Solucionar problemas de flujo en tolvas y silos (Mal flujo, ausencia de flujo)

1. ¿Cuáles son las causas de los problemas de flujo de polvos en tolvas y silos?

Arqueos y tubos de rata pueden causar obstrucciones parciales o totales del flujo de salida de un silo. Lamentablemente, no es infrecuente que los operadores de procesos de sólidos a granel / polvos experimenten problemas de flujo en sus tolvas o silos. Un flujo deficiente desde una tolva tiene consecuencias importantes para todo el proceso, ya que puede ralentizarlo drásticamente o incluso detenerlo por completo. Las obstrucciones en silos industriales, su prevención y solución a largo plazo son, por lo tanto, una preocupación primordial para las empresas. Un mal flujo de salida de un silo puede tener múltiples causas, ya que el flujo depende de la combinación de las propiedades del polvo y el diseño del silo. Sin embargo, podemos enumerar aquí las causas raíz más comunes en la industria:

• Ángulo de descarga insuficiente: la pendiente del cono de descarga no es suficiente para permitir el flujo del polvo (nota: existen otras geometrías además del cono, pero siguen la misma lógica)
• Salida de descarga demasiado pequeña: el diámetro de la salida del silo es demasiado pequeño
• Los sistemas de descarga no han sido seleccionados o instalados correctamente

Estas causas raíz suelen traducirse en las siguientes consecuencias:

• Arqueo del polvo : se forma un arco estable de polvo dentro del silo, impidiendo que el polvo por encima del arco fluya
• Formación de tubos de rata : el polvo fluye solo dentro de un canal, mientras que el polvo alrededor de este canal, o tubo de rata, no fluye

En resumen, ¡hay mucho menos flujo o incluso nada de flujo desde la tolva!

Nota: existen otros problemas de flujo que muestran síntomas diferentes, aunque son menos comunes y no se detallan en esta página. Entre estos problemas, cabe destacar el fenómeno de *flushing* (descarga incontrolada), que es exactamente lo contrario de los problemas mencionados anteriormente: la fluidización del polvo termina en un flujo incontrolable fuera del silo.

2. Prevención de problemas de flujo en silos (obstrucción, ausencia de flujo): Diseño del silo

¿Cómo prevenir arqueos y tubos de rata en silos?

La primera acción a tomar es, de hecho, prevenir estos problemas mediante un buen diseño. La pendiente del silo y el diámetro de la salida pueden calcularse. El cálculo del silo se basa, en primer lugar, en medir adecuadamente las propiedades de flujo de los sólidos a granel a almacenar. La siguiente página explica el procedimiento de cálculo para diseñar un silo: enlace.

Nota: a veces es posible, aunque costoso, modificar un silo después de su instalación para mejorar el flujo.

Si el diseño por sí solo no puede garantizar un flujo libre, o si es necesario mejorar el flujo del polvo después de la instalación, se debe considerar el uso de sistemas de descarga.

El siguiente párrafo analiza los sistemas de descarga más comunes utilizados en industrias de manejo de polvos.

3. Cómo mejorar el flujo en silos: sistemas de descarga

3.1 Fondo de descarga - Activador de tolva

Los activadores de tolva son un método muy extendido para promover el flujo en silos. Estos fondos vibrantes permiten reducir la altura del silo manteniendo un buen flujo de producto. La parte inferior del silo se monta sobre amortiguadores, equipada con un motor vibrante (generalmente un motor desbalanceado) y provista de un cono invertido que fuerza el flujo del producto hacia el exterior de la pared del silo.

La vibración de la parte inferior y el cono invertido instalado en ella permiten romper los arcos y generar flujo. Además, el cono ayuda a lograr un **flujo en masa** dentro de la tolva, lo cual suele ser deseable.

Dado que el principio de promoción del flujo se basa en la vibración, los activadores de tolva no funcionarán bien con polvos que se compacten fácilmente, lo que podría provocar una obstrucción debajo del cono. Esto puede mejorarse incluyendo varios sensores de nivel en el cono de salida y activando la vibración solo cuando sea necesario. La vibración como sistema de descarga también puede no ser muy eficiente para polvos que absorben bien la vibración o para polvos muy finos, donde el flujo puede ser irregular.

