Relatório prestação de serviços BRISA Introdução. Joana Ribeiro Silva Pereira

Transcrição

1 Introdução Esta prestação de serviços teve como principal objectivo calibrar seis sensores de fibra óptica em rede de Bragg. Para tal, foram realizadas experiências em laboratório que pretenderam simular a situação real de transporte de sedimentos na zona de swash. Estes ensaios foram realizados numa tina de forma paralelepípeda com base 5cm x 8cm e de altura 7cm (figura 1). Foram divididos em duas partes, uma caracterizando a enchente, sendo que cada medição foram adicionadas camadas de cinco cm de sedimento mais cinco cm de água; e outra relativamente à baixa-mar em que se retirou progressivamente, sem remoção de sedimento, em cada medição um volume de água igual a 4 litros. Fig. 1- Tina de forma paralelepípeda. Os resultados obtidos relativamente à primeira parte do trabalho (aumento do volume de sedimentos e de água) no caso dos sensores 3 e 4, foram conclusivos e permitiram caracterizar o comportamento destes sensores. Na segunda parte, os resultados não foram concludentes tendo em conta as respostas destes sensores (3 e 4), sendo que não se consegue aferir nada sobre o comportamento dos mesmos na baixa-mar, ou no movimento de backwash realizado pelas correntes de retorno.

2 Quantidade de Sedimento (%) Caracterização do sedimento >1 mm 1-5 mm 5-25 mm mm mm <63 mm Tamanho dos graus do sedimento Histograma 1- Caracterização do sedimento utilizado. Para o conhecimento do tipo de granulometria e, consequentemente, o tipo de sedimento utilizado nos ensaios foram realizadas medições em laboratório. Os resultados apresentados no histograma 1 demonstram que o sedimento é constituído na maioria por grãos com espessura 5-25 mm (8.32%), ou seja, é um sedimento constituído por grãos médios. Calculou-se também, em laboratório, a porosidade do sedimento, sendo que esta medida é fundamental no cálculo da pressão exercida pela coluna de água + sedimento nos sensores. Para tal, pesa-se o sedimento seco e através da densidade ( ) calcula-se o volume da amostra seca. Posteriormente, vai-se adicionando água até o sedimento estar saturado, medindo o volume adicionado. Calcula-se a porosidade através da equação 1: Equação 1 Por fim, o resultado do cálculo da porosidade por média corrida foi de.351.

3 Caracterização dos sensores de rede de Bragg Sensor Comprimento de onda (λ) Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor de Temperatura 1546 É estritamente necessário efectuar-se os ensaios com um sensor de temperatura, também de fibra óptica, ao nível dos sensores de rede de Bragg, isto porque estes têm uma sensibilidade térmica de.18 nm/ C, ou seja, são muito sensíveis a alterações de temperatura, o que provoca erros no tratamento de dados se não forem efectuados os devidos descontos. Tratamento de dados O tratamento dos dados obtidos é idêntico nas duas partes do trabalho. Para a primeira parte do trabalho: Calcula-se o valor corresponde da temperatura medido a partir do sensor térmico a partir da equação 2: Equação 2 Posteriormente, referencia-se os valores de temperatura ao primeiro ponto extraído, ΔT, (coluna de sedimento + água de altura 5cm mais uma coluna de água com altura de 5cm). Para retirar o efeito de temperatura nos sensores de rede de Bragg é necessário calcular ΔλT, multiplicando o ΔT, calculado anteriormente, pela sensibilidade térmica. Por fim, para se obter a variação de comprimento de onda (Δλ) referencia-se ao primeiro ponto e retira-se a variação do comprimento de onda devido à variação de temperatura (ΔλT).

