Permeabilidad: concepto, unidades, factores, ejemplos
La permeabilidad es la capacidad que posee un material de permitir que un flujo la atraviese, ya sea por su largo o ancho. Ahora bien, el flujo puede ser de cualquier tipo: líquido, gaseoso, eléctrico, magnético, calórico, etc. En lo que concierne a la química e ingeniería, los flujos suelen tratarse de líquidos o gases; mientras que en física, son líneas de un campo eléctrico o magnético.
Respecto a este último punto, se habla de una permeabilidad magnética, denotada por el símbolo μ. Para que un material sea permeable a un flujo, debe sufrir un cambio momentáneo inducido por el flujo en cuestión o ser capaz de modificar el flujo en sí mismo.
En la imagen superior se comparan las permeabilidades magnéticas de tres materiales. B es la densidad del flujo magnético, representada por el número de líneas. H es la intensidad del campo magnético externo que rodea el material. Se observa por lo tanto que el material azulado no es muy permeable, mientras que el amarillo y el rosado sí lo son en mayor medida.
El material rosado es el más permeable desde el punto de vista magnético porque es el que más se magnetiza. Por lo tanto, tiene lugar un incremento del campo magnético a través de él (B > > H).
Índice del artículo
- 1 Unidades
- 2 Permeabilidad relativa
- 3 Factores que determinan la permeabilidad
- 4 Ejemplos de permeabilidad
- 5 Referencias
La unidad SI de la permeabilidad magnética es el Henry por metro, H/m o N·A2. Su fórmula es:
μ = B/H
Esto es respecto a la permeabilidad magnética. Pero, ¿qué hay acaso de una permeabilidad más material? Como la de un flujo líquido que intenta desplazarse a través de los poros de un sólido o una membrana.
Por ejemplo, la permeabilidad de las rocas que integran los yacimientos petroleros. Para estos tipos de fenómenos se utiliza la unidad c.g.s. llamada Darcy, D (9.86923·10-23 m2).
La unidad D se reserva especialmente para las ciencias geológicas y la industria petrolífera, especialmente cuando se refiere a la perforación de los reservorios de crudo.
Volviendo a la permeabilidad magnética, un material será más permeable que el otro si su valor de μr es mayor. A su vez, este valor indica qué tan permeable es el material en comparación con el vacío. De modo, que si μr es mayor que 1, significa que el material se magnetiza y es muy permeable a las líneas del campo magnético.
Por otro lado, si μr es menor a 1, quiere decir que su magnetización afecta o reduce las líneas del campo magnético. Se pudiera decir que dicho material es “semipermeable” al campo magnético. Mientras, un μr igual o muy cercano a 1, señala que el campo magnético atraviesa el material sin perturbarse, tal como sucede en el vacío.
Los valores de μ son muy variables para un mismo material, por lo que la permeabilidad relativa se prefiere al momento de comparar dos o más materiales entre sí.
Para que un material sea permeable debe permitir que el flujo en cuestión viaje a través de él. Asimismo, el material debe experimentar un cambio, aunque sea leve, en sus propiedades a causa de dicho flujo. O visto de otra manera, el material tiene que modificar o perturbar el flujo.
En la permeabilidad magnética un material será más permeable que el otro si su magnetización es mayor al experimentar el campo magnético externo.
Mientras, en una permeabilidad material, más propia de la ingeniería, es necesario que el material se “moje” de flujo. Por ejemplo, un material será permeable ante un líquido determinado, a decir agua, si su superficie e intersticios logran humedecerse. De lo contrario, el agua jamás viajará a través del material. Mucho menos si el material es hidrofóbico y permanece siempre seco.
Esta “afinidad” del material por el flujo es el principal factor que determina si será permeable o no en primera instancia.
Dejando a un lado la permeabilidad magnética, la permeabilidad de los materiales hacia los líquidos o gases depende no solo de la afinidad del material por el flujo en sí mismo, sino también del tamaño y orientación de los poros.
Al fin de cuenta, los poros son los canales internos por los que viajará el flujo. Si son muy pequeños, menor volumen pasará a través del material. Asimismo, si los poros se encuentran orientados en una posición perpendicular a la dirección del flujo, su desplazamiento será más lento y accidentado.
La temperatura juega un papel importante en la permeabilidad de los materiales. Esta afecta el modo en cómo se magnetizan los materiales, y también cómo los líquidos y gases se desplazan dentro de los mismos.
Generalmente, a mayor temperatura, mayor permeabilidad, pues disminuye la viscosidad de los líquidos y aumenta la rapidez con que se propagan los gases.
La permeabilidad magnética se ve afectada por la intensidad del campo magnético. Esto también es cierto para los flujos de líquidos y gases, en los cuales su intensidad viene definida por la presión que el flujo ejerce sobre la superficie del material.
La permeabilidad magnética del suelo depende de su composición de minerales y de sus tipos de magnetismo. Por otra parte, su permeabilidad líquida varía en función del tamaño de sus granos y de sus disposiciones. Observe por ejemplo el siguiente vídeo:
En él se comparan las permeabilidades para distintos sólidos. Nótese que la arcilla, por tener los granos más pequeños, es la que menos permite que el agua la atraviese.
Asimismo, debe observarse que el agua que sale se enturbia porque ha mojado los respectivos sólidos; a excepción de las piedras, pues los intersticios entre ellas eran muy grandes.
La permeabilidad magnética del vacío es alrededor de 12.57×10−7 H/m, y se denota como μ0. Las permeabilidades de los materiales o medios de propagación, μ, se dividen entre este valor para obtener μr (μ/ μ0).
A partir del ejemplo del hierro se hablará exclusivamente de la permeabilidad magnética. Para este metal en estado puro (99.95%), su μr es de 200 000. Es decir, las líneas del campo magnético se transmiten doscientos mil veces más intensas a través del hierro que en el vacío.
La permeabilidad relativa del agua es 0.999 992. Es decir, apenas se diferencia del vacío en lo que respecta a la propagación del campo magnético.
La μr del cobre es 0.999 994. Prácticamente es casi la misma que la del agua. ¿Por qué? Porque el cobre no se magnetiza, y al no hacerlo, el campo magnético no se incrementa a través de él.
La μr de la madera es 1.000 000 43. Prácticamente es la misma que la del vacío, pues la madera siquiera sufrirá magnetizaciones despreciables a causa de sus impurezas.
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