Objetivo é produzir hardware e software para detecção e eventual quantificação de fuga de gás armazenado em cavernas no fundo do mar, além de organizar um banco de dados acústico experimental de vazamentos de gás.

Desenvolver um sistema de monitoramento acústico submarino capaz de detectar, quantificar e localizar vazamentos de gás no fundo do oceano é a meta de um dos projetos do Fapesp Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI). Intitulado Sistema de monitoramento acústico passivo para detecção de vazamento de CO2, o projeto de nº 33 está inserido no programa de pesquisa voltado para abatimento de CO2 e seu objetivo é monitorar cavernas de sal submarinas que possam vir a ser usadas para estocar carbono. A pesquisa busca tanto o aperfeiçoamento de hardwares para captar os sons submarinos como o desenvolvimento de softwares para processá-los, além da criação de um banco de dados experimental de sinais acústicos.

O desafio do projeto é enorme. Não só porque a tecnologia de cavernas de sal para estocagem de CO2 é algo muito novo, mas também porque acústica submarina é uma área pouco estudada no Brasil. Além disso, a equipe não tem um banco de dados acústicos pronto para a finalidade da pesquisa. “Precisamos de dados experimentais de vazamento que possam validar os algoritmos de Inteligência Artificial desenvolvidos para a detecção desses fenômenos. Mas onde é que tem um vazamento para gravar? Então, temos de produzir esses dados”, resume o coordenador da pesquisa, o professor Linilson Rodrigues Padovese, também coordenador do Laboratório de Acústica e Meio Ambiente (LACMAM) do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP).

Assinatura do som – Segundo ele, trata-se de um banco de sinais acústicos gravados tanto em laboratório como em campo, no mar. Os sons que interessam são os das bolhas – ou das plumas de bolhas – originados pelos gases sob a água. “Um vazamento deste tipo, geralmente, forma uma pluma de bolhas, que faz barulho ao se deslocar na água. Evidentemente, não saberemos dizer, somente pelo ruído, se as bolhas são de CO2 ou de outro gás qualquer. Mas, dependendo das características dos registros de som, e se existe uma caverna lá embaixo, é possível relacioná-lo ou não a ela”, explica.

Padovese revela que cada evento acústico tem uma “assinatura” e que é essa especificidade que permite o isolamento das informações que interessam. “A produção de gás resultante da deterioração de matéria orgânica, por exemplo, também forma pluma de bolhas, mas a duração desse registro. P.ex., é diferente daquela conectada ao registro de um vazamento. Ou seja, são comportamentos diferentes”, conta. “Portanto, se eu sei que numa certa região há uma caverna de gás e eu detecto uma sonoridade de pluma de bolhas que dura por vários dias, muito provavelmente ela estará relacionada à caverna de CO2, e não a outro fenômeno qualquer, como decomposição de matéria orgânica”, acrescenta

Saída a campo – A equipe do projeto fez uma primeira saída a campo no final de janeiro para a coleta de dados experimentais em uma simulação de vazamento. De acordo com Padovese, foi um experimento básico, para ver se a simulação iria funcionar a contento e para preparar saídas futuras, que devem acontecer ainda no primeiro semestre deste ano.

“Fizemos uma simulação de vazamento próximo à baía de Santos, a 15 metros de profundidade. Saímos em duas embarcações: numa delas ficava o equipamento de gravação, conectado por cabos a três hidrofones (microfones subaquáticos) que foram colocados no mar. Na outra, o simulador de vazamento”, conta. Foi usado um reservatório de ar comprimido e uma mangueira, com instrumentação para controle da pressão e vazão do ar, e também com orifícios de saída. “Isso porque a característica da pluma depende da pressão, da vazão e do tipo de saída das bolhas. Ela pode ser constituída de várias pequenas bolhas ou de bolhas maiores, e tudo isso gera ruídos diferentes.”

