Tamaño de partícula

Noción para comparar dimensiones de partículas en diferentes estados de la materia.

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 las partículas en los coloides , en ecología , en el material granular (ya sea en el aire o no), y a las partículas que forman un material granular (ver también tamaño de grano ).

Medición

Existen varios métodos para medir el tamaño de las partículas ^[1] y la distribución del tamaño de las partículas . Algunos de ellos se basan en la luz , otros en los ultrasonidos , ^[2] o en el campo eléctrico , o en la gravedad , o en 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. Tecnologías como el análisis dinámico de imágenes (DIA) pueden facilitar mucho los análisis de la distribución del tamaño de las partículas. 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 imágenes en línea como el sistema SOPAT ^[3] son ​​los más eficientes.

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

En todos los métodos el tamaño es una medida indirecta, obtenida mediante un modelo que transforma, de forma abstracta, la forma real de la partícula en una forma simple y estandarizada, como una esfera (la más habitual) o un cuboide (cuando se utiliza un cuadro delimitador mínimo). ), donde el parámetro de tamaño (por ejemplo, diámetro de la esfera) tiene sentido. La excepción es el enfoque de la 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 se puede definir de forma inequívoca y cuantitativa por su diámetro . Sin embargo, es probable que un objeto material típico tenga una 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 ampliar la definición cuantitativa anterior para aplicarla a partículas no esféricas. Las definiciones existentes se basan en reemplazar una partícula dada con 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 malla del tamiz como 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 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 no se puede obtener el tamaño (una dimensión de longitud en la expresión), solo se calcula en función de otras dimensiones y parámetros. Ilustrando a continuación por los casos principales.

Tamaño de partícula (esferoidal) basado en el peso

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 promedio de las partículas como peso de la muestra dividido por el número de partículas en la muestra). Esta fórmula sólo 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 aerodinámica

El tamaño de partícula hidrodinámica o aerodinámica es igual al diámetro de la esfera que tiene el mismo coeficiente de resistencia que una partícula determinada.

Otra complejidad a la hora de definir el tamaño de las partículas en un medio fluido aparece para partículas con tamaños inferiores a un micrómetro . Cuando una partícula se vuelve tan pequeña, el espesor 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 interfaces y ciencia de los coloides . ^{[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 del análisis del tamaño de partículas). ^[11] Este conjunto de varios tamaños promedio incluye tamaño mediano , tamaño medio geométrico , tamaño promedio . En la selección de partículas específicas de pequeño tamaño es común el uso de las normas ISO 565 e ISO 3310-1 para la elección del tamaño de malla .

Partícula coloidal

En ciencia de materiales y química coloidal , el término partícula coloidal se refiere a una pequeña cantidad de materia que tiene un tamaño típico de los coloides y con un límite de fase claro. Las partículas en fase dispersa tienen un diámetro de entre aproximadamente 1 y 1.000 nanómetros . Los coloides son de naturaleza heterogénea, invisibles a simple vista y siempre se mueven en un movimiento aleatorio en forma de zigzag conocido como movimiento browniano . La dispersión de la luz por partículas coloidales se conoce como efecto Tyndall . ^[12]

Ver también

• Dispersión dinámica de la luz
• Análisis de difracción láser.
• micromeríticos
• Tecnología de dispersión
• Diámetro medio Sauter

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 Bib : 2011ExFl...50..259M. doi :10.1007/s00348-010-0918-9. ISSN  1432-1114. S2CID  122702316.
2. Dukhin, AS y Goetz, PJ Caracterización de líquidos, nano 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; Alicán Noyan, Mehmet; Woyessa, Getinet; Retamal Marín, Rodrigo R.; Antonio Martínez, Pedro; Mahdi, Faiz M.; Finazzi, Vittoria; Hazlehurst, Thomas A.; Cazador, 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. Código Bib : 2020LSA.....9...21H. doi : 10.1038/s41377-020-0255-6 . ISSN  2047-7538. PMC 7016131 . PMID  32128161. 
5. Guardani, R; Nascimento, CA O; Onimaru, RS (27 de junio de 2002). "Uso de redes neuronales en el análisis de la distribución del tamaño de partículas mediante difracción láser: ensayos con diferentes sistemas de partículas". Tecnología en 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 de los coloides", vol.2, página 3.208, 1995
7. Hunter, RJ "Fundamentos de la ciencia de los coloides", Oxford University Press, 1989
8. Dukhin, SS y 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 “Colloid Science”, Elsevier: Volumen 1, Sistemas irreversibles, (1952)
11. Norma ISO 9276 "Representación de resultados del análisis granulométrico". Reseñas 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