Tres fases diferentes de polvos
Los polvos son un material trifásico único. Constan de una fase sólida en forma de partículas, una fase gaseosa entre las partículas y una fase líquida en la superficie de las partículas o dentro de su estructura.
A polvo Un polvo es una colección heterogénea de fases sólida, líquida y gaseosa. Existe la idea errónea de que su comportamiento puede describirse simplemente comprendiendo sus propiedades de flujo. Se cree que estas propiedades son discretas y cuantificables con un solo número. Desafortunadamente, ambas ideas son incorrectas. Por eso, incluso en el siglo XXI, todavía no comprendemos completamente el comportamiento de los polvos.
Imagine un frasco de vidrio que contiene polvo suelto. Piense en cómo se comportará el polvo si el frasco se cae. Considere cómo se comportará de manera diferente el polvo si se levanta el frasco y se golpea repetidamente contra una superficie dura. Cualquier diferencia en el comportamiento de un polvo en su estado suelto en comparación con su estado compactado se debe a sus propiedades. Por ejemplo, si el polvo es como arena seca, su comportamiento puede ser aproximadamente el mismo antes y después de la compactación. Sin embargo, si el polvo es como harina, se pueden observar propiedades de flujo muy diferentes después de la compactación. Esta es una propiedad importante y típica de los polvos.
Si bien estas propiedades son cruciales para comprender el comportamiento del polvo, variables externas—como el grado de aireación o consolidación— son igualmente importantes. Las propiedades químicas y físicas de las partículas no cambian en estos estados. Es la cantidad de aire y la presión de contacto entre las partículas lo que hace que el flujo varíe significativamente.
Influencia de variables externas
Como se muestra en los ejemplos anteriores, los polvos se comportan de manera muy diferente cuando están aireados, sueltos o consolidados. Algunos polvos son muy sensibles a estas variables, mientras que otros no. Algunos polvos pueden fluir bien cuando están aireados y sueltos, pero causar problemas cuando están consolidados (como el tóner). Otros polvos pueden tener un flujo razonable (bueno) cuando están sueltos y no mucho efecto cuando están consolidados, pero tienen una mejora real en el flujo cuando están aireados (como los polvos cerámicos, vea el video). Con base en estas observaciones, es poco probable que un solo número describa adecuadamente cómo reaccionará un polvo a grandes cantidades de aireación o altos niveles de consolidación durante el procesamiento y la aplicación.
En términos de propiedades de flujo, la tensión de consolidación y el contenido de aire son las dos variables que tienen la mayor influencia. Sin embargo, el comportamiento del polvo también se ve afectado por las velocidades de procesamiento, como la velocidad de mezclado o la velocidad de llenado de la línea, así como otros factores como los niveles de humedad ambiental y el tiempo de almacenamiento. Un polvo con excelentes propiedades puede mostrar un rendimiento deficiente cuando se almacena o procesa en un entorno con una humedad ligeramente superior a la normal.
Comportamiento del polvo
| Variables externas | Cuándo y dónde ocurren | Efecto |
| Consolidación | Vibración/presión directa por golpe (toldas, IBC, barriles) | Mayor presión, área de contacto y número de puntos de contacto entre partículas. Menor contenido de aire entre partículas (disminución de la porosidad). |
| Aireación | Descarga por gravedad, mezcla, transporte neumático, atomización. | La presión, el área de contacto y el número de puntos de contacto entre partículas disminuyen. El contenido de aire entre partículas aumenta (mayor porosidad). |
| Tasa de flujo (corte) | En el polvo, Entre el polvo y la pared del equipo, Mezclando | Flujo principalmente no newtoniano Mayor resistencia al flujo a caudales bajos |
| Humedad | Procesamiento de almacenamiento Adición humana (granulación) | Aumentar la adherencia entre partículas Aumentar la adherencia entre partículas Aumentar la conductividad |
| Electricidad estática | Descarga de tolva Transporte neumático Mezcla de alto cizallamiento | Aumenta la fuerza de unión entre partículas El polvo se adhiere al equipo |
| Tiempo de almacenamiento | Materias primas/materiales intermedios | Consolidación, aglomeración, impacto permanente en el desempeño downstream |
Otras situaciones para las propiedades de las partículas
Si bien controlar algunas variables puede ser relativamente sencillo, los cambios en el contenido de aire y la tensión de consolidación durante el procesamiento suelen ser difíciles de evitar. Incluso cuando los polvos pasan por una simple tolva transportadora, se puede introducir aire y producirse la consolidación. Los polvos se expanden y las partículas se separan más al airearse. Esto ocurre en muchos procesos, como las operaciones de mezclado, llenado y descarga, incluso cuando no se utiliza transporte neumático sin suministro de aire externo.
Reconocer que cualquiera de estas variables externas puede alterar el comportamiento del polvo es el primer paso para comprender mejor el rendimiento del proceso. A continuación, medir la respuesta del polvo a diversas variables externas puede brindar información sobre por qué el polvo se comporta de una manera particular y presentar oportunidades para optimizar tanto la formulación como la eficiencia de la producción.
Influencia de las propiedades de las partículas
Además de las variables externas, existen muchas otras propiedades de las partículas que afectan el comportamiento de los polvos sueltos. Las partículas son complejas y hay demasiados parámetros para describirlas completamente. El tamaño y la distribución del tamaño de las partículas se suelen considerar, y estos dos parámetros siguen siendo importantes.
Sin embargo, existen muchas otras propiedades de las partículas que influyen en el comportamiento general del polvo. Las principales propiedades de las partículas incluyen:
Nota: Cada una de estas propiedades es más una distribución que un valor único. Algunas se pueden medir directamente, mientras que otras son más difíciles de cuantificar. Sin embargo, todas ellas pueden afectar el comportamiento de un polvo. Dada la complejidad y variedad de las propiedades de las partículas y las variables externas, predecir el comportamiento del polvo mediante métodos matemáticos básicos es extremadamente difícil, si no está más allá de nuestras capacidades actuales.