DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO BASEADO EM MICRO-ONDAS PARA DETECÇÃO NÃO INVASIVA DE ADULTERAÇÕES EM GASOLINA

Descrição

O presente projeto de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação propõe o desenvolvimento preliminar de um dispositivo baseado em micro-ondas para identificação não invasiva de alterações na composição de amostras de gasolina. A proposta parte da necessidade de investigar soluções mais simples, seguras, portáteis e acessíveis para triagem preliminar da qualidade de combustíveis, considerando que muitas técnicas laboratoriais convencionais exigem equipamentos de maior custo, mão de obra especializada, preparo de amostras e contato direto com líquidos inflamáveis. A adulteração da gasolina representa um problema de interesse técnico, econômico, ambiental e social. Alterações indevidas na composição do combustível podem causar aumento do consumo, redução do desempenho dos motores, desgaste prematuro de componentes, maior emissão de poluentes e prejuízos ao consumidor. Além disso, a identificação rápida de alterações no combustível é importante para apoiar ações futuras de fiscalização, controle de qualidade e monitoramento em diferentes etapas da cadeia de distribuição e comercialização. O princípio físico explorado neste projeto está relacionado à interação entre campos eletromagnéticos em radiofrequência e micro-ondas e as propriedades dielétricas da amostra analisada. Mudanças na composição da gasolina podem modificar sua permissividade elétrica e, consequentemente, alterar a resposta em frequência de uma estrutura ressonante planar. Essas alterações podem se manifestar por deslocamentos na frequência de ressonância, variações na magnitude dos parâmetros de espalhamento, mudanças na largura de banda e variações no fator de qualidade da resposta medida. A estrutura sensora proposta será baseada em um ressoador planar de micro-ondas, com foco em simplicidade geométrica, baixo custo, facilidade de fabricação e viabilidade experimental. A medição será realizada de forma não invasiva, mantendo a amostra próxima ao sensor, mas sem contato direto com a estrutura sensora. Essa abordagem busca reduzir riscos de contaminação, exposição a vapores inflamáveis e desgaste do elemento sensor, favorecendo o desenvolvimento de uma solução mais segura e potencialmente portátil. O sistema de medição utilizará um analisador vetorial de redes portátil, do tipo nanoVNA, para aquisição dos parâmetros de espalhamento da estrutura sensora, especialmente S11, associado ao coeficiente de reflexão, e S21, associado ao coeficiente de transmissão. Embora o nanoVNA apresente limitações em relação a analisadores de redes vetoriais profissionais de bancada, sua utilização é adequada ao caráter exploratório do projeto, pois permite realizar medições preliminares, comparar respostas relativas entre amostras e avaliar a viabilidade inicial do método de detecção. A metodologia será desenvolvida de forma progressiva. Inicialmente, será realizada uma revisão bibliográfica sobre sensores de micro-ondas aplicados à caracterização de líquidos, detecção de adulterações em combustíveis, ressoadores planares e instrumentação de baixo custo. Em seguida, serão analisadas estruturas de referência, com estudo de seus princípios de funcionamento, geometrias, frequência de operação, parâmetros de espalhamento utilizados e sensibilidade às propriedades dielétricas das amostras. Na etapa seguinte, será realizada a modelagem e simulação eletromagnética preliminar de uma estrutura sensora planar, utilizando software disponível no laboratório. O objetivo será avaliar a influência de materiais ou amostras próximas ao sensor sobre sua resposta em frequência. Essa etapa permitirá compreender o comportamento eletromagnético da estrutura antes da fabricação, reduzindo custos e aumentando a chance de obtenção de um protótipo funcional. Com base nos resultados simulados, será projetado e fabricado um protótipo inicial do sensor planar, utilizando materiais e processos compatíveis com a infraestrutura disponível, como substrato de baixo custo e fabricação em placa de circuito impresso. O protótipo terá caráter experimental e preliminar, com foco na validação do princípio de funcionamento do sensor, e não na obtenção de um equipamento final de certificação ou fiscalização. A bancada experimental será montada com o nanoVNA para aquisição dos dados de medição. Inicialmente, serão utilizados líquidos de referência com propriedades dielétricas distintas, a fim de verificar a sensibilidade básica do sensor, a estabilidade da bancada e a repetibilidade das medições. Posteriormente, quando viável, serão avaliadas amostras controladas de gasolina, preparadas em pequenas quantidades e seguindo procedimentos de segurança compatíveis com o manuseio de líquidos inflamáveis. Os resultados experimentais serão analisados por meio da comparação das curvas de resposta em frequência obtidas para diferentes amostras. Serão observadas mudanças na frequência de ressonância, na magnitude dos parâmetros de espalhamento, na largura de banda e, quando possível, no fator de qualidade. Também serão avaliadas a repetibilidade das medições, a influência do posicionamento da amostra ou recipiente em relação ao sensor, a estabilidade dos conectores, as limitações do nanoVNA e as diferenças entre resultados simulados e experimentais. De forma complementar, será investigada a possibilidade de integração futura do sistema com um microcontrolador ESP32, visando comunicação, armazenamento ou visualização dos dados medidos. Essa etapa terá caráter inicial e formativo, não sendo requisito obrigatório para a validação do sensor. O objetivo será avaliar a viabilidade de uso do ESP32 como elemento de apoio para tornar o sistema mais portátil, conectado e adequado a trabalhos futuros envolvendo instrumentação de baixo custo e Internet das Coisas. O projeto apresenta relevância científica, tecnológica e formativa. Do ponto de vista técnico, busca demonstrar a viabilidade inicial de um sensor planar de micro-ondas para identificar variações mensuráveis na resposta eletromagnética de amostras líquidas associadas a alterações na composição da gasolina. Do ponto de vista tecnológico, propõe uma abordagem não invasiva, compacta e de baixo custo, com potencial de continuidade em estudos voltados ao monitoramento da qualidade de combustíveis. Do ponto de vista formativo, permitirá ao estudante desenvolver competências em eletromagnetismo aplicado, sensores de micro-ondas, instrumentação eletrônica, caracterização de materiais, aquisição de dados, análise experimental e sistemas embarcados. Espera-se, ao final do projeto, obter um protótipo funcional, uma bancada de medição baseada em nanoVNA, curvas experimentais de S11 ou S21 para diferentes amostras e uma análise preliminar da sensibilidade, repetibilidade e limitações da abordagem proposta. Os resultados deverão fornecer uma base técnica para trabalhos futuros voltados ao aprimoramento da geometria do sensor, ampliação do conjunto de amostras avaliadas, melhoria da bancada experimental e desenvolvimento de soluções portáteis para triagem não invasiva da qualidade de combustíveis. A proposta também está alinhada aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Agenda 2030, especialmente ao ODS 3, por sua relação com segurança, saúde pública e redução de riscos associados a combustíveis adulterados; ao ODS 9, por contribuir para inovação tecnológica, instrumentação e desenvolvimento de soluções aplicadas; e ao ODS 12, por estar relacionada ao consumo responsável, controle de qualidade e uso mais seguro de combustíveis.