Terrômetro x Resistivímetro

31 mar Terrômetro x Resistivímetro

Até a revisão de 2020 da NBR-7117, o resistivímetro era um ilustre desconhecido no setor elétrico, apesar de ser um equipamento amplamente utilizado pelos profissionais de geofísica. Desde então tem conquistado mais e mais adeptos no setor elétrico. 

Os resistivímetros têm fonte CC ou quase CC (pulsada) e muito mais potência do que os terrômetros. Isto significa capacidade de injetar correntes no solo e, assim, medir diferenças de potencial no solo com melhor relação sinal/ruído. Além disso, permitem uma avaliação da qualidade da medição realizada, em função de fazer a medição de até 3 parâmetros – o potencial espontâneo (SP, potencial natural do solo), a corrente injetada pelos eletrodos A e B, e a diferença de potencial medida entre os eletrodos M e N.

Sondagens elétricas realizadas com terrômetros em corrente alternada tendem a fornecer resistividades aparentes mais elevadas do que as obtidas com resistivímetros em corrente contínua, mesmo quando se utiliza exatamente o mesmo arranjo geométrico de medição, porque os dois tipos de equipamento não sondam os mesmos volumes de subsuperfície nem medem a mesma grandeza física. O conjunto desses fatores explica por que sondagens elétricas realizadas com terrômetros CA tendem sistematicamente a superestimar a resistividade aparente quando comparadas às medições realizadas com resistivímetros CC.

Enquanto o resistivímetro CC mede, essencialmente, a resistência ôhmica aparente do subsolo, o terrômetro CA mede a impedância aparente do conjunto solo–eletrodos em determinada frequência. Essa impedância é uma grandeza complexa, que inclui não apenas a componente resistiva associada à condução elétrica no volume do terreno, mas também componentes reativas, principalmente capacitivas, que surgem entre a linha de medição e o solo, no contato eletrodo–solo e no próprio meio geológico. Como o valor efetivamente tratado pelo instrumento é, em geral, o módulo da impedância, ele é necessariamente superior à resistência pura, o que, por si só, já resulta em resistividades aparentes mais altas.

A interface eletrodo–solo é fortemente polarizável. Em corrente alternada, forma-se uma camada elétrica dupla que introduz uma impedância adicional, predominantemente capacitiva, em série com o solo. Esse efeito é tanto mais importante quanto maior for a resistividade do terreno e pior for o contato elétrico, elevando a tensão medida para uma mesma corrente injetada. Em medições em corrente contínua, essa contribuição é essencialmente transitória e não afeta o valor final da resistência aparente medida. Soma-se a isso o fato de que, em CA, o solo não se comporta como um resistor puro: sua permissividade elétrica e sua heterogeneidade introduzem atrasos de fase entre corrente e tensão e modificam a distribuição da corrente, resultando em uma impedância efetiva maior do que a observada em CC. Como esses instrumentos não separam as componentes resistiva e reativa nem realizam correções de fase, todos esses efeitos são incorporados diretamente ao resultado. 

Como os terrômetros operam com corrente alternada e os resistivímetros com corrente pulsada “quase” contínua, estes últimos conseguem uma penetração mais profunda no subsolo, prospectando um volume um pouco maior de subsuperfície. A frequência de operação típica dos terrômetros, da ordem de dezenas a centenas de hertz, faz com que a corrente alternada seja mais atenuada à medida que a profundidade aumenta, reduzindo o volume efetivamente investigado e tornando a medição sensível às camadas mais superficiais. 

A diferença de desempenho entre os dois equipamentos não é significativa em solos de baixa resistividade; porém, em solos de alta resistividade (acima de 1000 Ωm), a diferença é grande, e constata-se que os terrômetros sempre medem resistências aparentes bem superiores às medidas pelo resistivímetro, conforme se pode ver no exemplo que se segue.

A Figura 1 apresenta as curvas de resistividade aparente obtidas na área de uma UFV GD, a partir de sondagens com terrômetro e arranjo de Wenner. Para a construção da curva média geométrica (vermelha), foram desconsideradas as resistividades aparentes superiores a 20.000 Ωm. O gráfico à direita apresenta a curva média (preta), o modelo de 4 camadas (linha azul e tabela) e a curva inferida pelo modelo (vermelha).

A Figura 2 apresenta as curvas de resistividade aparente obtidas na mesma área, a partir de sondagens com resistivímetro e arranjo de Wenner. Para a construção da curva média geométrica (vermelha), foram desconsideradas as resistividades aparentes superiores a 10.000 Ωm. O gráfico à direita apresenta a curva média (preta), o modelo de 4 camadas (linha azul e tabela) e a curva inferida pelo modelo (vermelha).

A Figura 3 apresenta as curvas médias de resistividade aparente obtidas com os dois equipamentos – a superior com um terrômetro e a inferior com um resistivímetros. O desvio entre as duas curvas decresce com o espaçamento, atingindo mais de 700% no espaçamento de 1 m e reduzindo-se a pouco mais de 300% no de 32 m. O enorme desvio entre as duas curvas se reflete nos dois modelos geoelétricos obtidos, resumidos na Tabela 1. Cabe observar que, em ambas as modelagens, a última camada é sempre indeterminada, pois, como a medição é interrompida, tem-se apenas a tendência da curva, sem saber se ela vai estabilizar e, se o fizer, em que valor e em que profundidade. 

É evidente que um projeto de aterramento elaborado com o 1º modelo de solo, obtido com o terrômetro, vai dar mais trabalho ao projetista e provavelmente resultará na necessidade de enterrar mais cabos de cobre, do que com o 2º modelo, de resistividade bem inferior. Verifica-se, portanto, que a economia na campanha de sondagens geofísicas não se justifica, pois acarreta aumento de custos desnecessários na implantação do sistema de aterramento, o que se traduz em maior tempo de retorno do investimento.

Figura 1: (a) curvas de resistividade aparente obtidas por sondagens com um terrômetro; (b) curva média (preta), modelo de 4 camadas (linha azul e tabela) e a curva inferida pelo modelo (vermelha).

Figura 2: (a) curvas de resistividade aparente obtidas por sondagens com um resistivímetro; (b) curva média (preta), modelo de 4 camadas (linha azul e tabela) e a curva inferida pelo modelo (vermelha).

Figura 3: curvas médias de resistividade aparente obtidas com os dois equipamentos – a superior com um terrômetro e a inferior com um resistivímetro.

Tabela 1: modelos de solo obtidos nas duas campanhas de sondagens geofísicas.

Sobre o autor:

Paulo Edmundo da F. Freire é engenheiro eletricista e Mestre em Sistemas de Potência (PUC-RJ). Doutor em Geociências (Unicamp), membro do Cigre e do Cobei e também atua como diretor na Paiol Engenharia.

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Fonte: www.osetoreletrico.com.br