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AQUICULTURA DE PRECISÃO – Sensor de última geração mede qualidade da água sem usar químicos

Atualmente, o sensor pode ser usado por parceiros e colaboradores do projeto (Foto: Embrapa)

Da Agência Embrapa de Notícias*

Pesquisadores da Embrapa Meio Ambiente (SP), em parceria com a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) e o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, campus Salto (IFSP), desenvolveram um sensor capaz de medir parâmetros de qualidade da água como clorofila, oxigênio dissolvido e turbidez, sem a necessidade de reagentes químicos, o que o torna mais sustentável e econômico. Trata-se de um equipamento optoeletrônico de última geração, baixo custo, fácil manutenção e tamanho reduzido, capaz de ser acoplado futuramente a drones.

Feito sob medida para os aquicultores brasileiros, o aparelho gera resultados mais precisos do que os obtidos por métodos tradicionais utilizados nos laboratórios para detecção analítica de compostos químicos. A tecnologia é fruto de uma das ações de pesquisa do BRS Aqua, o maior projeto científico em aquicultura do Brasil, com mais de 50 parceiros públicos e 11 empresas privadas.

O sistema é dotado de sondas ópticas de imersão que medem 1 cm de comprimento por 2,5 cm de diâmetro, pesando cerca de 300 g, uma fração do tamanho de sondas tradicionais do mercado, com cerca de 4,5 cm (comprimento) x 9,6 cm (diâmetro), pesando cerca de 1,8 kg. O novo sensor é acompanhado de um display de 1,15 cm (largura) x 6,6 cm (altura) x 2,83 cm (comprimento), aproximadamente.

Além da portabilidade, o equipamento é de fácil operação. Sensores optoeletrônicos presentes na sonda conseguem captar ondas de luz de diferentes comprimentos (multiespectrais) e, assim, detectam e quantificam a clorofila presente na água mesmo em baixas concentrações. Resultados similares poderiam ser obtidos em laboratório com um equipamento denominado fluorímetro, porém, o custo maior, a fragilidade do sistema óptico e as grandes dimensões do aparelho inviabilizariam o seu uso em áreas aquícolas.

Segundo o pesquisador da Embrapa Luiz Eduardo Vicente, por ser óptico, o sensor dispensa a necessidade de reagentes ou elementos químicos de excitação (eletroquímicos). Isso o torna uma alternativa interessante aos sensores tradicionais, como as sondas multiparâmetros, que têm custos mais elevados de aquisição e manutenção.

– Nosso sensor foi desenvolvido a partir de métodos espectrorradiométricos [medição de ondas de luz] para auxiliar os piscicultores na análise da qualidade da água com mais economia e eficiência. Em termos simples: utilizamos a luz e sua relação com os parâmetros da qualidade da água, clorofila, por exemplo, para medirmos a nossa amostra, sendo que conseguimos baratear e tornar o processo mais acessível por meio da utilização de microssensores optoeletrônicos aprimorados – detalha.

Protótipo já mede a clorofila na água

Vicente explica que já existe um protótipo pronto, testado, validado e apto a medir a clorofila, que é um dos parâmetros de qualidade da água mais importantes para o aquicultor. Além de essa medição ser uma exigência do Conselho Nacional de Meio Ambiente (Conama) para avaliação do impacto ambiental da atividade, ela é fundamental ao manejo da piscicultura. Uma grande quantidade de clorofila pode significar maior presença de algas ou cianobactérias, as quais podem prejudicar a saúde dos peixes e causar prejuízos econômicos aos piscicultores. Ademais, o aumento de algas e,  consequentemente,  de clorofila pode estar associado a fatores contaminantes como a presença de esgoto na água.

O pesquisador prevê que, em breve, o equipamento estará disponível no mercado, com uso em diferentes plataformas de coleta.

– Graças ao seu tamanho e peso reduzidos, está em nosso planejamento a utilização do sensor em drones. Ainda estamos aprimorando os métodos de coleta, mas basicamente o drone colocaria o sensor em contato com a água em voo baixo por pouco segundos e iria para outro ponto – planeja o cientista.

Atualmente, o sensor pode ser usado por parceiros e colaboradores do projeto. Após a sua finalização, a tecnologia estará disponível para empresas interessadas em produzi-lo e comercializá-lo.

Vicente acredita que o novo sensor será bem recebido pelos aquicultores, já que os custos para a realização de medidas de clorofila por métodos químico-destrutivos tradicionais são extremamente elevados para o produtor e para os órgãos de fiscalização. Pode chegar a mais de R$ 100,00 por amostra para apenas um parâmetro como a clorofila, o que restringe seu uso.

