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    ALMACENAMIENTO DE SLIDOS

    Sergio Armando ArenasPeter G. Camacho C.

    Jenniffer Solange AyalaJohn Jairo Martnez

    Ing. Edgar Mauricio Morales

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    CONTENIDO

    Referencias

    Conclusiones

    Fundamentacin Terica

    Introduccin

    Objetivos

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    Almacenamiento deslidosText

    Text

    INTRODUCCIN

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    OBJETIVOS

    Exponer lascaractersticas de los

    diferentes depsitosidentificando para

    qu tipos de slidosson funcionales de

    acuerdo a lascualidades de estos.Reconocer las ventajas y desventajas de cada tipode almacenamiento, teniendo en cuenta las

    condiciones de diseo y los inconvenientes dealmacenamiento como la presin y elempaquetamiento.

    Identificar las propiedades y caractersticas delos slidos de acuerdo a su tamao, consistenciay forma.

    Diferenciar los tipos de depsitos y modo deempleo de acuerdo a las caractersticas de losslidos a almacenar.

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    Slidos

    Uno de los cuatro estados de agregacin de la materia .

    Oponen resistencia a cambios de forma y de volumen.

    En procesos qumicos los slidos se encuentran msfrecuentemente en forma de partculas y son en general, msdifciles de tratar que los lquidos, vapores o gases.

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    Caracterizacin de Partculas Slidas

    Es necesario un conocimiento de las caractersticas de masasde slidos en forma de partculas para el diseo de procesos ydel equipo que operan con corrientes que contienen talespartculas.Partculas slidas individuales se caracterizan por su Tamao,

    Densidad y Forma.

    El tamao y la forma se pueden especificar fcilmente parapartculas regulares, tales como esferas o cubos, pero para

    partculas irregulares es preciso definirlos arbitrariamente.

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    Forma de las Partculas

    El dimetro equivalente se define a veces como el dimetro deuna esfera de igual volumen. Sin embargo, para materialesgranulares finos resulta difcil determinar con exactitud elvolumen .El rea de la superficie se obtiene a partir de medidas deadsorcin o de la cada de presin en un lecho de partculas

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    Tabla 1. Esfericidad de varios materiales [2]

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    Propiedades de Masas de Partculas:Las masas de partculas slidas poseen muchas de las propiedades de

    un fluido.Ejercen presin sobre las paredes de un contenedor, fluyen a travsde un orificio o descienden por una tolva.

    Diferencias con los lquidos y gases:las partculas se entrecruzan y adhieren por efecto de la presin y nopueden deslizar unas sobre otras hasta que la fuerza aplicada noalcanza un cierto valor, una presin aplicada en una direccin generaalguna presin en otras direcciones.

    La densidad de la masa puede variar, dependiendo del grado deempaquetamiento de los granos.

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    Los slidos en forma de partculas se dividen en dos clases:

    cohesivosy no cohesivos.

    Los materiales no cohesivos como grano, arena o briznas deplstico, fluyen fcilmente desde depsitos o silos.

    Los slidos cohesivos, tales como arcilla hmeda, secaracterizan por su dificultad para fluir a travs de orificios.

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    Almacenamiento de Slidos

    Almacenamiento a laIntemperie

    Almacenamiento enDepsitos

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    Presiones en Depsitos, Tolvas y Silos

    La presin lateral ejercida sobre las paredes en cualquierpunto es menor que la calculada a partir de la carga dematerial.

    La fuerza de friccin en la pared tiende a contrarrestar el peso

    del slido y reduce la presin ejercida por la masa sobre elfondo del contenedor.

    La altura alcanza un valor aproximadamente tres veces

    superior al dimetro del depsito, el material adicionalvirtualmente no tiene efecto sobre la presin en la basela masa adicional es soportada por la pared y el lecho.

