Materie granulară

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "granulat" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea formei farmaceutice, consultați granulele (forma farmaceutică) .
Câteva exemple de materie granulară.
Grăunțe de nisip.

Materia granulară (sau granulată ) este un set de particule solide , suficient de mari pentru a nu le face supuse fluctuațiilor sau mișcărilor termice . Limita de dimensiune inferioară a acestor particule este, prin urmare, de aproximativ 1 µm , sub care particulele ar avea caracteristici coloidale .

Limita superioară nu este bine definită: chiar și blocurile de gheață ale aisbergurilor pot fi considerate incluse în categorie, deoarece legile care guvernează mișcarea lor sunt comparabile. Praful , fiind un set de particule solide cu un diametru mai mic de 500 µm, poate fi parțial considerat în categoria materiilor granulate, precum și a nisipului ; Alte exemple includ cărbunele , orezul , cafeaua , îngrășământul , bilele unui rulment și zăpada .

Materialele granulate sunt importante în numeroase aplicații industriale, cum ar fi industria farmaceutică, agricultura, generarea de energie electrică și construcții.

Cercetările în domeniul materiei granulate datează de laCharles-Augustin de Coulomb , care și-a formulat legea privind fricțiunea pe baza studiilor asupra particulelor granulare solide.

Descriere

Comportamentul pe care îl are un material solid atunci când este împărțit în boabe mai mult sau mai puțin fine este foarte diferit de același material în stare solidă, lichidă sau gazoasă. Pe scurt, materialele granulate prezintă caracteristici similare fluidelor newtoniene, dar își disipă energia foarte repede și prezintă, în funcție de energia lor, caracteristicile solidelor , lichidelor sau gazelor . De exemplu, atunci când energia unui set de granule este redusă, acestea sunt imobile și setul lor se comportă ca un solid. Prin achiziționarea de energie (de exemplu prin agitarea recipientului) granulele vor începe să curgă între ele ca un lichid; dar această mișcare va înceta imediat dacă cineva încetează să mai furnizeze energie.

Un lichid tinde să nu aibă o formă proprie, dar capătă forma recipientului în care se găsește. Un material sub formă de pulbere capătă doar parțial forma recipientului în anumite condiții. De exemplu, dacă un recipient este umplut cu o pulbere, înclinat de un anumit unghi și readus în poziția de echilibru, aceasta poate lua o formă pe suprafață care va depinde strict de unghiul de înclinare și de viteza cu care containerul este readus la starea sa inițială. Acest comportament este clar diferit de cel al unui lichid care, în schimb, va avea tendința de a presupune o conformație uniformă și orizontală a suprafeței. Spre deosebire de un lichid, în recipient presiunea pe care o exercită la diferite adâncimi nu urmează tendința liniară a unui lichid, deoarece o parte a forței este descărcată pe pereții containerului. Acest fenomen poate determina, de exemplu, eșecul structural al silozurilor care au fost proiectate fără a lua în considerare acest fenomen.

Comportamentul unei pulberi cu acțiune de amestecare este, de asemenea, diferit în raport cu un solid sau un lichid. O pulbere se poate amesteca cu progresul agitației ( segregării ), un proces mult temut în domeniul alimentar, farmaceutic și chimic. Particular este efectul cunoscut sub numele de „Efect de nucă braziliană”: [1] particulele dintr-un recipient plasat sub agitare se separă astfel încât particulele mai mari să se concentreze în sus când recipientul este cilindric, în jos când forma este conică.

În rezumat, caracteristicile materialelor granulate includ:

  • amestecare neomogenă (segregare);
  • un set de granule compactate nu poate fi deformat fără dezintegrare;
  • caracteristici anizotrope și neomogene;
  • posibilitatea fenomenelor de avalanșă .