Conhecimento restrito a poucos centros de pesquisa

Os experimentos de validação e calibração envolvem novas técnicas, aprimoramento e desenvolvimento de equipamentos como os espectrorradiômetros recém-incorporados à Embrapa Meio Ambiente que trabalham com instrumentos tradicionais como espectrofotômetros e fluorímetros, disponíveis no parque laboratorial da Empresa, possibilitando o desenvolvimento dos novos sensores.

– Cabe ressaltar que o desenvolvimento de sensores é um ramo altamente especializado, que abrange desde o alto nível de conhecimento físico-químico e espectral dos alvos, até os princípios matemáticos e eletrônicos para a criação de sensores e instrumentos de medição. Esse tipo de conhecimento é dominado por apenas alguns centros de pesquisa no mundo – revela o cientista da Embrapa.

Os recursos financeiros para a realização desse trabalho vêm do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), por meio de seu Fundo Tecnológico (Funtec), da Secretaria de Aquicultura e Pesca do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (SAP/Mapa), em parceria com o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e da própria Embrapa.

Agricultura e a medição das ondas de luz

O pesquisador Luiz Vicente conta que o uso de geotecnologias e ferramentas de ponta na área de sensoriamento remoto, como a microeletrônica embarcada e a espectrorradiometria, são uma importante frente de inovação para a agricultura brasileira. Elas conjugam métodos de coleta e análise de amostras ambientais sem uso de químicos ou processos complexos de preparo e destruição das amostras, abrindo a possibilidade de uso de sensores de baixo custo que possam ser utilizados em rotinas no campo. Esses métodos são, de maneira geral, definidos como espectrorradiométricos e baseiam-se no registro da interação da luz, tecnicamente radiação eletromagnética, sobre os alvos em diferentes comprimentos de onda.

Conhecimento restrito a poucos centros de pesquisa

Os experimentos de validação e calibração envolvem novas técnicas, aprimoramento e desenvolvimento de equipamentos como os espectrorradiômetros recém-incorporados à Embrapa Meio Ambiente que trabalham com instrumentos tradicionais como espectrofotômetros e fluorímetros, disponíveis no parque laboratorial da Empresa, possibilitando o desenvolvimento dos novos sensores.

– Cabe ressaltar que o desenvolvimento de sensores é um ramo altamente especializado, que abrange desde o alto nível de conhecimento físico-químico e espectral dos alvos, até os princípios matemáticos e eletrônicos para a criação de sensores e instrumentos de medição. Esse tipo de conhecimento é dominado por apenas alguns centros de pesquisa no mundo – revela o cientista da Embrapa.

Os recursos financeiros para a realização desse trabalho vêm do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), por meio de seu Fundo Tecnológico (Funtec), da Secretaria de Aquicultura e Pesca do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (SAP/Mapa), em parceria com o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e da própria Embrapa.

Trabalho de parceiros

Além da Poli-USP e do IFSP, os estudos que levaram ao desenvolvimento do protótipo contaram ainda com a parceria da Plataforma Multi-institucional de Monitoramento das Reduções de Emissões de Gases de Efeito Estufa na Agropecuária (Plataforma ABC).

Vicente menciona que o trabalho contou com a colaboração de especialistas em microeletrônica e sensores, como a equipe do professor Walter Jaimes Salcedo, da Poli-USP, e do professor Mauro Sérgio Braga, do IFSP. Também participaram os especialistas em sensoriamento remoto e limnologia (estudo de rios e lagos) Ana Carolina Campos Gomes e Jorge Laço Portinho, contratados com recursos do projeto BRS Aqua.

O desenvolvimento foi realizado no âmbito da atividade “Sistema de espectrorradiometria e sensores remotos multi/hiperespectrais aplicados na instrumentalização da rede de pesquisa em monitoramento da aquicultura”, coordenada por Vicente, e parte do projeto “Manejo e Gestão Ambiental da Aquicultura”, coordenado pelo pesquisador da Embrapa Celso Manzatto.

(Foto: Foto: Divulgação Embrapa)

O primeiro usuário do sensor é o próprio projeto BRS Aqua.

– Atualmente, levamos meses entre coleta, análise e disponibilização dos dados em meio digital, sendo que com o uso do sensor num futuro próximo teremos como utilizar os dados em tempo quase real, cobrindo áreas bem maiores com menor custo –  destaca Luciana Spinelli, pesquisadora do projeto responsável pela elaboração da base de dados geoespaciais (disponibilizados na forma de mapas para acesso online).

*Com edição de Cerrado Rural Agronegócios