Três fases diferentes de pós
Pós são um material trifásico único. Consiste em uma fase sólida na forma de partículas, uma fase gasosa entre as partículas e uma fase líquida na superfície das partículas ou dentro de sua estrutura.
A pó é uma coleção solta de fases sólidas, líquidas e gasosas. Há um equívoco comum de que o comportamento de um pó pode ser descrito simplesmente pela compreensão de suas propriedades de fluxo. Essas propriedades são discreto, quantificável com um único número. Infelizmente, ambas as ideias estão incorretas. É por isso que, mesmo no século XXI, ainda não entendemos completamente o comportamento dos pós.
Imagine um frasco de vidro contendo pó solto. Pense em como o pó se comportará se o frasco for derrubado. Considere como o pó se comportará de forma diferente se o frasco for pego e batido repetidamente em uma superfície dura. Qualquer diferença no comportamento de um pó em seu estado solto versus seu estado compactado é devido às suas propriedades. Por exemplo, se o pó for como areia seca, seu comportamento pode ser aproximadamente o mesmo antes e depois da compactação. No entanto, se o pó for como farinha, propriedades de fluxo muito diferentes podem ser observadas após a compactação. Esta é uma propriedade importante e típica dos pós.
Embora essas propriedades sejam cruciais para a compreensão do comportamento do pó, variáveis externas—como o grau de aeração ou consolidação—são igualmente importantes. As propriedades químicas e físicas das partículas não mudam nesses estados. É a quantidade de ar e a pressão de contato entre as partículas que faz com que o fluxo seja significativamente diferente.
Influência de Variáveis Externas
Conforme mostrado nos exemplos anteriores, os pós se comportam de forma muito diferente quando são aerados, soltos ou consolidados. Alguns pós são muito sensíveis a essas variáveis, enquanto outros não. Alguns pós podem fluir bem quando aerados e soltos, mas causam problemas quando consolidados (como toner). Outros pós podem ter fluxo razoável (bom) quando soltos e não muito efeito quando consolidados, mas têm uma melhora real no fluxo quando aerados (como pós cerâmicos, veja o vídeo). Com base nessas observações, é improvável que um único número descreva adequadamente como um pó reagirá a grandes quantidades de aeração ou altos níveis de consolidação durante o processamento e a aplicação.
Em termos de propriedades de fluxo, o estresse de consolidação e o teor de ar são as duas variáveis que têm a maior influência. No entanto, o comportamento do pó também é afetado pelas velocidades de processamento, como velocidade de mistura ou velocidade de enchimento da linha, bem como outros fatores como níveis de umidade ambiente e tempo de armazenamento. Um pó com excelentes propriedades pode apresentar desempenho ruim quando armazenado ou processado em um ambiente com umidade ligeiramente mais alta do que o normal.
Comportamento do pó
| Variáveis externas | Quando e onde ocorrem | Efeito |
| Consolidação | Vibração / Pressão Direta de Tapa (tremonhas, IBCs, barris) | Aumento da pressão, área de contato e número de pontos de contato entre as partículas. Redução do conteúdo de ar entre as partículas (porosidade reduzida). |
| Aeração | Descarga por gravidade, mistura, transporte pneumático, atomização | A pressão, área de contato e número de pontos de contato entre as partículas diminuem. O conteúdo de ar entre as partículas aumenta (porosidade aumentada). |
| Taxa de fluxo (cisalhamento) | No pó, Entre o pó e a parede do equipamento, Misturando | Fluxo principalmente não newtoniano Maior resistência ao fluxo em baixas taxas de fluxo |
| Umidade | Armazenamento Processamento Adição humana (granulação) | Aumentar a adesão entre partículas Aumentar a adesão entre partículas Aumentar a condutividade |
| Eletricidade estática | Descarga da tremonha Transporte pneumático Mistura de alto cisalhamento | Aumenta a força de ligação entre as partículas O pó adere ao equipamento |
| Tempo de armazenamento | Matérias-primas/materiais intermediários | Consolidação, aglomeração, impacto permanente no desempenho a jusante |
Outras situações para propriedades de partículas
Embora possa ser relativamente simples controlar algumas variáveis, as mudanças no conteúdo de ar e no estresse de consolidação durante o processamento são frequentemente difíceis de evitar. Mesmo quando os pós passam por uma calha transportadora básica, o ar pode ser introduzido e a consolidação pode ocorrer. Os pós se expandem e as partículas ficam mais espaçadas quando arejadas. Isso acontece em muitos processos, incluindo operações de mistura, enchimento e descarga. Mesmo quando transporte pneumático sem suprimento de ar externo não é utilizado.
Reconhecer que qualquer uma dessas variáveis externas pode alterar o comportamento do pó é o primeiro passo para entender melhor o desempenho do processo. Em seguida, medir a resposta do pó a várias variáveis externas pode fornecer insights sobre o porquê de o pó se comportar de uma maneira particular e apresentar oportunidades para otimizar tanto a formulação quanto a eficiência da produção.
Influência das propriedades das partículas
Além das variáveis externas, há muitas outras propriedades de partículas que afetam o comportamento de pós soltos. As partículas são complexas e há parâmetros demais para descrevê-las completamente. Tamanho de partícula e distribuição de tamanho são frequentemente considerados, e esses dois parâmetros ainda são importantes.
No entanto, há muitas outras propriedades de partículas que influenciam o comportamento geral do pó. As principais propriedades de partículas incluem:
Nota: Cada uma dessas propriedades é mais uma distribuição do que um único valor. Algumas podem ser medidas diretamente, enquanto outras são mais difíceis de quantificar. No entanto, todas elas podem impactar a maneira como um pó se comporta. Dada a complexidade e a variedade de propriedades de partículas e variáveis externas, prever o comportamento do pó usando métodos matemáticos básicos é extremamente difícil, se não além de nossas capacidades atuais.