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Diez Pasos para una papelera de diseño eficaz Eric Maynard
Antes de elegir un bin y la tolva para su aplicación de sólidos a granel,
Jenike & Johanson, Inc.
las propiedades de flujo y características de la forma de polvo o material a granel deben ser conocidos. Utilizar este enfoque de diez pasos para determinar la
bin diseño óptimo para su proceso.
T
capacidad - puede afectar significativamente el diseño de la papelera. pensado como un “arte negro”, conocido sólo por unos pocos elegidos. Sin
La Figura 1 ilustra una instalación típica bin. Un transportador de entrega el
é l diseño de procesos para silos, tolvas, es a menudo tolvasrecipiente de embargo, un método probado y práctico para ely diseño de procesos
material a granel a la bandeja, que proporciona la capacidad de almacenamiento dentro
almacenamiento ha estado en uso durante más de 60 años. Así como una bomba debe
de la trayectoria de flujo; un alimentador (una válvula giratoria en este caso) controla la
estar diseñado específicamente para el líquido que se encargará de, por lo que,
descarga de sólidos de la bandeja y alimenta el material a la siguiente parte del
también, debe ser un silo diseñado para una der pow- en particular o sólida a granel.
proceso. En cualquier aplicación industrial, consecuencias negativas pueden surgir si el
Las características del material que se manejan dictará el diseño del recipiente de
bin no fiable descargar el polvo o a granel sólidos al proceso de aguas abajo o si el
almacenamiento.
material de descarga ya no cumple las especificaciones de calidad.
Aunque los requisitos de diseño, tales como el almacenamiento capaci- dad, el rendimiento, la altura total, y otras características espaciales son entradas importantes, los otros parámetros críticos - incluyendo la cohesión del polvo, coeficiente de fricción
Este artículo detalla un proceso paso a paso para diseñar contenedores que aseguren descarga fiable de polvos y sólidos a granel sobre la base de su
de deslizamiento, y permeabilidad
comportamiento de flujo únicas y las exigencias del proceso. La bandeja de Los sólidos en
Transportador
términos y el silo se utilizan indistintamente en todo el artículo.
Paso 1. Definir los requisitos de almacena almacenamiento miento
El primer paso en el diseño de un bin para almacenar un polvo o sólida a granel es
Silo o Bin
revisar los requisitos de almacenamiento y condiciones de operación clave. Éstas incluyen:
•
capacidad de almacenamiento.¿ Cuánto material ( p.ej,l ibras, toneladas, pies o
metros cúbicos de carga, camiones, vagones de ferrocarril) deben ser almacenados? Tolva
Es uno bin suficiente o se requieren múltiples compartimientos? Dónde el bin se encuentra ( p.ej,I nteriores exteriores)?
•
frecuencia de descarga y la velocidad.¿ Cuánto tiempo permanecerá la mayor
parte sólida en la papelera sin movimiento? ¿Cuáles son las tasas máximas, mínimas, medias, e instantáneas de descarga? Es la tasa basada en el peso (masa) o volumen? Alimentador
¿Cuál es la precisión de alimentación requerida? sólidos Out
• temperatura y presión. E s el material a una temperatura mayor o pag Figura 1.U na operación de manipulación a granel de sólidos típicos incluye un transportador transportador de entrada de
menor que el ambiente circundante? Está siendo alimentado el material en
la alimentación, un recipiente de almacenamiento, y un alimentador de salida que controla la descarga de sólidos.
una positiva o negativa a la presión
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ambiente ( p.ej,r eactor, la línea de transporte neumático)?
•
materiales de fabricación.E s la mayor sólido corrosivo o abrasivo ( p.ej,a lúmina,
Capacidad - tan bajo como sólo el 10-20% de la capacidad nominal almace- namiento de la papelera. Además, el estancamiento material en un bin mal diseñado puede conducir al
mineral de hierro)? Se necesitan aleaciones resistentes a la corrosión? Son
apelmazamiento de los materiales, el deterioro de los alimentos en polvo, u otras formas
aceptables de peso molecular ultra alto revestimientos (UHMW) de plástico? Es la
de degradación de la calidad. arcos Collapsing, ratoneras, y la carga no uniforme
aplicación sujetas a los requisitos de cumplimiento normativo ( p.ej,A dministración de
contribuyen a local- izada, y, a veces, fallos recipiente de almacenamiento catastróficos.
Drogas y Alimentos de EE.UU.)? Muchos de estos problemas de flujo de ocurrir en un bin que se está descargando
•
la seguridad y las consideraciones medioambientales.¿ Hay preocupaciones
material en un patrón de flujo indeseable. La discusión de la Etapa 5, la elección del tipo
materiales de explosividad, los límites máximos de exposición al polvo, u otros
de patrón de flujo en la papelera, se explica cómo el patrón de flujo puede influir
problemas de seguridad o el medio ambiente?
directamente en el tipo de rendimiento del flujo de material que va a experimentar.
