distribuzione dimensionale delle particelle
La distribuzione granulometrica descrive come le particelle di un insieme si ripartiscono in diverse classi di dimensione. Si tratta di un parametro fondamentale dei sistemi dispersi – che si tratti di polveri, sospensioni o emulsioni – e talvolta viene definita anche distribuzione delle dimensioni dei granuli.
Si ha una distribuzione granulometrica stretta quando la maggior parte delle particelle ha dimensioni simili. Tali polveri presentano solitamente un comportamento a bassa emissione di polvere e convincono per le buone proprietà di scorrimento e trasporto, ad esempio nei processi di riempimento rapidi (come la produzione di bustine di tè, sachet o capsule) o nei processi di produzione adattivi. Anche i prodotti istantanei sono tipicamente agglomerati e presentano una distribuzione ristretta per garantire un rapido comportamento di sedimentazione, dispersione e dissoluzione.
Una distribuzione granulometrica ampia descrive invece un materiale sfuso con granuli di dimensioni molto diverse. Questa eterogeneità è vantaggiosa quando i materiali devono essere compattati o agglomerati – ad esempio nella metallurgia delle polveri, nella ceramica ad alte prestazioni o in processi che richiedono un'elevata densità apparente e comprimibilità.
La distribuzione granulometrica influenza molte proprietà di lavorazione: comportamento di scorrimento e trasporto, superficie specifica, reattività, abrasività, comportamento di essiccazione e sedimentazione, solubilità, percezione del gusto, idoneità all'agglomerazione e molto altro ancora.
Metodi di misurazione:
Il metodo classico per la determinazione è l'analisi dei residui di setacciatura. Metodi moderni come la diffrazione laser, l'analisi delle immagini, la diffusione dinamica della luce o l'analisi della sedimentazione forniscono informazioni dettagliate sulle distribuzioni numeriche, volumetriche o di massa.
Oggi, la sensoristica in situ avanzata consente misurazioni in tempo reale direttamente nella zona di processo – nel letto di materiale sfuso in movimento di un miscelatore, nei processi di macinazione continua o negli agglomeratori. In questo modo è possibile impostare e monitorare in modo mirato la distribuzione desiderata.
Forme di rappresentazione:
Le distribuzioni granulometriche vengono spesso rappresentate graficamente, con il diametro equivalente sull'asse x e una misura di quantità (percentuale in massa, volume o numero) sull'asse y.
- Gli istogrammi (distribuzioni q) mostrano le percentuali relative delle singole classi granulometriche.
- Le curve cumulative (distribuzioni Q) sono adatte per determinare i percentili.
- Le scale logaritmiche facilitano la rappresentazione di ampi intervalli di dimensioni.
Nella tecnologia del cemento e della frantumazione è diffusa la rappresentazione secondo Rosin-Rammler o Rosin-Rammler-Sperling-Bennett (RRSB). Grazie alla sua forma linearizzata, essa consente un rapido confronto tra diversi processi di frantumazione.
Molte polveri naturali o prodotte industrialmente presentano una somiglianza statistica nella distribuzione granulometrica con la curva a campana di Gauss. La densità di probabilità di una distribuzione normale è descritta da:
f(x) = (1 / (x σ √(2π))) exp(- ((ln x - μ)² / (2σ²)))
- f(x): densità di probabilità (frequenza) per granulometria x
- x: diametro delle particelle [µm, mm]
- μ: media del diametro logaritmico (parametro di posizione)
- σ: deviazione standard del diametro logaritmico (parametro di dispersione)
- ln: logaritmo naturale
- e: numero di Eulero (≈ 2,718)
- π: numero pi greco (≈ 3,14159)
Esempio pratico:
Nella produzione di alimenti per l'infanzia, oltre alla distribuzione granulometrica, giocano un ruolo importante anche la porosità e la resistenza delle particelle. I processi di essiccazione a spruzzo producono agglomerati porosi che vengono bagnati con emulsionanti adatti. In questo caso, una qualità del prodotto a basso contenuto di polvere è fondamentale per garantire la facilità di confezionamento e la praticità per il consumatore.
Il processo di essiccazione a spruzzo favorisce l'adesione di emulsionanti adeguati alle particelle. Durante la manipolazione è importante tenere presente che la polvere è indesiderata. La polvere non solo disturba il processo di preparazione presso il consumatore finale, ma rappresenta anche un problema per la chiusura delle confezioni. I sigilli di chiusura ad alte prestazioni sono ermetici a lungo termine solo se applicati in assenza di polvere. Per i prodotti sfusi di alta qualità, le distribuzioni granulometriche sono di norma specificate e costituiscono quindi importanti parametri di qualità.
Maggiore è la qualità di un prodotto sfuso, più importante è la sua formulazione – la distribuzione granulometrica gioca in questo contesto un ruolo centrale.