Almacenamiento de solidos

1. 1
ALMACENAMIENTO DE SÓLIDOS
Sergio Armando Arenas
Peter G. Camacho C.
Jenniffer Solange Ayala
John Jairo Martínez
Ing. Edgar Mauricio Morales

2. 2
CONTENIDO
Referencias
Conclusiones
Fundamentación Teórica
Introducción
Objetivos

3. 3
Almacenamiento de
sólidos
Text
Text
INTRODUCCIÓN

4. 4
OBJETIVOS
Exponer las
características de los
diferentes depósitos
identificando para
qué tipos de sólidos
son funcionales de
acuerdo a las
cualidades de estos.
Reconocerlasventajasydesventajasdecadatipo
dealmacenamiento,teniendoencuentalas
condicionesdediseñoylosinconvenientesde
almacenamientocomolapresiónyel
empaquetamiento.
Identificarlaspropiedadesycaracterísticasde
lossólidosdeacuerdoasutamaño,consistencia
yforma.
Diferenciarlostiposdedepósitosymodode
empleodeacuerdoalascaracterísticasdelos
sólidosaalmacenar.

5. 5
Sólidos
Unodeloscuatroestadosdeagregacióndelamateria.
Oponenresistenciaacambiosdeformaydevolumen.
Enprocesosquímicoslossólidosseencuentranmás
frecuentementeenformadepartículasysonengeneral,más
difícilesdetratarqueloslíquidos,vaporesogases.

6. 6
Caracterización de Partículas Sólidas
Esnecesariounconocimientodelascaracterísticasdemasas
desólidosenformadepartículasparaeldiseñodeprocesosy
delequipoqueoperanconcorrientesquecontienentales
partículas.
PartículassólidasindividualessecaracterizanporsuTamaño,
DensidadyForma.
Eltamañoylaformasepuedenespecificarfácilmentepara
partículasregulares,talescomoesferasocubos,peropara
partículasirregularesesprecisodefinirlosarbitrariamente.

7. 7
Forma de las Partículas
Eldiámetroequivalentesedefineavecescomoeldiámetrode
unaesferadeigualvolumen.Sinembargo,paramateriales
granularesfinosresultadifícildeterminarconexactitudel
volumen.
Eláreadelasuperficieseobtieneapartirdemedidasde
adsorciónodelacaídadepresiónenunlechodepartículas

8. 8
Tabla 1. Esfericidad de varios materiales [2]

9. 9
PropiedadesdeMasasdePartículas:
Lasmasasdepartículassólidasposeenmuchasdelaspropiedadesde
unfluido.
Ejercenpresiónsobrelasparedesdeuncontenedor,fluyenatravés
deunorificioodesciendenporunatolva.
Diferenciasconloslíquidosygases:
laspartículasseentrecruzanyadhierenporefectodelapresiónyno
puedendeslizarunassobreotrashastaquelafuerzaaplicadano
alcanzaunciertovalor,unapresiónaplicadaenunadireccióngenera
algunapresiónenotrasdirecciones.
Ladensidaddelamasapuedevariar,dependiendodelgradode
empaquetamientodelosgranos.

10. 10
Lossólidosenformadepartículassedividenendosclases:
cohesivosynocohesivos.
Losmaterialesnocohesivoscomograno,arenaobriznasde
plástico,fluyenfácilmentedesdedepósitososilos.
Lossólidoscohesivos,talescomoarcillahúmeda,se
caracterizanporsudificultadparafluiratravésdeorificios.

11. 11
Almacenamiento de Sólidos
Almacenamiento a la
Intemperie
Almacenamiento en
Depósitos

12. 12
Presiones en Depósitos, Tolvas y Silos
Lapresiónlateralejercidasobrelasparedesencualquier
puntoesmenorquelacalculadaapartirdelacargade
material.
Lafuerzadefricciónenlaparedtiendeacontrarrestarelpeso
delsólidoyreducelapresiónejercidaporlamasasobreel
fondodelcontenedor.
Laalturaalcanzaunvaloraproximadamentetresveces
superioraldiámetrodeldepósito,elmaterialadicional
virtualmentenotieneefectosobrelapresiónenlabase
lamasaadicionalessoportadaporlaparedyellecho.

