Manejo de slidos

Presentado a: Ing. Ph.D. Jorge Pieres Mendoza

Marn Gonzlez Danitza Martnez Villadiego Keydis

Ortiz Rivera Marta Suarez Pealoza Sebastin

Tellez Lzaro Marianela

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Taller N 001

Marn Gonzlez Danitza

Martnez Villadiego Keydis

Ortiz Rivera Marta

Suarez Pealoza Sebastin

Tellez LazaroMarianella

Ing. Ph.D. Jorge Pieres Mendoza

Manejos de Slidos Cdigo: 72203

Lunes: 6:30 pm -9:30pm

PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA

FACULTAD DE INGENIERA

UNIVERSIDAD DEL ATLNTICO

BARRANQUILLA, ATLNTICO

SEPTIEMBRE DEL 2015

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Contenido 1. INTRODUCCIN .............................................................................................................. 5

2. EMPAQUE ......................................................................................................................... 6

2.1 Tipos de empaque ......................................................................................................... 6

3. SILOS ................................................................................................................................. 8

3.1 Clasificacin de silos .................................................................................................... 8

3.2 Tipos de flujo ................................................................................................................ 8

3.3 Criterio de diseo de silos ............................................................................................. 9

4. TOLVAS .......................................................................................................................... 12

4.1 Flujo a travs de tolvas ............................................................................................... 13

4.2 Criterios de diseo de una tolva .................................................................................. 14

4.3 Seleccin tipo de flujo ................................................................................................ 14

4.4 Tamao salida de la tolva: .......................................................................................... 15

4.5 Alimentadores y dispositivos de ayuda para el flujo. ................................................. 16

4.6 Tipo de Tolvas ............................................................................................................ 16

5. TRANSPORTADORES NEUMATICOS ........................................................................ 19

5.1 Ventajas y desventajas del transporte neumtico ....................................................... 20

5.2 Transporte de neumtico de materiales solidos a granel ............................................ 20

5.3 Diseo de sistemas de transporte neumtico .............................................................. 21

5.4 Tipos de transporte neumtico .................................................................................... 22

5.5 Transporte neumtico en la industria .......................................................................... 23

6. TCNICA DE MUESTREO DE SLIDOS .................................................................... 24

6.1 Muestreo en Bandas transportadoras .......................................................................... 24

6.2 Muestreo en Volquetas, Camiones o Vagones ........................................................... 24

6.3 Muestreo en pilas y barcos .......................................................................................... 24

7. DISEO DE EMPAQUETAMIENTO PARA SLIDOS .............................................. 25

7.1 Embalajes para slidos ................................................................................................ 26

7.2 Recubrimientos ........................................................................................................... 28

7.3 Operaciones De Embalaje ........................................................................................... 29

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8. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 30

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1. INTRODUCCIN

La forma en la que la materia solida se encuentra en la corteza terrestre y en los ocanos

depende fundamentalmente en sus propiedades fsicas, que la hacen reaccionar con su

entorno. Por esta razn al tomar los slidos de su ambiente natural, se debe llevar un buen

manejo del material, para que as se pueda cumplir con xito cualquier objetivo industrial.

Para ellos se hace uso de diferentes operaciones unitarias como:

Tcnicas de muestreo

Las tcnicas de muestreo nos permiten obtener una muestra representativa de la poblacin

general, un plano a escala en el que se representa en miniatura todas las caractersticas de

la poblacin general. A travs de las tcnicas de muestreo se intenta garantizar la validez

interna del estudio.

Almacenamiento

El almacenaje es el conjunto de actividades que se realizan para guardar y conservar

artculos en condiciones ptimas para su utilizacin desde que son producidos hasta que

son requeridos por el usuario o el cliente. Dentro del sistema global del manejo de

materiales, el sistema de almacenaje proporciona las instalaciones, el equipo, el personal, y

las tcnicas necesarias para recibir, almacenar, y embarcar materia prima, productos en

proceso y productos terminados. Las instalaciones, el equipo y tcnicas de almacenamiento

varan mucho dependiendo de la naturaleza del material que se manejar.

Empaquetamiento y embalaje

Las funciones principales del empaquetamiento y embalaje son principalmente proteger y

conservar el producto y adems deben proporcionar al cliente informacin sobre el

producto. Todas estas caractersticas dependen de las propiedades del slido.

Transporte

En el procesamiento de un producto industrial, agro-industrial y minero, estos estn sujetos

a diferentes movimientos en cualquier sentido y direccin, esto es, verticales y horizontales

o inclinados. Para cumplir este objetivo, son utilizados equipos con el nombre de

transportadores o cintas transportadoras.

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2. EMPAQUE

Incluye las tareas de disear y producir el recipiente o la envoltura para un producto. Su

objetivo fundamental es el de proteger el producto, el envase o ambos y ser promotor del

artculo dentro del canal de distribucin.

2.1 Tipos de empaque:

Los empaques pueden ser clasificados segn sus materiales en los siguientes tipos:

2.1.1 Empaque de vidrio: generalmente los empaques que vemos de este material son frascos o botellas. No slo son muy tiles para envasar comidas

o bebidas, tambin son muy usados en farmacias y en el mbito de la

cosmtica. Algunas ventajas que ofrece es el poco impacto ambiental ya

que pueden ser reciclados y pueden ser utilizados varias veces, son

muy eficaces para proteger su contenido y por otro lado permiten ver hacia

el interior del recipiente. Sin embargo hay que ser muy cuidadoso con cadas

o golpes, porque en ese caso quedara hecho pedazos. Por otro lado suelen

ocupar mucho espacio y ser pesados.

2.1.2 Empaque de metal: el tipo de metal utilizado depender del producto a empacar, en el caso de las bebidas suele ser usado el aluminio, sobre todo si

estas son gaseosas. Cuando se empaca alimentos suele utilizarse el acero.

Adems el uso de vasos, cubiertos o platos de dicho material es muy

frecuente.

Estos embalajes sirven verdaderamente como protectores al producto ya que

son muy resistentes. Otra ventaja es que pueden ser utilizados muchas veces

y pueden ser reciclados sin ningn tipo de inconvenientes. Sin embargo

pueden tender a ser muy grandes, pesados. Por otro lado, suelen ser

costosos.

