ISO/TS 24154 Primeira Edição 15 NOV 2005 Hidrometria Medição de velocidade e descarga líquida de rios com perfiladores acústicos Doppler 1 Âmbito de atuação Perfiladores Acústicos Doppler são instrumentos e pacotes de aplicativos utilizados para mensurar a velocidade da água, a batimetria do canal e a descarga líquida de rios. Esta especificação técnica reúne os princípios de operação, construção, manutenção e aplicação de perfiladores acústicos Doppler para medir velocidade e descarga líquida de rios. Além disso, discorre sobre tópicos de calibração e verificação. Aplica-se a medições de fluxo em canais abertos com um instrumento acoplado a uma embarcação em movimento. Não se aplica a medições de fluxos líquidos em pequenos canais ou tubulações parcialmente preenchidas, utilizando um único medidor de fluxo baseado em Efeito Doppler, localizado em um ponto fixo da seção transversal. 2 Referências Normativas Os documentos referenciados na norma ISO abaixo são indispensáveis para a correta aplicação deste documento. Quanto às edições obsoletas nela contidas, apenas as atuais se aplicam. Para as referências sem menção de data, aplica-se a última edição do documento referenciado (incluindo qualquer emenda). ISO 772, Designações Hidrométricas Vocabulário e símbolos 3 Termos e definições Para os propósitos deste documento, aplicam-se os termos e definições fornecidos na norma ISO 772, acrescidos dos seguintes. 1
3.1 Efeito Doppler (em geral) Alteração na frequência de uma fonte sonora à medida que ela se aproxima ou se afasta de um observador. 3.2 Efeito Doppler (em instrumentos acústicos baseados no Efeito Doppler) Divergência ou alteração na frequência de ondas sonoras emitidas quando elas são refletidas de volta por contato com partículas em movimento presentes na água. 3.3 Medidores de fluxo baseados no Efeito Doppler Categoria de instrumentos que utiliza o princípio do Efeito Doppler para calcular velocidade da água ou descarga líquida. Nota: Estes instrumentos podem ser dispostos em um ponto fixo da seção transversal ou em uma embarcação em movimento. 3.4 Perfilador Acústico Doppler PAD Instrumento que utiliza o princípio do efeito Doppler para calcular velocidade da água e descarga líquida. Nota: Esse instrumento é geralmente acoplado a uma embarcação que percorre o canal do rio em uma trajetória perpendicular ao fluxo. 3.5 Amostra acústica Série de pulsos acústicos, de uma dada frequência, transmitidos por um instrumento acústico Doppler. 3.6 Vertical de amostragem Coleção de amostras acústicas. Nota: Devido a um relativamente elevado nível de erro resultante de medições oriundas de uma única amostra acústica, os resultados de mais de uma dessas amostras são geralmente tomados pela média, para se obter uma medição individualizada. 2
3.7 Travessia Coleção de verticais de amostragem advinda de uma única passagem realizada ao longo da transversal de um rio, lago ou estuário. Nota: Ao medir uma correnteza com um PAD, uma travessia pode se constituir em uma medição individual de descarga líquida. 4 Histórico Instrumentos acústicos Doppler para medição de velocidade da água têm sido utilizados nos últimos 25 anos, inicialmente no estudo de correntes e estuários oceânicos. Nos anos 1980, instrumentos acústicos Doppler começaram a ser utilizados para realizar medições de velocidade a partir de embarcações em movimento (GORDON, 1989; SIMPSON, 1993). Os primeiros foram instrumentos acústicos Doppler de banda de freqüência estreita, os quais exigiam águas profundas (superiores a 3,4 m de profundidade). Isso limitava o seu uso a rios profundos e estuários. Em 1992, um instrumento acústico Doppler mais avançado, conhecido como um perfilador de corrente acústico Doppler de banda larga, foi desenvolvido para poder ser utilizado em medições de velocidade em águas rasas (até 1,0 m de profundidade) com um elevado grau de resolução vertical (0,10 m). Durante toda a década de 1990, perfiladores acústicos Doppler foram ininterruptamente desenvolvidos e intensificados por diversos fabricantes. Esses instrumentos têm sido aperfeiçoados desde unidades muito incômodas e pesadas que tinham 1 m de comprimento e pesavam algo em torno de 50 kg, até atingirem unidades compactas e leves com 14 cm de comprimento e peso de 7 kg. Os perfiladores acústicos