Cómo calcular la porosidad

Coescrito por Bess Ruff, MA

La porosidad constituye el valor mediante el cual se describe la cantidad de espacios vacíos en una muestra determinada. Este es un atributo que suele medirse para la tierra debido a que se necesita un nivel adecuado de porosidad para que las plantas puedan crecer. Puedes calcular la porosidad de manera teórica mediante ecuaciones y valores dados (esto ocurre cuando debes resolver preguntas en un examen), así como también determinarla encontrando los valores necesarios para resolver las ecuaciones de manera experimental, ya sea en un laboratorio o en el campo.

Método 1

Método 1 de 4:
Calcular la porosidad teóricamente mediante los volúmenes

1
Extrae valores útiles de la información dada. Si vas a calcular la porosidad de manera teórica, se te dará una situación de ejemplo en la que haya algunos de los valores que necesites. Debes leer con cuidado la pregunta y buscar valores como el volumen total ( $Vt$ $Vt$ ), el volumen sólido ( $Vs$ $Vs$ ) y el volumen de espacios vacíos ( $Ve$ $Ve$ ). Siempre debes prestar mucha atención a las unidades en las que se encuentren estos valores.
- Te será útil anotar estos valores por separado. Por ejemplo, si la pregunta te brinda el $Vt$ $Vt$ y el $Vs$ $Vs$ , debes escribir:
  - $Vt$ = 5,00 cm^3
  - $Vs$ = 3,00 cm^3
2
Dispón la ecuación apropiada. La porosidad ( $Pt$ ) equivale por definición al volumen de espacios vacíos ( $Ve$ ) entre el volumen total ( $Vt$ ); es decir, $Pt$ = $Ve$ / $Vt$ . No olvides que esta no constituye la única ecuación con la que se puede encontrar la porosidad, ya que deberás usar otra ecuación si es que tienes los valores de la densidad aparente y la densidad de partículas y no de los volúmenes.^{[1]
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Fuente de investigación}
3
Encuentra valores para las variables del volumen. Te ayudará tener en cuenta que $Vt$ $Vt$ constituye la suma de los volúmenes de sólidos y de espacios vacíos, o $Vt$ $Vt$ = $Vs$ $Vs$ + $Ve$ $Ve$ . Se puede reorganizar esta relación de forma que puedas obtener cualquiera de las variables del volumen con tal que conozcas las demás. Por ejemplo, $Vt$ $Vt$ - $Ve$ $Ve$ = $Vs$ $Vs$ .^{[2]
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Fuente de investigación}
- Si utilizas los mismos valores que en los pasos anteriores, $Vt$ = 5,00 cm^3 y $Vs$ = 3,00 cm^3, puedes obtener $Vt$ - $Vs$ = $Ve$ y, por tanto, $Ve$ = 5,00 cm^3 - 3,00 cm^3 = 2,00 cm^3.
4
Reemplaza las variables que conozcas del volumen en la ecuación de porosidad. Después de establecer un valor para $Ve$ $Ve$ y $Vt$ $Vt$ , puedes reemplazarlos en la ecuación de porosidad, $Pt$ $Pt$ = $Ve$ $Ve$ / $Vt$ $Vt$ . No olvides incluir las unidades de $Ve$ $Ve$ y $Vt$ $Vt$ , teniendo cuidado de que sean las mismas o, de lo contrario, deberás llevar a cabo un análisis dimensional para lograr que sean iguales.
- Es importante que las unidades sean iguales debido a que la porosidad es un valor que no las tiene y suele expresarse como un porcentaje. Por tanto, al dividir las unidades de las variables del volumen, estas se cancelarán.^{[3]
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  Fuente de investigación}
5
Resuelve la ecuación y obtendrás un valor para la porosidad. Una vez que hayas dispuesto la ecuación por completo y reemplazado los valores correctos, puedes resolverla mediante aritmética simple, para lo cual podría serte útil tener a la mano una calculadora.
- La porosidad suele expresarse como un porcentaje, por lo que, apenas encuentres el valor decimal, lo común es multiplicarlo por 100 %.
- Si utilizas los mismos valores que en los ejemplos anteriores, la ecuación se verá aproximadamente así:
  - $Pt$ = 2,00 cm^3 / 5,00 cm^3 = 0,400.
  - Para expresar este valor como un porcentaje, debes multiplicarlo por 100 % y obtendrás $Pt$ = 40 %.

