As tecnologias atuais para monitoramento de derramamento de óleo se utilizam de sensores remotos. Existem os sensores passivos (diferentes câmeras óticas), em que a fonte do sinal se encontra na superfície do oceano, e os sensores ativos (diferentes sistemas de RADAR e LIDAR), em que é enviado um sinal para a superfície do oceano e a resposta é registrada.
Na tabela 1 podemos observar as principais bandas do sensoriamento remoto e seus respectivos comprimentos de onda.
Tabela 01 - Comprimento de onda das bandas de sensoriamento remoto.
Banda Comprimento de Onda
UV 0.3–0.4 µm Visível 0.4–0.7 µm IV 0.7–3 µm IV Termal 3–14 µm Radar 1–30 cm Microondas 0.2–0.8 cm Fonte: Klemas (2010)
O sensoriamento remoto ocorre com a instalação desses sensores em satélites que giram ao redor da Terra, em aeronaves que fazem uma vigilância periódica da superfície do oceano e nas próprias embarcações que estão em campo. A combinação desses sensores torna o monitoramento de derramamento de óleo muito mais eficaz.
4.1 – Sensores Ultravioletas
Os sensores ultravioletas são sensores passivos, que utilizam a luz do sol refletida na região ultravioleta (0,32 µm até 0,38 µm) para detectar derramamentos de óleo. O óleo tem maior refletividade do que a água na região ultravioleta, mesmo sendo uma película muito fina de óleo. Estes sensores não detectam espessura maior que 10 µm (JHA et al, 2008).
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Algas marinhas e o fenômeno de Sunglint (fenômeno no qual o sol reflete na superfície do oceano no mesmo ângulo que sensor está visualizando a superfície) podem gerar falso positivo da detecção de óleo. Por depender do reflexo da luz do sol estes equipamentos não podem ser operados durante a noite. Sua combinação com os sensores infravermelhos poder melhorar muito a detecção de derramamento de óleo e fornecer informações sobre a espessura relativa do derramamento de óleo.
4.2 – Sensores Visíveis e Infravermelhos
As câmeras visíveis (sensores passivos) são muito utilizadas em aeronaves e satélites. Porém, é uma tecnologia muito limitada, pois depende da luz do dia, onde as condições climáticas podem ou não entregar boas condições de iluminação. Outro fenômeno que também pode atrapalhar é o Sunglint.
Essas câmeras não são eficientes para detectar um derramamento de óleo, mas são muito usadas para monitorar o desenvolvimento de derramamentos já detectados. Tem a seu favor o fato de ser um equipamento de baixo custo em comparação aos outros.
Os sensores infravermelhos são sensores passivos. O óleo absorve a radiação solar e emite parte dele na forma de energia térmica, principalmente na região do infravermelho termal (8 µm até 14 µm). Como o óleo possui uma emissividade menor do que a água na região do infravermelho termal, este possui uma assinatura espectral diferente da assinatura da água do fundo. Estes sensores podem também fornecer alguma informação à respeito da espessura relativa do óleo. A desvantagem do sensor infravermelho é que a radiação térmica emitida pelas algas marinhas e da costa são semelhantes à radiação térmica emitida pelo óleo, o que pode gerar um alerta falso positivo (JHA et al, 2008).
Combinando os sensores visíveis aos sensores infravermelhos obtém-se um monitoramento de derramamentos de óleo muito mais eficaz. Isso porque cobre uma faixa de espectro completa, de 0,4 µm a 14 µm.
Na figura 10 podemos observar uma imagem do satélite MODIS/Terra da NASA (que possui a combinação dos sensores visíveis e infravermelhos, cobrindo uma faixa de espectro de 0,4 µm a 14 µm) tirada 2 meses após um blowout na plataforma Montara localizada no Mar de Timor.
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Figura 10: Mancha de óleo no Mar de Timor. Fonte: NASA (2009)6
4.3 – Sensores Multiespectrais (Ultravioleta-Visível-Infravermelho Proximal)
É um sensor promissor, o qual combina imagens tiradas através de quatro filtros de canais espectrais (ultravioleta-visível-infravermelho proximal). Além de utilizar da luz do dia, este sistema utiliza esses canais que cobrem uma região espectral mais sensível à presença de óleo, assim como à espessura da mancha de óleo. A câmera com o sensor é colocada em uma aeronave que sobrevoa a mancha de óleo, e um algoritmo processa os dados coletados gerando uma boa estimativa da espessura relativa da mancha de óleo (SVEJKOVSKY et al, 2008).
