Relatório 7 - Distribuição Granulométrica de Partículas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DE PARTÍCULAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MAIO/2014
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DE PARTÍCULAS 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Cláudia Francine Machado Canova 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MAIO/2014 
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SUMÁRIO 
 
 
 
 
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1 OBJETIVOS 
Determinar a distribuição granulométrica de matérias-primas cerâmicas, 
utilizando-se diferentes técnicas de caracterização. Construir gráficos a partir dos 
resultados obtidos e discutir baseando-se nos dados. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.2 Distribuição do tamanho de partícula 
As partículas são assimétricas e possuem diâmetros com tamanhos 
diferentes, a distribuição dessas medidas pode ser calculada por métodos 
aritméticos, geométricos ou harmônicos, considerando a média estatística entre 
seus valores máximo e mínimo. 
Para sistemas polidispersos, o tamanho de partículas pode ser determinado 
por probabilidade e estão associados com sua frequência de ocorrência. Uma curva 
de frequência de ocorrência oferece uma relação entre grupos de partículas com 
mesma faixa de tamanho pela porcentagem de ocorrência (Figura 2.1). Pode-se 
também, com esses dados, obter uma curva de distribuição cumulativa (Figura 2.2) 
onde fornece a porcentagem total da distribuição granulométrica em função do seu 
tamanho. 
 
Figura 2.1: Distribuição da probabilidade de partículas em função do seu tamanho. 
 
Figura 2.2: Exemplo de curva de frequência típica. 
 
 
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2.2 Métodos de medida de distribuição de tamanho de partículas 
 
2.2.1 Peneiramento 
 É um método no qual ocorre a separação, em diversas frações, dos sólidos 
de um solo, sendo feito numa coluna ou pilha de peneiras com abertura de malhas 
conhecidas. Divide-se em peneiramento grosso e peneiramento fino. Determina-se a 
percentagem em peso retida ou passante em cada peneira. 
Anteriormente ao peneiramento, a amostra deve ser seca em estufa e seu 
peso determinado. Esta amostra será colocada na peneira de maior abertura da 
série previamente escolhida e levada a um vibrador de peneiras onde permanecerá 
por tempo necessário, para a efetiva separação das frações do material granular. 
 
2.2.2 Sedimentação 
A técnica de sedimentação deve ser utilizada para partículas dispersas em 
líquido quimicamente inerte. A viscosidade e densidade do fluido devem estar 
relacionadas com a densidade do material para que haja velocidade de 
sedimentação laminar. Para garantir que as partículas permaneçam defloculadas 
usa-se um agente dispersor, para reduzir a tensão superficial do líquido e melhorar o 
contato com a superfície das partículas. 
Dentre os métodos de sedimentação, o mais utilizado é o de Casagrande. É 
um processo baseado na Lei de Stokes (1850). 
Lei de Stokes: “Supondo uma esfera caindo através de uma massa líquida de 
extensão infinita, após os primeiros instantes de queda, a esfera atinge uma 
velocidade constante, que é função do quadrado do diâmetro da esfera”. Esta 
velocidade uniforme se deve a resistência do líquido ao movimento, devido a sua 
viscosidade. 
Stokes derivou a força de resistência ao movimento de uma esfera, 
considerado um coeficiente de fricção infinito, isto é, o solvente forma um meio 
contínuo em relação à partícula que se sedimenta. A equação de Stokes é válida 
para um movimento laminar, isto é, movimento lento e para partículas esféricas. 
 
5 
 
 
2.2.3 Espalhamento de Luz 
Quando uma radiação eletromagnética incide sobre um sistema qualquer, o 
campo elétrico da radiação induz uma polarização nos elétrons das moléculas que 
oscila no tempo com a mesma frequência da radiação. As moléculas, por sua vez, 
passam a ser fontes secundárias de radiação e difratam a radiação incidente. As 
mudanças de frequência, a distribuição angular, a polarização e a intensidade da 
radiação espalhada dependem do tamanho, forma e das interações moleculares 
dentro do material irradiado. Logo, a partir das características da radiação espalhada 
de um dado sistema, é possível obter informações sobre estrutura, tamanho e 
disposição das partículas de uma amostra. Esse é o princípio da técnica de 
espalhamento estático de luz. 
Neste método, há a possibilidade de os materiais serem analisados via seca (ar 
como meio de dispersão) ou por via úmida (formação de suspensão). O meio usado 
deve ter as seguintes propriedades: “molhabilidade” com as partículas; não reagir 
com a amostra (dissolução, aglomeração); não seja tóxico, para fácil descarte; seja 
de baixo custo; transparente e homogêneo; e dissolva o agente surfactante com 
facilidade. Para facilitar a separação das partículas no meio, pode ser utilizada a 
desaglomeração física por meio de agitação por bomba ou por ultrassom, ou pela 
conjunção dos dois sistemas. Contudo, o ultrassom não pode ser usado por muito 
tempo (tempo limite), para não haver quebra de partículas, que já podem estar 
dispersas e, assim, afetar a análise do sistema. Todo o processo de espalhamento 
de luz para análise granulométrica é feita por um equipamento especializado 
chamado CILAS, no qual o esquema desta técnica é representado na Figura 2.3. 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
Figura 2.3: Esquema de funcionamento do método de feixe de luz. 
 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1 MATERIAIS 
 350g de argila SV 
 Agitador 
 Peneiras de 1000, 500, 300, 250, 180, 150, 106, 63, 45 e 38 mesh. 
 Almofariz 
 Pistilo 
 Pincel 
 Béquer plástico 500mL 
 Balança analítica (0,01g) 
 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 Primeiramente a argila SV foi desaglomerada, com a utilização de um 
almofariz e um pistilo, e peneirada. Em seguida, pesou-se 350g da argila em uma 
balança analítica. 
 Em seguida, montou-se duas colunas de peneiras, uma com as 5 peneiras de 
aberturas maiores e outra com as 5 peneiras de aberturas menores, sendo 
montadas na ordem decrescente de tamanho de abertura nas duas colunas. Sendo 
então, a primeira coluna com as peneiras de 1000, 500, 300, 250 e 180 mesh, e a 
7 
 
