O que é um sólido particulado? Importância

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1 O que é um sólido particulado? Um material composto de materiais sólidos de tamanho reduzido(partículas). O tamanho pequeno das partículas pode ser uma característica natural ou pode ser devido a um processo prévio de fragmentação. Importância O conhecimento das propriedades dos sólidos particulados é fundamental para o estudo de muitas operações unitárias como: Reduçãode tamanho Fluidização Transporte Pneumático Centrifugação Decantação Sedimentação Filtração PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS PARTICULADOS A) as que dependem da natureza das partículas: a forma, a dureza, a densidade, o calor específicoe a condutividade. B) as que dependem do sistema (leito poroso): a densidade aparente, a área específica, a permeabilidade, o ângulo de repouso natural, entre outras. Neste caso, a propriedade passa a ser uma característica do conjunto de partículas e não mais dosólidoemsi. Tamanho de Partículas Granulometria é o termo usado para caracterizar o tamanho das partículas de um material. Distinguem-se pelo tamanho cinco tipos de sólidos particulados: Pós Sólidos Granulares BlocosPequenos BlocosMédios 1 μm até 0,5 mm 0,5 a 10 mm 1 a 5 cm 5 a 15 cm BlocosGrandes > 15 cm 1

2 FORMA DAS PARTÍCULAS A forma das partículas é determinada pelo sistema cristalino dos sólidos naturais e no caso dos produtos industriais pelo processo de fabricação. A forma é uma variável importante. A forma de uma partícula pode ser expressa pela esfericidade (φ), que mede o afastamento da forma esférica. Os parâmetros de forma mais utilizados são os seguintes: A) Esfericidade e Diâmetro Equivalente B) Densidade C) Dureza D) Fragilidade E) Aspereza F) Porosidade (e) G) Densidade Aparente φ = Superfície da esfera de igual volume da partícula Superfície externa da partícula Logo φ= 1 para uma partícula esférica φ< 1 para qualquer outra forma 0 φ 1 SejaumapartículadevolumeVpeáreaAp: Volume da esfera = Número de partículas Dada uma massa (m) de partículas, de densidade ρ s e Volume Vp, o número total de partículas (N) pode ser calculado como: 2

3 B) Densidade Considerando que todas as partículas têm o mesmo volume (Vp) A área total das partículas = númerode partículas x área de partícula Permite classificar os sólidos nas seguintes classes: - Leves (r<500 kg/m3) = serragem, turfa, coque -Muito Pesados (r > 2000 kg/m3) = minérios de ferro ou chumbo -Médios (1000 r 2000 kg/m3) = areia, minérios - Intermédios (550<r<1000 kg/m3) = produtos agrícolas Pode ser calculada a área por unidade de massa (área específica) se conhecemos o diâmetro equivalente para uma partícula i: C) Dureza Esta propriedade costuma ter dois significados. Nos plásticos e metais corresponde a resistência ao corte, enquanto que no caso dos minerais é a resistência que eles oferecem ao serem riscados por outros sólidos. A escala de dureza que se emprega neste último caso é a de Mohr, que vai de um a dez e cujos minerais representativos são: D) Fragilidade Mede-se pela facilidade à fratura por impacto. Muitas vezes não tem relação com a dureza. Os plásticos são moles, mas não são frágeis. E) Aspereza Determina a maior ou menor dificuldade de escorregamento das partículas. F) Porosidade (e) É a propriedade que mais influencia as propriedades do conjunto (leito poroso) Quanto mais a partícula se afasta da forma esférica, mais poroso será o leito. F) Porosidade (e) Quanto maior a esfericidade menor a porosidade do leito. G) Densidade Aparente (ρ a ) É a densidade do leito poroso, ou seja, a massa por unidade de volume do sólido particulado desconsiderando o fluido. Pode-se calcular por balanço de massa a partir das densidades do sólido e do fluido, que muitas vezes é o ar. Proporçãode Sólido Densidade do Sólido ρ a = (1-ε).ρ p + ε.ρ f Porosidade Densidade do Fluido 3

