La densidad es una propiedad básica e importante de los materiales. Aunque la densidad real de una sustancia pura es fácil de conceptualizar y comprender, no es la única densidad importante para los ingenieros y los científicos de materiales. También merece la pena medir la densidad efectiva de los materiales a granel tal y como se empaquetan, transportan o utilizan. En el caso de los materiales granulares, porosos y de forma irregular, esta densidad efectiva puede variar significativamente respecto a la densidad real en función de la definición de volumen y el estado de empaquetado que sean relevantes para el proceso estudiado.

La densidad envolvente de un material es su masa dividida por su volumen cuando el volumen se determina incluyendo el de los espacios porosos dentro del material. La densidad aparente también se define como la masa del material dividida por el volumen, pero el volumen es aquel en el que puede confinarse la masa del material. En otras palabras, este volumen incluye los espacios intersticiales (o vacíos) entre los objetos, así como los espacios porosos dentro de los objetos. A partir de estas mediciones, el GeoPyc® 1360 de Micromeritics puede determinar la densidad envolvente y la densidad aparente, así como otros datos, como el porcentaje de porosidad.

Densidad de la envoltura

La evaluación de la densidad envolvente requiere que se haga una distinción crítica de dónde acaba la irregularidad o rugosidad superficial y dónde empieza la porosidad interna. Los resultados de la densidad envolvente dependen siempre de la clasificación de los espacios vacíos como poros o irregularidades superficiales. Consideremos, por ejemplo, la siguiente ilustración, que representa una sección transversal bidimensional de un objeto de muestra típico que es a la vez poroso y de forma irregular.

En la figura 1, las líneas de puntos representan varias definiciones igualmente defendibles, aunque arbitrarias, de qué aberturas son entradas de poros y cuáles son irregularidades de la superficie. Varios métodos para determinar la densidad de la envoltura emplean definiciones diferentes. Cada definición da lugar a una medición diferente del volumen de la muestra, por lo que los valores de densidad resultantes también varían.

Durante el análisis GeoPyc, se mide el volumen de una cantidad de un polvo fino, seco y de flujo libre, llamado ^DryFlo®. A continuación, se sumerge la muestra en DryFlo y se mide el volumen de desplazamiento de la muestra. Dado que DryFlo se adapta a las irregularidades de la superficie como lo haría un líquido, pero no penetra en los poros más pequeños (con diámetros de entrada inferiores a 25 micras aproximadamente), es posible medir el volumen de muestras de forma irregular o incluso de varias piezas, y calcular su densidad y porosidad. El análisis es rápido y silencioso y, por lo general, no destruye la muestra.

Densidad aparente

Las mediciones de la densidad aparente también varían en función de las condiciones en las que se mide el volumen de la muestra. Por ejemplo, un cubo de arena seca puede parecer lleno, pero su contenido puede asentarse cuando se agita, lo que permite añadir más arena. En general, cuanto más enérgicamente se agite el cubo, más apretada estará la arena y más arena podrá contener el cubo.

Del mismo modo, una columna alta de un polvo fino, como la harina de repostería, se comprime más al vibrar que una columna corta, debido al peso de la harina que se encuentra encima en la columna alta. En este caso, la altura de la columna, la intensidad de la vibración y la duración de la vibración son de vital importancia para definir la prueba. Cualquier variación en una o varias de estas variables puede alterar significativamente los resultados.

Las características de sedimentación de un material son útiles en el envasado y envío de una amplia variedad de productos. Para ello, a veces se determina la densidad aparente mediante el método del "golpeteo", en el que la muestra se coloca en una probeta graduada y se golpea enérgicamente sobre una superficie un número predeterminado de veces. El resultado varía en función del número de golpes y de la intensidad de los mismos. No se controla el grado de compactación de la muestra, por lo que los resultados pueden no ser repetibles.

En lugar de compactar la muestra mediante golpeteo, GeoPyc de Micromeritics la consolida dentro de la cámara de muestras hasta que se alcanza una fuerza especificada. La fuerza se mide con precisión y es verificable; los resultados son altamente repetibles. El volumen se mide en el punto especificado

Concordancia con otros métodos

El GeoPyc es único en el sentido de que ofrece al usuario la opción de determinar los resultados de densidad empíricamente, o ajustar una variable de entrada para tener en cuenta cualquier diferencia entre el método por el cual el volumen de la muestra fue obtenido por el GeoPyc frente a un método anterior.

En el caso de la densidad envolvente, la concordancia con otro método de medición del volumen de la muestra se logra mediante la calibración con una muestra evaluada por la otra técnica. Simplemente realice una corrida de calibración con el GeoPyc, utilizando como muestra un material evaluado bajo el otro procedimiento. Cuando se le solicite, introduzca el valor del otro procedimiento. A partir de ese momento (o hasta que se le indique lo contrario) el instrumento ajusta sus cálculos para tener en cuenta la diferencia en los métodos de medición de volumen. Para que los resultados de densidad aparente concuerden con los obtenidos por otro método de medición, el análisis debe realizarse utilizando una fuerza de consolidación que dé como resultado el mismo grado de consolidación que se utilizó en el método anterior. Para descubrir esta fuerza, el operador simplemente realiza unas cuantas pruebas utilizando varias fuerzas. La fuerza que arroje datos que dupliquen los anteriores debe utilizarse para los análisis posteriores con el GeoPyc, proporcionando un excelente control sobre el grado de compactación de la muestra y la repetibilidad de los resultados.