2.1.3 Empaque textil: hecho con fibras de origen vegetal. Generalmente son utilizados para guardar granos, ya que suelen fabricarse sacos o bolsas. Este

tipo de empaques son muy econmicos y no resultan altamente

contaminantes. Sin embargo es necesario tomar los recaudos requeridos para

evitar cualquier plaga.

2.1.4 Empaque de papel: estos son generalmente utilizados para recubrir otros embalajes. Algunos ejemplos pueden ser las cajas o las bolsas de papel

madera. Las ventajas que otorga es que el producto es mejor conservado ya

que el aire es absorbido y tanto las partculas de polvo u holln y luz no

tienen acceso fcilmente. Adems resultan bueno para la ecologa porque

pueden ser reciclados en su totalidad sin mayores dificultades. Algunas

desventajas resultan de la fragilidad del material; los desgarros del papel son

muy comunes y si hay presencia de agua tambin puede quedar arruinado el

empaque.

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2.1.5 Empaques de madera: estos son muy utilizados en el transporte de largas distancias de productos muy grandes y pesados. Son muy resistentes y

adems su contenido queda muy protegido. Sin embargo es frecuente que

esta clase de empaques alberguen distintas plagas, no resultan econmicos y

se descomponen con facilidad ya que son sensibles a la humedad y al sol.

2.1.6 Empaque plsticos: ste no tiene un buen impacto sobre el medio ambiente. Adems son muy difciles de reciclar. Sin embargo una de las

ventajas es que la mayora de las veces es posible utilizarlo para varias cosas

y varias veces ya que son durables y resistentes. Algunos ejemplos de

empaques plsticos son cajas, bolsas, bandejas, frascos, entre otros.

Generalmente su contenido es comida, aceite, productos de limpieza o de

belleza. Por otro lado resulta muy importante ser cauto porque en este

empaque el plstico es muy inflamable.

2.1.7 Otros

Tambores de fibra: El tambor de fibra ha ganado importancia en el comercio internacional, especialmente cuando se trata de transportar productos pulverizados,

rene casi todas las caractersticas ideales para proteger el contenido ante las

inclemencias de la manipulacin y almacenamiento durante el transporte. Es

importante tener en cuenta que se debe sacar todo el aire del material durante la

operacin de llenado, se recomienda que sean embalados sobre estibas para facilitar

su manipulacin.

Bolsas o sacos de pliegos mltiples: Este tipo de empaques se ha popularizado para los embarques de productos en polvo, granulados y en terrones, particularmente

para productos qumicos. Es un recipiente flexible fabricado con pliegos entre dos y

seis capas de papel Kraft de servicio pesado. Para mayor resistencia deben ser

hechos con revestimientos especiales, impregnados, o aun con capas de bramante

para mayor proteccin al contenido, tambin deben ser reforzados con material

plstico como medida de proteccin contra el agua y la humedad. Con este tipo de

empaque siempre habr un poco de derrame de contenido en el sellado, existen

varios topos de bolsas, sin embargo los ms comunes son las de fondo pegado con

engrudo, las de fondo cerrado y boca abierta y la vlvula pegada o cosida. No

importa cul sea el tipo seleccionado, este tipo de empaque no es recomendable para

transportar productos en el comercio internacional. Si su decisin es utilizarlo se

recomienda que la bolsa llena no supere los 22.5 kilos.

Rollos o bobinas: Existen materiales que por sus caractersticas fsicas deben ser movilizados en forma de rollos o bobinas, esto requiere de una proteccin externa

suficiente para evitar daos en el contenido. Adicionalmente se recomienda que los

productos que por su naturaleza deban ser enrollados, al momento de transportarlos

es necesario unificarlos sobre bases de madera, lo anterior para proteger sus bordes

y costados, adems se facilita la manipulacin.

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3. SILOS

El silo es un espacio creado especficamente para el almacenamiento de granos y de otros

elementos agrcolas que se mantienen all en condiciones ideales hasta el momento de su

comercializacin, evitando as que entren en mal estado debido a las condiciones

climticas. Los silos son construcciones de diferentes geometras, ya sean cilndricas,

cuadradas o cnicas hechas de hormign (mezcla de aglomerantes como el cemento, agua y

arena en proporciones definidas), losetas, acero o madera.

Todos los silos tienen aberturas de alimentacin, generalmente cerca del extremo superior

y, bocas de descarga en la base o a un lado. Los silos se pueden clasificar de dos tipos:

abiertos o cerrados, este ltimo conviene que est equipado, en la parte superior, con una

chimenea o tubo para descomprimir el interior por la sobre presin producida por el llenado

para evitar la salida de polvo a la atmsfera, debera estar conectado con un filtro de

mangas.

3.1 Clasificacin de silos

3.1.1 Silos de torre: es una estructura de dimensiones de 4 a 8 m de dimetro y 10 a 25 m

de altura. Puede construirse de materiales como vigas de madera, vigas de hormign y

chapa galvanizada ondulada.

3.1.2 Silos de bnker: son trincheras construidas de hormign que se llenan y comprimen

con tractores y mquinas de carga. Su costo es bajo y son convenientes para operaciones

muy grandes

3.1.3 Silos de bolsa: son bolsas plsticas de gran tamao de medidas equivalentes de 2 a

2 m de dimetro, y de un largo que vara dependiendo de la cantidad del material a

almacenar. Se compactan usando una mquina hecha para ese fin, y los extremos de la

bolsa se sellan.

3.2 Tipos de flujo

Al igual que las tolvas se describen dos tipos de flujo, uno conocido flujo de masa y el otro

flujo de embudo. La presin de descarga est influenciada por el tipo de flujo, por tanto,

debe asegurarse de dicho flujo antes del clculo de las cargas debidas al material

almacenado. En el caso del flujo de masa, todo el contenido fluye como una masa nica y

el flujo ocurre de manera que el material que entra primero sale primero.

En silos de flujo de embudo el material fluye por un canal central y, por tanto, el ltimo que

entra es el primero que sale.

