Contingut d'aigua

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Composició del sòl.

El contingut d'aigua o contingut d'humitat és la quantitat d'aigua continguda en un material, com pot ser el sòl (la humitat del sòl), les roques, la ceràmica o la fusta mesurada basant-se en anàlisis volumètriques o gravimètriques. Aquesta propietat es fa servir en una àmplia gamma de camps científics i tècnics i s'expressa com una proporció que pot anar de 0 (completament seca) fins al valor de la porositat dels materials en el punt de saturació.

El contingut volumètric d'agua, θ, es defineix matemàticament com:

\theta = \frac{V_w}{V_T}

on V_w és el volum d'aigua i V_T = V_s + V_v = V_s + V_w + V_a és el volum total (que és Vsòl + Vaigua + Vespai buit). El contingut d'aigua també pot estar basat en la seva massa o pes,[1] Així, el contingut gravimètric d'aigua es defineix com:

u = \frac{m_w}{m_b}

on m_w és la massa d'aigua i m_b (o m_s per al sòl) és la massa de material en brut. Per convertir del contingut gravimètric d'aigua al contingut volumètric, multipliquem el contingut gravimètric per la gravetat específica del material en brut.

Altres definicions[modifica | modifica el codi]

Grau de saturació[modifica | modifica el codi]

En mecànica de sòls i enginyeria del petroli, el terme saturació d'aigua o grau de saturació, S_w es fa servir definit com

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

on \phi = V_v / V_T és la porositat i V_v és el volum de buit o espai porós.

Els valors de Sw poden variar des de 0 (sec) a 1 (saturat). En realitat, Sw mai arriba a 0 o 1 - es tracta d'idealitzacions que es fan servir en enginyeria.

Contingut volumètric d'aigua normalitzat[modifica | modifica el codi]

El contingut volumètric d'aigua normalitzat, \Theta, (també dit saturació efectiva o S_e) és un valor adimensional definit per Van Genuchten[2] com:

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

on \theta és el contingut volumètric d'aigua; \theta_r és el contingut d'aigua residual, definit com el contingut d'aigua per el qual el gradient d\theta/dh tendeix a zero; i, \theta_s és el contingut d'aigua saturada, que és equivalent a la porositat, \phi.

Mesurament[modifica | modifica el codi]

Mètodes directes[modifica | modifica el codi]

El contingut d'aigua pot mesurar-se directament utilitzant un volum conegut de material i un forn d'assecat. El contingut volumètric d'aigua, θ, es calcula[3] usant:

\theta = \frac{m_{\text{hum}}-m_{\text{sec}}}{\rho_w \cdot V_b}

on

m_{\text{hum}} y m_{\text{seco}} són les masses de la mostra abans i després de l'assecament en el forn;
\rho_w és la densitat de l'aigua;i
V_b és el volum de la mostra abans de l'assecament.

Pels materials que canvien de volum amb el contingut d'aigua, tals com el carbó, el contingut d'aigua,u, s'expressa en termes de massa d'aigua per unitat de massa de mostra humida:

u = \frac{m_{\text{hum}} - m_{\text{sec}}}{m_{\text{hum}}}

Tanmateix, la geotècnia exigeix que el contingut d'humitat s'expressi com un percentatge del pes sec de la mostra és a dir: % contingut d'humitat = u*100 on

u = \frac{m_{\text{hum}} - m_{\text{sec}}}{m_{\text{sec}}}

Per la fusta, la convenció és informar sobre el contingut d'humitat en el forn d'assecament (és a dir, la mostra s'asseca generalment en un forn a 105 °C durant 24 hores).

Mètodes de laboratori[modifica | modifica el codi]

Altres mètodes que determinen el contingut d'aigua inclouen les anàlisis volumètriques, per exemple la valoració de Karl Fischer), la determinació de la pèrdua de massa per calefacció o després de la liofilització. En la indústria alimentària l'aparell de Dean-Stark es fa servir de manera comuna.

