ESTIMATIVA DA DIFUSIVIDADE TÉRMICA DO SOLO GRAMADO PARA A REGIÃO
DE PELOTAS RS
1
Krüger, Luiz Fernando; 2 Assis, Simone Vieira de
RESUMO. Conhecer o comportamento da temperatura do solo é de vital importância para diversas
áreas, sendo em especial para a agricultura. Sabendo-se que a difusividade térmica é um importante
parâmetro no estudo da temperatura do solo, estudou-se o comportamento daquela, durante um
período com pouca ocorrência de precipitação, para que a umidade do solo não exercesse influência
nos resultados, onde se percebe que, em geral, os valores de difusividade térmica se apresentaram
dentro da faixa 0,001 - 0,01 cm-2s-1. Somente em um dos dias observados, o valor da difusividade
térmica, para a camada 0 - 10 cm, ficou muito superior à faixa 0,001 – 0,01 cm-2s-1, no entanto, isto
pode ter sido devido à considerável precipitação observada, a qual foi de 66,4 mm para este dia e,
20,2 mm para o dia anterior.
ABSTRACT. To know the behavior of the temperature of the ground is of essential importance for
diverse areas, being in special for agriculture. Knowing itself that the thermal diffusivity is an
important parameter in the study of the temperature of the ground, the behavior of that one was
studied, during a period with little precipitation occurrence, so that the humidity of the ground did
not exert influence in the results, where if perceives that, in general, the values of thermal
diffusivity if inside present of the band 0,001 – 0,01 cm-2s-1. In the one of the observed days, value
of the thermal diffusivity, for the layer 0 - 10 cm, were only very upper to the cited band, however, ,
this can have been due to considerable observed precipitation, which was of 66,4 mm for this day
and, 20,2 mm for the previous day.
Palavras-Chave: Gradiente vertical de temperatura; temperatura do ar; temperatura do solo.
INTRODUÇÃO
A temperatura do solo é um dos elementos importantes na caracterização do microclima e do
solo, sendo seu estudo justificável para vários propósitos, como, no estudo de balanço de radiação
na superfície, nos processos de evaporação e condensação, e sua atuação como modificador das
condições da camada de ar em contato com o solo (RAMANA RAO, 1966).
O regime térmico de um solo é determinado pelo aquecimento de sua superfície pela radiação
solar e transporte de calor sensível ao seu interior, pelo processo de condução (PEREIRA, 2002).
Este calor é propagado para baixo na forma de ondas com a amplitude decrescendo
rapidamente com a profundidade. O retardamento das ondas de temperatura é, praticamente,
linearmente proporcional à profundidade num solo homogêneo (MOTA, 1979).
Segundo MOTA (1981), nos solos, a velocidade do fluxo de calor depende do gradiente de
temperatura e da condutividade térmica deles. Se outros fatores não oscilam e as variações de
1
Bolsista de Iniciação Científica – CNPq/PIBIC; UFPel; Caixa Postal 354 - CEP 96010-900 - Pelotas – RS, Brasil;
(53) 3275 7328; [email protected]
2
Profª Drª; UFPel; Caixa Postal 354 - CEP 96010-900 - Pelotas – RS, Brasil; (53) 3275 7328; [email protected]
temperatura da superfície são pequenas, maior será a condutividade térmica do solo e melhor será
sua capacidade de acumular calor. A condutividade térmica de um solo é determinada
primeiramente pela sua porosidade, umidade e conteúdo de matéria orgânica. Quanto maior a
umidade maior a condutividade térmica e, um solo mineral transfere calor mais rápido que um solo
rico em matéria orgânica.
MOTA (1981) diz ainda que, enquanto a razão na qual o calor é transferido num corpo
depende da condutividade térmica da substância, o aumento de temperatura que este calor
produzirá, variará com sua capacidade calorífica. Portanto, o quociente da condutividade térmica
pela capacidade calorífica é um índice da facilidade com a qual uma substância muda de
temperatura e é conhecida como difusividade térmica. Esta aumenta com o conteúdo de umidade
atingindo um máximo, e então decresce. Uma pequena quantidade de água no solo, entre as
partículas, quebra o isolamento do ar. Conforme mais água é adicionada, a capacidade calorífica do
solo sobe rapidamente, diminuindo o aumento de temperatura produzido por uma dada quantidade
de calor.
PATTEN (1909) encontrou, em um experimento, que a difusividade térmica máxima de um
solo é atingida em um conteúdo de umidade de aproximadamente 15% para a areia, 12% para a
areia barrenta e 32% para o estrume.
A matéria orgânica baixa a difusividade térmica enquanto que a compactação do solo a
aumenta. A difusividade térmica dos solos está entre 0,01 e 0,001 cm-2s-1. KEEN (1932) sugeriu
que o valor médio de difusividade térmica dos solos, em regiões temperadas úmidas, pode ser
considerado como sendo 0,004 cm-2s-1.
Num clima úmido, a turfa e o estrume, devido ao seu grande conteúdo de água, são muito
mais frios do que os solos minerais, na primavera e no verão, mas podem ser ligeiramente mais
quentes no outono e no inverno. Se os solos orgânicos estiverem secos, as suas camadas superiores
são geralmente mais quentes do que as dos solos minerais durante o dia e mais frios durante a noite.
A alta temperatura da superfície da turfa seca é causada por sua alta absorção, falta de evaporação,
baixa capacidade calorífica e baixa condutividade. Durante a noite, a baixa condutividade térmica
dos solos orgânicos, evita que o fluxo de calor do subsolo seja suficientemente rápido para repor o
calor perdido por radiação. A baixa capacidade térmica permite muito resfriamento com pouca
radiação, e a superfície da turfa relativamente seca torna-se excessivamente fria, embora a
temperatura das camadas inferiores seja muito mais alta do que aquelas dos solos minerais (MOTA,
1981).