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Fig. 1 Tipos de flujo que se presentan

3.3 Criterio de diseo de silos

3.3.1 Tamao y Geometra

El tamao y geometra dependen de los requerimientos funcionales tales como el volumen

de almacenamiento, el sistema y forma de descarga, las propiedades del material

almacenado, el espacio disponible, consideraciones de tipo econmico, etc.. Normalmente

el depsito est constituido por una forma vertical (silo) con un fondo plano o con un fondo

de paredes inclinadas (tolva). Suelen tener una seccin transversal circular, cuadrada,

poligonal. La figura 2 muestra figuras tpicas de silos y tolvas. Los silos cilndricos son

estructuras ms eficaces que los prismticos bajo el punto de vista de coste estructural. En

cuanto a capacidad de almacenamiento de un silo de seccin cuadrada, almacena un 27%

ms que uno cilndrico de dimetro igual al lado del anterior. Si el silo tiene fondo plano su

capacidad de almacena- miento es mximo para la misma altura. El tamao del silo lo

determina la relacin entre la alimentacin y la descarga, dependiendo as mismo de la

cantidad de material a almacenar.

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Fig. 2 criterios de diseo de silos: Geometra en Silos

3.3.2 ngulo mximo entre las paredes del silo con la vertical de la zona de descarga ().

Para calcular es necesario recurrir a las grficas del factor de flujo (ff, figura 3), el cual se define como la representacin del esfuerzo cortante mximo sobre un elemento del polvo

en el silo contra la presin a la que es sometido. El ff se puede hallar conociendo el ngulo

efectivo de friccin interna del polvo (), el ngulo de friccin entre el material y la superficie del silo () y la geometra del mismo. La curva a trazos delimita las zonas de la grfica donde se obtienen flujos msicos o tubulares, y sobre ella se encuentran los pares de

valores (, ) para los cuales existe flujo msico. Para efectos de seguridad, es recomendable tomar un ngulo 3 inferior al calculado.

3.3.3 Dimetro mnimo de la boca de salida (Dmin)

Para hallar Dmin se debe conocer la funcin de flujo del material (FFM) la cual es la

variacin de la resistencia mecnica al esfuerzo de cizalla del lecho de polvo compactado a

una determinada presin, variable de la cual depende (figura 5). Si en un mismo plano se

grafican FFM y 1/ff (figura 6), se observa que en el punto de corte de las dos curvas se

cumple que el esfuerzo cortante mximo que soporta el lecho (s) es igual a la resistencia

mecnica del mismo (f). Este punto se asocia con una tensin denominada tensin crtica

(CAS) con la cual se puede calcular, D. As pues, para un silo cilndrico con abertura

circular, el valor de D viene dado por la siguiente expresin:

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(

)

DONDE

= Dimetro mnimo de la boca de salida en Metro (m) = Densidad del lecho en Kilogramo por metro cbico (kg/m3) = Tensin crtica en Pascal (Pa) = ngulo mximo entre la pared del silo y la vertical de la zona de descarga en Grado ()

3.3.4 Clculo de las presiones horizontal y vertical en el lecho

El clculo de silos fue el desarrollado, en 1895 por H. A. Janssen, estudi las presiones

estticas debido al material almacenado en silos. Su teora se basa en el equilibrio de una

seccin diferencial del silo con el material en reposo. Con este anlisis consigui derivar la

expresin para la presin vertical del material, la presin lateral y la fuerza de friccin en la

pared del silo. Su mtodo es fcil de llevar a cabo, no es preciso el uso de ordenador para

determinar estas fuerzas. Es tambin uno de los mtodos ms empleados para el anlisis de

estas fuerzas y est recomendado por la mayora de las normativas vigentes para el clculo

de silos. Para el diseo de los silos, segn el mtodo de Janssen, los clculos se reducen a

las siguientes ecuaciones:

La presin horizontal viene dada por:

(

)

La presin horizontal viene dada por:

(

)

Constante de Janssen:

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Dicha frmula permite determinar las presiones horizontales en funcin de 2 variables:

Radio hidrulico medio de la celda

Tangente del ngulo de rozamiento entre el material almacenado y las paredes.

La variabilidad de estos 2 factores permite pasar de un silo real a una maqueta, utilizando la

teora de modelos y con la seguridad de que las presiones obtenidas en el modelo,

comparativamente, sern proporcionales a las aparecidas en el silo real.

Dimetro ptimo de salida

(

)

Dnde:

D = Dimetro orificio de salida

= Angulo de la pared de salida del silo CAS = Tensin Critica (Resistencia mecnica del material particulado) (en Pa)

= Densidad del material almacenado en el silo en Kg/m3 H = Altura del borde superior del silo en metros.

A = Seccin transversal del silo en m2

U = Permetro del silo en m.

R = Radio hidrulico (

)

=Angulo de reposo del material almacenado en grados. K= Constante de Janssen

4. TOLVAS

Es un dispositivo similar a un embudo de gran tamao destinado al depsito y canalizacin

de materiales slidos en forma de grnulos o pulverizados, entre otros; su diseo hasta la

dcada de los 60 era emprico y de tanteo. Frecuentemente, los slidos se almacenan en

tolvas que son generalmente circulares o rectangulares en seccin transversal, con

secciones cnicas o puntiagudas en la parte inferior. La tolva se llena en la parte superior y

debe tenerse en cuenta que, si hay una distribucin de tamao apreciable de las partculas,

se puede producir cierta segregacin durante el llenado con las partculas ms grandes

tienden a rodar hacia el exterior de las pilas en la tolva.

El avance en el almacenamiento en tolvas de materiales a granel se dio en tan slo una

dcada (1960), previo a ello los diseos eran empricos y de tanteo y solo se asegura el

xito si el material era de flujo libre. A partir de las investigaciones llevadas a cabo por

Andrew W. Jenike, se identificaron criterios que afectaban el flujo de los materiales en los

recipientes de almacenamiento, as mismo, se presentaron ecuaciones que definan el flujo a

granel y coeficientes que lo afectaban.

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4.1 Flujo a travs de tolvas

Estos dispositivos aparte de almacenar, tambin son utilizados para el descargue de dicho

material. Dependiendo de la forma en que se presente el flujo de descargue del material, los

depsitos pueden presentar dos tipos de flujos de tolvas de flujo de masa y de flujo de

embudo.

Flujo de masa Se caracterizan porque en ellas todo el material fluye al ser retirado del depsito, es decir

todo el material se desplaza cuando una parte del mismo es retirado sin formar un canal en

el centro del depsito a diferencia de las tolvas de flujo de embudo.

