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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2019.tde-02122019-111836
Document
Author
Full name
Pedro Henrique da Silva Chibane
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Mendonça, Carlos Alberto (President)
Malagutti Filho, Walter
Régis, Cícero Roberto Teixeira
Title in Portuguese
Interferência de estruturas metálicas em medidas de condutividade elétrica sob número de indução baixo: estudo experimental e numérico
Keywords in Portuguese
EM34
Estruturas Metálicas.
Método dos Elementos Finitos
Métodos Eletromagnéticos
Modelagem Numérica
Abstract in Portuguese
Uma das principais fontes de interferência em investigações geofísicas com métodos eletromagnéticos operando em número de indução baixo decorre da presença de estruturas metálicas (cercas, antenas, linhas de transmissão, entre outras). A recomendação geral é de que o equipamento esteja distante dessas estruturas, entre uma ou duas vezes a separação das bobinas que compõem o sistema de aquisição. Este trabalho apresenta um estudo experimental e numérico para caracterizar a interferência produzida por estruturas metálicas (cercas constituídas por fios de material galvanizado) em medidas de condutividade elétrica aparente com o equipamento EM34 (Geonics Limited©). As cercas foram dispostas com fios desconectados e conectados para se verificar as distorções causadas pelos campos elétrico e magnético de forma individualizada. A abordagem numérica foi realizada pelo método dos elementos finitos do programa COMSOL Multiphysics©. A modelagem compreendeu a validação do programa utilizando resultados numéricos e experimentais disponíveis na literatura. Uma vez validado, os programas foram submetidos a testes de consistência no intuito de determinar a precisão e a acurácia das soluções obtidas, considerando os efeitos da parametrização da malha e as especificações dos dados experimentais (separação entre bobinas e frequência). Essa modelagem mostrou que, para números de indução maior que 1, os valores de condutividade aparente, tanto analíticos quanto numéricos, perdem a linearidade com valores verdadeiros e apresentam valores negativos no arranjo horizontal coplanar quando a condutividade do semi-espaço homogêneo é maior do que 610,9 mS.m-1. Os resultados experimentais e numéricos mostram que cercas com os fios desconectados (não formando espiras) não interferem significativamente nas medidas de condutividade elétrica obtidas com o EM34. Para os fios conectados, entretanto, a interferência é perceptível, aumentando em terrenos mais resistivos. Nos experimentos realizados, observou-se que a distorção causada por cercas com fios conectados ocorre em uma distância menor (cerca de 1/5 da separação entre as bobinas) que aquela usualmente aceita (entre 1 e 2 vezes tal separação).
Title in English
Interference of Metallic Structures in Electrical Conductivity Measurements under Low Induction Number: Experimental and Numerical Study.
Keywords in English
Electromagnetic Methods
EM34
Finite Element Method
Metallic Structures.
Numerical Modeling
Abstract in English
One of the main sources of interference in geophysical investigations with electromagnetic methods operating at low induction numbers is the presence of metallic structures (fences, antennas, transmission lines, among others). The general recommendation is that the equipment must distant enough from these structures, about one or twice the separation of the coils that make up the acquisition system. This work presents an experimental and numerical study to characterize the interference produced by metal structures (fences made of galvanized wires) in apparent conductivity measurements with the EM34 (Geonics Limited©) equipment. The fences were arranged with disconnected and connected wires to verify the distortions caused by the electric and magnetic fields individually. The numerical modeling was performed by the finite element method of the COMSOL Multiphysics© software. The modeling procedures comprised program validation using numerical and experimental results available in the literature. Once validated, the programs were subjected to consistency tests in order to determine the accuracy of the obtained solutions, considering the effects of the mesh parameterization and the experimental data specifications (separation between coils and frequency). Modeling results show that, for induction numbers greater than 1, the apparent conductivity values, both from analytical and numerical evaluations, lack linearity with true values and show negative values in the coplanar horizontal model when the homogeneous half-space conductivity is greater than 610,9 mS.m-1. Experimental and numerical results show that fences with disconnected wires (not forming coils) do not significantly interfere with the electrical conductivity measurements obtained with EM34. For connected wires, however, the interference is observed, being higher in more resistive terrains. In the experiments performed, it was observed that the distortion caused by fences with connected wires occurs at a smaller distance (about 1/5 of the coil separation) than that usually assumed (between 1 and 2 times such separation).
 
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Publishing Date
2019-12-20
 
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