Quando si riporta la resistività termica, questa deve essere sempre accompagnata dal contenuto di umidità. Se i mezzi sono disponibili, si dovrebbe riportare anche la densità/compattazione del terreno. Per ulteriori informazioni sui rapporti si veda "Resistività termica: valori rho reali per l'ingegnere energetico professionista".
Perché i miei numeri di resistività termica sono così alti?
Le particelle del suolo hanno un'ampia gamma di resistività (da ~15 a 700 °C-cm/W), mentre l'acqua (172 °C-cm/W) e l'aria (~4000 °C-cm/W) hanno valori più limitati. La miscela di particelle del suolo, acqua e aria che costituisce la caratteristica di un suolo ha un grande impatto sulla resistività termica. L'aumento dell'umidità del suolo fa tipicamente diminuire la resistività termica del suolo. D'altra parte, maggiore è la quantità di aria nella miscela suolo-aria-acqua, più alta è la resistività. L'aria nei pori del terreno fa parte della composizione naturale del suolo, quindi non deve essere eliminata dalla considerazione. Se le letture della resistività termica del terreno naturale sono elevate a causa dell'aria, si può prendere in considerazione un riempimento ingegnerizzato.
I piccoli aghi "da laboratorio" sono fragili?
Tutte le sonde ad ago riscaldate sono dotate di un riscaldatore interno e di un sensore di temperatura riempito con una resina epossidica termica, ma la forza dell'ago risiede nel "tubo" di acciaio inossidabile. Forzando l'ago, questo potrebbe piegarsi, danneggiando il circuito del sensore. Se ci si trova di fronte a un terreno duro, è possibile utilizzare uno spillo pilota o un trapano per creare un piccolo foro pilota. In questo caso, accertarsi che l'ago sia perfettamente aderente. In caso contrario, creare un nuovo foro o utilizzare del grasso termico per riempire i vuoti d'aria.
Il sito TEMPOS di METER soddisfa i requisiti dello standard IEEE o ASTM?
La sonda TEMPOS è classificata come sonda "da laboratorio" ai sensi dello standard IEEE 442. Tuttavia, molte cose sono cambiate da quando lo standard IEEE è stato scritto nel 1981. Lo standard IEEE è in fase di revisione e gli aghi più piccoli "da laboratorio" vengono presi in considerazione per il lavoro sul campo. A condizione che sia possibile accedere al terreno di interesse e che l'utente segua le precauzioni degli strumenti per le misure sul campo, una sonda "da laboratorio" può essere più precisa di una sonda da campo di grandi dimensioni. (In altre parole, anche se l'ago TEMPOS ha le dimensioni della sonda da laboratorio, è possibile utilizzarlo sul campo con buoni risultati).
Nota: lo standard ASTM non richiede specifiche lunghezze dell'ago per applicazioni specifiche.
I calcoli per il calcolo della resistività termica sono difficili da eseguire?
I calcoli matematici per il calcolo della resistività termica del terreno non sono eccessivamente complessi, ma fare qualsiasi calcolo a mano può portare a degli errori. La maggior parte degli strumenti ad ago riscaldato disponibili in commercio esegue tutti i calcoli e fornisce il numero di resistività. Lo stesso vale per le misure del contenuto d'acqua del terreno.
Posso testare il terreno ghiacciato con la tecnica dell'ago riscaldato?
Il terreno congelato può essere testato con un ago riscaldato, purché la temperatura rientri nelle specifiche dello strumento. Non tentare di misurare la resistività termica del terreno in prossimità del congelamento, poiché il cambiamento di fase invalida la misura.
Qual è la granulometria più grande che posso testare con un piccolo ago riscaldato?
Un piccolo ago riscaldato (lunghezza ~100 mm, diametro ~2,5 mm) può testare grani di terreno fino a circa 2 mm. A quel punto, le fessure d'aria iniziano a fornire una resistenza termica superiore a quella del terreno stesso. Il grasso termico e i tempi di lettura più lunghi possono aiutare a superare l'errore causato dai vuoti d'aria. Tuttavia, non bisogna ignorare i vuoti d'aria nel terreno, poiché il metodo della sorgente di calore della linea, su cui si basa il progetto dell'ago riscaldato, imita la dissipazione di calore di un cavo elettrico interrato. La presenza di intercapedini nel terreno influisce sul flusso di calore del cavo elettrico.
Quanto tempo devo aspettare tra una lettura e l'altra?