Doppler agora incluem instrumentação acústica avançada, projetada especificamente para utilização em rios, bem como aplicativos para determinar em tempo real e durante um pós-processamento, as medidas de velocidade e de descarga líquida de rios. Perfiladores acústicos Doppler (3.3) são utilizados costumeiramente para medirem descarga líquida em estuários, rios e canais onde técnicas convencionais de medição de descarga líquida são ou muito dispendiosas ou impossíveis devido à estratificação do fluxo. Eles são, também, comumente utilizados para medir descarga líquida em grandes rios, em parte devido à economia de custos e à redução de incertezas atribuídas a mudanças menores nos valores de descarga líquida durante as medições. 5 Princípios de operação Em medições realizadas com o uso de embarcações em movimento, o instrumento acústico Doppler é acoplado a uma embarcação (geralmente um barco motorizado) que se move ao longo do corpo hídrico em direção perpendicular à da corrente cujo valor está sendo medido. As velocidades pontuais da água são medidas pelo instrumento acústico Doppler, o qual transmite pulsos acústicos ao longo de três ou quatro feixes direcionais, em uma freqüência constante, situada entre 75 khz e 3.000 khz. Esses feixes direcionais estão posicionados com ângulos horizontais precisos entre si (120 para os instrumentos de 3 feixes e 90 para os de 4 feixes), conforme consta na Figura 1. Os feixes estão posicionados sob um ângulo conhecido com relação à vertical, normalmente 20 ou 30. O instrumento detecta e processa ecos ao longo de toda a coluna d água percorrida por cada feixe. 3
Figura 1 Representação esquemática de um instrumento acústico Doppler com uma configuração de 4 feixes. A alteração na frequência entre ecos sucessivos é proporcional à velocidade relativa entre o instrumento acústico Doppler e a matéria em suspensão na água, a qual reflete os pulsos de volta para o instrumento. Essa troca de frequência é conhecida como Efeito Doppler. O instrumento acústico Doppler utiliza o Efeito Doppler para calcular uma componente da velocidade da água ao longo de cada feixe, e o aplicativo do sistema calcula a velocidade da água em três direções utilizando relações trigonométricas. As velocidades são estabelecidas em intervalos predeterminados chamados compartimentos, ao longo do percurso acústico. Os parâmetros de inicialização do instrumento podem ser ajustados para otimizar o sistema para cada seção transversal de rio a ser medida. Estes parâmetros incluem a altura das células pertinentes a cada medição vertical, a quantidade dessas células, o número de amostras acústicas e os comandos referentes à velocidade. As medições de velocidade da água incorporam ambas as velocidades: a real da água e a do barco. Esta velocidade pode ser medida utilizando o Efeito Doppler a partir de pulsos acústicos distintos refletidos a partir do leito do rio. Essa técnica, referida como rastreamento de fundo, é frequentemente utilizada; seu uso inicial ocorreu com os primeiros sonares, para medir a velocidade de uma embarcação em movimento. Em complemento à medição de velocidade do barco, a profundidade do rio é estimada a partir da amplitude dos ecos de rastreio de fundo (ecos que retornam desde o leito). Sistemas de posicionamento global diferenciais de tempo real (DGPS sigla a partir do original, em inglês 1 ) provêem uma técnica alternativa para medir a velocidade do barco. Quando o instrumento acústico Doppler é utilizado para medir vazões, ele transmite uma série de pulsos acústicos conhecidos como amostras acústicas (3.5). Aquelas destinadas a medir velocidades da água são conhecidas como amostras acústicas d água, e as correspondentes para medir velocidade do barco são conhecidas como amostras acústicas de rastreio de fundo. Normalmente, amostras acústicas d água e de rastreio de fundo são intercaladas durante a transmissão. Um grupo dessas amostras acústicas intercaladas, d água e de rastreio de fundo, é referido como uma vertical de amostragem (3.6). O usuário ajusta o número de amostras acústicas, d água e de rastreio de fundo, por vertical de amostragem. Uma vertical de amostragem é coincidente com uma coluna vertical em uma medição de descarga líquida convencional. Por exemplo, uma vertical de amostragem