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Caracterização de Partículas
Universidade Federal de Alagoas
Centro de Tecnologia
Operações Unitárias
Prof. Lucas Meili
Caracterização de Partículas
O conhecimento das características de uma partícula
ou de uma população de partículas é o o coração dos
Sistemas Particulados uma vez que tais sistemas são
regidos pela:
1) Interação partícula-partícula (partículas
morfologicamente e fisicamente semelhantes ou
distintas);
2) Interação partícula-fluido (gás e/ou líquido);
3) Interação entre tais fases.
2
Caracterização de Partículas
Tabela 1: Tecnologias que se encontram particulados sólidos.
Caracterização de Partículas
As características físicas e morfológicas das partículas
afetam:
Os Fenômenos moleculares (difusão mássica) que ocorrem no interior e/ou entre
partículas
O Dimensionamento de equipamentos ( Ex: diâmetro e altura útil – aspecto
construtivo e na vazão e na perda de carga – aspecto operacional);
Exemplos de aplicações:
Fenômenos de transferência de massa – estão presentes nos processos de indústria
química, de alimentos, agrícola, metalúrgica e petroquímica;
Processos bioquímicos ( Ex: Na recuperação de fármacos utilizando resinas
apropriadas na adsorção);
Caracterização de Partículas
Aplicações de tipos diferentes de materiais particulados (Ex:areia e calcário) nos
processos de combustão em leito fluidizado, sendo areia utilizado como material
inerte e o calcário como adsorvente SO2.
Utilização de partículas como adsorventes (Ex: carvão ativado, materiais
orgânicos, etc) na purificação de gases e tratamento de efluentes industriais;
Utilização de partículas de catalisadores (FCC) para craqueamento catalítico de
petróleo ( Refino para obtenção da gasolina).
Propriedades físicas das partículas
PROPRIEDADES FÍSICAS DA PARTÍCULA
a) Porosidade
✓ É a medida da fração de espaços vazios de uma partícula ou de um
aglomerado de partículas.
✓ Qualquer material através do qual é possível encontrar uma “passagem”
de um lado para o outro deste , é dito poroso.
✓ Tipos de poros (Fig 1)
1- Poros fechados ou fechados em uma extremidade (poros obscuros).
2- Poros abertos ou vazios 
Rodrigues et al. (2004). Cerâmica, v. 50, n. 315.
Allen (1997). Chapman & Hall, 5ª. Ed..
Tipos de Poros Tamanho de Poros
Macroporos Maior que 50 nm
Mesoporos Entre 2 e 50 nm
Microporos Entre 0,6 e 2 nm
Ultramicroporos Menor que 0,6 nm
Poros
Fechados
Poros
Obscuros
Poros
Vazios
Poros
Obscuros Poros que se iniciam e 
emergem
do mesmo lado do 
sólido
Poro “gargalo 
de garrafa”
Tipos de Poros
Interstícios
Porosidade de
um Pó
Tabela 1: Classificação de poros de acordo com o tamanho.
Figura 1: Classificação dos poros e 
porosidade de um pó.
Propriedades físicas das partículas
✓ A porosidade corresponde a relação entre o espaço 
vazio e o volume total da amostra.
Porosidade da partícula
εp=Volume dos poros abertos/ Volume total da 
partícula
Porosidade do pó
εp=Volume dos poros abertos/ Volume total da amostra
Propriedades físicas das partículas
(1)
(2)
b) Massa específica da partícula
✓ É definida como a massa de material dividida pelo
volume ocupado por ele.
✓ A massa do material é determinada facilmente por
uma balança analítica;
✓ Enquanto o volume, em se tratando de uma
geometria conhecida , é calculado diretamente pelo
volume geométrico.
Propriedades físicas das partículas
✓Quando o sólido for muito pequeno , de modo que seja
impossível medir seu diâmetro, é necessário uma amostra
do material.
✓ Nesse caso recorre-se à técnica denominado de
picnometria ou método de Arquimedes. Abaixo segue um
roteiro para determinação da massa específica da
partícula:
1- Considere que se conheça a massa da amostra,
denominada de m1;
Propriedades físicas das partículas
Propriedades físicas das partículas
2- Utilizar um picnômetro de volume conhecido
inserindo a água no mesmo e medir a massa do
conjunto (massa do picnômetro+massa da água),
denominado de m2;
3- Adiciona-se no conjunto m2 a massa conhecida de
m1 e pesa-se o conjunto (massa do
picnômetro+massa da água+ massa da amostra),
denominado m3;
4- A massa de água deslocada será: mH2O=m1+m2-m3;
Propriedades físicas das partículas
5- O volume de água deslocada será igual o volume da
amostra: vamostra=mH2O/ρH2O;
6- Assim a massa específica da partícula será:
(1)
c)Área superficial da partícula
✓ É definida como a área superficial da partícula na
unidade de massa (am) ou na unidade de volume
(av).
