DESCRIPCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se engloba en el campo de los sistemas de medición de las propiedades físicas del subsuelo, y en particular de los sistemas de medición del potencial eléctrico para la detección de contaminantes en el subsuelo.

Antecedentes de la invención

El potencial eléctrico de los puntos de un terreno (o, para ser más exactos, la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos diferentes del terreno) depende de varias propiedades físicas del subsuelo como, por ejemplo, la resistividad eléctrica de los materiales. La presencia de contaminación por hidrocarburos afecta al potencial eléctrico, lo que permite la detección y localización de los mismos.

La mayoría de los sistemas actuales de medición de potencial eléctrico no proporcionan una medición continua del potencial eléctrico del terreno conforme el equipo de medición se desplaza por el terreno a prospectar, sino una medición puntual, siendo necesario detenerse a realizar la medida con el equipo de medición, lo cual genera un proceso de medición lento, arduo y laborioso. Además, y salvo que se utilicen electrodos no polarizares en la medición de potencial eléctrico en estos sistemas de medición puntuales, al realizar la medición se produce un indeseable efecto de polarización en el contacto entre el terreno y el equipo de medida, obteniendo una señal inestable que afecta a la precisión de las mediciones del potencial eléctrico.

También se conocen otros sistemas de medición, basados en una rueda con un hilo metálico enrollado, para la medición en continuo del potencial eléctrico del terreno, conforme la rueda gira y se desplaza por el terreno. Sin embargo, estos sistemas de medición en continuo no utilizan electrodos no polarizables, con lo que el efecto de la polarización entre el terreno y el equipo de medida afecta negativamente de forma notable a la precisión de las mediciones del potencial eléctrico. La presente invención presenta un sistema de medición de potencial eléctrico que resuelve los problemas anteriores, que proporciona unas mediciones de potencial eléctrico del terreno rápidas, sencillas y precisas al permitir simultáneamente la medición en continuo del potencial eléctrico conforme el equipo de medida se desplaza por el terreno, y la minimización o reducción drástica del efecto de la polarización en el contacto entre el terreno y el electrodo de medida, obteniendo una señal estable y precisa, representativa del potencial eléctrico en cada punto de medición del terreno prospectado.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de medición de potencial eléctrico, un instrumento geofísico que permite medir el potencial eléctrico sobre pavimentos o sobre suelo no pavimentado, tales como asfalto u hormigón, habituales en las estaciones de servicio, con el objeto de detectar la presencia de contaminantes en el subsuelo, tales como hidrocarburos.

Su uso requiere la instalación previa subterránea de un electrodo de referencia, enterrado a una determinada profundidad en el terreno a prospectar. El funcionamiento del sistema consiste en desplazar un equipo de medida, instalado en un vehículo, por el terreno previamente humedecido con agua. La prospección de potencial eléctrico es un método no invasivo (no se dañan servicios ni pavimento), pasivo y seguro (no se inyecta corriente eléctrica en el subsuelo), rápido (el mapa de potencial eléctrico se obtiene en poco tiempo) y exhaustivo (ofrece información de toda la superficie de un emplazamiento).

El equipo de medida instalado en el vehículo comprende un electrodo de medida y un sistema de posicionamiento y adquisición de datos.

El electrodo de medida comprende un electrodo de contacto y un apéndice de contacto. El electrodo de contacto está formado por un recipiente de material aislante eléctrico (e.g. plástico) que incluye en su interior un electrodo metálico (e.g. acero inoxidable) rodeado por un material de relleno no metálico (e.g. bentonita) con una conductividad eléctrica inferior a la conductividad eléctrica del electrodo metálico, y una malla retenedora no metálica que cubre la base del recipiente. La malla retenedora se encarga de retener al material de relleno y permitir un contacto eléctrico no metálico entre el material de relleno y con lo que contacte la malla retenedora por el exterior del recipiente (en este caso, con un cable conductor eléctrico que conecta la malla retenedora con el apéndice de contacto). La malla retenedora puede ser por ejemplo una capa de tejido o una capa de material cerámico. El apéndice de contacto es de material no metálico (e.g. un material textil) y está adaptado para realizar un contacto galvánico continuo con el suelo durante el desplazamiento del vehículo por el terreno a prospectar. Un cable conductor eléctrico conecta la malla retenedora con el apéndice de contacto. Es precisamente esta vía de conducción de la corriente dentro del electrodo de medida, desde el apéndice de contacto hasta el electrodo metálico, la que impide la polarización del conjunto, permitiendo medir rápidamente en el terreno un potencial eléctrico sin el efecto negativo de la polarización, minimizando la polarización/oxidación de los elementos que constituyen el electrodo de medida.

El sistema de posicionamiento y adquisición de datos comprende un módulo de geolocalización por satélite y una unidad de procesamiento de datos. El módulo de geolocalización por satélite (e.g. módulo GPS) está configurado para adquirir una pluralidad de datos de posición del vehículo durante su desplazamiento por el terreno. La unidad de procesamiento de datos está configurada para obtener una pluralidad de mediciones de diferencia de potencial eléctrico, representativas del potencial eléctrico, entre el electrodo de referencia y el electrodo de medida durante el desplazamiento del vehículo por el terreno. El sistema de posicionamiento y adquisición de datos está configurado para almacenar en al menos una memoria las mediciones de diferencia de potencial eléctrico y los datos de posición del vehículo adquiridos. Estos datos almacenados en memoria se pueden ya utilizar para obtener un mapa de potencial eléctrico.