típica é composta de uma combinação de amostras acústicas d água e de rastreio de fundo. As velocidades e profundidades medidas para cada amostra acústica são tomadas em média para produzir um perfil individual de velocidade e profundidade para cada vertical de amostragem. Em uma medição de descarga líquida convencional, a velocidade é medida em um ponto na vertical quando a profundidade é inferior a 0,8 m, e em dois, três ou cinco pontos na vertical, quando superior a esse valor. Dependendo das suas características, um perfilador acústico Doppler pode medir velocidades a cada 0,25 m na vertical; assim, uma vertical de amostragem para uma coluna com 10 m de profundidade pode conter até 34 medidas de velocidade. 1 Nota explicativa do Tradutor. 4
6 Aplicação de perfiladores acústicos Doppler para medir descarga líquida de rios 6.1 Instrumentação e requisitos dos equipamentos Efetuar medidas de descarga líquida com perfiladores acústicos Doppler requer três partes principais do equipamento: o instrumento acústico / conjunto transdutor, uma embarcação para acoplar o instrumento, e um computador portátil. O instrumento inclui uma cápsula pressurizada que contém a maior parte dos componentes eletrônicos e um conjunto transdutor (veja a Figura 1). O conjunto transdutor pode ter um invólucro convexo ou côncavo. Os instrumentos vêm em uma variedade de tamanhos, configurações de feixe direcional, e frequências, de acordo com o tamanho, as características dos rios a serem medidos e o tipo de emprego. As unidades pequenas são inferiores a 30 cm de altura e pesam cerca de 7 kg; as grandes possuem 1 m de altura e pesam 50 kg. O tipo de perfilador acústico Doppler empregado depende do rio a ser medido. Para rios pequenos, o sistema pode ser montado no fundo de um pequeno barco, jangada ou catamarã. Um motor de popa pode acionar o barco ou uma corda pode ser utilizada para puxar um pequeno barco amarrado e o sistema de medição ao longo da seção transversal do rio. Prender uma corda em cada margem ou atravessar o rio com uma única corda a partir de uma ponte ou duto podem ser meios para um emprego com uso de amarração. As medições em grandes rios exigem que o perfilador acústico Doppler esteja suspenso sobre a coluna d água a partir de uma haste de suporte presa a um barco, movido a gás ou com motor a diesel. Exemplos destes dois tipos de implantação são mostrados na Figura 2. O aplicativo do sistema processa e exibe uma grande quantidade de dados, logo um computador portátil com um mínimo de 200 MHz de processador e acima de 64 MB de memória RAM, é recomendado. A tela do computador deve ser visível sob luz solar direta ou difusa. Figura 2 Fotos mostrando perfiladores acústicos Doppler implantados em um pequeno barco amarrado (A) e em um barco a motor (B). 6.2 Fazendo a medição Uma medição de descarga líquida é feita com um perfilador acústico Doppler, atravessando a seção transversal do rio, acoplado a um barco a motor ou a um pequeno barco amarrado. Uma única passagem, chamada de travessia (3.7), consiste de uma coleção de verticais de amostragem. Uma travessia típica conterá de 300 a 1.000 verticais de amostragem, enquanto uma medição de descarga líquida convencional normalmente conterá de 25 a 30 verticais. Quando se mede em 5
condições de fluxo relativamente regular, quatro travessias são feitas em cada local de medição. Pares de travessias, em posições recíprocas, são utilizados para minimizar qualquer viés direcional que possa estar presente. Se a descarga líquida medida em uma dada travessia variar mais que 5 % em relação à média de todas as travessias, uma segunda sequência de quatro travessias é realizada. A média das descargas líquidas de todas as travessias é utilizada como a descarga líquida medida. O tempo necessário para fazer quatro travessias com um perfilador acústico Doppler é normalmente inferior a 30 min, enquanto uma medição de descarga convencional pode levar de 1 h a 2 h ou mais. Sob condições de fluxo instável ou sujeito a mudanças bruscas, uma única travessia pode ser utilizada como a correspondente à medição de descarga líquida. Entretanto, duas a quatro medidas oriundas de travessias isoladas devem ser feitas para ajudar a definir e verificar a curva-chave de descarga líquida numa estação de controle. 