Evaluación del método activo para determinar contenidos de humedad en suelos

Abstract

RESUMENEn los últimos años las mediciones distribuidas de temperaturas con cables de fibra óptica (FO-DTS) se han utilizado con éxito para investigar una amplia gama de procesos hidrológicos. En particular, con la tecnología FO-DTS se han desarrollado dos métodos para monitorear el contenido de humedad volumétrico en suelos (θ): el método pasivo y el método activo. Este trabajo presenta una evaluación del método activo para determinar el θ de un suelo arenoso. En este método, se utilizan cables de fibra óptica con elementos metálicos, donde se aplica una diferencia de voltaje entre sus extremos para calentarlo durante un período de tiempo determinado. Luego, se utiliza una relación empírica para relacionar el θ con un parámetro denominado temperatura acumulada (T cum ). Para aplicar el método activo se propuso una relación potencial definida por tramos, la cual depende de las propiedades hidrodinámicas del suelo estudiado. Distintos experimentos fueron realizados para evaluar el método activo. Estos experimentos tuvieron distintas duraciones del pulso de calor (2, 5, 10 y 20 min con potencias eléctricas de 2.1, 2.6, 2.3 y 2.4 W/m, respectivamente), y permitieron determinar la duración óptima del pulso de calor (t f ), el tiempo de integración óptimo (∆t), el tiempo final óptimo de integración (t 0 ) utilizado en el cálculo de la temperatura acumulada, y la corriente óptima (I) que debe circular por el cable de fibra óptica para generar el pulso de calor. Los resultados revelan que los parámetros óptimos son: t f = 1200 s, ∆t = 150 s, t 0 = t f , e I ≈ 17 A (2.4 W/m). Este análisis permitió obtener contenidos de humedad que van desde 0.14 hasta 0.46 m 3 /m 3 , con errores menores que 0.08 m 3 /m 3 .Palabras clave | mediciones distribuidas de temperatura con cables de fibra óptica (FO-DTS); método activo; contenido de humedad volumétrico. ABSTRACT

Investigação da umidade do solo por meio da combinação entre o aquecimento de uma liga ferrítica (Fe-Cr-Al) e a medição distribuída de temperatura (DTS)

“…Assim como o método HP, o método AHFO monitora a resposta térmica do solo à aplicação de um pulso de calor (STRIEGL; LOHEIDE II, 2012). Nesse caso, o sistema FO-DTS utiliza cabos de FO que possuem elementos metálicos em sua composição, que usualmente são dispostos como um revestimento concêntrico aos demais componentes do cabo (BENÍTEZ-BUELGA et al, 2014;SUÁREZ, 2017). Esse revestimento que, em aplicações de telecomunicação, tem a função de reforçar a proteção à fibra óptica, é uma armadura formada por um conjunto de filamentos de cobre e/ou aço que percorrem toda a extensão longitudinal do cabo (CIOCCA et al, 2012).…”

“…Essas aplicações têm gerado resultados satisfatórios nas estimativas de 𝜃, com execução da abordagem SPHP-DTS (GIL-RODRÍGUEZ et al, 2013;SUÁREZ, 2017). Apesar da abordagem DPHP-DTS restringir-se ao uso dos modelos matemáticos usuais do método DPHP, sua aplicação ainda permite discussões acerca da evolução temporal da resposta térmica do solo ao aquecimento (SHEHATA et al, 2020), que também será executada neste trabalho.…”

“…Ao comparar os métodos HP e AHFO, nota-se que existe uma semelhança natural entre eles, uma vez que ambos monitoram a variação de temperatura do solo gerada pelo seu aquecimento (HE et al, 2018a). No método AHFO, os elementos metálicos de um cabo de FO, dispostos como um revestimento concêntrico aos demais componentes do cabo, funcionam como um condutor elétrico através do qual uma corrente elétrica é imposta, o que leva ao aumento da temperatura do cabo e do meio circundante que é monitorado pelo DTS (BENÍTEZ-BUELGA et al, 2014;SUÁREZ, 2017;STRIEGL;LOHEIDE II, 2012).…”