4.4 – Fluorosensores
Algumas moléculas que compõem o óleo absorvem luz no espectro ultravioleta e reemitem luz na faixa ultravioleta-visível. Estes fluorosensores se utilizam de um laser que excita a fluorescência das moléculas do óleo e detectam a radiação causada por ela. Uma
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desvantagem deste sensor é o fato de depender da excitação causada pelo laser, o que faz ser necessário que a aeronave sobrevoe próxima à superfície do oceano. Dependendo das condições climáticas este sobrevoo sobre o derrame de óleo pode ser muito perigoso, o que limita o uso deste instrumento. É uma técnica muito eficaz na detecção de derramamento de óleo, porém incapaz de fornecer dados sobre a espessura da mancha de óleo (BRITO, 2010).
4.5 – Espalhamento Raman
O espalhamento Raman ocorre quando a luz do laser interage com uma molécula e é espalhada num comprimento de onda ligeiramente mais longo. A luz incidente excita os modos de vibração da molécula que dissipa parte da energia da luz incidente, sendo responsável pela mudança de frequência da luz espalhada. Portanto, quando a luz laser ultravioleta brilha sobre a camada de óleo flutuante, é gerado um espalhamento Raman, além da fluorescência, como pode ser observado na figura 11. Diferente da fluorescência, que é originário das moléculas de óleo, o espalhamento Raman é proveniente das moléculas de água, quando intensa luz laser é lançada na direção da camada de óleo. O sinal da água depende da espessura da camada de óleo, uma vez que absorve a luz laser, atenuando assim o sinal Raman oriundo da massa de água subjacente. A partir da intensidade relativa das diferentes bandas de emissão, a espessura da camada de óleo pode ser inferida. No entanto, esta técnica é limitada às finas camadas, com espessura menor do que 10 µm, já que nenhuma luz laser atinge a água sob uma camada de óleo de espessura maior que essa (HOGE & SWIFT, 1980).
Figura 11: Espalhamento Raman retratado. Fonte: <www.meeresphysik.uni-oldenburg.de>7
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4.6 – Sensores Acústicos
O sensor acústico é um sensor ativo, e pode ser utilizado tanto durante o dia quanto durante a noite. Este sensor pode medir a espessura absoluta da camada de óleo. Ao invés de usar as propriedades acústicas e eletromagnéticas para detectar o óleo, este sensor se utiliza das propriedades acústicas ou mecânicas do óleo.
Algumas agências do Canadá e dos Estados Unidos desenvolveram em uma pesquisa conjunta o sensor chamado Laser-Ultrasonic Remote Sensing of Oil Thickness (LURSOT). Três lasers são utilizados para medir o tempo de viagem no óleo das ondas ultrassônicas, dessa forma a espessura da camada de óleo pode ser calculada usando-se esse tempo de viagem. Em 2006 esse sistema LURSOT foi testado em uma aeronave pela Agência do Meio Ambiente do Canadá, e os resultados foram considerados um sucesso. Mas de qualquer forma, vale ressaltar que os sensores acústicos são caros e volumosos, e não funcionam em ambientes com névoa nem nuvens (JHA et al, 2008).
4.7 – Sensores de Microondas
Os sensores de microondas são sensores passivos, utilizados tanto para detecção de derramamento de óleo quanto para medição da espessura da mancha de óleo. O óleo emite radiações de microondas mais fortes do que a água, e aparece mais brilhante do que a água. A medição da espessura de óleo com os sensores microondas envolve a interferência da radiação das fronteiras superior e inferior da película de óleo. A emissão de microondas é maior quando a espessura da película de óleo é igual a um múltiplo impar de um quarto do comprimento de onda da energia emitida, o que pode levar a uma estimativa de vários valores diferentes de espessura a partir de um sinal. Mas este foi um problema resolvido já na geração seguinte de sensores de microondas (BROWN & FINGAS, 1997).
