Marco teorico Densidad

El volumen total de un material, VT consta de los siguientes sumando:

Vt= Vc + VPC + VPA

Donde VC es el volumen cristalográfico. VPC es el volumen asociado a los poros cerrados (no comunicados con el exterior) y VPA es el volumen asociado con los poros abiertos (accesible a los fluidos en contacto con el material)

Por tanto y había cuenta de la propia definición de densidad, se pueden distinguir tres tipos de densidad:

La densidad real o cristalográfica ( conocida sencillamente como densidad del material de masa M), Pr:

Pr= P = MVc

La densidad aparente, Pa

Pa=M

Vc+Vpc

La densidad global ( Bulk density),Pg:

Pg=MVt

Porosidad y permeabilidad

De la misma forma que se han definido tres densidades, existen sus correspondientes porosidades asociadas. Es decir, se puede hablar de:

Porosidad total, PT:

PT (%)=Vpc+VpaVt

100

Porosidad cerrada, PC :

PC (%)=VpcVt100

Porosidad abierta, PA:

PA (%)=VpaVt100

Por otra parte, la expresión que relaciona la porosidad abierta con la densidad global Pg y la densidad global Pg y la densidad aparente Pa es la siguiente:

PA (%)=(1−PgPa )100De forma semejante, la relación entre la porosidad total, la densidad global Pg y la densidad real Pr, se expresa por:

PA (%)=(1−PgPr )100La finalidad del ensayo de permeabilidad, propiedad relacionada con la porosidad abierta del material, es medir la cantidad de flujo de gas que atraviesa el mismo (por ejemplo, un tapón poroso en las cucharas de colada) bajo una diferencia de presión. La unidad utilizada es el perm. Se dice que un material tiene la permeabilidad de un perm (Pm) cuando un centímetro cubico de gas, con la viscosidad dinámica de un poise (g.cm-1. S-1º dyn.s) para una diferencia de presión de una dina por centímetro cuadrado, tarda un segundo en atravesar un cilindro de un centímetro cuadrado de sección y un centímetro de longitud.

La permeabilidad p de un material medida en perms puede calcularse a partir de la siguiente expresión:

P= V hn981∆ P t s

Donde V es el volumen de aire en centímetros cúbicos, h es la longitud de la probeta en centímetros, n es la viscosidad del aire en poises, ∆ Pes la caidad de presión en centimetros cúbicos de columna de agua, t el tiempo en segundos, y s la sección de la probeta en centímetros cuadrados.

Las dimensiones de la permeabilidad, expresada en perms (AENOR 61-036-75), son las propias de la longitud al cuadrado:

1 perm (pm)= (longitud)2= (cm)2

Aunque normalmente en las aplicaciones prácticas se duele utilizar el nanoperm (109pm).

La permeabilidad del material está relacionada con el tamaño y la cantidad de los poros del mismo. En la práctica, se encuentran materiales de alta porosidad pero con escasa permeabilidad y productos de alta permeabilidad y baja porosidad.

Por otra parte, la permeabilidad de un material no suele ser una propiedad isotrópica, ya que depende de la dirección que se considere en el material conformado para la realización del ensayo: en la dirección del prensado o perpendicular a la misma.

Ejercicio 1

Calcular la porosidad total, abierta y cerrada, de un material con las siguientes características:

Densidad real: 2.300 kg. m-3

Densidad aparente: 2.100kg . m-3

Densidad global: 2.000 kg. M-3

Utilizando la expresión PA (%)=(1−PgPr )100 y sustituyendo los valores de la densidad

real y global, se obtiene la porosidad total:

PT= 13,0%

Mediante la ecuación PA (%)=(1−PgPa )100, se alcanza el valor de la porosidad abierta

del material:

PA= 4,8%

Finalmente, la porosidad cerrada no accesible a fluidos que contactan con el material es:

PC=PT – PA= 8,2%

Bibliografía

VERDEJA, Luis; SANCHO, José; BALLESTER, Antonio. Materiales refractarios y cerámicos. Madrid: Síntesis, 2008.363 p. ISBN: 978-84-975655-9-2