Trattate ogni lettura come un nuovo test. Attendere da 2 a 5 minuti prima di effettuare una lettura. Se si effettuano più letture, alcuni utenti hanno riscontrato il vantaggio di utilizzare un paio di aghi (opportunamente distanziati), spostando il controller da un sensore all'altro.
Quanto tempo devo aspettare dopo l'inserimento dell'ago per iniziare la lettura?
Da 2 a 5 minuti. Tuttavia, questa risposta dipende molto dalle dimensioni dell'ago e dalla differenza di temperatura tra il terreno/materiale di interesse e l'ago. Gli aghi sono tipicamente in acciaio inossidabile e quindi hanno un'elevata conducibilità termica e possono raggiungere l'equilibrio di temperatura con l'ambiente circostante molto rapidamente. Tuttavia, una deriva della temperatura (diversa dal riscaldamento dell'ago) durante la lettura può causare errori. È meglio essere sicuri e aspettare i 5 minuti necessari per garantire che l'ago e il campione siano in equilibrio.
È possibile effettuare misurazioni sul campo con un ago piccolo (ad esempio, lungo 100 mm)?
Le piccole sonde "da laboratorio" possono essere utilizzate sul campo, purché il terreno di interesse sia accessibile. È come prelevare un campione di terreno e portarlo in laboratorio. Si consiglia di eseguire più misure per verificare la variabilità del campione di interesse.
Come posso accedere al terreno di interesse del campo?
I due modi principali per accedere al terreno da analizzare sono l'estrazione di campioni di carotaggi o lo scavo di una fossa di prova. I campioni di carotaggi prelevati dalla profondità di interesse possono essere analizzati in loco o inviati a un laboratorio. Una fossa di prova consente di effettuare analisi sul campo o di prelevare campioni da inviare in laboratorio. Inoltre, è una buona idea osservare il terreno di interesse per cercare strati e incongruenze nel terreno. Ricordate che i test sul campo non forniscono un quadro completo della resistività termica di un terreno, come invece possono fare i test di laboratorio.
Qual è la differenza tra una sonda "di campo" e una sonda "di laboratorio"?
In alcuni standard, le sonde di campo sono state concepite e progettate per misurare la resistività termica di un ampio campione rappresentativo di terreno. Le sonde da campo sono aghi di grandi dimensioni (lunghi circa 1 metro) che emettono molto calore. Purtroppo, la loro risoluzione di temperatura è piuttosto scarsa. Pertanto, la misurazione richiede molta potenza e tempo per creare una variazione di temperatura sufficiente a ottenere risultati accurati. "Gli aghi da laboratorio hanno una risoluzione di temperatura sorprendente (0,0001 °C) e con un paio di misurazioni di 5 minuti possono caratterizzare con precisione la resistività termica della maggior parte dei terreni. Gli aghi piccoli richiedono anche molta meno energia (4 batterie AA) rispetto a una sonda da campo. Tenete presente che le misurazioni sul campo forniscono solo la resistività termica del terreno al suo attuale contenuto di umidità. Per avere un quadro completo della resistività termica di un terreno sono necessarie le analisi di laboratorio.
Qual è la sua esperienza nello sviluppo di sensori di umidità del suolo per il rover Phoenix del JPL della NASA? Perché il sensore ha registrato anche la conduttività termica? Ci sono stati risultati interessanti?
Non fateci iniziare! Nel complesso, l'esperienza è stata fantastica. Il team con cui abbiamo lavorato al JPL era composto da ottimi scienziati e ingegneri. Le misurazioni delle proprietà termiche dovevano essere una verità di base per i dati sulle proprietà termiche del regolite rilevati a distanza, che sono fondamentali per comprendere la profondità di penetrazione del calore solare. Tutte le funzioni di misurazione del TECP hanno funzionato bene e il progetto è considerato un grande successo. Forse la scoperta più importante è stata la migrazione in fase di vapore dell'acqua nel regolite, quando il regolite si è raffreddato con l'avvicinarsi dell'inverno marziano. L'aumento della permittività dielettrica misurato dal TECP è stato molto più grande del previsto, probabilmente a causa dell'interazione dell'acqua con i sali di perclorato nella fase non congelata. Qualche tempo fa abbiamo girato un video con il ricercatore principale del JPL. Potete vederlo qui.
Qual è la dimensione ottimale del campione da utilizzare con TEMPOS?
Ci sono diverse variabili da considerare per assicurarsi di avere la dimensione corretta del campione. Leggete questa nota applicativa per aiutarvi a determinare la dimensione ideale del campione per la vostra applicazione.