Fig. 3 Tolva de flujo de embudo Fig.4 Tolva de flujo de masa

El Flujo de Embudo

Se produce cuando fluye slo una porcin del material (por lo comn en un canal o un

agujero de rata en el centro del sistema), cuando se retira cualquier cantidad de materia. Un depsito con flujo de embudo puede tener o no flujo; pero se puede hacer que fluya por

algn medio.

Al momento de seleccionar el tipo de depsito, generalmente se busca el material fluya

libremente, es decir; que cuando se abra la compuerta del fondo del depsito se obtenga un

flujo sin ayuda alguna de una fuerza externa a la del mismo material; es decir, que se

presente un flujo de masa. De manera es general es preferible un flujo de masa a un flujo de

embudo en la tolva, debido a que se presenta un flujo del material de manera constante y

por lo tanto no se corre el riesgo de que manera inesperada se interrumpa el flujo del

mismo, como suele suceder en un flujo de embudo, en la tabla 1 se presentan caractersticas

del flujo de masa y el flujo de embudo.

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Tolvas de flujo de masa

Tolvas de flujo de embudo

Las partculas se segregan, pero se renen

en la descarga.

Las partculas se segregan y permanecen

segregadas.

Los polvos se des airean y no fluyen

cuando se descarga el sistema.

La primera porcin que entra es la ltima

en salir.

El flujo es uniforme. El flujo es errtico.

Densidad de flujo constante. La densidad de flujo puede variar.

Los indicadores de nivel funcionan

adecuadamente.

Los indicadores de nivel se deben situar en

puntos clave para que funcionen

correctamente.

No quedan productos en zonas muertas,

donde puedan degradarse.

Pueden permanecer productos en puntos

muertos, hasta que se realic la limpieza

completa del sistema.

Se puede disear para almacenamiento no

segregado o para funcionar como

mezcladora.

Funcionan bien con slidos de partculas

grandes y flujo libre.

.

Se tiende a la formacin de puentes o arcos

y a la formacin de agujeros de rata

durante la descarga

Tabla 1 Caractersticas principales de tolvas de flujo de masa y flujo de embudo.

4.2 Criterios de diseo de una tolva

Para el diseo adecuado de este dispositivo se debe tener precisin en algunos parmetros,

con ello se lograra una entrega fiable del material, descarga constante de slidos y

velocidades requeridas para el proceso.

Consideramos dos parmetros importantes:

Determinar si se trabajar con flujo de masa o flujo de embudo.

Dimensiones de salida de la tolva para que el producto fluya.

4.3 Seleccin tipo de flujo

Para la seleccin del tipo de flujo a trabajar (embudo o de masa), se deben tener en cuentas

tres variables determinantes, las cuales son ngulo medio de la tolva (), el ngulo efectivo

de friccin interna () y ngulo de friccin con las paredes(). Estas variables definen la

forma en que el polvo se comportar de la tolva ya ser que esta tenga forma cnica o

plana.

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El ngulo efectivo de friccin interna y ngulo de friccin con las paredes son datos

calculados experimentalmente y ngulo medio de la tolva se calcula mediante un funcin

que depende de los dos anteriores.

Los valores lmites del ngulo medio de la tolva para tolvas plana y cnicas se observan en

la siguiente figura 5, es recomendado usar un ngulo que no exceda el limite restndole 3

grados.

Fig.5 Grfica de relaciones de los ngulos para flujo de masa y flujo de embudo con su

correspondiente limite.

Entre mayor sea el ngulo de acabo mayor ha de ser el ngulo de friccin de la misma. La

otra variable determinante es el ngulo de pendiente de la tolva, el cual es el ngulo de

inclinacin que posee la superficie de la misma. La relacin entre estas dos variables

determina el flujo que se va a utilizar en la tolva, el cual puede ser de masa o de embudo.

4.4 Tamao salida de la tolva:

Una vez determinado el tipo de flujo, se procede a determinar el tamao de la salida de la

tolva, para esto se parte del hecho que el material ha de ejercer una presin sobre las

partculas que se encuentran el en fondo, generando en la abertura de salida de la tolva un

arco, el cual impide el flujo libre del material. Para dicha situacin se propone aplicar un

esfuerzo (f), el cual sea mayor al que presente el material cuando se forma dicho arco para

as garantizar el flujo del mismo. Cuando se llega al punto donde el esfuerzo suministrado

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(f) es igual al esfuerzo que presenta el arco a fluir (s); se alcanza el punto crtico y en este

punto se pueden determinar las dimensiones de salida de la tolva. Dichas dimensiones de

salida de la tolva se pueden calcular a partir de la siguiente formula: B=22 f/; donde es

la densidad a granel del producto almacenado y f es el esfuerzo suministrado al material

para que rompa su formacin de arco que se opone al flujo libre del mismo.

4.5 Alimentadores y dispositivos de ayuda para el flujo.

Esto dispositivos de ayuda para el flujo se utilizan para afrontar situaciones en las cuales no

se puede instalar un dispositivo de flujo de masa por limitaciones de espacio y capacidad.

Estos dispositivos tambin hacen parte del anlisis a la hora de disear estos recipientes de

almacenamiento.

4.6 Tipo de Tolvas

4.6.1 Tolvas vibratorias

4.6.2 Tolva con dosificador de tornillo sin fin

Son consideradas verstiles y quizs una de las

ms importante, se usan para ampliar la abertura de

los depsitos de almacenamiento y provocar al

flujo romper los puentes o arcos formados por el

material. Son comunes dos tipos de tolvas, la

giratoria en la cual la vibracin se aplica de forma

perpendicular al flujo y de torbellino que

proporciona elevacin y oscilacin combinada al

material.

A igual que el dosificador volumtrico ste consiste de

una tolva que tambin puede ser alimentada de forma

manual o automtica. Dentro de la tolva se encuentra un

tornillo sin fin que es controlado por la envasadora.

Dependiendo del tipo de producto a dosificar y el

Gramaje del envase se ajusta la cantidad de vueltas que el

tornillo girar. Dependiendo la cantidad de envases o el

ancho del mismo se puede requerir ms de un tornillo

dentro de la tolva. Est diseado para productos en polvo

como pimienta, pimentn, colorantes, organo, etc.