En una realización, la unidad de procesamiento de datos obtiene, a partir de los datos adquiridos y almacenados en memoria, un mapa de potencial eléctrico del terreno mediante la asociación de las mediciones de diferencia de potencial eléctrico con los datos de posición del vehículo adquiridos. En otra realización, el sistema de posicionamiento y adquisición de datos está configurada para transmitir, a través de una unidad de comunicación, los datos almacenados en memoria a un dispositivo externo, el cual se encarga de obtener el mapa de potencial eléctrico. El resultado del procesado de los datos de potencial eléctrico adquiridos mediante el sistema es, por tanto, un mapa de potencial eléctrico a partir del cual se puede obtener un mapa con la probabilidad de presencia de contaminantes (por ejemplo, hidrocarburos) en el subsuelo del terreno prospectado. Este mapa, en dos dimensiones, se puede representar mediante variación cromática, donde el valor de potencial eléctrico se incrementa por ejemplo desde el azul al rojo a medida que aumenta la probabilidad de presencia de hidrocarburos. Las curvas de nivel (isolíneas) del mapa indican los niveles de igual valor de potencial eléctrico.

El sistema de medición de la presente invención reduce sustancialmente la polarización al obligar a que la corriente pase por un electrodo complejo, el electrodo de medida, con la particular configuración y estructura descrita. El electrodo de medida realmente no evita por completo la polarización, pero sí logra minimizar, ralentizar o retardar sus indeseables efectos, puesto que la polarización se daría igualmente pero a una escala de tiempo mucho mayor, porque el electrodo metálico embebido en el material de relleno (por ejemplo, en bentonita) ya se encuentra polarizado y en condiciones electroquímicamente estables. El único mecanismo de polarización que se daría es por difusión de los iones a través del medio, y este es un proceso muy lento. La diferencia de humedad también puede afectar a la polarización, pero al regar antes el terreno para humedecerlo se minimiza este problema. También se homogeneiza la temperatura y como la medida es rápida, no da tiempo a equilibrarse térmicamente.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra un sistema de medición de potencial eléctrico de acuerdo a una realización de la presente invención.

Las Figuras 2A y 2B representan, de acuerdo a una realización, los componentes del electrodo de medida del sistema de medición de potencial eléctrico.

La Figura 3 muestra un apéndice de contacto para medición en continuo. Las Figuras 4A y 4B representan un esquema con los componentes del sistema de posicionamiento y adquisición de datos, de acuerdo a dos posibles realizaciones.

La Figura 5 ilustra una posible realización concreta del sistema de posicionamiento y adquisición de datos.

La Figura 6 muestra un ejemplo de geometría de las pasadas del vehículo para la adquisición de datos en un área de prospección.

Las Figuras 7A, 7B y 7C muestran la adquisición del potencial eléctrico en dos pasadas de control (Figura 7A), el cálculo de la deriva en función del tiempo (Figura 7B) y la aplicación de la deriva calculada en las mediciones de potencial eléctrico (Figura 7C).

Las Figuras 8A y 8B muestran ejemplos de datos de posición y de potencial eléctrico adquiridos durante la prospección del terreno.

Descripción detallada de la invención

La Figura 1 representa los elementos que forman parte de un sistema de medición de potencial eléctrico 1 empleado para la detección de contaminantes en el subsuelo, de acuerdo a una realización.

El sistema de medición de potencial eléctrico 1 comprende un electrodo de referencia 2, un vehículo 3, un electrodo de medida 4 (el cual es un electrodo complejo o un electrodo multifase formado por distintos elementos interconectados) solidario al vehículo y un sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 también solidario al vehículo.

El electrodo de referencia 2 se entierra en un terreno 6 a prospectar, en el cual se va a realizar la medición de potencial eléctrico, con el objeto de evitar que las variaciones térmicas superficiales produzcan cambios de potencial en dicho electrodo. En la realización mostrada en la Figura 1 el electrodo de referencia 2 es un cilindro metálico, preferentemente de acero inoxidable para evitar su alteración electroquímica, donde alguno de sus extremos puede estar terminado en punta para facilitar la inserción en el terreno 6. Por ejemplo, el electrodo de referencia 2 puede ser un cilindro de acero de unos 12 mm de diámetro y unos 25 cm de longitud, enterrado en el terreno 6 a prospectar (e.g. debajo del pavimento o en el suelo no pavimentado). Para su instalación es necesario realizar una perforación previa con un taladro, preferentemente de una profundidad D comprendida entre 50 cm y 100 cm. Alternativamente, el electrodo de referencia 2 puede ser un electrodo no polarizable o el electrodo de contacto 7 que incluye el electrodo de medida 4.

El electrodo de referencia 2 se conecta al sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 del vehículo 3 a través de un primer cable 8 conductor eléctrico (de un material metálico, por ejemplo cobre). El electrodo de referencia 2 se emplea como referencia común o potencial de referencia durante la adquisición de datos de medida de potencial eléctrico conforme el vehículo 3 se desplaza por el terreno 6, midiéndose la diferencia de potencial eléctrico entre el electrodo de referencia 2 y cada punto de la superficie del terreno 6 prospectada por un apéndice de contacto 9 del electrodo de medida 4.

