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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2020.tde-05062020-100705
Documento
Autor
Nome completo
Gustavo de Godoy
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Cooper, Miguel (Presidente)
Consalter, Daniel Martelozo
Libardi, Paulo Leonel
Silva, Laura Fernanda Simões da
Título em português
Calibração de parâmetros para determinação da curva de retenção através de ressonância magnética nuclear de baixo campo
Palavras-chave em português
Curva de retenção da água no solo
DDIF
Porosidade
RMN
Solos
Resumo em português
A heterogeneidade dos solos representa um grande desafio à evolução da modelagem dos processos que regem a dinâmica da água no solo. Uma ferramenta imprescindível ao modelar o fluxo hídrico no solo é a curva de retenção da água no solo (CRA). A CRA é uma referência primária para qualquer modelagem de água em meios porosos, e, em ciências do solo é utilizada como referência em diversas escalas, desde manejo da irrigação de culturas até simulações que permitam desenvolver políticas ambientais. Os métodos convencionalmente empregados para determinar a CRA demandam muito tempo e esforço em laboratório, o que dificulta a popularização de sua utilização. Uma técnica que vêm sendo empregada frequentemente para caracterizar fluxos em meios porosos é a ressonância magnética nuclear (RMN) em baixo campo, em que através de pulsos eletromagnéticos na frequência de rádio, pode- se obter informações acerca dos poros no qual um fluido saturante está retido. Em petrologia, tem sido frequentemente empregada em rochas, para previsão de informações como a abundância, o tamanho dos poros em que o petróleo está retido, bem como a condutividade hidráulica das rochas. Em solos, o uso da RMN para caracterizar processos físico-hídricos ainda é incipiente. Na última década, com avanços ocorridos na instrumentação, bem como nas técnicas para aquisição dos sinais houve uma intensificação dos estudos associados à previsão de fluxo hídrico da água no solo. A principal técnica empregada para aquisição de dados é a relaxometria, em que os núcleos de 1H, após serem excitados por ondas na frequência de rádio realizam um movimento chamado "precessão", que é o retorno da magnetização em direção ao campo magnético estático. Esse fenômeno pode ser associado à geometria porosa em que o fluido saturante está inserido, pois a precessão é acelerada conforme as moléculas colidem com as paredes dos poros através do movimento Browniano das moléculas. Todavia, o tempo de relaxação dos spins é também dependente da composição das paredes dos poros onde a presença de elementos ferromagnéticos pode acelerar o processo de relaxação tornando a estimativa da geometria porosa dependente de duas variáveis. O objetivo deste trabalho foi estimar a curva de retenção da água no solo à partir de um método conhecido em RMN como DDIF (Decay Due to Internal Fields), em que o decaimento do sinal medido passa a ser associado apenas à geometria do espaço poroso, não sofrendo influência da composição dos mesmos. Foi possível determinar, com alto grau de detalhamento a distribuição de tamanhos de poros nas amostras do Neossolo Quartzarênico e ainda associar esta distribuição à curva de retenção da água no solo.
Título em inglês
Calibration and determination of the soil water retention curve by low field Nuclear Magnetic Resonance
Palavras-chave em inglês
DDIF
NMR
Porous
Soil
Soil water retention curve
Resumo em inglês
The heterogeneity of soils represents a major challenge to the evolution of the modeling of the processes that govern the dynamics of water in the soil. An essential tool when modeling soil water flow is the soil water retention curve (WRC). The WRC is a primary reference for any modeling of water movement in porous media, and in soil sciences can be used as a reference in various scales, from crop irrigation management to simulations that alow the development of environmental policies. The methods conventionally employed to determine CRA require a lot of time and effort in the laboratory, which makes it difficult to popularize its use. A technique that has been used frequently to characterize flows in porous media is low-field nuclear magnetic resonance (NMR), in which through electromagnetic pulses in the radio frequency, information can be obtained about the pores in which a saturating fluid is withheld. In petrology, it has often been used in rocks, for predicting information such as abundance, the size of the pores in which the oil is retained, as well as the hydraulic conductivity of these pores. In soils, the use of NMR to characterize physical-water processes is still incipient. In the last decade, with advances in instrumentation, as well as in techniques for signal acquisition, there has been an intensification of studies associated with the prediction of water flow in the soil. The main technique used for data acquisition is relaxometry, in which the H1 nuclei, after being excited by waves at the radio frequency, perform a movement called "precession", which is the return of magnetization to the condition prior to the pulse. This phenomenon can be associated with the porous geometry in which the saturating fluid is inserted, since the precession is accelerated as the molecules collide with the pore walls through the Brownian movement of the molecules. However, the relaxation time of the spins is also dependent on the composition of the pore walls where the presence of ferromagnetic elements can accelerate the relaxation process making the estimation of the porous geometry dependent on two variables. The objective of this work was to estimate the soil water retention curve using a method known in NMR as DDIF (Decay Due to Internal Fields), in which the measured signal decay becomes associated only with the geometry of the porous space, not being influenced by their composition. It was possible to determine, with a high degree of detail, the distribution of pore sizes in samples of Quartzene Neossol and also associate this distribution with the soil water retention curve.
 
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Data de Publicação
2020-06-16
 
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