1. Definición

¿Qué es la 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 tamaños) : la distribución de tamaño de partículas se llama PSD. PSD significa Distribución de Tamaño de Partículas.

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

2. Cálculo

¿Cómo calcular y presentar la PSD?

La distribución de tamaño de partículas acumulativa muestra para cada tamaño de partículas qué % de la muestra tiene un tamaño menor o igual que el valor en el eje x.

Gráfico 1 : Distribución acumulativa

La distribución de tamaño de partículas de frecuencia (o diferencial) es 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 de tamaño puede ser una función de :

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

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

A menudo es necesario encontrar medidas características de la distribución. La mayoría de las veces consistirá en encontrar un diámetro característico. Una forma es buscar un diámetro medio, pero debe tenerse en cuenta que hay diferentes formas de calcular diámetros medios que serán más o menos relevantes dependiendo de la aplicación. Dos diámetros medios que se utilizan a menudo para caracterizar una distribución se dan a continuación :

Ecución 1 : Diámetros medios para caracterización de PSD

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

3. Medición de la distribución de tamaño de partículas PSD

¿Cómo medir la PSD?

Se pueden utilizar diferentes métodos, más o menos complicados y precisos, para determinar una distribución de tamaño de partículas. A continuación se describen dos métodos que se utilizan a menudo.

Método básico : tamizado

Un método popular, ya que no requiere grandes inversiones, es utilizar una torre de tamizado. La torre está compuesta por diferentes tamices de malla de alambre, 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 partículas de frecuencia de la muestra.

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

Figura 1 : Distribución de tamaño de partículas por tamizado

Método avanzado : difracción láser

La difractometría láser (también llamada difracción de Fraunhoffer) es un método automático y preciso para determinar la PSD de una muestra. Tal método requiere poner en suspensión los sólidos, lo que puede no ser posible para todo tipo de sólidos (disolución - diferentes tipos de líquido se pueden utilizar, sin embargo). Un haz láser se pasa 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 del resultado debe ser realizada por personas que entiendan los límites e hipótesis de cada método.

4. Aplicación de PSD

¿Cuál es el interés de la PSD?

Conocer la 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 aspersión
• Proceso de cristalización

Típicamente todos los procesos donde se requiere un polvo calibrado.

La distribución de frecuencia proporciona información interesante sobre la población de partículas. Bastante comúnmente, hay un pico único en la distribución. La partícula se dice entonces 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 había previsto.

También puede ser interesante modelar la distribución por una ley :

• Normal
• Log-Normal
• Rosin Rammler

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