•
uniformidad sólida a granel.¿ Cuál es la uniformidad de material requerido ( p.ej,t amaño
de partícula, forma, la potencia, el contenido de humedad, color)? Es probable que con su material de segregación de partículas? Si es así, ¿cómo afectará la segregación de producción y el producto final?
Paso 3. Medir las propiedades de flujo del material a granel
Las propiedades de flujo del material deben ser medidas con el fin de predecir y controlar cómo se comportará en un bin. Estas propiedades de flujo pueden medirse ( 1, 2) en
Paso 2. Entender los problemas de flujo a granel de sólidos
Mientras que los problemas de manipulación a granel material pueden ser expe-
un laboratorio de pruebas a granel de sóli dos bajo condiciones que simulan con precisión cómo se maneja o se procesa en su instalación el material. Si las propiedades del sólido
rienced en una variedad de equipos ( p.ej,a limentadores, rampas de transporte,
por volumen cambian rápidamente o si se requieren precauciones especiales, las pruebas
colectores de polvo), que ocurren con mayor frecuencia en los contenedores. problemas
deben llevarse a cabo en el lugar.
de flujo de mon Com- incluyen:
•
arqueando o puente - una condición de no flujo en el que
Tabla 1 enumera las más importantes propiedades que son relevantes para la
material forma un arco estable (de puente, cúpula) a través de la salida de un bin
predicción del comportamiento de flujo en silos y tolvas manipulación a granel de
(Figura 2)
sólidos. Cada uno de estos parámetros pueden variar con los cambios en:
•
ratholing - una condición de no flujo en el que el material
forma un canal abierto estable dentro del bin (Figura 3), ING result- en el fl ujo
• contenido de humedad
errático al proceso de aguas abajo
•
•
inundaciones o enrojecimiento - una condición en la que un aireado
tamaño de partícula, forma, y dureza
• temperatura
comporta sólidas a granel como un fluido y fluye incontrolablemente través de una
• en tiempo reposo de almacenamiento
salida o alimentador
• Aditivos químicos • presión
•
limitación de caudal - un caudal insuficiente, por lo general
causado por el aire que fluye a contra-ralentizar la descarga por gravedad de un polvo
• pared. superficie de la
fino
•
segregación de partículas - separación de las partículas por tamaño,
forma, densidad, etc .; segregación puede impedir una reacción química, hacer que el producto fuera de especificaciones, o requiere retrabajo costoso.
Hay muchas consecuencias de los problemas de flujo. Un ratholing bin
Paso 4. Calcular el tamaño aproximado de la bin La altura aproximada de la sección de cilindro necesario para almacenar la capacidad deseada (ignorando inicialmente la capacidad en la sección de tolva) es simplemente:
experimentar en vivo tendrá limitada ( es decir,u tilizable) avg
()
dónde H es la altura del cilindro (m), metro es la masa para ser almacenado (kg), ρ avg es la densidad media aparente (kg / m 3), y UN es el área en sección transversal de la sección de cilindro (m 2).
La altura del cilindro final necesaria para contener el volumen requerido depende del volumen perdido en la parte superior del cilindro debido al ángulo de sólido a granel de reposo, así como el volumen de material en la sección de tolva. Debido Cess este diseño pro- es iterativo, una estimación razonable para la altura del cilindro es suficiente en este punto. Trate de mantener la altura de un ci lindro circular o cuadrado entre aproximadamente uno y diámetro o anchura cuatro veces la del cilindro. Los valores pag Figura 2.U na obstrucción de flujo de arqueo
pag Figura 3.R atholing es una obstrucción del flujo
es una condición de no flujo que previene la
que pueden provocar la descarga errático de un
descarga de material desde un bin.
bin, así como inducir apelmazamiento material.
fuera de este rango a menudo resultan en diseños que son antieconómicas.
Tenga en cuenta que el volumen de almacenamiento y su calculada de la papelera
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Tabla 1. Propiedades de flujo crítico de sólidos a granel son necesarios para la adecuada selección de los contenedores, tolvas, alimentadores, y rampas.
Sin esta información, la geometría bin puede ser elegido basado en conjeturas.
Medido por
Parámetro
Requerida para
La resistencia cohesiva
probador de corte directo
Calcular los tamaños de salida para prevenir arqueo y ratholing
fricción de la pared
probador de corte directo
Calcula ángulos tolva para flujo de masa, la fricción interna
Densidad aparente / compresibilidad
probador de compresibilidad
Calcular presiones, cargas de bin; alimentador de diseño
Permeabilidad
probador de la permeabilidad
Calcular las tasas de descarga, tiempo de establecimiento
tendencia a la segregación
probador de la segregación
Predecir si ocurrirá segregación
abrasividad
probador de desgaste por abrasión
Predecir la vida de desgaste de un revestimiento de bin
Deslizamiento en los puntos de impacto
probador de canaleta
Determinar el ángulo mínimo de rampa en los puntos de impacto
friabilidad de partículas
probador de cizalla anular
Determinar el efecto de patrón de flujo en la rotura de partículas
en vivo, volumen útil no son necesariamente idénticas. Dependiendo del tipo de patrón de flujo en el bin (que se describe en la siguiente sección), regiones de estancamiento de material en un bin reducirán la capacidad útil.
