Nu toate materialele în vrac sunt la fel de greu de îndepărtat dintr-un siloz. Unele curg cu o intervenție minimă. Alții necesită zile de ciocănire, tăiere și excavare. Înțelegerea de ce materialele diferă în ceea ce privește dificultatea de curățare este primul pas către proiectarea strategiilor eficiente de curățare și selectarea metodelor de intervenție adecvate.
Acest articol oferă un ghid practic de referință pentru proprietățile materialului care determină dificultatea curățării. Acesta explică modul în care fiecare proprietate afectează comportamentul de acumulare și cerințele de curățare. Oferă teste simple pe care inginerii de fabrică le pot efectua pentru a-și caracteriza materialele. Și oferă îndrumări privind potrivirea metodelor de curățare cu proprietățile materialului.
Dimensiunea și distribuția particulelor
Dimensiunea particulelor este cea mai vizibilă proprietate a materialului și are un efect direct asupra dificultății de curățare.
Materialele grosiere, cu particule mai mari de aproximativ cinci milimetri, sunt în general mai ușor de curățat decât materialele fine. Particulele au o suprafață mai mică pe unitate de masă, ceea ce înseamnă o suprafață disponibilă mai puțină pentru forțele adezive. De asemenea, este mai puțin probabil să formeze arcuri coezive. Arcurile mecanice pot apărea atunci când particulele mari se interconectează, dar acestea sunt de obicei mai ușor de spart decât arcurile coezive din materiale fine.
Materialele fine, cu particule mai mici de o sută de microni, sunt semnificativ mai dificil de curățat. Suprafața mare pe unitate de masă permite dezvoltarea forțelor puternice van der Waals și a atracțiilor electrostatice. Materialele fine se consolidează sub presiune și capătă rezistență în timp. Ele formează depozite dense, dure, care rezistă la perturbări mecanice.
Distribuția dimensiunii particulelor, nu doar dimensiunea medie, contează și ea. Materialele cu o distribuție largă a dimensiunilor, adică un amestec de particule mari și mici, sunt adesea mai dificil de curățat decât materialele cu o distribuție îngustă. Particulele mici umplu spațiile dintre particulele mari, creând o împachetare densă care este foarte coeziune.
Evaluarea practică a dimensiunii particulelor nu necesită echipament de laborator. O analiză simplă prin sită folosind ecrane standard oferă date utile. Pentru majoritatea inginerilor de fabrică, distincția relevantă este dacă materialul este suficient de grosier pentru a fi manipulat cu unelte simple sau suficient de fin pentru a necesita echipament alimentat sau jet de apă.
Conținutul de umiditate
Umiditatea este cel mai important factor în dificultatea de curățare pentru majoritatea materialelor în vrac. Un material uscat și care curge liber poate deveni lipicios și imobil atunci când umiditatea crește.
Efectul umidității depinde de material. Pentru multe pulberi, există un conținut critic de umiditate peste care fluxul devine nesigur. Sub acest nivel, materialul se comportă ca un solid care curge liber. Deasupra acestuia, materialul dezvoltă o forță de coeziune care crește odată cu umiditatea. Nivelul critic de umiditate variază foarte mult. Cimentul poate prezenta efecte la niveluri de umiditate de până la un procent. Alte materiale pot tolera zece procente sau mai mult înainte de a deveni problematice.
Umiditatea afectează, de asemenea, curățarea într-un mod secundar. Când se adaugă apă pentru a îndepărta un blocaj, fie prin jet de apă, fie prin condens, se poate întări sau întări materialul rămas. Cimentul și varul sunt exemple clasice în care adăugarea de apă agravează problema mai degrabă decât ameliorează.
Măsurarea conținutului de umiditate necesită un echipament simplu. Un umiditate sau un cuptor de laborator pot furniza date cantitative. Chiar și o evaluare calitativă, cum ar fi strângerea unui pumn de material și observarea dacă acesta ține împreună, oferă informații utile pentru deciziile privind strategia de curățare.
Pentru instalațiile care manipulează materiale sensibile la umiditate, controlul umidității este adesea mai eficient decât gestionarea curățării. Etanșarea îmbunătățită a acoperișului, etanșările mai bune la intrare și la evacuare și aerul condiționat pot reduce pătrunderea umidității și scăderea frecvenței de curățare.
