Distribución del tamaño de las partículas
La distribución granulométrica describe cómo se distribuyen las partículas de un conjunto en diferentes clases de tamaño. Se trata de un parámetro fundamental de los sistemas dispersos —ya sean polvos, suspensiones o emulsiones— y a veces también se denomina distribución del tamaño de grano.
Se habla de una distribución estrecha del tamaño de las partículas cuando la mayoría de ellas tienen un tamaño similar. Estos polvos suelen presentar un comportamiento con poco polvo y convencen por sus buenas propiedades de fluidez y transporte, por ejemplo, en procesos de envasado rápidos (como la producción de bolsitas de té, sobres o cápsulas) o en procesos de fabricación adaptativos. Los productos instantáneos también suelen estar aglomerados y presentan una distribución estrecha para garantizar un comportamiento rápido de sedimentación, dispersión y disolución.
Por el contrario, una distribución amplia del tamaño de las partículas describe un material a granel con tamaños de grano muy diferentes. Esta heterogeneidad resulta ventajosa cuando se pretende compactar o aglomerar los materiales, por ejemplo, en la metalurgia de polvos, en la cerámica de alto rendimiento o en procesos que requieren una alta densidad aparente y compresibilidad.
La distribución del tamaño de las partículas influye en muchas propiedades de procesamiento: comportamiento de flujo y transporte, superficie específica, reactividad, abrasividad, comportamiento de secado y sedimentación, solubilidad, percepción del sabor, aptitud para la aglomeración y mucho más.
Métodos de medición:
El método clásico para la determinación es el análisis de residuos de tamiz. Los métodos modernos, como la difracción láser, el análisis de imágenes, la dispersión dinámica de la luz o el análisis de sedimentación, proporcionan información detallada sobre las distribuciones numéricas, volumétricas o de masa.
La avanzada tecnología de sensores in situ permite hoy en día realizar mediciones en tiempo real directamente en la zona de proceso: en el lecho de material a granel en movimiento de un mezclador, en procesos de molienda continua o en aglomeradores. De este modo, se puede ajustar y supervisar de forma específica la distribución deseada.
Formas de representación:
Las distribuciones del tamaño de las partículas se representan a menudo gráficamente, con el diámetro equivalente en el eje x y una medida de cantidad (porcentaje en masa, volumen o número) en el eje y.
- Los histogramas (distribuciones q) muestran los porcentajes relativos de cada clase de tamaño.
- Las curvas sumatorias (distribuciones Q) son adecuadas para determinar percentiles.
- Las escalas logarítmicas facilitan la representación de amplios rangos de tamaños.
En la tecnología del cemento y de la trituración, es habitual la representación según Rosin-Rammler o Rosin-Rammler-Sperling-Bennett (RRSB). Gracias a su forma linealizada, permite comparar rápidamente diferentes procesos de trituración.
Muchos polvos naturales o generados mediante procesos técnicos presentan una similitud estadística en el tamaño de las partículas con la curva de campana de Gauss. La densidad de probabilidad de una distribución normal se describe mediante:
f(x) = (1 / (x σ √(2π))) exp(- ((ln x - μ)² / (2σ²)))
- f(x): densidad de probabilidad (frecuencia) para el tamaño de partícula x
- x: diámetro de la partícula [µm, mm]
- μ: media del diámetro logarítmico (parámetro de ubicación)
- σ: desviación estándar del diámetro logarítmico (parámetro de dispersión)
- ln: logaritmo natural
- e: número de Euler (≈ 2,718)
- π: número pi (≈ 3,14159)
Ejemplo práctico:
En la fabricación de alimentos para bebés, además de la distribución del tamaño de las partículas, también influyen la porosidad y la resistencia de las mismas. Los procesos de secado por atomización producen aglomerados porosos que se humedecen con emulsionantes adecuados. En este caso, es fundamental que el producto tenga un bajo contenido en polvo para garantizar la facilidad de envasado y la comodidad del consumidor.
El proceso de secado por atomización favorece la adhesión de emulsionantes adecuados a las partículas. Durante la manipulación, hay que tener en cuenta que el polvo es indeseable. El polvo no solo dificulta el proceso de preparación para el consumidor final. El polvo también supone un problema para el cierre de los envases. Los sellos de cierre de alto rendimiento solo son herméticos de forma duradera si se aplican sin polvo. En el caso de los productos a granel de alta calidad, las distribuciones del tamaño de las partículas suelen estar especificadas y, por lo tanto, son parámetros de calidad importantes.
Cuanto mayor es la calidad de un producto a granel, más importante es su formulación; la distribución del tamaño de las partículas desempeña un papel fundamental en este sentido.