El vehículo 3 puede incorporar un sistema de enrollamiento de cables, como por ejemplo un carrete, en el cual está enrollado el primer cable 8, de forma que conforme el vehículo 3 se desplaza por el terreno 6, alejándose del electrodo de referencia 2, el primer cable 8 se va desenrollando del carrete para permitir el libre desplazamiento del vehículo 3. Alternativamente, el cable se puede mantener desenrollado, aunque más o menos recogido para no estorbar el movimiento de coches ni el paso de personas.

El vehículo 3 representado en la Figura 1 dispone de un sistema de tracción de cuatro ruedas 10 de goma dura, con un mango de agarre 11 para empujar o tirar manualmente del vehículo 3. El vehículo dispone de una base para la colocación del electrodo de contacto 7 del electrodo de medida 4, y un soporte para el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, pudiendo incluir además un soporte para una antena GPS. El vehículo 3 tiene la función de soportar el electrodo de medida 4 y el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, y de desplazarse sobre el terreno 6 permitiendo un contacto galvánico continuo entre el apéndice de contacto 9 y el terreno 6, a la vez que se mantiene el contacto eléctrico entre el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 y el electrodo de referencia 2 mediante el primer cable 8. Por ello, el vehículo 3 puede implementarse de diferentes formas, por ejemplo mediante un vehículo eléctrico motorizado, pudiendo ser un vehículo autónomo o un vehículo con control remoto.

El vehículo puede incorporar además un adaptador para acoplar una manguera de riego, ya que el sistema de medición de potencial eléctrico 1 puede comprender una manguera de riego con difusor sujeta al vehículo 3 para la humidificación del terreno durante el desplazamiento del vehículo. La adquisición de datos preferentemente va acompañada de la humidificación del terreno 6 por el que se va a medir el potencial eléctrico, de forma que una manguera con difusor sujeta al vehículo puede ir mojando el terreno 6 por delante del apéndice de contacto 9 del electrodo de medida 4, de modo que el apéndice de contacto 9 entra en contacto con el suelo ya mojado. Alternativamente, se puede humedecer el terreno 6 manualmente con una manguera con anterioridad a la adquisición de los datos. Si las condiciones de contacto eléctrico entre el apéndice de contacto 9 y el suelo son buenas, no es necesario regar el terreno 6.

El sistema de medición de potencial eléctrico 1 puede incluir sensores para la adquisición de variables adicionales que complementan las medidas de potencial eléctrico, para tenerlos en cuenta de cara al análisis de los datos de potencial eléctrico, como por ejemplo:

Un sensor infrarrojo colocado en el vehículo 3, apuntando hacia el suelo, para medir continuamente la temperatura del terreno 6 por donde pasa el vehículo 3, de modo que además del dato de potencial eléctrico se obtiene la temperatura del suelo. Esta medición adicional puede servir para confirmar si la temperatura del terreno 6 ha jugado un papel importante o no durante la prospección (por ejemplo, si parte del terreno 6 prospectado estaba a la sombra y hay una diferencia de 5-10 grados, podría verse reflejado en las medidas de potencial eléctrico).

Un sensor combinado de temperatura y humedad ambiente, que forma parte del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, y sirve para registrar las condiciones de temperatura y humedad de la prospección.

En la Figura 2A se muestra un electrodo de medida 4 que va fijado al vehículo 3, de acuerdo a una posible realización. El electrodo de medida 4 comprende un electrodo de contacto 7 y un apéndice de contacto 9.

El electrodo de contacto 7 es un electrodo formado por un recipiente 13 protector de material aislante eléctrico (preferiblemente de un material de naturaleza plástica, como PVC) que incluye en su interior un electrodo metálico 14 rodeado por un material de relleno no metálico (no mostrado en la Figura 2A), con el objeto de que el electrodo metálico pueda permanecer en un relativo equilibrio electroquímico en su interior. En la Figura 2B se muestra el electrodo de medida 4 de la Figura 2A donde el electrodo de contacto 7 y el apéndice de contacto 9 se representan con una sección longitudinal para poder ver el interior del recipiente 13, con el material de relleno 15 rodeando al electrodo metálico 14, y el material de relleno interior del apéndice de contacto 9. El electrodo metálico 14 está en contacto galvánico con el material de relleno 15.

El electrodo metálico 14 es un elemento electro-conductor, preferentemente de acero inoxidable, aunque puede estar fabricado con otros materiales metálicos como cobre, hierro, acero, bronce, plata, titanio, oro y/o grafito, entre otros materiales. El electrodo metálico 14 está preferentemente totalmente rodeado por el material de relleno 15. Alternativamente, el electrodo metálico 14 puede estar parcialmente rodeado por el material de relleno 15. Por ejemplo, el material de relleno puede estar contenido en el recipiente 13 hasta llegar a una cierta altura del electrodo metálico 14. El material de relleno 15 es un material no metálico químicamente estable, que no reacciona con el material del electrodo metálico, y que tiene una conductividad eléctrica inferior a la conductividad eléctrica del electrodo metálico 14, preferiblemente de varios órdenes de magnitud inferior, siendo poco conductor de la electricidad pero sin llegar a ser un aislante eléctrico. Por ejemplo, si el material del electro metálico 14 es acero y el material de relleno 15 es una arcilla, la conductividad del acero es del orden de 10 ⁶ S/m y la de una arcilla es del orden de 10 ² hasta 1 S/m, con lo que la conductividad eléctrica del material de relleno 15 es entre 6 y 8 órdenes de magnitud inferior. Se pueden emplear otros materiales de relleno, como por ejemplo hormigón, que tiene una conductividad 10 ² y 10 ³ S/m, en cuyo caso la conductividad eléctrica del material de relleno 15 podría ser entre 8 y 9 órdenes de magnitud inferior. La conductividad eléctrica del material de relleno 15 es de al menos 1 orden de magnitud inferior a la conductividad eléctrica del electrodo metálico 14, y preferiblemente entre 6 y 14 órdenes de magnitud inferior. El material de relleno 15 puede tener unas propiedades eléctricas equivalentes a las de un suelo arenoso o arcilloso o a una combinación de ambos, a las de hormigón, a las de los pellets de bentonita, o las de bentonita en polvo húmeda, o puede estar formado por alguno de estos materiales, entre otros.