Método 2

Método 2 de 4:
Calcular la porosidad teóricamente mediante las densidades

1
Asume que la densidad de partículas ( $Pd$ ) de la muestra es de 2,66 g/(cm^3). La densidad de partículas de una muestra equivale a la masa dividida entre el volumen. En caso de que estés lidiando con muestras de tierra, la densidad de partículas promedio de la tierra es de 2,66 g/(cm^3), por lo que se asume que este valor es la densidad de partículas de toda muestra de tierra a menos que se especifique lo contrario.^{[4]
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Fuente de investigación}
2
Deriva la ecuación empleando la relación entre el volumen y la densidad. Esta última se define como la masa por el volumen, mientras que la porosidad constituye una comparación entre el volumen de espacios vacíos y el volumen total, por lo que también se puede expresar la porosidad en términos de la densidad. Como resultado, se obtiene la ecuación $Pt$ = (1 - $Pa$ / $Pp$ ), en donde $Pt$ es la porosidad, $Pa$ es la densidad aparente y $Pp$ es la densidad de partículas de la muestra.^{[5]
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Fuente de investigación}
3
Encuentra el valor de la $Pa$ . En una pregunta simple, se te dará el valor de la $Pa$ . En caso de que no se te brinde esta información, quizás se te brinden otros valores, como el de la masa seca de la muestra y su volumen, en cuyo caso debes dividir la masa seca entre el volumen y obtendrás la densidad aparente o $Pa$ .^{[6]
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4
Resuelve la ecuación reemplazando los valores adecuados para la densidad. Una vez que hayas obtenido los valores de la $Pa$ $Pa$ y la $Pp$ $Pp$ , es posible calcular la $Pt$ $Pt$ . Ten en cuenta que el valor que obtengas de la división de $Pa$ $Pa$ entre $Pp$ $Pp$ SIEMPRE debe ser menor a 1. Por esta razón, la ecuación $Pt$ $Pt$ = (1 - $Pa$ $Pa$ / $Pp$ $Pp$ ) nunca debe dar como resultado un valor negativo. De lo contrario, es probable que hayas dividido $Pp$ $Pp$ entre $Pa$ $Pa$ . Esto es incorrecto.^{[7]
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Fuente de investigación}
- Mediante esta ecuación, obtendrás un valor para la porosidad en formato decimal. Si quieres expresarlo como un porcentaje, tan solo deberás multiplicarlo por 100 %. Por ejemplo, 0,41 x 100 % = 41 %.

