Tamaño de partícula

Este artículo trata sobre definiciones generales relacionadas con el tamaño de partícula. Para otros usos, consulte Tamaño de partícula (desambiguación) .

Granulometria
Conceptos básicos
Tamaño de partícula  · Tamaño de grano Distribución de tamaño  · Morfología
Métodos y técnicas
Escala de malla  · Granulometría óptica Análisis de tamiz  · Gradación del suelo
Conceptos relacionados
Granulación  · Material granular Polvo mineral  · Reconocimiento de patrones Dispersión dinámica de la luz
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El tamaño de partícula es una noción introducida para comparar dimensiones de partículas sólidas (motas), partículas líquidas ( gotitas ) o partículas gaseosas ( burbujas ). La noción de tamaño de partícula se aplica a partículas coloidales , partículas en ecología, partículas presentes en material granular (ya sea en el aire o no) y partículas que forman un material granular (ver también tamaño de grano ).

Medición del tamaño de partícula

Existen varios métodos para medir el tamaño de partícula ^[1] y la distribución del tamaño de partícula . Algunos de ellos se basan en la luz , otros en el ultrasonido , ^[2] o el campo eléctrico , la gravedad o la centrifugación.. El uso de tamices es una técnica de medición común, sin embargo, este proceso puede ser más susceptible a errores humanos y requiere mucho tiempo. La tecnología como el análisis dinámico de imágenes (DIA) puede hacer que los análisis de distribución del tamaño de partículas sean mucho más fáciles. Este enfoque se puede ver en instrumentos como CAMSIZER de Retsch Technology o la serie de instrumentos Sympatec QICPIC. Todavía carecen de la capacidad de realizar mediciones en línea para el monitoreo en tiempo real en entornos de producción. Por lo tanto, los dispositivos de formación de imágenes internos como el sistema SOPAT ^[3] son los más eficientes.

Los algoritmos de aprendizaje automático se utilizan para aumentar el rendimiento de la medición del tamaño de partículas. ^{[4] [5]} Esta línea de investigación puede producir análisis de tamaño de partículas de bajo costo y en tiempo real .

En todos los métodos el tamaño es una medida indirecta, obtenida por un modelo que transforma, de forma abstracta, la forma de la partícula real en una forma simple y estandarizada, como una esfera (la más habitual) o un cuboide (cuando se utiliza un recuadro delimitador mínimo). ), donde el parámetro de tamaño (por ejemplo, el diámetro de la esfera) tiene sentido. La excepción es el enfoque de morfología matemática , donde no es necesaria ninguna hipótesis de forma.

La definición del tamaño de partícula para un conjunto (colección) de partículas presenta otro problema. Los sistemas reales son prácticamente siempre polidispersos , lo que significa que las partículas de un conjunto tienen diferentes tamaños. La noción de distribución del tamaño de partículas refleja esta polidispersidad. A menudo existe la necesidad de un cierto tamaño medio de partícula para el conjunto de partículas.

Expresiones para el tamaño de la esfera

El tamaño de partícula de un objeto esférico puede definirse de forma inequívoca y cuantitativa por su diámetro . Sin embargo, es probable que un objeto material típico sea de forma irregular y no esférico. La definición cuantitativa anterior de tamaño de partícula no se puede aplicar a partículas no esféricas. Hay varias formas de extender la definición cuantitativa anterior para aplicarla a partículas no esféricas. Las definiciones existentes se basan en reemplazar una partícula dada por una esfera imaginaria que tiene una de las propiedades idénticas a la partícula.

Tamaño de partícula basado en volumen

El tamaño de partícula basado en el volumen es igual al diámetro de la esfera que tiene el mismo volumen que una partícula determinada. Normalmente se utiliza en el análisis de tamices , como hipótesis de forma ( el tamaño de la malla del tamiz como el diámetro de la esfera).

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3V}{4\pi }}}}$

dónde

${\displaystyle D}$: diámetro de la esfera representativa

${\displaystyle V}$: volumen de partícula

Tamaño de partícula basado en área

El tamaño de partícula basado en el área es igual al diámetro de la esfera que tiene la misma área de superficie que una partícula determinada. Normalmente se utiliza en técnicas de granulometría óptica .

${\displaystyle D={\sqrt[{2}]{\frac {4A}{\pi }}}}$

dónde

${\displaystyle D}$: diámetro de la esfera representativa

${\displaystyle A}$: área de superficie de la partícula

Expresiones de medida indirecta

En algunas medidas, el tamaño (una dimensión de longitud en la expresión) no se puede obtener, solo se calcula en función de otras dimensiones y parámetros. Ilustrando a continuación por los principales casos.

Tamaño de partícula basado en el peso (esferoidal)

El tamaño de partícula basado en el peso es igual al diámetro de la esfera que tiene el mismo peso que una partícula determinada. Útil como hipótesis en centrifugación y decantación , o cuando se puede estimar el número de partículas (para obtener el peso medio de las partículas como peso de la muestra dividido por el número de partículas en la muestra). Esta fórmula solo es válida cuando todas las partículas tienen la misma densidad.