6.3 Calculando as medidas Perfiladores acústicos Doppler possuem algumas limitações para medir descargas líquidas numa seção transversal de um rio. Eles não conseguem medir as velocidades da água próximo à superfície e junto ao leito. As velocidades da água próximo à superfície não são medidas devido à geometria do transdutor (profundidade da face do transdutor abaixo da superfície d água) e à distância do instrumento correspondente a um vazio de medição. Essa distância vazia é igual à distância percorrida pelo sinal sonoro quando a vibração do transdutor durante as transmissões evita que o transdutor receba ecos ou sinais de retorno. A perda pela geometria do transdutor pode variar desde 0,2 m a 1 m e a distância vazia é de 0,3 m. A velocidade em local próximo ao leito do rio não consegue ser medida devido à interferência dos lóbulos laterais de energia sonora distantes de 30 a 40 em ângulo a partir do feixe principal. Os reflexos energéticos desses lóbulos laterais a partir do leito do rio sobrepõem os ecos do feixe principal refletidos em partículas próximas ao fundo da coluna d água. Os efeitos da geometria, da distância vazia, e da interferência de lóbulo lateral são mostrados na Figura 3. Legenda 1 Lóbulo lateral 6
2 Feixe principal 3 Máximo alcance de inclinação 4 Geometria 5 Distância vazia 6 Área de medição da descarga líquida 7 Interferência de lóbulo lateral 8 Leito do rio Figura 3 Diagrama esquemático de áreas onde a velocidade não é medida, próximo à superfície da água e junto ao leito do rio. No intuito de medir descargas líquidas de modo mais acurado, as velocidades nos locais próximos à superfície da água e ao leito do rio devem ser estimadas. O método constante e o método da lei de potência são os mais comumente utilizados para estimar as velocidades da água em locais próximos à superfície da água ou ao fundo. Com o método constante, a velocidade na superfície ou no fundo é considerada como igual à velocidade da primeira ou da última célula, respectivamente. Esse método não é considerado apropriado para estimar as velocidades em locais próximos ao fundo porque não representa com exatidão as distribuições verticais típicas para um perfil de velocidades de um fluxo em canal aberto. Num fluxo de canal aberto, a velocidade se aproxima de zero à medida que se atinge o fundo. O método da lei de potência é baseado numa distribuição de velocidades da lei de potência. Nesse método, um ajuste com mínimos quadrados tomado a partir das velocidades d água medidas é obtido utilizando a distribuição de velocidade da lei de potência. O usuário pode selecionar o expoente da função, o qual está normalmente ajustado para 1/6 [2]. A função é, então, utilizada para estimar velocidades na parte não medida da coluna d água. Conceitualmente, o método da lei de potência é melhor para estimar a parte não-medida da coluna d água próxima ao fundo. Perfiladores acústicos Doppler também não medem velocidades da água próximas às margens da seção transversal do rio que está sendo medida. Se a área correspondente à descarga líquida não medida é assumida como sendo triangular, a velocidade para a seção não medida, ve, é estimada pela equação de Referência [13]: ve = 0,707 vm (1) onde vm é a velocidade média na primeira ou na última vertical de amostragem. A presunção de que a área de fluxo não medida seja triangular é razoável para muitas seções transversais de rios onde o fundo gradualmente inclina-se para cima em direção à margem. Entretanto, algumas vezes a borda da água é uma parede vertical, tal como um abismo marítimo. À medida que o instrumento acústico Doppler se aproxima de uma parede vertical, os feixes acústicos colidem com essa parede e causam um falso retorno de fundo. A distância na qual os feixes acústicos colidem com essa parede depende da profundidade da água no local próximo à parede e da orientação dos transdutores no instrumento em relação à parede. Essa distância é normalmente igual à profundidade do canal. Velocidades para a borda não medida das seções poderiam, então, ser estimadas pelo ajuste ve = vm. Entretanto, isso não é inteiramente exato porque a velocidade, de fato, decresce até zero à medida que a parede se aproxima. Portanto, para as medições descritas nesta Especificação Técnica, velocidades próximas a paredes verticais foram estimadas pela equação seguinte: ve = 0,91 vm (2) O coeficiente de 0,91 fora estimado por meio dos dados apresentados na Referência [9], mostrando a relação da distância desde uma parede lisa expressa como a razão entre a profundidade e 7
