Aireación, Fluidización, Permeabilidad de polvos

La interacción de los polvos con el aire modifica fuertemente sus propiedades y, por lo tanto, debe ser bien comprendida por los operadores de procesos. Esta página explica por qué diferentes tipos de polvos se comportan de manera distinta al ser aireados y relaciona la aireación y la permeabilidad con observaciones de proceso (en transporte neumático, lechos fluidizados, dosificación de polvos...)

1. Aireación de polvos

La percolación de un gas a través de un lecho de polvo puede cambiar drásticamente su densidad aparente, así como su fluidez. El flujo de aire, de hecho, "airea" el polvo, aflojándolo.

Sin embargo, no todos los polvos presentan el mismo comportamiento al ser sometidos a un flujo de aire. Algunos polvos se expandirán de manera homogénea, mientras que otros permanecerán más compactos, con el aire acumulándose en "canales".

¿Cómo clasificar los polvos según su comportamiento de aireación?

La fluidización de polvos ha sido estudiada por Geldart, quien ha definido 4 grupos de productos y un gráfico que permite estimar, a partir de las propiedades del material, en qué grupo se clasifica un polvo [Rhodes]. Los experimentos se realizaron en un lecho fluidizado.

La densidad ρ_{_p} de las partículas utilizada en el gráfico anterior se define como la masa de una partícula dividida por su volumen, incluyendo poros abiertos y cerrados.

Los siguientes grupos están definidos:

• Grupo A: polvos aireables. Estos polvos retienen muy bien el aire y de manera homogénea. Presentan una baja permeabilidad (véase el siguiente párrafo), lo que les permite retener el aire durante un tiempo y mantenerse fluidizados. Pueden ser transportados neumáticamente, especialmente en fase densa.
• Grupo B: polvos tipo arena; las interacciones entre partículas son bajas, con una baja permeabilidad (véase el párrafo siguiente), lo que significa que las partículas dejan de estar fluidizadas en el instante en que se corta el aire. Las burbujas pueden aumentar de tamaño y alcanzar el diámetro del lecho fluidizado, creando "tapones" (*slugs*).
• Grupo C: polvos cohesivos; el gas no podrá distribuirse uniformemente en burbujas dentro del lecho de partículas, sino que creará canales (de ahí el término *channeling*). Es posible anticipar si un polvo pertenecerá al grupo C comparando las densidades aparentes suelta y compactada. Si la relación compactada/suelta > 1.4, entonces el polvo podría pertenecer al grupo C.
• Grupo D: polvos "esputables" (*spoutable*), con un comportamiento similar al grupo B, aunque puede alcanzarse un estado de "esputación" (*spouting*), donde una columna de gas se ubica en el centro del lecho fluidizado (esto requiere, sin embargo, que el aire se inyecte por un único punto en lugar de distribuirse en toda la base del lecho de partículas).

Relación entre aireación y fluidez de polvos

La fluidización del polvo reduce las interacciones entre partículas, que se separan unas de otras por el aire ("aireadas"). Como consecuencia, los polvos son más fluidos. Este principio de fluidización es utilizado por algunos sistemas de ayuda a la descarga , que insuflan aire en tolvas para fluidizar sólidos a granel. También se emplea en lechos fluidizados, donde el aire se distribuye en la base de un lecho de polvo para fluidizarlo. Por otro lado, algunos polvos pueden fluidizarse en exceso y fluir de manera descontrolada fuera de los silos (*flooding*), lo que puede ocurrir especialmente con polvos del grupo A mencionado anteriormente.

2. Permeabilidad de polvos

La permeabilidad de un polvo es una medida de la facilidad con que un flujo de aire lo atraviesa. Si el polvo no es muy permeable, requerirá una alta caída de presión de aire para establecer un flujo a través de él. Por el contrario, si es muy permeable, el aire lo atravesará fácilmente con una mínima caída de presión.

La permeabilidad puede medirse preparando una muestra del producto, aplicando una carga sobre ella para evitar su expansión (de lo contrario, se mediría la aireación o fluidización del polvo) y sometiendo el sistema a un flujo de aire desde la base de la muestra. Luego se mide la caída de presión. Comparar la caída de presión inducida por diferentes materiales permitirá definir qué tan permeables son.

La permeabilidad también está relacionada con la capacidad de retención de aire. Un polvo de baja permeabilidad, una vez fluidizado, retendrá el aire durante cierto tiempo y continuará fluyendo incluso si se interrumpe el suministro de aire. Esto puede ser ventajoso en el transporte en fase densa, ya que el polvo será menos sensible a perturbaciones del proceso.

Fuentes

[Rhodes] *Principles of Powder Technology*, página 123, Rhodes, Wiley, 1990