 
segunda coluna com as peneiras de 150, 106, 63, 45 e 30 mesh. Na base de cada 
coluna, colocou-se um recipiente, de mesmo formato das peneiras, para a coleta das 
partículas. 
 Então, os 350g de argila foram colocados sobre a primeira coluna de 
peneiras, com aberturas maiores, e a mesma foi acoplada num agitador. Esperou-se 
20 minutos para retirar a coluna de peneiras do agitador. 
Tirou-se a massa de argila retida nas peneiras com um pincel e pesou-se a 
quantidade de material retido. As partículas depositadas no recipiente, no fundo da 
coluna, foram colocadas sobre a outra coluna de peneiras, com aberturas menores. 
A segunda coluna foi colocada no agitador e novamente esperou-se 20 minutos para 
retirar a coluna do mesmo. Posteriormente, tirou-se das peneiras a massa de argila 
retida com a ajuda de um pincel, pesou-se a quantidade de material retido em cada 
peneira e a quantidade total de argila. 
Então, fez-se os cálculos para analisar a granulometria das partículas.8 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Após a agitação dos sistemas de peneiras, verificou-se que cada uma havia 
retido certa quantidade do material. Portanto, verificando a massa retida em cada 
uma delas é possível calcular o percentual da amostra dentro daquela faixa de 
diâmetro de partícula. 
Os dados coletados foram organizados na tabela abaixo: 
 
Tamanho nominal 
da abertura da 
peneira (μm) 
Faixa de 
tamanho de 
peneiras (μm) 
Frações retidas em cada 
peneira 
% de 
tamanho 
passante 
% de 
tamanho 
retido massa (g) percentual 
1000 maior que 1000 39,53 11,40 88,60 11,40 
500 entre 1000 e 500 143,00 41,23 47,38 52,62 
300 entre 500 e 300 84,67 24,41 22,97 77,03 
250 entre 300 e 250 32,80 9,46 13,51 86,49 
180 entre 250 e 180 15,05 4,34 9,17 90,83 
150 entre 180 e 150 5,34 1,54 7,63 92,37 
106 entre 150 e 106 12,98 3,74 3,89 96,11 
63 entre 106 e 63 11,89 3,43 0,46 99,54 
45 entre 63 e 45 1,00 0,29 0,17 99,83 
38 entre 45 e 38 0,60 0,17 0,00 100,00 
 menor que 38 0,00 0,00 0,00 100,00 
MASSA PASSANTE (g) 346,86 
 
 
Em todo o processo, houve uma perda de apenas 3,14 g de argila, decorrente 
da transferência do recipiente de armazenamento para as peneiras e das peneiras 
para a balança. Essa massa corresponde a menos de 0,9% da massa inicial e não 
representa uma grande fonte de erros para o experimento. 
Os dados da tabela podem ser visualizados mais facilmente no gráfico abaixo. 
Nota-se que a maior parcela da amostra possui entre 500 e 300 μm de diâmetro 
médio. Isso representa cerca de 65% da amostra analisada. A fração da amostra 
entre 250 e 180 μm é muito semelhante à situada acima de 1000 μm. Partículas 
menores que 180 μm representam menos de 10% da amostra. 
9 
 
 
 
 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1700 1000 500 300 250 180 150 106 63 45 38
M
as
sa
 R
e
ti
d
a 
(%
) 
Diâmetro Médio (μm) 
Distribuição Granulométrica 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1700 1000 500 300 250 180 150 106 63 45 38
M
as
sa
 A
cu
m
u
la
d
a 
(%
) 
Diâmetro Médio (μm) 
Granulometria Acumulada 
10 
 
 
 
O gráfico acima representa o percentual da amostra retido por uma 
determinada malha, ou seja, a quantidade de partículas maiores que a malha. O 
ponto médio da curva de distribuição acumulada coincide com a granulometria 
média encontrada na amostra. Neste caso, fica evidente que cerca de 65% da 
amostra encontra-se na faixa de 300 a 500 μm. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
 
11 
 
 
REFERÊNCIAS 
- P. Silva, A. M. Segadães & T. C. Devezas – Relações Entre Distribuição 
Granulométrica, Morfologia e Empacotamento de Partículas Num Sistema Real: Alta-
alumina. Univ. Beira Interior, Dept. Eng. Electromecânica, Covilhã, Portugal, Univ. 
Aveiro, Dept. Eng. Cerâmica e do Vidro (CICECO), Aveiro, Portugal. 
- IRANI, R. R. and CALLIS, C. F., “Particle size: measuremente, Interpretation and 
Applications” Ed. John Wiley & Sons (1963). 
- LAI, C. CHING; MACEDO, P. B. and MONTROSE, C. J., Light-Scattering 
Measurements of Structural Relaxation in Glass by Digital Correlation Spectroscopy, 
Journal of the American Ceramic Society, Vol. 58, n.3-4, p.120-123, Mar-Apr, 1975