Coeziunea și unghiul de repaus
Coeziunea este rezistența internă a unui material în vrac. Materialele cu coeziune ridicată se lipesc împreună și rezistă curgerii. Materialele cu coeziune scăzută curg ușor.
Coeziunea este adesea corelată cu dimensiunea particulelor și umiditatea, dar este o proprietate distinctă. Unele materiale fine și uscate au coeziune scăzută și curg liber. Altele, chiar și atunci când sunt uscate, au o coeziune ridicată datorită formei particulelor sau a efectelor electrostatice.
Unghiul de repaus este un indicator practic al coeziunii. Acesta este unghiul maxim la care o grămadă de material poate fi stivuită înainte de a se prăbuși. Materialele cu unghiuri mici de repaus, mai mici de treizeci de grade, au coeziune scăzută și curg ușor. Materialele cu unghiuri mari de repaus, peste patruzeci și cinci de grade, au o coeziune ridicată și sunt dificil de curbat.
Măsurarea unghiului de repaus necesită pur și simplu turnarea materialului pe o suprafață plană și măsurarea unghiului conului rezultat. Acest test poate fi efectuat cu o mostră mică în laboratorul uzinei sau chiar în atelierul de întreținere.
Materialele cu coeziune ridicată necesită metode de curățare mai agresive. Simpla vibrație sau tija nu este suficientă. Pot fi necesare întrerupătoare electrice, jet de apă sau echipamente de demolare acționate de la distanță. Materialele cu coeziune scăzută pot fi deseori curățate cu vibrații sau tije.
Duritate și abrazivitate
Duritatea este rezistența materialului la perturbări mecanice. Materialele dure sunt greu de spart. Materialele moi sunt ușor de spart.
Duritatea devine semnificativă atunci când materialul s-a consolidat în depozite dure. Depunerile de ciment pot atinge o duritate comparabilă cu cea a betonului. Anumiți intermediari chimici pot forma cruste extrem de dure care rezistă spargerilor mecanici.
Abrazivitatea este legată de duritate, dar se referă la efectul materialului asupra echipamentului. Materialele abrazive uzează vârfurile ruptorului, sculele de tăiere și căptușelile silozului. Abrazivitatea ridicată crește costul de curățare și deteriorarea silozului.
Testarea durității nu necesită echipament specializat. Un simplu test de zgârietură, similar cu testarea durității minerale, poate oferi o estimare aproximativă. Materialele care pot fi zgâriate cu un cuțit de buzunar sunt moi. Materialele care tocesc cuțitul sunt dure. Materialele care nu pot fi zgâriate deloc sunt foarte dure și vor necesita echipamente specializate pentru îndepărtare.
Materialele dure necesită adesea jet de apă ca metodă principală de îndepărtare. Jetul de apă taie prin depozitele dure fără uzura pe care o experimentează ruptoarele mecanice. Presiunea apei trebuie să fie potrivită cu duritatea materialului. Materialele mai moi pot fi deteriorate de presiunea excesivă.
Funcția fluxului și compresibilitatea
Funcția de curgere este relația dintre solicitarea aplicată unui material și capacitatea acestuia de a curge. Este cea mai completă caracterizare a comportamentului curgerii, dar necesită teste de laborator pentru a determina cu precizie.
În scopuri practice, compresibilitatea servește ca proxy pentru funcția de flux. Compresibilitatea este reducerea volumului care are loc atunci când un material este supus la presiune. Materialele cu compresibilitate ridicată sunt de obicei dificil de curgere, deoarece particulele se consolidează strâns.
Un test simplu de compresibilitate presupune plasarea unei probe de material într-un cilindru gradat, aplicarea unei greutăți cunoscute și măsurarea reducerii volumului. Reducerea volumului ca procent din volumul original este compresibilitatea. Materialele cu compresibilitate de peste treizeci la sută sunt considerate foarte comprimabile și greu de curgat.
Materialele foarte compresibile necesită o atenție deosebită proiectării silozului și frecvenței de curățare. Sunt predispuse la consolidare în timpul depozitării și pot necesita o curățare mai frecventă decât materialele mai puțin compresibile. Ajutoarele de curgere, cum ar fi tunurile cu aer sau fluidizatoarele sunt adesea benefice pentru materialele compresibile.
