Tortuosidad y permeabilidad de materiales cerámicos mesoporosos de caolín y diatomita

  • Luis Alejandro Fonseca-Páez Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
  • Emanuel Trujillo-Castro Universidad Francisco de Paula Santander
  • Gabriel Peña-Rodriguez Universidad Francisco de Paula Santander

Resumen

Se reporta la permeabilidad y tortuosidad de cerámicas mesoporosas de caolines y diatomitas. Las muestras cilíndricas con porcentaje en peso de 60 % diatomita, 30 % caolín y 10 % CaCO3, fueron elaboradas por colado, con diámetro promedio de 5 cm y espesor de 0,6 cm. El proceso de secado se realizó mediante estufa de circulación forzada a  100 °C por 24 horas, la sinterización a temperaturas de 800 °C, 850 °C, 900 °C, 950 °C, 1.000 °C y 1.100 °C, usando una mufla eléctrica con una rampa de 5 °C/min. Para la determinación de permeabilidad por el agua, se utilizó un permeámetro de carga variable, mientras que la tortuosidad se halló del producto del factor de forma y su porosidad. Se encontraron resultados de tortuosidad en el rango de 3,32 a 7,16, mientras que la permeabilidad varió entre 3,09x10-6 y 22,2x10-6 cm/s, evidenciándose un comportamiento inverso entre estos parámetros al incrementarse la temperatura.

Palabras clave: factor de forma, tortuosidad, permeabilidad, resistividad eléctrica, cerámica mesoporosa

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

Citas

G. Hai-yan, H. Yue-hui, Z. Jin, X. Nan-ping y C. LIU, “Tortuosity factor for porous FeAl intermetallics fabricated by reactive synthesis,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 22, pp. 2179-2183, 2012. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61446-5

R. Roque Malherbe, W. del Valle, F. Marquez, J. Duconge y M. Goosen, “Synthesis and Characterization of Zeolite Based Porous Ceramic Membranes,” Sep. Sci. Technol., vol. 41, núm. 1, pp. 73–96, ene. 2006. doi: 10.1080/01496390500446277

A. Merioua, A. Bezzar y F. Ghomari, “Electrical prediction of tortuosity in porous media,” Energy Procedia, vol. 139, pp. 718-724, 2017. doi: 10.1016/j.egypro.2017.11.277

H. Saomoto y J. Katagiri, “Direct comparison of hydraulic tortuosity and electric tortuosity based on finite element analysis,” Theoretical and Applied Mechanics Letters, vol. 5, no. 5pp. 177-180, 2015. doi: 10.1016/j.taml.2015.07.001

K. K. Imomnazarov, “Archie’s Law for a Mathematical Model of Movement of a Conducting Liquid through a Conducting Porous Medium,” Applied Mathematics Letters, vol. 11, no. 6, pp. 135-138, 1998. doi: 10.1016/S0893-9659(98)00115-3

L. Simao, O. R. Klegues Montedo, M. M. da Silva Paula, L. da Silva, R. Caldato y M. D. de Mello Innocentini, “Structural and Fluid Dynamic Characterization of Calcium Carbonate-based Porous Ceramics,” Materials Research, vol. 16, no. 4, pp. 1439-1448, 2013. doi: 10.1590/S1516-14392013005000147

E. A. Moreira y J. R. Coury, “The influence of structural parameters on the permeability of ceramic foams,” Brazilian Journal of Chemical Engineering, vol. 21, no. 01, pp. 23-33, 2004. doi: 10.1590/S0104-66322004000100004

M. Barrande, R. Bouchet y R. Denoyel, “Tortuosity of Porous Particles,” Analytical chemistry, vol. 79, no. 23, pp. 9115-9121, 2007. doi: 10.1021/ac071377r

A. Eshghinejadfard, L. Daroczy, G. Janiga y D. Thevenin, “Calculation of the permeability in porous media using the lattice Boltzmann method,” International Journal of Heat and Fluid Flow, pp. 1-11, 2016. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2016.05.010

Z. Sun, X. Tang y G. Cheng, “Numerical simulation for tortuosity of porous media,”Microporous and Mesoporous Materials, vol. 173, pp. 37-42, 2013. doi: 10.1016/j.micromeso.2013.01.035

