Ejemplo formato artculo

Prctica 1. Determinacin de propiedades de slidos 1: densidad, porosidad y compresibilidad. Julieth Eliana Garca Mira, Carlos Mario Torres Arboleda, Andrs Jessid Gil Garcs, Jeisfrank Alejandro Culma Veloza Universidad de AntioquiaDepartamento de Ingeniera QumicaCorreo-e: ejemplo@org.es

Resumen. El conocimiento de las propiedades fsicas de los materiales tales como la densidad, porosidad y comprensibilidad es indispensable un el diseo, optimizacin, transporte y almacenaje de dichos materiales. Por eso es indispensable el conocimiento de estas propiedades, por lo que se realiza la medicin de sta a dos materiales, feldespato y arena; a la cuales se determinaron su densidades, logrando determinar que el feldespato posee una densidad real mayor que el arena, con magnitud de 2.4021 y 2.2990 gr/mL pero una menor densidad empacada, 1.7666 y 1.5726 gr/mL feldespato, arena respectivamente.

Palabras clave: Densidad real, densidad aparente, densidad empacada, porosidad.

2Introduccin Desde pocas muy tempranas el hombre a manejado en su vida compuestos qumicos en estados solidos ya sea para la construccin de casas, pirmides, en alimentos como sal y azcar, en la minera etc., cuando se inicia la produccin o manejo a grandes escalas o industrial en su manejo o transporte, surge la necesitad de conocer y medir alguna de sus propiedades fsicas tales como la densidad, comprensibilidad y la porosidad.1. Densidad:Relacin entre la masa de un material y el volumen que ocupa y cuya unidad est dada por el sistema de unidades adoptado. Existen muchos materiales que son porosos, es decir, el material no rellena todo el espacio sino que deja unos espacios vacos o huecos que se denominan poros, los cuales pueden estar abiertos o cerrados. Normalmente los poros se encuentran llenos de gas o de lquido y van a dificultar la determinacin tanto del volumen como de la masa real de slido. Dependiendo de la estructura del material, principalmente su carcter de porosidad y sus huecos, se utilizan los trminos real y aparente. La primera se refiere a la densidad media de las partculas slidas y la segunda considera el volumen macizo de las partculas del material ms el volumen de los poros, es decir, contempla los espacios vacos que hay en el material, reflejando su contenido total de porosidad. 1.1 Densidad real, r:Es la relacin entre la masa de un material y el volumen real ocupado por el mismo, excluyendo los espacios vacos.Se calcula mediante la expresin: , donde w es la masa o peso del material, y , son la densidad y el volumen real respectivamente.Experimentalmente se determina mediante la siguiente relacin:

1.2 Densidad aparente Es la relacin entre el peso y el volumen total de la masa del material, incluyendo los espacios intersticiales que dejan las partculas entre s. Se mide determinando el peso y el volumen de una masa de slidos empacados libremente o al azar; tambin se conoce como densidad volumtrica o aireada. 1.3 Densidad empacada Consiste en determinar el peso de un volumen fijo de slidos despus de haber sido sometido a un perodo de vibracin por un tiempo determinado, con lo cual se consigue una disminucin de porosidad. 2. Compresibilidad (C) Indica el grado de compactacin que presenta una masa de partculas cuando son sometidas a un proceso de compresin. Se calcula con la siguiente expresin:

donde P es densidad empacada y A es densidad aparente o aireada.

3. Porosidad ()Se refiere a la cantidad de espacios vacos que dejan las partculas entre s, los cuales son ocupados por aire. Se expresa como la relacin entre el volumen de tales vacos y el volumen total. Su valor puede determinarse con la ayuda de la siguiente expresin:

2 Materiales y equipos Muestras a analizar: Feldespato, ArenaEquipos: Probeta, Balanza., Recipientes volumtricos, Esptula.3 DatosDensidad real:ArenaPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)7.606.498.97.6633

Volumen (ml)3.03.04.03.3333

FeldespatoPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)10.08.034.797.6066

Volumen (ml)4.03.02.53.1666

Densidad aparente:ArenaPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)277.32279.61277.78278.2366

Volumen (ml)200

FeldespatoPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)273.19272.14273.06272.7966

Volumen (ml)200

Densidad empacada:ArenaPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)353.63351.98354.39353.3333

Volumen (ml)200

FeldespatoPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Masa (g)313.63317.72312.25314.5333