Alarmes falsos positivos podem ser gerados por materiais biogênicos, que possuem um sinal similar ao do óleo. Estes sensores de microondas podem ser utilizados durante o dia e a noite, e também sob as mais adversas condições climáticas. Este sensor exige uma antena especial para captar a radiação das microondas emitidas, além de requerer diversas informações sobre características ambientais e das propriedades do óleo, para que a detecção do óleo seja melhor. Suas desvantagens são de que é um equipamento extremamente caro e possui uma baixa resolução espacial.
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4.8 – Infravermelho Termal
Há muitos anos o imageamento infravermelho termal vem sendo usado na detecção de derramamentos de óleo. Este sensor se baseia no fato de que o comportamento da temperatura da superfície do óleo se difere do comportamento da temperatura da superfície da água, e que a emissividade do óleo também é diferente da emissividade da água, e avaliando esse contraste ele consegue identificar um derramamento de óleo. Porém, camadas muito finas de óleo não podem ser detectadas pelo sensor infravermelho termal, devido a interferências na emissão térmica da água, que pode atravessar a camada de óleo, que por sua vez pode estar emitindo uma radiação térmica muito pequena.
As câmeras com o sensor infravermelho termal podem ser instaladas em satélites (como o MODIS/Terra da NASA), aeronaves e embarcações. Por detectar a radiação emitida, pode ser utilizada sem a necessidade da luz do dia. O que pode também interferir na detecção são os ângulos de observação em que as câmeras se encontram, se aproximando de 90º quando estão nas embarcações e se aproximando de 0º quando se encontram em aeronaves ou satélites (BRITO, 2010).
4.9 – Radar
O RADAR (Radio Detection and Ranging) é um sensor ativo, uma vez que consiste na emissão de um pulso de onda de radio e na detecção da energia do pulso refletida no objeto em função do tempo. Várias frequências de rádio podem ser utilizadas por esses sensores, que utilizam uma antena para ser a receptora dos sinais. Os radares são muito úteis, uma vez que podem ser utilizados para detectar óleo em uma grande área. É muito utilizado como uma primeira ferramenta para avaliar um possível derramamento de óleo. São também capazes de calcular a área coberta pela mancha de óleo.
Quando instalados em aeronaves com o intuito de monitoramento, são nomeados SLAR (Side Looking Airborne Radars). A antena é posicionada na lateral da aeronave, e como cada antena é utilizada para uma polarização, é comum se colocar duas antenas de cada lado para um melhor monitoramento. Outro tipo de radar muito comum para detecção de derramamento de óleo é o SAR (Synthetic Aperture Radar) que possui um maior alcance e uma melhor resolução espacial do que o SLAR. Porém o SLAR possui um menor custo e é predominantemente usado para o monitoramento aéreo.
As imagens obtidas pelos radares SAR possuem muitas interferências. Em alguns casos a linha da costa pode gerar a impressão de ser uma mancha de óleo, e em algumas
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situações, o mar calmo pode dar a falsa impressão de ser óleo. Substâncias orgânicas presentes na água que não o óleo podem ser responsáveis por essas interferências. Tanto ventos fortes quanto ventos fracos podem interferir na detecção de óleo, sendo uma velocidade do vento ideal entre 5 m/s e 6 m/s para detecção de derramamento de óleo. Mesmo assim os radares SAR são um dos mais utilizados para detecção de derramamento de óleo.
Figura 12: Imagem do RADARSAT da mancha de óleo no Golfo do México. Fonte: <www.geotecnologias.wordpress.com>8
4.10 – Combinação de Sensores
Com as informações obtidas, sabe-se que nenhuma tecnologia de sensor sozinha pode fornecer todas as informações necessárias para um planejamento de contingência de derramamento de óleo. A combinação das tecnologias dos sensores pode fornecer muita informação, principalmente da espessura da mancha de óleo, podendo indicar onde se encontra a maior parte do volume do óleo vazado. Diferentes combinações das tecnologias de sensores podem ser testadas, e dependendo da situação, uma das combinações será mais eficiente do que a outra. A princípio, três sistemas diferentes de sensor podem ser
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considerados para planejamento de contingência: sensores em satélites, sensores em aeronaves e sensores a bordo das embarcações.