Sensibilitate la temperatură
Temperatura afectează atât proprietățile materialului, cât și procesul de curățare. Unele materiale devin mai ușor de manevrat atunci când sunt încălzite. Alții devin mai dificili.
Materialele care se înmoaie cu căldură, cum ar fi anumite rășini sau asfalturi, pot deveni mai dificil de curățat atunci când sunt încălzite, deoarece devin mai lipicioase. Materialele care se extind cu căldură pot deveni mai puțin dense și pot curge mai ușor. Efectul temperaturii este specific materialului și trebuie determinat pentru fiecare situație.
Temperatura afectează și siguranța. Silozurile care conțin materiale fierbinți, cum ar fi cenușa zburătoare de la centralele electrice, prezintă pericole termice pentru lucrători și echipamente. Curățarea silozurilor fierbinți necesită măsuri de siguranță suplimentare.
Implicația practică a sensibilității la temperatură este că strategia de curățare poate trebui să varieze în funcție de temperatură. O metodă care funcționează la temperatura ambiantă poate eșua la temperatură ridicată. Instalațiile care manipulează materiale sensibile la temperatură ar trebui să ia în considerare temperatura în planificarea curățării.
Proprietăți chimice
Proprietățile chimice ale materialului afectează atât comportamentul în curgere, cât și siguranța operațiunilor de curățare.
Materialele care reacționează cu apa, cum ar fi cimentul, varul sau unii catalizatori chimici, devin mai dificil de curățat atunci când se introduce umiditate. Jetul de apă, care este eficient pentru multe materiale, este inadecvat pentru aceste materiale. Îndepărtarea mecanică este metoda preferată.
Materialele care sunt corozive necesită o manipulare specială. Materialele acide sau de bază pot deteriora echipamentele și pot dăuna lucrătorilor. Echipamentele de curățare utilizate pentru materiale corozive trebuie să fie realizate din materiale compatibile și pot necesita proceduri speciale de curățare.
Materialele care sunt toxice sau periculoase necesită proceduri stricte de siguranță. Metoda de curățare trebuie să prevină generarea de praf și expunerea. Echipamentul acţionat de la distanţă este adesea preferat pentru materialele periculoase pentru a minimiza expunerea personalului.
Înțelegerea proprietăților chimice ale materialului este esențială pentru selectarea metodelor de curățare sigure. Fișa cu date de securitate a materialului oferă aceste informații și trebuie revizuită înainte de orice operațiune de curățare.
Metode practice de evaluare
Inginerii fabricii își pot evalua materialele folosind metode simple, cu costuri reduse, care oferă informații utile pentru planificarea curățeniei.
Testul de mână este cea mai simplă evaluare. Luați o mână de material și strângeți-l. Dacă se destramă la eliberare, are o coeziune scăzută. Dacă se ține împreună într-un bulgăre, are o coeziune ridicată. Testul de mână indică, de asemenea, conținutul de umiditate. Dacă materialul lasă umezeală pe mână, este umed.
Testul pile oferă date despre unghiul de repaus. Turnați materialul pe o suprafață plană și măsurați unghiul grămezii. Un unghi mic indică un flux bun. Un unghi înalt indică un flux slab.
Testul de zgârietură indică duritatea. Încercați să zgâriați materialul cu un cuțit de buzunar. Dacă se zgârie ușor, este moale. Dacă rezistă la zgâriere, este greu. Dacă nu poate fi zgâriat, este foarte greu.
Testul cu apă indică sensibilitatea la umiditate. Adăugați o cantitate mică de apă la o probă. Dacă materialul se întărește sau se întărește, jetul de apă nu este adecvat. Dacă materialul rămâne liber, jetul de apă poate fi eficient.
Testul de tasare indică compresibilitatea. Umpleți un recipient transparent cu material, aplicați presiune și măsurați reducerea volumului. Reducerea mare a volumului indică o compresibilitate ridicată și dificultate de curgere.
Aceste teste nu sunt precise. Ele nu înlocuiesc testele de laborator. Dar oferă îndrumări utile pentru selectarea metodei de curățare și sunt disponibile gratuit.
Potrivirea proprietăților cu metodele de curățare
Îndrumările de mai jos oferă un cadru pentru potrivirea proprietăților materialului cu metodele de curățare.