velocidade vertical média. A descarga líquida estimada para a borda, qe, pode, então, ser estimada utilizando a equação: onde: qe = (C vm L dm) (3) C é o coeficiente igual a 0,707 ou 0,91, de acordo com a forma do canal; vm é a velocidade média na primeira ou na última vertical de amostragem; L é a distância até a margem, a partir da primeira ou da última subseção medida com o PAD (3.4); e dm é a profundidade da primeira ou da última subseção medida com o PAD. dm é medida pelo PAD. L é medida com um cabo metálico graduado ou um dispositivo similar de medição. Os pacotes de aplicativos desenvolvidos para perfiladores acústicos Doppler proporcionam procedimentos para estimar a descarga líquida não medida; eles normalmente incluem algoritmos opcionais para estimar descargas líquidas não medidas próximo às extremidades da seção transversal, descargas líquidas não medidas devido à interferência de lóbulo lateral, e descargas líquidas não medidas devido a distâncias vazias e à geometria do transdutor. A tela do aplicativo normalmente proporciona uma comparação entre a descarga líquida medida e a descarga líquida estimada para cada uma das áreas não medidas. 7 Fatores que afetam a operação e a precisão Os fatores que afetam o desempenho de perfiladores acústicos Doppler para medições de velocidade e descarga líquida de rios podem ser divididos quanto às características do instrumento e do aplicativo que o acompanha, às características do rio que está sendo medido, e à formação e à experiência dos operadores do sistema. 7.1 Características do perfilador acústico Doppler 7.1.1 Transdutores ou feixes Instrumentos acústicos Doppler estão disponíveis em configurações de três e de quatro feixes. O cálculo de velocidade em três dimensões requer pelo menos três feixes acústicos. O quarto feixe da configuração Janus fornece um feixe redundante que é usado para calcular um erro na velocidade. O erro na velocidade é usado para verificar se o fluxo é homogêneo dentro da pegada dos quatro feixes. Um erro na velocidade significativo poderia indicar fluxo extremamente turbulento ou uma velocidade de feixe ruim ou corrompida. O ângulo dos feixes a partir da vertical (normalmente 20 ou 30 ) afeta o desempenho do sistema. Quanto maior o ângulo, aumenta o cone do raio e o montante da coluna de água que está sendo medida; entretanto, também aumenta a interferência dos lóbulos laterais. A perda de escala de perfis verticais devido à interferência dos lóbulos laterais é de 15%, com um ângulo de 30, e de 6%, com um ângulo de 20. 8
7.1.2 Tamanho e frequência O tamanho e a frequência do perfilador acústico Doppler a ser utilizado depende das características do rio que está sendo medido e da plataforma utilizada para a implantação. Em rios profundos, uma unidade grande montada em um barco a motor é utilizada. A profundidade do rio determina a frequência do sistema a ser usado, pois quanto maior a frequência do sinal transmitido, maior é a atenuação do sinal acústico e, portanto, menor a faixa utilizável. Uma unidade de 300 khz pode ser usada para uma profundidade de 130 m, enquanto uma unidade de 1.200 khz pode ser usada para uma profundidade de cerca de 20 m. Um perfilador de 300 khz normalmente tem invólucros com tamanho mínimo de 0,20 m a 1,0 m. Um perfilador de 1.200 khz utiliza invólucros com tamanho mínimo de 0,05 m a 0,25 m. Pequenos rios com fluxo tranquilo podem ser medidos com perfilador acústico Doppler instalado em pequena lanchas ou barcos com amarração ou catamarãs. Novos modelos de sistemas de 1.200 khz e 1.500 khz são capazes de medir rios com profundidades tão rasas quanto 0,3 m. 7.2 Características do rio e do canal As características do rio e do canal irão afetar o desempenho e o funcionamento de perfiladores acústicos Doppler para a tomada de medidas de velocidade e de descarga líquida. Um rio com um canal central muito profundo e canais laterais rasos ou bancos de areia pode causar problemas para a medição com um sistema único, pois a frequência ideal e a configuração dos parâmetros