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4.6.3 Tolva de descarga de estrella

4.6.4 Tolva de descarga de bandas transportadoras

4.6.5 Tolva con Dosificador volumtrico

Consiste en agregar a la tolva en la parte final

una estrella o erice que de varias etapas para

graduar la descarga de la tolva, de esta manera la

descarga se hace por partes, dependiendo del

nmero de segmentos de la estrella, y el caudal

se ve afectado por el volumen del segmento de la

estrella

Consiste en agregar una banda transportadora

justo debajo de la boca de descarga de la tolva,

para de esta manera remover el slido de

manera constante, este proceso no afecta

ninguna de las caractersticas de flujo ni los

criterios de diseo.

Consiste de una tolva que acumula el producto a envasar y

un nmero determinado de vasos telescpicos que

contendrn la cantidad de producto que se ubicar en un

envase. La tolva puede ser alimentada por una persona o

por un elevador que es manejado de forma automtica por

la envasadora. La cantidad de vasos depende directamente

del producto a envasar y las dimensiones de la bolsa que la

mquina realizar.

Este dosificador est diseado para productos slidos

homogneos tales como azcar, maz, confites, pan

rallado, arroz, caf en granos, sal, etc.

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4.6.6 Tolvas con dosificador de pistn

4.6.7 Tolvas con dosificador por gravedad

4.6.8 Tolvas con dosificador por medio de balanza de cabeza mltiple

Se utiliza para productos lquidos y semilquidos. Este

consiste en uno o ms recipientes hermticos donde se

ubica el lquido y mediante uno o ms pistones el producto

es desalojado del recipiente y llevado hacia un pico que se

ubica en el interior de la bolsa ya confeccionada por la

envasadora. Este dosificador es ideal para productos

lquidos densos o viscosos como shampoo.

Consiste en un tanque donde se ubicar el lquido que

normalmente es alimentado por un tanque principal mediante un

flotador que tiene en el interior se habilita o deshabilita la

alimentacin del mismo. En la parte inferior posee una llave de

paso que es controlada por la envasadora, el cual, permite el paso

del lquido en el momento preciso. Se utiliza nicamente para

productos lquidos como agua, jugos, salmuera, vinos, etc.

Es el medio ms preciso y rpido en la actualidad para el

dosificado de slidos homogneos y no homogneos. Dada su gran

velocidad este tipo de dosificador no puede ser alimentado de

forma manual, es obligatorio para l el uso de un elevador de

producto. Consiste de mltiples recipientes donde se aloja el

producto a envasar, stos contienen celdas de cargas en su interior

para medir el peso que tiene. Se utiliza para envasar todo tipo de

slidos homogneos y no homogneos como legumbres en

general, snacks, confites, caramelos, gomitas, tornillos y un largo

etctera.

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4.6.9 Tolvas con dosificador de tornillo y balanza

5. TRANSPORTADORES NEUMATICOS

El objetivo principal de un sistema de transporte neumtico es transportar materiales

slidos a granel desde un punto a otro, puede ser desde un recipiente, tolva o depsito hasta

el equipo de proceso, por medio de un flujo de gas a presin, ya sea positiva o negativa

(succin), y a travs de una caera. Materiales particulados finos en el rango de los

micrones hasta partculas de 20 mm se pueden transportar en forma horizontal o vertical,

desde algunos metros hasta mximo dos kilmetros de distancia.

Fig.6 Representacin de transporte de neumticos

Para polvos con difcil fluidez se usa generalmente una

combinacin de tornillo y balanza. El mtodo de funcionamiento

es el siguiente: Cuando se quiere hacer el dosificado del producto

se enva una seal de inicio, al tornillo para que comience a girar y ste va depositando el producto sobre una celda de carga.

La celda se encarga de enviarle una seal PLC de la envasadora en

aviso que se ha llegado al peso deseado, a continuacin, se enva

una seal de pare al tornillo para que ste deje de girar. De este modo se garantiza el dosificado de forma muy precisa, alrededor

del 0,5% de margen de error.

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5.1 Ventajas y desventajas del transporte neumtico

La principal ventaja del transporte neumtico de slidos a granel es que los sistemas son cerrados, y por lo tanto, no-contaminantes. El material transportado se

encierra totalmente dentro de la caera, lo cual protege al producto del medio ambiente y viceversa (al medio ambiente del producto en caso de transportar

materiales peligrosos, explosivos, txicos, biolgicos, etc.). Adems, son sistemas

muy limpios, adecuados para muchos y variados procesos, flexibles para cambiar de

direccin, requieren de un reducido espacio y son fciles de automatizar.

Dentro de las desventajas es importante destacar que no todos los materiales particulados se pueden transportar neumticamente a travs de caeras, sino slo

aquellos materiales secos, no cohesivos, de fcil escurrimiento libre por gravedad, y

relativamente finos. Materiales frgiles pueden sufrir de excesiva atricin y

materiales abrasivos pueden causar desgaste prematuro en las caeras y codos.

Otra desventaja del transporte neumtico son el tamao mximo de partcula, la

capacidad mxima de transporte, la distancia a transportar y el mayor consumo de

energa. Hoy en da se pueden encontrar sistemas de transporte neumtico en las

ms diversas industrias

5.2 Transporte de neumtico de materiales solidos a granel

Diversos tipos de sistemas existen para el transporte neumtico de materiales slidos a

granel, incluyendo sistemas abiertos o cerrados, de presin positiva o negativa, de flujo

diludo o denso, continuos o batch, etc. Actualmente, los sistemas de transporte neumtico

de baja presin positiva, continuos, de alta velocidad y fase diluda, son los ms usados en

la industria debido a su mayor capacidad de transporte en cuanto a flujo, mayores distancias

de transporte, el flujo es muy estable y se puede controlar y regular fcilmente, y porque

permiten transportar materiales desde un punto de alimentacin a varios puntos de

descarga. Por lo tanto, el presente trabajo aborda este tipo de sistemas de transporte

neumtico y no se incluyen los sistemas en fase densa ni de presin negativa. A modo de

ejemplo, la Figura 1 muestra esquemticamente los componentes bsicos de un sistema de

transporte neumtico en fase diluda, continuo y de baja presin positiva (inferior a 1 bar).

