Montagem da Bancada

Para a montagem da bancada, com os diferentes componentes e elementos preparados e calibrados, procedeu-se à colocação do backfill e dos instrumentos no reservatório. Sendo assim, a seguinte metodologia e sequência foi empregada na montagem da bancada experimental:

• Colocação do backfill, • Instalação da fonte de calor, • Instalação dos termopares,

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• Instalação dos medidores de fluxo de calor, • Instalação do sistema de aquisição de dados.

4.3.4.1 Colocação do Backfill

Para os diferentes testes a realizar, estabeleceu-se que o backfill teria uma umidade inicial de 30% de saturação. Este valor corresponde a uma situação intermediária onde, embora haja continuidade da fase líquida no interior dos poros (estado funicular), o meio está distante do estado pendular, ou seja, situação onde o líquido perde a mobilidade. Para garantir tal valor, foi considerada a umidade inicial determinada para cada tambor e apresentada na tabela 4.5, de forma que adicionava-se a diferença de água até completar 30% de saturação. Assim, para colocar o backfill no reservatório, a seguinte metodologia foi adotada:

• Pesava-se uma quantidade de backfill seco de 30 kg; • Colocava-se o dito material numa betoneira;

• Adicionava-se a quantidade de água destilada correspondente, dependendo do tambor em que estava o backfill, até deixar o meio com a saturação inicial desejada de 30%; • Punha-se em funcionamento a betoneira com três massas de aço no interior a fim de evitar aglomeração do material;

• Sequencialmente a betoneira era interrompida e se misturava manualmente o material com pá de jardim;

• Uma vez bem misturado o backfill úmido, pesava-se em quantidades de 20 kg e depositava-se no reservatório para a compactação. De tempos em tempos obtinha-se amostras a fim de checar, mediante ensaios gravimétricos, a umidade do material.

Dentro do reservatório o material era compactado. A compactação, era feita de forma manual para diferentes camadas de 20 kg ou ainda de 30 kg. As quatro réguas colocadas nos cantos do reservatório serviam para verificar as diferentes alturas do material durante a compactação e assim manter um nível de compactação homogêneo. Cuidados especiais foram tomados quando o material era compactado perto dos diferentes sensores de umidade, temperatura e especialmente perto da fonte de calor.

A quantidade de backfill introduzida no reservatório mediante a metodologia anterior foi de 990 kg num volume de 506 lts o que dá uma densidade de 1956.5 kg/m-* e que é semelhante àquela utilizada por Oliveira (1993) na determinação das propriedades do material.

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4.3.4.2 Instalação da Fonte de Calor

O conjunto resistência elétrica e o tubo de cobre externo que protege a mesma e que foi denominado de fonte de calor, foi instalado conforme mostrado na figura 4.11. Também mostrado na figura estão os cortes A-A, B-B e C-C; nas secções transversais representadas nestes cortes foram instalados os termopares.

Figura 4.11; Disposição da fonte de calor no reservatório.

O circuito de alimentação e controle da fonte de calor é feito pela própria fonte de tensão e o amperímetro em série, conforme descrito na secção 4.2.4.3 e representado esquematicamente na figura 4.7.

4.3.4.3 Instalação dos Termopares

A colocação dos termopares no reservatório foi feita com o objetivo de medir as temperaturas em três planos diferentes do reservatório. O número de termopares utilizados foi de quarenta e estava limitado pela capacidade máxima de canais disponíveis para a temperatura no sistema de aquisição de dados. O posicionamento dos termopares no reservatório foi feito dividindo o domínio horizontal útil da fonte de calor em seções distanciadas 20 cm e denominadas A-A, B-B e C-C conforme é visualizado na figura 4.11. Assim, as diferentes posições dos quarenta termopares utilizados são mostrados nas figuras 4.12, 4.13 e 4.14. As distâncias entre os termopares foram estabelecidas através de uma escala logarítmica. Os números associados a cada termopar correspondem à distância (em cm) dos mesmos à superfície da fonte de calor.

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Unidades em cm.

Figura 4.12; Secção A-A da figura 4.11 indicando a localização dos termopares.

Papel aluminio e backfíll sobre o papel

‘ ' ' w + 2 § .1 -39.7 1+6.73 -7.72 J L +7.72 * * -6.73 Unidades em cm

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Tennopar do ambiente

Unidades em cm.

Figura 4.14; Secção C-C da figura 4.11 indicando a localização dos termopares.

