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Teor de água

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Composição do solo

O conteúdo de água ou o conteúdo de humidade é a quantidade de água contida em um material, tal como o solo (chamado humidade do solo), rocha , cerâmica ou madeira em uma base volumétrica ou gravimétrica. A propriedade é usada numa ampla gama de domínios científicos e técnicos, e é expressa como uma razão, que pode variar de 0 (completamente seco) para o valor dos materiais ' porosidade em saturação.

Conteúdo volumétrico de água, θ, é definido matematicamente como:

\ Theta = \ frac {} {V_w V_T}

onde V_w é o volume de água e V_T = V_S + V_v = V_S + V_w + V_A é o volume total (volume do solo que é o volume de água + + Vácuo espacial). O teor de água pode também ser baseada na sua massa ou em peso, portanto, o teor de água gravimétrico é definido como:

u = \ frac {} {m_w m_B}

onde m_w é a massa de água e m_B (Ou Senhora para o solo) é a massa de material a granel. Para converter conteúdo de água gravimétrica para volumétrico de água, multiplicar o teor de água gravimétrico pelo volume gravidade especifica do material.

Outras definições

O grau de saturação

Em mecânica dos solos e engenharia de petróleo, a saturação de água termo ou grau de saturação, S_w é utilizado, definido como

S_w = \ frac {} {V_w V_v} = \ frac {} {V_w V_b \ phi} = \ frac {\ theta} {\ phi}

onde \ Phi = V_v / V_T é o e porosidade V_v é o volume de espaço vazio ou do poro.

Valores de S w pode variar de 0 (seco) a 1 (saturado). Na realidade, S w nunca atinge 0 ou 1 - estas são idealizações para uso de engenharia.

Conteúdo volumétrico de água normalizado

O teor de água normalizado, \ Theta , (Também chamado de saturação ou eficaz S_E ) É um valor sem dimensão definida por van Genuchten como:

\ Theta = \ frac {\ theta - \ theta_r} {\ theta_s- \ theta_r}

onde \ Theta é o conteúdo volumétrico de água; \ Theta_r é o conteúdo de água residual, definido como o teor em água para o qual o gradiente d \ theta / dh torna-se igual a zero; e, \ theta_s é o teor de água saturado.

Medição

Os métodos diretos

Conteúdo volumétrico de água pode ser medido directamente utilizando um volume conhecido do material, e uma secagem forno. Conteúdo volumétrico de água, θ, é calculado usando:

\ Theta = \ frac {m _ {\ text {molhado}} - m _ {\ text {seco}}} {\ rho_w \ cdot V_b}

onde

m _ {\ text {molhado}} e m _ {\ text {seco}} são as massas da amostra antes e depois da secagem no forno;
\ Rho_w representa a densidade de água; e
V_b é o volume de amostra antes da secagem da amostra.

Para os materiais que mudam de volume com um teor de água, tal como o carvão , o teor de água, u, é expressa em termos da massa de água por unidade de massa da amostra húmidas:

u = \ frac {m _ {\ text {molhado}} - m _ {\ text {seco}}} {m _ {\ text {molhado}}}

No entanto, geotécnica requer o teor de humidade para ser expresso como uma percentagem do peso seco ou seja, o conteúdo de humidade% da amostra = u * 100

Onde
u = \ frac {m _ {\ text {molhado}} - m _ {\ text {seco}}} {m _ {\ text {seco}}}

Para madeira , a convenção é denunciar o conteúdo de umidade em base seca em estufa (ou seja, geralmente secagem amostra numa estufa fixado em 105 graus Celcius durante 24 horas). Em secagem de madeira, este é um conceito importante.

Os métodos de laboratório

Outros métodos que determinam o teor de água de uma amostra incluem química titulações (por exemplo, a Titulação de Karl Fischer), determinando a perda de massa por aquecimento (talvez na presença de um gás inerte), ou depois secagem por congelação. Na indústria de alimentos a Método de Dean-Stark, também é vulgarmente utilizada.

A partir do Livro Anual de ASTM (American Society for Testing and Materials) Padrões, o teor de umidade evaporável total agregado (C 566) pode ser calculada com a fórmula:

p = \ frac {W-D} {D}

onde p é a fracção do teor em humidade total de amostra evaporável, W é a massa da amostra original, e D é a massa da amostra seca.

Métodos geofísicos

Existem vários métodos geofísicos disponíveis que podem aproximar no conteúdo de água do solo in situ. Estes métodos incluem: reflectometria no domínio do tempo (TDR), sonda de nêutrons, sensor de domínio da frequência, sonda de capacitância, tomografia resistividade eléctrica, e outros que são sensíveis às propriedades físicas da água . Sensores geofísicos são muitas vezes utilizados para monitorar continuamente a umidade em aplicações agrícolas e científicos do solo.