Volumen (ml)200

Porosidad:ArenaPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Volumen (ml)3.43.23.53.3666

FeldespatoPropiedadEnsayo 1Ensayo 2Ensayo 3Promedio

Volumen (ml)4.24.44.24.2666

4 Ecuaciones

4.1 Densidad real:

Arena

Feldespato

4.2 Densidad aparente:

Arena

Feldespato

4.3 Densidad empacada:

Arena

Feldespato

4.4 Compresibilidad:

Arena

Feldespato

4.5 Porosidad:

Arena

Feldespato

Valores tericos [2]MuestraDensidad (gr/ml)

Arena2.53

Feldespato2.62

5 Resultados5.1 Tabla 1. Densidad, porosidad y compresibilidad de la Arena y FeldespatoPropiedadMaterial

ArenaFeldespato

Densidad real (gr/ml)2.29902.4021

Densidad aparente (gr/ml)1.39121.3639

Densidad empacada (gr/ml)1.76661.5726

Compresibilidad (%)21.2513.27

Porosidad0.33660.4266

6 Anlisis de ResultadosAl observar las propiedades de las sustancias tal como densidad real se tiene que el feldespato tiene mayor cantidad de masa por unidad de volumen (densidad real) que el arena, indicando que este ultimo tiene un mayor volumen por la misma cantidad de masa en comparacin con el feldespato.Desde el punto de vista de la porosidad se nota que de los materiales analizados el feldespato tiene mayor cantidad de espacios vacos, sin embargo, el arena tiene mayor capacidad de ocupar esos espacios vacos lo que traduce que este material tenga un mayor grado de compresibilidad; apreciando as, que el feldespato posee una menor densidad empacada.En el proceso de la medicin de la propiedad porosidad, se present una dificultad en la medicin de la magnitud de sta para el feldespato, ya que se formaban grietas debido a la alta coalescencia que se forma cuando el material es mojado con agua (lquido utilizado para medir indirectamente la porosidad del material), dificultando la medida de sta y aadiendo un error en la variable porosidad.El conocimiento de estas propiedades adquieren vital importancia en el campo de diseo, almacenaje y transporte de estos materias ya que nos informa los tamaos de los recipientes, si es optimo causar una densidad empacada o no, respecto a costos.

7 Profundizacin7.1 Qu principio fundamenta la determinacin de la porosidad empleando la ecuacin, ?La porosidad , es la relacin entre el volumen (de una muestra de materia slida) que es ocupada por poro o espacio vaco y el volumen de materia slida incluyendo este ltimo . Para determinar este valor se llenan estos espacios vacos con agua, y as poder cuantificar el volumen de los poros.Ya que , podemos decir que

7.2 Cmo afecta la porosidad de un material su compresibilidad?, De qu depende?, Y Cmo se relacionaran la porosidad y la compresibilidad con las condiciones de fluidez que exhiba un determinado material?La compresibilidad es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una compresin determinada manteniendo constante otros parmetros. Dado esto la porosidad en los slidos disminuye con el aumento en la compresibilidad de los mismos. Tambin se ve afectada por la forma y la distribucin de tamaos de las partculas. Adems, en trminos generales, aquellos materiales que son poco porosos, son muy cohesivos y exhiben a su vez condiciones de fluidez muy malas.7.3 Cmo est relacionada la porosidad de un material con la forma, distribucin de tamaos de partcula? Si un granulado est formado por partculas muy rgidas (compactadas), no habr buen flujo, esto mismo sucede con grnulos demasiados porosos.La porosidad es independiente de tamao del grano para la misma separacin (sorting).La porosidad aumenta con la esfericidad del grano (la forma).La porosidad se controla mayormente por la cantidad de finos presente, mientras mayor el porcentaje finos, mayor la porosidad.En trminos generales todo tipo de granulado est formado por partculas anisotrpicas donde las partculas pequeas tienden a llenar los espacios que quedan entre las partculas grandes dando un grado de empaquetamiento ms denso y fluido.7.4 Si el slido es menos denso que el agua, cmo podra determinar su densidad?La muestra es encerrada en un contenedor de volumen conocido, bajo presin de gas conocida y es conectado con un contenedor evacuado de volumen tambin conocido. Cuando la vlvula entre estos dos contenedores es abierta, el gas se expande dentro del contenedor evacuado y la presin del gas decrece. El volumen efectivo del poro de la muestra puede ser calculado usando la ley de los gases ideales.

