Moagem: separação por tamanho de partículas - Operações Unitárias

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Distribuição por tamanho de partículas 
O tamanho de partículas pulverizadas é importante para a obtenção de 
medicamentos eficazes. Este tamanho influencia tanto no desempenho físico 
do medicamento como nos subsequentes efeitos farmacológicos do fármaco. Após a 
redução de tamanho de partícula, dificilmente todas as partículas do pó terão o mesmo 
tamanho. Desse modo, não é preciso necessariamente saber o tamanho exato das 
partículas, mas sim, uma faixa de distribuição de tamanhos. Assim, os pós são 
frequentemente classificados de acordo com o tamanho de partícula que os compõe: 
 Pó grosseiro: maioria das partículas > 350 mm; 
 Pó médio fino: 100–350 mm; 
 Pó fino: 50–100 mm; 
 Pó muito fino: 10–50 mm; 
 Pó micronizado: < 10 mm (maioria < 5 mm). 
A maior parte das partículas de uso farmacêutico têm formato irregular, 
portanto, para descrevê-las adequadamente seriam necessárias pelo menos três 
dimensões, mas costuma ser vantajoso ter um único número para caracterizá-las. Para 
superar este obstáculo usa o conceito de esfera equivalente. Uma dimensão da 
partícula é medida e considera-se que é relacionada a uma esfera, cujo diâmetro pode 
ser definido. Esta medida é chamada de diâmetro esférico equivalente ou diâmetro 
equivalente da partícula. 
 O conjunto de partículas que formam o pó é chamado, no contexto de análise de 
tamanho, de uma população. Quando a população é formada por partículas com 
o mesmo diâmetro ela é chamada de monodispersa. Este tipo de população é bastante 
incomum em sistemas farmacêuticos. A maioria dos pós contém partículas dentro de 
um intervalo de diferentes diâmetros equivalentes, isto é, eles são polidispersos ou 
heterodispersos. 
 Os histogramas são a representação 
de distribuição de tamanho mais 
utilizada. Este tipo de gráfico possibilita 
determinar a porcentagem de partículas 
com um dado diâmetro equivalente. Além 
disto, permite comparar diferentes 
distribuições de tamanhos de partículas. 
 
 
 
Moagem: separação por tamanho de partículas 
Em algumas distribuições de tamanhos, pode ocorrer mais de uma população, ou 
seja, mais de uma moda, este tipo de distribuição é chama de bimodal. Isto é usual para 
um pó que foi submetido à moagem. Algumas das partículas mais grosseiras da 
população não moída permaneceram intactas e apresentaram uma moda na região de 
tamanho de partículas maiores, enquanto as partículas fraturadas (reduzidas de 
tamanho) têm uma nova moda, que aparece no intervalo de tamanho de partículas 
menores. Sendo assim, a separação das partículas de acordo com o seu tamanho é 
muitas vezes necessária. 
Diferentes fatores podem influenciar na distribuição de tamanho de partículas de 
um pó. Um dos fatores a considerar é o tempo de moagem. Durante um processo de 
redução de tamanho, as partículas são quebradas formando partículas em diferentes 
faixas de tamanho. Essa moagem desigual leva a uma mudança na distribuição de 
tamanho do pó. Nota-se na figura abaixo que a distribuição de tamanho de partícula 
fica cada vez mais estreita e o diâmetro da população principal torna-se cada vez menor 
como aumento do tempo de moagem. 
 
Separação por tamanho de partículas 
A separação de sólidos é um processo pelo qual partículas de pó são removidas 
por gases ou líquidos e que tem duas metas principais: 
 Recuperar produtos ou subprodutos valiosos. 
 Prevenir a poluição ambiental. 
É importante ressaltar a diferença entre os processos conhecidos como análise 
de tamanho e separação por tamanho. O primeiro tem por objetivo determinar as 
características de tamanho de um pó, enquanto o segundo é uma operação que faz 
parte do processo de produção e resulta em um produto em pó de determinada faixa 
de tamanho de partícula. 
 
Eficiência de separação 
A eficiência com a qual um pó pode ser separado em diferentes faixas de 
tamanho está relacionada às propriedades do pó e ao método de separação usado. Em 
um processo contínuo de separação por tamanho, a produção de fluxos de pó acima e 
abaixo do tamanho limite a partir de um único fluxo de alimentação pode 
ser representada pela seguinte equação: 
ƒF = ƒo + ƒu 
Onde ƒF, ƒo e ƒu são funções da taxa de fluxo de massa do material alimentado 
(feed), do produto acima do tamanho limite (oversize) e abaixo do tamanho limite 
(undersize), respectivamente. 
 