internos do sistema será diferente para as partes profunda e rasa do canal. Isso pode adicionar um grau de incerteza às medições. A incerteza sobre a descarga líquida também é afetada pelo grau de flutuações turbulentas presente no trecho do rio. Essas flutuações de velocidade e de fluxo não são incomuns e podem ser medidas pelo perfilador. Flutuações geralmente não são perceptíveis em medições de descarga líquida realizadas com as técnicas convencionais da área de velocidade. O número de partículas em suspensão na água pode afetar a incerteza da medição de velocidade. Muito poucas partículas podem resultar em um número limitado de sinais de retorno oriundos de cada célula das verticais de amostragem, embora haver muito poucas partículas seja algo raro. Excesso de partículas em suspensão é a ocorrência mais comum, especialmente durante os fluxos de inundação. A penetração dos pulsos acústicos para profundidades mais baixas é reduzida com o aumento da concentração de sedimentos em suspensão. Rios com uma grande parte da carga de sedimentos transportados como arrasto de fundo, ou com concentrações elevadas de sedimento perto do leito, apresentam outros problemas [8]. Nesses casos, as medições de rastreio de fundo estão contaminadas com retornos de sedimentos próximos ao leito. Como resultado, medições de rastreio de fundo da localização do barco estarão localizadas à montante da verdadeira localização e medidas de velocidade tenderão a ser baixas porque o perfilador acústico mede não apenas a velocidade do barco, mas também a velocidade dos sedimentos se movendo perto do leito. A mudança de configuração do leito móvel impede o modo de rastreamento de fundo do perfilador acústico Doppler de medir com precisão a travessia da plataforma de medição e a largura do rio. Um DGPS pode ser usado para medir a posição e a velocidade do barco, porém, utilizar uma velocidade de referência externa introduz erros potenciais adicionais na velocidade da água e nas medições de descarga líquida. 9
7.3 Formação e experiência dos operadores Como acontece com qualquer equipamento de medição de velocidade e de descarga líquida, a precisão das medições de velocidade e de descarga líquida feitas com um perfilador acústico Doppler depende da formação e da experiência dos operadores. Isto inclui ambos os operadores do barco e do sistema, quando um barco a motor é usado em grandes rios. O operador do barco deve ter experiência suficiente para manter um curso exato, durante a operação do barco, a uma velocidade mais lenta do que a da corrente medida. O operador também deve operar a embarcação de modo a minimizar os movimentos de sobe e desce da proa também conhecido como arfagem 2, e de giro em torno do eixo longitudinal, os quais podem, ao contrário, reduzir a precisão da medição. Um operador experiente é necessário para configurar o perfilador acústico Doppler no intuito de otimizar as medições diante das condições do rio. Isso inclui configurar o modo de medição do instrumento e os parâmetros de amostragem programáveis, incluindo a altura das células, o número de células em cada vertical, o tempo de amostragem, e a referência de velocidade. 8 Verificação Uma limitação dos perfiladores acústicos Doppler é a falta de um sistema de calibração e de verificação independente. A calibração é limitada às especificações fornecidas pelos fabricantes. A verificação é efetuada por vários métodos. Medições de descarga líquida de perfiladores acústicos Doppler são verificadas por meio de medições comparativas utilizando técnicas tradicionais de medição de velocidade-área (ver ISO 748). Na maioria dos rios, isso consiste de diversos grupos fazendo sondagens de profundidade e medições de velocidade com medidores de corrente de eixo vertical ou horizontal, ao longo de uma seção transversal medida, enquanto a medição do perfilador acústico Doppler está sendo feita. Esta técnica oferece uma comparação da descarga líquida medida pelo perfilador acústico Doppler, mas não fornece uma medição independente do perfil de velocidade. O Escritório de Hidrologia na China fez alguns testes comparativos com ambos os perfiladores acústicos Doppler os fixos e os acoplados em pequenos barcos, e com medidores de corrente convencionais. Eles avaliaram as velocidades em pontos diferentes