13. 13
Tipos de silos
En función del patrón de flujo

14. 14

15. 15
Tipos de tolva e influencia en
forma de flujo

16. 16
Esfuerzos en Recipientes de Flujo Axial-simétrico

17. 17
Esquematización de la formación de campos de esfuerzo
activos y de arco o domo en silos

18. 18
Distribución de esfuerzos en silos

19. 19
Distribución de la carga en la pared de un silo

20. 20
Ecuación de Janssen del esfuerzo: presión estática vertical Pv
en paredes de recipientes cilíndricos
Donde:geslaaceleracióndelagravedad,ρbesladensidadagraneldelos
sólidos,Deseldiámetrodelsilo,µ’eselcoeficientedefricciónsobrelapared
yheslaprofundidaddelossólidosalmacenados.K’eslarelacióndela
presiónhorizontalalaverticalysepuedeexpresarcomo:
Donde:δeselánguloefectivodefriccióninternadelossólidos
almacenados

21. 21
Descarga de depósitos
Descarganmejoratravésdeunorificiosituadoenelfondo.
Generalmenteunfondocónicoopiramidalconduceauna
pequeñasalidacircularcerradaconunaválvulaoaun
alimentadorrotatorio.
Portanto,parainiciarelflujoymantenerelmaterialen
movimiento,confrecuenciaserequierenvibradoressobre
lasparedesdeldepósitocuchillasrascadorascercadelfondo
deldepósito,ochorrosdeaireenlaaberturadedescarga.

22. 22
Lasoperacionesenlasqueintervienenpartículassolidasson:
ReduccióndeTamaño,Cristalización,MezcladodeSólidosypastas
ySeparacionesMecánicas.
EquiposdeReduccióndeTamaño:
(1)compresión,(2)impacto,(3)frotaciónorozamiento,y(4)corte.
Cristalización:Eslaformacióndepartículassólidasapartirdeuna
fasehomogénea.
MezcladodeSólidosyPastas:Elmezcladodesólidossecosyde
pastasviscosassepareceenciertomodoalmezcladodelíquidosde
bajaviscosidad.
SeparacionesMecánicas:Dosmétodosgeneralessonlautilización
deTamizadooFiltración.

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Descarga Natural en Tolvas
Loslímitesdeflujoenmasayflujotipoembudoparatolvascónicasy
paratolvasplanasdependendelánguloconlaverticalθ,elángulo
efectivodefriccióninternaδyelángulodefricciónconlaparedυ

24. 24
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Pormediodeunanálisisdefuerzasenequilibrioparaunmaterialgranularen
lazonadelatolvasepuededemostrarque:
donde:σ1eselesfuerzoactuandoenelarcoaunángulode45º,ρbesla
densidadagraneldelsólido,geslaaceleracióndelagravedad,Beslaabertura
delatolva,H(θ)esunfactorquetomaencuentavariacionesengrosordelarco,
elánguloconlaverticalyeltipodetolva(cónicaoplana),yaeslaaceleración
dedescargadelsólidogranular

25. 25
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Sepuededemostrarquelaaberturamínimadelatolvaparaprevenirla
formacióndelarcocohesivoesfuncióndelestadodeequilibrioestático,osea
cuandoa=0,porloquesustituyendoydespejandodelaecuaciónanterior:
LavariableH(θ)tieneunvalorde2.4aproximadamenteparatolvascónicasyde
2.2aproximadamenteparatolvasconaberturacuadrada.Paradeterminarel
valordeσ1sehaceusodecurvasdediseño.

26. 26
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Para determinar el valor de σ 1 se hace uso de curvas de diseño, de la
función de falla ffy del factor de flujo ff, el cual puede definirse por la
relación:

27. 27
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Elpuntocríticodeintersecciónenlafigura
anteriorsedenotacomoesfuerzodecorte
críticoaplicado,siendoelesfuerzodefinido
enlasecuacionesanteriores.Alobtenerlo
ysustituirlosedeterminaráladimensión
mínimadeaberturaBminnecesariapara
promoverelflujodelmaterialalmacenado.
Parafacilitarlaestimacióndelfactorde
flujo,sehanelaboradográficasdediseño
paratolvascónicasyplanasypara
diversosvaloresdelánguloefectivode
friccióninterna.

28. 28

29. 29
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Caudalmásicoovelocidaddeflujo
Puedededucirseunaexpresiónapartirdelosdoscomponentesdela
aceleración
donde:aceselcomponenteconvergentedebidoalcanaldeflujoyav
eselcomponentedebidoalincrementodevelocidadunavezquese
iniciaelflujo.
ffeselfactordeflujocríticobasadoenladimensiónmínimade
arqueado,mientrasqueffaeselfactordeflujorealbasadoenla
dimensióndelaabertura.

