DISEO DE SILOS DE ALMACENAMIENTO DE CEMENTO

CURSO:PROCESOS INDUSTRIALES IPROFESORA:ING. PETRA RONDINEL PINEDAALUMMNO:LINO YUPANQUI, LUIS HERNAN

2014

INTRODUCCIN

Los silos son estructuras diseadas para almacenar toneladas de granos y semillas o bien polvos como carbn, cemento, hierro, puzolana, caliza, etc. El uso de los silos se ha adaptado a la industria debido a la necesidad de contar con depsitos con mayores capacidades, producto del perfeccionamiento de mtodos de produccin y mecanizacin industriales en los que se utilizan diversas formas de llenado, extraccin y manejo de materias primas. Incluso, en el rea militar se utilizan para depsito y manejo de misiles. Estos depsitos demandan hoy de una extraccin ms rpida de los materiales por lo que requieren varias aberturas, as como dimetros y alturas ms grandes para incrementar la capacidad de almacenaje y para la descarga. Para algunos especialistas la geometra de los silos tiene gran influencia en el comportamiento de los materiales almacenados, tanto en su estado de reposo como en el proceso de descarga de los mismos. Cada material requiere un proceso diferente de almacenamiento por lo que las caracterstica de los silos podran variar en capacidad, cantidad de celdas, geometra y materiales estructurales que lo conforman de acuerdo con las necesidades particulares de cada caso. En ese sentido, segn sea el proceso industrial a utilizar para el manejo y transporte de los materiales, la geometra del silo puede variar en altura, dimetro y configuracin de la losa de descarga.De acuerdo con expertos en el diseo y construccin de silos, la forma estructural ms comn es la circular, en cuyo caso la estructura est sujeta a una presin uniforme en torno a la circunferencia y sus paredes se comportan como una membrana de tensin, sin momentos flexionantes a lo largo de la mayor parte de su altura, excepto en los extremos en donde las paredes estn conectadas a otros elementos. Por esta razn los silos circulares se construyen con dimetros que exceden las dimensiones prcticas de silos rectangulares o cuadrados. Tambin pueden construirse de forma poligonal, hexagonal u octogonal con las mismas ventajas de los rectangulares, en todos los casos pueden ser construidos con concreto reforzado o con acero, principalmente. El concreto es el material ms comn en la construccin total de la estructura de los silos; es decir, en la cimentacin, paredes, techo, fondo y tolva. Esto se debe a sus cualidades intrnsecas de resistencia, durabilidad, facilidad para la obtencin de superficies lisas y hermticas, gastos de conservacin prcticamente nulos, entre otros aspectos.En consecuencia para disear un silo con un tipo de flujo concreto habr que considerar conjuntamente las caractersticas del material y las del propio silo.

TIPOS DE FLUJO

FLUJO TUBULAR El flujo tubular consiste en la formacin de un canal de flujo, alineado con la boca de salida del silo, rodeado por una zona en la cual el material permanece inicialmente esttico. Durante la descarga del silo, si el material es poco cohesivo, la parte ms alta pegada a las paredes se va desmoronando, alimentando el canal central.Si el material es muy cohesivo, el vaciado del silo puede llegar a detenerse al formarse un canal central vaco, rodeado por material esttico.En la descarga de un silo que lo haga con flujo tubular el material no se mueve todo a la vez, lo que provoca que el caudal de material en la boca de salida y la densidad aparente del lecho de material resultante se vayan modificando durante el transcurso de esta operacin.Incluso cuando el silo se ha vaciado casi completamente existe en su interior material que an no se ha movido.Este slido, acumulado en las zonas muertas del silo, no solo disminuye su capacidad efectiva sino que puede incluso convertirse en inservible si cambia sus propiedades con el paso del tiempo.Adems, este tipo de flujo acenta los efectos negativos que derivan de la falta de homogeneidad del polvo almacenado, debido a la segregacin por tamaos que puede producirse durante el llenado.Una de las pocas ventajas de este tipo de flujo es el menor desgaste que sufren las paredes del silo, ya que su rozamiento durante la descarga con el polvo es despreciable.Adems la presin que soportan las paredes en este tipo de silos es menor, necesitando por tanto una menor cantidad de material en su construccin.

