SISTEMA MICROCONTROLADO EMBARCADO EM UNIDADE FLUTUANTE PARA MONITORAMENTO AUTOMÁTICO DE FITOPLÂNCTON E DE MÚLTIPLAS TEMPERATURAS

por Everton Alves Miranda publicado 25/09/2020 15h58, última modificação 20/10/2023 16h30

Renato Gomes Sobral Barcellos (Orientador)
Luiz Gustavo Lourenço Moura (Coorientador)

Introdução: O suprimento de água potável para consumo é baseado no tratamento de água bruta oriunda de mananciais frequentemente degradados, estando sujeitos à ocorrência de um crescimento acelerado do fitoplâncton, o qual, por sua vez, é influenciado pela variação de temperatura. Os produtos metabólicos decorrentes de algumas de suas espécies produzem toxinas capazes de causar distúrbios ao ser humano, afetando assim, a saúde pública. Esse crescimento acelerado provoca também, consequências negativas sobre a eficiência e o custo do tratamento da água. Objetivo: Desenvolver um sistema embarcado em unidade flutuante, para monitoramento de reservatórios e mananciais hídricos, visando à estimativa do volume do fitoplâncton, na camada superficial, e o monitoramento da temperatura em múltiplas profundidades. Revisão Bibliográfica: Os sistemas lagunares costeiros caracterizam-se em geral por baixas profundidades da coluna d’água onde ocorrem importantes processos geoquímicos como eutrofização, floração algal e ciclagem de nutrientes. A temperatura decai exponencialmente em função da profundidade, sendo um fator determinante na ocorrência destes processos. O monitoramento do crescimento de fitoplâncton in situ é caracterizado como uma problemática básica na ciência hidrológica. Metodologia: realização de uma pesquisa bibliográfica, sobre o desenvolvimento de sensores e de técnicas para estimativa de volume fitoplanctônico, seguida de uma etapa experimental envolvendo o desenvolvimento do sistema (hardware e software), a sua calibração e a realização dos testes de desempenho. Resultados: A comparação das especificações técnicas fundamentou a escolha do ESP8266 como microcontrolador e do DS18B20 como elemento sensor de temperatura. O sensor de fotofluorescência construído inspirou-se em orientações disponíveis na literatura. Foi modelado, projetado, construído e programado o protótipo do sistema embarcado. Durante a calibração do sensor construído, obteve-se um R2 de 0,90. Os testes de campo foram realizados em dois eventos em locais e horários diferentes atingindo os resultados esperados. Conclusão: Foi realizado um projeto de desenvolvimento que materializou os conhecimentos em uma aplicação específica, a qual envolveu o desenvolvimento, a prática construtiva e a utilização do produto. O protótipo construído apresentou-se com um equipamento reprodutível e econômico, atendendo aos objetivos propostos. Este projeto terá continuidade, devido a sua aprovação pela AGEVAP (Edital Nº 004/2018) e ao já concedido auxílio financeiro.

Palavras-chave: Fotofluorescência da Clorofila, Estratificação da temperatura, Fitoplâncton, Sistema Embarcado, Monitoramento Ambiental.

Introduction: The supply of drinking water for consumption is based on the treatment of raw water. The latter comes from frequently degraded wellsprings, subject to the event of an accelerated growth of phytoplankton, which, in turn, is influenced by the temperature variation. The metabolic products derived from some of its species produce toxins capable of causing disruption to the human being, thus affecting public health. This accelerated growth also has negative consequences on the efficiency and cost of water treatment. Objective: To develop a floating unit for the monitoring of water reservoirs and wellsprings, aiming at the estimation of phytoplankton volume, in the surface layer, and temperature monitoring at multiple depths. Bibliographical Review: Coastal lagoon systems are generally characterized by low depths of the water column where important geochemical processes such as eutrophication, algal bloom and nutrient cycling occur. The temperature decreases exponentially as a function of depth, being a determining factor in the occurrence of these processes. The monitoring of in situ phytoplankton growth is characterized as a basic problem in hydrological science. Methodology: a bibliographic research on the development of sensors and techniques for estimating phytoplankton volume, followed by an experimental stage involving the development of the system (hardware and software), its calibration and performance tests. Results: Taking base the comparison of the technical specifications was choosed of the ESP8266 as the microcontroller and the DS18B20 as the temperature sensing element. Thebuilt-in photofluorescence sensor has been inspired by guidelines available in the literature. The prototype of the embedded system was modeled, designed, built and programmed. During the calibration of the constructed sensor, an R2 of 0.90 was obtained. The field tests were carried out in two events at different times and places reaching the expected results. Conclusion: A development project was carried out that materialized the knowledge in a specific application, which involved the development, the constructive practice and the use of the product. The built prototype was presented with a reproducible and economical equipment, meeting the proposed objectives. This project will continue, due to its approval by AGEVAP (Call Notice No. 004/2018) and to the already granted financial aid.

Keywords: Chlorophyll Photofluorescence, Temperature Stratification, Phytoplankton, Embedded System, Environmental Monitoring.

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