30. 30
donde:Veslavelocidaddedescargaymesunaconstantecuyovaloresde
ceroparatolvasplanasydelaunidadparatolvascónicas.Sustituyendolas
dosecuacionesanterioresenlaprimerasydespejandoav:
Amedidaquelavelocidaddedescargaseincrementa,avtiendeacero,porlo
queunavelocidadterminalpromediadaVasealcanzarásustituyendoav=0en
laecuaciónprevia,obtenemoslasiguiente
relación:
Abertura de la tolva para sólidos gruesos

31. 31
Abertura de la tolva para sólidos gruesos
El caudal en masa Q0 se representa por:
donde:BeseldiámetrooanchodeaberturayLeslalongitudde
abertura.

32. 32
PILAS
Sielmaterialsólidoquesevaaalmacenaresinerteacondicionesdeintemperie,
presentainconvenientes:
Segregacióndelmaterial:Lossólidosgruesosseacumulanenlosbordesdela
pila.
Contaminación:tantodelambientecircundantecomodeteriorodelasalud
humanadebidoalposiblearrastredepartículasenelaire.
Lluvias:elmaterialseexponealahumedadyalarrastredebidoalluvias.
Esnecesarioqueelsueloseacompactoyconciertapendientedeinclinaciónpara
quedreneelagua.

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Descarga Asistida:
Promotores de Flujo y Alimentadores

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Descarga Asistida:
Promotores de flujo: dispositivos activos

35. 35
Descarga Asistida:

36. 36
Promotores de flujo: alimentadores
Descarga Asistida:

37. 37
Descarga Asistida:

38. 38
DISPOSICIONES DE DESCARGA
Elvertidodelsólidoagranelserealizacomúnmente
medianteunacintatransportadora.Éstacreaunmontículo
cuyaformadependedesilacintatransportadoraesfijao
móvil.
A.Ladescargasobrelapoleafinalformaunmontóncónico
alextremodelabanda.

39. 39
B.Descarga sobre polea final para la distribución longitudinal
mediante un transportador reversible.

40. 40
C.Descargapormediodeunbasculadordeslizante,para
distribuirmaterialesaunoolosdosladosdeltransportadora
todololargodelrecorridodelbasculador.

41. 41
D.Descargamediantebasculadoresfijos,conosin
transportadortransversalaunoolosdosladosdela
banda,aaberturasfijasdetolvaomontonesenlugares
escogidos.

42. 42
E.Descarga mediante rejas con bisagras a uno o más lugares
fijos a lo largo de uno o los dos lados del transportador. Las
rejas se pueden ajustar para dividir la descarga entre varios
lugares, en forma simultánea, en las proporciones deseadas

43. 43

44. 44

45. 45
ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIÓN

46. 46
ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIÓN
Uncambioleveenladensidadagraneldelmaterialcausaun
cambiodramáticoenlacapacidaddefluir.Unrasgorelevantede
unpolvoserefierealaformaenqueelesfuerzodecortevaríacon
elesfuerzodeconsolidación.Laspropiedadesutilizadaspara
identificarycuantificarlasrelacionesentreestosesfuerzosse
conocencomo“propiedadesdefallaorupturadepolvos”

47. 47
Propiedades de falla
Las propiedades de falla son:
Ángulo efectivo de fricción interna (δ)
Ángulo de fricción con la pared (φ)
Función de falla (F)
Cohesión (C)
Adhesión (T)

48. 48
Determinación de las Propiedades de Falla
La Ecuación de Warren-Spring
Donde τ es el esfuerzo de corte, C es la cohesión, σ es el esfuerzo
normal, T es la adhesión, y n el índice de corte o cizalla (1 < n < 2)

49. 49
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Eldiseñodedepósitosdealmacenamientoparasólidosparticulados
constabásicamentedecuatropasos:
1.Determinacióndelaresistenciaydelaspropiedadesdeflujodelos
sólidosparticuladosaalmacenarenlaspeorescondiciones
encontradasenlapráctica.
2.Determinacióndelageometríadeldepósitoparaproporcionarla
capacidaddeseadayproveerunmodelodeflujoconcaracterísticas
aceptablesyasegurarunaadecuadadescarga.
3.Estimacióndelascargasejercidassobrelasparedesdeldepósitoyel
alimentadorbajocondicionesdeoperación.
4.Diseñoydetalledelaestructuradeldepósito.