na vertical, bem como a distribuição de velocidade global, e eles encontraram uma boa correlação entre as velocidades obtidas por perfiladores acústicos Doppler e por medidores convencionais [1]. As medições de velocidade de perfiladores acústicos Doppler são verificadas, em certa medida, nos tanques de reboque que são utilizados para calibrar medidores de corrente de eixo horizontal e vertical, e para a concepção de embarcações navais. Os perfis são montados em um carrinho de reboque e rebocados através do tanque a uma velocidade constante. No entanto, um relativamente largo e profundo (acima de 4 m) tanque de reboque é necessário para evitar interferência de fundo e de paredes laterais. Variação na retrodispersão do material introduzido no tanque de reboque para os testes causou algumas incertezas. Alguma verificação de perfiladores acústicos Doppler fora realizada pelo Centro de Pesquisa Geológica dos EUA (USGS sigla a partir do original, em inglês 3 ) e pelo Serviço Oceânico Nacional [11] com base na bacia-modelo David Taylor, em Carderock, Maryland. A bacia-modelo possui 15,5 m de largura e 6,7 m de profundidade. O Centro de Pesquisa Geológica dos EUA também está investigando um método de campo para verificar perfiladores acústicos Doppler [6]. O método utiliza um DGPS com precisão horizontal submétrica para verificar a distância e a velocidade de um perfilador acústico Doppler percorrendo uma travessia de 400 m a 800 m em um lago ou outro corpo hídrico com correntes mínimas. 2 Nota explicativa do Tradutor. 3 Nota explicativa do Tradutor. 10
9 Construção Em geral, perfiladores acústicos Doppler consistem de um conjunto transdutor e um pacote de componentes eletrônicos. Os transdutores devem ser imersos em água para os perfiladores acústicos Doppler funcionarem. Por esta razão, os componentes eletrônicos são geralmente alojados em uma cápsula pressurizada, feita de alumínio ou de plástico. A eletrônica dentro de um perfilador acústico Doppler inclui elementos como uma CPU e um firmware, uma bússola controladora de fluxo, e um sensor de arfagem e de giro longitudinal. O conjunto transdutor é, muitas vezes, diretamente ligado à cápsula pressurizada, e também pode ser feito de alumínio ou de plástico. O conjunto transdutor é preso à cápsula pressurizada. Anéis de vedação são usados para fornecer uma vedação estanque entre o conjunto transdutor e a cápsula pressurizada. A maioria dos perfiladores acústicos Doppler também possui um tampão de fundo localizado na extremidade oposta da cápsula pressurizada. A remoção desse tampão permite acesso aos componentes eletrônicos para manutenção. Anéis de vedação também são usados para fornecer uma vedação estanque entre o tampão de fundo e a cápsula pressurizada. Um cabo de comunicação está ligado à cápsula pressurizada através de um conector à prova d'água localizado no tampão de fundo. O cabo de comunicação permite aos usuários configurar os perfiladores acústicos Doppler usando um aplicativo processado em um computador portátil e permite ao sistema transmitir dados para o computador portátil visando um pós-processamento. 10 Manutenção Como acontece com muitos instrumentos eletrônicos, perfiladores acústicos Doppler não devem ser submetidos a graves choques físicos. Eles devem estar devidamente protegidos quando em uso e durante o transporte. Após cada uso, devem ser secos e seguramente embalados em uma caixa de proteção. Em geral, os perfiladores acústicos Doppler não necessitam de manutenção intensiva. Vários dos procedimentos de manutenção comuns estão listados abaixo. a) Inspecione e lubrifique os selos dos anéis de vedação. Se os selos se tornarem rachados ou desgastados, eles devem ser substituídos imediatamente. b) Inspecione o conjunto transdutor em busca de rachaduras, afundamentos, e descamação do revestimento estanque de uretano. Se forem encontradas quaisquer anomalias que possam afetar a estanquidade dos transdutores, a unidade deverá ser devolvida ao fabricante para reparo. c) Verifique os anodos de zinco quanto à corrosão. Anodos provavelmente devem ser substituídos a cada seis meses, se eles estão sendo usados em água salgada. d) Periodicamente, limpe o perfilador acústico Doppler com água ensaboada limpa. 11
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