Cuando se notifique la resistividad térmica, deberá indicarse siempre junto con el contenido de humedad. Si se dispone de los medios necesarios, también debe indicarse la densidad/compactación del suelo. Para más información sobre la notificación, véase "Resistividad térmica: valores rho reales para el ingeniero energético profesional".
¿Por qué son tan altas mis cifras de resistividad térmica?
Las partículas del suelo tienen una amplia gama de resistividades (~15 a 700 °C-cm/W), mientras que el agua (172 °C-cm/W) y el aire (~4000 °C-cm/W) tienen valores más finitos. La mezcla de partículas de suelo, agua y aire que compone las características de un suelo tiene un gran impacto en la resistividad térmica. El aumento de la humedad del suelo suele disminuir su resistividad térmica. Por otro lado, cuanto más aire haya en la mezcla de suelo-aire-agua, mayor será la resistividad. El aire en los poros del suelo forma parte de su composición natural, por lo que no debe descartarse. Si las lecturas de resistividad térmica del suelo natural son altas debido al aire, es posible que desee considerar el relleno de ingeniería.
¿Son frágiles las pequeñas agujas "de laboratorio"?
Todas las sondas de aguja calentada tienen un calentador interno y un sensor de temperatura que se rellena con un epoxi térmico, pero la fuerza de la aguja está en el "tubo" de acero inoxidable. Forzar la aguja podría hacer que se doblara, lo que podría dañar los circuitos del sensor. Si se enfrenta a un suelo duro, es posible utilizar un alfiler piloto o un taladro para crear un pequeño orificio piloto. Si lo hace, asegúrese de que la aguja queda bien ajustada. Si no es así, cree un nuevo orificio o utilice un poco de grasa térmica para rellenar los espacios de aire.
¿Cumple el METER TEMPOS los requisitos de las normas IEEE o ASTM?
La TEMPOS está clasificada como sonda "de laboratorio" a los ojos de la norma IEEE 442. Sin embargo, muchas cosas han cambiado desde que se redactó la norma IEEE en 1981. La norma IEEE se está revisando y las agujas "de laboratorio" más pequeñas se están teniendo en cuenta para el trabajo de campo. Siempre que se pueda acceder al suelo de interés y el usuario siga las precauciones de los instrumentos para las mediciones de campo, una sonda "de laboratorio" puede ser en realidad más precisa que una sonda de campo grande. (En otras palabras, aunque la aguja TEMPOS tenga el tamaño de la sonda de laboratorio, se puede utilizar en el campo con buenos resultados).
Nota: La norma ASTM no exige longitudes de aguja específicas para aplicaciones concretas.
¿Son difíciles los cálculos para calcular la resistividad térmica?
Los cálculos matemáticos para calcular la resistividad térmica del suelo no son demasiado complejos, pero realizar cualquier cálculo a mano puede dar lugar a errores. La mayoría de los instrumentos de aguja calentada disponibles en el mercado realizan todos los cálculos y proporcionan el número de resistividad. Lo mismo puede decirse de las mediciones del contenido de agua del suelo.
¿Puedo analizar el suelo congelado con la técnica de la aguja calentada?
El suelo congelado puede analizarse con una aguja calentada siempre que la temperatura esté dentro de las especificaciones del instrumento. No intente medir la resistividad térmica del suelo justo cerca de la congelación, ya que el cambio de fase invalida la medición.
¿Cuál es el tamaño de grano más grande que puedo probar con una pequeña aguja calentada?
Una aguja calentada pequeña (~100 mm de longitud, ~2,5 mm de diámetro) puede probar granos de tierra de hasta unos 2 mm. A partir de ese punto, los espacios de aire empiezan a ofrecer más resistencia térmica que el propio suelo. La grasa térmica y los tiempos de lectura más largos pueden ayudar a superar el error causado por los espacios de aire. Sin embargo, no ignore los espacios de aire en el suelo, ya que el método de fuente de calor de línea, en el que se basa el diseño de la aguja calentada, imita la disipación de calor de un cable eléctrico subterráneo. Si hay espacios de aire en el suelo, el flujo de calor del cable eléctrico se verá afectado.
¿Cuánto tiempo tengo que esperar entre una lectura y otra?
Trate cada lectura como una nueva prueba. Espere de 2 a 5 minutos antes de tomar una lectura. Si se toman múltiples lecturas, algunos usuarios han encontrado ventajoso utilizar un par de agujas (espaciadas adecuadamente), moviendo el controlador de sensor a sensor.
