Contenido de agua

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Composición del suelo

El contenido de agua o el contenido de humedad es la cantidad de agua contenida en un material, tal como el suelo (llamada la humedad del suelo), roca , cerámica o madera sobre una base volumétrica o gravimétrica. La propiedad se utiliza en una amplia gama de áreas científicas y técnicas, y se expresa como una relación, que puede ir desde 0 (completamente seco) en el valor de los materiales " porosidad en la saturación.

Contenido volumétrico de agua, θ, se define matemáticamente como:

$\ Theta = \ frac {} {V_W V_T}$

donde $V_W$ es el volumen de agua y $V_T = V_S + v_v = V_S + V_W + V_A$ es el volumen total (es decir volumen Suelo + Volumen de agua + Espacio Vacío). El contenido de agua también se puede basar en su masa o peso, por lo tanto el contenido gravimétrico de agua se define como:

$u = \ frac {} {m_w m_b}$

donde $m_w$ es la masa de agua y $m_b$ (O $sra$ para el suelo) es la masa de material a granel. Para convertir el contenido gravimétrico de agua para volumétrico de agua, multiplicar el contenido gravimétrico de agua por el mayor gravedad específica del material.

Otras definiciones

Grado de saturación

En mecánica de suelos y ingeniería de petróleo, la saturación de agua plazo o grado de saturación, $S_w$ se utiliza, definida como

$S_w = \ frac {} {V_W v_v} = \ frac {} {V_W V_b \ phi} = \ frac {\ theta} {\ phi}$

donde $\ Phi = v_v / V_T$ es el porosidad y $V_v$ es el volumen de vacío o poro espacio.

Los valores de S _w pueden variar desde 0 (seco) a 1 (saturado). En realidad, S _w nunca llega a 0 o 1 - estos son idealizaciones de uso de la ingeniería.

Normalizado el contenido volumétrico de agua

El contenido de agua normalizada, $\ Theta$ , (También llamado saturación eficaz o $S_E$ ) Es un valor adimensional definido por van Genuchten como:

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

donde $\ Theta$ es el contenido volumétrico de agua; $\ Theta_r$ es el contenido de agua residual, definido como el contenido de agua para el que el gradiente $d \ theta / dh$ se convierte en cero; y, $\ theta_s$ es el contenido de agua saturada.

Medición

Los métodos directos

Contenido volumétrico de agua se puede medir directamente usando un volumen conocido del material, y un secado horno. Contenido volumétrico de agua, θ, se calcula mediante:

$\ Theta = \ frac {m _ {\ text {mojado}} - m _ {\ text {seca}}} {\ rho_w \ cdot V_b}$

donde

$m _ {\ text {}} mojado$ y $m _ {\ text {}} seco$ son las masas de la muestra antes y después de secar en el horno;

$\ Rho_w$ es la densidad del agua; y

$V_b$ es el volumen de la muestra antes de secar la muestra.

Para los materiales que cambian de volumen con contenido de agua, tales como el carbón , el contenido de agua, u, se expresa en términos de la masa de agua por unidad de masa de la muestra húmedos:

$u = \ frac {m _ {\ text {mojado}} - m _ {\ text {seca}}} {m _ {\ text {mojado}}}$

Sin embargo, geotécnica requiere que el contenido de humedad para ser expresado como un porcentaje del peso seco contenido es decir,% de humedad de la muestra = $u * 100$

Donde

$u = \ frac {m _ {\ text {mojado}} - m _ {\ text {seca}}} {m _ {\ text {seca}}}$

Para la madera , la convención es dar a conocer el contenido de humedad en base seca en horno (es decir, en general, el secado de la muestra en un horno a 105 grados centígrados durante 24 horas). En secado de madera, este es un concepto importante.

Métodos de laboratorio

Otros métodos que determinan el contenido de agua de una muestra incluyen química titulaciones (por ejemplo la Karl Fischer), la determinación de la pérdida de masa por calentamiento (quizás en presencia de un gas inerte), o después de secar en frío. En la industria alimentaria la Método de Dean-Stark también se usa comúnmente.

Desde el Libro Anual de ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) Normas, el contenido de humedad evaporable total agregada (C 566) se puede calcular con la fórmula:

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

donde $p$ es la fracción del contenido de humedad evaporable total de la muestra, $W$ es la masa de la muestra original, y $D$ es la masa de la muestra seca.

Métodos geofísicos

Hay varios métodos geofísicos disponibles que pueden aproximar in situ contenido de agua del suelo. Estos métodos incluyen: reflectometría de dominio de tiempo (TDR), sonda de neutrones, sensor dominio de la frecuencia, sonda de capacitancia, tomografía de resistividad eléctrica, y otros que son sensibles a las propiedades físicas del agua . Geophysical sensores se utilizan a menudo para controlar la humedad del suelo continuamente en aplicaciones agrícolas y científicos.

