MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO MAR

TRABALHO 1 - SONAR

MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO MAR

06/02/2017

Sumário

1.        INTRODUÇÃO        3

2.        DESENVOLVIMENTO        3

2.1. Batitermógrafo mecânico        4

2.2. Expendable Bathythermograph (XBT)        4

2.3. Salinômetro        5

3.        CONCLUSÃO        6

4.        BIBLIOGRAFIA        7

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1. INTRODUÇÃO

A velocidade do som é a distância percorrida por unidade de tempo, por uma onda sonora que se propaga em um meio elástico.

No entanto, a velocidade do som varia de uma substância para outra: no ar, o som se propaga a aproximadamente 343,21 m/s; na água pura, o som se propaga a 1484 m/s e no aço, se propaga a 5120 m/s.

Existem alguns fatores que influenciam a velocidade do som em meio líquido, como a temperatura, salinidade e pressão (profundidade da coluna de água).

A velocidade do som no líquido (no mar) é de grande importância para a guerra A/S, uma vez que a distância dos contatos obtida pelo SONAR é calculada com base nessa velocidade.

1. DESENVOLVIMENTO

A velocidade do som na água do mar, livre de bolhas de ar e sedimentos é de aproximadamente 1500 m/s (mais precisamente 1500,235 m/s a 10 m de profundidade, 10°C e salinidade 34 ‰).

A velocidade do som na água do mar depende da pressão (profundidade), da temperatura e da salinidade. Ao longo dos anos, fórmulas empíricas foram desenvolvidas a fim de calcular a velocidade do som no mar usando essas três variáveis, e uma que obteve boa precisão foi a desenvolvida pelo cientista Kenneth Mackenzie.

[pic 1]

Onde:

• T é a temperatura em graus Celsius
• S é a salinidade em partes por mil
• z é a profundidade em metros

E as constantes são:

[pic 2]	[pic 3]	[pic 4]
[pic 5]	[pic 6]	[pic 7]
[pic 8]	[pic 9]	[pic 10]

Essa equação é otimizada para a salinidade entre 25 e 40 partes por mil e possui um erro de aproximadamente 0,070 m/s. Existem outras equações, como a Equação de Chen-Millero-Li e Equação de V. A. Del Grosso, que possuem maior aproximação, no entanto são muito mais complexas.

Dessa forma, para o cálculo da velocidade do som no mar envolve equipamentos que forneçam essas três variáveis.

1. Batitermógrafo mecânico

Sensor em formato de torpedo, cujo nome vem do grego, bathýs: "profundidade" + thermós: "temperatura" + graphein: "registar”.

Foi desenvolvido em 1930 por Athelstan Spilhaus e teve grande importância na guerra A/S durante a Segunda Guerra Mundial.

O BT, como era chamado, é composto por um sensor de temperatura e um transdutor capaz de detectar pressão hidrostática. Dessa forma, ele conseguia fornecer as duas informações mais importantes para o cálculo da velocidade do som no mar: temperatura e pressão.

Ele podia ser lançado de qualquer plataforma, inclusive navios em movimento. Também existiam modelos que podiam ser lançados a partir de aeronaves.

1. Expendable Bathythermograph (XBT)

Depois de observar os perigos e dificuldades de tentar recuperar os batitermógrafos mecânicos que eram usados em grandes profundidades, a Marinha Americana contratou a Sippican Corporation of Marion para desenvolver batitermógrafos descartáveis (XBT), do inglês Expendable Baththermograph.

O XBT é composto por um invólucro de metal, um par de fios de cobre muito finos enrolados e um termistor. Ao ser lançado, ele cai a uma velocidade constante de 20 pés por segundo.

Essa velocidade constante é extremamente importante para o cálculo da profundidade e só é possível devido ao seu formato ogival e ao fato haver duas bobinas que liberam o fio simultaneamente, reduzindo ao máximo a tensão entre o sensor e o lançador. Uma bobina fica no corpo do próprio sensor e a outra no lançador.

A medida que afunda, o termistor se comunica, através do par de fios de cobre, com o lançador, fornecendo as medidas de temperatura e a profundidade é calculada com base na seguinte fórmula:

[pic 11]

Onde:

• z é a profundidade em metros
• a é o coeficiente de redução de massa devido ao desenrolar da bobina de cobre
• b é a velocidade com a qual o sensor atinge a superfície da água

As figuras 1 e 2 ilustram um sensor XBT e o lançamento de um XBT com o navio em movimento.        

[pic 12] Figura 1: XBT

[pic 13] Figura 2: Lançamento de XBT

 

A tabela 1 abaixo discrimina alguns modelos de XBT para finalidades específicas:

Modelo	Aplicação	Prof. Max	Precisão
T-4	Sensor padrão usado pela Marinha Americana para operação A/S	460 m	65 cm
T-5	Águas profundas: aplicações científicas e militares	1830 m	65 cm
Fast Deep	Pode ser lançado de navios a grandes velocidades	1000 m	65 cm
T-6	Aplicação oceanográfica	460 m	65 cm
T-7	Aperfeiçoado para medições de cálculo sonar	760 m	65 cm
Deep Blue	Maior velocidade de lançamento	760 m	65 cm
T-10	Aplicações de pesca	200 m	65 cm
T-11	Possui alta resolução para contra medida de minagem	460 m	18 cm

Tabela 1: Modelos de XBT para aplicações específicas