La superficie específica de permeabilidad al aire de un material en polvo es una medida de un solo parámetro de la finura del polvo. La superficie específica se deriva de la resistencia al flujo de aire (o algún otro gas) a través de un lecho poroso del polvo. Las unidades del SI son m 2 · kg −1 ("superficie específica de masa") o m 2 ·m −3 ("superficie específica de volumen").
El tamaño de las partículas o la finura de los materiales en polvo suele ser fundamental para su rendimiento.
La medición de la permeabilidad al aire se puede realizar muy rápidamente y no requiere que el polvo esté expuesto al vacío o a gases o vapores, como es necesario para el método BET para la determinación del área superficial específica . Esto lo hace muy rentable y también permite su uso con materiales que pueden ser inestables al vacío.
Cuando un polvo reacciona químicamente con un líquido o gas en la superficie de sus partículas, la superficie específica está directamente relacionada con su velocidad de reacción. Por tanto, la medición es importante en la fabricación de muchos materiales procesados.
En particular, la permeabilidad al aire se utiliza casi universalmente en la industria del cemento como un indicador de la finura del producto que está directamente relacionado con propiedades tales como la velocidad de fraguado y la tasa de desarrollo de resistencia.
Otros campos donde se ha utilizado la permeabilidad del aire para determinar una superficie específica incluyen:
En algunos campos, particularmente en la pulvimetalurgia, el número de Fisher relacionado es el parámetro de interés. Este es el diámetro promedio equivalente de las partículas, suponiendo que las partículas sean esféricas y tengan un tamaño uniforme. Históricamente, el número de Fisher se obtenía midiendo utilizando el Fisher Sub-sieve Sizer , un instrumento comercial que contiene una bomba de aire y un regulador de presión para establecer un flujo de aire constante, que se mide utilizando un caudalímetro. Varios fabricantes fabrican instrumentos equivalentes y el número de Fisher se puede calcular a partir de valores de superficie específica de permeabilidad al aire.
La medición consiste en empaquetar el polvo en un "lecho" cilíndrico que tiene una porosidad conocida (es decir, el volumen del espacio de aire entre las partículas dividido por el volumen total del lecho). Se establece una caída de presión a lo largo del cilindro del lecho. El caudal de aire resultante a través del lecho produce la superficie específica mediante la ecuación de Kozeny-Carman : [1]
dónde:
Se puede observar que la superficie específica es proporcional a la raíz cuadrada de la relación presión-flujo. Se han propuesto varios métodos estándar:
El segundo de ellos fue desarrollado por Lea y Nurse. [2] La cama tiene 25 mm de diámetro y 10 mm de espesor. La porosidad deseada (que puede variar en el rango de 0,4 a 0,6) se obtiene utilizando un peso calculado de muestra, prensada exactamente a estas dimensiones. El peso requerido viene dado por:
Un caudalímetro que consta de un capilar largo está conectado en serie con el lecho de polvo. La caída de presión a través del caudalímetro (medida con un manómetro ) es proporcional al caudal y la constante de proporcionalidad se puede medir mediante calibración directa. La caída de presión a través del lecho se mide con un manómetro similar. Por lo tanto, la relación presión/flujo requerida se puede obtener a partir de la relación de las dos lecturas del manómetro y, cuando se introduce en la ecuación de Carman, se obtiene un valor "absoluto" del área de la superficie de permeabilidad al aire. El aparato se mantiene a una temperatura constante y se utiliza aire seco de modo que la viscosidad del aire pueda obtenerse a partir de tablas.
Esto fue desarrollado [3] en el deseo de un método más simple. El lecho está conectado a un tubo en U de gran diámetro que contiene un líquido como el queroseno . Al presurizar el espacio entre el tubo en U y el lecho, el líquido es forzado hacia abajo. El nivel de líquido actúa entonces como una medida tanto de la presión como del flujo volumétrico. El nivel del líquido aumenta a medida que el aire se escapa a través del lecho. El tiempo que tarda el nivel del líquido en pasar entre dos marcas preestablecidas en el tubo se mide mediante un cronómetro. La presión media y el caudal medio se pueden derivar de las dimensiones del tubo y la densidad del líquido.
Un desarrollo posterior utilizó mercurio en el tubo en U: debido a la mayor densidad del mercurio, el aparato podría ser más compacto y los contactos eléctricos en el tubo que tocaban el mercurio conductor podían iniciar y detener automáticamente un cronómetro.
Este fue desarrollado [4] de forma independiente por RL Blaine de la Oficina Nacional Estadounidense de Estándares y utiliza un pequeño manómetro de queroseno de vidrio para aplicar succión al lecho de polvo. Se diferencia de los otros métodos en que, debido a la incertidumbre de las dimensiones del tubo del manómetro, no se pueden calcular resultados absolutos a partir de la ecuación de Carman. En lugar de ello, el aparato debe calibrarse utilizando un material estándar conocido. Los estándares originales, suministrados por NBS, fueron certificados mediante el método Lea and Nurse. A pesar de esta deficiencia, el método de Blaine se ha convertido, con diferencia, en el más utilizado para materiales cementosos , principalmente debido a la facilidad de mantenimiento del aparato y la simplicidad del procedimiento. [5]