Método de sensoriamento remoto por satélite

Sensoriamento remoto por satélite microondas é usado para estimar a umidade do solo com base no grande contraste entre as propriedades dielétricas de solo molhado e seco. Os dados de microondas via satélite de sensoriamento remoto, tais como: WindSat, AMSR-E, RADARSAT, ERS-1-2 são usadas para estimar a umidade do solo superficial .

Classificação e usos

A humidade pode estar presente como a humidade adsorvida nas superfícies internas e capilar como a água condensada em pequenas pores. Em baixas umidades relativas, umidade consiste principalmente de água adsorvida. Para humidades relativas mais elevadas, a água líquida torna-se mais e mais importante, dependendo do tamanho de poro. Em materiais à base de madeira, no entanto, quase toda a água seja adsorvida a humidades inferiores a 98% HR.

Em aplicações biológicas pode também haver uma distinção entre água physisorbed e água "livre" - a água ser physisorbed que estreitamente associado e relativamente difíceis de remover de um material biológico. O método utilizado para determinar o teor de água pode afetar se a água presente sob esta forma é contabilizado. Para uma melhor indicação de "livre" e "ligado" água, a actividade de água de um material deve ser considerado.

As moléculas de água podem também estar presentes nas matérias intimamente associados com as moléculas individuais, como "água de cristalização", ou como moléculas de água que são componentes estáticos da estrutura das proteínas.

Terra e ciências agrícolas

Na ciência do solo , hidrologia e ciências agrárias, teor de água tem um papel importante para recarga de águas subterrâneas, a agricultura , e química do solo. Muitos esforços recentes da investigação científica têm apontado para uma previsão com a compreensão do conteúdo de água no espaço e no tempo. Observações revelaram que geralmente variação espacial do teor de água tende a aumentar aumenta à medida globais de umidade em regiões semi-áridas, para diminuir molhamento aumentos globais como em regiões úmidas, e para atingir o pico em condições de umidade intermédias em regiões de temperatura.

Existem quatro teores de água padrão que são rotineiramente utilizados, e medidos os quais são descritos na tabela a seguir:

Nome Notação Pressão de sucção
(J / kg ou kPa)
Teor de água típico
(Vol / vol)
Descrição
Teor de água saturada θ s 0 0,2-0,5 ?gua, equivalente a efetiva totalmente saturado porosidade
Capacidade de campo θ fc -33 0,1-0,35 A umidade do solo após 2-3 dias após uma chuva ou irrigação
Ponto de murcha permanente pwp θ θ ou wp -1500 0,01-0,25 Umidade mínima do solo em que uma planta murcha
Teor de água residual θ r -∞ 0,001-,1 Restante água em alta tensão

E por último o teor de água disponível, θ um, o que é equivalente a:

θ um fc θ ≡ - θ pwp

que pode variar entre 0,1 em cascalho e 0,3 em turfa.

Agricultura

Quando um solo fica muito seco, planta transpiração gotas porque a água está a tornar-se cada vez ligado às partículas do solo por sucção. Abaixo do plantas ponto de murcha já não são capazes de extrair água. Neste ponto, eles murcham e deixam transpirar completamente. Condições onde o solo está muito seco para manter o crescimento da planta de confiança é referido como agrícola seca , e é um foco particular de irrigação gestão. Tais condições são comuns em árido e ambientes semi-áridas.

Alguns profissionais da agricultura estão começando a usar medições ambientais, tais como umidade do solo para agendar irrigação . Este método é referido como "inteligente de irrigação."

?guas Subterrâneas

Em saturado águas subterrâneas aqüíferos, todos disponíveis poros são preenchidos com água (teor de água volumétrica = porosidade). Acima de um franja capilar, espaços porosos têm ar neles também.

A maioria dos solos têm um teor de água inferior a porosidade, o que é a definição de condições insaturados, e eles fazem-se o assunto de hidrogeologia zona vadosa. O franja do capilar lençol freático é a linha divisória entre condições saturados e insaturados. Teor de água na franja capilar diminui com o aumento da distância acima da superfície freática.

Uma das principais complicações que surge no estudo da zona vadosa, é o facto de a condutividade hidráulica insaturado é uma função do conteúdo de água do material. Como material de seca, as vias molhadas conectado através da mídia tornam-se menores, a condutividade hidráulica diminuindo com menor teor de água de uma forma muito não-linear.

A curva de retenção de água é a relação entre o conteúdo ea água volumétrica potencial de água do meio poroso. É característico para diferentes tipos de meio poroso. Devido a histerese, diferentes curvas de molhagem e de secagem podem ser distinguidos.

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