Tamaño de las partículas: definición, granulometría y distribución

Descubre qué es el tamaño de las partículas, técnicas de granulometría y cómo la distribución influye en suelos, polvos y gravas con ejemplos y métodos prácticos.

• Tamaño de las partículas (general) proporciona definiciones generales de la noción de tamaño de las partículas.
• El tamaño de las partículas (granulometría) proporciona detalles específicos para el tamaño de las partículas de los suelos, polvos, grava, etc.
• Distribución del tamaño de las partículas

Tamaño de las partículas — definición y alcance

El tamaño de las partículas es una medida de la dimensión lineal característica de partículas individuales en un material granular, polvo, coloide o aerosol. Dependiendo del contexto, se utiliza la longitud equivalente (diámetro equivalente) que representa una esfera con el mismo volumen, área superficial o comportamiento hidrodinámico que la partícula real. Las escalas habituales van desde nanómetros (nm) para nanopartículas, pasando por micrómetros (µm) para polvos finos y aerosoles, hasta milímetros (mm) y centímetros para arenas y gravas.

Granulometría y clasificación

La granulometría es el estudio de la distribución del tamaño de las partículas en un material. En geotecnia y sedimentología se usan clasificaciones comunes que, de forma aproximada, son:

• Arcilla: < 2 µm
• Limo: 2 – 63 µm
• Arena: 63 µm – 2 mm (algunas normas usan 75 µm como límite)
• Grava: > 2 mm

Otras normas (ASTM, ISO, USDA) especifican rangos y métodos de ensayo para clasificar materiales de ingeniería, agrícolas y farmacéuticos.

Métodos de medición

Existen diversas técnicas para medir el tamaño y la distribución de partículas; la elección depende del tamaño de las partículas, la forma, la concentración y la precisión requerida:

• Tamizado (cribado): Método directo para partículas desde décimas de milímetro hasta varios centímetros; se tamiza el material a través de mallas de diferentes aberturas y se mide la fracción retenida en cada tamiz.
• Sedimentación y pipeteado/hidrómetro: Para partículas finas (limo y arcilla). Aprovecha la ley de Stokes para estimar tamaños a partir de velocidades de sedimentación en un fluido.
• Difracción láser (laser diffraction): Técnica rápida y ampliamente usada para una amplia gama de tamaños (desde submicrón hasta milímetros), que obtiene la distribución por volumen a partir de patrones de dispersión de luz.
• Dispersión dinámica de la luz (DLS): Adecuada para nanopartículas en suspensión; mide fluctuaciones en la intensidad de luz dispersada para estimar diámetros hidrodinámicos.
• Contador de partículas Coulter: Mide cambios de conductancia eléctrica cuando partículas pasan por un orificio; útil para partículas en suspensión y para obtener histograma por volumen/ número.
• Microscopía e imagen digital: Permite medir forma y tamaño de partículas individuales mediante análisis de imágenes (óptica, SEM, TEM), ideal cuando la forma es relevante.
• Adsorción de gases (BET): Para estimar área superficial específica y, a partir de ella, inferir tamaños promedio en materiales muy porosos o polvos extremadamente finos.

Distribución del tamaño de las partículas y parámetros clave

La distribución del tamaño se representa comúnmente como:

• Curva acumulada (cumulativa): porcentaje del material con tamaño menor que un valor dado (muy usada en ingeniería).
• Histograma (frecuencia): muestra las fracciones en intervalos (clases) de tamaño.

Parámetros importantes:

• D10, D50, D90: diámetros en los que el 10%, 50% y 90% del material (por volumen o masa) son menores respectivamente; D50 es la mediana.
• Diámetros promedio: medios aritméticos ponderados por número, área o volumen (por ejemplo: diámetro medio geométrico, diámetro medio volumétrico).
• Span: (D90 − D10)/D50, indica la ancho relativo de la distribución.
• Índice de polidispersidad (PDI): especialmente en suspensiones y nanopartículas; cuantifica cuán amplia o estrecha es la distribución.

La forma de las partículas (esfericidad, elongación) y su agregación afectan la interpretación del tamaño: muchas técnicas dan un "diámetro equivalente" que no distingue la forma real.

Importancia práctica

El tamaño de las partículas influye en numerosas propiedades y procesos:

• Propiedades mecánicas y de compactación: en suelos y materiales de construcción, el tamaño y la distribución afectan densidad máxima, resistencia y asentamientos.
• Permeabilidad y filtración: el tamaño determina el flujo de fluidos a través de medios granulares y el comportamiento de filtros.
• Reactividad y velocidad de disolución: en catalizadores y fármacos, el área superficial específica (relacionada con el tamaño) controla la velocidad de reacción y liberación.
• Manejo de polvos y procesamiento industrial: flujo, inflamabilidad, tendencia a formar puentes o segregarse en mezclas dependen del tamaño y la forma.
• Medio ambiente y salud: en aerosoles, el tamaño de las partículas determina su transporte en la atmósfera y deposición en el tracto respiratorio.
• Nanotecnología: propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas de nanomateriales cambian drásticamente con el tamaño.

Buenas prácticas y consideraciones

• Elegir método de medida adecuado al rango de tamaño y a la naturaleza del material (sólido seco, suspensión, aerosoles).
• Tener en cuenta la dispersión y la agregación: muchos polvos requieren tratamientos (ultrasonido, dispersantes) para obtener resultados representativos.
• Reportar la base de medición (por volumen, por número, por área), el método y las condiciones experimentales para poder comparar resultados.
• Reconocer que no existe un único "tamaño" en materiales heterogéneos; usar indicadores como D50 y la curva acumulada para describir la distribución.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es el tamaño de partícula (general)?

P: ¿A qué se refiere el tamaño de partícula (tamaño de grano)?

P: ¿Qué incluye el concepto de distribución granulométrica?

P: ¿Cómo se puede medir el tamaño de las partículas?

P: ¿Qué tipos de materiales suelen estudiarse en relación con el tamaño de sus partículas?

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