Estructura de poros

Se midieron el volumen total de las muestras y el volumen del espacio poroso para calcular la porosidad.

Medición del volumen del espacio poroso

Se utilizó un pirómetro de helio para calcular el volumen de los poros, basándose en la ley de Boyle (P₁V₁ = P₂V₂ ₎ . El _helio , _gas inerte que atraviesa fácilmente orificios diminutos, permite identificar la fracción sólida de la muestra. El núcleo se coloca en una cámara de muestra de volumen conocido. _Se aplica presión a una cámara de referencia de volumen conocido. Gracias a la conexión entre ambas cámaras, el helio puede pasar de la cámara de referencia a la de muestra. El volumen del sólido se calcula dividiendo la presión inicial entre la final y la final. El volumen de los poros, calculado mediante el picnómetro de helio, es la diferencia entre el volumen total y el volumen del sólido. ^{[ 11 ]}

Por lo general, el radio efectivo del cuerpo o cuello del poro se utiliza para definir el tamaño de los poros. ^{[ 8 ]} La posición, la forma y la conexión de los poros en los sólidos son solo algunos de sus numerosos atributos y el aspecto más sencillo de un poro para visualizar es probablemente su tamaño o su extensión en una sola dimensión espacial .

En comparación con otros factores como la forma de los poros, se puede argumentar que el tamaño de los poros tiene el mayor o más amplio impacto en las características de los sólidos. Por lo tanto, utilizar el tamaño de los poros o la distribución del tamaño de los poros para describir y contrastar diversas sustancias porosas es sin duda conveniente y valioso. ^{[ 12 ]}

Los tres rangos principales de tamaño de poro (la clasificación actual del tamaño de poro recomendada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) son los siguientes: ^{[ 12 ]}

La abundancia relativa de cada tamaño de poro en un volumen típico de suelo se representa mediante la distribución del tamaño de poro. Esta se representa mediante la función f(r), cuyo valor es proporcional al volumen total de todos los poros cuyo radio efectivo se encuentra dentro de un rango infinitesimal centrado en r. Se puede considerar que f(r) posee componentes texturales y estructurales. ^{[ 8 ]}

Se espera que la relación entre el tamaño de los poros y su distribución en un sistema poroso de estructura aleatoria sea monótona: los poros más grandes están conectados a partículas más grandes. Esta relación se complica por la naturaleza no aleatoria de la mayoría de los suelos. Se pueden encontrar poros grandes tanto en partículas grandes como pequeñas, incluidas las arcillas, que favorecen la agregación y, por lo tanto, el desarrollo de grandes poros interagregados. Las subdivisiones de la distribución del tamaño de los poros en medios con estructura aleatoria pueden expresar características más específicas de los suelos con conceptualizaciones más complejas, como la histéresis de la retención de agua del suelo. ^{[ 8 ]}

La tortuosidad de los canales porosos es una magnitud geométrica única que se utiliza no solo para medir las características de transporte del sistema poroso, sino también para expresar la sinuosidad y complejidad de las rutas de percolación internas . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

La toruosidad está íntimamente relacionada con el comportamiento de transporte de la conductividad eléctrica , la permeación de fluidos, ^{[ 20 ]} la difusión molecular y la transferencia de calor en geociencias , impactando parámetros petrofísicos tales como la permeabilidad, la difusividad efectiva , la conductividad térmica y el factor de resistividad de la formación. ^{[ 18 ] [ 21 ]}

La definición estándar de rugosidad superficial para un medio poroso se basa en el valor promedio de la coordenada vertical medida en comparación con una altura superficial relativa, como la rugosidad cuadrática media o la rugosidad aritmética. Sin embargo, la falta de consideración de la topología fractal llevó a que la definición de altura superficial relativa se considerara inadecuada en la práctica. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

La relación entre el "área superficial real" y el "área superficial geométrica lisa" se utilizó como segunda definición de rugosidad superficial. Esta definición se ha aplicado en varias investigaciones para modificar ecuaciones de flujo o medir el área interfacial fluido-fluido. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

La idea fundamental de la geometría fractal es de donde proviene la tercera definición de rugosidad superficial, ^{[ 26 ]} en la que se modifican las superficies de los poros (bidimensionales) o todo el medio poroso (tridimensional) mediante ajustes de dimensión fractal , lo que resulta en mayores dimensiones superficiales o menores dimensiones del medio. ^{[ 27 ]} El exponente de rugosidad de Hurst, una definición similar, se utiliza ocasionalmente. Esta magnitud, que varía de 0 a 1, está relacionada con la dimensión fractal.