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Derivación de la Conductividad Térmica a partir de Mediciones de Temperatura y Flujo de Calor en el Suelo

Autores: Stepanenko, Victor; Repina, Irina; Artamonov, Arseniy

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Derivación de la Conductividad Térmica a partir de Mediciones de Temperatura y Flujo de Calor en el Suelo


Categoría

Ciencias Medioambientales

Subcategoría

Ciencias medioambientales generales

Palabras clave

Ecuación de conductancia térmica
Medición
Capa activa del suelo
Coeficiente de difusividad térmica
Sensores de temperatura
Sensor de flujo de calor

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La formulación del problema inverso general para una ecuación de conductancia térmica se adopta para los tipos de mediciones que se realizan rutinariamente en la capa activa del suelo. La solución del problema proporciona un coeficiente de difusividad térmica constante a0 (en general, diferente del valor verdadero a) y la respectiva conductividad térmica 0 para la capa, ubicada entre dos sensores de temperatura y equipada con un sensor de temperatura o flujo de calor en el medio. Estimamos el error de la solución correspondiente a desplazamientos sistemáticos en las lecturas de los sensores y a la mala ubicación de los sensores en la columna de suelo. Esta estimación se llevó a cabo mediante una serie de experimentos numéricos utilizando condiciones de contorno de observaciones en el humedal de Mukhrino (Siberia Occidental, Rusia), realizadas en verano de 2019. Los resultados numéricos fueron corroborados por estimaciones analíticas de la sensibilidad de la solución del problema inverso derivadas de la ley clásica de Fourier. El hallazgo principal establece que el error de conductividad térmica debido a desplazamientos sistemáticos en las mediciones de temperatura se vuelve negligible al utilizar series de temperatura largas, mientras que el error relativo de a es aproximadamente el doble del error relativo de la profundidad del sensor. El error a0-a inducido por el desplazamiento de la placa de flujo de calor desde la profundidad esperada es de 3 a 5 veces menor que el mismo desplazamiento de los termómetros, lo que hace que los requisitos para la instalación de flujo de calor sean menos rígidos. Sin embargo, los errores relativos de observación de flujo de calor típicos de los sensores modernos (+/-15%) causan una incertidumbre de a superior al 15% en valor absoluto. La comparación de la solución del problema inverso con a estimado a partir de muestreo in situ de musgo en el humedal de Mukhrino prueba la viabilidad del método y corrobora las conclusiones del estudio de sensibilidad al error.

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