✓ Importância:
1- Estudos de fenômenos de transferência de calor e massa combinados
(secagem, adsorção), pois ela está associada à área disponível para a troca
de energia ou matéria;
2- Situações que ocorrem reações química (catálise heterogênea e
combustão);
3- Na indústria farmacêutica, principalmente no recobrimento de
comprimidos ou revestimento de pellets;
✓ Métodos para determinação da área específica:
1- Através de cálculos dos valores do diâmetro da partícula ou a distribuição
de diâmetros de partículas em um aglomerado;
2- Adsorção gasosa/líquida, baseado na quantidade em que um determinado
soluto é adsorvido na superfície da amostra, de modo a formar uma
monocamada de soluto, que é proporcional à sua área superficial (BET);
Propriedades físicas das partículas
Morfologia das partículas
Morfologia das partículas
✓ A forma é essencial em diversas operações unitárias, pois pode influenciar
na velocidade terminal, bem como na superfície de contato das partículas;
✓ A maioria das definições dos fatores de forma são baseadas nas dimensões
características de uma partícula (a, b e c) (Fig 2);
Figura 2: Dimensões características de uma partícula (a, b e c= 
dimensão maior, menor e intermediária).
a) Arredondamento (Ar) e Circularidade (C)
✓ Comparam a superfície do objeto com a superfície do disco do
mesmo perímetro:
Morfologia das partículas
(2)
em que Pe é o perímetro e Sp é a área superficial da partícula.
✓ Outra definição para arredondamento é encontrada por:
(3)
Morfologia das partículas
sendo Ac a área relativa ao menor diâmetro da esfera
circunscrita, dpI e AP área projetada da partícula em posição de
repouso (dimensões bidimensionais) (Fig 3).
Figura 3: Diâmetros circunscrito, 
dpI, e inscrito, dpII da projeção da 
sombra de uma partícula.
Tabela 2: Classificação das partículas pela 
circularidade.
Morfologia das partículas
✓ Outra maneira de avaliar a forma das partículas é por análise
de imagens (Fotografias, microfotografias ou visualmente) e
comparadas com a Figura padrão (Fig 4).
Figura 4: Padrão de imagens de arredondamento.
Figura 5: Imagem das partículas
de ferro realizadas no
Microscópio Eletrônico de
Varredura.
Morfologia das partículas
b) Alongamento (AL)
✓ Mede a razão entre o maior e menor eixo do objeto:
(4)
em que a é o raio da maior dimensão e b o raio da menor
dimensão.
✓ Se AL>1, o objeto é circular ou quadrático;
✓ Se AL<1, o objeto se torna mais alongado;
Morfologia das partículas
✓ O alongamento pode ser definido também através de dpI e dpII
de uma partícula (Fig 3):
(5)
c) Esfericidade (φ)
✓ Índice que traduz o quão o formato da partícula se aproxima
ao formato de uma esfera;
✓ Definição clássica: Razão entre o diâmetro de uma esfera de
igual volume ao volume da partícula e o diâmetro da menor
esfera circunscrita dpI (Fig 3).
Morfologia das partículas
✓ Assim, considerando-se Vp como volume da partícula, tem-se:
(6) ou (7)
que é o diâmetro da esfera de igual volume ao da partícula.
Logo a esfericidade pode ser escrita por:
(8)
Morfologia das partículas
(9)
✓ Existe também a definição da esfericidade como a relação
entre o diâmetro do círculo com área igual à projeção da
partícula e o diâmetro da esfera circunscrita é dpI :
ou (10)
que é o diâmetro da esfera de área igual à área da partícula.
Nesse caso, a esfericidade pode ser escrita por:
(11)
Morfologia das partículas
✓ Uma das definições mais empregadas é a razão entre o
quociente entre a área superficial da esfera com o mesmo
volume da partícula e a áreasuperficial da partícula (SP):
(12)
✓ Uma maneira de se obter dp experimentalmente para uma
dada amostra é pelo método de picnometria, a partir do volume
da partícula (Vp):
(13)
onde No é o número de partículas.
Morfologia das partículas
✓ Outras definições de esfericidade:
1) Dimensões características de uma partícula (a,b e c) (Fig 3);
(14) (15)
2) Quando se utiliza a técnica de análise de imagens
bidimensionais, pode relacionar a esfericidade com o grau de
alongamento (AL):
(16)
Propriedades físicas e morfológicas das
partículas- Massa específica
Massa de determinado material dividida pelo 
volume ocupado;
VOLUME DA PARTÍCULA???
Caracterização de Partículas – Área Superficial
Específica
Área superficial na unidade de massa (am) ou 
na unidade de volume (av);
Importância
Área para troca de energia e massa
▪ Adsorção;
▪ Secagem;
▪ Catálise...
Silva et al. (2011). Eclética Química, v. 36, n. 2
Caracterização de Partículas – Morfologia das
Partículas
Essencial em diversas operações
unitárias;
Afeta:
Velocidade terminal;
Área superficial da partícula.
Caracterização de Partículas – Morfologia das
Partículas
Partícula isolada –
Amostra grande:
Técnica Características Faixa de medida (µm)
Peneira
Peneiramento por agitação mecânica ou 
ultrassônica;
Micropeneiramento.
20 – 100.000
5 - 50
Sedimentação
Gravimétrica;
Centrífuga.
1 – 250;
0,05 – 60.
Microscopia
Eletrônica (MEV);
Óptica.
0,01 – 1;
0,2 – 50.
Turbidimetria Bloqueio de Luz. 0,05 – 500.
Resistividade Contador Coulter. 0,5 – 800.
Elutriação Fluxo de gás. 5 – 50
Permeabilidade Fischer Subsieve 0,2-50
Área Superficial
Adsorção de gás (BET);
Penetração de líquido.
0,01 – 20;
0,01 – 50.
Outras caracterizações
Microscopia eletrônica de varredura (MEV);
Espectroscopia eletrônica de dispersão (EDS);
Espectroscopia no infravermelho com 
transformada de Fourier (FT-IR);
Análise elementar;
Adsorção de Nitrogênio (BET);
Microscopia de força atômica (AFM).