Geometrical effects on the water effective permittivity in porous media | Efectos geométricos sobre la permitividad efectiva del agua en medios porosos

Inglés. Capacitance methods and Time Domain Reflectometry (TDR) rely on the permittivity differences of water compared to that of the solid phase of soil (75 vs. 5), in order to estimate the water content in the vadose zone. Water in soil is stored in pores of variable geometry (cylindrical, spherical, ellipsoidal, etc.) or it is adsorbed on the surface of mineral particles of different shape and rugosity. The geometrical effects that a saturated porous medium exerts on the permittivity of the liquid phase are known, but these have been poorly studied in soil. In this paper a simple method, based on weighted averages of the permittivity, is presented, that allows including geometrical effects on the computation of the dielectric constant of water. The model permits taking into account regular geometries such as spheres or cylinders. It is shown, for example, that the permittivity of water adsorbed in spherical pores is reduced 25% compared to the theoretical value obtained assuming a planar disposition (55 vs. 73). The model is generalized to ellipsoidal geometries, which would allow us the inclusion of complex geometrical effects in the estimation of the water content in the soil.

Español; castellano. Métodos capacitivos y de reflectometría (TDR) hacen uso de las diferencias en permitividad del agua con respecto a la fase sólida del suelo (75 frente a 5) para estimar el contenido de humedad en la zona no saturada. El agua en el suelo se encuentra alojada en poros de geometría diversa (cilíndrica, esférica, elipsoidal, etc.) o adsorbida sobre la superficie de partículas minerales de formas y rugosidad variadas. Los efectos que la geometría de un medio poroso saturado infringe sobre la permitividad de la fase líquida son conocidos, aunque poco estudiados en el caso del suelo. En este trabajo se presenta un método sencillo, basado en medias ponderadas de la permitividad, que permite incluir efectos geométricos en el cálculo de la constante dieléctrica del agua. El modelo permite dar cuenta de geometrías regulares tales como esferas y cilindros. Se demuestra, por ejemplo, que la permitividad del agua adsorbida en poros esféricos se ve reducida en un 25% comparada con el valor teórico que se obtiene suponiendo una disposición plana (55 frente a 73). El modelo se generaliza a geometrías elipsoidales, que permitirían por tanto incluir efectos geométricos complejos en la estimación del contenido de humedad en el suelo.