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    Tipos de silos

    En funcin del patrn de flujo

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    Tipos de tolva e influencia enforma de flujo

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    Esfuerzos en Recipientes de Flujo Axial-simtrico

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    Esquematizacin de la formacin de campos de esfuerzoactivos y de arco o domo en silos

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    Distribucin de esfuerzos en silos

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    Distribucin de la carga en la pared de un silo

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    Ecuacin de Janssen del esfuerzo: presin esttica vertical Pven paredes de recipientes cilndricos

    Donde: g es la aceleracin de la gravedad, b es la densidad a granel de losslidos, D es el dimetro del silo, es el coeficiente de friccin sobre la paredy h es la profundidad de los slidos almacenados. K es la relacin de lapresin horizontal a la vertical y se puede expresar como:

    Donde: es el ngulo efectivo de friccin interna de los slidos

    almacenados

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    Descarga de depsitos

    Descargan mejor a travs de un orificio situado en el fondo.

    Generalmente un fondo cnico o piramidal conduce a unapequea salida circular cerrada con una vlvula o a unalimentador rotatorio.

    Por tanto, para iniciar el flujo y mantener el material enmovimiento, con frecuencia se requieren vibradores sobrelas paredes del depsito cuchillas rascadoras cerca del fondo

    del depsito, o chorros de aire en la abertura de descarga.

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    Las operaciones en las que intervienen partculas solidas son:Reduccin de Tamao, Cristalizacin, Mezclado de Slidos y pastas

    y Separaciones Mecnicas.

    Equipos de Reduccin de Tamao:(1) compresin, (2) impacto, (3) frotacin o rozamiento, y (4) corte.

    Cristalizacin:Es la formacin de partculas slidas a partir de unafase homognea.

    Mezclado de Slidos y Pastas: El mezclado de slidos secos y depastas viscosas se parece en cierto modo al mezclado de lquidos de

    baja viscosidad.

    Separaciones Mecnicas:Dos mtodos generales son la utilizacinde Tamizado o Filtracin.

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    Descarga Natural en Tolvas

    Los lmites de flujo en masa y flujo tipo embudo para tolvas cnicas ypara tolvas planas dependen del ngulo con la vertical ,el ngulo

    efectivo de friccin interna y el ngulo de friccin con la pared

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    Abertura de la tolva para slidos gruesos

    Por medio de un anlisis de fuerzas en equilibrio para un material granular enla zona de la tolva se puede demostrar que:

    donde: 1 es el esfuerzo actuando en el arco a un ngulo de 45, bes ladensidad a granel del slido, g es la aceleracin de la gravedad, B es la aberturade la tolva, H()es un factor que toma en cuenta variaciones en grosor del arco,

    el ngulo con la vertical y el tipo de tolva (cnica o plana), y a es la aceleracinde descarga del slido granular

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    Abertura de la tolva para slidos gruesos

    Se puede demostrar que la abertura mnima de la tolva para prevenir la

    formacin del arco cohesivo es funcin del estado de equilibrio esttico, o seacuando a=0, por lo que sustituyendo y despejando de la ecuacin anterior:

    La variable H()tiene un valor de 2.4 aproximadamente para tolvas cnicas y de2.2 aproximadamente para tolvas con abertura cuadrada. Para determinar el

    valor de 1 se hace uso de curvas de diseo.

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    Abertura de la tolva para slidos gruesosPara determinar el valor de 1 se hace uso de curvas de diseo, de la

    funcin de falla ff y del factor de flujo ff, el cual puede definirse por larelacin:

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    Abertura de la tolva para slidos gruesos

    El punto crtico de interseccin en la figura

    anterior se denota como esfuerzo de corte

    crtico aplicado, siendo el esfuerzo definido

    en las ecuaciones anteriores. Al obtenerlo

    y sustituirlo se determinar la dimensin

    mnima de abertura B min necesaria para

    promover el flujo del material almacenado.

    Para facilitar la estimacin del factor de

    flujo, se han elaborado grficas de diseo

    para tolvas cnicas y planas y para

    diversos valores del ngulo efectivo de

    friccin interna.

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    Abertura de la tolva para slidos gruesos

    Caudal msico o velocidad de flujo

    Puede deducirse una expresin a partir de los dos componentes de laaceleracin

    donde: a c es el componente convergente debido al canal de flujo y a ves el componente debido al incremento de velocidad una vez que se

    inicia el flujo.

    ff es el factor de flujo crtico basado en la dimensin mnima de

    arqueado, mientras que ffa es el factor de flujo real basado en la

    dimensin de la abertura.