Donde es el volumen de la muestra, es el volumen del contenedor de la muestra, es el volumen adecuado, es la presin inicial y es la presin final7.5 Cmo podra relacionar la porosidad () con la densidad aparente ()? De ambas despejamos y obtenemos: ; Igualando ambas ecuaciones obtenemos:

7.6 Qu otros mtodos existen para determinar la densidad de materiales slidos?Mtodo de inyeccin de mercurio: El volumen de la muestra es determinado por la inmersin de una muestra en el mercurio.Despus de evacuar la muestra la presin hidrosttica del mercurio en la cmara conteniendo la muestra y el mercurio, se incrementa a altos niveles. Como resultado el mercurio penetrar en el espacio del poro y debido a que la presin es suficientemente alta, el mercurio penetrar en poros suficientemente pequeos.Sin embargo, la penetracin nunca es perfecta debido a que necesitara una presin infinita para hacer que todos los poros fueran llenados completamente y dado que la alta presin provocara cambios en la estructura de los poros en la muestra, este mtodo tiene sus deficiencias.Por medio de balanzas, se toma el volumen desplazado y el peso de muestra sumergidaEl picnmetro, tambin es utilizado, cuando se emplea slidos, en pequeos granos7.7 Cmo afecta el contenido de humedad los valores de densidad real y aparente?En el clculo de la densidad real, los valores del peso y el volumen del slido debido a la presencia de agua seran mayores a los reales; por tanto el dato calculado sera errado.En el clculo de la densidad aparente, el valor del peso obtenido, debido a la presencia de agua sera mayor al real; por tanto el dato calculado sera errado.7.8 Considere un slido poroso que contiene poros tanto abiertos como cerrados, qu tipo de densidad debe considerarse? Cmo podra determinarse?La porosidad es una caracterstica de los materiales, y afecta de manera muy significativa a las propiedades de la pieza slida [7]. Se distinguen los poros cerrados, aquellos que no estn abiertos a la superficie externa del slido, y poros abiertos los que son accesibles desde la superficie.En un slido poroso se diferencian tres tipos de volmenes: 1. El volumen total (Vt) se determina utilizando instrumentos como un calibre o un micrmetro para medir las dimensiones principales del objeto, y corresponde al volumen que ocupa el slido con todos sus poros. (Asumiendo que su geometra es regular.2. El volumen aparente (Va) es el volumen que desplaza el slido cuando se sumerge en un lquido, el cual ser el volumen de slido y el volumen de poro cerrado ya que el lquido penetra en los poros abiertos. 3. El volumen ltimo del slido (Vs) es el volumen real de slido, y su determinacin experimental es bastante ms laboriosa.Se tiene que cumplir que:

Asociados a estos tres volmenes se definen tres tipos de densidades en los materiales porosos: Densidad volumtrica:

Densidad aparente:

Densidad ltima del slido

8 Conclusiones Se midi las propiedades fsicas de los materiales densidades de los materiales (arena y feldespato), tales como porosidad y densidades aparente, real y empacada.

Se determin que la densidad (real) de un material aumenta (densidad empacada) significativamente al ser compactado, como el caso del arena que al tener una menor densidad que el feldespato, logr aumentar su masa por unidad de volumen que el feldespato.

Basadas en los resultados obtenidos y en el anlisis de los mismos. El propsito de esta seccin es resumir los principales resultados discutidos a lo largo del artculo. Las conclusiones se deben manejar como enunciados cortos fundamentados en la teora y los objetivos planteados.

Referencias [1] Shames Irvin H. Mecnica de Fluidos. Tercera edicin, Mc Graw Hill, 1995. [2]L.M. Thompson, F.R. Troeh. Los suelos y su fertilidad. Cuarta edicin, Revert, 2002.[3] M. R. Da Silva Rodrguez, Anlisis de las relaciones porosidad y permeabilidad en sedimentos no consolidados. Trabajo de grado, Universidad Simn Bolvar, Sartenejas, Venezuela, Nov. 2011.[4] Medicin de masas y densidades. (2013) [Online]. Disponible: http://users.df.uba.ar/sgil/web_fisicarecreativa/guias/masas.pdf[5] Determinacin de la densidad relativa y la densidad aparente de un cermico en polvo. (2013). [Online].Disponible: http://www.ual.es/~mjariza/pract3.pdf[6] Densidad de slidos. (2013) [Online]. Disponible: http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica02.htm.