Caracterizacao de particulas Parte II

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Operações Unitárias I – UNISO
Renata Miliani Martinez
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Resumo da Parte II
Tamanho de partículas: importante para definir o processo de produção e processamento
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Equipamentos utilizados
Peneiras com base vibratória
Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Difração de raio laser
Cada método utiliza um princípio físico diferente e podem gerar dados diferentes
Para facilitar a expressão dos dados, é definido o diâmetro da partícula, mesmo que esta não seja uma esfera (diâmetro equivalente)
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Formas de expressar o diâmetro equivalente
intensidade
superficial
diâmetro mínimo
diâmetro máximo
taxa de sedimentação
peso
volume
peneira
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Formas de expressar o diâmetro de partículas
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Diâmetro volumétrico
Volume da partícula (Vp):
Onde dv é definido como sendo o diâmetro da esfera que possui o mesmo volume da partícula.
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Diâmetro superficial
Área superficial da partícula:
Onde dS é definido como sendo o diâmetro da esfera que possui a mesma área superficial da partícula.
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Diâmetro de peneiras
Dimensão característica: abertura da peneira
As peneiras são especificadas, pelo mesh, que é o número de aberturas em cada polegada linear, medida ao longo de um fio (série tyler).
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Peneiras com base vibratória
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Análise granulométrica 
Análise em peneiras:
	- peneiras padronizadas da série Tyler
	- Mesh = número de abertura por polegar linear
Mesh
Abertura
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Sistema padronizado
Tyler (Internation Standard Organization)
	- Sólidos grosseiros: abaixo de 4 mesh (>4700 μm)
	- Finos: 4 - 48 mesh (300-4700 μm)
	- Ultra finos: 48 - 400 mesh (38-300 μm)
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Análise com peneiras
Conhecer a massa do material total (Ex.: 145,6 g)
Selecionar as peneiras pelo número mesh (Ex.: 35, 42, 48 e 60)
Vibração da base vai promover a passagem pelas peneiras
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Análise com peneiras
Nomenlatura: 32-35 significa que passa pela 32 e fica retida na 35
di= (d32+d35)/2 = (0,495+0,417)/2 = 0,456
X = fração de peso menor que di (distribuição granulométrica): Massa inicial – massa retida/massa inicial (%)
Xi = X anterior – X atual (Ex: 1-0,9948 = 0,005/ Ex: 0,9948- 0,3571 = 0,638): Deve somar 1 no final.
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Cálculo para diâmetro médio por análise granulométrica
1) Quando volume é igual o volume médio de todas as partículas:
2) Quando área superficial é igual à média das áreas superficiais de todas as partículas:
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Cálculo para diâmetro médio por análise granulométrica
3) Quando relação superfície/volume é a mesma para todas as partículas:
Diâmetro médio de Sauter (dps): 
A equação do diâmetro de Sauter é a mais utilizada para sistemas particulados (escoamento em meios porosos), cinética e catálise, mas dependendo da situação os resultados são mais precisos utilizando outras equações.
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Diâmetro de Stokes
Diâmetro da esfera de mesmo material que a partícula que sedimenta no fluido de referência em regime laminar com a mesma velocidade terminal da partícula
Detalhes de velocidade terminal em separação de partículas
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Diâmetro a partir de área superficial
Onde da é definido como sendo o diâmetro da esfera que possui a mesma área projetada da partícula.
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Qual diâmetro usar?
Depende de qual equipamento/medidas estão disponíveis para a análise de diâmetro
Uma mesma partícula medida por diferentes métodos apresenta diferentes valores de diâmetro (diâmetro característico)
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Modelos de distribuição granulométrica
A aplicação de modelos estatísticos de distribuição que relacionam a quantidade de material com o tamanho das partículas de um dado sistema, facilita a manipulação dos dados e os cálculos computacionais. A utilização destes modelos torna mais simples o projeto dos equipamentos de separação de partículas.
Os modelos a 2 parâmetros de Gates-Gaudin-Shaumann (GGS), Rosin-Rammler-Bennet (RRB), Log- Normal (LN) e Sigmoide; descrevem satisfatoriamente a maioria dos casos de interesse tecnológico.
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Modelos de distribuição
1) Gautes-Gaudin-Schumann
A estimativa dos parâmetros poderá ser feita através da regressão não linear ou ainda usando a regressão linear.
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Determinação de m
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Modelos de distribuição
2) Rosin-Ramler-Bennet
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Modelos de distribuição
3) Log Normal
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Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
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Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Características da amostra: necessário recobrimento com materiais condutores se amostra orgânica
Amostra deve estar seca: liofilização ou spray-dryer
Resolução depende do equipamento
Medida de superfície do material
Perda da amostra após microscopia
Diâmetro obtido por estatística
Técnica com alto valor (custo de manutenção do equipamento e operador técnico)
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Exemplos MEV
Aranha “Goblin”
Escamas tubarão
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Exemplos MEV
Partículas de Vit D obtidas por Spray-dryer
Partículas de estireno modificado
Fonte: IPT
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Difração de raios laser
Laser
Espalhamento de luz
Detecção e decodificação
Determinação do diâmetro 
Absorção de luz
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Difração de raios laser
Necessário informar absorbância do material no comprimento de onda do laser (descontar a absorção de luz) e as características do meio (viscosidade e temperatura do solvente influenciam na determinação do diâmetro)
Equipamento aproxima para esfera equivalente
Limite de detecção depende do equipamento
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Difração de raios laser – Análise dos resultados
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Difração de raios laser – Análise dos resultados
 Considerar 2 populações de 5 e 50 nm em mesmo número de partículas:
Razão 1:1
Razão 1:1000
V=4/3p(d/2)3
Razão 1:106
 I a d6
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Comparação entre técnicas
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Efeitos de carga de superfície
Prever estabilidade de produtos
Prever incompatibilidade
Estabilizar cargas (Ex.: tratamento de efluentes)
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Estabilidade
Misturar o que não mistura
Manter misturado
ESTABILIDADE
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Teoria DLVO
Balanço entre forças atrativas e repulsivas entre as partículas
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Diferença entre sistemas
Sistema instável
Sistema estável
Predomina atração
Predomina repulsão
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Sistema meta-estável
Predomina atração
Exemplo: suspensões
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Forças de atração
Dipolo-dipolo
Interações iônicas
Dipolo induzido
Van der Waals
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Forças de repulsão
Efeitos eletrostáticos
Densidade de cargas
Distância
Seio da 
 solução
Interface da 
 partícula
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Forças de repulsão
Sistemas altamente estáveis
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Potencial Zeta
Determina a carga na camada de Stern  “carga da partícula”
Medidas por mobilidade eletroforética (influência do colvente)
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Estratégias para aumentar estabilidade
Alteração da concentração de íons: alteração da distribuição de cargas no sistema
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Estratégias para aumentar estabilidade
Estabilização estérica: 
	- Adsorção de um polímero na superfície na partícula:
	- Maior custo
A medida que ocorre a atração entre duas partículas, a presença do polímero impede a floculação
A separação das partículas impede a atuação das forças atrativas de van der Waals
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