Suplemento 2.17: El Radiómetro de Microondas (2/2)

Detección de Hidrocarburos

Hemos visto que el espesor de la película de aceite en el agua debe estar en el rango de milímetro a centímetro, para dar lugar a franjas de interferencia en el rango espectral de microondas. Esto se muestra en el gráfico siguiente:

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Microwave brightness temperature of oil
Temperatura de la luminosidad del aceite expresada en temperaturas absolutas (escala Kelvin) en función del espesor de la película de aceite en milímetros, mostrada para tres frecuencias en el rango de microondas. El ángulo de incidencia del campo de visión del radiómetro sobre la superficie del petróleo es de 41° (5 GHz), 54° (17 GHz), y 50° (34 GHz).
Fuente: Experimento de Arquímedes 1, Centro Común de Investigación, Establecimiento de Ispra, rediseñado.

Las franjas deberían permitir medir el espesor de las capas de aceite en la superficie del agua con un escáner MWR. La señal a una frecuencia dada se modula durante el sobrevuelo de un derrame de petróleo, dependiendo del espesor de la capa local. Las intensidades medidas se convierten luego en variaciones de temperatura de la luminosidad utilizando la Ley de radiación de Planck. Pero una sola frecuencia de detección dará lugar a datos ambiguos debido a las variaciones periódicas de la temperatura de la luminosidad al aumentar o disminuir el espesor de la capa de aceite. Sin embargo, esto se puede superar con instrumentos que utilizan varias frecuencias, como se muestra en el gráfico anterior.

Las capacidades de medir el espesor de la capa de aceite con MWR se ven claramente en los datos de dos radiómetros que tienen frecuencias de detección de 90 y 32 GHz. Sabemos que los grandes volúmenes de petróleo vertidos en el agua se caracterizan por un núcleo que tiene un espesor de capa del orden de milímetros a centímetros, rodeado por finas capas de petróleo de sólo unos pocos micrómetros de espesor que el viento rompe en pequeños parches. Obviamente, el escáner MWR no “ve” estas películas delgadas. En cambio, localiza las porciones gruesas de una marea negra, lo que lo hace adecuado para guiar a los recipientes de recuperación durante las operaciones de limpieza de derrames de petróleo.

Serias limitaciones surgen de las aplicaciones del MWR cuando se intenta detectar volúmenes de petróleo meteorizado. Debido al viento y las olas, las gotas de agua se dispersan constantemente en una capa de aceite, lo que conduce a la emulsificación. El principio de la radiometría de microondas es la detección de la radiación térmica emitida por el agua debajo del aceite. Esta radiación se transmite a través de la capa de aceite transparente (y de este modo se modula por interferencia). Sin embargo, las gotas de agua en el aceite emiten radiación térmica de la misma manera que una superficie de agua limpia. Debido a ésto, los aceites emulsionados son invisibles a la radiometría de microondas.

Otra limitante se produce en los casos en que el espesor de la capa de aceite varía mucho en distancias cortas que no se pueden distinguir con la distribución de píxeles del escáner MWR en el suelo. Como consecuencia, uno o más mínimos o máximos de las franjas de interferencia no se detectan y, por lo tanto, no se cuentan al evaluar el espesor de la capa de aceite. Esto puede dar lugar a resultados incorrectos sobre la distribución del espesor de la capa de aceite, obtenidos con los escáneres MWR.



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Microwave brightness temperature of oil
Mancha de fuelóleo pesado con un volumen total de 17 m3, medido con un escáner MWR de 90 GHz (imagen de la izquierda) y 32 GHz (imagen de la derecha). La dirección de vuelo en las imágenes está orientada verticalmente y el ancho de escaneo en el suelo es de 282 m. Las temperaturas de la luminosidad aumentan de azul claro a azul oscuro y de rojo a amarillo. Las variaciones máximas de temperatura luminosa son 20 K (imagen izquierda) y 17 K (imagen derecha).
Fuente: Experimento Arquímedes 2, Centro Común de Investigación, Establecimiento de Ispra.
El escáner MWR es un radiómetro de microondas pasivo que detecta bandas de frecuencia específicas en el rango de 1 a 100 GHz, combinado con un escáner para la detección de imágenes de petróleo en el agua a lo largo de la trayectoria de vuelo de una aeronave. Su principio físico se basa en la detección de la radiación térmica emitida por el agua de mar a frecuencias de microondas, mientras que una capa de aceite encima del agua es transparente a esta radiación. Los efectos de interferencia ocurren en la capa de aceite, dando lugar a franjas de interferencia con los máximos y mínimos de la señal detectada por el escáner MWR. Estos mínimos y máximos ocurren por las variaciones del espesor de la capa de aceite que están en el orden de la longitud de onda de la radiación de microondas, es decir, en el rango de milímetro a centímetro. Esto hace que el escáner MWR sea adecuado para localizar las capas gruesas de un derrame después de descargas (en su mayoría accidentales) de grandes volúmenes de petróleo.

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