La porosimetría de mercurio, tal como la realiza el AutoPore, está destinada principalmente a medir el volumen total de poros dentro de una muestra entre un límite superior e inferior de tamaños de poros con un nivel de precisión del 1%. Además de la porosidad, la porosimetría de mercurio también se utiliza a menudo para medir la densidad aparente y la densidad esquelética.

En relación con la porosimetría de mercurio, la densidad aparente se define como la unidad de peso por unidad de volumen (normalmente gramos por centímetro cúbico) de un material una vez restado el volumen de los poros abiertos más grandes (mayores que un tamaño específico). Un valor típico para el poro más grande incluido en la densidad aparente es de 180 micrómetros (µm). La densidad esquelética suele calcularse después de haber excluido del volumen supuestamente ocupado por el material el volumen de todos los poros mayores de 0,005 µm aproximadamente.

Es obvio que el porosímetro de mercurio no mide la densidad directamente, sino que es principalmente un instrumento de medición de volumen. La conversión a densidades requiere que el operador proporcione los pesos necesarios para completar el cálculo. La comprensión de los cálculos de la densidad aparente y de la densidad esquelética será mucho más fácil si se tiene presente el concepto del porosímetro de mercurio como aparato de medición de volumen.

Cómputos

La derivación de las fórmulas para las densidades aparente y esquelética comienza refiriéndose a la Figura 1, un esquema simplificado del conjunto de un penetrómetro que contiene una muestra porosa. El volumen interno del penetrómetro, incluidos el bulbo y el capilar, se ha determinado previamente mediante la técnica de llenado y pesada del mercurio. Supongamos que ahora se ha introducido la muestra y el mercurio ha llenado todo el volumen restante excepto el ocupado por la muestra y sus poros de diámetro de abertura inferior a 180 µm aproximadamente. Ahora podemos escribir:

Los procedimientos operativos del porosímetro de mercurio requieren los pesos de 1) el conjunto del penetrómetro vacío, incluidos los accesorios de sellado, 2) el penetrómetro sellado con sólo la muestra en su interior, y 3) el penetrómetro sellado con la muestra en su interior y lleno de mercurio. Estos pesos permiten hallar el volumen de mercurio que ocupa el espacio restante alrededor de la muestra. Así es:

Solución de problemas

A veces se producen errores y malos resultados en las determinaciones de densidad por porosimetría de mercurio. La razón más probable de los malos resultados es evidente en la ecuación (5). Obsérvese que Vs_(B) suele ser un número pequeño que se obtiene restando dos números más grandes que son casi iguales. No es raro que estos números sean 10 veces mayores que Vs_(B). Los errores del uno por ciento en los números se convierten en errores del diez por ciento en Vs_(B). Todos los números para calcular Vs_(B ) son suministrados por el operador y se derivan principalmente de procedimientos de pesaje. (_Vpen suele obtenerse pesando el penetrómetro después de llenarlo de mercurio y dividiendo el peso por la densidad del mercurio a temperatura ambiente).

La mayor posibilidad de que un error del instrumento afecte a Vs_(B) se encuentra en el proceso de llenado. Si el penetrómetro no se llena completamente, el exceso de volumen se asigna a la muestra. También podría producirse un ligero error debido a las diferencias de temperatura, ya que algunos instrumentos asumen que la densidad del mercurio es constante a 13,5335, el valor de 25°C. La presión exacta aplicada al mercurio en el punto inicial de la medición del volumen de poros también afecta al volumen aparente, ya que presiones más altas llenan poros progresivamente más pequeños. Si el material tiene una distribución significativa del volumen de poros en el rango de 100 µm, será difícil obtener mediciones reproducibles del volumen aparente debido al requisito de una presión inicial altamente precisa y reproducible.

La medición precisa del volumen esquelético Vs_(S ) depende, en primer lugar, de la precisión de Vs_(B) y, a continuación, de la precisión de la medición del volumen de poros. Sin embargo, no depende tanto de la presión inicial, ya que cualquier volumen de poro que no se haya infiltrado con la presión de llenado baja (y, por tanto, aumentando _Vs(B)) se infiltrará con mercurio, se medirá y se restará a medida que aumente la presión. De este modo, el error se autocancela.

Los desajustes entre las densidades esqueléticas medidas y los valores del manual para el material también pueden deberse a poros cerrados a los que el mercurio no tiene acceso, a poros demasiado pequeños para ser penetrados por el mercurio a la presión más alta utilizada y a la compresión de la muestra. La compresión puede ser especialmente significativa en el caso de los materiales orgánicos. Hasta un 10% de reducción de volumen puede ocurrir en materiales plásticos a 60.000 psia. Se produce un cambio de densidad que es notificado por el instrumento.

Recomendaciones

A continuación figuran algunas recomendaciones para ayudar a minimizar los errores:

• Garantizar un pesaje exacto con al menos 5 dígitos significativos siempre que sea posible.
• Determinar con precisión el volumen interno (bulbo y capilar) de los penetrómetros hasta cinco dígitos significativos si es posible. Asegúrese de utilizar siempre el mismo tapón de cierre con el penetrómetro, ya que ligeras irregularidades de un tapón a otro pueden causar errores medibles en el volumen interno.
• Inspeccione de vez en cuando los penetrómetros para asegurarse de que se llenan correctamente.
• Evite mediciones precisas de la densidad cuando la temperatura del penetrómetro vaya a variar significativamente.
• Utilice el máximo volumen práctico de muestra en el bulbo del penetrómetro de acuerdo con la capacidad capilar. Esto mejorará el "apalancamiento" matemático.
• Revise cuidadosamente la información sobre el peso antes de cada análisis para evitar errores.
• Examine la curva de distribución del volumen de poros en busca de pendientes elevadas al principio y al final. En estos casos será más difícil obtener resultados reproducibles. La pendiente en el extremo de alta presión también puede deberse al aplastamiento de los poros cerrados o a la compresión del material.