Paso 5. Determinar el tipo de patrón de flujo necesaria
Aunque es natural suponer que una sólida a granel fluye a través de un recipiente de almacenamiento en un primero en entrar primero en salir s ecuencia / (como líquido se desplaza a través de un tanque), esto normalmente no es el caso. Muchos contenedores de descarga de sólidos a granel en un patrón de flujo de embudo.
materiales estancada
Con el flujo de embudo, algunos de los movimientos de material en el centro de la tolva mientras que el resto permanece estacionaria a lo largo de las paredes de la tolva
pag Figura 4.r esultados de descarga de flujo de
pag Figura 5.d e descarga de flujo de masa se
embudo en el estancamiento de material a lo largo de
produce cuando el flujo de material se consigue
granel es relativamente grueso, de flujo li bre, y no degradable, y si la segregación durante
las paredes de la tolva. Muchos de los efectos de flujo
en contra de las paredes de la tolva inclinados.
la descarga silo no es un problema. A condición de que el material a granel se encuentra
indeseables pueden ocurrir con un patrón de flujo de
Un patrón de flujo en masa impide ratholing,
embudo.
permite el flujo de primero en entrar / primero en
(Figura 4). Esta primera-en la última de salida secuencia / es aceptable si el sólido a
con los cuatro de estos criterios, un cubo de flujo de embudo puede ser la opción de
salir, y minimiza la segregación.
almacenamiento ical más eco-.
Por desgracia, con muchos materiales a granel, el flujo de embudo puede crear
Utilice el diagrama de flujo en la Figura 6 y los requisitos identificados en el paso 1
serios problemas de calidad del producto y la fiabilidad del proceso. Arcos y ratoneras
para determinar qué patrón sus necesidades silo de flujo. Como se indica en el diagrama,
pueden formar, y el flujo pueden ser errático. polvos fluidizados a menudo no tienen
si la segregación, el apelmazamiento, el deterioro, las inundaciones, o ratholing son
ninguna posibilidad para desairear, por lo que permanecen fluidizado en el canal de flujo
probable que ocurra, entonces un patrón de descarga de flujo de masa debe ser
y de inundación al salir del bin. Algunos torta de materiales, segregar, o estropear. En
seleccionado.
casos extremos, inesperados estructurales de carga da como resultado la falla del equipo.
Si se requiere un bin de flujo de masa basada en el flujo carac- terísticas del polvo o sólidos a granel, el siguiente paso es determinar un tamaño de salida apropiado y alimentador. Tenga en cuenta que el proceso de diseño bin de flujo de masa es
Estos problemas pueden prevenirse mediante el diseño de los recipientes de
iterativo. El tamaño de la salida real dependerá de la velocidad de descarga requerida
almacenamiento para mover los materiales en un patrón de flujo de masa. Con el flujo de
de la bandeja y el alimentador seleccionado. Estos factores, a su vez, afectan a la
masa, todos los movimientos de material siempre que cualquier es retirada (Figura 5). El
pendiente y la forma de la pared de la tolva de flujo de masa, como se discute en la
flujo es uniforme y fiable; densidad de la alimentación es independiente de la cabeza de
siguiente sección.
sólidos en el bin; no hay regiones estancadas, por lo material no se echan a perder o torta, y los indicadores de nivel de funcionar de forma fiable; tamizar la segregación de la corriente de descarga se reduce al mínimo por una secuencia de flujo primero en entrar /
Paso 6. Definir la geometría de tolva basándose
primero de salida; y tiempo de residencia es uniforme, polvos tan finos desairear.
en el patrón de flujo elegido
contenedores de flujo de masa son adecuados para materiales cohesivos, polvos,
Diseñar para el flujo de masa. C on este patrón de flujo, es esencial que la sección
materiales que se degradan con el tiempo, y cada vez que tamizar la segregación deben
de tolva convergente es lo suficientemente empinada y la fricción de la pared de la
ser minimizados.
superficie lo suficientemente baja para facilitar sólidos fluyen sin regiones de estancamiento cuando los sólidos son
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retirado. Además, la salida debe ser lo suficientemente grande para evitar arqueo y lograr la velocidad de descarga requerida.
Tenga en cuenta que una de 60 grados. (De horizontal) Ángulo de tolva para un cono es por lo general no es suficiente para proporcionar un flujo de masa para la
Andrew Jenike, conocido como el padre fundador en el campo de sólidos a granel, tablas de diseño de la tolva desarrollada que muestra los límites del flujo de masa para
mayoría de sólidos a granel. Este ángulo es óptimo para la fabricación de la tolva con un mínimo de desperdicio - no va a garantizar el flujo de masa como a veces se promete.
