Por que é necessário testar a turbidez da água? Como o sensor de turbidez realiza esse teste?

Você sabia que a água limpa é essencial para a saúde humana, o ecossistema e o sistema de irriga??o? ?gua cristalina e com baixa turbidez é vital para o bem-estar da sociedade. Sensores de turbidez , portanto, desempenham um papel crucial na purifica??o da água. Um sensor de turbidez é um dispositivo que emite um feixe de luz sobre a água e detecta a luz dispersa em um determinado ?ngulo. Quanto maior a dispers?o da luz, maior será a turbidez.

Este artigo abordará a turbidez, sua import?ncia e diferentes métodos para medi-la. Também discutirá o impacto da alta turbidez em diversas áreas e regulamenta??es relacionadas à química da água.

1. A necessidade de testar a turbidez da água

1.1. Defini??o de Turbidez

A turbidez mede a clareza da água e indica a presen?a de partículas em suspens?o que bloqueiam a passagem da luz. Sensores de turbidez verificam a turbidez detectando os raios dispersos por essas partículas. Algumas partículas conhecidas aumentam a turbidez, incluindo algas, argila, lodo, sedimentos e matéria org?nica. A água mais turva tem uma aparência mais opaca, como mostrado na imagem abaixo.

A turbidez é um par?metro essencial que indica o grau de pureza da água em diferentes setores. Ela afeta a saúde das pessoas e a vida aquática. Os sensores de turbidez a medem em diferentes unidades. Aqui est?o duas delas:

• Unidade de Turbidez Nefelométrica:

A NTU (Unidade Nefelométrica de Turbidez) é a unidade mais comumente usada para medir a turbidez. Ela mede a quantidade de luz branca dispersa pelas partículas em suspens?o em um ?ngulo de 90 graus. Quanto maior o valor da NTU, maior a turbidez; quanto menor o valor, melhor a clareza. Se 1 litro de água contém 0,3 mg de partículas em suspens?o, isso equivale a 1 NTU.

• Unidade nefelométrica de formazina:

A FNU (Unidade Nefelométrica de Formazin) mede a turbidez em líquidos. Este tipo de sensor de turbidez utiliza luz infravermelha com um comprimento de onda de 860 nm em vez de luz branca. A vantagem disso é que este tipo de sensor de turbidez n?o é afetado pela presen?a de água. A faixa de medi??o normal de um sensor de turbidez é de 0,01 FNU a 4000 FNU. A FNU é uma referência do método de turbidez ISO 7027 (europeu). De acordo com a OMS, o valor médio de turbidez na água potável é de 0,2 a 1 FNU, n?o devendo ultrapassar 5 FNU.

1.2. Impactos da Alta Turbidez

A alta turbidez da água afeta muitos aspectos, o que demonstra a import?ncia do sensor de turbidez.

• ?gua potável: A alta turbidez na água doméstica pode representar riscos à saúde. Ela contém maiores quantidades de microrganismos, como vírus, parasitas e bactérias, que causam doen?as. Estes podem causar náuseas, diarreia e dores de cabe?a. Além disso, a alta turbidez, ao se combinar com desinfetantes, torna a remo??o de patógenos e outros microrganismos nocivos menos eficiente.
• Impacto ambiental: Mesmo as plantas aquáticas crescem na água; elas ainda precisam de luz solar para a fotossíntese. O aumento da turbidez na água bloqueia a luz solar, retardando o crescimento das plantas. Esse bloqueio afeta toda a cadeia alimentar aquática. Altos níveis de turbidez na água também aumentam a probabilidade de poluentes perturbarem o habitat marinho, reduzindo a vida subaquática, como a popula??o de peixes.
• Impacto Industrial: A água com alta turbidez passa por equipamentos como trocadores de calor e caldeiras, diminuindo a eficiência devido à deposi??o de partículas sólidas em suspens?o. Isso resulta em maior consumo de combustível e custos mais elevados. A alta turbidez também afeta o material desses equipamentos, aumentando a probabilidade de falhas prematuras.

1.3. Normas e Diretrizes Regulamentares

Em todo o mundo, diferentes regulamentos e diretrizes padronizam os limites de turbidez e as técnicas de medi??o:

Padr?es para água potável: As normas CEN est?o em vigor em quase 34 países. A norma EN27027 é a norma para água potável, e a ISO7027 é outra. A OMS exige rigorosamente que a turbidez da água potável n?o ultrapasse 1 FNU, com 0,3 FNU para amostras de água provenientes de grandes empresas de dessaliniza??o. A EPA é outra norma utilizada nos EUA.

Regulamentos sobre Descarga Industrial: Os regulamentos mencionados acima também estabeleceram limites para a descarga de efluentes industriais. Os regulamentos s?o categorizados com base nos tipos de resíduos produzidos. Por exemplo, a norma chinesa GB3838 lista 69 tipos de poluentes da água e 10 outros poluentes, bem como seus par?metros e limites .