Método 3

Método 3 de 4:
Calcular la porosidad experimentalmente con la saturación

1
Mide el volumen de la muestra. Es posible medir directamente el volumen si es que puedes llenar de manera exacta con la muestra un recipiente cuyo volumen conozcas. Asimismo, puedes medir el volumen colocando la muestra en un recipiente, como un vaso de precipitado previamente medido. En caso de que no te sea posible medir el volumen de manera directa, puedes calcularlo matemáticamente.
- Ten en cuenta que es posible que, al trasladar la muestra de un recipiente a otro, la porosidad se vea afectada debido a que el material se perturba.
2
Mide un volumen de agua. La cantidad exacta de agua que midas no es importante. Lo que importa para este paso es que midas una mayor cantidad de agua de la que vayas a necesitar para saturar la muestra y tomes nota de la cantidad exacta de agua con la que empieces. Solo así podrás saber cuánto utilizaste.
3
Satura la muestra con agua. Si bien este es un paso fácil, puede ser complicado. Es necesario añadir una cantidad suficiente de agua como para llenar todos los espacios vacíos de la muestra, pero tampoco debes añadir agua de más. Es importante que satures la muestra lo más exactamente posible, pero habrá cierto margen de error. El nivel del agua debe quedar lo más cerca posible de la superficie de la muestra sólida.^{[8]
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Fuente de investigación}
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Registra el volumen de agua que hayas utilizado. Para ello, deberás restar el volumen restante de agua al volumen de agua con el cual hayas empezado y obtendrás el volumen de agua que hayas retirado. El volumen de agua que hayas usado equivale (aproximadamente) al volumen de espacios vacíos de la muestra.^{[9]
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5
Dispón la ecuación para calcular la porosidad con el volumen. Una vez que obtengas el volumen de la muestra ( $Vm$ ) y el de espacios vacíos ( $Ve$ ), puedes sumarlos y obtendrás el volumen total ( $Vt$ ). Ahora, podrás emplear la ecuación $Pt$ = ( $Ve$ / $Vt$ ) x 100 % y obtener la porosidad ( $Pt$ ).^{[10]
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Fuente de investigación}
6
Haz el cálculo para obtener la porosidad de la muestra. Reemplaza los valores adecuados en la ecuación, teniendo cuidado de estar pendiente de las unidades y de que se cancelen correctamente (la porosidad es un valor que no tiene unidades). Para este paso, también podría serte útil tener una calculadora.^{[11]
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Fuente de investigación}

Método 4

Método 4 de 4:
Calcular la porosidad en el campo con muestras de sondeo

1
Satura el área a la que quieras tomar una muestra. Para ello, una buena opción es colocar en el lugar en donde quieras tomar una muestra un anillo de acero que hayas pesado con anterioridad (por ejemplo, uno con 7 cm de diámetro y 10 cm de alto) y llenarlo de agua. Luego, deja reposar el agua dentro del anillo durante la noche o hasta que el suelo la absorba. De esta forma, se te facilitará la recolección de la muestra.^{[12]
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Fuente de investigación}
- Los anillos de acero previamente pesados pueden conseguirse en tiendas de bricolaje y en línea.
2
Introduce el anillo en el suelo. Introduce el anillo en el suelo mediante un bloque de madera y un martillo. La tierra que quede dentro del anillo se conoce como sondeo o muestra de sondeo y el anillo evita que esta se perturbe al momento de recolectarla.^{[13]
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Fuente de investigación}
3
Excava alrededor del anillo de acero. Excava con cuidado alrededor del anillo de acero mediante una pala u otra herramienta para excavar, ya que no debes perturbar la tierra que esté dentro del anillo. Recorta las raíces, de haberlas, que estén en la parte inferior del anillo.^{[14]
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Fuente de investigación}
4
Retira el anillo. Después de despejar la tierra alrededor de este, puedes retirarlo y tomar muestras del agujero. La muestra de sondeo debe permanecer dentro del anillo sin ser perturbada. Ten cuidado de no perder alguna parte de la muestra al trasladarla.^{[15]
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5
Registra la masa saturada de la muestra. Debes colocar el anillo en un recipiente grande y transparente y añadirle agua hasta que la muestra dentro del anillo esté saturada por completo y no pueda albergar más agua. Pesa la muestra dentro del anillo de acero y réstale la masa del anillo a ese valor de forma que obtengas la masa saturada de la muestra.
6
Registra el volumen de la muestra. Su volumen será igual al del anillo. Debido a que el anillo es un cilindro, deberás multiplicar la altura por el radio al cuadrado (el radio es la distancia entre el centro y el borde de un círculo) y luego multiplicar el resultado por pi (que suele redondearse a 3,14) para así calcular el volumen. En caso de que no sepas cuál es el radio, puedes medir horizontalmente la parte superior del cilindro en su punto más ancho y dividir la medida que obtengas entre 2.^{[16]
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Fuente de investigación}
7
Traslada la tierra a un recipiente apto para el horno. Ten cuidado de pesarlo previamente y anotar su masa ( $mr$ ). En caso de que tengas la intención de secar la muestra en el microondas, ten cuidado de que el recipiente no contenga metal y sea apto para el microondas.^{[17]
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8
Seca la muestra. En caso de que vayas a usar el microondas, bastará con colocar allí la muestra durante 10 minutos a una potencia alta para secarla. De esta forma, te asegurarás de que todos los espacios vacíos de la muestra no contengan agua. Asimismo, es posible secar la muestra durante por lo menos 2 horas en un horno convencional a una temperatura de 105 °C (221 °F). De todas formas están llenas de aire, pero esto no tendrá un efecto sobre la masa de la muestra.^{[18]
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9
Pesa la muestra seca en el platillo para obtener la masa total ( $mt$ ). No olvides que este valor no constituye la masa de la muestra sino la de la muestra más la del recipiente. No debes calcular la porosidad empleando este valor.^{[19]
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10
Resta la $mr$ a la $mt$ y obtendrás la masa seca de la muestra ( $ms$ ). Puedes obtener la masa seca de la muestra simplemente restando la masa inicial del recipiente a la masa final del recipiente más la de la muestra. Ten cuidado de obtener un valor que tenga sentido. Por ejemplo, la masa no tendrá un valor negativo, por lo que, si eso es lo que obtienes, será incorrecto y debes corregir tus cálculos.^{[20]
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11
Calcula la masa de agua en la muestra saturada. Resta la masa seca ( $ms$ ) a la masa saturada ( $mst$ ) y el resultado será la masa del agua ( $ma$ ). Nuevamente, la masa seca debe ser menor que la masa saturada.
12
Convierte la masa de agua al volumen de espacios vacíos de la muestra. 1 g de agua por definición equivale a 1 centímetro cúbico de agua, lo que significa que la masa del agua en gramos equivaldrá al volumen de agua en centímetros cúbicos. La muestra estaba saturada, por lo que todos los espacios vacíos están llenos de agua, lo que significa que el volumen de espacios vacíos equivale al volumen de agua en la muestra saturada.
13
Divide el volumen de espacios vacíos entre el volumen total de la muestra. De esta forma, obtendrás un número decimal menor a 1. Debes multiplicarlo por 100 % para obtener la porosidad de la muestra como un porcentaje.

