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Determinação da Umidade do solo: Métodos convencionais, nucleares e por Reflectometria de Microondas.

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Apresentação em tema: "Determinação da Umidade do solo: Métodos convencionais, nucleares e por Reflectometria de Microondas."— Transcrição da apresentação:

1 Determinação da Umidade do solo: Métodos convencionais, nucleares e por Reflectometria de Microondas

2 BACCHI, O.O.S.; REICHARDT, K. (1990). A sonda de nêutrons e seu uso na pesquisa agronômica. Boletim Didático –022, Piracicaba, CENA/USP, 84p. IAEA. (1990). Useof nucleartechniquesinstudiesofsoil-plantrelationships.Training Course SeriesNº 2.Vienna,Austria. KLUTE, A. (1986).Methodsofsoilanalysis -Part 1-Physical andmineralogicalmethods. Secondedition. SSSA, USA. KUTÍLEK, M. and NIELSEN, D.R. (1994).Soilhydrology.Catena-Verlag,Germany. LIBARDI, P.L. (1995). Dinâmica da água no solo. Departamento de Física e Meteorologia, ESALQ/USP (1 a Ed), 497p. REICHARDT, K. (1990). A água em sistemas agrícolas. EditoraManole Ltda.188p. REICHARDT, K. (1996). Dinâmica da matéria e da energia em Ecossistemas. Piracicaba, USP/ESALQ.Depto. Física e Meteorologia, 2a edição, 505p. CHASE, G.D. and RABINOWITZ, J.L. (1967). Principles of radioisotope methodology. Third edition. Burgess Publishing Company, Minneapolis, USA. Ferraz, E.S.B., Mansell, R.S Determining water content and bulk density of soil by gamma ray attenuation methods. Florida: IFAS, (Technical Bulletin, 807) IAEA. (1967). Isotope and radiation techniques in soil physics and irrigation studies. Vienna. Austria Reichardt, K. Uso da radiação gama na determinação da umidade e densidade do solo. Piracicaba: Tese (Doutoramento). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Bibliografia recomendada (métodos convencionais e nucleares) Determinação da Umidade do solo:Métodos convencionais, nucleares e por Reflectometria de Microondas

3 Determinação da Umidade do solo: por Reflectometria de Microondas Bibliografia recomendada

4 Umidade do solo: 1) A base de massa: 2) A base de volume: Usos: Necessário em qualquer estudo hídrico do solo Importância na agricultura prática Controle de irrigação Controle de drenagem Disponibilidade de água no solo p/ plantas etc Métodos convencionais de uso mais comum: (diretos e indiretos) Gravimetria e secagem(estufas elétricas e microondas) Condutividade elétrica, térmica e capacitância blocos porosos (Bouyoucos -1949) Tensiômetos (curvas de retenção)

5 Métodos nucleares Método por atenuação de feixe de raios gama 1) Radiação gama: onda eletromagnética produzida pelos núcleos excitados dos átomos após uma reação nuclear = emissão de energia para atingir um nível de energia mínimo mais estável. Luz vizível =10 4 A E= 0,00124KeV=1,24eV Radiação gama =10 -2 A E= 1240Kev=1,24Mev 1eV= 1, j = 1, erg

6 Fontes de raios gama mais utilizadas em física do solo T 1/2 = 458 anos T 1/2 = 30 anos

7 2) Principais interações dos raios gama com a matéria: Fóton incidente Átomo Fotoelétron A) Efeito fotoelétrico (gamas de baixa energia e alto Z do alvo) B) Efeito Çompton (gamas de energias mais altas) Fóton incidente Átomo Fóton espalhado Elétron de recuo Quando 180 o Backscattering (retroespalhamento) = máxima energia transferida ao elétron

8 C) Produção de par (gamas de energias E 1,02 MeV) e-e- e + +e - Aniquilação Ráio gama de aniquilação Ráio gama de aniquilação E=2.m o c 2 =1,02MeV 0,51Mev

9 Sistema de feixe colimado de raios gama e tomógrafo computadorizado de raios gama Computador Fonte Detector NaI(Tl) Pré-amplificador Fonte de alimentação Amplificador e analisador Contador Temporizador Amostra Descrição de cada componente: colimação sistema de detecção fotomultiplicadora analisador de pulsos e espectro

10 voltagem Intensidade (cps) Espectro do 137 Cs ganho =100x E 662Kev voltagem Intensidade (cps) Espectro do 241 Am ganho=800x E 60Kev Espectrometria gama

11 3) Atenuação de um feixe colimado de raios gama pelo solo: (Lei de Lambert-Beer) x IoIo I I oo IoIo

12 Desprezando-se a atenuação pelo ar do solo, para um solo úmido tem-se: Como os coeficientes de atenuação ( dependem da energia da radiação incidente, utilizando-se duas fontes radioativas, 241 Am e 137 Cs, por exemplo, tem-se: Conhecidos d s, p, w e X : Determinação de

13 Resolvendo o sistema para d s e tem-se: Determinação simultânea da umidade e densidade do solo

14 Método por moderação de nêutrons Princípio do método: 1) Fonte de nêutrons rápidos (reação alfa/neutron) Emissor alfa ( 241 Am, 226 Ra) + 2) Interação dos nêutrons rápidos com o solo n = neutron rápido Ec= (0-10 MeV) Absorção: estáveis Radioativo (=ativação neutrônica) Desintegração: T 1/2 = 13 minutos

15 Dispersão: (colisões elásticas e inelásticas) = perda de Ec = moderação de nêutrons Número de colisões necessárias para reduzir a energía de um neutron de 2 MeV a 0,025 eV Isótopo AlvoNúmero de Colisões 1 H18 2 H25 4 He43 7 Li68 12 C O U2172 H da água do solo = bom moderador de nêutrons Taxa de nêutrons rápidos ( umidade do solo) Taxa de nêutrons lentos proporcional a Detetor para nêutrons lentos

16 Calibração: Efeito da densidade do solo na calibração

17 Equipamentos disponíveis Sondas de nêutrons tubo de acesso detetor de nêutrons lentos e preamplificador fonte de nêutrons rápidos blindagem sistema eletrônico de contagem nível do solo A) Sondas de profundidade

18 Calibração de campo Calibração rápida Calibração normal Esfera de influência R

19 B) Sondas de superfície

20 C) Reflectometria de microondas Gerador de de pulsos de microondas (1GHz) Osciloscópio A velocidade de um pulso de microondas nas hastes é inversamente proporcinal à constante dielétrica do material que circunda as hastes c = velocidade da luz no vácuo K = constante dielétrica relativa do material (em relação ao vácuo) Capacitor ideal: Constante dielétrica do vácuo F o = força de atração entre as cargas Q d = distância entre as cargas

21 Capacitor real: F = força de atração entre as cargas Q d = distância entre as cargas Constante dielétrica do meio entre as placas Constante dielétrica relativa: Ar : Partículas minerais: Água: Calibração praticamente independente do tipo de solo ?? (Universal)

22 Análise de regressão K (medido com o TDR) e umidade do solo (análise gravimétrica) para alguns solos paulistas

23 AQ = k k k R 2 = LVA = k k k R 2 = LVE = k k k R 2 = PVA = k k k R 2 = TRE = k k k R 2 = Todos = k k k R 2 = Equações de calibração para alguns solos paulistas


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