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Como Calcular o Teor de Umidade de Uma Amostra?

Na física dos meios porosos, o teor de umidade é a quantidade de água líquida contida em uma amostra de material, por exemplo uma amostra de solo, rocha, cerâmica ou madeira, cuja quantidade é avaliada por uma razão de peso ou volumétrica.

Essa propriedade ocorre em uma ampla variedade de disciplinas científicas e técnicas e é expressa em uma razão ou quociente, cujo valor pode variar entre 0 (amostra completamente seca) e um determinado conteúdo “volumétrico”, resultado da porosidade de saturação do material.

Definição E Variação Do Teor De Água

Na mecânica do solo, a definição do teor de água é em peso, que é calculado através de uma fórmula básica que divide o peso da água do peso dos grãos ou fração sólida, encontrando daí um resultado que determinará o teor de umidade.

Na física dos meios porosos, por outro lado, o teor de água é mais frequentemente definido como uma taxa volumétrica, também calculado através de uma fórmula básica de divisão, onde dividi-se o volume de água versus o volume total de solo mais água e mais ar para encontrar daí o resultado determinante do teor de umidade.

Para passar da definição de peso (a dos engenheiros) para a definição volumétrica usada pelos físicos, é necessário multiplicar o conteúdo de água (no sentido dos engenheiros) pela densidade do material seco. Em ambos os casos, o conteúdo de água é adimensional.

Em mecânica do solo e engenharia de petróleo, também defini-se variações como porosidade e grau de saturação usando cálculos básicos semelhantes aos mencionados anteriormente. O grau de saturação pode assumir qualquer valor entre 0 (material seco) e 1 (material saturado). Na realidade, esse grau de saturação nunca atinge estes dois extremos (cerâmica trazidos a centenas de graus, por exemplo, ainda pode conter algum percentual d’água), que são idealizações físicas.

O teor de água variável nesses cálculos específicos denotam, respectivamente, a densidade da água (ou seja, 10.000 N/m³ a 4°C) e a densidade do solo seco (uma ordem de magnitude é de 27.000 N/m³).

Como Calcular O Teor De Umidade De Uma Amostra?

Métodos diretos: o teor de água pode ser medido diretamente pesando primeiro a amostra de material, que determina uma massa e depois pesá-lo no forno para evaporar a água: mede-se assim uma massa necessariamente menor que o anterior. Para a madeira, é adequado relacionar o teor de água com a capacidade de secagem do forno (ou seja, mantendo o forno a 105°C por 24 horas). O teor de umidade desempenha um papel vital no campo da secagem da madeira.

Métodos de laboratório: o valor do teor de água também pode ser obtido por métodos de titulação química (por exemplo, titulação de Karl Fischer), determinando a perda de massa durante o cozimento (também usando um gás inerte) ou por liofilização. A indústria agro-alimentar faz grande uso do chamado método “Dean-Stark”.

Métodos geofísicos: existem vários métodos geofísicos para estimar o conteúdo de água de um solo in situ. Esses métodos mais ou menos intrusivos medem as propriedades geofísicas do meio poroso (permissividade, resistividade, etc.) para inferir o teor de água. Eles, portanto, frequentemente exigem o uso de curvas de calibração. Podemos mencionar:

  • a sonda TDR baseada no princípio da refletometria no domínio do tempo;
  • a sonda de nêutrons;
  • o sensor de frequência;
  • os eletrodos capacitivos;
  • a tomografia por medição de resistividade;
  • ressonância magnética nuclear (RMN);
  • tomografia de nêutrons;
  • vários métodos baseados na medição das propriedades físicas da água.
    Ilustração de Umidade
    Ilustração de Umidade

Na pesquisa agronômica, sensores geofísicos são freqüentemente usados ​​para monitorar continuamente a umidade do solo.

Medição remota por satélite: os fortes contrastes de condutividade elétrica entre solos úmidos e secos tornam possível obter uma estimativa do estado de sujidade do solo por emissão de microondas dos satélites. Dados de satélites emissores de micro-ondas são utilizados para estimar o conteúdo de água superficial em larga escala.

Qual a Importância Disso?

Na ciência do solo, hidrologia e agronomia, o conceito de conteúdo de água desempenha um papel importante na reposição de águas subterrâneas, agricultura e agroquímica. Vários estudos recentes são dedicados à previsão de variações espaço-temporais no conteúdo de água. A observação revela que nas regiões semiáridas o gradiente de umidade aumenta com a umidade média, que nas regiões úmidas diminui; e atinge um pico em regiões temperadas em condições normais de umidade.

Solo Úmido
Solo Úmido

Nas medições físicas, geralmente são considerados os seguintes quatro valores típicos de conteúdo de umidade (conteúdo volumétrico): teor máximo de água (saturação, igual à porosidade efetiva); capacidade de campo (teor de água atingido após 2 ou 3 dias de chuva ou irrigação); estresse hídrico (teor mínimo de água suportável) e teor de água residual (água residual absorvida).

E Qual a Utilidade Disso?

No aquífero, todos os poros estão saturados com água (teor volumétrico de água = porosidade). Acima da franja capilar, os poros contêm ar. A maioria dos solos não está saturada (seu conteúdo de água é menor que sua porosidade): neste caso, definimos a franja capilar do lençol freático como a superfície que separa as zonas saturadas e não saturadas.

O conteúdo de água na franja capilar diminui à medida que se afasta da superfície da tela. Uma das principais dificuldades no estudo da zona não saturada é a dependência da permeabilidade aparente ao teor de água. Quando um material fica seco (ou seja, quando o conteúdo total de água cai abaixo de um certo limite), os poros secos se contraem e a permeabilidade não é mais constante ou mesmo proporcional ao teor de água (efeito não linear).

A relação entre o teor volumétrico de água é chamada de curva de retenção de água e o potencial hídrico do material. Essa curva caracteriza diferentes tipos de meios porosos. No estudo dos fenômenos de histerese que acompanham os ciclos de secagem-recarga, leva-se a distinguir as curvas de secagem e de sorção.

Na agricultura, à medida que o solo seca, a transpiração da planta aumenta acentuadamente porque as partículas de água são mais fortemente adsorvidas pelos grãos sólidos no solo. Abaixo do limiar de estresse hídrico, no ponto de murcha permanente, as plantas não são mais capazes de extrair água do solo: elas param de suar e desaparecem.

Diz-se que a reserva útil de água no solo foi completamente consumida. São condições nas quais o solo não suporta mais o crescimento das plantas, e isso é muito importante no manejo da irrigação. Essas condições são comuns em desertos e regiões semi-áridas. Alguns profissionais agrícolas estão começando a usar a metrologia do conteúdo de água para planejar a irrigação. Os anglo-saxões chamam esse método de “irrigação inteligente”.

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