Também foram coletados dados de vazamento variando a distância do equipamento simulador aos hidrofones. “Fizemos medidas de vazamento com a mesma pressão, a mesma vazão e a mesma saída para diferentes distâncias, para testar a faixa de detecção do equipamento”, acrescenta.

Esses testes resultarão em artigos que serão submetidos no Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica (Cobem), que acontece este ano, e outro para uma publicação internacional especializada. “Neste primeiro momento, focamos dados que permitam a detecção e a quantificação de vazamentos de gás. A localização pressupõe outros tipos de approach e nos ocuparemos dela mais tarde”, afirmou Padovese.

Hardwares e softwares especiais – Padovese possui um arsenal de equipamentos para esse tipo de pesquisa – boa parte desenvolvida ou aprimorada por ele e sua equipe. Além dos hidrofones, o laboratório dispõe de equipamentos de gravação que podem ficar também dentro d’água. “O equipamento de gravação pode estar dentro de um barco ou pode ficar submerso, inserido em uma caixa hermeticamente fechada. O uso de um ou outro depende do tipo e do objetivo da missão, de sua duração, da quantidade e da especificidade dos dados que se deseja gravar”, diz.

Para gravar por longo tempo, ou fazer registros simultâneos em vários pontos, geralmente são usados equipamentos em que o hidrofone e toda a eletrônica ficam debaixo d’água. São equipamentos ‘autônomos’, que funcionam movidos a pilhas e ficam depositados no solo marinho pelo tempo que durar a missão – um dia, uma semana, ou vários meses.

“Desenvolvemos gravadores com características especiais para esses equipamentos autônomos, que chamamos de ocean pods. São cilindros – que podem ser feitos de PVC, alumínio ou aço inox, dependendo da profundidade em que se vai colocá-los – que contém a eletrônica (gravador e condicionadores de sinais) e pilhas, permitindo autonomia de até 6 meses, e capacidade de gravação de 1Tb ou mais..”

A equipe de pesquisadores, composta por um pós-doc, dois alunos de doutorado, um de mestrado e um de iniciação científica, também se dedica a explorar métodos de análise para melhorar tanto a captação como o processamento do áudio captado. “Estamos desenvolvendo também os softwares de detecção de áudio; criamos uma tecnologia de laboratório e uma metodologia para calibração dos hidrofones. Paralelamente a isso, estamos desenvolvendo também softwares de simulação das plumas das bolhas e do ruído que elas geram, bem como programas de computador de análise e visualização de dados. Um aspecto importante do projeto é o desenvolvimento de algoritmos utilizando técnicas de Inteligência Artificial, para melhorar a eficiência de detecção e quantificação do vazamento.”

Aplicações diversas – O professor lembra que a implantação de um sistema de monitoramento deste tipo irá possibilitar também procedimentos de inspeção mais detalhados por parte dos responsáveis pela infraestrutura. “Se estou monitorando um duto ou uma região do solo marinho e estou detectando que não deveria estar ali, isso pode servir de alerta e gerar outros procedimentos mais pontuais: pode ser acionado um drone subaquático para verificar se há alguma situação anormal, por exemplo.”

“Na verdade, estamos desenvolvendo uma tecnologia de monitoramento que vai servir para monitorar outras coisas além de vazamentos de gás. O que acontece é que a tecnologia que se desenvolve para vazamento, eventualmente, com pequenas adaptações, acaba servido para outras atividades”, diz.

Padovese estima que o banco de dados acústicos e toda a tecnologia inerente a ele estejam prontos até 2021, que é o tempo de duração do projeto. Até lá, ele terá que vencer outro grande desafio: encontrar pesquisadores interessados em atuar na área. “Estou com uma bolsa de doutorado para uma vaga de pesquisador aberta há meses e não aparece ninguém. Formar recursos humanos é muito importante nesse contexto”, afirma.

Segundo o professor da Poli/USP, no Brasil, ele não conhece outros grupos de pesquisa que trabalham nesta temática, além do liderado por ele.