Fig.7 esquema de un sistema de

transporte neumtico en fase

diluida y baja presin positiva.

21

En este tipo de sistemas de transporte neumtico, el material es transportado en suspensin

dentro de la caera, las partculas se distribuyen uniformemente en toda la seccin

transversal de la caera (flujo homogneo), la concentracin de slidos es relativamente

baja (inferior a 10 kg de slidos por kg de gas) y la velocidad de transporte es relativamente

alta. El soplador provee el flujo y la presin de aire necesario para transportar al material

desde el punto de alimentacin hasta el punto de descarga. El alimentador introduce las

partculas slidas dentro de la caera donde se mezclan con el gas de transporte y a un

flujo controlado para evitar sobrecargar la lnea.

Sistemas de presin positiva requieren de un mecanismo de sello para alimentar el material

(generalmente a presin ambiente) dentro de la caera que est presurizada. En el ejemplo

se muestra adems un tornillo de flujo msico como alimentador (para asegurar flujo

msico de descarga en el silo), una vlvula rotatoria tipo airlock, una te en la unin con la caera, los silos de almacenamiento, la caera, codos y un filtro de mangas.

5.3 Diseo de sistemas de transporte neumtico

Para disear y/o seleccionar un sistema nuevo de transporte neumtico y/o para comprobar

si un sistema existente opera adecuadamente, el primer paso es determinar las

caractersticas fsicas y de fluidez del material a manejar. Adems, la naturaleza del

material a transportar es de vital importancia y puede limitar significativamente la eleccin

de un sistema de transporte neumtico. Es imprescindible conocer las siguientes

propiedades:

Tamao de partculas: mximo, mnimo y la distribucin granulomtrica

Densidad y forma de las partculas

Fluidez del material y su permeabilidad

Otros: abrasividad, toxicidad, fragilidad, dureza, reactividad, compresibilidad, tendencia a segregarse, efectos electrostticos, etc.

El segundo paso es realizar ensayos de laboratorio en un sistema de transporte neumtico

similar para determinar experimentalmente parmetros tales como el tipo de flujo desarrollado en la caera, la velocidad mnima de transporte del material, la relacin de

carga y la cada de presin en funcin de la velocidad de transporte (Ug). Con estos datos

se podr construir el diagrama de estado para determinar el punto ptimo de operacin, y

seleccionar y dimensionar los componentes bsicos que conforman el sistema, como se

ilustra en la Figura 8.

22

Fig. 8 Determinacin del punto de operacin de un sistema de transporte neumtico

en fase diluida.

Uno de los parmetros ms importantes para el diseo y la operacin eficiente de sistemas

de transporte neumtico en fase diluda es la correcta determinacin de la velocidad de

transporte para un material y sistema en particular. Este parmetro afecta adems el tipo de

flujo desarrollado en la caera y la cada de presin.

Sistemas de transporte neumtico diseados para operar a altas velocidades (flujo

homogneo) estn sujetos a un alto consumo de energa, posible degradacin y/o

segregacin del material, y desgaste excesivo de caeras y codos, lo cual se puede traducir

en una operacin costosa y poco rentable. Por otro lado, sistemas diseados para operar a

bajas velocidades o elevados flujos de slidos pueden sufrir la depositacin de partculas

sobre el fondo de la caera, flujo errtico de material, e incluso llegar a tapar o embancar

la caera, lo cual detiene completamente el sistema. Por lo tanto, como determinar la

velocidad ptima de transporte es considerado uno de los pasos ms importantes en el

correcto dimensionamiento y operacin de sistemas de transporte neumtico.

5.4 Tipos de transporte neumtico

5.4.1 Transporte vertical

El transporte vertical, la velocidad del gas con relacin a las partculas es parecido a la

velocidad terminal de cada de estas, y la cada de presin adicional debido a su presencia

es aproximadamente la determinada por el peso de las partculas que se encuentran en la

tubera. A velocidades del gas elevadas, las partculas se encuentran dispersas uniformemente en el mismo, pero cuando la velocidad se reduce existe una tendencia a la

formacin de zonas alternadas

5.4.2 Transporte horizontal

En una tubera horizontal, la distribucin de los slidos sobre la seccin transversal es

progresivamente menos uniforme a medida que se reduce la velocidad. Al disminuir las

velocidades del gas, se encuentra en secuencia de los siguientes tipos de flujos, que han

sido estudiados cuidadosamente en tuberas de 25 mm de dimetro.

23

Flujo Uniforme en suspensin: las partculas se encuentran uniformemente distribuidas sobre la seccin transversal en toda la longitud de la tubera.

Flujo no uniforme en suspensin: el flujo es parecido al descrito en el caso anterior, pero existe una tendencia de las partculas a fluir preferentemente por

la parte ms baja de la tubera.

Flujo fraccionado: al entrar las partculas en la lnea de transporte, tienden a depositarse antes de ser aceleradas completamente. Forman por tanto dunas,

que son barridas luego aguas abajo, dando una desigual distribucin de

partculas a lo largo del conducto.

Flujo en dunas: las partculas sedimentan como en el flujo fraccionado, pero las dunas permanecen quietas siendo transportadas las partculas por encima de

las mismas.

Lecho mvil: las partculas cerca del punto de alimentacin formando un lecho continuo sobre el fondo del conducto. el lecho se forma gradualmente

sobre la longitud de la tubera, movindose lentamente hacia adelante.

Lecho estacionario: el comportamiento es parecido al de un lecho mvil, excepto en que no existe virtualmente ningn movimiento en las partculas del

lecho.

5.5 Transporte neumtico en la industria

Sistemas de transporte neumtico se utilizan ampliamente en la industria para transportar

materiales secos, finos y a granel porque son extremadamente verstiles, adecuados y

econmicos para muchos procesos. El transporte neumtico de slidos se ha practicado por

ms de un siglo en el mundo y hoy se puede encontrar sistemas de este tipo en las ms

variadas industrias: la minera, industria del cemento y construccin, qumica y

farmacutica, plsticos, de alimentos, papel, vidrio, energa, etc.