¿Cuánto tiempo debo esperar tras la inserción de la aguja para iniciar la lectura?
de 2 a 5 minutos. Sin embargo, esta respuesta depende en gran medida del tamaño de la aguja y de la diferencia de temperatura entre el suelo/material de interés y la aguja. Las agujas suelen ser de acero inoxidable, por lo que tienen una alta conductividad térmica y pueden alcanzar el equilibrio de temperatura con el entorno muy rápidamente. Pero la deriva de la temperatura (distinta del calentamiento de la aguja) durante una lectura puede causar errores. Lo mejor es ir sobre seguro y esperar 5 minutos para asegurarse de que la aguja y la muestra están en equilibrio.
¿Puedo realizar mediciones sobre el terreno con una aguja pequeña (por ejemplo, de 100 mm de longitud)?
Las pequeñas sondas "de laboratorio" pueden utilizarse sobre el terreno siempre que el suelo de interés sea accesible. Es lo mismo que extraer una muestra de suelo y llevarla al laboratorio. Se sugiere realizar varias mediciones para comprobar la variabilidad en toda la muestra de interés.
¿Cómo puedo acceder al suelo de interés del campo?
Las dos formas principales de acceder al suelo para realizar pruebas son la extracción de muestras de testigos de perforación o la excavación de un pozo de pruebas. Las muestras extraídas de la profundidad de interés pueden analizarse in situ o enviarse a un laboratorio. Un pozo de sondeo permite realizar pruebas sobre el terreno o extraer muestras para enviarlas al laboratorio. También es una buena idea observar el suelo de interés para buscar capas de estratos e inconsistencias en el suelo. Recuerde que las pruebas de campo no ofrecen una imagen completa de la resistividad térmica de un suelo como las pruebas de laboratorio.
¿Qué diferencia hay entre una sonda "de campo" y una sonda "de laboratorio"?
En algunas normas, las sondas de campo se concibieron y diseñaron para medir la resistividad térmica de una gran muestra representativa del suelo. Las sondas de campo son grandes agujas (~ 1 metro de largo) que emiten mucho calor. Por desgracia, su resolución de temperatura es bastante pobre. Por lo tanto, la medición requiere mucha potencia y tiempo para crear un cambio de temperatura suficiente para obtener resultados precisos. Las agujas de tipo "laboratorio" tienen una resolución de temperatura asombrosa (0,0001 °C) y con un par de mediciones de 5 minutos pueden caracterizar con precisión la resistividad térmica de la mayoría de los suelos. Las agujas pequeñas también requieren mucha menos energía (4 pilas AA) que una sonda de campo. Tenga en cuenta que las mediciones de campo sólo proporcionan la resistividad térmica del suelo en su contenido de humedad actual. Para obtener una imagen completa de la resistividad térmica de un suelo, es necesario realizar pruebas de laboratorio.
¿Cuál es su experiencia en el desarrollo de sensores de humedad del suelo para el Phoenix Rover del JPL de la NASA? ¿Por qué el sensor registró también la conductividad térmica? ¿Hubo algún hallazgo interesante?
No empieces. En general, la experiencia fue estupenda. El equipo con el que trabajamos en el JPL estaba formado por muy buenos científicos e ingenieros. Las mediciones de las propiedades térmicas debían servir de base para los datos de las propiedades térmicas del regolito obtenidos por teledetección, que son fundamentales para comprender la profundidad de penetración del calor solar. Todas las funciones de medición del TECP funcionaron bien, y el proyecto se considera un gran éxito. Quizá el hallazgo más importante fue la migración de agua en fase vapor hacia el regolito a medida que éste se enfriaba al acercarse el invierno marciano. El aumento de la permitividad dieléctrica medido por TECP fue mucho mayor de lo esperado, probablemente debido a la interacción del agua con las sales de perclorato en la fase no congelada. Hace un tiempo grabamos un vídeo con el investigador principal del JPL. Puede verlo aquí.
¿Cuál es el tamaño óptimo de la muestra que debe utilizarse con TEMPOS?
Hay varias variables a tener en cuenta para asegurarse de que tiene el tamaño de muestra correcto. Lea esta nota de aplicación para ayudarle a determinar el tamaño de muestra ideal para su aplicación.