brânquias dos peixes e diminuir a incidência de luz no ambiente sub aquático.
Como sensor, utiliza-se um módulo analógico de baixo custo, TS-300B. Comumente utilizado em máquinas de lavar roupa ou lavar pratos. Com a função de fazer uma medição da turbidez da água, antes e depois das lavagens, para saber se é necessário mais um ciclo de limpeza.
Esse tipo de sensor funciona com a emissão de uma luz entre dois pontos através da água. Ou seja, um ponto emite luz e o outro a percebe. Quanto mais clara estiver a água, maior a penetração da luz, e por sua vez, maior a quantidade de luz percebida pelo sensor. Da mesma forma, quanto mais turva a água, menor é a quantidade percebida pelo sensor.
TDS é o acrônimo em inglês para Total Dissolved Solid, ou sólidos dissolvidos totais. Pode ser descrito como a medida de sais inorgânicos, matéria orgânica e outros materiais dissolvidos na água. Essa grandeza está intimamente relacionada com a salinidade da água.
Se tratando de água potável, um valor alto de TDS implica em um sabor ruim.
No ambiente, o aumento dessa escala implica em um aumento de salinidade, que pode levar a mortandade de espécies. Também já foi descrita uma
correlação negativa significante entre a presença de íons
Diferente da turbidez, que mede os sólidos em suspensão, o TDS mede os sólidos dissolvidos. Na prática, as moléculas desses sólidos se quebram em íons. Esses íons aumentam a condutividade elétrica da água. E os sensores medem justamente essa condutividade, quanto mais condutiva, mais íons e mais sólidos dissolvidos.
O sensor utilizado no projeto é o keyestudio TDS Meter v1.0.
No momento o projeto é um protótipo capaz de registrar a temperatura em um cartão sd, em um arquivo .csv, e transmitir mensagens via LoRa. Novos sensores,
a comunicação GPS será estabelecida e questões de alimentação são pontos a serem adicionados e resolvidos em breve.
Uma foto do hardware atual do projeto pode ser vista a seguir:
O placa com display se trata do cliente LoRa, e recebe as mensagens enviadas pelo projeto.