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    donde: Ves la velocidad de descarga y mes una constante cuyo valor es decero para tolvas planas y de la unidad para tolvas cnicas. Sustituyendo lasdos ecuaciones anteriores en la primeras y despejando av:

    A medida que la velocidad de descarga se incrementa, av tiende a cero, por loque una velocidad terminal promediada Va se alcanzar sustituyendo av=0 enla ecuacin previa, obtenemos la siguienterelacin:

    Abertura de la tolva para slidos gruesos

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    Abertura de la tolva para slidos gruesos

    El caudal en masa Q0 se representa por

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    donde: Bes el dimetro o ancho de abertura y L es la longitud deabertura.

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    PILASSi el material slido que se va a almacenar es inerte a condiciones de intemperie,presenta inconvenientes:

    Segregacin del material: Los slidos gruesos se acumulan en los bordes de lapila.

    Contaminacin: tanto del ambiente circundante como deterioro de la saludhumana debido al posible arrastre de partculas en el aire.

    Lluvias:el material se expone a la humedad y al arrastre debido a lluvias.

    Es necesario que el suelo sea compacto y con cierta pendiente de inclinacin paraque drene el agua.

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    Descarga Asistida:

    Promotores de Flujo y Alimentadores

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    Descarga Asistida:

    Promotores de flujo: dispositivos activos

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    Descarga Asistida:

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    Promotores de flujo: alimentadores

    Descarga Asistida:

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    Descarga Asistida:

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    DISPOSICIONES DE DESCARGA

    El vertido del slido a granel se realiza comnmentemediante una cinta transportadora. sta crea un montculocuya forma depende de si la cinta transportadora es fija omvil.

    A. La descarga sobre la polea final forma un montn cnicoal extremo de la banda.

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    B. Descarga sobre polea final para la distribucin longitudinal

    mediante un transportador reversible.

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    C. Descarga por medio de un basculador deslizante, para

    distribuir materiales a uno o los dos lados del transportador atodo lo largo del recorrido del basculador.

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    D. Descarga mediante basculadores fijos, con o sin

    transportador transversal a uno o los dos lados de labanda, a aberturas fijas de tolva o montones en lugaresescogidos.

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    E. Descarga mediante rejas con bisagras a uno o ms lugares

    fijos a lo largo de uno o los dos lados del transportador. Lasrejas se pueden ajustar para dividir la descarga entre varioslugares, en forma simultnea, en las proporciones deseadas

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    ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIN

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    ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIN

    Un cambio leve en la densidad a granel del material causa uncambio dramtico en la capacidad de fluir. Un rasgo relevante deun polvo se refiere a la forma en que el esfuerzo de corte vara con

    el esfuerzo de consolidacin. Las propiedades utilizadas paraidentificar y cuantificar las relaciones entre estos esfuerzos seconocen comopropiedades de falla o ruptura depolvos

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    Propiedades de falla

    Las propiedades de falla son:

    ngulo efectivo de friccin interna ()

    ngulo de friccin con la pared () Funcin de falla (F) Cohesin (C) Adhesin (T)

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    Determinacin de las Propiedades de Falla

    La Ecuacin de Warren-Spring

    Donde es el esfuerzo de corte, C es la cohesin, es el esfuerzonormal, T es la adhesin, y n el ndice de corte o cizalla (1 < n < 2)

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    CONSIDERACIONES DE DISEO

    El diseo de depsitos de almacenamiento para slidos particulados

    consta bsicamente de cuatro pasos:

    1. Determinacin de la resistencia y de las propiedades de flujo de losslidos particulados a almacenar en las peores condicionesencontradas en la prctica.

    2. Determinacin de la geometra del depsito para proporcionar lacapacidad deseada y proveer un modelo de flujo con caractersticasaceptables y asegurar una adecuada descarga.

    3. Estimacin de las cargas ejercidas sobre las paredes del depsito y elalimentador bajo condiciones de operacin.

    4. Diseo y detalle de la estructura del depsito.

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    TOLVAS DE FLUJO DE MASA TOLVAS DE FLUJO DE EMBUDO

    1. Las partculas se segregan, pero se renenen la descarga.

    1. Las partculas se segregan y permanecensegregadas.

    2. Los polvos se desairean y no fluyen cuandose descarga el sistema.

    2. La primera porcin que entra es la ltima ensalir.

    3. El flujo es uniforme.3. Pueden permanecer productos en puntosmuertos, hasta que se realiza la limpiezacompleta del sistema.