Materialele uscate, cu coeziune scăzută, cu particule mari și umiditate scăzută, sunt cele mai ușor de curățat. Vibrația sau tija sunt de obicei suficiente. Dacă este nevoie de curățare, se poate face cu unelte simple.
Materialele uscate, fine, cu umiditate scăzută, dar particule mici pot fi încă dificile din cauza forțelor de coeziune. Tunurile cu aer sau fluidizatoarele sunt adesea eficiente. Este posibil să fie nevoie de echipamente operate de la distanță pentru blocaje persistente.
Materialele umede cu conținut ridicat de umiditate sunt dificil de curățat mecanic, deoarece materialul se lipește de unelte și echipamente. Jetul de apă poate fi eficient, dar numai dacă materialul nu reacționează cu apa. Pentru materialele sensibile la apă, este necesară îndepărtarea mecanică cu un control atent al umidității.
Materialele întărite cu duritate mare necesită metode puternice. Echipamentul de demolare acționat de la distanță cu ruptoare hidraulice este metoda preferată. Jetul de apă la presiune ridicată poate fi, de asemenea, eficient. Introducerea manuală cu unelte de mână nu este adecvată pentru materiale întărite.
Materialele abrazive necesită echipament durabil. Vârfurile de spargere și uneltele de tăiere se uzează rapid. Întreținerea echipamentelor este esențială. Jetul de apă, care nu are piese de uzură în contact cu materialul, poate fi preferată.
Materialele periculoase necesită metode de la distanță. Trebuie evitată intrarea personalului. Echipamentul acționat de la distanță, întreținut și operat corespunzător, este abordarea standard.
Utilizarea evaluării materialelor în planificarea preventivă
Evaluarea materialului nu este o activitate unică. Proprietățile materialelor se modifică odată cu condițiile de aprovizionare, procesare și depozitare. Evaluarea regulată asigură că metodele de curățare rămân adecvate.
Când se introduce o nouă sursă de material, efectuați testele simple descrise în acest articol. Comparați rezultatele cu materialele anterioare. Dacă noul material este semnificativ diferit, ajustați frecvența și metodele de curățare.
Când schimbările sezoniere afectează conținutul de umiditate, ajustați procedurile de curățare. Materialele care sunt uscate vara pot fi umede iarna. Planul de curățare ar trebui să țină cont de aceste variații sezoniere.
Când durata de depozitare a materialului se modifică, reevaluați proprietățile acestuia. Materialele depozitate mai mult timp pot deveni mai dure și mai dificil de curățat. Dacă durata de depozitare crește, este posibil ca curățarea să devină mai agresivă.
Documentați rezultatele evaluărilor materiale. Mențineți o înregistrare a proprietăților materialului pentru fiecare siloz și fiecare tip de material. Utilizați această înregistrare pentru a ghida deciziile de curățare și pentru a identifica tendințele care pot indica probleme în curs de dezvoltare.
Concluzie
Proprietățile materialului determină dificultatea curățării. Înțelegerea acestor proprietăți permite inginerilor din fabrică să aleagă metodele de curățare adecvate, să estimeze timpul și costurile de curățare și să planifice întreținerea preventivă.
Metodele simple de evaluare descrise în acest articol sunt disponibile oricărui inginer de fabrică fără echipamente specializate. Testul de mână, testul de grămadă, testul de zgârietură, testul de apă și testul de tasare oferă informații practice care ghidează deciziile de curățare.
Cea mai importantă proprietate pentru majoritatea materialelor este conținutul de umiditate. Materialele uscate curg mai ușor decât materialele umede. Controlul umidității este adesea cea mai eficientă măsură preventivă. Pentru materialele care nu pot fi controlate cu umiditate, metodele de curățare trebuie selectate pe baza celorlalte proprietăți ale acestora.
Dimensiunea particulelor, coeziunea, duritatea, compresibilitatea, sensibilitatea la temperatură și proprietățile chimice afectează toate problemele de curățare. Potrivirea metodei de curățare cu aceste proprietăți crește probabilitatea de succes și reduce timpul și costul curățării.
Inginerii de fabrică care își înțeleg materialele iau decizii mai bune de curățare. Curăță la nevoie, nu la un program fix. Ei selectează metode care funcționează, nu metode care sunt disponibile. Și previn problemele prin anticiparea modului în care proprietățile materialului vor afecta performanța silozului.
