Iara Ferreira de Rezende
Título
Modelagem Dos Fluxos De Água Por Gradiente Térmico E Por Eletro - Osmose Associados Aos Eletrodos De Aterramento
Resumo
Neste trabalho foi realizado um estudo teórico para o risco de ressecamento de um solo ao redor dos eletrodos verticais de aterramento HVDC (High Voltage Direct Current), a partir do fluxo eletro-osmótico e do fluxo por gradiente térmico. A eletro-osmose ocorre devido à formação de um campo elétrico, através da injeção de corrente no solo a partir dos eletrodos, cuja magnitude pode chegar a 10000A. O ressecamento resulta do fluxo radial divergente que ocorre em geral no polo positivo (anodo) devido ao fenômeno da eletro-osmose, em direção ao polo negativo (catodo). Esse processo, aliado ao aquecimento e à perda de umidade devido ao gradiente térmico, pode levar à queima do eletrodo, e, consequentemente, do sistema de aterramento da estação conversora cujo eletrodo funciona como anodo. O modelo de estudo considera o processo para cada eletrodo instalado abaixo do nível freático como fator de segurança. Para os fluxos por gradiente térmico foi utilizado o programa Hydrus (2D e 1D), obtendo resultados como o desenvolvimento da umidade e da velocidade da água. Para o fenômeno eletro–osmótico foi criado um modelo teórico, utilizando o programa Mathematica para a resolução numérica, que inclui o desenvolvimento da temperatura e do potencial elétrico na região em que o eletrodo está inserido. Os resultados mostraram a importância relativa dos dois fenômenos para o risco de ressecamento utilizando parâmetros elétricos, hidráulicos e eletrocinéticos de um solo fictício, e com propriedades térmicas estimadas a partir da composição.
Abstract
In this work a theoretical modelling study was performed about the risk of soil dryness around vertical grounding HVDC (High Voltage Direct Current) electrodes, considering electro-osmosis flow and thermal gradient water flows. Electro-osmosis occurs due to an electric field produced by the injection of a current in the soil, through the electrodes, which magnitude can reach up to 10,000A. The dryness results from divergent radial flow, which typically occurs on the positive pole (anode) due to electro-osmosis phenomenon toward the negative pole (cathode). This process, along with heating and loss of soil moisture due to temperature gradient, can lead to the loss of the electrode, and, consequently, of the grounding system of the converter station where the electrode works as anode. The study model considers the process of one of the electrodes installed below groundwater table for safety. To study the thermal gradient flows it was used the software Hydrus (2D and 1D), obtaining results such as the moisture distribution and the water velocity development. For electro-osmosis phenomenon, a theoretical model was created using the program Mathematica for numerical resolution, which includes the development of temperature and electric potential in the region where the electrode is inserted. The results showed the relative importance of both phenomena, relative to the risk of soil dryness, adopting electric, hydraulic and electrokinetics parameters for a fictitious soil, with estimated thermal properties based on its composition.
