A COUSTIC D OPPLER VELOCIMETER ( ADV )

Foram utilizados dois ADVs Vectrino 3D, um para medir a velocidade durante alguns ensaios e outro para medir distâncias como complemento do perfilador de fundos, visto que a sonda deste não tinha alcance a partir de determinado ponto do perfil.

A velocidade foi medida em três direções (x, y e z) com uma taxa de aquisição de 10 Hz. O ADV foi colocado com o sensor alinhado verticalmente para baixo e a uma distância de 0.40h, sendo h a profundidade num determinado ponto do perfil. Para evitar que o transdutor estivesse em contacto com a água, o ADV foi suspenso no suporte superior comum aos outros aparelhos e o cabo da sonda preso a uma vareta metálica presa no suporte, deixando o sensor com os recetores submerso até à profundidade pretendida.

A medição da distância foi feita amarrando o outro ADV à caixa de rolamentos do perfilador de fundos, colocando a vareta metálica agarrada ao cabo da sonda no local onde normalmente ficava a sonda sensível ao toque e fazendo variar a posição do aparelho ao longo do perfil através do mecanismo do perfilador.

O princípio de funcionamento do aparelho é bastante simples: são emitidas ondas acústicas e são dispersas por pequenas partículas que se movimentam com o escoamento. A frequência acústica medida pela sonda contém uma variação de frequência devida ao movimento das partículas refletidas. Esta variação de frequência Doppler é convertida em voltagem e mais tarde em velocidade por aplicação de um fator de calibração. Os vários feixes da sonda permitem obter até três componentes de velocidade. O sensor acústico do ADV tem um transdutor de transmissão e quatro transdutores de receção. O volume de aquisição é localizado longe do sensor para que não haja interferências nas medições. O ADV usa o efeito de Doppler para medir a velocidade da corrente, transmitindo um pulso sonoro curto. Quando este pulso é conduzido ao longo do ponto central das sondas de receção, o eco é recolhido por cada um dos transdutores de receção. O efeito Doppler introduzido pela reflexão das partículas suspensas na água é recebido pelos quatro recetores e o eco é processado de forma a medir diferenças no tom e na frequência.

Fig. 4.19 - Pormenor da sonda ADV (esquerda), transdutor e sonda (meio) e volume de aquisição da sonda ADV

Tabela 4.4 - Especificações ADV

Gama ± 0.01, 0.1, 0.3, 1, 2, 4 m/s (seleccionável no software)

Precisão ± 0.5% do valor medido ± 1mm/s

Intervalo de aquisição (output ) 1-25 Hz, 1-200 Hz (só Vectrino +) Intervalo de aquisição (interno) 200-5000 Hz

Distância à sonda 0.05 mm

Diâmetro 6 mm

Altura (seleccionável pelo usuário) 3-15 mm

Incerteza típica a 25 Hz 1% da gama da velocidade

Frequência acústica 10 MHz

Resolução 0.45 dB

Intervalo dinâmico 60 Db

Intervalo -4°C a 40°C

Precisão/Resolução 1°C / 0.1°C

Tempo de resposta 5 minutos

I/O RS-232

Taxa de transmissão 300-115 200

Outputs analógicos 3 canais standard, um para cada componente da velocidade

Sincronização SynchIn e SynchOut

Sistema operativo Windows®98, Windows NT® 4.0, Windows®2000, Windows®XP

Funções

Configuração do instrumento, recolha e armazenamento de dados. Modos de ensaio da sonda

Input DC 12-48 V

Corrente nominal de pico 2.5A a 12V (seleccionável pelo utilizador)

Consumo máx. a 200 Hz 1.5 W

Acoplador Conetor IP68 ou MCBH-12-FS, bronze (impulso). (ver Opções)

Cabo IP68 ou PMCIL-12-MP (ver Opções)

Modelo padrão Invólucro em Delrin. Aço inoxidável (316) - sonda e parafusos

Temperatura de serviço -5°C a 45°C

Temperatura de armazenamento -15°C a 60°C

Impacto e vibração IEC 721-3-2

Cilindro 70 mm

Comprimento 388 mm

- Transporte e estojo de armazenamento combinados

- 12 pins IP68 à prova de água (1h@20m) ou conetor de 12 pins Impulse para uso debaixo de água - 10,20,30 ou 50 m de cabo com possibilidade de escolha de conetor

(IP68 ou conetor Impulse para uso debaixo de água) - Firmware Standard ou Vectrino+

(upgrade para firmware Vectrino+ também disponível como modernização)

- conversor RS-232-para-USB ( um para um, quatro para um ou oito para um) - Kit de upgrade de NDV ou ADV™

Opções

Incerteza do efeito Doppler

Via software Vectrino WIN32®,

chamadas de função ActiveX ou outros comandos diretos Controlo pelo usuário

- 4 feixes orientados para baixo numa vareta de 40 cm ou sonda de 4 feixes num cabo de 1m

Software (Vectrino) Alimentação Conetores Materiais Ambiental Dimensões Transmissão de dados

Medição da velocidade da água

Volume de aquisição

Intensidade do eco

Sensores

Cada feixe do transdutor de receção é sensível à velocidade na direção da bissetriz angular entre feixes imediatamente próximos, como indicado na figura 4.20, e o sentido positivo da velocidade está indicado pela seta.

Fig. 4.20 – Orientação dos feixes e da velocidade medida

Como os feixes são inclinados de 30°, os três pares medem a velocidade inclinada de 15° do feixe correspondente. Isto significa que o ADV é mais sensível à componente Z da velocidade (a paralela ao cabo da sonda) do que às componentes X ou Y. Consequentemente, a componente Z da velocidade terá uma incerteza de medição menor porque a medição é mais precisa.

O ADV Vectrino mede componentes de velocidade paralelas aos seus feixes e armazena os dados segundo um sistema de coordenadas definido pelos feixes ou um cartesiano XYZ (ver figura 4.21). O sistema de coordenadas XYZ é relativo à sonda e é indiferente se esta se encontra virada para baixo ou para cima.

Fig. 4.21 – Orientação das componentes de velocidade segundo os diferentes feixes

Um dos feixes encontra-se marcado com uma tira vermelha, como é possível verificar na figura 4.19. Este feixe foi orientado no sentido do escoamento, orientado para o sistema de geração, definindo-se desta forma o sentido positivo da componente X da velocidade. Como no âmbito deste estudo só é relevante o estudo do transporte sedimentar transversal, as componentes de velocidades usadas na análise foram segundo a direção X, desprezando-se a componente longitudinal da velocidade (Y) e a possibilidade dos sedimentos se deslocarem verticalmente para cima e para baixo, segundo o eixo Z. No capítulo 5 é feita uma descrição do procedimento da análise dos resultados do ADV e das conclusões