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3W}{4\pi dg}}}}$

dónde

${\displaystyle D}$: diámetro de la esfera representativa

${\displaystyle W}$: peso de la partícula

${\displaystyle d}$: densidad de partícula

${\displaystyle g}$: constante gravitacional

Tamaño de partícula aerodinámico

El tamaño de partícula hidrodinámico o aerodinámico es igual al diámetro de la esfera que tiene el mismo coeficiente de arrastre que una partícula determinada.

Otra complejidad en la definición del tamaño de partícula en un medio fluido aparece para partículas con tamaños por debajo de un micrómetro . Cuando una partícula se vuelve tan pequeña, el grosor de la capa de interfaz se vuelve comparable con el tamaño de la partícula. Como resultado, la posición de la superficie de la partícula se vuelve incierta. Existe una convención para colocar esta superficie imaginaria en una determinada posición sugerida por Gibbs y presentada en muchos libros sobre interfaz y ciencia coloide . ^{[6] [7] [8] [9] [10] [2]}

Convenciones internacionales

Existe una norma internacional sobre la presentación de varios tamaños de partículas característicos, la ISO 9276 (Representación de resultados de análisis de tamaño de partículas). ^[11] Este conjunto de varios tamaños promedio incluye mediana de tamaño , el tamaño medio geométrico , tamaño medio . En la selección de partículas específicas de pequeño tamaño es común el uso de ISO 565 e ISO 3310-1 para la elección del tamaño de malla .

Partícula coloidal

En la ciencia de los materiales y la química coloidal , el término partícula coloidal se refiere a una pequeña cantidad de materia que tiene el tamaño típico de los coloides y con un límite de fase claro. Las partículas en fase dispersa tienen un diámetro entre aproximadamente 1 y 1000 nanómetros . Los coloides son de naturaleza heterogénea. Invisible a simple vista, y siempre se mueve en un movimiento en zig-zag conocido como movimiento browniano . La dispersión de luz por partículas coloidales se conoce como efecto Tyndall. ^[12]

Ver también

• Dispersión dinámica de la luz
• Micromeritics
• Tecnología de dispersión

Referencias

1. Maaß, S .; Wollny, S .; Voigt, A .; Kraume, M. (1 de febrero de 2011). "Comparación experimental de técnicas de medición para distribuciones de tamaño de gota en dispersiones líquido / líquido". Experimentos en fluidos . 50 (2): 259–269. Código bibliográfico : 2011ExFl ... 50..259M . doi : 10.1007 / s00348-010-0918-9 . ISSN  1432-1114 .
2. Dukhin, AS y Goetz, PJ Caracterización de líquidos, nanopartículas y micropartículas y cuerpos porosos mediante ultrasonido , Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0 
3. "Sondas mesoscópicas" . SOPAT | Análisis inteligente de partículas en línea . 2018-04-11 . Consultado el 5 de junio de 2019 .
4. Hussain, Rubaiya; Alican Noyan, Mehmet; Woyessa, Getinet; Retamal Marín, Rodrigo R .; Antonio Martínez, Pedro; Mahdi, Faiz M .; Finazzi, Vittoria; Hazlehurst, Thomas A .; Hunter, Timothy N .; Coll, Tomeu; Stintz, Michael (12 de febrero de 2020). "Un analizador de tamaño de partículas ultracompacto que utiliza un sensor de imagen CMOS y aprendizaje automático" . Luz: ciencia y aplicaciones . 9 (1): 21. doi : 10.1038 / s41377-020-0255-6 . ISSN 2047-7538 . 
5. Guardani, R; Nascimento, CA O; Onimaru, R. S (27 de junio de 2002). "Uso de redes neuronales en el análisis de la distribución del tamaño de partículas por difracción láser: pruebas con diferentes sistemas de partículas" . Tecnología de polvo . 126 (1): 42–50. doi : 10.1016 / S0032-5910 (02) 00036-0 . ISSN 0032-5910 . 
6. Lyklema, J. "Fundamentos de la interfaz y la ciencia coloide", vol.2, page.3.208, 1995
7. Hunter, RJ "Fundamentos de la ciencia coloide", Oxford University Press, 1989
8. Dukhin, SS & Derjaguin, BV "Fenómenos electrocinéticos", J.Willey and Sons, 1974
9. Russel, WB, Saville, DA y Schowalter, WR "Dispersiones coloidales", Cambridge University Press, 1989
10. Kruyt, HR "Ciencia coloide", Elsevier: Volumen 1, Sistemas irreversibles, (1952)
11. Norma ISO 9276 "Representación de resultados del análisis de tamaño de partícula". Revisiones de 1998 a 2015.
12. Levine, Ira N. (2001). Química física (5ª ed.). Boston: McGraw-Hill. pag. 955. ISBN 0-07-231808-2.

8.Estándar ISO 14644-1 Clasificación Limpieza de partículas en el aire