Caracteristici ușor de măsurat

  • Greutate specifică aparentă: un corp solid are propria greutate specifică specifică, atunci când există un material granulat volumul ocupat este mai mare și depinde de mulți factori: de la dimensiunea, forma particulelor și umiditatea, măsurarea greutății specifice aparente este foarte util pentru dimensionarea transporturilor sau containerelor.
  • Umiditate: pentru multe tipuri de material granulat, umiditatea acestuia variază comportamentul și netezimea, dar și valoarea sau posibilitatea de utilizare comercială. De exemplu, în cazul semințelor de cereale sau făinurilor derivate din cereale.
  • Unghiul de alunecare: sub măsurarea unghiului de repaus este descris, unghiul de alunecare este unghiul minim al unui plan înclinat, astfel încât materia granulară să nu poată rămâne staționară, poate fi măsurată prin plasarea materiei granulare pe un plan orizontal și apoi pe o parte din acest plan crește până când toată materia a alunecat în jos.

Factori care le influențează comportamentul

Există mai mulți parametri care afectează comportamentul materiei granulare.

Printre cele intrinseci ale particulelor ne putem aminti:

  • Distribuția mărimii particulelor
  • Forma particulelor
  • Rugozitatea suprafeței lor
  • Caracteristicile chimice ale materialului
  • Caracteristicile mecanice ale materialului (elasticitate)

Printre cele externe avem:

Au o mare influență asupra fluidității , adică capacitatea pulberii de a curge sub acțiunea unei forțe externe. Este ridicat atunci când materialul nu necesită multă energie pentru a curge.

Măsurarea fluidității

Există mai multe tehnici de măsurare a fluidității materialelor sub formă de pulbere:

  • Unghiul de repaus
  • Curge printr-un orificiu
  • Indicele de compresibilitate
  • Raportul Hausner
  • Celula de forfecare directă a lui Jenike
  • Indicator de închidere Johanson
  • Celula de forfecare inelara
  • Tester rotativ Peschl
  • Aeroflow
  • Metode Helix

Unghiul de repaus

α este unghiul de repaus al substanței

Proba este încărcată într-o pâlnie și făcută să curgă, cu măsuri de precauție adecvate, pe o suprafață plană. Se calculează apoi unghiul conului în raport cu suprafața plană.

Determinarea se bazează pe considerentul că, în urma formării unui con cu materialul analizat, acesta va avea un unghi mai mare la bază cu cât fluiditatea acestuia este mai mică.

AR = (ALPHA 1+ ALPHA 2) / 2

Curge printr-un orificiu

Măsurarea se bazează pe trecerea pulberii printr-o gaură circulară cu diametrul cunoscut. Putem distinge 3 variante ale măsurii:

  1. Măsurarea timpului total de trecere prin orificiul circular
  2. Măsurarea vitezei de trecere prin orificiul circular
  3. Determinarea diametrului minim al găurii care permite trecerea

În toate cazurile avem un con care are o gaură circulară în partea inferioară.

Indicele de compresibilitate

Proba este turnată într-un cilindru gradat cu un volum de 250-500 ml. Volumul materialului (Vi) este măsurat înainte de orice compactare. Pulberea este apoi redusă în volum prin agitarea cilindrului, într-o procedură de sus în jos. Când nu mai există compactare, se determină noul volum (Vf) al probei. Indicele de compresibilitate este calculat ca o modificare procentuală a volumului ocupat de material înainte și după compactare.

Cu cât valoarea IC este mai mare, cu atât fluiditatea este mai mică.

Raportul Hausner

O cantitate cunoscută de probă este turnată într-un cilindru gradat cu un volum de 250-500 ml. Se măsoară volumul materialului ( ) înainte de orice compactare. Pulberea este apoi redusă în volum prin agitarea cilindrului, într-o procedură de sus în jos. Când nu mai există compactare, se determină noul volum ( ) din eșantion. Densitatea aparentă ( ) și densitatea exploatată ( ) Raportul Hausner este calculat ca raportul dintre densitatea finală și densitatea inițială.

Cu cât valoarea HR este mai mare, cu atât fluiditatea este mai mică.

Notă

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 70194 · LCCN (EN) sh85056435 · BNF (FR) cb12133231s (data) · NDL (EN, JA) 00.563.676