4 MATERIAIS COM PARTÍCULAS UNIFORMES Quando as partículas sólidas são todas iguais, o problema da determinação do seu número, volume e superfície externa é bastante simples. Consideramos uma partícula isolada. Seu tamanho poderá ser definido pela dimensão linear de maior importância: -o diâmetro, no caso de uma superfície esférica. -Aresta, no casode cubo No caso de partículas de outras formas geométricas ou irregulares, uma dimensão deverá ser arbitrariamente escolhida. MATERIAIS COM PARTÍCULAS UNIFORMES O tamanho da partícula pode ser obtido por diversos meios: 1. Com o auxílio de um microscópio 2. Por peneiramento: fazer passar por malhas progressivamente menores, até que fique retida. O tamanhoéamédia dasduaspeneiras. 3. Decantação: o material é posto numa suspensão que se deixa em repouso durante um certo tempo, findo o qual o nível dos sólidos decantados terá descido. A partir das frações de massa separadas, calcula-se o tamanho da partícula. 4. Elutriação: O princípio empregado é o mesmo, porém a suspensão é mantida em escoamento ascendente através de um tubo. Variando-se a velocidade de escoamento, descobre-se o valor necessário para evitar a decantação das partículas. Esta será a velocidade de decantação do material. 5. Centrifugação: A força gravitacional é substituída por uma força centrífuga cujo valor pode ser bastante grande, à conveniência do operador. É útil principalmente quando as partículas são muito pequenas e, por conseqüência, têm uma decantação natural muito lenta. Neste caso o material terá que ser separado em frações com partículas uniformes por qualquer um dos métodos de decantação, elutriação ou centrifugação anteriormente citados. O meio mais prático, no entanto, consiste em passar o material através de uma série de peneiras com malhas progressivamente menores, cada uma das quais retém uma parte da amostra. Esta operação, conhecida como análise granulométrica, é aplicável a partículas de diâmetros compreendidos entre 7 cm e40µm. A análise granulométrica é realizada com peneiras padronizadas quanto à abertura das malhas e à espessura dos fios de que são feitas. Séries de Peneiras mais Importantes British Standard(Bs) Institute Of Mining And Metallurgy(Imm) National Bureau Of Standards- Washington Tyler(SérieTyler) éamaisusadanobrasil É constituída de quatorze peneiras e tem como base uma peneira de 200 malhas por polegada(200 mesh), feita com fios de 0,053 mm de espessura, o que dá uma abertura livrede0,074mm. As demais peneiras, apresentam 150, 100, 65,48,35,28,20,14,10,8,6,4e3mesh. Quando se passa de uma peneira para a imediatamente superior (por exemplo da de 200 mesh para a de 150 mesh), a área da abertura é multiplicada por dois e, portanto, oladodamalhaémultiplicadopor 4

5 O ensaio consiste em colocar a amostra sobre a peneira mais grossa a ser utilizada e agitar em ensaio padronizado o conjunto de peneiras colocadas umas sobre as outras na ordem decrescente da abertura das malhas. Abaixo da última peneira há uma panela que recolhe a fração contendo as partículas mais finas do material e que conseguem passar através de todas as peneiras da série. As quantidades retidas nas peneiras e na panela são pesadas. A fração de cada tamanho se calcula dividindo a massa pela massa total da amostra. Esta fração poderá ser caracterizada de dois modos: 1) Como a fração que passou pela peneira i-1 e ficou retida na peneira i. Se estas forem as peneiras 14 e 20, respectivamente, será a fração 14/20 ou ) Como a fração representada pelas partículas de diâmetro igual a média aritmética das aberturas das malhas das peneiras i e i-1. No caso que estamos exemplificando, será a fração com partículas de tamanho: Quando temos uma mistura de partículas de diversos diâmetros, podemos definir um diâmetro médio que represente esse material. Uma mistura que contem frações com N i partículas de diâmetro equivalente d eq (se forem esféricas seria dp i ) pode apresentar uma distribuição granulométrica com a seguinte forma: 5

6 É o diâmetro da partícula de volume médio. Multiplicando o volume desta partícula pelo número de partículas da amostra, obtém-se o volume total do sólido. O volume desta partícula é a média aritmética dos volumes de todas as partículas da amostra. Admite-se uma densidade igual para todas as partículas: 6