Aplicação de métodos estatísticos na otimização da densidade de empacotamento de distribuições de pós de alumina

Abstract

Fatores como a distribuição granulométrica e a morfologia condicionam as propriedades físicas de sistemas particulados (e.g. misturas de pós, pastas, concretos refratários), entre as quais a densidade de empacotamento. Podem ser encontrados, na literatura, vários modelos para a otimização da distribuição de tamanhos de partículas que maximiza o empacotamento, todos desenvolvidos para sistemas de esferas perfeitas (e.g. Furnas, Andreasen, Alfred). Neste trabalho, pós de alumina comercial (reativa e tabular) foram separados em nove frações granulométricas e, recorrendo a dois procedimentos distintos, construíram-se seis sistemas ternários diferentes e complementares de tamanhos de partículas. Usando a metodologia das superfícies de resposta e técnicas de análise estatística afins (programa de cálculo Statistica) obteve-se, em ambos os casos, a distribuição granulométrica que maximiza a densidade de empacotamento. Por comparação com as distribuições granulométricas teóricas, ficou demonstrada a validade do modelo teórico de Alfred para esferas perfeitas. Os resultados obtidos demonstram, assim, que o efeito prejudicial da não esfericidade das partículas pode ser, na realidade, compensado pela otimização da distribuição granulométrica global.Particle size distribution and morphology are among the factors that affect the physical properties of particulate systems (e.g. powder mixtures, pastes, castable refractories). One such property is packing density. There are, in the literature, models that optimise particle size distributions for maximum packing density, all of them derived for spherical particles (e.g. Furnas, Andreasen, Alfred). In this work, commercial alumina powders (reactive and tabular) were divided into nine particle size classes. Following two different approaches, the latter were used to build six different ternary systems of complementary particle sizes. Using the response surface methodology and related statistical techniques (software Statistica), the particle size distribution that maximises the packing density was obtained in both cases and, by comparison with theoretical particle size distributions, the validity of Alfred's theoretical model for perfect spheres was demonstrated. These results clearly show that the harmful effect of the non-spherical shape of real particles can, in fact, be compensated by the optimization of the overall particle size distribution.