Propriedades Termofísicas em Rochas Graníticas O caso da sondagem profunda de Almeida (Guarda, Portugal central)

Abstract

O presente trabalho mostra as medições das propriedades termofísicas em rochas graníticas e as relações existentes entre elas. As amostras analisadas provêm do Batólito Granítico das Beiras, mais propriamente, da sondagem profunda AQ1, cuja perfuração ocorreu em Almeida, Guarda, Portugal. Este furo funciona como captação de água para o Complexo Termal. As propriedades térmicas foram medidas com recurso ao equipamento TPS 2500 S da Hot Disk®. Este trabalho justifica-se pela necessidade de valores precisos das propriedades térmicas na avaliação do potencial geotérmico em Portugal central. A densidade obtida para o conjunto de amostras foi de 2.65±0.03 g/cm3. Estas amostras foram alvos de ensaios a condições standard de temperatura e pressão (20ºC e 100 kPa), em contexto de rocha seca e saturada, de modo a perceber o efeito da saturação nas propriedades térmicas. Destes ensaios, a condutividade térmica média da rocha seca era 2.913±0.241 W/mK aumentando para 3.112±0.280 W/mK com a rocha saturada; a difusividade térmica passou de 1.009±0.214 mm2/s em rocha seca para 1.090±0.165 mm2/s em rocha saturada; a capacidade térmica com a rocha seca era de 3.027±0.699 MJ/m3K, com a rocha saturada passou a ser de 2.948±0.569 MJ/m3K; por fim o calor específico detinha o valor de 1.142±0.266 kJ/kgK em rocha seca passando a 1.113±0.230 kJ/kgK com a rocha saturada. Foram também sujeitas duas amostras a aumentos de temperatura para perceber a influência deste parâmetro nas suas propriedades térmicas. À temperatura ambiente, a condutividade térmica média das duas amostras ensaiadas era de 3.142±0.165 W/mK, a difusividade térmica era de 1.603 ± 0.019 mm2/s, a capacidade térmica era de 1.961±0.126 MJ/m3K e o calor específico detinha o valor de 0.757±0.230 kJ/kgK. Aos 120ºC, as mesmas amostras mostram os seguintes valores médios das suas propriedades térmicas: condutividade térmica baixou para 2.713±0.020 W/mK, difusividade térmica decresceu para o valor de 1.270±0.151 mm2/s, a capacidade térmica e o calor específico aumentaram os seus valores para 2.154±0.271 MJ/m3K e 0.829±0.075 kJ/kgK, respetivamente. Assim como foi ensaiado o efeito da anisotropia para uma amostra deste tipo de rochas, cujos resultados foram os seguintes: condutividade térmica axial – 2.465±0.005 W/mK, condutividade térmica radial – 2.905±0.023 W/mK, difusividade térmica axial – 0.542±0.001 mm2/s e difusividade térmica radial – 0.640±0.005 mm2/s. As propriedades térmicas da mesma amostra nas condições standard de temperatura e pressão em rocha seca, mas considerando-a isotrópica, eram as seguintes: condutividade térmica de 2.599 W/mK e difusividade térmica de 0.572 mm2/s.

This thesis deals with the measurement of thermal physical properties of granitic rocks and the relationships among them. The test samples come were collected in the Beiras Granitic Batholith. More specifically they were taken from the core of a 900m deep borehole named AQ1, which has been drilled near Almeida, Guarda, Portugal, as a water supply for the municipal spa. The thermal properties have been measured using Hot Disk® instrument TPS 2500 S. The need of accurate thermo-physical values for the designing a potential geothermal site in Central Portugal justified this project. The average density obtained for the set of 33 samples was 2.65 ± 0.03 g/cm3. The thermal properties of these samples were measured under standard pressure and temperature conditions (20ºC and 100 kPa), both for dry and saturated rock conditions. The average thermal conductivity of dry rock was 2.913 ± 0.241 W/mK and it increased to 3.112 ± 0.280 W/mK when saturated; the thermal diffusivity was 1.009 ± 0.214 mm2/s in dry rock and 1.090 ± 0.165 mm2/s in saturated rock; the thermal capacity of dry rock was 3.027 ± 0.699 MJ/m3K, and the value decreased to 2.948 ± 0.569 MJ/m3K after saturation; finally, the specific heat capacity values were 1.142 ± 0.266 kJ/kgK, for dry rock, and 1.113 ± 0.230 kJ/kgK, for saturated rock. Two samples were subjected to increasing temperature in order to assess the influence of this parameter on the thermal properties. At ambient temperature, the average thermal conductivity of the two samples was 3.142 ± 0.165 W/mK, the thermal diffusivity was 1.603 ± 0.019 mm2/s, the thermal capacity was 1.961 ± 0.126 MJ/m3K and the specific heat capacity 0.757 ± 0.230 kJ/kgK. At 120ºC, for the same samples, the thermal conductivity decreased to 2.713 ± 0.020 W/mK, the thermal diffusivity decreased to 1.270 ± 0.151 mm2/s, and both the thermal capacity and the specific heat capacity increased the values to 2.154 ± 0.271 MJ/m3K and 0.829 ± 0.075 kJ/kgK, respectively. The effect of anisotropy was tested on one sample and the results were the following: axial thermal conductivity – 2.465 ± 0.005 W/mK, radial thermal conductivity – 2.905 ± 0.023 W/mK, axial thermal diffusivity – 0.542 ± 0.001 mm2/s and radial thermal diffusivity – 0.640 ± 0.005 mm2/s. Assuming isotropy, the same sample was tested at standard pressure and temperature conditions of dry rock and the measured thermal conductivity was 2.599 W/mK and thermal diffusivity was 0.572 mm2/s.