En muchos de los procesos industrialesen los que se manipulan sólidos en polvo,es preciso mantener intactas determina-das características del producto durantetodo el proceso para lograr la calidad exi-gida en el producto final.

Algunos de los problemas más comu-nes en relación con la calidad del pro-ducto final son consecuencia de la segre-gación o desmezcle del material.

Se considera que un material en polvoha sufrido un proceso de segregación portamaño cuando presenta variaciones impor-tantes en la distribución del tamaño delas partículas que lo componen. Por dife-rentes motivos, las partículas de mayortamaño se han separado de las partículasmenos gruesas (finos), dando lugar a unamezcla no homogénea del producto.

Otro tipo de segregación, cuando elproducto presenta variaciones impor-tantes en la distribución de la forma delas partículas que lo componen, se deno-mina segregación por forma. Las partí-culas más redondeadas se han separadode las partículas con formas más planas.

Por otro lado, si en una mezcla de dife-rentes productos, el componente más densose ha separado del componente menosdenso presentando variaciones importan-tes en la distribución de la composición,hablaremos de segregación por densidad.

La aparición de este fenómeno asícomo su magnitud, depende tanto de latécnica de manipulación como de lascaracterísticas físicas del producto amanejar (tamaño, forma y densidad). Unmaterial es tanto más propenso a sufrirsegregación durante su manipulacióncuanto mayor sea la gama de tamaños delas partículas de que se compone o cuantomayor sea la diferencia entre las densi-dades de los componentes que forman lamezcla o cuanto mayor sea la diferenciaentre sus formas.

Es evidente que las técnicas queemplean la mayoría de los sistemas demanipulación de sólidos a granel pueden,en mayor o menor medida, producirsegregación. Así, el fenómeno de lasegregación puede aparecer tanto en losprocesos de transporte como en los decarga y vaciado de silos de almacena-miento y tolvas de consumo.

Segregación en los procesos de transporteEn algunos de los sistemas mecánicos detransporte, el producto manipulado estásometido a un proceso de vibración pro-longado (transporte por carretera, cintastransportadoras excesivamente largas,transportadores vibrantes...). Como con-secuencia de ello, se produce una segre-

gación estratificada en el material, deforma que las partículas más finas sesitúan en la parte inferior dejando las demayor volumen en la superficie. En elcaso de mezclas de productos, son las par-tículas de menor densidad las que sesitúan en la parte superior sobre las dedensidad más alta (figura 1).

La segregación durante el trans-porte neumático depende en gran medidade la forma en que se realice dicho trans-porte. En la figura 2 se muestra unaclasificación de diferentes modos detransporte neumático.

Debido a las altas velocidades y a lastrayectorias erráticas de las partículas,que provocan múltiples choques contralas paredes del conducto, en el transporteen fase diluida algunas partículas sufrenun alto grado de degradación, produ-ciéndose un alto porcentaje de finos quefavorecerá una segregación en posterio-res procesos.

El transporte en fase semidiluida con-tribuye en gran medida a separar las par-tículas más ligeras de las más pesadas alo largo de la tubería, puesto que lacorriente de aire arrastra a más veloci-dad a las primeras. Algo similar ocurrecon las partículas en función de suforma, de manera que las partículas conformas más redondeadas se trasladan

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El tamaño, la forma y la densidad son los factores principales en la segregación

de sólidos y que hay que tener en cuenta en la manipulación de materiales

Segregación en los procesosde manipulación de sólidosÁngel Pérez Manso

más rápidamente que las de formas pla-nas. En este caso, la segregación se pro-duce durante el propio proceso de trans-porte.

En el caso del transporte en fase densala degradación de las partículas es mínima

puesto que éstas viajan de manera com-pacta a velocidades relativamente bajas.De esta forma, tanto la segregacióndurante el transporte como la produc-ción de finos es prácticamente inexis-tente.

Segregación en los procesos de carga de silosA menudo las técnicas de carga de silosy tolvas de alimentación causan segrega-ción independientemente de que la téc-nica utilizada para el transporte hasta lacelda de almacenamiento haya causadouna segregación previa. En las figurassiguientes se detallan varios procesosdiferentes de carga de silos y los distin-tos tipos de segregación que se producenen el producto manipulado.

Cuando en la última parte del trans-porte del producto (anterior a la entradaen el silo), éste tiene una trayectoria hori-zontal, la inercia propia de las partículasles obliga a desplazarse horizontalmentea la vez que caen. Así, las partículas máspesadas son lanzadas más lejos que lasmás ligeras, produciéndose una segrega-ción lateral (figura 3).

