Deze pagina heeft als doel stap voor stap uit te leggen hoe de stroomkarakteristieken van een poeder kunnen worden bepaald aan de hand van een reeks schuifcel-experimenten.

Waar gaat het over?

Hoe meet men de stroomeigenschappen van poeders?

Er bestaan verschillende methoden om de stroomeigenschappen van poeders te karakteriseren. Veel methoden zijn vrij empirisch en geven eerder een "indruk" dan een kwantificering van de stroomeigenschappen van poeders. De enige poederstroombareidstest die tot nu toe erkend is om gegevens te genereren die kunnen worden gebruikt voor het ontwerp van een installatie, is het gebruik van een schuifcel om het poeder te testen en de stromeigenschappen te meten. Deze methode wordt soms de Jenike-methode genoemd, naar Andrew Jenike, die de schuifcel-testen heeft ontwikkeld. Het stelt ons in staat om de volgende kenmerken te berekenen:

• Interne wrijvingshoek
• Materiaalstroomfunctie (MFF) van Poeder
• Wandwrijvingshoek

Die vervolgens kunnen worden gebruikt voor het ontwerpen van trechters die zorgen voor massa-stroom (geen stroomblokkering, geen dode zones in de trechter) met de methode beschreven op deze pagina: link

De volgende alinea's zullen het begrip "poederstroombareid" beschrijven, dat eigenlijk verschillende bulkvaste stof-eigenschappen omvat:

• Cohesieve sterkte
• Wandwrijvingshoek

Er zal ook worden uitgelegd hoe deze eigenschappen praktisch kunnen worden bepaald met een schuiftester.

1. Jenike-methode: Schuifcel-tester

Schuifcellen

De schuiftester of schuifcel is een poederstroombareidstester die het mogelijk maakt om zeer belangrijke poederrheologische eigenschappen te schatten, zoals de cohesieve sterkte en de wandwrijving, die op hun beurt kunnen worden gebruikt om de diameters van trechteruitlaten en de ontslaghoek te berekenen.

Er moeten twee schuifproeven worden uitgevoerd om de eigenschappen te bepalen. 1 test is om te meten de interne wrijvingshoek ; om deze eigenschap te verkrijgen, meet de testcel de kracht die nodig is om het poeder over ZICHZELF te laten glijden. Aan de andere kant wordt de wandwrijvingshoek bepaald met behulp van een cel die de kracht meet die nodig is om een poedermonster over een MATERIAALplaat te laten glijden, waarbij het materiaal meestal het metaal is waaruit de silo zal worden gebouwd.

Figuur 1: Jenike-cellen

De test wordt uitgevoerd na een voor-schuifstap die een bepaalde dichtheid van het poeder geeft voordat de normale spanning en de schuifkracht worden toegepast. Deze voor-schuif kan worden gevarieerd, wat verschillende resultaten zal opleveren. Deze verschillende resultaten zullen worden gebruikt om verschillende vloeigrenzen te tekenen en vervolgens verschillende eigenschappen van het poeder te berekenen (zie hieronder).

Merk op dat het mogelijk is om een dergelijke test uit te voeren op speciale schuiftesters, maar dat poederreometers ook de mogelijkheid hebben om dit soort testen uit te voeren door een schuifceleenheid op hun roerwerk te monteren.

2. Wat kunnen we verkrijgen uit een schuifcel-test?

De volgende poedereigenschappen kunnen worden bepaald uit de verkregen grafiek (genaamd "Vloeigrens"):

Tabel 1: Uitvoer van schuifcel-testen

Schuiftester	Directe bepaling	Berekening
Schuifcel voor meting van materiaal/poeder-interactie	Wandwrijvingshoek Φ'	-
Schuifcel voor meting van poeder/poeder-interactie	Effectieve interne wrijvingshoek δ Statische interne wrijvingshoek Φ Hoofd consolidatie- (of compactie-)spanning σ1 Cohesieve sterkte fc (ook wel Onbeperkte Vloeigrens-spanning (UYS) genoemd)	Materiaalstroomfunctie (door het plotten van de UYS- en σ1-koppels verkregen bij verschillende voor-schuif)

3. Jenike-methode: Stap-voor-stap handleiding

STAP 1 - Voer de test uit

Er worden twee krachten toegepast op een poedermonster: 1 normale kracht, die wordt ingesteld en geleidelijk wordt verhoogd, en een tweede zijwaartse kracht (schuifkracht). Deze tweede kracht wordt gemeten en komt overeen met de kracht die nodig is om het materiaalmonster te laten glijden.