cónica y tolvas en forma de cuña ( 1).E n estos gráficos, el ángulo de la tolva (medido desde la vertical) está en el eje de abscisas, y el ángulo de pared de fricción está en la
Cálculo del tamaño de la salida necesaria para superar arqueo es más difícil. De
ordenada, como se muestra en la Figura 7 para tolvas cónicas y la Figura 8 para tolvas en
arqueamiento puede ser analizado mediante la medición de la fuerza de cohesión del
forma de cuña. El ángulo de la pared de fricción se determina a través de pruebas de
material. En primer lugar, la función de flujo del material ( es decir,l a fuerza de cohesión vs.
polvo con varias superficies de pared, tales como acero al carbono, acero inoxidable,
presión consolidación) se mide a través de pruebas de laboratorio. Esta prueba también
plástico, revestimientos resistentes a la abrasión, etc. El coeficiente de fricción de
se llevó a cabo de acuerdo con ASTM D-6128 utilizando un probador de corte directo ( 2). Al
deslizamiento para el polvo contra una superficie de la pared puede ser calculada a partir
igual que en la prueba de la pared de fricción, las fuerzas de consolidación se aplican a
de la tangente de el ángulo de la pared de fricción. Las pruebas se llevaron a cabo
material en una celda de ensayo, y la fuerza requerida para cizallar el material se mide.
utilizando un aparato de ensayo de corte directo de acuerdo con ASTM método de
Esta información se refiere directamente a la capacidad de un material para formar un
ensayo estándar D-6128 ( 2).
arco cohesivo o una ratonera. Una vez que se determina la función de flujo, los tamaños mínimos de salida requerida para prevenir arqueo puede ser calculada usando los gráficos de diseño publicados por Jenike ( 1).R eferencia 3 proporciona el método de Jenike paso a
Dependiendo de la combinación del ángulo de la tolva y el ángulo de fricción de la
paso para el cálculo de salida de la tolva en base a la fuerza de cohesión de un material.
pared, ya sea de flujo de masa o de descarga de flujo de embudo con el material a granel particular, resultará. Simplemente hablar-ing, un altamente friccional sólidas a granel, tal como arena, requerirá un ángulo de tolva empinada para conseguir un flujo de masa,
Dimensionamiento de la salida para la velocidad de descarga requerida es
mientras que una baja fricción mayor sólido, tal como perlas de catalizador lisas, se puede lograr de flujo de masa en un ángulo de tolva relativamente poco profunda .
sencillo, siempre que el material a granel es a la vez grueso y de flujo libre ( 4). Un material se considera gruesa si la mayoría de sus partículas son más grandes que 1/8 pulg. O 3 mm. Un material de flujo libre es uno que no experimenta problemas de flujo
Evaluar el diseño bin funnelflow
o arqueadas ratholing. Suponiendo que el material a granel es a la vez grueso y de flujo libre, tal como gránulos de plástico, la siguiente ecuación se puede usar para aproximar la velocidad de descarga mamá maxi- desde una tolva convergentes:
Es importante la
Sí
segregación?
30
Utilice la masa de flujo
diseño bin
Ángulo de fricción interna 30 grados.
40 grados.
50 deg. 60 deg.
Sí
Ocurrirán
Es la salida lo
apelmazamiento o el deterioro?
No
suficientemente grande para
de fluidización
la tasa? No
. g e d , d e r a p a l
Sí Está inundando
Sí
probable?
Es razonable la velocidad de alimentación?
Sí
diseño bin de flujo de masa logra
No No se ratholing ¿ocurrir?
si no
25
Ampliar la salida o el uso
Utilice más grande o
e d n ó i c c i r f
e d o l u g n Á
20
θ'
10 15
5
diferente tipo de alimentador
No 0 Use un bin de flujo embudo
0
5
10
15
20
25
30
Hopper ángulo respecto a la vertical, deg.
pag La Figura 7.E ste gráfico para el diseño de la tolva cónica determina la pendiente de la pared sobre la pag La Figura 6.U tilice este diagrama de selección de flujo de patrones para determinar el diseño bin más
base del ángulo de la pared de fricción. resultados de flujo de masa de una combinación de suficientemente
eficaz para su polvo o la aplicación de almacenamiento de sólidos a granel.
baja fricción de la pared y el ángulo de la tolva lo suficientemente empinada.
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=ρ
(
grandes contenedores de flujo de embudo tienen una mayor tendencia ratholing. En el
()
)
flujo de masa, no hay ninguna posibilidad de ratholing, por lo que el tamaño de la papelera no es importante.
dónde METRO e s el caudal másico (kg / s), ρ es la densidad aparente (kg / m 3), UN e s la
El requisito de que el bin-flujo embudo sea capaz de auto-limpieza por lo general se
zona de salida (m 2), gramo e s la aceleración (m / s 2), segundo
puede cumplir al hacer la pendiente de la tolva 15 grados. a 20 ° C. más empinado que el
es el tamaño de salida (m), q es el ángulo de la tolva de flujo de masa medi- Sured
ángulo de pared de fricción. Esto supone que una ratonera estable no se ha formado.
desde verticales (deg.), y la m unitalicized es un término que generaliza la ecuación para el uso con una forma cónica o de tolva en forma de cuña, con m = 1 para una Paso 7. Desarrollar la geometría general bin
salida circular y m = 0 para una salida en forma de ranura.
