El tamaño es el estudio de la distribución estadística de tamaños de una colección de elementos finitos de material natural o fraccionado . El análisis granulométrico es el conjunto de operaciones que permiten determinar la distribución granulométrica de los elementos que componen la colección. La distribución del tamaño de partículas es la representación en forma de tablas, números o gráficos de los resultados experimentales del análisis del tamaño de partículas. El análisis del tamaño de partículas a veces se asocia con el análisis de la distribución estadística de la forma de los granos, esto se denomina granulomorfia.
El término tamaño de grano también se usa para describir cualitativamente el tamaño de grano promedio (por ejemplo, se dice que una roca tiene un tamaño de grano fino o grueso). La palabra tamaño de grano o la expresión tamaño de grano medio también se utiliza como sinónimo de "tamaño de grano medio" (se dirá, por ejemplo, que el tamaño de grano (medio) de un estrato aumenta o disminuye con la profundidad).
La distancia entre una línea D dada y la paralela a esta dirección se denomina “diámetro de Féret” ( Df ) de modo que toda la proyección de la veta se encuentra entre estos dos paralelos. Si rotamos la línea D alrededor del grano, encontraremos una posición de D para la cual Df es máximo, es el exodiametro, y mínimo, es el meso-diámetro. La relación entre el área del área proyectada por la partícula y el área del círculo que tiene un diámetro igual al exodiametro define lo que se llama índice de forma de grano.
Lo que llamamos el tamaño de un grano es en realidad su "diámetro equivalente" ( De ). El término "diámetro equivalente" se usa para referirse al diámetro de la esfera que se comportaría de manera idéntica durante la operación de análisis del tamaño de partícula elegida. Por ejemplo, una partícula laminar (arcilla, caolín, talco, etc. ) no tiene el mismo tamaño dependiendo de si se mide con un analizador de tamaño de partículas de sedimentación o un analizador de tamaño de partículas láser. Por lo tanto, siempre es fundamental indicar, junto con la distribución de tamaño de una población de granos, el método de medición utilizado.
Es el método más antiguo y todavía se utiliza mucho por ser el más económico. Consiste en medir el peso del material que pasa por las mallas calibradas de un tamiz de tela . Los tamices se superponen mediante malla decreciente y se mide el peso del material retenido en cada tamiz. Esta operación se puede realizar en seco, y haciendo vibrar toda la columna de tamices, para granos de tamaño relativamente grande. Cuando la población de granos contiene algunos elementos muy finos, se asocia una depresión de aire. Cuando el tamaño de grano es inferior a 300 μm , es necesario operar bajo un flujo de agua (o alcohol para productos solubles en agua). Luego, cada rechazo se seca y luego se pesa.
El método consiste en medir el tiempo de sedimentación en una columna de agua, es decir, la velocidad de caída de las partículas.
A partir de la ley de Stokes , se determina el tamaño de grano.
Existen diferentes métodos:
La balanza Martin mide la cantidad de material depositado en un plato en función del tiempo. Con la pipeta de Andreasen, se mide la concentración de materia en la suspensión en un momento y una altura determinados. La sedimentometría de rayos X mide la absorción de radiación por la suspensión a una altura determinada y un tiempo determinado que depende de la concentración.
El principio de centrifugación es idéntico al de sedimentación, utilizando el fraccionamiento de partículas o gotitas dispersas en un líquido portador (fase continua) de acuerdo con sus diferencias de tamaño y densidad como lo describe la ley de Stokes. Aquí el valor de g es variable y se calcula a partir de la velocidad angular de centrifugación, la masa de la muestra y la distancia desde el centro de rotación. Esta técnica es separativa, la centrifugación permite el fraccionamiento de las partículas y un dispositivo óptico permite cuantificar las diferentes fracciones. Este enfoque se recomienda para la resolución de sistemas polidispersos multimodales . Cada fracción separada se puede analizar independientemente de las otras poblaciones presentes en la muestra. La diferencia con la sedimentometría convencional consiste en poder acelerar la migración de nanopartículas o nanoobjetos y desplazar el límite inferior de cuantificación hasta los 10 nm.
La suspensión o emulsión a analizar se inserta sin dilución previa dentro de un recipiente transparente y se atraviesa por radiación luminosa (visible, X, IR, etc.). La principal ventaja de esta técnica es que permite obtener una distribución de tamaño de partícula independiente de las propiedades ópticas de los materiales dispersos. Los cambios en la densidad óptica debidos al desplazamiento de las fracciones se controlan durante la centrifugación para determinar su velocidad de migración y se obtiene una distribución del tamaño de partícula ponderada por la velocidad de migración de los objetos Q (v) . Esta distribución se puede convertir en intensidad, masa o volumen, luego será necesario indicar la densidad de las partículas y la viscosidad del líquido portador para resolver la ecuación de Stokes y aislar el diámetro esférico equivalente.
Composiciones absorbentes de radiación infrarroja transparentes e incoloras que comprenden nanopartículas
El analizador de tamaño de partículas láser se basa en el principio de difracción de luz. Las partículas en suspensión (en agua o en una corriente de aire) difractan la luz emitida por un rayo láser . La distribución espacial de esta luz, en función del tamaño de las partículas, se registra mediante un conjunto de fotodiodos . El análisis de esta distribución en el plano focal permite determinar la proporción de cada clase dimensional.
La interpretación se realiza mediante la teoría de Fraunhofer . Sin embargo, este método está limitado por un lado por la longitud de onda del rayo láser y por la transparencia de los granos. De hecho, la teoría de Fraunhofer asume partículas que son opacas pero también significativamente más grandes que la longitud de onda de la luz. Por lo tanto, hemos desarrollado nuevos métodos para analizar los registros de la distribución espacial de la luz a partir de la teoría de Rayleigh- Mie . En este caso se tiene en cuenta la difracción, refracción, reflexión y absorción de la luz por los granos. Esto permite realizar medidas de tamaño mucho más pequeño.
