tecnologia farmaceutica - farmacotécnica

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TECNOLOGIA INDUSTRIALCurso de Especializao Ps-Graduada em Farmacotecnia Avanada Faculdade de Farmcia da Universidade de Lisboa

TECNOLOGIA DE PS

0. INTRODUOApesar de a Humanidade ter lidado com ps desde os seus primrdios, s na segunda metade do Sculo XX estes foram estudados cientificamente. Nasceu assim um novo ramo do conhecimento que se denomina Tecnologia dos Ps, e que se prope caracteriz-los e estudar as operaes unitrias que lhes dizem respeito. A primeira dificuldade que surge, e a que normalmente se procura fugir, a de definir o que um p. De facto, se procurarmos exemplos extremos, poderemos interrogar-nos sobre se um lquido no ser um p em que as partculas se reduzam s molculas, ou se um cemitrio de automveis no um monte de p, em que as carcassas dos carros seriam as partculas. O senso comum transmite-nos uma imagem de um p que de nenhuma forma se coaduna com estes exemplos extremos, sem que, no entanto, seja fcil definir os limites. Assim definiremos p como um conjunto de partculas slidas, fisicamente distintas, que se comportam em conjunto. As partculas de um p esto sujeitas a dois tipos distintos de foras que sobre elas actuam: 1- Foras Internas Estas foras tendem a cancelar-se mutuamente, dado que as suas orientaes se distribuem ao acaso. Microscopicamente elas tendem a restringir a liberdade de movimento independente das partculas, o que se manifesta macroscopicamente por um efeito de coeso que o p exibe. So exemplos as foras de Van der Waals, interaces electrosttica ou magntica, pontes lquidas, etc.

Manuel Caldeira CoelhoInvestigador Principal do INETI caldeira.coelho@ineti.pt

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2- Foras Externas Estas foras no so orientadas ao acaso, e tendem, por isso, a causar movimento de zonas do p. So exemplos destas foras a gravidade ou o impacto da p de um agitador. costume dividir os ps em dois grandes grupos: ps coesivos e ps soltos (free-flowing). Mais uma vez o senso comum nos transmite uma imagem que no fcil transpor para termos precisos. Com efeito, qualquer pessoa se apercebe da diferena de comportamento que existe entre a farinha e a areia. No caso da farinha (p coesivo) o escoamento do p d-se em avalanches, isto , o p parece fracturar-se e no escoar-se, enquanto que, no caso da areia (p solto), o escoamento suave e progressivo. Porqu esta diferena de comportamento? A primeira diferena que salta vista a diferena de tamanho das partculas nos dois casos, mas a pergunta pode transpor-se interrogando-nos sobre se tal diferena significativa ou mera coincidncia. O facto de p coesivo parecer fracturar mais do que escoar-se sugere que as foras internas neste p tm uma intensidade muito grande comparada com o peso das partculas, sendo por isso necessrio para as vencer, no o peso de uma, mas o de muitas partculas, que assim se movem em bloco. Com efeito todas as foras internas so consequncia de interaco entre as superfcies de partculas vizinhas, e como tal tendem a variar com o quadrado da dimenso da partcula, enquanto que o peso das partculas varia com o cubo da sua dimenso. Assim, para os ps grosseiros, o peso das partculas grande quando comparado com as foras internas, enquanto que para os ps finos tender a verificar-se o contrrio. Do exposto se conclui que dever haver uma dimenso crtica, abaixo da qual as foras internas predominam sobre as externas. Quando tal sucede o p diz-se coesivo; quando as foras externas predominam sobre as internas o p diz-se solto (free-flowing).

Manuel Caldeira CoelhoInvestigador Principal do INETI caldeira.coelho@ineti.pt

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Infelizmente, na prtica as coisas no so to simples, pois a dimenso das partculas no o nico factor que afecta o comportamento do p. A densidade do material de que as partculas so constitudas afecta igualmente a sua massa, e por isso o seu peso, sendo por isso de prever, como a experincia confirma, que a dimenso de transio seja menor num p de um material mais denso. Apenas como curiosidade de notar que um p que solto na Terra pode ser coesivo na Lua, j que a acelerao da gravidade, e por isso o peso das partculas, cerca de seis vezes menor! Outros factores, tais como a forma e a rugosidade das partculas, e a prpria natureza do material tm tambm influncia, j que afectam a rea de contacto entre as partculas, e consequentemente a intensidade das interaces entre elas. Note-se, alis que a proporcionalidade das foras internas ao quadrado da dimenso das partculas e do peso ao cubo dessa dimenso, s tem um significado preciso quando se consideram partculas regulares (p. e. esfricas) ,o que, na prtica, no ser geralmente o caso. Por outro lado preciso ter em conta que, para os ps cujas partculas tenham dimenses prximas da dimenso crtica, a transio de p solto a coesivo gradual, j que interaces da ordem de metade do peso da partcula j restringem apreciavelmente a sua liberdade de movimento, enquanto que interaces da ordem do dobro ou do triplo do peso de uma partcula podem ser vencidos com agregados de apenas algumas partculas, os quais no dariam de forma alguma origem a um efeito macroscpico semelhante ao de um p coesivo tpico. Teremos ocasio de voltar a este assunto a propsito dos fenmenos de segregao e mistura de ps. Desde j, no entanto, ressalta a importncia que a caracterizao de um p assume no seu estudo e na previso do seu comportamento.