El recipiente 13 es preferentemente un receptáculo cilindrico, aunque podría adoptar otra forma geométrica. En la realización de la Figura 2B se muestra el volumen interior del recipiente 13 completamente cubierto por el material de relleno 15, si bien podría estar parcialmente cubierto. El recipiente 13 está abierto por su base 21. La apertura inferior (i.e. la base 21 o cara inferior) del recipiente 13 está cubierta por una malla retenedora 16 que permite la contención del electrodo metálico 14 inmerso en el material de relleno 15 (e.g. bentonita húmeda humedecida periódicamente con agua) dentro del recipiente 13. En la cara superior el recipiente 13 dispone de una tapa 22 con una abertura 23 para dejar pasar un segundo cable 17 conductor eléctrico conectado al electrodo metálico 14, para que en el interior del recipiente 13 no se pierda humedad y se conserve su temperatura el máximo tiempo posible durante la prospección. Se puede emplear por ejemplo una tapa de PVC o de espuma, para permitir su humidificación con agua en caso de que el material de relleno 15 del interior (e.g. material arcilloso) se seque o haga mucho tiempo que no se utilice en una prospección.

La malla retenedora 16 es de un material no metálico que permite por un lado retener mecánicamente al material de relleno 15 (y, por ende, al electrodo metálico 14) en el interior del recipiente 13 para que no caigan fuera por efecto de la gravedad, y al mismo tiempo permite un contacto eléctrico no metálico del material de relleno 15 con el exterior, esto es, con aquello con lo que contacte la malla retenedora 16 por fuera del recipiente. La malla retenedora está fabricada en un material que no es aislante eléctrico, para permitir un buen contacto eléctrico no metálico (en este caso, con un tercer cable 18 conductor eléctrico que conecta con el apéndice de contacto 9). Por ejemplo, la malla retenedora 16 puede ser una capa continua de tejido (aunque por defecto tendrá una cierta porosidad, espacio entre hilos) que permite cierto grado de contacto directo entre el material de relleno 15 el tercer cable 18 conductor. La malla retenedora 16 puede estar fabricada de un material diferente, por ejemplo, un material cerámico.

El electrodo metálico 14 está distanciado de la base del recipiente 13, es decir, no toca a la misma, quedando flotando en el interior del recipiente, atrapado por el material de relleno 15. El electrodo de contacto 7 descansa sobre un soporte eléctricamente aislante del vehículo 3 y no contacta directamente con el suelo. El contacto galvánico con el terreno 6 se realiza a través del apéndice de contacto 9.

El segundo cable 17 conductor eléctrico (de un material metálico, por ejemplo cobre) está en contacto con el electrodo metálico 14 incluido en el interior del recipiente. Este segundo cable 17 lleva el potencial del electrodo de medida 4 al sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5. En particular, el primer cable 8 se puede conectar a una entrada de un conversor A/D del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 y el segundo cable 17 se puede conectar a la otra entrada de dicho conversor A/D para cerrar el circuito y poder medir la diferencia de potencial eléctrico en cada punto de la superficie del terreno 6 prospectada por el apéndice de contacto 9 respecto al electrodo de referencia 2.

El apéndice de contacto 9 es de material no metálico y con una morfología adecuada para ser arrastrado por el suelo y mantener continuamente el contacto galvánico con el suelo durante el desplazamiento del vehículo 3, obteniendo de esta forma mediciones en continuo del potencial del terreno 6.

