Iara Ferreira de Rezende Costa
Título
MODELAGEM ACOPLADA DOS FLUXOS DE ÁGUA POR GRADIENTE TÉRMICO E POR ELETRO-OSMOSE EM SOLOS SATURADOS ASSOCIADOS AOS ELETRODOS DE ATERRAMENTO
Resumo
O fenômeno de fluxos acoplados em solos dada a injeção de corrente em hastes de aterramento HVDC (High Voltage Direct Current) é um problema multifísico, envolvendo diferentes campos, entre eles, o eletromagnetismo, térmico e hidráulico. Em algumas regiões onde as precipitações são intensas ou devido à atuação do aquífero, a condição saturada do solo é particularmente importante para a análise do comportamento do meio, a partir dos fluxos atuantes. Neste estudo, é investigada a velocidade da água ao redor da haste de aterramento, bem como a poropressão e a temperatura em regime transiente, considerando o efeito Joule, a atuação do fluxo eletro-osmótico e ação da água subterrânea, além dos efeitos da radiação térmica e convectivos. A metodologia do estudo se baseia em conjunto de equações adotando o método dos elementos finitos para o acoplamento das físicas em um solo saturado com a inserção de uma haste vertical de cobre. Nos resultados foi possível inferir a influência das propriedades do solo (condutividade elétrica, eletro-osmótica, térmica e hidráulica, além do calor específico e a umidade volumétrica) no aquecimento local. Além de uma varredura paramétrica foi averiguada a influência da profundidade da haste, a estratificação do solo e ação fluxo subterrâneo nos resultados do potencial elétrico, temperatura, velocidade eletro-osmótica, velocidade da água e poropressão no solo. Os resultados apresentados servem como uma referência para os projetos do sistema de aterramento.
Abstract
The phenomenon of coupled flows in soils due to the injection of current into ground rods HVDC (High Voltage Direct Current) is a multi-physics problem, involving different fields, including electromagnetism, thermal and hydraulic. In some regions where rainfall is intense or due to the action of the aquifer, the saturated condition of the soil is particularly important for the analysis of the environment’s behavior, based on the active flows. In this study, the velocity of the water around the grounding rod is investigated, as well as the pore pressure and the temperature in a transient regime, considering the Joule effect, the performance of the electro-osmotic flow and action of groundwater, in addition to the effects of radiation thermal and convective. The study methodology is based on a set of equations adopting the finite element method for the coupling of physics in a saturated soil with the insertion of a vertical copper rod. From the results, it was possible to infer the influence of soil properties (electrical, electro-osmotic, thermal and hydraulic conductivity, in addition to specific heat and volumetric humidity) on local heating. In addition to a parametric sweep, the influence of stem depth, soil stratification and underground flow action on the results of electrical potential, temperature, electro-osmotic velocity, water velocity and soil pore pressure was investigated. The presented results serve as a reference for grounding system designs.