Manuel Caldeira CoelhoInvestigador Principal do INETI caldeira.coelho@ineti.pt

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1. CARACTERIZAO DE PSSendo um p um conjunto de partculas slidas, a primeira caracterstica que se nos apresenta como relevante definir a dimenso das partculas. No caso geral elas no sero todas iguais e tero forma irregular, pelo que convm comear por definir o que a dimenso de uma partcula. No caso de uma partcula com forma regular (esfera cubo, octaedro, tetraedro, etc.) haver uma dimenso caracterstica em termos da qual a partcula fica totalmente definida. Porm, na generalidade dos casos, as partculas no tero forma regular, e, por isso, torna-se necessrio atribui-lhe uma dimenso mdia, por exemplo o dimetro da esfera com o mesmo volume do que a partcula, o dimetro da esfera com a mesma rea superficial do que a partcula, etc. Sucede, porm, que as vrias definies no so equivalentes, j que um cubo de aresta unitria tem o volume igual a uma esfera de dimetro 1.24, enquanto que a sua rea superficial igual de uma esfera de dimetro 1.38 . Assim, a dimenso de uma partcula torna-se funo do mtodo de medida usado, j que os diferentes mtodos utilizam diferentes princpios fsicos. De um modo geral, todos eles avaliam a dimenso da partcula pela dimenso da esfera do mesmo material que, nas mesmas circunstncias, causasse o mesmo efeito. Os mais usados so os seguintes: Dimetro volumtrico - Dimetro da esfera com o mesmo volume do que a partcula

Dimetro superficial - Dimetro da esfera com a mesma rea superficial do que a partcula Dimetro aerodinmico - Dimetro da esfera do mesmo material que ope a mesma resistncia ao fluxo de um fluido do que a partcula, nas mesmas condies de fluxo Dimetro de Stokes - Dimetro da esfera do mesmo material que, em queda livre no mesmo meio e em regime laminar, atinge a mesma velocidade terminal do que a partcula

Manuel Caldeira CoelhoInvestigador Principal do INETI caldeira.coelho@ineti.pt

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Dimetro projectado - Dimetro da esfera que projecta uma imagem com a mesma rea do que a partcula assente na sua posio mais estvel Dimetro de peneirao - Dimetro da maior esfera que passa pela menor abertura quadrada atravs da qual passa a partcula Para outras definies ver Particle size measurement, T. ALLEN . Em virtude da forma como so obtidos, alguns dos dimetros acima definidos fornecem um valor mdio da dimenso das partculas da amostra ensaiada, enquanto que outros so adequados para fornecer informaes sobre o espectro granulomtrico do p. A definio da forma das partculas bastante mais complexa, e, de um modo geral, muito menos estudada. Heywood reconheceu que o termo forma, tal como em geral usado, se refere a duas caractersticas distintas da partcula. Tais caractersticas devem ser apreciadas separadamente, sendo uma o grau com que a partcula se aproxima de uma forma definida, tal como um cubo, tetraedro ou esfera, e a segunda as propores relativas que permitem distinguir um cubide, tetraedride ou esferide de outro da mesma classe. Na maioria das aplicaes, a forma , no entanto, uma caracterstica de menor interesse, pelo que no levaremos o assunto mais longe. Para mais detalhes, consultar Particle size measurement, T. ALLEN, cap. 4 . A ocorrncia de ps em que as partculas so todas iguais , no entanto, rara, pelo que a dimenso mdia das partculas no define univocamente o p. Em termos estatsticos o dimetro mdio uma medida de localizao, a qual deve ser complementada por uma medida de disperso. A forma mais corrente de representar a distribuio granulomtrica de um p so as curvas diferenciais ou cumulativas de frequncia. Estas curvas so construdas a partir dos dados da anlise granulomtrica, por exemplo por peneirao, dividindo a gama das dimenses das partculas em classes, representando em abcissa a dimenso mdia de cada classe e em ordenada a quantidade correspondente determinada por anlise, em geral (mas nem sempre) sob a forma de percentagem da massa da amostra, enquanto que na curva cumulativa se representa em ordenada a quantidade de p com dimenso inferior (ou superior) da classe (curvas cumulativas inferiores ou superiores). Manuel