TLS-100 ANÁLISIS DE PROPIEDADES TÉRMICAS DE SUELOS

TLS-100  ANÁLISIS DE PROPIEDADES TÉRMICAS DE SUELOS
09 Mayo
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EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES TÉRMICAS DE SUELOS SECOS Y SATURADOS MEDIANTE EL MEDIDOR DE RESISTIVIDAD TÉRMICA PORTÁTIL TLS - 100

¿POR QUÉ CONOCER LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL SUELO IMPORTANTE?
La conductividad térmica del suelo es extremadamente importante para aplicaciones ambientalmente sensibles en campos agrícolas y de construcción
Actualmente la instalaciones fotovoltaicas requieren de estudios de de los suelos, y entre las propiedades a estudirar se encuentra la conductividad térmica de estos suelos. .
Como regla general, la conductividad térmica del suelo aumenta al aumentar el contenido de humedad. En la industria de la construcción, los cables y tuberías enterrados representan posibles amenazas. Cuando las empresas de construcción están construyendo sistemas subterráneos, deben prestar mucha atención a los niveles de humedad y las propiedades de conducción térmica del suelo circundante. Si se observa una baja conductividad térmica del suelo, los cables y las tuberías pueden experimentar un sobrecalentamiento y pueden quemarse. Cuando se trata de tuberías de agua caliente enterradas, se requiere un suelo circundante de baja conductividad térmica para minimizar la pérdida de calor de las tuberías al suelo. Por lo tanto, las pruebas térmicas precisas y adecuadas, y en última instancia, la selección adecuada de los materiales de relleno es clave para el uso duradero de los sistemas subterráneos.

CÓMO MEDIR LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL SUELO
Thermtest desarolló un equipo de conductividad térmica conveniente y fácil de usar para medir las propiedades térmicas de los suelos y otros materiales naturales en el campo. Debido a la extensa investigación y modelado, el TLS-100 es capaz de analizar suelos y otros materiales blandos con una excelente precisión del 5% y una reproducibilidad del 2%, de acuerdo con la norma ASTM D5334 - Método de prueba estándar para la determinación de la conductividad térmica. Procedimiento de sonda de suelo y roca blanda mediante aguja térmica.
El TLS-100 también está diseñado para dar cuenta de la deriva isotérmica en una muestra antes de la medición. La temperatura de la muestra se controla antes de cada prueba y la variación de la temperatura se registra como parte de la medición, para permitir la compensación de la desviación si es necesario.



Medidor de conductividad térmica del suelo TLS-100 Thermtest

El medidor de resistividad térmica portátil Thermtest TLS-100 brinda a los usuarios la capacidad de medir las propiedades térmicas de suelos, sólidos y polvos con conductividades térmicas que van de 0.1 a 5 W / m · K y resistividades térmicas que van de 0.2 a 10 m · K / W, en un rango de temperatura de -40 a 100 ° C.

Las variaciones en las propiedades físicas pueden tener efectos significativos en la conductividad térmica de los suelos. Como regla general, la conductividad térmica es proporcional al contenido de humedad. Por lo tanto, cuanto mayor sea el contenido de humedad del suelo, mayor será la conductividad térmica y viceversa. Para este experimento, los investigadores de Thermtest se propusieron investigar la relación de conductividad térmica y humedad del suelo.

¿CUÁL ES LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL SUELO A DIFERENTES NIVELES DE HUMEDAD?
Dos muestras de suelo de dos niveles de humedad extremos (0% y 100%) se evaluaron por sus propiedades térmicas. Para comenzar, se tomó una muestra de suelo de fuera del laboratorio de Thermtest y se dejó secar naturalmente durante tres semanas en condiciones ambientales. Para imitar con éxito una densidad de suelo conocida de New Brunswick (Tarnawski, et al. (2015)), se utilizó un método de compactación por impacto para compactar el suelo en el soporte de la muestra en dos capas separadas. Para la muestra de suelo saturado al 0%, la sonda TLS-100 se insertó cuidadosamente en el centro de la muestra seca. Antes de realizar cualquier medición, se permitió que la configuración de la sonda / muestra se volviera isotérmicamente estable durante 10 minutos.

Para la muestra de suelo saturado al 100%, el procedimiento exacto se realizó como se mencionó anteriormente, solo el suelo se compactó en un soporte de muestra sin fondo fijado con estopilla. Este nuevo soporte para muestras se colocó luego en un plato más grande que contenía agua y se dejó durante 12 horas para que la muestra del suelo alcanzara el 100% de saturación, a través de un tipo de acción capilar. Antes de insertar la sonda, el soporte de la muestra se retiró del plato más grande y se colocó en un platillo seco. Luego se insertó la sonda TLS-100 en el centro de la muestra y se implementó nuevamente un período de espera de 10 minutos.

Muestras_tierra

Figura 2. El medidor portátil de conductividad / resistividad térmica TLS-100 que mide las propiedades térmicas de una muestra de suelo saturado al 0% (izquierda) y una muestra de suelo saturado al 100% (derecha).

¿CUÁNTO DURANTE LA PRUEBA DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL SUELO?
Debido a la naturaleza transitoria de este método, los tiempos de prueba son relativamente bajos (aproximadamente 2 minutos), una característica importante cuando se prueban materiales con alto contenido de humedad. Durante la prueba, la sonda TLS-100 insertada produce calor durante un período de tiempo establecido. Durante este período, se registran múltiples lecturas de temperatura a intervalos regulares. A medida que se produce el enfriamiento, las lecturas de temperatura se repiten a intervalos regulares una vez más. La conductividad térmica del suelo se calcula a partir de los registros de temperatura utilizando la siguiente ecuación:

k = q / 4πa 
 
k = conductividad térmica
q = potencia de calentamiento de la aguja
a = pendiente de la subida de la temperatura sobre el registro del tiempo
 
RESULTADOS DE CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL SUELO

 
Propiedades térmicas de dos muestras de suelo: 0% de saturación y 100% de saturación, a temperatura ambiente.

Thermal Conductivity of soil Applications


Los resultados recibidos siguen la tendencia de conductividad térmica / humedad del suelo mencionada anteriormente. Una lectura de conductividad térmica baja (0,364 W / m · K) se logró con un contenido de humedad del 0%, mientras que la muestra de suelo con una saturación del 100% mostró una conductividad térmica más alta (1,59 W / m · K). Estos resultados también estuvieron dentro de la reproducibilidad declarada del TLS-100. Si bien los resultados de conductividad térmica recibidos en este experimento varían ligeramente de los resultados obtenidos por Tarnawski, et al. (2015), mantienen una tendencia similar. La muestra de suelo utilizada en la investigación realizada por Tarnawski, et al. (2015) se recolectó en un área diferente de New Brunswick, lo que podría llevar a variaciones en las lecturas de conductividad térmica recibidas por los científicos de Thermtest.
 
Al probar la conductividad térmica del suelo al 0% y al 100% de saturación, con el medidor portátil de conductividad térmica TLS-100, se demostró que la conductividad térmica del suelo depende en gran medida de las propiedades físicas, como el contenido de agua. Deben realizarse más pruebas de conductividad térmica con el medidor portátil de resistividad térmica TLS-100 en el suelo, teniendo en cuenta otras propiedades físicas como la porosidad, el contenido orgánico y la temperatura.
 
Para obtener más información sobre el TLS-100 o cualquier otra aplicación, no dude en contactar con nosotros sidilab@sidilab.com
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