En los casos en los que la entrada delproducto en el silo se hace a través de unmovimiento vertical por acción únicamentede la gravedad (elevador de cangilones, des-carga de tolvas previas...), las partículas tien-den a rodar por el talud formado en la partesuperior del material almacenado. Lógica-mente, las partículas de formas más redon-deadas caen con más facilidad por el talud,mientras que las partículas más planas seasientan allá donde caen.

Por otra parte, debido a la inercia, laspartículas más grandes y pesadas ruedanmás lejos, situándose junto a la pared delsilo, mientras que las partículas más finasse depositan en la parte central. Se producepor tanto una segregación radial (figura 4).Esta segregación es tanto mayor cuantomayor es la altura de la caída.

Si la carga del silo se efectúa medianteun transporte neumático discontinuo, laentrada del producto en el recipienteviene seguida de una cantidad de aire máso menos grande. Aunque la velocidad deentrada del aire varía según el modode transporte, es lo suficientemente altacomo para provocar un efecto denomi-nado “ráfaga” sobre la superficie delmaterial almacenado. Esta “ráfaga” acu-mula las partículas más finas del productoen una nube, de manera que cuando éstasse depositan, las partículas más pesadasya lo han hecho. Tras cada ciclo de trans-porte se forman en el material almace-nado dos estratos diferentes, uno de par-tículas gruesas y otro con las partículasmás ligeras, dando lugar a la denominadasegregación estratificada (figura 5). Estefenómeno es tanto mayor cuanto mayores la velocidad de entrada del producto.

El uso de ciclones como elementos sepa-radores al final de un transporte neumático

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Figura 1.

Figura 2.

provoca también una segregación del mate-rial. Mientras las partículas más grandes ypesadas descienden por la tolva del ciclón,las partículas más ligeras son arrastradas porla corriente de aire hasta los filtros.

Segregación en los procesos de vaciado de silosLa forma en que se desaloja el materialalmacenado en un silo o tolva de ali-mentación influye decisivamente en laaparición de fenómenos de segregaciónde las partículas.

En 1939, tras la observación del flujode vaciado de diferentes materiales gra-nulares y pulverulentos en maquetas detamaños diversos, el soviético Tach-tamychev diferenció dos patrones prin-cipales de flujo de vaciado. En realidad,

existen múltiples patrones de vaciado,aunque todos ellos se pueden situar enalguno de los tres siguientes:

– Flujo de conducto.– Flujo másico o total.– Una combinación de los dos ante-

riores.En el flujo de conducto (también deno-

minado flujo no dinámico) solamente elmaterial que forma una columna de diá-metro aproximadamente de la boca desalida y que se encuentra justamente encimade ésta, es el que está en movimiento, per-maneciendo en reposo el resto del productoalmacenado (más del 70%).

Una vez desalojada la mencionadacolumna, el resto del material almace-nado va desalojando a través de la chi-menea formada comenzando por la parte

más alta. De esta forma, el último mate-rial en entrar al silo es el primero en salirde él, apareciendo zonas “muertas” dematerial que no se llegan a vaciar nunca.

En el caso de existir una segregaciónradial en el producto almacenado, puestoque las partículas finas se depositan en elcentro del silo mientras que las gruesasruedan hasta situarse junto a la pared,durante el vaciado todas las partículasfinas se desalojan primero y haciéndolodespués las más gruesas.

En la figura 6 se muestra una secuen-cia típica de vaciado de un silo medianteflujo de conducto o flujo no dinámico.

En el flujo másico o total (tambiéndenominado flujo dinámico) toda la masade material almacenado en el silo se vacíauniformemente. De esta forma, el últimomaterial en entrar al silo es el último ensalir de él, no apareciendo zonas “muer-tas” en el depósito.

En el caso de existir una segregaciónradial en el producto almacenado, las par-tículas finas situadas en el centro del siloy las más gruesas situadas en la periferia,se mezclan de nuevo durante el vaciado.

En la figura 7 se muestra una secuen-cia típica de vaciado de un silo medianteflujo másico o flujo dinámico.

La forma del flujo de vaciado en elinterior de un silo depende de diferentesfactores, tales como:

– Propiedades físicas del producto aalmacenar.

– Rugosidad de las paredes del silo.– Geometría del silo.Se ha demostrado que en silos cuya

relación altura/lado sea igual o inferiora 2, el vaciado es del tipo conducto.Puesto que en la mayoría de los silosmetálicos cilíndricos que se fabrican estarelación altura/lado no supera el valor de2, puede afirmarse que en casi todos ellosel vaciado es del tipo conducto.

Por otra parte, el ángulo de la tolva infe-rior del silo, así como el diámetro de la bocade salida, determinan en gran medida laaparición y la dimensión de las denomina-das zonas “muertas” de material. En gene-ral, ángulos mayores de 75º favorecen elvaciado en flujo másico y no permiten laaparición de zonas “muertas”.