Método de teledetección por satélite

Teledetección microondas vía satélite se utiliza para estimar la humedad del suelo sobre la base de la gran contraste entre las propiedades dieléctricas del suelo húmedo y seco. Los datos de microondas teledetección por satélite, tales como: WindSat, AMSR-E, RADARSAT, ERS-01.02 se utilizan para estimar la humedad superficial del suelo .

Clasificación y usos

La humedad puede estar presente como humedad adsorbida en las superficies internas y como capilar agua condensada en los poros pequeños. A humedades relativas bajas, la humedad se compone principalmente de agua adsorbida. A humedades relativas más altas, el agua líquida se vuelve más y más importante, dependiendo del tamaño de poro. En los materiales a base de madera, sin embargo, casi toda el agua se adsorbe a humedades por debajo de 98% RH.

En aplicaciones biológicas también puede haber una distinción entre el agua y el agua fisisorbida "libre" - el ser agua fisisorbida que estrechamente asociado con y relativamente difícil de quitar de un material biológico. El método utilizado para determinar el contenido de agua puede afectar si el agua presente en este formulario se contabiliza. Para una mejor indicación de "libre" y "consolidado" del agua, la actividad de agua de un material debe ser considerado.

Las moléculas de agua también pueden estar presentes en los materiales estrechamente asociados con las moléculas individuales, como "agua de cristalización", o como moléculas de agua que son componentes estáticos de la estructura de la proteína.

Tierra y ciencias agrícolas

En la ciencia del suelo , la hidrología y ciencias agrícolas, contenido de agua tiene un papel importante para recarga de acuíferos, la agricultura , y la química del suelo. Muchos esfuerzos de investigación científica recientes han dirigido hacia una predicción-comprensión del contenido de agua en el espacio y el tiempo. Las observaciones han revelado generalmente que la varianza espacial en contenido de agua tiende a aumentar los aumentos generales de humectación como en las regiones semiáridas, para disminuir los aumentos generales de humectación como en las regiones húmedas, y para alcanzar su punto máximo en condiciones de humedad de intermedios en las regiones de temperatura.

Hay cuatro contenidos de agua estándar que se mide y se utiliza de manera rutinaria, que se describen en la siguiente tabla:

Nombre	Notación	La presión de succión (J / kg o kPa)	Normalmente, el contenido de agua (Vol / vol)	Descripción
Contenido de agua saturada	θ _s	0	0,2-0,5	Agua, equivalente a efectivo totalmente saturado porosidad
La capacidad de campo	θ _fc	-33	0,1 a 0,35	La humedad del suelo después de 2-3 días después de una lluvia o riego
Punto de marchitez permanente	_pwp θ o _wp θ	-1500	0,01 a 0,25	Humedad mínima del suelo en el que una planta se marchita
Contenido de agua residual	θ _r	-∞	0,001-,1	Resto de agua a alta tensión

Y por último, el contenido de agua disponible, θ _a, que es equivalente a:

θ _{un fc} θ ≡ - θ _pwp

que puede oscilar entre 0,1 en grava y 0.3 en turba.

Agricultura

Cuando un suelo se seca demasiado, planta transpiración cae debido a que el agua se está convirtiendo cada vez más unido a las partículas del suelo por succión. Debajo de la plantas punto de marchitez ya no son capaces de extraer agua. En este punto se marchitan y dejan transpirar por completo. Condiciones donde el suelo está demasiado seco para mantener el crecimiento de plantas fiable se conoce como agricultura sequía , y es un enfoque particular de riego gestión. Tales condiciones son comunes en las árido y ambientes semiáridos.

Algunos profesionales de la agricultura están comenzando a utilizar las mediciones ambientales, como la humedad del suelo para programar el riego . Este método se conoce como "Smart Riego".

Las aguas subterráneas

En saturado las aguas subterráneas acuíferos, todos disponibles espacios de los poros están llenos de agua (contenido volumétrico de agua = porosidad). Por encima de una franja capilar, espacios porosos tienen aire en ellos también.

La mayoría de los suelos tienen un contenido de agua inferior a la porosidad, que es la definición de las condiciones de insaturados, y constituyen el tema de la hidrogeología zona no saturada. La franja capilar de la freático es la línea divisoria entre condiciones saturados e insaturados. El contenido de agua en la franja capilar disminuye al aumentar la distancia por encima de la superficie freática.

Una de las principales complicaciones que se plantea en el estudio de la zona no saturada, es el hecho de que la conductividad hidráulica no saturada es una función del contenido de agua del material. Como material se seca, las vías húmedas conectados a través de los medios de comunicación se hacen más pequeñas, la conductividad hidráulica disminuye con menor contenido de agua de una manera muy no lineal.

La curva de retención de agua es la relación entre el contenido volumétrico de agua y el potencial hídrico del medio poroso. Es característico para los diferentes tipos de medio poroso. Debido a histéresis, diferentes curvas de humedecimiento y secado se puede distinguir.

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