Pruebas con reómetro de polvos: una guía para ensayos de fluidez de polvos

Reómetros de polvos¹ se han utilizado cada vez más en los últimos 10 años como método rápido para obtener datos de fluidez en polvos; el tipo más común de reómetro es el Freeman FT4. Esta página explica el principio de funcionamiento de un reómetro de polvos, así como cómo se puede determinar la fluidez de un polvo mediante este tipo de instrumento.

1. Reómetro de polvos: principios de funcionamiento

Los reómetros de polvos se han desarrollado como alternativa, o complemento en ciertos casos, a las pruebas con celdas de corte , que es el método tradicional para evaluar la fluidez de polvos y diseñar tolvas y silos. El modelo de reómetro más común en la industria es el Freeman FT4. La información proporcionada en esta página es aplicable a este equipo.

Un reómetro de polvos está equipado con un agitador (hélice) que se sumerge en una muestra del polvo a analizar. El agitador gira siguiendo diferentes patrones, y se registran la velocidad, el par (torque) y la altura en el volumen de polvo. Los datos recopilados pueden graficarse para determinar la fluidez.

Figura 1: Componentes principales de un reómetro de polvos

Cabe destacar que las pruebas pueden realizarse con el polvo en diferentes estados de aireación. Además, en algunos reómetros, es posible fluidizar el polvo. Estos estados buscan simular las condiciones reales del proceso. Cuanto mayor sea la energía (par) requerida para girar el agitador, mayor será la resistencia al flujo en procesos confinados y operaciones unitarias (-> menor fluidez en esas condiciones).

En ciertos casos, si se usan los accesorios correctos, también es posible realizar pruebas clásicas con celdas de corte.

2. Datos de un reómetro de polvos e interpretación para determinar la fluidez

¿Cómo medir la fluidez con un reómetro de polvos?

La muestra de polvo se vierte en el vaso de prueba, y el agitador se cubre con el polvo.

Luego, pueden realizarse diferentes pruebas. La prueba más común consiste simplemente en medir la energía requerida cuando el agitador giratorio desciende a través del polvo (Energía Básica de Flujo, BFE). Cuanta más energía se requiera, mayor será la resistencia al flujo en procesos confinados y operaciones unitarias (-> el material es menos fluido en esas condiciones).

Gráfico 1: Curva de Energía Básica de Flujo obtenida con un reómetro de polvos

Debe tenerse en cuenta que es difícil interpretar un resultado aislado. El análisis se vuelve más relevante si ya existe una base de datos disponible, con la curva de energía, y si se conoce la fluidez real en el proceso de interés (los resultados del reómetro permiten definir la fluidez en un entorno de proceso específico). Entonces, es posible evaluar con nuevas sustancias si la fluidez será peor, igual o mejor que la de compuestos conocidos.

Otras pruebas

Un reómetro de polvos mide la fluidez de manera dinámica, lo que significa que pueden realizarse otras pruebas, y la relevancia de estas debe definirse según el proceso en el que se utilice el polvo. La energía de fluidez, como se mostró anteriormente, puede complementarse con las siguientes mediciones:

• Aireación
• Consolidación
• Tasa de flujo
• Energía específica

La prueba de aireación es útil para definir qué tan cohesivo es un polvo y con qué facilidad puede fluidizarse. Esto aporta información para el diseño de tolvas (si es posible fluidizar el polvo para mejorar su flujo). La prueba se realiza de manera similar a la de energía de flujo, pero esta vez la energía se mide a varias velocidades de fluidización, creando un lecho fluidizado. Si la energía de flujo alcanza un valor bajo a alta velocidad de aire, significa que el polvo no es cohesivo y se fluidizará fácilmente. Por el contrario, si el valor estable se alcanza con alta energía, indica que el aire está "canalizando" a través del polvo y no lo está aireando adecuadamente.

Gráfico 2: Resultados de una prueba de aireación obtenidos con un reómetro de polvos

La prueba de consolidación mide la energía de flujo en función del número de golpes aplicados para aumentar la densidad aparente de una muestra. Cuanto más aumente la energía de flujo requerida con la consolidación de la muestra, más sensible será el producto a almacenamientos prolongados (en silos, por ejemplo) o transporte que incremente la densidad aparente.

La prueba de tasa de flujo permite verificar si la fluidez del polvo cambia con la velocidad a la que se le hace fluir. Los polvos cohesivos tendrán diferentes energías de flujo según la tasa de flujo (simulada mediante variaciones en la velocidad del agitador).

La prueba de energía específica es útil para medir si las partículas tienden a "encastrarse" (debido a su forma), lo que puede ayudar a detectar una posible mala fluidez o mezclabilidad (al menos en ciertos tipos de mezcladoras), pero, por el contrario, una capacidad para reducir la segregación una vez mezclado adecuadamente.

3. Datos de un reómetro de polvos e interpretación para transporte en fase densa

En transporte en fase densa, es importante que el material pueda retener aire, mantenerse aireado, para generar una caída de presión que permita el movimiento del tapón de material. Una prueba de permeabilidad puede realizarse aplicando una presión sobre un **lecho de partículas** (para evitar la expansión) y midiendo la **pérdida de carga** del aire a través del **lecho de partículas**.

Cuanto mayor sea la **pérdida de carga**, menor será la **permeabilidad**.

Gráfico 3: Resultados e interpretación de una prueba de **permeabilidad** obtenida con un **reómetro de polvos**

Cabe señalar que existen otras pruebas que pueden realizarse con un **reómetro de polvos**; las mencionadas anteriormente son las más comunes.

«Powder Rheometer» es una marca registrada de Freeman Technologies