Os sensores nos satélites são utilizados para monitoramento automático de derramamento de óleo, mas também podem ser usados para acompanhar a evolução da mancha de óleo bem como uma visão global dos possíveis danos ambientais que podem ser causados. O problema dos sistemas de satélite é que não é possível controlar a sua posição, o que em certas ocasiões pode fazer com que o “período de visita” ao cenário acidente não seja satisfatórios. Sistemas de sensores em aeronaves estão mais próximos do acidente, e são fundamentais para uma avaliação melhor e mais precisa do comportamento da mancha de óleo e para definições de ações locais no intuito de mitigar os danos ambientais gerados pela mancha de óleo. Os sistemas de sensores nas embarcações são os que direcionarão diretamente as ações de campo.
Dados hiperspectrais oriundos dos sistemas dos satélites, combinando dados ultravioleta, visível e infravermelho com dados de radar podem fornecer muitas informações a respeito da geometria da mancha de óleo, bem como da espessura dessa mancha. Imagens de sensores multiespectrais (ultravioleta-visível-infravermelho proximal) combinadas com as imagens dos sensores de infravermelho termal também podem gerar bons resultados na estimativa da espessura da mancha. Radares de navegação, mais comumente disponíveis em navios de contingência, podem ser bastante eficientes na detecção de manchas de óleo se equipados com um processador de sinal apropriado, e pode ser combinado com as imagens do infravermelho termal para fornecer uma estimativa da espessura, além da localização e geometria da mancha de óleo.
A combinação de dados dos sensores nos satélites com os sistemas de aeronaves também podem fornecer mapeamento e espessura da mancha de óleo. Um exemplo de tal combinação foi um experimento de campo entre a costa britânica e a francesa, onde imagens de um radar SAR no satélite foram usadas para detecção de uma mancha e um primeiro mapeamento, seguido por medições de um gerador de imagens hiperespectrais e um LIDAR (Light Detection and Ranging) fluorescente em uma aeronave para o mapeamento da espessura (LENNON et al, 2006).
Imageamento infravermelho termal é uma tecnologia robusta que pode ser combinada a qualquer outro sensor para fornecer ou aperfeiçoar informações sobre a espessura. É portátil, leve e pode ser instalado tanto em satélites, aeronaves e embarcações. Combinado com radar de uma embarcação, pode ser uma boa ferramenta para estimar a posição da parte mais espessa da mancha de óleo, ajudando nas ações locais.
CAPÍTULO 5 – PRINCIPAIS SISTEMAS DE DETECÇÃO DE DERRAMAMENTO
DE ÓLEO DISPONÍVEIS NO MERCADO
5.1 – Miros
O Miros OSD (Oil Spill Detection), detecção de derramamento de óleo em tradução livre, é um complemento do sistema Miro WAVEX, o qual coleta imagens digitalizadas da superfície do mar de radares marinhos de banda x e estima espectros de onda direcional e a atual superfície do mar. O OSD baseia-se no fato de que áreas cobertas por óleo refletem microondas menos potentes devido ao amortecimento das ondas capilares na superfície do mar. Áreas contendo óleo são mostradas como áreas escuras nas imagens da superfície do mar feitas pelo radar. O sistema Miros é capaz de detectar, rastrear e determinar a área do derramamento.
A figura 13 mostra a interface do usuário do sistema Miros OSD, exibindo na imagem contornos da mancha de óleo, bem como combinação de informações do mapeamento e rastreamento da mancha com informações meteorológicas tais como velocidade e direção do vento.
Figura 13 – Interface do usuário do sistema Miros OSD Fonte: <www.nauticexpo.de>9
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5.2 – Sea-Hawk
Este equipamento está dotado de um radar polarimétrico, cujo diferencial é a utilização de diferentes polarizações (horizontal, vertical e circular), que o torna apto a detectar qualquer coisa na superfície da água a distâncias maiores do que as observadas no radares de navegação padrão. Na figura 14 podemos observar 3 manchas de óleo detectadas em um teste do sistema.
