laboratório de caracterização de partículas
Laboratório de caracterização doméstica de partículas (versão de 19/08/2020)
A indústria de materiais particulados precisa ter várias informações sobre características dos pós, para controlar a qualidade dos processos e dos produtos finais sinterizados, ou fabricados por Manufatura aditiva (impressão 3D de metais e/ou cerâmica).
Em muitos casos as técnicas de caracterização são muitos simples: determina-se a distribuição granulométrica por peneiramento, e a escoabilidade pelo tempo de passagem num funil padronizado.
A proposta aqui é exercitar isso em casa mesmo, com materiais domésticos, como sal e açúcar. Nós faremos algumas experiências com sal e açúcar, neste curso. Esses dois produtos são vendidos em pelo menos duas granulometrias, por exemplo Sal grosso e sal de cozinha, ou açúcar cristal e açúcar refinado. Existem tipos de açúcar muito finos, açúcar demerara, por exemplo, mas não vamos usá-lo.
Nosso laboratório terá três partes, peneiramento, escoabilidade e densidade aparente. Vocês farão um relatório, com fotos, das medidas que fizerem.
1. Peneiramento
Investigue, na sua cozinha, quantas peneiras existem. Observe a “malha” da peneira, identifiquem qual o tamanho do buraco da peneira, ou seja, qual a granulometria “passante”. Não é fácil, em geral, pois a dimensão costuma ser pequena, difícil de medir. Veja se na peneira existe alguma referência sobre a “malha”.
Decida se você vai trabalhar com sal ou açúcar. O ideal que você seja capaz de separar uma fração passante e uma fração retida, ou seja, busquem um material que não seja 100% passante na peneira. Do produto que você escolheu, tente medir quantos porcento passam e quantos porcento ficam retidos. Ideal é fazer isso por peso, mas se não tiver uma balança adequada, classifique por volume.
No relatório, registre que peneira usou, de que material é feita a peneira (plástico? Metal?) que produto você classificou, que marca, que tipo (os rótulos as vezes trazem alguma informação adicional, ou quem sabe o Google ajude).
Registre, por fotografia, a peneira e os pós passante e retido.
2. Escoabilidade
A escoabilidade de um pó é importante para os processos de fabricação. Em geral, o pó escoa até o ponto de uso, veremos exemplos em aulas posteriores. Como medir a escoabilidade? O método mais comum é muito simples: quantos segundos são necessários para uma certa quantidade de pó escoar por um funil padrão. Conheceremos o funil padrão na 2ª aula, mas para esta aula de laboratório doméstico, usaremos o que você tiver à mão. Ideal é usar o funil que deve existir na sua cozinha, mas se não tiver, crie um funil de papel. Coloque uma quantidade fixa de pó no funil, tampando a saída com o dedo. Cronometre quantos segundos demora para escoar (se é que escoou) aquela quantidade. Se tiver uma balança, pese 50g.
Se você conseguiu, na parte 1, separar o pó passante do pó retido, compare o tempo de escoamento das duas frações: quem escoa mais depressa , o pó fino ou o grosso?
Registre seus resultados, em texto e em fotografia.
3. Densidade aparente
Essa 3ª parte é extra. Se der, façam. A densidade aparente é muito importante, tanto para a metalurgia do pó quanto para a cerâmica técnica, e para a manufatura aditiva. Ela informa qual a quantidade de material que preenche uma cavidade, levando em conta que existem espaços vazios entre as partículas.
Para quem tiver balança de cozinha em casa, é bem simples. Coloque seu material (sal ou açúcar) em um recipiente de volume conhecido. Na cozinha as vezes existem copos graduados. Pese o pó que coube naquele volume. Determine a densidade aparente, em gramas por cm3. Calcule a densidade aparente relativa, em porcentagem, comparando com a densidade do material que você escolheu. Você encontrará a massa específica (densidade) do sal e do açúcar na internet. Se a densidade aparente for de 60%, isso quer dizer que 40% do volume é ocupado por vazios.
Relate isso.
Lembre-se, seu produto final é um relatório. Deve explicitar os objetivos do relatório, a metodologia usada, os resultados e as conclusões, que podem incluir as limitações e incertezas dos resultados que vocês obtiveram. Boa sorte.
Preparado por Fernando Landgraf