Una sección cuadrada o rectangular de lados rectos en la parte superior de un bin
La ecuación 2 no estimar con precisión la velocidad de flujo de un polvo fino ( p.ej,
es preferible a una sección transversal circular, porque es más fácil de fabricar y que
sílice pirógena, ácido tereftálico). Debido a que no tiene en cuenta la resistencia del
proporciona un área de sección transversal más grande por unidad de altura. Sin
material al flujo de aire (o permeabilidad), se groseramente sobreestimar la
embargo, el flujo o problemas estructurales a menudo superan estas ventajas. paredes
capacidad de caudal de descarga de la tolva. Una estimación más precisa de la
planas son susceptibles a la flexión, mientras que un cilindro es capaz de resistir la
tasa-de descarga de polvo se puede hacer usando la permeabilidad de la polvo ( 5,
presión interna a través de la tensión del aro. Por lo tanto, se necesitan más delgadas
ero el análisis es complejo y más allá del alcance de este artículo. 6),p
paredes y menos refuerzo externo para secciones transversales circulares. Además, no hay esquinas en los que el material puede acumularse, lo que es particularmente importante en la interfaz entre la papelera y la tolva.
El diseño para el flujo de embudo.L os requisitos clave para el flujo de embudo
se dimensionamiento de la tolva de la salida lo suficientemente grande como para
Tolvas vienen en una variedad de geometrías. La Figura 9 muestra algunas de
superar arqueo y ratholing, y haciendo que la pendiente de la tolva lo
las formas de tolva más comunes. Al elegir una tolva, tenga en cuenta estos factores:
suficientemente empinada para ser auto-limpieza. La determinación de las dimensiones mínimas para superar arqueo y ratholing requiere el conocimiento de la resistencia cohesiva del material y de la fricción interna. Referencias 1 y 3 proporcionan los procedimientos de diseño pertinentes. Es importante señalar que con los c ompartimientos de flujo de embudo, las cuestiones generales de tamaño, mientras que el diseño de los contenedores de flujo de masa es esencialmente
• espacio para la cabeza. Típicamente, una tolva en forma de cuña (Ures Fig- 9b y 9c) puede ser de 10 °. a 12 ° C. menos pronunciada que una tolva cónica y todavía promover el flujo de masa. Esto puede traducirse en un ahorro significativo a causa de la altura de la tolva inferior, lo cual es importante la hora de sustituir los equipos existentes en un área con espacio limitado.
independiente de la escala. Ratholing se ve afectada por la consolidación de presión; así,
• tamaño de la salida.P ara superar un arco cohesivo o de enclavamiento, una tolva cónica tiene que tener un diámetro de salida que es aproximadamente el doble de la anchura de salida de una tolva en forma de cuña
50
Ángulo de fricción interna 50 deg. 60 deg.
30 grados.
40 grados.
40
. g e d , d e r a p a l
e d n ó i c c i r f e d o l u g n Á
30
θ'
un
segundo
20
10
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Hopper ángulo respecto a la vertical, deg.
do
re
pag Figura 8.E ste gráfico para planar (cuña) diseño de la tolva determina la pendiente de la pared sobre la
pag La Figura 9.C ónico (a), la cuña (b), de transición (c), y piramidal (d) tolvas son geometrías típicas
base de ángulo de la pared de fricción. tolvas en forma de cuña son típicamente de 10 °. menos pronunciada
recipiente de almacenamiento. Conos y pirámides son los más populares, aunque no necesariamente la
que los conos de flujo de masa.
mejor geometría de flujo fiable.
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(Siempre que la longitud de salida es al menos tres veces su anchura). Por lo tanto, los
diámetro (cónica) de eje cónica seguida por una sección de aumento del
conos generalmente requieren alimentadores más grandes.
paso.
• las tasas de descarga.D ebido a que una salida ranurada tiene típicamente un área
alimentadores de cinta.C omo tornillos, alimentadores de cinta pueden ser una
de sección transversal más grande que una salida circular, el caudal de la mamá maxi-
buena opción para una salida de la tolva alargada. alimentadores de cinta se uso-ful
desde una tolva en forma de cuña será más grande que la de una tolva cónica.
para el manejo de sólidos a granel cohesivos o gruesas que requieren una alta tasa de descarga. Dado que los rodillos de un alimentador de cinta se pueden montar en las
• aguda vs esquinas redondeadas. P iramidal tolvas (Figura 9d) suele causar un patrón de flujo de embudo para desarrollar debido a sus valles en-que fluyen, que son menos empinada que las paredes laterales adyacentes. tolvas cónicos y de transición no tienen esquinas, que tienden a permitir la acumulación de material.
celdas de carga, un alimentador de correa también se puede utilizar para pesar los sólidos siendo alimentados ( es decir,f uncionamiento gravimétrico). alimentadores de cinta no son tan buenos como los tornillos y las válvulas rotativas para el manejo de materiales finos o polvo. Por lo tanto, si su planta está manejando polvos combustibles o tóxicos, no se recomiendan alimentadores de cinta, a menos que
• costo capital.C ada aplicación debe ser considerado individualmente. Mientras que una tolva en forma de cuña requiere menos espacio para la cabeza y puede utilizar un revestimiento menos caro que un cono, el alimentador y la válvula de compuerta (si es necesario) pueden ser más caros.
se encierra todo el alimentador, sellada, e incorpora medidas adecuadas de recolección de polvo. La clave para un diseño adecuado de la correa-alimentador es proporcionar aumento de la capacidad a lo largo de la dirección de alimentación. Una manera eficaz de aumentar la capacidad es instalar una interfaz de cinturón-alimentador (Figura 11).