Consejos

Toma más de una muestra en el campo para así reducir el margen de error en tus medidas.
En caso de que vayas a trasladar la muestra del campo a otro lugar para analizarla, debes sellarla en una bolsa plástica.
Asimismo, existen programas de software (por ejemplo, RESRAD) que pueden ser útiles para determinar la porosidad, aunque exceden al ámbito de este artículo.
También puedes encontrar la densidad aparente y la densidad de partículas de manera experimental para poder calcular la porosidad. Para encontrar la densidad aparente, debes dividir la masa seca entre el volumen de la muestra, mientras que suele asumirse que la densidad de partículas es de 2,66 g/(cm^3).

Advertencias

Los instrumentos que se utilizan para tomar medidas también tendrán un efecto sobre el margen de error de estas. Habrá una menor margen de error mientras mejor ajustado esté un instrumento, aunque debes recordar que todos los instrumentos tienen límites.
En todas las medidas experimentales hay errores humanos en cierto nivel.
Si perturbas la muestra, esto puede cambiar la porosidad debido a la separación o compactación de las partículas, por lo que debes tener cuidado al manipularla.

Cosas que necesitarás

Calcular la porosidad de manera teórica mediante los volúmenes
- calculadora
Calcular la porosidad de manera experimental mediante la saturación
- muestra
- recipiente para la muestra
- agua
- recipiente para el agua
Calcular la porosidad en el campo mediante muestras de sondeo
- anillo de acero
- martillo y bloque
- pala
- balanza
- horno o microondas

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Cómo calcular la porosidad

Pasos

Método 1

Método 1 de 4:
Calcular la porosidad teóricamente mediante los volúmenes

Método 2

Método 2 de 4:
Calcular la porosidad teóricamente mediante las densidades

Método 3

Método 3 de 4:
Calcular la porosidad experimentalmente con la saturación

Método 4

Método 4 de 4:
Calcular la porosidad en el campo con muestras de sondeo

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