Obstrucciones en silos: arqueo y formación de puentes ("arching / bridging")

El flujo de polvo desde un silo se detiene principalmente por 2 razones: la formación de arcos (arqueo o "bridging") o la formación de canales de rata ("ratholes"). En esta página, aprenda cuáles son las causas raíz de ambos fenómenos y cómo evitarlos.

1. Obstrucción de polvos en silos

Todo operador de planta que tenga un silo o tolva en su proceso ha enfrentado esta situación: operaciones aguas abajo, como una línea de transporte neumático, una etapa de mezcla o de llenado, requieren polvo, ¡pero este no fluye desde el silo!

En la mayoría de los casos, si es posible abrir e inspeccionar la tolva, se observará que la punta del cono, encima de la válvula de descarga, está vacía, pero el polvo está bloqueado arriba, formando una especie de arco o puente.

En otros casos, se verá un embudo que va desde la parte superior hasta la inferior del silo, libre de producto, pero con todo el material en los laterales del embudo, sin caer.

El ^er caso se denomina *arqueo* o *formación de puentes* ("arching / bridging"), y el segundo caso se denomina *canal de rata* ("ratholing") o *encauzamiento*.

El arqueo y los canales de rata están relacionados con las propiedades de fluidez de los sólidos a granel. Para comprender de qué depende la fluidez, es interesante considerar las fuerzas que actúan entre las partículas:

F = F_{_v} + F_{_c} + F_{_e} + F_{_es} [Lawrence]

Donde:

F = fuerza total de adhesión entre partículas
F_{_v} = fuerza de Van der Waals
F_{_c} = fuerza capilar (relacionada con la humedad del producto)
F_{_e} = fuerza eléctrica
F^_es = fuerza electrostática

La fluidez no solo depende de las fuerzas entre partículas; por ejemplo, la geometría de estas puede ser más o menos entrelazada y, por lo tanto, fluir mejor o peor. Sin embargo, **a menor fuerza de adhesión entre partículas, mayor facilidad de flujo**.

Cabe destacar que las fuerzas capilares pueden mantenerse en niveles razonables si la humedad relativa en el entorno del proceso es < 65 % HR [Lawrence].

2. Arcos ("Arching")

El arqueo ocurre cuando un polvo suficientemente cohesivo se almacena en una tolva cuyas paredes del cono **no son lo suficientemente inclinadas** y/o la salida **no es lo suficientemente grande**.De hecho, para fluir, los polvos deben estar sometidos a una **tensión (esfuerzo) lo suficientemente significativa**.Dicha tensión depende de la forma de la salida del silo y de qué tan fácilmente el polvo pueda usarla como soporte para consolidarse y formar arcos.

Si el ángulo de la salida es demasiado plano, la tensión se reducirá, facilitando que el polvo resista la gravedad y forme un arco. Del mismo modo, si la salida es pequeña (por debajo de un **diámetro crítico de salida** que puede determinarse mediante ensayos del polvo), será más fácil para el polvo soportar un arco entre paredes opuestas muy cercanas entre sí.

Los arcos pueden evitarse **por diseño**, calculando el **ángulo requerido de las paredes de la tolva** y el **diámetro crítico de salida** necesario para garantizar siempre suficiente tensión que rompa los arcos y permita el flujo del polvo.

Si no es posible evitar los arcos mediante el diseño, deben instalarse **auxiliares de descarga**.

3. Canales de rata ("Ratholing")

Los canales de rata se forman en tolvas que **no han sido diseñadas como silos de flujo masivo** para el sólido a granel almacenado y que tienen una salida **demasiado pequeña**. El producto solo fluirá a través de un canal en el centro de la tolva, mientras que el resto permanecerá estático en los laterales, sin moverse. . Al igual que con los arcos, el polvo puede consolidarse lo suficiente como para que la tensión aplicada sobre el material en los laterales de la tolva no sea suficiente para hacerlo fluir.

Los canales de rata pueden evitarse **diseñando la tolva con un diámetro de salida mayor que el diámetro crítico del canal de rata**. Este diámetro puede determinarse sometiendo el polvo a ensayos de celda de corte para evaluar sus propiedades de flujo. Cabe destacar que el diámetro del canal de rata suele ser **mayor que el diámetro crítico de arqueo**.

Si no es posible tener un diámetro de salida lo suficientemente grande (es decir, si la tolva **no es de flujo masivo**), pueden utilizarse auxiliares de descarga para colapsar el producto y hacer que fluya. Nótese que este método puede ser **peligroso en silos grandes**, ya que una caída repentina de gran cantidad de material puede dañar la estructura del equipo. Por ello, es crucial contar con un **diseño robusto desde el inicio**.

4. Auxiliares de descarga

Los detalles sobre auxiliares de descarga, como activadores de tolva, cojines fluidizantes o martillos neumáticos, pueden encontrarse en la página cómo resolver obstrucciones y problemas de flujo en silos.

Fuente

[Lawrence] Cómo la temperatura y la humedad afectan el comportamiento de flujo de materiales higroscópicos, Johnselvakumar Lawrence, *Powder Bulk Engineering*, abril de 2018