También el ángulo de rozamientointerno del material a almacenar influyesobre la forma del flujo de vaciado. Engeneral, cuanto menor sea el mencionadoángulo mayor será la tendencia a vaciaren flujo másico o total.

Las soluciones para que el material ensi-lado se vacíe sin generar un desmezcledel producto pasan por asegurar un vaciadolo más próximo posible al vaciado en

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Al margen de las técnicas de manipulación de los materiales, los factores más influ-yentes en la segregación son el tamaño, la forma y la densidad de las partículas.Las partículas muy grandes y las partículas muy finas tienden a separarsecuando están mezcladas, dando lugar a una segregación por tamaño.La forma de la partícula es otro factor determinante. Cuando el producto sufre una caídalibre al entrar en el silo de almacenamiento, las partículas llanas tienden a caer más len-tamente y permanecer allí donde se depositan. Las redondeadas, en cambio, caen másrápido y tienden a rodar hacia las paredes del silo de almacenamiento.En caso de una mezcla de varios componentes con diferentes densidades, las par-tículas con densidad alta están menos afectadas por la resistencia del aire alcaer que las de baja densidad. Las partículas menos densas y más pequeñas pue-den ser llevadas hacia las paredes del silo por las corrientes de aire creadas en elrecipiente o incluso arrastradas a los sistemas de filtrado.Actuar sobre cualquiera de los factores referentes a las características del productoes inviable en la mayoría de los casos, por lo tanto, deben ser las técnicas que pro-ducen la segregación (transportes, procesos de carga y vaciado de silos) el objetode estudio para evitar la aparición del fenómeno.

RESUMEN

Figuras 3, 4 y 5.

flujo másico; por tanto, conviene prestarespecial atención al diseño geométrico delsilo, evitando siempre que se pueda:

– Salidas excéntricas.– Tolvas con pendientes menores de 75º.– Bocas de descarga excesivamente

pequeñas.– Grandes rugosidades en la tolva.Para silos ya fabricados y en funcio-

namiento, la solución para mejorar elflujo de descarga en ellos podría estar enla implantación de un sistema de salidasmúltiples o en la colocación de conosdeflectores en el interior del silo.

Mediante la acertada colocación deconos deflectores se puede aumentar noto-riamente el volumen de material en movi-miento durante el vaciado, mientras quecon un sistema de salidas múltiples se puedeconseguir un flujo másico perfecto.

En la figura 8 se muestra de maneragráfica una situación real y el resultadoobtenido tras aplicar una solución a par-tir de conos deflectores.

Se construyó un silo para almacenar car-bón de cock, de más de 130 m3 de capaci-dad, con un diámetro de 3,8 m y boca dedescarga de diámetro 0,15 m, desplazada0,3 m con respecto al eje principal.

La carga del producto se hacía mediantetransporte neumático en fase semidensa(camión cisterna). Mediante un sencillo sis-tema se disminuía la velocidad del materiala la entrada en el silo, haciéndolo precipi-tar prácticamente en caída libre.

Tras varias observaciones, se constatóque el producto almacenado presen-taba una segregación de tipo radial (figura8a), que la forma del flujo de vaciado eradel tipo conducto (figura 8b) y que apa-

recían grandes zonas “muertas” de mate-rial que no desalojaba nunca.

La solución adoptada incluía dosconos deflectores (figura 8c). Uno deellos, colocado en la parte superior deldepósito, distribuía el material queentraba al silo a lo largo de una coronacircular. De este modo, la altura del taludformado era mucho menor y las partí-culas se distribuían de manera más uni-forme, desapareciendo el problema ini-cial de la segregación radial.

El segundo cono deflector se situó enla parte inferior del silo, junto a la bocade descarga. Se comprobó que el volumende material en movimiento durante la des-carga aumentó considerablemente, redu-ciendo al mínimo las zonas “muertas”.

BibliografíaL. Targhetta, A. López. Transporte y almacenamiento

de materias primas en la industria básica. 1970Juan Ravenet. Silos, 1992John H. Perry. Manual de ingeniero químico.David R. Lide. Handbook of chemistry and physics.

1993-94.Willians O. A. Pneumatic an hidraulic conveying of

solids.

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Ángel Pérez MansoCorreo-e: osso@iespana.es

Ingeniero técnico industrial mecánico por laE.U.I.T.I. de San Sebastián. Durante seis años haejercido su labor laboral desarrollando proyectosde instalaciones de almacenamiento, dosificacióny transporte neumático de sólidos en polvo.

AUTOR

Figura 6.

Figura 7. Figura 8.