Paso 8. Seleccionar el alimentador de salida
El alimentador es tan importante como la tolva por encima de ella. Para ser eficaz,
Las válvulas rotativas. Las válvulas rotativas (Figura 12) son un alimentador de mon
el alimentador debe dibujar de manera uniforme material a través de toda la sección
com-, especialmente para la descarga de materiales a granel en un sistema de transporte
transversal de salida de descarga de la bandeja
neumático. El uso de válvulas rotativas se limita generalmente a las tolvas con salidas
(7).U na salida obstruido, debido, por ejemplo, a un alimentador mal diseñado o puerta
circulares o cuadrados. No deben ser utilizados para el manejo de sólidos altamente
parcialmente abierta, va a resultar en un flujo embudo independientemente del diseño de
cohesivos, porque tales materiales tienen una alta propensión para puentear que requiere
la tolva.
grandes medios de tolva.
Tres tipos comunes de alimentadores de sólidos a granel, además de las características clave necesarias para garantizar la retirada uniforme de mate- rial de toda la salida de la tolva, se discuten en los párrafos siguientes.
Una interfaz diseñada adecuadamente debe ser proporcionada por encima de la válvula rotativa para asegurar que los sólidos son retirados de manera uniforme en toda la sección transversal de salida de la tolva. Tıpicamente, una sección vertical corta, con una
alimentadores de tornillo.E stos son muy adecuados para su uso con tolvas que
altura de alrededor de 1 a 2 diámetros de salida, debe ser colocado entre la salida de la
tienen salidas alargadas. Desde un alimentador de tornillo está totalmente cerrado, es
tolva y la entrada de válvula rotativa, como se muestra en la Figura 1. Sin una interfaz tal,
bueno para su uso con materiales finos y polvorientos. Además, tiene pocas piezas
un canal de flujo preferencial se desarrolla en la lado de la salida de la tolva, donde los
móviles, por lo que requiere Nance menos tenimiento de un alimentador de correa.
sólidos son primero expuestos a los bolsillos vacíos, lo que resulta en la descarga no uniforme. Material de entonces se estanca sobre la parte restante de la salida de la tolva,
La clave para un diseño adecuado tornillo-alimentador es proporcionar un aumento
lo que aumenta la tendencia a la formación de puentes y otros problemas de flujo.
de la capacidad en la dirección de alimentación. Esto es crítico cuando el tornillo se utiliza bajo una tolva con una salida en forma de ranura. Una forma común de lograr esto es mediante el uso de un diseño de alimentador de tornillo de flujo de masa como se muestra en la Figura 10 ( 8). Cada uno de los tornillos que se muestran en esta figura tiene una decreasing-
Tolva
Nariz Cinturón
Interfaz Productos a granel
pag La Figura 11.S e requiere una interfaz de cinturón-alimentador de flujo de masa para hacer cumplir la pag La Figura 10.t ornillos de flujo de masa utilizan una combinación de una sección de eje cónico
retirada uniforme de material a granel desde la salida de la tolva, manteniendo de este modo la descarga
seguido por una sección de paso en aumento.
de flujo de masa.
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Superficiales inclinadas paredes internas situadas en la entrada de muchas
proporcionar pruebas y experiencia. Referencia 9, se explica cómo limitar los riesgos de
válvulas rotativas pueden reducir la abertura de la tolva activa, haciendo que el
explosión de polvo y Ref. 10 contornos prueba procedi- mientos para la determinación
material permanezca estancada y obstruir la descarga de sólidos de la tolva por
de explosividad.
encima, así como alterar el flujo de masa en la tolva.
•
puertas de acceso, pozos de acceso, y los agujeros por liebre.H acer agujeros
(puertos de boquillas en las paredes de la tolva) no se recomiendan en las tolvas de flujo de masa, ya que tienen una tendencia a evitar el flujo a lo largo de las paredes - la Paso 9. Seleccionar los otros componentes funcionales
Bin diseño también implica tomar decisiones sobre otros componentes del sistema, incluyendo:
creación de un problema que los contenedores de flujo de masa están destinadas a resolver. Las puertas de acceso son también una causa frecuente de problemas; si son esenciales, es mejor para localizarlos en el cilindro en lugar de en la tolva.
