1. Definición

¿Qué es el PSD?

Las partículas en una muestra de polvo no tienen todas el mismo tamaño. Para caracterizar los sólidos en algunas aplicaciones donde el tamaño es un parámetro importante, es necesario medir el tamaño de la población de partículas y describir qué proporción de la muestra corresponde a un tamaño dado (o rango de tamaño): la distribución del tamaño de partícula se llama PSD. PSD son las siglas de Distribución del Tamaño de Partícula.

El resultado del análisis generalmente se presenta en 2 formatos: una distribución acumulativa y una distribución de frecuencia (o diferencial). Conocer el PSD es necesario en muchas aplicaciones industriales para diseñar u operar equipos (molienda, secado por pulverización, separación gas-sólido, diseño de ciclones...)

2. Cálculo

¿Cómo calcular y presentar el PSD?

La distribución acumulativa del tamaño de partícula muestra, para cada tamaño de partícula, qué % de la muestra tiene un tamaño menor o igual al valor en el eje x.

Gráfico 1 : Distribución acumulativa

La distribución de tamaño de partícula de frecuencia (o diferencial) muestra qué % de una muestra corresponde a un diámetro dado (también puede ser un rango de diámetros).

Gráfico 2 : Distribución de frecuencia

Es posible obtener la distribución acumulativa mediante la integración de la distribución de frecuencia. Así, es posible obtener la distribución de frecuencia mediante la derivación de la distribución acumulativa.

La distribución puede ser de diferentes tipos según la forma de contar la población. La distribución del tamaño puede ser como función de :

• Número de partículas
• Longitud
• Superficie
• Volumen (o peso)

En realidad, es posible (aunque no muy preciso) pasar de una distribución a otra gracias a un factor de forma.

A menudo se requiere encontrar medidas características de la distribución. La mayoría de las veces consistirá en encontrar un diámetro característico. Una forma es buscar un diámetro promedio, pero debe tenerse en cuenta que hay diferentes formas de calcular diámetros promedio que serán más o menos relevantes según la aplicación. A continuación se presentan 2 diámetros promedio que se utilizan con frecuencia para caracterizar una distribución:

Ecuación 1: Diámetros promedio para la caracterización del PSD

Otro método práctico es usar d₅₀ y d₉₀, que corresponden a los diámetros para los cuales el 50% y el 90% de la muestra tendrán un diámetro menor que el d₅₀ y d₉₀ determinados.

3. Medición de la distribución del tamaño de partícula (PSD)

¿Cómo medir el PSD?

Se pueden usar diferentes métodos, más o menos complicados y precisos, para determinar una distribución del tamaño de partícula. A continuación, se describen 2 métodos que se utilizan con frecuencia.

Método básico: tamizado

Un método popular, ya que no requiere grandes inversiones, es usar una torre de tamices. La torre está compuesta por diferentes tamices de malla metálica, volviéndose cada vez más finos. La muestra se coloca en la parte superior de la torre y el sistema se pone en vibración. Después de un tiempo de vibración definido, se pesa la cantidad recogida en cada tamiz. Se puede dibujar un histograma, correspondiente a la distribución de tamaño de partícula de frecuencia de la muestra.

El método es económico, rápido pero bastante burdo en los resultados obtenidos y se puede utilizar principalmente para polvos que se pueden manipular fácilmente.

Figura 1: Distribución del tamaño de partícula mediante tamizado

Método avanzado: difracción láser

La difractometría láser (también llamada difracción de Fraunhoffer) es un método automatizado y preciso para determinar la PSD de una muestra. Este método requiere suspender los sólidos, lo que puede no ser posible para todos los tipos de sólidos (la disolución - se pueden usar diferentes tipos de líquidos). Se hace pasar un haz láser a través de la muestra, la intensidad y la luz difractada y el ángulo de difracción permiten medir el tamaño de las partículas y contar su número.

Nota: todos los métodos tienen pros y contras, y la interpretación de los resultados debe hacerse por personas que comprendan los límites e hipótesis de cada método.

4. Aplicación de PSD

¿Cuál es el interés del PSD?

Conocer el PSD de una muestra puede ser importante para dirigir un proceso o incluso liberar una producción desde un punto de vista de calidad. Procesos típicos que requieren PSD en un momento u otro:

• Proceso de molienda
• Proceso de granulación
• Proceso de secado por pulverización
• Proceso de cristalización

Generalmente, todos los procesos donde se requiere un polvo calibrado.

La distribución de frecuencia proporciona información interesante sobre la población de partículas. Comúnmente, hay un solo pico en la distribución. La partícula se dice monomodal. Pero también puede suceder que haya varios picos, en este caso, la distribución se dice multimodal. En el caso de un proceso de molienda, por ejemplo, la aparición de un segundo pico puede mostrar que el molino no está funcionando como se esperaba.

También puede ser interesante modelar la distribución mediante una ley:

• Normal
• Log-Normal
• Rosin Rammler

Cada representación puede ser útil para cálculos posteriores o para determinar cuándo la muestra es anormal (no se ajusta a la ley que puede modelar este tipo de muestras).