En este método, se toma una fotografía de los granos con un microscopio. La imagen resultante se analiza mediante un software especializado. Este último procede al recuento y dimensionamiento (número de píxeles) de cada una de las partículas, luego asocia con cada una una elipse (o un cuadrado, un rombo, etc. ) que define la forma general del grano. Se obtiene así una descripción numérica y geométrica del conjunto granular que permite establecer distribuciones en número, área y forma (granulomorfia). El análisis de imágenes también permite determinar el color de los granos, lo que permite establecer curvas diferenciadas según la naturaleza de los granos.
El modo más clásico y frecuente de representación de las distribuciones de tamaño de partículas es el diagrama semilogarítmico. Los tamaños se representan en el eje x en una escala logarítmica de base 10 (generalmente en µm) y las coordenadas y en una escala aritmética de 0 a 100%.
A veces encontramos representaciones log-normales (abscisas en lg y ordenadas en la distribución normal gaussiana).
También hay distribuciones particulares para las ordenadas como la de Rosin-Rammler (1933) o Gaudin-Schumann (1948). En estos puntos de referencia, las distribuciones generalmente están representadas por una o dos líneas rectas. Se utilizan en trabajos de separación por tamaño de partículas. Derivan de la siguiente ecuación básica, con q ( x ) la proporción en peso de las partículas en un diámetro dado. q ( x ) = axm e (- bxn )
m = n -1 y a = nb (Rosin-Rammler)
b = 0 a = ( m +1) / ( xom +1) (Gaudin-Schumann)
En meteorología , la distribución del tamaño de las gotas de lluvia según su diámetro (D) resulta de tres procesos que contribuyen a la formación de gotas: la condensación del vapor de agua en una gota, la acumulación de pequeñas gotas en más. Grandes y las colisiones entre gotas de tamaño similar. Dependiendo del tiempo de permanencia en la nube, del movimiento vertical en la misma y de la temperatura ambiente, tendremos, por tanto, descensos que tendrán una historia muy variada y una distribución de diámetros que van desde unas pocas decenas de micrómetros hasta unos pocos milímetros . El estudio de la granulometría de las gotas permite comprender mejor estos fenómenos y calibrar los radares meteorológicos .
En geología , este análisis del tamaño de partículas permite definir varias clases de materiales independientemente de su naturaleza química. La siguiente tabla corresponde a la norma francesa NF P18-560 utilizada en particular en el sector de carreteras .
| Maxi | Denominación | Mini |
|---|---|---|
| 200 mm | guijarros | 20 mm |
| 20 mm | grava | 2 mm |
| 2 mm | arenas gruesas | 0,2 mm |
| 0,2 mm | arenas finas | 20 µm |
| 20 µm | largueros | 2 µm |
| 2 µm | arcillas |
Aquí hay otras tres clasificaciones comunes:
|
|
|
De esto también se derivan otras definiciones, por ejemplo, la de suelos granulosos que contienen más del 50% de elementos con un tamaño de partícula superior a 80 µm . Luego se dividen en dos familias:
En la industria del petróleo, donde el idioma inglés es bastante ubicuo, las designaciones más utilizadas son las siguientes, derivadas directamente de la clasificación de CK Wentworth:
| escala φ | Intervalo de tamaño (métrico) |
Intervalo de tamaño (aproximado, en pulgadas) |
Nombre en inglés (nombre en francés) (clases de Wentworth) |
Otros nombres |
|---|---|---|---|---|
| <−8 | > 256 mm | > 10,1 pulgadas | Roca (roca) | |
| −6 a −8 | 64–256 mm | 2,5-10,1 pulgadas | Adoquín (rodillo) | (guijarro grande) |
| −5 a −6 | 32–64 mm | 1,26-2,5 pulg. | Muy gruesa de grava (grava muy grosero) | Guijarro (guijarro) |
| −4 a −5 | 16–32 mm | 0,63-1,26 pulgadas | Grava gruesa (grava gruesa) | Guijarro (guijarro) |
| −3 a −4 | 8-16 mm | 0,31–0,63 pulg. | Grava mediana (grava mediana) | Guijarro (guijarro) |
| −2 a −3 | 4-8 mm | 0,157–0,31 pulg. | Grava fina (grava fina) | Guijarro (guijarro) |
| −1 a −2 | 2-4 mm | 0,079-0,157 pulgadas | Grava muy fina (grava fina) | Gránulo (gránulo) |
| 0 a -1 | 1-2 mm | 0.039–0.079 pulg. | Muy gruesa de arena (arena muy gruesa) | |
| 1 a 0 | 0,5-1 mm | 0,020-0,039 pulg. | Arena gruesa (arena gruesa) | |
| 2 a 1 | 0,25–0,5 mm | 0.010–0.020 pulg | Arena media (arena media) | |
| 3 a 2 | 125–250 µm | 0,0049-0,010 pulgadas | Arena fina (arena) | |
| 4 a 3 | 62,5-125 µm | 0,0025–0,0049 pulg. | Arena muy fina ( arena muy fina) | |
| 8 hasta 4 | 3,9–62,5 µm | 0,00015–0,0025 pulg. | Limo (limo, limo) | Barro (barro) |
| 10 a 8 | 0,977–3,9 µm | 3,8 × 10 −5 –0,00015 pulgadas | Arcilla (arcilla) | Barro (barro) |
| 20 a 10 | 0,95–977 nm | 3,8 × 10 -8 -3.8 x 10 -5 en | Coloide (coloide) | Barro (barro) |