Mètodes geofísics[modifica | modifica el codi]

Hi a diversos mètodes geofísics que permeten calcular el contingut d'aigua del sòl in situ. Aquests mètodes inclouen: reflectometria de domini de temps (TDR), sonda de neutrons, sensor de domini de freqüència, sonda de capacitància, Tomografia de resistivitat elèctrica, radar de penetració en el terreny (GPR), i altres que són sensibles a les propietats físiques de l'aigua.[4] Els sensors geofísics s'utilitzen sovint per controlar la humitat del sòl de forma contínua en aplicacions agrícoles i científiques.

Mètodes de percepció remota per satèl·lit[modifica | modifica el codi]

Es fan servir satèl·lits d'observació remota per microones per estimar la humitat del sòl basant-se en el gran contrast entre les propietats dielèctriques del sòl humit i sec.

Classificació i usos[modifica | modifica el codi]

La humitat pot estar present com humitat absorbida en les superfícies interne i com aigua capil·larment en els porus petits. Amb una humitat relativa baixa, la humitat consta principalment d'aigua absorbida. A humitats relativament més altes, l'aigua líquida tendeix a ser cada vegada més important, depenent de la mida dels porus. En materials de fusta, però, quasi tota l'aigua és absorbida a humitats per sota del 98% d'humitat relativa.

En aplicacions biológiques també es pot distingir entre aigua absorbida físicament i aigua "lliure" - l'aigua absorbeix físicament és aquella que està estretament associada i és relativament difícil d'eliminar d'un material biològic.

Les molècules d'aigua es poden trobar com "aigua de cristal·lització" o com molècules estàtiques dins l'estructura de la proteïna.

La Terra i les ciències agrícoles[modifica | modifica el codi]

En la ciència del sòl, hidrologia i agronomia, el contingut d'aigua té un paper important per la recàrrega d'aigua subterrània, l'agricultura i la química del sòl.

Hi ha quatre continguts estàndard d'aigua:

Nom Notació Pressió d'aspiració
(J/kg or kPa)
Contingut d'aigua típic
(vol/vol)
Descripció
Contingut d'aigua saturat θs 0 0.2–0.5 Completament saturat d'aigua, equivalent a porositat efectiva
Capacitat de camp θfc −33 0.1–0.35 Humitat del sòlo 2–3 dies després de ploure o de regar
Punt de marciment permanent θpwp or θwp −1500 0.01–0.25 La humitat mínima del sòl en la qual la planta es marceix
Contingut d'aigua residual θr −∞ 0.001–0.1 Aigua que queda a alta pressió

I, per últim, el contingut d'aigua disponible, θa, que és equivalent a:

θa ≡ θfc − θpwp

que pot oscil·lar entre 0,1 en grava i 0,3 en torba.

Agricultura[modifica | modifica el codi]

Cuando un sòl s'asseca massa, la transpiració de la planta cau perquè l'aigua s'està unint cada vegada més fortament amb les partícules del sòl per succió. Per sota del punt de marciment permanent les plantes ja no són capaces d'extreure l'aigua i cesa completament la transpiració. En alguns casos els agricultors disposen de sensors de la umitat del sòl i programen el reg d'acord amb ells.

Aigües subterrànies[modifica | modifica el codi]

En aqüífers d'aigüa subterrània saturada, tots els espais de porus disponibles s'omplen d'aigua (contingut d'aigua volumètric = porositat). Per sobre de la franja capil·lar, els espais de porus tenen aire en ells.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. T. William Lambe & Robert V. Whitman. «Chapter 3: Description of an Assemblage of Particles». A: Soil Mechanics. Primera. John Wiley & Sons, Inc., 1969, p. 553. ISBN 471-51192-7. 
  2. van Genuchten, M.Th.. «A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils». Falta indicar la publicació, 44, 1980, pàg. 892–898.
  3. Dingman, S.L.. «Chapter 6, Water in soils: infiltration and redistribution». A: Physical Hydrology. Segunda. Prentice-Hall, Inc., 2002, p. 646. ISBN 0-13-099695-5. 
  4. F. Ozcep, M. Asci, O. Tezel, T. Yas, N. Alpaslan, D. Gundogdu. Falta indicar la publicació.
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Contingut d'aigua Modifica l'enllaç a Wikidata