El apéndice de contacto 9 se conecta a la malla retenedora 16 mediante un tercer cable 18 conductor eléctrico (e.g. un cable metálico, de cobre u otro material). En una realización, el apéndice de contacto 9 está constituido por una cobertura 19 de tejido flexible (para poder adaptarse a la superficie del terreno 6, ya que es la encargada de realizar el contacto directo con el terreno 6), con un comportamiento antiestático (preferentemente no es completamente sintético y contiene algodón), y rellena de material textil (relleno 20 de tejido) formado por un tejido absorbente para que retenga la humedad, puesto que el apéndice de contacto 9 tiene que poder mantenerse mojado. En este caso, al no estar sujeto a fricción, el relleno 20 de tejido no hace falta que sea antiestático. La Figura 3 muestra un ejemplo de un apéndice de contacto 9 para medición en continuo. La parte superior del apéndice de contacto 9, que no hace contacto con el suelo, muestra un refuerzo 24 que puede estar constituido por material plástico (cinta aislante, etc.), para dotar de rigidez a la parte superior de la cobertura 19 y además proteger la conexión del tercer cable 18. El apéndice de contacto 9 tiene la función de realizar un contacto ininterrumpido con el terreno 6 para medir en continuo el potencial del terreno 6. El objetivo de la combinación del electrodo de contacto 7 y el apéndice de contacto 9, con sus respectivos elementos y su interconexión a través del tercer cable 18, es anular el efecto de la polarización en el contacto entre el terreno 6 y el electrodo de medida 4, para poder medir el potencial eléctrico sobre cualquier superficie evitando el efecto indeseable de la polarización y con la señal lo más estable y repetible posible. Para gestionar la polarización el elemento que hace directamente el contacto con el suelo (apéndice de contacto 9) tiene que ser no metálico. La superficie de contacto del apéndice de contacto 9 con el terreno 6, realizado al menos por parte de la cobertura 19 de tejido flexible, determina la resolución de la medición del potencial eléctrico, puesto que el valor de potencial obtenido corresponde aproximadamente a la media de potenciales del área de contacto del electrodo de medida 4 con la superficie del terreno 6. La superficie de contacto puede variar en función del objeto perseguido; por ejemplo, la superficie de contacto puede tener el tamaño de un pelo si se desea localizar una grieta o un tamaño mucho mayor si se prospecta un aeropuerto en busca de contaminación en el suelo.

Sin embargo, el apéndice de contacto 9 no es suficiente por sí solo para obtener una buena medida del potencial eléctrico del terreno 6. La señal procedente únicamente del apéndice de contacto 9 no metálico no es estable; sin embargo, cuando esta señal se hace pasar por el electrodo de contacto 7, la señal se estabiliza. De esta forma, la presente invención propone que la señal siga el siguiente camino:

Terreno 6 - apéndice de contacto 9 (e.g. tejido).

- Apéndice de contacto 9 - tercer cable 18 conductor eléctrico (e.g. cobre).

Tercer cable 18 - malla retenedora 16 (e.g. interfaz o capa de tejido). El tercer cable 18 contacta directamente con la malla retenedora 16. De manera ventajosa, al utilizar la malla retenedora 16 se permite mantener el contacto sin movimiento relativo a lo largo del tiempo. Si no hubiera malla retenedora 16 y el extremo del tercer cable 18 de cobre estuviera insertado dentro del material de relleno 15, dicho extremo de cobre se podría mover dentro del material de relleno 18 durante las mediciones, con lo que el cobre cambiaría su polarización continuamente y las mediciones no serían precisas. Malla retenedora 16 - material de relleno 15 (e.g. bentonita).

Material de relleno 15 - electrodo metálico 14 (e.g. acero inoxidable).

Electrodo metálico 14 - segundo cable 17 conductor eléctrico (e.g. cobre).

Segundo cable 17 - equipo de medición.

La corriente eléctrica debe desplazarse necesariamente a través de todos estos componentes hasta llegar al equipo de medición del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, para de esta forma minimizar el efecto de la polarización y obtener además una señal estable.

La Figura 4A representa los componentes del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 de acuerdo a una posible realización. Según esta realización, el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 comprende un módulo de geolocalización por satélite 25, configurado para adquirir una pluralidad de datos de posición P¡ del vehículo 3 durante su desplazamiento por el terreno 6, y una unidad de procesamiento de datos 26. Estos componentes electrónicos están alimentados por una batería 33 instalada en el vehículo 3, la cual puede formar parte del propio sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 (como se muestra en la realización de la Figura 4A) o ser un elemento externo (por ejemplo, se podría usar la propia batería del vehículo 3, en el caso de que el vehículo tuviera batería).

La unidad de procesamiento de datos 26 está configurada para obtener una pluralidad de mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ entre el electrodo de referencia 2 (cuyo potencial se mide a través del primer cable 8) y el electrodo de medida 4 (cuyo potencial se mide a través del segundo cable 17) durante el desplazamiento del vehículo 3 por el terreno 6, de acuerdo por ejemplo a una determinada frecuencia de muestreo.

El sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 está configurado para almacenar en al menos una memoria las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ y los datos de posición P¡ del vehículo 3 adquiridos. Por ejemplo, como se mostrará en el ejemplo de la Figura 5, el módulo de geolocalización por satélite 25 puede almacenar en una memoria los datos de posición P¡ del vehículo 3, y por su parte la unidad de procesamiento de datos 26 puede almacenar en otra memoria diferente las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡. En la realización mostrada en la Figura 4A, la unidad de procesamiento de datos 26 almacena en una única memoria 29 ambos datos (Av¡,P¡). Estos datos (Av¡,P¡) almacenados en memoria se pueden utilizar para obtener un mapa de potencial eléctrico 30.

En esta realización particular la unidad de procesamiento de datos 26 está adicionalmente configurada para obtener un mapa de potencial eléctrico 30 del terreno 6 mediante la asociación de las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ con los datos de posición P¡ del vehículo 3 adquiridos. En el mapa de potencial eléctrico 30 se representan mediante curvas de nivel en dos dimensiones los niveles del terreno 6 que tienen igual valor de potencial eléctrico.

Opcionalmente, la unidad de procesamiento de datos 26 puede estar adicionalmente configurada para obtener, a partir del mapa de potencial eléctrico 30, un mapa 32 con la probabilidad de presencia de contaminantes (e.g. hidrocarburos) en el subsuelo del terreno 6 prospectado, donde dicha probabilidad depende del valor del potencial eléctrico medido en cada punto prospectado del terreno 6, aparte de otros factores que pueden depender del tipo concreto de contaminante a detectar, efectos superficiales asociados a servicios enterrados (tuberías, etc.), la geología del terreno, a la profundidad del nivel freático, etc.