Figura 1 - Activador de tolva / fondo vibrante

Nota: en algunos casos, los diseñadores de tolvas montan directamente motores vibrantes en el cono del silo, sin partes flexibles. Esto tiene un efecto limitado, ya que la estructura de la tolva absorbe parte de la vibración y solo puede usarse para problemas de flujo leves. La tolva y su soporte también deben diseñarse para resistir la vibración, que puede ser alta, especialmente cuando la tolva se vacía.

3.2 Placas fluidizantes

Otra forma de romper arcos o hacer que las zonas estáticas alrededor de un tubo de rata colapsen es fluidizar el material. Cuando los polvos se fluidizan, tienden a fluir casi como un líquido, siempre que exista un cierto grado de aireación. Esta propiedad puede aprovecharse instalando placas en el cono del silo que permitan inyectar aire en la base de la tolva y, así, fluidizar el polvo.

El número de placas depende del tamaño del cono, y la presión de aire comprimido suele ser de aproximadamente 2 bar manométricos. Existen diferentes diseños, como hongos de goma o piezas duras de teflón. Algunos de estos diseños pueden añadir un cierto grado de vibración al efecto de fluidización por aire cuando se activan.

Estas placas suelen dar buenos resultados, aunque requieren aire comprimido (que debe estar seco; de lo contrario, la humedad introducida con el aire podría reducir la fluidez) y están limitadas a tolvas de tamaño pequeño o mediano.

Figura 2 - Placas fluidizantes

Existen otros diseños basados en un principio similar para silos más grandes: fondos fluidizantes o cañones de aire. Para silos grandes, estos sistemas de descarga deben instalarse solo si el diseño del silo es lo suficientemente robusto para soportar el alto esfuerzo debido a la caída de parte del producto almacenado. De hecho, estos sistemas de fluidización son eficientes y podrían ayudar a desbloquear una gran cantidad de polvo que, al caer, podría dañar el silo.

3.3 Percutor

Como su nombre indica, los percutores (también llamados martillos) golpean el exterior del cono del silo para promover el flujo.

Estos equipos a veces se utilizan como sistemas principales de descarga en algunas tolvas, pero generalmente no son muy eficientes por sí solos. De hecho, golpear una tolva llena amortigua en gran medida la onda de choque, por lo que la fuerza a veces no es suficiente para romper los arcos.

Los percutores son más eficaces al activarse al final de la descarga, cuando solo quedan unos pocos kilogramos adheridos a las paredes de la tolva o silo. El golpeo ayudará entonces a alcanzar una descarga cercana al 100%.

3.4 ¿Dónde posicionar los sistemas de descarga?

Los sistemas de descarga se utilizan cuando no es posible diseñar una tolva que funcione con **flujo en masa** para los sólidos que maneja, lo que evitaría el arqueo y los tubos de rata. Por lo tanto, para ser eficientes, estos sistemas deben posicionarse a la altura correspondiente al diámetro crítico de salida o al diámetro del tubo de rata, el que sea mayor (generalmente es el diámetro del tubo de rata). Estos diámetros pueden calcularse mediante pruebas de cizallamiento del polvo.

Si estos diámetros son desconocidos, la posición de los sistemas de descarga se determinará por experiencia, con riesgos de ser más o menos eficientes, colocándolos ligeramente por encima de la salida del silo. Si se utilizan placas fluidizantes, puede ser posible usar varias capas a lo largo de la altura del cono de descarga (no demasiado altas, ya que esto podría causar problemas al tener repentinamente grandes cantidades de polvo fluyendo).

3.5 Otros

Existen muchos otros sistemas de descarga disponibles según el diseño del silo del que se deba extraer el polvo. A continuación, se presenta una lista no exhaustiva:

- Agitadores mecánicos

- Válvulas cónicas

- Tamices vibrantes

- Extractores rotativos

- Tornillos / tornillos sinfín rotativos