FLUJO MASICO

Este tipo de flujo se caracteriza porque todo el material se mueve a la vez durante la descarga; en particular, el material pegado a las paredes se desliza sobre estas vacindose junto con el resto. Desde el inicio de la descarga ninguna partcula o aglomerado permanece en su situacin original, todas se mueven lo que impide la existencia de zonas muertas. El material que primero entra en el silo es el primero que sale , lo que tiende a mantener constante el tiempo de residencia o almacenamiento del polvo en el silo en un proceso continuo.La descarga de un silo en flujo msico no se detiene por la formacin de canales, puesto que todo el material se mueve a la vez. Adems, las tensiones que aparecen durante la descarga de un silo son predecibles, por lo que puede disearse para que no se formen arcos que la interrumpan.El caudal de descarga y la densidad del lecho de material durante el vaciado son menos variables que en el caso de flujo tubular. Otra ventaja, no menos importante, de este tipo de flujo es la reduccin o eliminacin de los problemas asociados a la segregacin, que pueda aparecer durante la carga. En efecto que todo el material se mueva a la vez provoca un cierto mezclado que tiende a incrementar la homogeneidad del polvo a la salida. De hecho los silos de flujo msico, en ocasiones, se aconsejan como sistemas para el mezclado de slidos.

Con esto podemos establecer las diferencias entre flujo tubular y flujo msico

FLUJO MASICOFLUJO LAMINAR

Elimina la posibilidad de obstrucciones del flujo Minimiza los efectos asociados a la segregacin por tamaos Renovacin del material(no existen zonas muertas) El flujo es uniforme y fcil de controlar La densidad del lecho de polvo que se descarga es prcticamente constante Se aprovecha toda la capacidad de almacenamiento

La altura necesaria para la misma capacidad es menor Las presiones que soportan las paredes son ms bajas La abrasin sobre las paredes es menor

1. DISEO DE LOS SILOS

Consiste en determinar el valor del ngulo mximo que forma las paredes del silo con la vertical en la zona de descarga, y el del tamao mnimo de la boca de salida, D, para los que la descarga del silo se realiza por flujo msico sin interrupciones.

1.1. REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR PARA EVITAR INTERRUPCIONES DE FLUJO

Analicemos lo que le sucede a un elemento de polvo en contacto con la pared del silo durante la descarga del mismo. Cuando el elemento se encuentra en lo alto del silo est sin compactar, ya que sobre el no acta ninguna presin. Ahora bien, conforme va descendiendo, se va compactando debido a que la presin imperante en el silo (p) va aumentando. Como se aprecia en la figura inicialmente la presin se incrementa mucho con la profundidad, hasta aproximarse al final de la vertical del silo, donde permanece prcticamente constante. En la interseccin entre la pared vertical y la inclinada, la presin por lo general se incrementa de manera abrupta. A partir de este puntoesta se va reduciendo conforme el material se aproxima a la boca de salida.

La resistencia mecnica a la cizalla de un material (f) experimenta una variacin similar a la de la presin, ya que esta propiedad del lecho de polvo es funcin de la compacidad la cual a su vez depende de la presin a la que est sometido el material que, como acabamos de ver, cambia con la posicin. Por lo tanto, durante la descarga, la resistencia mecnica a la cizalla del material se modificar segn su posicin en el silo. Por otra parte, el elemento de polvo que estamos tratando, est sometido en todo momento a una tensin mxima de cizalla (S), cuya magnitud depende asimismo, de su posicin en el silo, tal y como se representa en la figura .En el ejemplo representado en la figura, en todo momento la tensin mxima de cizalla a la que est sometido el elemento de polvo (S) es mayor que su resistencia mecnica a la cizalla (f), por lo que durante la descarga de este silo no podrn formarse bvedas que impidan el flujo.Por el contrario, si se reduce el tamao de la boca del silo de DI a D, manteniendo constante el resto de las variables (ngulo de pared, tipo de polvo, etc.) de manera que en algn punto del sistema se cumpla la condicin de que el valor de la resistencia mecnica a la cizalla del material (f) es superior al de la tensin mxima de cizalla a que est sometido (S), en dicho punto se formar una bveda. As pues el valor del dimetro de salida, D, que corresponde al punto de corte de las lneas f y S de la figura , es el dimetro mnimo para el cual no se forman bvedas.

