Volumen de sólidos irregulares

Materiales Industriales, Ingeniería Técnica Industrial – Mecánica
Profesor: Dr. María Jesús Ariza, Departamento de Física Aplicada, CITE II-A, 2.12

3. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA Y LA DENSIDAD
APARENTE DE UN CERÁMICO EN POLVO
3.1. Objetivos docentes
Conocer un método para determinar la densidad de un sistema material sólido
disperso con tamaño de partícula muy fino (en polvo).Conocer los distintos tipos de
densidades que se pueden definir en un material poroso.

3.2. Objetivo del trabajo práctico
Determinar la densidad relativa a la del agua y la densidad aparente de las
partículas de un suelo arcilloso cuyo tamaño de partícula es inferior a 63 micras.

3.3. Fundamento teórico
Densidades de un material poroso
La densidad de un material es la masa por unidad devolumen que ocupa. Son
unidades habituales de densidad el g/cm3, kg/m3 o Mg/m3.
Sin embargo, el volumen de un material cambia con la temperatura (dilatación
térmica) de manera que la densidad de los materiales también varía con la
temperatura. A temperaturas próximas a la temperatura ambiente este efecto es
especialmente significativo en los materiales líquidos y gaseosos, pero en los sólidostambién es conveniente indicar la temperatura a la que se realizan los experimentos.
Además existen muchos materiales que son porosos, es decir, el material no rellena
todo el espacio sino que deja unos espacios vacíos o huecos que se denominan
poros. Normalmente los poros se encuentran llenos de gas o de líquido y van a
dificultar la determinación tanto del volumen como de la masa real desólido.
Poro abierto
a la
superficie

Poro
cerrado

Material
sólido

Poros vacíos
(gas)

Por muy pequeña que sea una partícula sólida puede contener poros, incluso para
sistemas materiales en polvo (< 44 μm). Al igual que el tamaño de partícula, el
tamaño de los poros es muy variado, desde los macroporos que se observan a
simple vista hasta los micro y nanoporos que requieren depotentes microscopios
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Profesor: Dr. María Jesús Ariza, Departamento de Física Aplicada, CITE II-A, 2.12

para su detección. La porosidad es una característica de los materiales, y afecta de
manera muy significativa a las propiedades de la pieza sólida.
Se distinguen los poros cerrados, aquellos que no están abiertos a lasuperficie
externa del sólido, y poros abiertos los que son accesibles desde la superficie.
En un sólido poroso se diferencian tres tipos de volúmenes:
1) El volumen total (Vt) se determina utilizando instrumentos como un calibre o
un micrómetro para medir las dimensiones principales del objeto, y corresponde al
volumen que ocupa el sólido con todos sus poros.
2) El volumen aparente (Va) es elvolumen que desplaza el sólido cuando se
sumerge en un líquido, el cual será el volumen de sólido y el volumen de poro
cerrado ya que el líquido penetra en los poros abiertos.
3) El volumen último del sólido (Vs) es el volumen real de sólido, y su
determinación experimental es bastante más laboriosa.
Se tiene que cumplir que

Vt = Vs + VPoro cerrado + VPoro abierto = Va + VPoro abiertoLa porosidad es el porcentaje de volumen total de poro (VPoro
respecto del volumen total (Vt).

cerrado

+ VPoro

abierto)

Asociados a estos tres volúmenes se definen tres tipos de densidades en los
materiales porosos:
- Densidad volumétrica: es la densidad calculada cuando se ha medido el volumen
total.
m
Dv =
Vt
- Densidad aparente: es la densidad que proporciona el volumenaparente. Esta
densidad es la que habitualmente se determina experimentalmente.
m
Da =
Va
- Densidad última del sólido: es la densidad real del sólido. Para sólidos cristalinos
se puede determinar una vez conocida la composición química exacta y la estructura
cristalina, esto es, conociendo la masa y las dimensiones que tiene la celda unidad
del compuesto.
m
Du =
Vs
Además de estas tres...