Prever as mudanças futuras na qualidade da água

À medida que o impacto das alterações climáticas e da utilização dos solos continua a prejudicar os ambientes aquáticos, torna-se cada vez mais importante medir e monitorizar as alterações na qualidade da água. Quando o Instituto da Água da Dublin City University (DCU) estava a desenvolver a sua nova tecnologia de laboratório móvel, com o objetivo de ajudar a prever as mudanças futuras na qualidade da água, o mesmo recorreu a um especialista em motores e acionamentos de precisão — a maxon — para obter ajuda.

O projeto foi liderado pela Professora Fiona Regan, Joyce O’Grady, estudante de doutoramento na DCU, e pelo Dr. Nigel Kent, então Diretor do Centro de Investigação e Empreendimento em Engenharia (engCORE) no Instituto de Tecnologia Carlow. O Marine Institute irlandês patrocinou o projeto, que envolveu o estudo de sítios de água doce onde a qualidade é boa, e a monitorização de quaisquer mudanças que possam ter impacto no ecossistema.

O disco microfluídico centrífugo que atua como um laboratório móvel

A equipa desenvolveu um sensor para detetar níveis baixos de fosfato em bacias de captação selecionadas para a monitorização em tempo real. Os fosfatos são uma medida que indica a poluição por nutrientes e controlam o ritmo a que as algas e plantas aquáticas são produzidas.  Para misturar e medir a amostra de água e o fluido reagente, O’Grady e Kent desenvolveram um disco microfluídico centrífugo, que atua como um laboratório móvel, com seis testes por disco. A capacidade de utilizar um laboratório móvel reduz o risco de contaminação, proporciona um retorno mais rápido para os resultados e produz dados em tempo real. 

Quando precisaram de apoio para desenvolver o disco, Kent contactou Martin Leahy, Engenheiro de Vendas da maxon na Irlanda, que especificou um motor DC DCX de 22 mm e o robusto codificador ENX 10 EASY de 3 canais para o controlo necessário de alta precisão e velocidade. Também foram efetuadas modificações no comprimento do veio, uma vez que era necessário um veio mais longo, com uma aresta plana para montar o disco.

Era essencial que o motor pudesse rodar acima das 5000 a 6000 rpm, para conduzir os fluidos para o exterior do disco durante, pelo menos, 60 segundos e, no estágio de medição, indexar o disco através de incrementos de 60 graus com uma precisão inferior a 1 grau. O motor DC e o codificador fazem parte de um sistema de firmware integrado mais extenso. O sistema precisava de ser totalmente integrado com um manuseamento mínimo de amostras para diminuir a contaminação.

Leahy também apresentou à equipa o Young Engineers Program (YEP) da maxon. O programa, destinado a estudantes e start-ups, apoia projetos inovadores com sistemas de acionamento elétrico. O mesmo oferece apoio técnico, produtos maxon a preços com desconto e oportunidades de promoção nos canais maxon.

Joyce O'Grady, estudante de doutoramento na DCU

“Presumi que os preços seriam uma barreira, mas o YEP ajudou a simplificar esta questão, uma vez que os produtos maxon sempre fizeram parte da minha lista de desejos. O nível de personalização disponível, especialmente em volumes tão baixos, foi impressionante, e os conselhos de Martin foram inestimáveis para o projeto”, acrescentou Kent. “Anteriormente, só tinha considerado os produtos maxon em aplicações finais, mas não para prototipagem.”

O sensor está agora completamente validado e os estudos prosseguem noutras áreas com o dispositivo completo. Foi concluído um estudo no rio Liffey e está previsto outro numa área de captação inferior. O sistema será replicado para mais quatro estudos, a fim de completar o projeto no seu quinto ano.

“A Indústria 4.0 está a assumir presença em muitas indústrias diferentes. O tipo de sistema que Joyce está a desenvolver será predominante; os sensores autónomos que se podem deixar no exterior e obter feedback em tempo real sobre o estado dos rios ou lagos irão desempenhar um papel muito importante em áreas como a Agricultura 4.0. Por exemplo, a natureza interligada da tecnologia, utilizando drones para uma pulverização mais inteligente, reduz o escoamento da água, o que ajuda a prevenir a poluição da água e protege os nossos recursos de água potável. Este será o foco da indústria durante a próxima década”, concluiu Kent, atualmente Professor Assistente na Escola de Engenharia Mecânica e de Fabrico na DCU.

A Dublin City University (DCU) faz parte do Beyond 2020, um grupo de investigação constituído por seis institutos irlandeses e britânicos, que examina novas tecnologias de monitorização de águas ambientais com o objetivo de compreender o papel dos ecossistemas aquáticos num ambiente global em mudança.