2. Como testar a turbidez da água?

2.1. Métodos Tradicionais

• Método da Vela de Jackson: este foi o primeiro sensor de turbidez manual conhecido para medi??o de turbidez. Consiste em um tubo colocado sobre uma vela. Uma amostra de água é colocada no tubo até um nível em que a chama da vela se torna invisível quando vista de cabe?a para baixo. Essa altura é calibrada em JTU e, em seguida, em NTU (2,5 JTU = 1 NTU).
• Disco de Secchi: Consiste em um disco preto e branco cujo centro está conectado a um fio com marca??es. O disco é inserido na água e mantido submerso até se tornar invisível. Nesse ponto, a marca??o é feita em uma linha imersa na água e o comprimento é medido. Esse comprimento é chamado de profundidade de Secchi. O Disco de Secchi é um teste de acuidade visual.

Embora os métodos mencionados acima sejam simples e baratos, eles s?o imprecisos, pois dependem de muitos fatores, como a vis?o da pessoa, as condi??es de ilumina??o, a hora do dia, etc.

2.2. Sensores e medidores de turbidez

Os métodos modernos de medi??o de turbidez envolvem sensores de turbidez, que utilizam a intera??o de um feixe de luz com partículas em suspens?o. Esses sensores n?o s?o apenas precisos, mas também duráveis. Existem três tipos de sensores de turbidez.

• Sensor de Turbidez Nefelométrico: Este detector emite um feixe de luz sobre a amostra de água, e as partículas em suspens?o dispersam a luz. O sensor é posicionado em um ?ngulo de 90 graus. A medi??o da dispers?o da luz determina o nível de turbidez na água. A medi??o por meio da luz é o método mais preciso de medi??o de turbidez até o momento, raz?o pela qual é utilizado principalmente para água potável com baixa turbidez.
• Sensor de turbidez por absor??o: Este método mede a quantidade de luz absorvida pelas partículas na água, apesar da dispers?o da luz. N?o é t?o preciso quanto o NTS, mas é utilizado em águas cuja turbidez varia constantemente.
• Sensor de Turbidez de Sólidos Totais em Suspens?o (TSS): Este tipo de sensor tem o mesmo princípio de funcionamento que o NTS, mas requer que o detector seja posicionado sobre a luz retroespalhada em ?ngulos de 90° e 135°. Como isso captura mais luz dispersa, geralmente é usado para águas com valores de turbidez consideráveis.

3. Como funcionam os sensores de turbidez?

3.1. Fonte de luz e detectores

A fonte de luz geralmente é um LED de um comprimento de onda específico. Para a maioria dos sensores, utiliza-se luz infravermelha com comprimento de onda de 860 nm, pois está em conformidade com a norma ISO 7027. A luz branca também é utilizada, mas apenas em medidores NTU muito selecionados, e está em conformidade com a norma EPR. Após a dispers?o da luz pelas impurezas, um detector deve captá-la em ?ngulos específicos. Fotodiodos s?o comumente utilizados para essa finalidade. Fotomultiplicadores também s?o usados ??em alguns medidores para detectar quantidades mínimas de luz.

3.2. Processamento e Medi??o de Sinais

Os fotodetectores s?o os componentes que convertem a energia luminosa em sinais elétricos, os quais s?o ent?o calibrados para a saída NTU — convers?o de luz em sinal elétrico. Os sensores de turbidez também s?o calibrados para a saída desejada, preparando-se uma solu??o padr?o de água cujo NTU já é conhecido e, em seguida, ajustando-se o valor da saída NTU para o mesmo valor da amostra. Normalmente, recomenda-se que os sensores de turbidez infravermelhos de 860 nm sejam calibrados a cada 3 meses.

3.3. Fatores que afetam a precis?o do sensor

Existem muitos fatores que afetam a precis?o do sensor de turbidez:

• Cor: Os produtos químicos utilizados no tratamento da água podem apresentar colora??o, o que indica maior turbidez.
• Bolhas de ar: As bolhas de ar dispersam os feixes de luz e apresentam um valor de turbidez maior do que as bolhas reais.
• Temperatura: A temperatura da água também altera o índice de refra??o das partículas em suspens?o, o que, por sua vez, altera o valor real.
• Sedimenta??o de partículas: Se as partículas em suspens?o se depositarem, elas n?o participar?o da dispers?o e n?o poder?o ser detectadas por um sensor de turbidez. Portanto, uma mistura completa é essencial antes da medi??o.
• Calibra??o: Certifique-se de que os sinais elétricos produzidos pela fotocélula estejam calibrados com precis?o para a medi??o de NTU.