• puerta de salida o válvula de cierre.E n general, una puerta corredera en la salida bin sólo debe utilizarse para fines de mantenimiento, no para modular la velocidad de flujo
•
escaleras, barandas y plataformas. Aunque parece que son detalles menores,
de sólidos. Por lo tanto, sólo debe funcionar en la posición completamente abierta o
dependiendo de la necesidad de acceder a la azotea sel ves- para el mantenimiento,
completamente cerrada.
pueden llegar a ser importante.
• número de puntos de venta. Aunque una tolva de múltiples salidas puede ser atractivo para la flexibilidad de producción, su diseño puede tener consecuencias negativas estructuralmente y de un flujo per- pectiva. Esto también se aplica a las tolvas que tienen geometrías asimétricas ( p.ej,u na pared inclinada, una pared vertical).
Paso 10. Elija el material de construcción estanterías de almacenamiento y silos para el manejo de polvos y sólidos a granel vienen en una variedad de materiales, aunque son Tıpicamente construido a partir de metal o de hormigón armado.
•
bin de ventilación o colector de polvo.D ependiendo del método de llenado de
recipiente, puede ser necesario un separador de sólidos de aire.
•
venteo de conservación.U n respiradero de acción dual de conservación se
silos metálicos. silos de metal (Figura 13) se pueden hacer de acero al carbono,
acero inoxidable, o aluminio. Pueden ser apoyado skirt- abajo a una plataforma de concreto, o pueden tener apoyos simples en las piernas. Pueden tener paneles que son
instala normalmente en tanques de acero fino de cáscara para evitar condiciones exce-
soldados por costura, atornillados, o bridas, o utilizar una construcción híbrida. silos
de presión y vacío sivos y evitar daños.
metálicos tienen varias ventajas sobre los silos de hormigón:
•
detectores de nivel.H ay dos tipos diferentes de detección de nivel: detección de
nivel y de detección continua de nivel. detectores de nivel de punto son típicamente
•
fabricación flexible.s ilos de metal pueden ser fabricada en taller, fabricado de
fijados a la pared lateral o en el techo de un bin, y los sólidos medida por contacto directo
campo, o hecha con una construcción híbrida, en donde se inicia el recipiente en la
usando sensores de capacitancia, diafragmas de presión, u otros medios de detección de
tienda y se acaba en el campo.
proximidad. detectores de nivel de punto común incluyen paletas rotativas, interruptores
•
Construcción sanitaria.t anques de acero inoxidable se com- comúnmente
de inclinación, y varillas de ING vibrat-. detectores de nivel continua por lo general
utilizados para aplicaciones farmacéuticas y alimentarias que requieren sellado
consisten en un dispositivo montado en el techo que emite señales ultrasónicas radar o.
completo, facilidad de limpieza y resistencia a la corrosión. Construcción soldada se
El proyecto señales de abajo a la superficie del material a granel, y luego de rebote a un
prefiere la construcción atornillada / gasketed para cumplir con los requisitos
receptor para su procesamiento. Ultrasónico, radar de ondas guiadas, o plomada ( es
sanitarios.
decir,y o-yo) detectores se utilizan comúnmente para proporcionar una detección continua
de la superficie superior del material a granel.
•
amplia variedad de materiales.E n algunos casos, las aleaciones tales como
Hastelloy o Inconel, o metales tales como titanio se han utilizado para la construcción del silo. tanques de fibra de vidrio también se pueden utilizar.
•
protección contra explosiones.D ependiendo de las características de explosivi dad
del polvo, las válvulas de explosión, el aislamiento, pression SUP-, o puede ser necesaria la inertización. Numerosas explosiones equipos de protección y las consultorías tecnológicas están disponibles para
pag La Figura 13.E ste silo de acero tiene una construcción de la pierna de soporte de metal. Tenga en cuenta pag La Figura 12.U na válvula rotativa se puede utilizar como un alimentador, una esclusa de aire, o
que los componentes estructurales de este silo no son adecuadas para soportar la descarga de flujo de masa.
una combinación de los dos. El artículo continúa en la página siguiente
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CEP De
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Volver a lo básico
•
flexibilidad de la construcción.l as condiciones climáticas locales, tales como las
temperaturas de congelación, pueden impedir la construcción de sil os de hormigón.
ing para, o la conversión de un bin existente para, el flujo de masa, porque inusualmente altas cargas localizadas pueden desarrollar en la transi- ción entre la sección vertical y la tolva de flujo de masa. ingenieros estructurales calificados deben calcular las cargas
silos de hormigón. En términos generales, cuando el diámetro silo es mayor que 9 m
(30 pies), reforzados silos de hormigón se convierten en económicamente atractiva,
complejas que pueden ser inducidas en el silo, compartimiento, o recipiente de almacenamiento.
especialmente para materiales a granel que son abrasivas o caliente, o si la estructura de almacenamiento será incor- porado funcionalidad adicional, tal como equipo de procesamiento .