E. Garcia, I. Amaya y R. Correa, “Algoritmos de optimización en la estimación de propiedades termodinámicas en tiempo real durante el tratamiento térmico de materiales con microondas,” Rev. Uis Ing., vol. 16, no. 2, pp. 129-140, 2017. doi: 10.18273/revuin.v16n2-2017012

Z. Hu y K. Lu, “Evolution of Pores and Tortuosity During Sintering,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 97, no. 8, pp. 2383-2386, 2014. doi: 10.1111/jace.13080

P. M. Biesheuvel y H. Verweij, “Design of ceramic membrane supports: permeability, tensile strength and stress,” Journal of Membrane Science, vol. 156, no. 1, pp. 141-152, 1999. doi: 10.1016/S0376-7388(98)00335-4

A. Dey, N. Kayal, O. Chakrabarti, R. Caldato, C. André y M. Innocentini, “Permeability and Nanoparticle Filtration Assessment of Cordierite-Bonded Porous SiC Ceramics,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 52, no. 51, pp. 18362-18372, 2013. Doi: 10.1021/ie402876v

M. París de Ferrer, Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos. Maracaibo, Venezuela: Astro Data, 2009.

Métodos de ensayo para productos refractarios conformados densos. Parte 1: Determinación de la densidad aparente, de la porosidad abierta y de la porosidad total, UNE-EN 993-1, 1996.

A. E. Sheidegger, “Immiscible Multiple Phase Flow”, en The Physics of Flow Through Porous Media, 3^ra ed. Toronto, Canadá: University of Toronto Press, 1974, cap. 9, pp. 215-255.

B. Ghanbarian, A. G. Hunt, R. P. Ewing, y M. Sahimi, “Tortuosity in Porous Media: A Critical Review,” Soil Sci. Soc. Am. J., vol. 77, no. 5, pp. 1461-1477, 2013. doi: 10.2136/sssaj2012.0435

E. A. Moreira, M. D. M. Innocentini, y J. R. Coury, “Permeability of ceramic foams to compressible and incompressible flow,” J. Eur. Cer. Soc., vol. 24, no. 10-11, pp. 3209-3218, 2004. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2003.11.014

M. R. Malcolm, "The Theory of Quantitative Log Interpretation", en The Fundamentals of Electric Log Interpretation, 2^da ed. New York, USA: Academic Press INC, 1957, pt. 1, pp. 1-19.

F. A. Dullien, "Single-Phase Transport Phenomena in Porous Media", en Porous Media: Fluid transport and pore structure, 1^ra ed. Londres, Inglaterra: Academic Press, 1979, cap. 4, pp. 157-230.

J. Cembrero, C. Ferrer, M. Pascual y M. Á. Pérez, Ciencia y tecnología de materiales - Problemas y cuestiones, 1^ra ed. Madrid, España: Pearson - Prentice Hall, 2005.

D. W. Taylor, “Permeabilidad”, en Principios fundamentales de mecánica de suelos, 1^ra ed. D.F, México: Continental S.A, 1961, cap. 6, pp. 119-147.

B. M. Das, "Conductividad Hidráulica", en Fundamentos de ingeniería geotécnica, 4^ta ed. Santa Fe, México: Cengage Learning, 2015, cap. 6, pp. 116-141.

D. Graux, “Permeabilidad y caudal”, en Fundamentos de Mecánica del Suelo, proyecto de muros y cimentaciones, 2^da ed. Barcelona, España: Editores Técnicos Asociados, S.A, 1975, cap. 14, pp. 355-404.

G. S. Armatas, C. E. Salmas, G. P. Androutsopoulos, and P. J. Pomonis, “The effect of surface functionalization of mesoporous silicas with propylimidazol on porosity, pore connectivity and tortuosity,” Stud. Surf. Sci. Catal, vol. 144, pp. 299-306, 2002. doi: 10.1016/S0167-2991(02)80148-3

S. Kam et al., “Permeability to water of sintered clay ceramics”, Appl. Clay Sci., vol. 46, no. 4, pp. 351–357, 2009. doi: 10.1016/j.clay.2009.09.005
Publicado
2019-01-01