El objetivo principal de un sistema de transporte neumtico es transportar materiales

slidos a granel desde un punto a otro por medio de un flujo de gas a presin, ya sea

positiva o negativa, y a travs de una caera. Materiales particulados finos en el rango de

los micrones hasta partculas de 20 mm se pueden transportar en forma horizontal y/o

vertical, desde algunos metros hasta mximo dos kilmetros de distancia, y con

capacidades de hasta 1000 t/h a travs de caeras de hasta 500 mm de dimetro.

24

6. TCNICA DE MUESTREO DE SLIDOS

El objetivo de un muestreo es obtener una muestra parcial representativa de una unidad de

muestreo, de tal manera que la distribucin y proporcin de sus variables fsicas, qumicas

y petrogrficas sean equivalentes a esa unidad de muestreo.

Para emprender un programa de muestreo de deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

El material a ser muestreado

La cantidad a ser muestreada

El anlisis requerido

La precisin requerida

La logstica necesaria durante la operacin

El muestreo puede ser manual o mecnico y puede realizarse en Bandas transportadoras,

volquetas o camiones, en vagones, en barcazas, en barcos y en pilas.

6.1 Muestreo en Bandas transportadoras

Es el sistema de muestreo ms confiable, ya sea en Banda estacionaria o en movimiento,

siendo el primero el ms preciso, razn por la cual se utiliza como mtodo de referencia

para verificar cualquier otro mtodo. Los incrementos se pueden tomar a mano, con

dispositivos especiales, (palas, canastas o separadores) o automticamente.

6.2 Muestreo en Volquetas, Camiones o Vagones

Este muestreo se utiliza para propsitos de control de calidad y las muestras no pueden ser

usadas para investigacin cientfica. Cuando se muestra antes del descargue se debe

remover una capa de por lo menos treinta centmetros eligiendo los lugares de muestreo en

puntos espaciados regularmente en zigzag. Cuando se muestrea durante el descargue, la

muestra debe abarcar todo el ancho del material en movimiento o por lo menos debe ser

tomada en tres lugares del ancho total.

Cuando se muestrea despus del descargue los incrementos se deben tomar a diferentes

alturas de talud tomado, siguiendo en espiral.

6.3 Muestreo en pilas y barcos

Este mtodo depende del mtodo de construccin de la pila, (Ejemplo: Una pila construida

en capaz, debe ser corazonada en varios sitios). La calidad de las pilas es importante

cuando se requieran muestras.

25

7. DISEO DE EMPAQUETAMIENTO PARA SLIDOS

El proceso de almacenaje es la funcin logstica para mantener cercanos los productos,

mercancas o materiales, en distintos puntos, este depende de la dimensin y caractersticas

de los productos o materiales al igual que otros factores como:

Espacio disponible para el almacenamiento de los materiales.

Nmero de artculos a guardar.

Tipo de embalaje.

Empaque o envases

Cualquier recipiente adecuado que est en contacto directo o indirecto con el producto, para

protegerlo y conservarlo, facilitando su manejo, transportacin, almacenamiento y

distribucin. Los empaques deben proteger, identificar, transportar, almacenar e informar

de su contenido a los ltimos consumidores. Los empaques tienen la caracterstica de estar

destinados al consumidor final bajo manejo de volmenes relativamente pequeos;

Entendiendo como consumidor final al usuario que compra y/o consume el producto en

cuestin, ya sea para consumo personal o para elaboracin de otros productos

Embalaje

El embalaje al igual que un envase o un empaque, debe satisfacer funciones de contencin,

identificacin, proteccin, informacin, transporte y almacenaje. La diferencia radica en

que cuando se habla de contener se refiere a grandes volmenes, los cuales sirven como

unidad mnima de transportacin y almacenaje en bodega del fabricante o del distribuidor.

La resistencia de los embalajes y sus dimensiones son factores claves en la productividad

de la manipulacin de la unidad de carga y la conservacin de productos. En las esquinas se

concentra la mayor resistencia vertical de las cajas, de modo que si se arruman las cajas

haciendo coincidir las esquinas, se obtendr el mximo de resistencia de las cajas, pero

ofrece poca estabilidad. La estabilidad mejora notoriamente si se cruzan las cajas, pero la

resistencia se reducir hasta en un 45%.

26

7.1 Embalajes para slidos

Los contenedores para slidos incluyen bolsas, cajas de cartn, cajones y tambores.

Aunque los embalajes ms utilizados son las bolsas de papel de capas mltiples

complementadas con bolsas de diseo similar que tienen una pelcula plstica o un

entramado plstico.

Las bolsas se fabrican en una amplia variedad de materiales que pueden obtenerse con

facilidad, estos materiales previenen la humedad o evitan la entrada y salida de gases de la

bolsa.

Bolsa de papel de capas mltiples: son bolsas hechas de capas de papel kraft

(papel de origen vegetal resistente a desgarro) o combinaciones de plsticos y

papeles kraft para fines especiales; son los empaque ms comunes para casi todos

los materiales granulados o en polvo. Existen dos diseos de bolsas de capas

mltiples ms comunes, la de vlvula y la de boca abierta.

Bolsas de vlvula: estas tienen

los dos extremos cerrados durante la

fabricacin, realizndose el llenado a

travs de una pequea abertura

(vlvula), estas bolsas presentan 3 tipos

de cierres: por cosido, por sellado o

pegue de manga interior y pegada de

esquina cerrada, vase (figura 8).

Figura 8

a) bolsa de vlvula cosida.

b) bolsa de vlvula pegada y manga interior.

c) bolsa de vlvula pegada de esquina pegada

Estas bolsas se pueden sellar tambin si tienen mangas cerradas; este tipo de bolsa

tiene la ventaja de que existen mquinas llenadoras muy productivas que no solo

requieren menos mano de obra que los equipo de llenado de bolsa de boca abierta.

Adems se puede considerar que las bolsas de vlvula sellada permiten una mayor

densidad de carga entre las tarimas o estibas.

Bolsas de boca abierta: estas tienen un extremo cerrado de fbrica y el otro que se

cierra despus del llenado, vase (figura 9). Estas bolsas se suelen cerrar por cosido

aunque tambin se le pueden aplicar adhesivos a presin.

27

Figura 9. Bolsa de boca abierta cosida.