silos de hormigón (Figura 14) tienen las siguientes ventajas sobre los silos de metal:
•
Cierre de pensamientos
Este enfoque de diseño bin paso a paso ha sido effec- utilizado tivamente durante más de 60 años en miles de instalaciones de manejo de sólidos a granel, incluyendo polvos de química fina, gran- resinas Ular, torta húmeda se centrifugó cohesiva, biomasa,
resistencia a la corrosión.s ilos de hormigón requieren menos mantenimiento que
silos de metal ya que son menos propensos a la corrosión.
copos de cereales, frágiles, y abrasivo minerales (entre otros). A pesar de que puede s er atractiva para seleccionar un diseño de la tolva de serie con una de 45 grados. o 60-deg. ángulo, si no es adecuado para su material a granel, es probable que incurrir en costos
•
la resistencia al desgaste por abrasión.s ilos de hormigón son gene- aliado más
mucho más allá de la sustitución de los equipos originales.
resistentes a los efectos de desgaste abrasivo que silos de metal estándar. También son más capaces de s oportar cargas de impacto. abrasividad de un sólido a granel
CEP
contra diversos materiales de construcción se puede determinar para evaluar revestimiento o superficie de vida de servicio. Los detalles pueden encontrarse en la Ref. 11.
•
capacidad de soportar presiones internas no uniformes.
Literatura citada 1. Jenike, AW, “Almacenamiento y flujo de sólidos,” Boletín 123, Utah
Estación Experimental de Ingeniería, Univ. de Utah, Salt Lake City, UT (1964).
construcción de acero reforzado puede resistir el pandeo localizado y momentos de flexión que puede ser perjudicial para silos de metal.
•
sin necesidad de pintura. la corrosión externa en silos metálicos requerirá lijado
periódica, imprimación y pintura, mientras que los silos de hormigón no lo hacen.
2. ASTM International, “Método de prueba estándar para las pruebas de
cizallamiento
de sólidos a granel utilizando la celda Jenike Shear,”la norma ASTM D-6128, ASTM, West Conshohocken, PA (2006). 3. Mehos, G., “El diseño de colectores de polvo,” Chem. Ing. Progreso,
107 ( 9), pp. 32-38 (Sept. 2011).
•
un menor coste para grandes diámetros.D ebido a silos de metal requieren
paredes gruesas, hormigón armado puede ser nómico más eco para tanques de gran diámetro. consideraciones de diseño estructural. El contenedor debe estar diseñado para
resistir las cargas aplicadas a ella por las fuerzas de sólidos y externos a granel ambos, tales como sísmica, el viento o cargas de equipos auxiliares. Esto es particularmente importante cuando Design-
4. Carson, JW, “Outlets Dimensionamiento de la tolva y
puertas - Paso a paso
Paso," Chem. Processing, polvo y sólidos anual ( 2 000). 5. Purutyan H., et al.,“ Aumentar el flujo de polvo a
través de inyección de gas,”
Chem. Ing. Progreso, 102 ( 7), pp. 38-43 (julio de 2006).
6. Real, TA, y JW Carson, “Fenómenos de flujo de polvo fino en los contenedores, tolvas y los buques de transformación “, presentado en 2000 a granel: Carga a granel hacia el año 2000, Londres, Reino Unido (1991). 7. Carson, JW, “La alimentación de sólidos a granel: una revisión” Los sólidos a granel
Manejo, 20 (3 ), pp. 279-282 (2000). 8. Marinelli, J., y JW Carson, “Uso alimentadores de tornillo Effec-
tivamente,” Chem. Ing. Progreso, 88 (1 2), pp. 47-51 (Dic 1992). 9. Ebadat, V., “Gestión de Riesgos de explosión del polvo” Chem. Ing.
), pp. 35-39 (Agosto 2009). Progreso, 105 (8 10. Asociación Nacional de Protección contra I ncendios, “Norma para el
Prevención de incendios y explosiones de polvo de la fabricación, elaboración y manipulación de partículas sólidas combustibles “, NFPA 654, NFPA, Quincy, MA (2013). 11. Johanson, JR, y TA Real, “La medición y el uso de desgaste
La predicción de las propiedades de la Vida de materiales a granel sobre Equipos” Los ), pp. 517-523 (1982). sólidos a granel, 2 (3
EriC Maynard es el director de la educación y un consultor senior de
Jenike & Johanson, Inc. (400 Business Park Dr., Tyngsboro, MA 01879; Teléfono: (978) 649 a 3300; fax (978) 649 hasta 3399; e-mail: @ epmaynard jenike.com; Sitio web: www.jenike.com ). La firma se especializa en el almacenamiento, flujo, transporte, y procesamiento de polvos y sólidos a granel. Durante sus 18 años de J & J, que ha trabajado en más de 500 proyectos y ha diseñado sistemas de manejo de sólidos a granel, incluyendo productos químicos, plásticos, alimentos, productos farmacéuticos, carbón, cemento y otros materiales. Recibió su licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad de Villanova. y una maestría en ingeniería mecánica de Worcester Polytechnic
pag La Figura 14.E stos silos de hormigón para el manejo de grano tienen una construcción falda-soporte que
Institute.
permite diseño de la cimentación simple y un área de procesamiento tiempo protegido debajo de la tolva silo.
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