Hispanopedia WikiLa tecnología de partículas es la ciencia y la tecnología del manejo y procesamiento de partículas y polvos . Abarca la producción, el manejo, la modificación y el uso de una amplia variedad de materiales particulados, tanto en forma húmeda como seca. El manejo de partículas puede incluir el transporte y el almacenamiento. El tamaño de las partículas puede variar desde nanómetros hasta centímetros. Las partículas se caracterizan mediante diversas métricas. La tecnología de partículas se aplica a numerosos sectores, como el químico, el petroquímico, el agrícola, el alimentario, el farmacéutico, el de procesamiento de minerales , la ingeniería civil, los materiales avanzados, la energía y el medio ambiente. [ 1 ]
Temas de la tecnología de partículas
La tecnología de partículas, por lo tanto, se ocupa de:
- Comportamiento de los sólidos a granel, incluyendo mecánica de suelos , manipulación de materiales a granel , silos , transporte , metalurgia de polvos , nanotecnología ;
- Reducción de tamaño, incluyendo trituración y molienda ;
- Aumento del tamaño mediante floculación , granulación , compactación de polvo , compresión en tabletas y cristalización ;
- Separación de partículas, como tamizado , separación por mesas , flotación , separación magnética y/o precipitación electrostática , fluidización , separación centrífuga y filtración de líquidos;
- Procedimientos analíticos como el análisis del tamaño de las partículas .
Caracterización de partículas
Las partículas se caracterizan por su tamaño y forma individuales, y por la distribución de estas propiedades en cantidades macroscópicas. Las partículas esféricas se definen por su diámetro o radio, y las no esféricas por las dimensiones de su equivalente geométrico. El espacio entre las partículas en la masa implica que la densidad de la masa es menor que la densidad de las partículas individuales. La diferencia entre la densidad de la masa y la densidad de las partículas puede tener implicaciones para el almacenamiento, el transporte u otras manipulaciones de las mismas. La forma en que se mueven unas sobre otras o se entrelazan determina su estabilidad o fluidez, la cual se evalúa mediante el ensayo de corte triaxial .
Las muestras de partículas se pueden visualizar mediante microscopía , más comúnmente mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) o microscopía electrónica de transmisión (MET). [ 1 ] Tanto la MEB como la MET pueden determinar la estructura de poros, el área superficial y la estructura de una partícula. La MEB logra la visualización de partículas dirigiendo un haz de electrones hacia la muestra de partículas y creando señales al interactuar con la muestra, construyendo una imagen 3D de la topografía y la estructura superficial de la muestra. La MET utiliza un haz de electrones similar, pero los electrones se dirigen a una lámina delgada de la muestra para formar una imagen de los electrones que pasan a través de la lámina. [ 2 ] La microscopía de partículas puede revelar propiedades o defectos en una partícula.
La óptica permite cuantificar el tamaño de las partículas. La medición de la dispersión y la difracción de la luz causadas por una partícula son métodos detectables para identificar su tamaño y se utilizan comúnmente en las siguientes técnicas:
- Desplazamiento Doppler de fase láser: La luz incidente sobre una partícula no se distribuye uniformemente, ya que se refleja y refracta parcialmente en múltiples direcciones. La velocidad de la partícula se puede calcular utilizando la frecuencia Doppler de cualquier señal, mientras que la diferencia de fase entre dos detectores determina el tamaño de la partícula. [ 3 ]
- Difracción de Fraunhofer : Cuando una partícula es al menos 10 veces más grande que la longitud de onda del láser y el ángulo de dispersión es de 30° o menor, el patrón de distribución de intensidad de la luz se puede utilizar para calcular el tamaño de la partícula. [ 4 ]
Producción y aplicaciones
Muchas industrias utilizan tecnologías de partículas para el transporte, la separación y la fluidización de partículas. [ 1 ] Se requieren diversos métodos de producción para los materiales particulados debido a las grandes diferencias entre ellos. A continuación se enumeran tres áreas principales de técnicas de producción y sus aplicaciones comunes.
Ampliación de tamaño
La aglomeración es el proceso por el cual las partículas primarias (de menor tamaño) entran en contacto entre sí y forman cúmulos más grandes. Ocurre en polvos secos cuando el tamaño de las partículas es menor a unos 10 μm o en condiciones de humedad, y en líquidos cuando las partículas tienen carga superficial nula. A menudo es inducida por el movimiento browniano en líquidos. [ 5 ]
La agregación es otro proceso de formación de cúmulos a partir de partículas, pero en este caso las partículas tienen enlaces más fuertes debido a una mayor superficie de contacto. Ocurre principalmente en mezclas líquidas homogéneas. [ 6 ]
La cristalización , ya sea en lotes o en procesos continuos, permite la formación de partículas cristalinas de alta pureza a partir de soluciones. El producto suele tener un tamaño de partícula en el rango de los milímetros. [ 6 ]
La precipitación también forma un producto particulado a partir de una solución. Ocurre cuando dos compuestos solubles forman un producto insoluble en un medio, a menudo acuoso. Si bien el tamaño inicial de las partículas del precipitado formado se encuentra en el rango nanométrico, las partículas primarias suelen aglomerarse o agregarse espontáneamente para formar partículas mucho más grandes. La polimerización es una forma especial de precipitación en la que monómeros mínimamente solubles en una solución acuosa forman gotas de emulsión con solubilidad cero. [ 6 ]
La granulación es el proceso de formación de material granular a partir de polvos o partículas más pequeñas. Ocurre cuando un líquido aglutinante se mezcla con partículas de ingredientes para formar cúmulos compactos. Estos cúmulos pueden procesarse y comprimirse posteriormente en forma de tabletas para otras aplicaciones. [ 6 ] [ 7 ]
La extrusión da forma a objetos con una sección transversal fija cuando el material de partida se empuja a través de una matriz con la sección transversal deseada. Esta técnica se utiliza a menudo para gránulos de plástico, metal y caucho. En la industria alimentaria, la extrusión también se utiliza ampliamente para la elaboración de pasta, picatostes, cereales, masa para galletas, alimentos para mascotas, etc., con el fin de lograr uniformidad en estos productos. [ 8 ]
Reducción de tamaño
La conminución es la reducción mecánica del tamaño de los materiales sólidos. Incluye trituración, corte, molienda, vibración y otros procesos. La trituración y el corte reducen grandes trozos de material seco o duro a un tamaño de centímetros. La molienda se puede aplicar tanto a materiales secos como húmedos, obteniendo partículas de tamaño milimétrico.