4 Os gráficos efectuados são de pressão em função da variação de comprimento de onda devido à variabilidade de temperatura (ΔλT). O cálculo da pressão varia nas duas partes do problema. Na primeira, é necessário calcular a pressão devido a uma coluna variável de 5cm em 5cm de altura de sedimento + água mais a pressão exercida por uma coluna de água de altura 5cm. O último ponto calculado tem uma altura máxima da coluna de sedimento + água de 35 cm e uma coluna de água de 15 cm. Equação 3 Em que: Equação 4 Equação 5 Na segunda parte, o cálculo da pressão é ligeiramente diferente isto porque, neste caso, a coluna de sedimento + água é constante ( ), sendo retirada água de 4l em 4l, fazendo apenas variar a altura da coluna de água. É, então, necessário calcular a pressão da coluna de sedimento + água, que será constante até que o nível da água iguale a altura desta coluna. Quando a altura de água passa o nível do sedimento, o cálculo é feito tendo em conta à altura do nível freático (calculado teoricamente a partir da porosidade) considerando uma coluna de sedimento + água de altura X e uma coluna apenas de sedimento de altura 35-X.

5 Resultados Parte 1 9 Sensor 1 9 Sensor 2 9 Sensor Sensor 4 Sensor 5 Sensor Fig.2 Gráfico Pressão (hpa) vs. λ (nm) Com o aumento da pressão, o comportamento dos sensores é no sentido do aumento comprimento de onda. Através da análise deste conjunto de dados, é possível observar-se que os gráficos relativos aos sensores 3 e 4 são os que respeitam esta tendência. Tendo isto, serão apenas considerados os resultados obtidos destes dois sensores. Os restantes poderão estar descalibrados, ou o próprio material de que são constituídos pode ter perdido as suas qualidades de distensão com o aumento da pressão, sendo que estes já foram utilizados em experiências anteriores.

6 .35.3 Sensor 3 linear y = 4.1e-5*x Fig.3 Gráfico do sensor 3, na parte 1: λ (nm) vs. Pressão (pa). Sensibilidade do sensor 3 à pressão:.4.35 Sensor 4 linear y = 5.2e-5*x Fig.4 Gráfico do sensor 4, na parte 1: λ (nm) vs. Pressão (pa).

7 Sensibilidade do sensor 4 à pressão: Os resultados obtidos para a sensibilidade dos sensores 3 e 4 são respectivamente, e. Parte Sensor 3 linear.7 y = - 6.7e-5*x Fig.5 Gráfico do sensor 3, na parte 2: λ (nm) vs. Pressão (pa)..3 Sensor 4 linear.25.2 y = -.15*x Fig.6 Gráfico do sensor 6, na parte 2: λ (nm) vs. Pressão (pa).

8 Na segunda parte do trabalho, os resultados obtidos para os sensores 3 e 4 não são os esperados. À medida que se vai retirando água ao sistema é de esperar que os comprimentos de onda dos respectivos sensores diminuam com a diminuição de pressão, no entanto observa-se precisamente o contrário. Existe uma diminuição do comprimento de onda à medida que a pressão aumenta. Face a estes resultados, os sensores não serão calibrados para esta parte do trabalho. Conclusões Os resultados obtidos para a simulação da subida da altura da coluna de sedimentos saturada em água, com um nível acima desta de cinco cm de água são conclusivos. Os sensores 3 e 4 de fibra óptica têm uma boa resposta ao forçamento da pressão para esta parte do trabalho, com o aumento da pressão, o comportamento dos sensores é no sentido do aumento comprimento de onda. Para a segunda parte, em que apenas é retirada água ao sistema, o comportamento dos sensores seria, contrariamente, no sentido de diminuição do comprimento de onda, uma vez que há diminuição da pressão exercida nestes. No entanto, não é possível observar-se esta tendência. Uma possível justificação poderá ser o facto de haver uma menor variação de pressão quando esta é feita variar apenas pelo retiro de água ao sistema, visto que a pressão exercida pela água é muito menor quando comparada com a pressão exercida pelo sedimento. Em última análise, a calibração dos sensores apenas é feita para a primeira parte deste trabalho e em que a sensibilidade do sensor 3 e 4 à variação de pressão é, respectivamente, e.