La porometria gas-liquido, nota anche come porometria a flusso capillare (CFP), misura la distribuzione della dimensione dei pori passanti in materiali quali membrane, filtri, non tessuti (nonwoven), carta, hollow fiber, ceramici.
La tecnica prevede l’impregnazione della matrice porosa per mezzo di un liquido bagnante, inerte e non tossico e il suo successivo spostamento al di fuori dei pori, che si ottiene applicando pressione mediante un gas inerte.
La porometria misura per sua natura solo i pori passanti, che sono d’altra parte quelli interessanti per le applicazioni di filtrazione. I pori più grandi si svuotano per primi e, all’aumentare della pressione applicata, si liberano gradualmente quelli più piccoli, fino a quando tutti i pori passanti sono stati svuotati.
La resistenza maggiore nello spostamento del liquido la si ha nel punto in cui il poro è più stretto, noto anche come gola del poro o pore throat. Il diametro misurato in porometria è proprio il pore throat, indipendentemente da dove esso si trovi lungo il percorso del poro.
Il metodo si basa sulla risalita capillare: un poro, immerso in un liquido, aspira per capillarità il liquido stesso fino a raggiungere l’equilibrio con la forza di gravità. Stabilendo l’equazione di bilancio delle forze, si arriva alla formula di Young-Laplace: la pressione richiesta per svuotare i pori di un certo diametro è inversamente proporzionale al diametro stesso, o – per l’esattezza – alla dimensione del pore throat. Tale relazione viene usata per calcolare la dimensione dei pori.
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Parametri misurati
In un tipico test viene misurato il flusso di gas a valle del campione poroso, impregnato con il liquido bagnante. Si ottiene in questo modo la cosiddetta curva wet, che quantifica il flusso di gas misurato rispetto alla pressione applicata.
Dopo aver registrato la curva wet, viene misurato anche il flusso di gas rispetto alla pressione applicata sul campione già svuotato dal liquido; si ottiene in questo modo la cosiddetta curva dry. Dai dati provenienti dalle curve wet, dry e half-dry (curva dry divisa per un fattore 2), si possono ottenere informazioni sulla matrice porosa.
Un test di porometria completo può fornire le seguenti informazioni principali:
- Punto di bolla o First Bubble Point (FBP), ovvero informazioni sul diametro del poro più grande.
Dimensione del poro più piccolo, calcolato alla pressione alla quale la curva dry incontra la curva wet. - Mean flow pore diameter, dimensione del poro in corrispondenza del quale è avvenuto il passaggio del 50% del flusso totale di gas (metà del flusso è attraverso pori più grandi di questo diametro).
- Permeabilità al gas. Nella stessa misura è possibile ottenere la portata del gas; se l’area del materiale e il suo spessore sono noti, la permeabilità può essere facilmente calcolata.
- Flusso cumulativo. Mostra quale percentuale del flusso avviene attraverso pori con una dimensione maggiore del corrispondente valore sulle ascisse. È anche noto come efficienza del filtro.
- Flusso differenziale o frequenza delle dimensioni dei pori, come prescritto dalle norme ASTM.
- Distribuzione della dimensione dei pori. Mostra la distribuzione del flusso normalizzata per unità di variazione della dimensione (le variazioni di flusso sono divise per le variazioni di dimensione). Viene anche indicato come distribuzione della dimensione dei pori.