De acuerdo a una realización, la unidad de procesamiento de datos comprende un conversor analógico-digital 27, un procesador 28 y una memoria 29, donde el conversor analógico-digital 27 puede formar parte del propio procesador 28 o ser una unidad independiente, como se muestra en el ejemplo de la Figura 4A. El conversor analógico-digital 27 recibe como entradas los potenciales analógicos procedentes del electrodo de referencia 2 y del electrodo de medida 4 (a través del primer cable 8 y segundo cable 17, respectivamente), y realiza la conversión a una señal digital que contiene información sobre la diferencia de potencial eléctrico Av¡ entre ambos electrodos (2, 4), la cual es representativa del valor de potencial eléctrico. El procesador 28 recibe los datos de posición P¡ y los almacena, junto con las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡, en la memoria 29.

En una realización, la adquisición de los datos de posición P¡ y las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ están sincronizados, de forma que el procesador 28 los adquiere simultáneamente, en el mismo instante. Por ejemplo, cuando el procesador 28 recibe un dato de posición P¡ procedente del módulo de geolocalización por satélite 25, el procesador 28 adquiere en el mismo instante una medición de diferencia de potencial eléctrico Av¡ procedente del conversor analógico-digital 27. De esta forma los datos de posición P¡ y de diferencia de potencial eléctrico Av¡ están directamente asociados y no es necesario realizar ninguna interpolación.

Según la realización mostrada en la Figura 4A, el procesador 28 recibe los datos de la posición P¡ del vehículo 3 y las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ para, mediante su asociación, generar un mapa de potencial eléctrico 30 del terreno 6, el cual representa en dos dimensiones el valor del potencial eléctrico, expresado por ejemplo en milivoltios (mV), para diferentes posiciones del terreno 6 prospectado. Las curvas de nivel (isolíneas 31) indican los niveles de igual valor de potencial eléctrico. Cada isolínea 31 lleva asociada un valor de potencial eléctrico concreto, preferentemente expresado mediante variación cromática, como se representa en el ejemplo de la Figura 4A.

Cuando el sistema se aplica a la detección de contaminantes en el subsuelo, por ejemplo de hidrocarburos, se puede usar un código de colores en el mapa de potencial eléctrico 30 para representar la probabilidad de presencia de hidrocarburos, la cual se determina en función del valor del de potencial eléctrico medido, obteniendo de esta forma un mapa 32 con la probabilidad de presencia de contaminantes. Por ejemplo, se puede incrementar desde el azul al rojo a medida que aumenta la probabilidad de presencia de hidrocarburos.

En la Figura 4B se representa otra realización en la cual el mapa de mapa de potencial eléctrico 30 no es obtenido por el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, sino por un dispositivo externo 36, por ejemplo un ordenador.

En este caso el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 comprende al menos una unidad de comunicación configurada para transmitir las mediciones de diferencia de potencial eléctrico Av¡ y los datos de posición P¡ del vehículo 3 almacenados en memoria (por ejemplo, en la memoria 29, o en varias memorias) al dispositivo externo 36, el cual se encarga de procesar los datos recibidos y obtener, a partir de ellos, el mapa de potencial eléctrico 30 y, opcionalmente, un mapa 32 con la probabilidad de presencia de contaminantes en el subsuelo del terreno 6 prospectado. La al menos una unidad de comunicación puede comprender, entre otros, un puerto de comunicación 34 por cable (e.g. a través de un conector USB) y/o un módulo de comunicación inalámbrica 35 (e.g. mediante Bluetooth o Wi-Fi).

En la Figura 5 se muestra una posible realización del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, cuya función es adquirir y registrar datos de tiempo, posición y diferencia de potencial en tarjetas de memoria para su posterior descarga y procesado.

El sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 está alimentado por batería. Para permitir el ahora de energía, el sistema pude funcionar en dos modos de trabajo: modo de registro, en el cual el sistema adquiere y registra los datos, y modo de espera (o “standby”) en el cual el sistema permanece ocioso, sin registrar los datos y, con ello, con un mínimo gasto de energía.

En este ejemplo el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 comprende los siguientes elementos:

Conversor A/D (ADC 16 bit): inicializado con ganancia 2/3 (rango de medición entre +-6.144 V) y resolución de 0.1875 mV/bit. Configurado para medir a 250 muestras/segundo las diferencias de potencial del electrodo de medida 4 (situado en los puntos donde se quiere medir el potencial eléctrico) con respecto al electrodo de referencia 2 (punto respecto al cual se miden los valores de potencial eléctrico). - Una primera placa Arduino (ARDUINO_CEN) con las siguientes funciones: o Lectura de los resultados de conversión del conversor A/D sin retraso, filtrado digital cada 25 muestras y escritura en tarjeta de memoria (MEMORIA_CEN). Frecuencia observada de escritura de datos: 15 Hz aproximadamente. o Lectura de estado de la segunda placa Arduino (ARDUINO_GPS). o Opcionalmente, activar sonido si hay precisión RTK (“Real Time Kinematic”, navegación cinética satelital en tiempo real) en la medida de posición y al mismo tiempo se está en modo de registro. MEMORIA_CEN: Tarjeta SD en la cual ARDUINO_CEN escribe datos de potencial eléctrico.