Figura 14: Imagem do sistema Sea-Hawk. Fonte: <www.sea-hawk.com>10
5.3 – SeaDarQ
O sistema SeaDarQ utiliza tecnologia de processamento de radar para obter informações hidrográficas, oceanográficas e ambientais do equipamento de radar da embarcação. Estes dados são combinados com técnicas de processamento de imagem para detectar e monitorar as características da superfície da água, detectando a presença de manchas de óleo. Com os dados obtidos e o software do sistema, ele pode também prever a deriva da mancha de óleo. É dotado de um radar digital de banda x com polarização VV e uma antena rotativa.
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5.4 – APTOMAR
O sistema SECurus da Aptomar é baseado na combinação de câmeras visíveis e câmeras com sensor infravermelho montadas numa plataforma estabilizada, que podem ser integradas ao sinal de radar da embarcação. A câmera infravermelha possui resfriamento ativo e um sensor com uma ótima sensibilidade. Esta sensibilidade é muito importante para a medição da espessura da mancha de óleo.
A mancha de óleo avistada pelas câmeras pode ser mapeada na carta de navegação, mostrando a extensão das partes mais espessas da mancha de óleo, dando uma boa indicação de onde as operações de contramedida devem ser focadas. Cartas náuticas podem ser sobrepostas pelo sinal do radar, otimizando assim informações da espessura e evitando falsos alertas. No display do usuário, o sistema já define a localização e as fronteiras da mancha de óleo automaticamente na carta náutica.
Figura 15: Tela do sistema SECurus. Fonte: <www.aptomar.com>11
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Disponível em: <https://www.aptomar.com/wp-content/uploads/2010/09/SECurus-brochure- PDF.pdf>
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5.5 – Amtech Aeronautical LTD
Empresa do Canadá que desenvolveu um Sistema de Sensoreamento Remoto de Derramamento de Óleo na água a bordo de uma aeronave (SRSS), em tradução livre. Foi projetado para localizar e mapear manchas de óleo na superfície da água sob uma ampla gama de cenários operacionais. O conjunto de equipamento, incluindo câmeras infravermelhas, ultravioletas e de espectros visíveis, permitem ao operador diferenciar entre camadas finas e espessas de óleo na superfície da água. Essa combinação de sensores oferece uma cobertura multiespectral, que por sua vez permite uma maior probabilidade de detecção, uma melhor discriminação e uma operação mais efetiva sob uma ampla gama de condições climáticas e de luz. A portabilidade e simplicidade de operação do SRSS significam que ele pode ser imediatamente implementado para uso numa emergência de derramamento de óleo.
5.6 – Ocean Imaging
A Ocean Imaging desenvolveu um sensor que é utilizado em aeronaves, com base no Sistema de Informação Geográfica (GIS), para mapeamento e medição de espessura de manchas de óleo, que se utiliza de uma câmera com sensor multiespectral (ultravioleta- visível-infravermelho proximal). Seu sistema de mapeamento com imagens de alta resolução possibilitam uma melhor orientação de como e onde as equipes de resposta em campo devem agir para um resultado mais efetivo. Durante o acidente da sonda Deepwater Horizon da BP no Golfo do México, o equipamento da Ocean Imaging foi utilizado para mapeamento do óleo, gerenciamento de pessoal em campo e medição da espessura do óleo.
5.7 – Optimare
O sistema da Optimare é o MEDUSA, que é composto por um conjunto de sensores instalados a bordo de uma aeronave que compreendem laser fluorescente, infravermelho, ultravioleta, microondas, sistema de radar, câmeras e um software de processamento. O sistema fornece uma imagem do SLAR sobreposta com dados do sensor infravermelho ou qualquer outro. O sistema MEDUSA proporciona uma boa aquisição, visualização em tempo real assim como um processamento pós- vôo imediato dos dados do sensoriamento remoto,
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incluindo análise automática das imagens, mapeamento da espessura da mancha de óleo e a classificação do vazamento, a qual depende do volume derramado.
Figura 16: Mapeamento aéreo com o sensor multiespectral/termal e medição da espessura Fonte: <www.oceani.com>12
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