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Tecnología

Para tener una atmósfera limpia

Artefacto idéntico al que será enviado a Marte monitorea el aire de la ciudad de Vitória

nasa

Arriba, el vehículo explorador de Marte.nasa

Durante este mes, el sistema de monitoreo de la calidad del aire del Gran Vitória, estado de Espírito Santo, pasará a ser el primero en el mundo que utilizará equipos hasta ahora utilizados únicamente en sondas espaciales. Dichos equipos cuantificarán las partículas presentes en la atmósfera, y también identificarán con mayor precisión los componentes ferrosos procedentes de la producción de acero y del transporte de mineral de hierro en la ciudad. Los aparatos también identificarán otras partículas, determinando así el origen de cada una de ellas.

El proyecto, coordinado por el físico Paulo de Souza Júnior, es el resultado de la adaptación de dos equipos desarrollados para la Agencia Espacial Americana (Nasa). Éstos perfeccionarán la red de control ambiental de Vitória, y cuentan con el apoyo de la Secretaría Estadual de Medio Ambiente (Seama), de la Universidad Federal de Espírito Santo (Ufes), de la Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) y de la Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST).

El primer equipo es el Miniaturized Mössbauer Spectrometer II (Mimos II), desarrollado para la Nasa por los investigadores de la Universidad de Johannes Gutemberg, de la ciudad de Mainz, Alemania, para integrar los dos robots espaciales que irán a Marte en mayo y julio de 2003, en la misión que lleva por nombre Mars Exploration Rovers. Es una miniatura del Espectrómetro Mössbauer, un equipamiento capaz de realizar el análisis mineralógico ferroso.

El Mimos II es del tamaño de un mouse, pesa 400 gramos y puede hacer lo mismo que un equipo convencional del tamaño de una copiadora profesional. En Marte analizará los componentes del suelo, las rocas y las partículas magnéticas en suspensión en el aire. Souza, que participó en Alemania en calidad de invitado de la formatación del Mimos, estará también en Pasadena, California, Estados Unidos, durante la misión a Marte, para analizar los datos enviados a la Tierra. Actualmente Souza es analista de Tecnología, Investigación y Desarrollo de CVRD.

El otro artefacto de la Nasa es el Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) utilizado en la misión Mars Pathfinder, que exploró el planeta rojo en 1997. A partir de enero, parte de ese equipamiento -el Sistema de Detección de Rayos X- pasará a integrar el sistema de Vitória, efectuando el análisis químico de las muestras de aire. Para explicar el funcionamiento de esos equipamientos, Souza hace una analogía con la culinaria: el APXS apunta los ingredientes que existen en la cocina y el Mimos II muestra los platos preparados por el cocinero. El segundo, por lo tanto, indica cómo se producen las aleaciones de los elementos químicos con el hierro, formando de tal manera minerales ferrosos.

Detección de polvo
El Mimos II está siendo sometido a pruebas desde hace seis meses en la red de control ambiental de Vitória, identificando el origen de los minerales ferrosos que influyen en la calidad del aire. Durante este período, el equipamiento ha identificado una gran variedad de fuentes contaminantes: industrias de la región, construcción civil, pedreras, calles sin pavimento, quema de basura y vehículos automotores.

La Red de Monitoreo de la Calidad del Aire del Gran Vitória empezó a ser implantada en 1995, con el objetivo de distinguir las diversas fuentes contaminantes de aire en la región. A la época, la Seama solamente medía la cantidad de polvo existente en el aire, pero no identificaba sus componentes, ni sus fuentes. Souza empezó a participar del proyecto como estudiante de física de la UFES en su primera etapa, cuando se concretó la caracterización del material en partículas. “Tras desarrollar una metodología para efectuar la caracterización, entramos en la segunda etapa, que consistió en identificar el origen de las fuentes de los materiales”, dice Souza. “La hematita (a-Fe2O3), por ejemplo, está presente en diversas fuentes en el Gran Vitória -mineral de hierro, ‘pelets’ de dicho mineral, suelos rojizos, etc. Para determinar su origen, fue necesario hacer uso de la técnica Mössbauer, que indica el sitio de la formación de la hematita presente en el aire.”

La tercera etapa del proyecto consistió en desarrollar una forma de calcular el impacto de cada fuente contaminante en la región urbana, y resultó en la creación del Modelo Receptor Inteligente, un software que procesa las informaciones de caracterización química, mineralógica y física, presentando datos cualitativos (cuáles son los materiales y de qué fuentes) y cuantitativos (cuánto de cada material y de cada fuente) del total de componentes del aire.

“La primera medición, realizada en 1998, mostró que el 18,8% del polvo analizado tenía origen en el proceso de elaboración del CVRD (la transformación del polvo de mineral de hierro en ‘pelets’ para exportación)”, cuenta Souza. Con este dato en manos, la empresa invirtió 37 millones de dólares en la instalación de siete equipamientos que filtran y retienen el polvo fino resultante del proceso de elaboración del ‘pelets’. En la segunda medición, realizada entre 1999 y 2000, los componentes derivados del proceso se redujeron al 7,9% del total.

Red neural
Para resolver la demora y el costo del análisis del espectrómetro Mössbauer, se introdujo en el sistema una red neural artificial, desarrollada como parte de la tesina de maestría de Souza en la UFES. “Este proceso de análisis demora días, y requiere del trabajo de físicos experimentados. Con esta red es posible identificar automáticamente los minerales, partiendo de ejemplos catalogados en un banco de datos”, explica el físico.

Simultáneamente al proyecto ambiental, Souza desarrolla nuevas aplicaciones para la sonda espacial. Tanto la CST como la CVRD están sirviendo de apoyo para pruebas de uso del equipamiento en el control de calidad de sus productos. “Vamos a instalar el Mimos II y el Sistema de Detección de Rayos X del APXS en las acerías de Vale para verificar, en tiempo real, durante la producción, si las características del ‘pelets’ son acordes a los parámetros de calidad definidos por los clientes.” Lo propio se hará para analizar la calidad del acero producido por CST. “De esta manera, las empresas podrán detectar y corregir cualquier alteración de calidad”, subraya Souza. “Con este proyecto, la industria nacional se convierte en pionera en el uso de sondas espaciales en sus instalaciones. Al igual que en Marte, queremos analizar todos los detalles de los minerales ferrosos en nuestros procesos industriales.”

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