O objetivo deste trabalho é obter valores médios para a difusividade térmica do solo
gramado, na região de Pelotas RS.
DADOS E METODOLOGIA
Para a realização do presente estudo se utilizou valores máximos e mínimos diários de
temperatura do ar e do solo gramado (nas profundidades de 5 e 10 cm) e, precipitação total diária,
referentes ao mês de janeiro de 1986, coletados pela Estação Agroclimatológica de Pelotas –
Convênio EMBRAPA /UFPel /INMET, cuja localização geográfica é 31º 52´ 00´´ S de latitude, 52º
21´ 24´´ W de longitude e 13,24 metros de altitude.
Climatologicamente, através da classificação de Köppen, nesta região predomina o clima tipo
úmido Cf, com variedade subtropical, ou seja, Cfa.
O solo característico do lugar é o Planossolo Hidromórfico eutrófico solódico, que apresenta
caráter solódico dentro de 120 cm de profundidade (Strecck et al, 2002).
Segundo SELLERS (1965), a taxa na qual o calor flui através de um nível do solo, numa
profundidade Z abaixo da superfície, é diretamente proporcional ao gradiente vertical de
temperatura existente naquele nível.
Assim, na profundidade Z1:
G1 = −λ1 (ΔT ΔZ )1
(1)
A partir dos dados coletados, foi realizado um estudo das características térmicas do solo,
utilizando para isto a Equação de Fourier para a condução de calor num meio homogêneo e
unidimensional dado por SELLERS (1965).
∂T λ ∂ 2T
∂ 2T
=
=
k
s
∂t C ∂Z 2
∂Z 2
(2)
Assumindo-se as condições de contorno apropriadas ao fenômeno de condução de calor no
solo, obtém-se a solução da Equação de Fourier, expressa por:
T (Z , t ) = Tmed + A0 exp(− Z D )sen(ωt + φ − Z D )
(3)
Em que T(Z,t) é a temperatura do solo a uma profundidade Z no tempo t; Tmed é a temperatura
média da superfície; ω é a freqüência radial ; φ é o ângulo de fase e D é a profundidade de
amortecimento da onda, dada pela equação (4).
D = (2k s ω ) 2
1
(4)
A equação (1) torna possível a obtenção de uma estimativa para o valor da difusividade
térmica (ks) de uma camada vertical de solo, a partir de dados de medidas de amplitude da onda de
temperatura nas profundidades inicial, Z1, e final, Z2, desta camada.
k s = (ω 2)[(Z 2 − Z1 ) ln( A1 A2 )]
2
(5)
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Como a Estação Agroclimatológica de Pelotas, fornecedora dos dados não realiza
observações de umidade do solo, apresenta-se na Figura 1, valores diários de precipitação para
tentar relacioná-los com as variações da difusividade térmica.
Precipitação (mm)
80
60
40
20
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Tempo (dias)
Figura1. Precipitação total diária para o mês de janeiro de 1986.
Na figura 2 estão apresentados valores diários da difusividade térmica para o solo gramado
nas camadas 0 - 5 e 0 - 10 cm, onde se percebe que, em geral, os valores de difusividade térmica se
apresentaram dentro da faixa estabelecida por KEEN (1932). Para o dia 17, o valor da difusividade
térmica na camada 0 - 10 cm ficou muito superior à faixa citada ( 0,001 a 0,01 cm-2s-1), no entanto,
isto pode ter sido devido à considerável quantidade de precipitação observada neste dia.
0,05
0,04
-2 -1
(cm s )
Difusividade Térmica
0,06
0,03
0,02
0,01
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
T em po (dias)
0 - 5 cm
0 - 10 cm
Figura 2. Difusividade térmica do solo gramado para o mês de janeiro de 1986.
É possível estabelecer um valor médio de 0,001175 cm-2s-1 para a difusividade térmica do
solo gramado na camada 0 - 5 cm e, 0,003092 cm-2s-1 na camada 0 - 10 cm.
CONCLUSÃO
Conclui-se que, com exceção de períodos com consideráveis quantidades de precipitação, a
difusividade térmica no solo gramado tem variação desprezível com o tempo, o que permite estimar
valores médios desta variável.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
KEEN, B.A. 1932. Soil Physics in relation to meteorology. Quarterly Journal, Royal
Meteorological Society, 58:229-50.
MOTA, F.S. Meteorologia Agrícola. 4. ed. São Paulo: Nobel, 1979. 376p.
MOTA, Fernando Silveira da. Meteorologia Agrícola. 5. ed. São Paulo: Nobel, 1981. 376p.
PATTEN, H.E. 1909. Heat transference in soils. USDA Bureau of Soils Bulletin 59.
PEREIRA, Antônio Roberto. Agrometeorologia: fundamentos e aplicações práticas / Antônio
Roberto Pereira, Luiz Roberto Angelocci, Paulo César Sentelhas. - Guaíba: Agropecuária, 2002.
478p.CLIMANÁLISE, 2003. Boletim de Monitoramento e Análise Climática. Vol. 18 nº2. INPE,
São José dos Campos.
RAMANA RAO, T.V. Heat Flow into the Soil. Andhra-University, Waltair, India, 62p. M.sc.
(Tech) Dissertation, 1966.
SELLERS, W.D. Physical Climatology. Chicago. University of Chicago Press. 272p. 1965.
STRECK, Edmar Valdir, et al. Solos do Rio Grande do Sul. 1. ed. Porto Alegre: EMATER/RS;
UFRGS, 2002. 126p.