Para determinar a eficiência de separação das partículas grandes (Eo), considera-
se a fração de partículas grandes na parte do pó que foi separada como acima do 
tamanho limite: 
𝐸𝑜 =
ƒoδo
ƒFδF
 
Onde δo é a fração de partículas grandes no pó retido e δF é a fração de 
partículas grandes no pó alimentado à operação. A eficiência de separação das partículas 
pequenas (Eu) será definida por: 
𝐸𝑢 = 
ƒuδu
ƒFδF
 
Onde δu é a fração de partículas grandes que está presente na parte do 
classificado como abaixo do tamanho limite. A eficiência global da operação será definida 
por: 
𝐸𝑡 = 𝐸𝑜𝐸𝑢 
Métodos de separação por tamanho 
Separação por tamisação 
A separação por tamisação também pode ser chamada de peneiramento. Os 
tamises usados na separação por tamanho, em geral, são maiores em área do que os 
usados para análise de tamanho de partícula, que é uma técnica de análise e controle de 
qualidade de pós farmacêuticos (ingredientes ou produto final). 
Há várias técnicas para facilitar a separação das partículas em suas frações de 
tamanho apropriadas. Nos processos de tamisação, elas se baseiam em perturbações 
mecânicas do leito de pó. Estas perturbações podem ser agitação, centrifugação ou 
escovação. Na indústria farmacêutica os métodos por agitação se destacam, abaixo 
estão expostos métodos de agitação de peneiras para a tamisação. 
 
Neste método a separação por tamanho é atingida por oscilação, vibração da 
malha dos tamises induzida mecanicamente ou por giro. A eficiência de saída de tamises 
giratórios em geral é maior do que a dos métodos por oscilação e vibração. 
Métodos por agitação podem ser contínuos, para isto o tamis é disposto de 
forma inclinada acima e abaixo do limite de tamanho. 
Algumas escolhas importantes irão impactar na eficiência de separação de uma 
operação de tamisação. Alguns destes parâmetros são: 
 formato da abertura da peneira; 
 tamanho da abertura da peneira; 
 formato da partícula; 
 conteúdo de umidade; 
 adesividade; 
 características de movimento do pó; 
 tempo de tamisação. 
A eficiência de separação usando tamises pode ser comprometida pela retenção 
das partículas finas nas grossas ou pela passagem dos grossos através das malhas. 
Estes eventos podem acontecer por: 
 aderência do pó às partículas grandes; 
 aglomeração dos finos (coesão ou outras forças); 
 irregularidade das malhas; 
 mecanismos de operação; 
 se as partículas grossas tiverem dimensão aproximada da abertura da malha. 
Separação por sedimentação 
A separação por tamanho por sedimentação se baseia nas diferenças de 
velocidades de sedimentação de partículas com diferentes diâmetros, as quais podem 
ser dadas pela equação de Stokes a seguir: 
𝑉 =
𝑔(𝑑1 − 𝑑2)2𝑟
2
9η
 
V = velocidade de sedimentação das partículas dispersas; 
r = raio das partículas dispersas; 
d1 = densidade da fase dispersa; 
d2 = densidade da fase dispersante; 
g = aceleração da gravidade 981 cm/s2; 
η= viscosidade da fase dispersante. 
A sedimentação gravitacional em água é de baixo custo porém é demorada e 
somente aplicável quando a diferença de densidade entre as partículas também varia. 
Separação por tamanho de elutriação 
Nos métodos por sedimentação, o fluido é estacionário e a separação depende 
unicamente da velocidade da partícula. A elutriação é uma técnica na qual o fluido move-
se na direção oposta ao movimento de sedimentação, de modo que, em elutriadores 
gravitacionais, as partículas movem o eixo vertical para baixo, enquanto o fluido move-
se para cima. 
Na figura abaixo as técnicas de sedimentação e elutriação são comparadas, neste 
esquema as flechas mostram a direçãoe magnitude do movimento das partículas. 
 
Separação de tamanho por ciclone 
Os leitos fluidos de ar são comuns na 
indústria farmacêutica e sendo assim algumas 
técnicas de separação de partículas por tamanho 
usam este princípio. Um grande representante 
desta técnica é o ciclone. O uso de ciclones tem por 
objetivo separar as partículas muito finas e levá-
las a um filtro, pela saída superior, enquanto o 
produto vai ao coletor na parte inferior. 
 
 
A retenção de partículas finas por um filtro é importante para segurança 
ambiental e do local de trabalho. Esta técnica de separação pode ser classificada em 
inglês como Dedusting (remoção de poeira). É usual por exemplo ver ciclones conectados 
a aparelhos de secagem por aspersão. 
Seleção da técnica de separação 
A escolha da técnica de separação irá depender do material a ser processado. 
O tamanho é uma propriedade particularmente importante, pois cada método de 
separação é mais eficiente em uma determinada faixa de tamanhos, conforme indicado. 
Os métodos que utilizam a suspensão em um fluido, seja ar ou água, e podem ser 
separadas rapidamente por elutriação ou métodos de separação por ciclone, de forma 
que o material acima do limite de tamanho possa ser retornado ao moinho. 
Porém, muitos pós usados na prática farmacêutica são solúveis em água, o que 
torna o uso da água como fluido pouco comum. Já os métodos pneumáticos de 
separação por tamanho de partícula, que utilizam ar, são mais comuns. Outro fator 
importante é o tipo de processo no qual a separação de tamanho será utilizada.