Las bolsas selladas con adhesivos pueden tener un ndice ms elevado de empacado

porque hay mquinas selladoras muy productivas con poca mano de obra, adems del

control que se puede tener sobre el adhesivo aplicado por el fabricante.

Bolsitas y sacos pequeos: estn constituidas con capas de papel o pelculas de

plstico, existen dos tipos principales de bolsas de papel: fondo de pinza y las

cuadradas. Estas bolsas necesitan un recipiente principal para envos como cajas de

cartn corrugado.

Bolsas de empacado: ste tipo de bolsas son de boca abierta, engomadas con una o

mltiples capas, ya sean de fondo cuadrado o de diseo auto aberturas. El proceso

de empaque es fundamental en equipos de compresin mecnica.

Las consideraciones ms importantes al momento de determinar el tamao de las bolsas o

dimensiones de las mismas son:

El peso y el volumen del producto.

Densidad masiva o a granel (aireada y asentado).

Tamao, forma y peso de las partculas.

Grado de aireacin en el momento del embalaje.

Fluidez.

Temperatura.

Humedad relativa.

Tipo de sistema de manejo hasta la mquina llenadora

Mtodo de cierre de las bolsas.

Tipo de bolsa y material de elaboracin.

Patrn o tamao de las tarimas (estibas).

Cada tipo de bolsa posee 3 grupos importantes de dimensiones los cuales son

considerados en el diseo de las mismas, estas son:

28

1. Tubo: Anchura y longitud exteriores del tubo antes de la fabricacin de los cierres.

2. Acabado: Anchura, espesor y longitud de la bolsa despus de la fabricacin.

3. La cara llena: Anchura, espesor y longitud de la bolsa despus de su llenado.

Las dimensiones anteriores se pueden observar en la Tabla 2.

Tipo de bolsa Dimensiones del

tubo

Dimensiones de

la cara acabada

Dimensiones de

la cara, llena

Dimensiones de

la Vlvula

Boca abierta

cosida

-Anchura=

-Longitud=

-Anchura=

-Longitud=

-Cartela=

-Anchura= -Longitud= -Espesor=

Valvula cosida -Anchura=

-Longitud=

-Anchura=

-Longitud=

-Cartela=

-Anchura= -Longitud= -Espesor=

-Anchura=

Valvula

engomada

-Anchura=

-Longitud=

-Anchura=

-Longitud= -1

-Espesor de la parte superior= -Espesor en el fondo=

-Anchura= -Longitud=

-Espesor=

-Anchura=

{

Tabla 2. Dimisiones de bolsas. B=fondo, f =cara acabada= cara llena, t=tubo=parte

superior.

7.2 Recubrimientos

Otro aspecto importante a considerar en los embalajes de los slidos en la industria son los

recubrimientos, estos toman su importancia en el momento del llenado. Los

recubrimientos son pelculas de polietileno que se utilizan para forrar los contenedores, sus

objetivos son:

Evitar el desorden de las partculas finas.

Retrasar la liberacin del slido.

Retrasar la adsorcin de la humedad.

Evitar la contaminacin del slido con materia del contenedor.

El calibre de la pelcula del recubrimiento depende del peso del slido, la densidad a granel

y la aspereza de las partculas del contenido.

29

Otros embalajes comunes utilizados en la industria son:

Cajas: Cajas de madera, cajas plegables y cajas de cartn.

Tambores.

7.3 Operaciones De Embalaje

Las operaciones de embalaje de productos secos a granel se dividen en dos categoras:

pesado y llenado de un paquete, y pesado y llenado.

Pesado: en las operaciones de embalajes existen dos tipos principales de llenado pesado y

embalaje, estos son:

De llenado y pesado simultneo: el material se pesa al mismo tiempo que se vierte

al recipiente, esta operacin se aplica a bolsas de vlvulas o bolsitas.

Pre pesado: el material se pesa antes de que se llene el recipiente, esta operacin se

aplica a bolsas de boca abierta, bolsa pequeas y a veces a bolsas de vlvulas.

Equipos de llenado y pesado: en las operaciones de embalaje se disponen de una

gran variedad de equipos de llenados y el inters de la seleccin de estos equipos

est relacionada con la tasa de produccin que se desea, entre estos se destacan: los

equipos de llenado de bolsa de vlvula y los de bolsa abierta.

Equipos de llenado de bolsas de vlvula: para este tipo de bolsas el

dispositivo ms utilizado es el de categora de fluidizacin (las partculas

slidas son suspendidas por una corriente de un fluido que se dirige de abajo

hacia arriba venciendo el peso de las mismas).

Equipos de llenado de bolsas de boca abierta: para la seleccin del

equipo se debe considerar dos aspectos, el primero es la mano de obra y la

segunda es la capacidad del sistema de cierre. Comnmente el slido se

lleva a un vertedero donde la energa cintica de la carga le permite llegar a

la bolsa y depositarse sin ayuda de otros sistemas.

Cierre de bolsas: despus de depositar el slido en el embalaje existen diferentes tipos de

cierres, uno de ellos consiste en coser con hilo de algodn o polister, con hilo, en costuras

entrelazadas en un punto de cadena. Un mtodo mejorado consiste en agregar una cinta

plana sobre la boca abierta y coser a travs de ella con la aguja, y otro mtodo para el cierre

consiste en un sellado trmico que comnmente se utiliza en bolsas de pelcula de

polietileno.

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8. BIBLIOGRAFIA

Perry, manual del ingeniero qumico, sexta edicin. Robert H. Perry, Don W. Green, James O. Maloney. Tomo II. Editorial McGraw Hill.

David B. Williams and Alfred D. Gracey, mantenimiento y funcionamiento de silos, Organizacin de las naciones unidas para la agricultura y la alimentacin, Roma

(1996). Pgs. 63-65.

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Materiales Slidos A Granel. Artculo cientfico. Universidad Tcnica Federico

Santa Mara

J.L. Amors, G. Mallol, E. Snchez, J. Garca. Diseo de silos y tolvas para el almacenamiento de materiales pulverulentos. Problemas asociados a la operacin

de descarga. Universidad Jaume I Castelln. Espaa.

PERRY, R. Manual del ingeniero qumico. Sexta edicin, tomo II. McGraw Hill.

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Divisin anlisis de reserva, Santaf de Bogot, D.C, Mayo de 1995. Pg. 7-10.