Botón de inicio: un botón, interruptor o pulsador que permite alternar entre modo de registro y modo de espera.

Una segunda placa Arduino (ARDUINO_GPS), con las siguientes funciones: o Lectura de datos del módulo GPS. Escritura en tarjeta de memoria (MEMORIA_GPS). o Escritura de estado en pines LED y en ARDUINO_CEN.

MEMORIA_GPS: Tarjeta SD en la cual ARDUINO_GPS escribe datos de tiempo y posición.

Módulo GPS: placas de expansión con funcionalidad GPS adaptado para Arduino.

- Antena GPS: antena del módulo GPS (e.g. u-blox antena multibanda GNSS ANN-MB-00).

Pantalla LCD: Muestra datos por pantalla (hora, número de medida, datos de potencial eléctrico).

Batería: Alimenta los componentes electrónicos del sistema. Se inicializa a 9V para garantizar que todos los componentes tienen suficiente energía.

LED: Indicador LED de la calidad de la precisión GPS (e.g. rojo=insuficiente; amarillo=FLOAT; azul=RTK).

El circuito electrónico de la Figura 5 presenta las siguientes funcionalidades:

• Alimentación del sistema: una vez conectada la batería, se realiza una comprobación de la conectividad de las tarjetas de memoria y se inicia la búsqueda de satélites por parte del GPS.

• Botón de inicio/parada de registro de datos: modo de registro o modo de espera.

• ARDUINO_CEN (modo de registro): medición y guardado en tarjeta SD de la diferencia de potencial entre dos conexiones (electrodos) a una frecuencia de muestreo de 15 Hz aproximadamente. Guardado del tiempo interno del microprocesador para posterior cruce de datos. • ARDUINO_GPS (modo de registro): medición y guardado en tarjeta SD de la posición GPS a una frecuencia de muestreo de 1 Hz. Guardado del tiempo interno del microprocesador para posterior cruce de datos.

• Indicador sonoro cuando el equipo está guardando datos y dispone de precisión RTK.

• Visualización en pantalla LCD de 4x20 caracteres de información relevante. Modo de registro: hora, número actual de medida, valores de potencial eléctrico. Modo de reposo: hora, número de medida anterior.

La Figura 5 es una realización meramente ilustrativa del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 representado en el esquema global de las Figuras 4A y 4B. Sin embargo, otras múltiples realizaciones e implementaciones del esquema de las Figuras 4A y 4B son factibles, utilizando diferentes componentes electrónicos. Por ejemplo, en lugar de un sistema de posicionamiento absoluto basado en GPS se puede emplear un sistema de posicionamiento relativo, independiente de la cobertura GPS, basado en posicionamiento inercial (e.g. giroscopio y brújula) y un sistema de odometría en una o más ruedas del vehículo 3 para conocer qué distancia se ha movido el carro, en qué dirección y con qué velocidad y aceleración.

A continuación, se describe el uso del sistema de medición de potencial eléctrico 1, desde la adquisición de datos en campo hasta la representación del mapa de potencial eléctrico 30.

Con respecto a la adquisición de los datos, en primer lugar se lleva a cabo la instalación del electrodo de referencia 2. El primer paso consiste en localizar una zona dentro o fuera del área de prospección, que no tenga cerca ninguna instalación o servicio enterrado (agua, electricidad, tuberías, etc.). A continuación, se realiza una perforación de unos 50-100 cm de profundidad y diámetro acorde a la morfología del electrodo de referencia 2 que se pretenda enterrar, ya sea un cilindro metálico o un electrodo no polarizable.

En el fondo de la perforación se coloca el electrodo de referencia 2 conectado a un primer cable 8 que llegue hasta la superficie. Este primer cable 8 se conecta luego a la entrada del conversor A/D 27 del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5, permitiendo al electrodo enterrado ejercer de electrodo de referencia para la medición del potencial eléctrico.

En previsión de zonas del área de prospección que no dispongan de cobertura GPS (como debajo de la marquesina de una estación de servicio, por ejemplo), se puede replantear una malla regular en dichas zonas, marcando con spray en el suelo los puntos de la malla. Se trata de un posicionamiento relativo a un punto o a una línea, por ejemplo, a una pared de un edificio, donde las filas de la malla regular pueden ir paralelas a dicha pared, y las columnas, perpendiculares. La pared del edificio suele estar geoposicionada en los planos de instalaciones. Alternativamente, también se puede referenciar la posición relativa a un objeto o forma que esté situada en una zona con cobertura GPS, de modo que se pueden transformar las coordenadas relativas a coordenadas UTM.

El siguiente paso es cubrir la superficie del terreno 6 a prospectar con las pasadas del vehículo 3. Los datos se adquieren en pasadas generalmente paralelas, ya sea en forma de filas o columnas. Las pasadas por las zonas que dispongan de cobertura GPS se orientan normalmente según la malla de replanteo del paso anterior (en el caso de que no haya cobertura GPS en algunas zonas del terreno 6).

La Figura 6 muestra un ejemplo de geometría de adquisición, donde el área de prospección (terreno 6 cuyo potencial eléctrico se va a medir) está representa por un rectángulo. Cada pasada 40, o desplazamiento del vehículo 3 por el terreno 6, se representa por una línea continua. En general, las pasadas 40 son paralelas a la malla de puntos correspondiente a una zona sin cobertura GPS (malla de replanteo 40, en el centro superior del área de prospección), pero puede haber pasadas 40 que no sigan el mismo patrón, como por ejemplo las mostradas en la esquina superior derecha del área de prospección.