A instalação de cada termopar no reservatório, foi realizada durante o processo de compactação. Porém, para aqueles termopares que estavam em contato direto com a fonte de calor, (no cobre) foram feitos pequenos orifícios superficiais de 1.5 mm de diâmetro onde os termopares foram colocados com pasta térmica.

Ainda, apesar dos cuidados especiais que foram tomados durante a compactação do material, no final do processo verificou-se que os termopares localizados na superfície da fonte de calor, do lado direito, na secção A-A, e aquele localizado a +7.72 cm do lado direito, na secção B-B, foram danificados irreversivelmente. Na segunda fase apesar da experiência já adquirida ficaram danificados os termopares localizados a +17.62 e +7.72 cm da secção A-A.

4.3.4.4 Instalação dos Sensores de Umidade

Os três tensiômetros escolhidos conforme foi discutido na secção 4.2.4.2 foram instalados onde esperava-se que aconteceria com maior intensidade a secagem ou umidificação do meio. Sendo assim, instalou-se um tensiômetro encostado na fonte de calor no plano transversal A-A e os outros dois na parede inferior e parede lateral do reservatório conforme é mostrado na figura 4.15.

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Figura 4.15; Posicionamento dos tensiômetros para a determinação do conteúdo de umidade.

Para a instalação dos referidos tensiômetros a cápsula porosa deve ficar conectada a um manómetro através de um tubo onde todas as partes devem estar preenchidas com água. Utilizou-se água destilada e desaerada. Cuidados especiais também foram tomados nas conexões aos manómetros de mercúrio utilizados em uma primeira fase dos experimentos. Como é comum o aparecimentos de bolhas de ar no interior do dispositivo manométrico durante o experimento, e considerando a possibilidade de inclusão de ar para dentro dos poros da cápsula, o que desfaz o contato entre a água do meio poroso e a do tensiômetro, conectou-se o tensiômetro a uma mangueira impermeável selando as conexões com silicone.

A utilização dos manómetros de mercúrio para medir a pressão de sucção nos tensiômetros apresenta uma grande desvantagem que é o elevado tempo requerido para a estabilização da leitura. Isto se deve ao fato de que a leitura nos manómetros requer o deslocamento de líquido que é muito lento devido à baixa permeabilidade das cápsulas. Em virtude deste problema passou-se a utilizar transdutores de pressão do tipo membrana que trabalham com pequenos deslocamentos de líquido.

4.3.4.5 Instalação dos Medidores de Fluxo de Calor

Os quatro transdutores de fluxo de calor, que têm uma geometria adequada para ser colocados na superfície do tubo de cobre conforme é detalhado na secção 4.2.4.3, foram instalados a dois centímetros da secção transversal A-A conforme é apresentado na figura 4.16. Nesta mesma figura, observa-se através de um corte central da fonte de calor os quatro transdutores que foram dispostos com um deslocamento circunferencial de 90°.

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Figura 4.16; Disposição dos transdutores de fluxo de calor no reservatório.

Considerando-se a fragilidade mecânica de cada um dos transdutores de fluxo de calor e ainda das conexões elétricas, durante a compactação do backfill, a despeito dos inúmeros cuidados tomados, em uma primeira fase do experimento verificou-se que em três deles as pistas internas estavam arrebentadas e no quarto a conexão elétrica estava quebrada na base.

4.3.4.6 Instalação do Sistema de Aquisição de Dados

Conforme foi descrito anteriormente, as grandezas e sinais a serem medidas através do sistema de aquisição de sinais HP3852S são:

• 40 sinais provenientes de termopares;

• 4 sinais provenientes dos transdutores de fluxo de calor;

• 1 sinal proveniente do transdutor de pressão utilizado no tensiômetro.

O software utilizado permitiu receber e armazenar diferentes sinais em intervalos de tempo definidos pelo usuário. Adotou-se um intervalo de 3 minutos durante todo o experimento. Uma visão da disposição geral de cada componente da bancada é mostrada na figura 4.17.

Um aspecto importante a se considerar na montagem da bancada e do sistema de aquisição de dados, diz respeito ao ruído elétrico gerado quando a fonte de tensão é ligada. Para evitar tal fato, utilizou-se papel alumínio para recobrir os diferentes fios dos termopares e dos transdutores de calor. Mesmo assim, ainda foi necessário aterrar no mesmo terra as diferentes blindagens utilizadas, os fios condutores dos sinais que iam ao sistema de aquisição de dados e o papel de alumínio utilizado na superfície do reservatório, (ver figura 4.2).

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MANÓMETROS DE MERCÚRIO TIPO U

FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA

SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS \

AMPERÍMETRO \

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