    4. La densidad del flujo es constante. 4. Los productos tienden a formar puentes oarcos y, luego, a que se formen agujeros de

    rata durante la descarga.5. Los indicadores de nivel funcionanadecuadamente.

    5. El flujo es errtico.

    6. No quedan productos en zonas muertas,donde pudieran degradarse.

    6. La densidad puede variar.

    7. Se puede disear la tolva para tener un

    almacenamiento no segregado o parafuncionar como mezcladora.

    7. Los indicadores de nivel se deben situar en

    puntos clave, para que puedan funcionaradecuadamente.8. Las tolvas funcionan bien con slidos departculas grandes y flujo libre.

    Tabla 2. caractersticas principales de las tolvas de flujo de masa y

    flujo de embudo [3]

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    El tamao de partculasEntre mayor sea el tamao de la partcula, mslibre es el flujo de slidos. Entre menor tamao de partcula, el flujo es msdifcil debido al aumento del grado de compactacin de las partculas

    Contenido de Humedad La humedad es un problema ya que en ciertascantidades puede llegar a afectar el flujo de descarga

    El EnvejecimientoParece que mejora la capacidad de flujo de algunos

    materiales, puede ser debido a la oxidacin de la superficie de las partculas,a la distribucin ms uniforme de la humedad y al redondeo de las esquinasde las partculas que provoca el manejo del mismo

    ESPECIFICACIN DE SLIDOS A GRANEL PARAOBTENER EL MEJOR FLUJO

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    EMBALAJE Y MANEJO DE PRODUCTOS SLIDOS

    En ingeniera, se conoce como embalaje a todo empaque que contienedos toneladas mtricas de producto.

    Bolsas de Papel de capas Mltiples

    Existen dos diseos de bolsas, las de vlvula y las de boca abierta. La devlvula tiene los dos extremos cerrados y su llenado es por la vlvula,mientras que la de boca abierta su sellado es despus de su llenado porla parte abierta de la misma.

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    Tambores

    Son hechos de acero o de fibra. Son los segundos enimportancia despus de las capas mltiples para suspensiones.Son muy utilizados para slidos secos.

    Cajas para granel

    Son de papel kraft corrugado para productos secos y a granel.Las cajas grandes cargan de 0.5 a 2 toneladas y las pequeas, de23 a 68 kg. Las grandes son utilizadas para enviar resinas y laschicas son para materiales de tamao regular, tales como sodacaustica. Las cajas a granel contienen el producto dentro de una

    bolsa de polietileno, acojinamiento en los extremos ysellamientos con grapas u otros objetos de sellamiento.

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    Conclusiones

    Debido a que en los procesos qumicos los slidos son msdifciles de tratar que los lquidos, vapores o gases, un buenalmacenamiento y transporte de estos para conservar suspropiedades se hace vital para hacer efectivos los procesos.

    Este trabajo nos permite aplicar los conceptos vistos en laasignatura de manejo de slidos y lquidos, dndonos unaventaja en el momento de enfrentarnos con concepcionessemejantes en el mundo real.

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    REFERENCIAS1. HERNANDEZ, H.: Manejo de slidos y separaciones slido-slido.

    Universidad Industrial de Santander, 1991. Pag. 1639.

    2. MCCABE, W. & SMITH, J.: Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica.McGraw-Hill.1998. Pag .868-970.

    3. RAYMUS, G.:Handling of Bulk Solids and Packaging of Solids andLiquids. PERRYS CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK. McGraw-Hill.1999. pag. 2751.

    4. .Silo[en lnea]: Wikipedia, la enciclopedia libre. Consultado: Diciembre11 de 2010.Disponible en web .

    5. Tolva [en lnea]: Wikipedia, la enciclopedia libre. Consultado:Diciembre 11 de 2010.Disponible en web.

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    REFERENCIAS

    7. Almacenamientode slidos, lquidos y gases, intercambiadores de calor.[en lnea]: pdf.Consultado: Diciembre 11 de 2010. Disponible en web.

    8. Diseo y Clculo de Tanques de Almacenamiento. [en lnea]:Consultado: Diciembre 11 de 2010.Disponible en web.

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