La adquisición de datos suele ir generalmente acompañada de la humidificación del terreno 6 por el que se va a medir. Sujeta al vehículo, una manguera con difusor va mojando el terreno por delante del electrodo, de modo que este entra en contacto con el suelo ya mojado. Si las condiciones de contacto eléctrico entre el electrodo y el suelo son buenas, no es necesario regar. La primera pasada de datos y, de manera alternante cada aproximadamente dos pasadas, es lo que se conoce como “pasada de control”. Consiste en medir el potencial eléctrico en un tramo (de unos pocos metros) con el sistema instalado en el vehículo de manera repetida, de modo que la evolución relativa de los valores de dicho tramo (llamada “deriva”) se pueda utilizar para corregir los datos a medida que pasa el tiempo.

La Figura 7 A muestra la adquisición del potencial eléctrico en dos pasadas de control para un mismo tramo del terreno, pero adquiridas en dos instantes del tiempo distintos, t1 y t2 (donde t1 y t2 pueden representar por ejemplo los instantes de tiempo en los que comienza cada pasada, o los instantes de tiempo en que finaliza cada pasada). La diferencia entre ambos es la deriva (d).

Al repetir mediciones sobre un mismo tramo en instantes del tiempo distintos, pero no muy separados en el tiempo, se puede asumir que la variación del potencial eléctrico a lo largo del tiempo es lineal entre dos puntos de control consecutivos. Para evitar tener que extrapolar, se pueden realizar mediciones de control antes, durante y al finalizar las mediciones, de modo que sólo haya que interpolar. Cuanto mayor es la frecuencia de realización de las pasadas de control, más correcta es la asunción de linealidad entre dos medidas. Si no hay ruido electromagnético importante, es muy fiable utilizar este método para corregir las posibles variaciones temporales de baja frecuencia que experimenta el potencial eléctrico (variaciones del potencial del electrodo de referencia 2 o del potencial del electrodo de medida 4, o variaciones temporales del potencial del terreno 6.

La Figura 7B muestra el valor de la deriva d(t) calculada en función del tiempo, donde se asume que entre ambos instantes de tiempo t1 y t2 la deriva ha evolucionado linealmente.

De esta forma, y tal y como se representa en la Figura 7C, una vez calculada la deriva (d) la señal de potencial eléctrico original 50 (línea continua), medida por ejemplo en una pasada 40, se puede corregir restándole la deriva (d) calculada en función del tiempo en la Figura 7B. La señal de potencial eléctrico corregida 51 (línea discontinua) es la que se habría medido si no hubiera habido ninguna evolución del campo eléctrico entre ambos instantes de tiempo (t1 y t2). En las Figuras 8A y 8B se muestran ejemplos de archivos de datos capturados durante la prospección del terreno 6 con el sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 de la Figura 5. En la tabla de la Figura 8A se ilustra un extracto de las tres primeras filas de un archivo del ARDUINO_CEN de la Figura 5:

• Primera columna: número de pasada. Cada vez que se entra en modo de registro (mediante la pulsación del botón de inicio) se inicia un nuevo dato (i.e. una nueva fila, una nueva pasada). Mientras se está en modo de registro, el equipo mide y escribe continuamente los valores de potencial eléctrico y de tiempo interno en la fila correspondiente al número de dato actual.

• Segunda columna: tiempo interno del ARDUINO_CEN (en ms) desde que se ha iniciado el modo de registro por primera vez. Aunque se entre en modo de espera, el tiempo interno sigue midiendo.

• Resto de columnas: datos de potencial eléctrico (cada valor es el promedio redondeado de 25 datos).

En la tabla de la Figura 8B se ilustra un extracto de las tres primeras filas de un archivo del ARDUINO_GPS de la Figura 5:

• Primera columna: tiempo interno del ARDUINO_GPS (en ms) desde que se ha iniciado el modo de registro por primera vez. Aunque se entre en modo de espera, el tiempo interno sigue midiendo.

• Segunda columna: número de dato. Cada segundo que pasa se escribe un nuevo dato.

• Tercera columna: mensajes “NMEA GNRMC” del GPS, con información de la posición del vehículo.

En una realización, los datos de posición y potencial eléctrico almacenados en una o varias memorias del sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 son extraídos por cable a través de un puerto comunicaciones y/o mediante comunicación inalámbrica (e.g. Bluetooth), para ser procesados por una unidad de procesamiento de datos externa (dispositivo externo 36 de la Figura 4B), como por ejemplo un ordenador.

Finalmente, se procede a la obtención y representación del mapa de potencial eléctrico 30, de lo cual se puede encargar el propio sistema de posicionamiento y adquisición de datos 5 o una unidad de procesamiento de datos externa. Para ello el primer paso es (en el ejemplo de las Figuras 8A y 8B) cotejar ambos archivos de datos (potencial eléctrico y posición) para asociar una posición a cada dato de potencial eléctrico. Para ello se interpolan los datos de posición (X_UTM, Y_UTM) al tiempo de los datos de potencial eléctrico. El siguiente paso consiste en representar en el espacio los datos de potencial eléctrico, preferiblemente en un gráfico de contornos rellenos, pero puede ser de cualquier otro tipo.