Elk koppel (Normale spanning; Schuifspanning) wordt geregistreerd en vervolgens uitgezet. Uit deze curve kunnen verschillende poederrheologische kenmerken worden berekend. De verkregen grafiek, de vloeigrens van de wand, wordt hieronder getoond (voorbeeld – niet van een echt poeder).

STAP 2 - Teken de Vloeigrens (Yield Locus)

Poeder-Poeder interactie

Voor een gegeven voorbelasting, teken de vloeigrens op basis van de gegevens verkregen uit de cel die de interacties poeder/poeder test. De interne wrijvingshoeken en de hoofdconsolidatiekracht kunnen vervolgens geometrisch worden bepaald.

Figuur 2: gegevens verkregen uit de vloeigrens van de poeder-poeder schuifcel

Poeder-Materiaal interactie

Teken de vloeigrens op basis van de gegevens verkregen uit de cel die de interacties poeder/materiaal test. De wandwrijvingshoek Φ' wordt vervolgens grafisch bepaald.

Figuur 3 : gegevens verkregen uit de vloeigrens van poeder - materiaalschuifcel

STAP 3 – Bepaal de **stromingsfunctie**

De vloeigrens wordt bepaald volgens een initiële consolidatietoestand. Het is mogelijk om de initiële consolidatietoestand te variëren. Door verschillende vloeigrenscurves te tekenen bij verschillende initiële consolidatietoestanden, vormt dit de basis voor het bepalen van de **stromingsfunctie** van het poeder. Een illustratief voorbeeld met 3 vloeigrenscurves wordt hieronder getoond.

Figuur 4 : Grafische bepaling van de **poederstromingsfunctie**

Uit de 3 verschillende vloeigrenscurves kunnen 3 koppels (hoofdconsolidatiespanning **σ₁**; cohesieve sterkte **f_c**) worden berekend. Een grafiek met **f_c = f(σ₁)** kan vervolgens worden opgesteld. Dit is de **materiaalstromingsfunctie ("Material Flow Function", MFF)** van het geteste poeder (niet te verwarren met de **stromingsfactor ff**). De stromingsfunctie verschaft essentiële informatie over het gedrag van het poeder, op een betrouwbaardere manier dan verkorte methoden zoals de **rusthoek** of empirische indexen. In het voorbeeld worden slechts 3 koppels overwogen, maar in de praktijk worden er meer gebruikt om de daadwerkelijke stromingsfunctie te bepalen. De grafiek kan worden opgedeeld in verschillende gebieden door rechte lijnen die door de oorsprong gaan en een helling **i = σ₁/f_c** hebben. De verschillende waarden van **i** geven informatie over de **vloeibaarheid**: afhankelijk van de positie van de stromingsfunctie in de grafiek kan de vloeibaarheid worden bepaald.

Figuur 5 : **poederstromingsfunctie en vloeibaarheid van poeder**

Afhankelijk van de vorm van de grafiek kan worden bepaald of het poeder **cohesief** is of niet.

Figuur 6 : Typische **Materiaalstromingsfuncties (MFF)**

Aan het einde van de tests met **Jenike-schuifcellen** (of equivalente testapparatuur) zullen de volgende **poederrheologische eigenschappen** zijn bepaald:

• **Inwendige wrijvingshoek (φ_i)**
• **Materiaalstromingsfunctie (MFF)**
• **Wandwrijvingshoek (φ_w)**

Opmerking: het is vervolgens mogelijk om te bepalen hoe het poeder zal stromen uit een gegeven **trechter (hopper)** (of om een trechter te ontwerpen) door de **stromingsfactor ff** (gekoppeld aan het trechterontwerp) te bepalen en een lijn met helling **1/ff** te plotten op de **Materiaalstromingsfunctie (MFF)**. Het poeder zal stromen als de lijn met helling **1/ff** **boven** de MFF ligt; indien deze **onder** de MFF ligt, kunnen zich **bogen ("arches")** vormen en zal de stroming moeilijk verlopen. Meer informatie over **trechterontwerp** is hier beschikbaar.

Figuur 7 : **Stromingsfunctie en Materiaalstromingsfuncties voor het berekenen van Kritische Aangelegde Spanning**