La atomización es el proceso de dividir líquidos en una pulverización de gotitas mucho más pequeñas, como un aerosol . El tamaño resultante de estas partículas o gotitas suele estar en el rango de nanómetros a micrómetros. Existen muchas aplicaciones industriales de la atomización de líquidos, incluyendo el secado por pulverización , el recubrimiento de películas, la fabricación de nanoemulsiones, etc. Otras aplicaciones incluyen rociadores contra incendios, pulverizadores agrícolas, champús en seco, etc. [ 9 ]
Emulsificación
La emulsificación es el proceso de dispersar partículas de dos o más líquidos inmiscibles. A menudo, uno de los líquidos inmiscibles es acuoso (agua como disolvente) y el otro es orgánico (aceite como disolvente). Los procesos industriales suelen implicar la dispersión de la solución orgánica en la solución acuosa mediante la mezcla con cizallamiento de alta energía o turbulencia intensa. [ 10 ] Debido a la naturaleza inestable de las emulsiones , se requieren tensioactivos o emulsionantes para estabilizar el producto final y lograr una vida útil más prolongada. [ 6 ] Las aplicaciones comunes de las emulsiones incluyen alimentos, productos farmacéuticos y lubricantes. Algunos ejemplos de emulsiones alimentarias son la leche, la mayonesa, la mantequilla y el helado. Algunos ejemplos de emulsiones farmacéuticas y lubricantes son ungüentos, cremas, vitaminas liposolubles y algunos medicamentos. [ 11 ] [ 12 ]
Referencias
- 1 2 3 Othmer, Kirk (15 de noviembre de 1984). Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química (3.ª ed.). John Wiley & Sons. ISBN 9780471824282.
- ↑ Fultz, Brent; Howe, James M., eds. (2008). Microscopía electrónica de transmisión y difractometría de materiales (Tercera ed.). Berlín, Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-540-73885-5.
- ↑ "Principios de medición de PDA - Dantec Dynamics" . Dantec Dynamics | Sistemas y sensores de medición de precisión . Consultado el 4 de noviembre de 2024 .
- ↑ "Teoría de la difracción de Fraunhofer y teoría de la dispersión de Mie" . www.shimadzu.com . Consultado el 4 de noviembre de 2024 .
- ↑ Grumezescu, Alexandru Mihai (2016). Fabricación y autoensamblaje de nanobiomateriales: aplicaciones de los nanobiomateriales . Ámsterdam: William Andrew. ISBN 978-0-323-41533-0.
- 1 2 3 4 5 G. Merkus, Henk (2015). Producción, manipulación y caracterización de materiales particulados . Serie de tecnología de partículas. Nueva York, NY: Springer. ISBN 978-3-319-20948-7.
- ↑ "Granulación en seco frente a granulación en húmedo: diferencias clave en la producción de fertilizantes" . Ceylan Machinery . 24 de marzo de 2026.
- ↑ Savastano, Holmer Jr; Fiorelli, Juliano; dos Santos, Sergio Francisco, eds. (2017). Materiales de construcción sostenibles y no convencionales que utilizan compuestos de fibras aglutinadas inorgánicas . Serie de Woodhead Publishing en ingeniería civil y estructural. Duxford, Reino Unido: Woodhead Publishing. ISBN 978-0-08-102001-2.
- ^ Chang, Isaac; Zhao, Yuyuan (31 de agosto de 2013). Avances en pulvimetalurgia . Ciencia Elsevier. ISBN 978-0-85709-420-9. Consultado el 2 de diciembre de 2024 .
- ↑ Knoerzer, Kai; Juliano, Pablo; Smithers, Geoffrey W. (19 de julio de 2016). Tecnologías innovadoras para el procesamiento de alimentos . Elsevier Science. ISBN 978-0-08-100294-0. Consultado el 2 de diciembre de 2024 .
- ↑ Senieer (21-10-2022). "EMULSIONES FARMACÉUTICAS" . Senieer - Lo que usted confía . Recuperado el 02-12-2024 .
- ↑ "Entendiendo la formulación de emulsiones | Ascendia Pharmaceuticals" . ascendiapharma.com . Consultado el 2 de diciembre de 2024 .
Lecturas adicionales
- Tecnología de partículas