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TOLVAS DE FLUJO DE MASA TOLVAS DE FLUJO DE EMBUDO
1. Las partículas se segregan, pero se reúnen
en la descarga.
1. Las partículas se segregan y permanecen
segregadas.
2. Los polvos se desairean y no fluyen cuando
se descarga el sistema.
2. La primera porción que entra es la última en
salir.
3. El flujo es uniforme.
3. Pueden permanecer productos en puntos
muertos, hasta que se realiza la limpieza
completa del sistema.
4. La densidad del flujo es constante.4. Los productos tienden a formar puentes o
arcos y, luego, a que se formen agujeros de
rata durante la descarga.
5. Los indicadores de nivel funcionan
adecuadamente.
5. El flujo es errático.
6. No quedan productos en zonas muertas,
donde pudieran degradarse.
6. La densidad puede variar.
7. Se puede diseñar la tolva para tener un
almacenamiento no segregado o para
funcionar como mezcladora.
7. Los indicadores de nivel se deben situar en
puntos clave, para que puedan funcionar
adecuadamente.
8. Las tolvas funcionan bien con sólidos de
partículas grandes y flujo libre.
Tabla 2. características principales de las tolvas de flujo de masa y
flujo de embudo [3]

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EltamañodepartículasEntremayorseaeltamañodelapartícula,más
libreeselflujodesólidos.Entremenortamañodepartícula,elflujoesmás
difícildebidoalaumentodelgradodecompactacióndelaspartículas
ContenidodeHumedadLahumedadesunproblemayaqueenciertas
cantidadespuedellegaraafectarelflujodedescarga
ElEnvejecimientoParecequemejoralacapacidaddeflujodealgunos
materiales,puedeserdebidoalaoxidacióndelasuperficiedelaspartículas,
aladistribuciónmásuniformedelahumedadyalredondeodelasesquinas
delaspartículasqueprovocaelmanejodelmismo
ESPECIFICACIÓN DE SÓLIDOS A GRANEL PARA
OBTENER EL MEJOR FLUJO

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EMBALAJE Y MANEJO DE PRODUCTOS SÓLIDOS
Eningeniería,seconocecomoembalajeatodoempaquequecontiene
dostoneladasmétricasdeproducto.
BolsasdePapeldecapasMúltiples
Existendosdiseñosdebolsas,lasdeválvulaylasdebocaabierta.Lade
válvulatienelosdosextremoscerradosysullenadoesporlaválvula,
mientrasqueladebocaabiertasuselladoesdespuésdesullenadopor
laparteabiertadelamisma.

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Tambores
Sonhechosdeaceroodefibra.Sonlossegundosen
importanciadespuésdelascapasmúltiplesparasuspensiones.
Sonmuyutilizadosparasólidossecos.
Cajasparagranel
Sondepapelkraftcorrugadoparaproductossecosyagranel.
Lascajasgrandescargande0.5a2toneladasylaspequeñas,de
23a68kg.Lasgrandessonutilizadasparaenviarresinasylas
chicassonparamaterialesdetamañoregular,talescomosoda
caustica.Lascajasagranelcontienenelproductodentrodeuna
bolsadepolietileno,acojinamientoenlosextremosy
sellamientoscongrapasuotrosobjetosdesellamiento.

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Conclusiones
Debidoaqueenlosprocesosquímicoslossólidossonmás
difícilesdetratarqueloslíquidos,vaporesogases,unbuen
almacenamientoytransportedeestosparaconservarsus
propiedadessehacevitalparahacerefectivoslosprocesos.
Estetrabajonospermiteaplicarlosconceptosvistosenla
asignaturademanejodesólidosylíquidos,dándonosuna
ventajaenelmomentodeenfrentarnosconconcepciones
semejantesenelmundoreal.

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REFERENCIAS
1.HERNANDEZ,H.:Manejodesólidosyseparacionessólido-sólido.
UniversidadIndustrialdeSantander,1991.Pag.16–39.
2.MCCABE,W.&SMITH,J.:OperacionesUnitariasenIngenieríaQuímica.
McGraw-Hill.1998.Pag.868-970.
3.RAYMUS,G.:“HandlingofBulkSolidsandPackagingofSolidsand
Liquids”.PERRY’SCHEMICALENGINEERS’HANDBOOK.McGraw-Hill.
1999.pag.27–51.
4..“Silo”[enlínea]:Wikipedia,laenciclopedialibre.Consultado:Diciembre
11de2010.Disponibleenweb<http://es.wikipedia.org/wiki/Silo>.
5.“Tolva”[enlínea]:Wikipedia,laenciclopedialibre.Consultado:
Diciembre 11 de 2010.Disponible en web
<http://es.wikipedia.org/wiki/Tolva>.

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REFERENCIAS
7.“Almacenamientodesólidos,líquidosygases,intercambiadoresdecalor”.
[enlínea]:pdf.Consultado:Diciembre11de2010.Disponibleenweb.
8.“DiseñoyCálculodeTanquesdeAlmacenamiento”.[enlínea]:
Consultado:Diciembre11de2010.Disponibleenweb
<http://www.inglesa.com.mx/books/DYCTA.pdf>.

57. 57