1.2. FUNCION DE FLUJO DE UN MATERIAL

La funcin de flujo de un material polvoriento es la variacin de la resistencia mecnica a la cizalla (f) del lecho de polvo compactado a una determinada presin (p), en funcin de esta variable (p).En el presente grafico se han representado las funciones de flujo de una serie de materiales. Esta propiedad determina el comportamiento reolgico de un material pulverulento a diferentes presiones de compactacin, por lo que se considera una medida de su fluidez. En efecto, cuanto mayor es la ordenada en el origen y la pendiente de dicha representacin, menor es la fluidez del polvo.

1.3. FACTOR DE FLUJO DEL SISTEMA SILO-MATERIAL

El factor de flujo de un sistema silo-material pulverulento es la representacin de la tensin de cizalla mxima (S) que acta sobre un elemento del polvo almacenado en el silo frente a la presin a la que est sometido. El clculo del factor de flujo supone la resolucin de las ecuaciones diferenciales representativas de las tensiones que aparecen en los silos durante la descarga. Dichas soluciones ha sido publicadas por Jenike, para silos de diferente geometra, en forma de grficos denominados habitualmente grficos de factores de flujo.

El factor de flujo, a diferencia de la funcin de flujo del material, es una propiedaddel conjunto silo-material, por lo que depende de algunas caractersticas de ambos. Para calcular el factor de flujo del sistema es necesario conocer: El ngulo efectivo de friccin interna del polvo El ngulo de friccin entre el material La superficie del silo El ngulo de pared en la zona de descarga del silo La geometra del silo. El valor del ngulo efectivo de friccin interna del material (6) y del ngulo de friccin entre el material y la superficie del silo ($), se determinan mediante experimentos de cizalla.

Grfico de Jenike para un silo cilndrico y para un ngulo de fiiccin interna 6 de 30".

2. CALCULO DE VARIABLES DE DISEO

2.1. CALCULO DEL DIAMETRO MINIMO DE LA BOCA DE SALIDA

Si se representan conjuntamente la funcin de flujo del material y la inversa del factor de flujo del sistema, en el punto de corte de ambas representaciones se cumplela condicin de flujo s=f. Es decir, en este punto la tensin mxima de cizalla a la que est sometido el polvo (S), es igual a CAS la resistencia mecnica del lecho (f). A esta tensin se le denomina tensin crtica (CAS) y su valor se utiliza para calcular el tamao mnimo del orificio de salida del silo.

Para un silo

cnico con abertura circular, el tamao mnimo del orificio de salida (D) se calcula a partir de la expresin:

Donde: D : dimetro del orificio de salida (m) : ngulo entre la pared vertical y la pared del silo en la zona de descarga CAS : tensin critica (Pa) P : densidad del lecho de polvo (Kg/m3)

2.2. CALCULO DEL NGULO MXIMO DE LA PARED DEL SILO EN LA ZONA DE DESCARGA Para calcular el ngulo se recurre a las grficas de factor de flujo. La zona triangular de estas representa las condiciones para las cuales el flujo del material durante la descarga del material es msico, de acuerdo con la teora de Jenike.La lnea de trazos, que separa ambas zonas, determina las condiciones lmite del sistema.En efecto esta lnea representa los pares de valores ngulo mximo de la pared del silo, ngulo de friccin del sistema polvo-pared para los que el flujo es msico. Como factor de seguridad se aconseja tomar un ngulo 3" inferior al estimado.