4. Par?metros a serem monitorados

4.1. Turbidez como indicador primário

A turbidez é amplamente utilizada como indicador primário da qualidade da água. Portanto, muitas indústrias est?o incorporando sensores de turbidez que monitoram continuamente a turbidez da água em diferentes pontos, facilitando a verifica??o de qualquer anormalidade em qualquer etapa do processo. A configura??o de alarmes para valores críticos com um offset específico ajuda o operador a ficar atento à qualidade da água e a tomar medidas, como a troca de filtros ou a regenera??o de membranas.

4.2. Par?metros de correla??o

Além da turbidez, muitos outros par?metros precisam ser monitorados para se ter uma vis?o mais completa da qualidade da água.

• Sólidos em Suspens?o (SST): Os SST indicam a presen?a de sólidos em suspens?o na água, que podem ser detectados em uma amostra coletada e levada ao laboratório. Como o aumento dos SST também aumenta a turbidez, sensores de turbidez podem ajudar a detectar essa tendência, fornecendo valores em tempo real.
• Potencial hidrogeni?nico (pH): Ele influencia a determina??o do valor real das partículas na água e também pode ser usado para obter uma vis?o completa da qualidade da água. As empresas geralmente estabelecem limites para o pH, visando garantir uma melhor qualidade. A cor também altera a turbidez, mas pode ser descartada como um fator determinante, já que muitos sensores de turbidez detectam a luz dispersa a 90°, o que só pode ser feito por uma partícula. O tamanho das partículas também afeta a turbidez, pois partículas maiores dispersam mais luz do que as menores. A forma e o índice de refra??o da partícula também influenciam a turbidez.

5. Aplica??es de sensores de turbidez

5.1. Tratamento de água potável

Os sensores de turbidez desempenham um papel essencial na qualidade do tratamento de água. As usinas de dessaliniza??o normalmente utilizam sensores de turbidez para verificar a qualidade da água em diferentes pontos do processo. A água bruta a ser tratada é sempre verificada desde o início, para que o nível de filtra??o e outros métodos, como coagula??o ou flocula??o, possam ser avaliados. Se os filtros come?arem a saturar antes do tempo estimado, a água de entrada apresenta uma composi??o química mais deteriorada, o que os sensores de turbidez podem detectar. Uma amostra da água pós-filtragem também pode ser usada para verificar a capacidade dos filtros, permitindo que estes descarreguem efluentes, se necessário. Os sensores de turbidez atendem a essa necessidade, fornecendo valores de turbidez em tempo real.

5.2. Tratamento de águas residuais

Em muitas indústrias, o monitoramento do descarte de efluentes é crucial, pois afeta rios e oceanos utilizados como fontes de água bruta e a vida aquática. Para isso, regulamenta??es como as da UE e do EPR s?o estabelecidas para limitar o descarte de efluentes, sendo necessário o monitoramento contínuo para garantir a conformidade com os limites regulamentares. Sensores de turbidez podem atender a essa necessidade, fornecendo valores de turbidez em tempo real.

5.3. Monitoramento Ambiental

Os turbidímetros também s?o usados ??para verificar a qualidade de rios e lagos e avaliar a tendência geral da qualidade da água no meio ambiente. Os resultados ajudam os pesquisadores a verificar a mudan?a na qualidade da água ao longo de um determinado período. Além disso, também mostram a eficácia das medidas de controle da polui??o que est?o sendo tomadas em todo o mundo.

5.4. Processos Industriais

A qualidade da água também deve ser mantida durante os processos industriais, pois n?o só é necessária para o processo em si, como também contribui para o cumprimento dos limites de qualidade para o descarte de efluentes. Como a turbidez é uma medida direta da qualidade da água, muitas indústrias a utilizam como fator de controle na química da água. Os órg?os reguladores também estabeleceram valores limite para a turbidez. A água utilizada nas indústrias de alimentos e bebidas e farmacêutica deve ter turbidez inferior a 1 NTU, enquanto a água utilizada em processos químicos deve ter turbidez entre 1 e 2 NTU.

6. Conclus?o

O uso de sensores de turbidez é crucial para verificar a qualidade da água, permitindo que métodos específicos estimem a eficácia do tratamento ou do sistema existente. Com o avan?o da urbaniza??o e da industrializa??o, manter a água limpa torna-se um desafio cada vez maior. Comunidades locais e outras partes interessadas devem participar do controle dos níveis de pureza da água por meio de vigil?ncia rigorosa e testes regulares de turbidez. Os órg?os reguladores também precisam revisar os limites definidos para os par?metros da água, considerando o impacto do cumprimento dessas normas na sociedade e nas indústrias. Além disso, é fundamental que o cidad?o comum conhe?a os termos turbidez e sensores de turbidez. Juntos, esses fatores podem contribuir para a preserva??o da Terra, tornando-a um lugar melhor para se viver e prosperar.

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