Rusthoek: overzicht

1. Karakterisering van poederstroming: rusthoek

De rusthoek wordt gebruikt als indicator voor de stromingseigenschappen van bulkvastestoffen zoals poeders of korrels. Het is een snelle methode die een indicatie geeft van de stromingseigenschappen van korrelige materialen. Deze pagina biedt een overzicht van wat de rusthoek is, waarom deze wordt gebruikt en hoe deze wordt berekend op basis van experimentele metingen.

Het is eigenlijk belangrijk om te benadrukken dat er verschillende rusthoeken bestaan, afhankelijk van de gebruikte methodologie die is toegepast om deze te meten. De meest gebruikelijke methode is het vrij laten stromen van het materiaal door een trechter, waarbij het materiaal een hop vormt. Het is echter ook mogelijk een hoek te meten door het materiaal over een plaat te laten glijden, met behulp van een roterende cilinder, of door poeder uit een kleinere container via een opening te laten stromen.

Figuur 1: Verschillende methoden voor het meten van de rusthoek van poeders en korrels

Deze verschillende methoden leveren eigenlijk verschillende waarden voor de rusthoek op. Het is dus zeer belangrijk om te weten volgens welk protocol de rusthoek is gemeten, om de stromingseigenschappen van materialen te kunnen vergelijken. De trechtermethode (externe trechter) geeft de laagste meting van de rusthoek:

Rusthoek bij externe trechtermethode

< Rusthoek bij interne trechtermethode

< Rusthoek bij glijdende-plaatmethode

Hoe lager de rusthoek, des te beter de stromingseigenschappen van een materiaal zijn.

De rusthoek wordt soms verward met de inwendige wrijvingshoek die in de theorie van Jenike wordt gebruikt voor het ontwerp van trechters en silo's, maar de twee waarden zijn niet noodzakelijk gelijk.

Er zijn andere methoden om de stromingseigenschappen van poeders of korrels te bepalen (klik voor meer informatie):

Carr-index Hausner-verhouding Poederrheometer Schaarafschuifproeven

2. Berekeningsformule van de rusthoek

Hoe berekent men de rusthoek?

De bepaling van de rusthoek van een korrelig materiaal kan alleen worden uitgevoerd via een daadwerkelijke meting. De hier beschouwde methodologie is de meest gebruikelijke, namelijk de externe trechtermethode, waarbij een bepaalde hoeveelheid vast materiaal uit een trechter wordt gegoten en de hoek van de gevormde hop wordt gemeten.

Op te merken valt dat er, zelfs voor deze trechtermethode, variaties in de methodologie bestaan. Zo kan de trechter vaststaan of langzaam omhoog worden bewogen. Een gespecificeerde hoogte van de hop kan de parameter zijn om de meting te stoppen, of dit kan de diameter van de gevormde hop zijn.

Als de rusthoekenmethode in een laboratorium wordt gebruikt om de stromingseigenschappen van verschillende componenten te karakteriseren, is het belangrijk om één protocol te kiezen en dit voor alle metingen consistent toe te passen.

Formule voor de rusthoek

De formule om de rusthoek te berekenen is als volgt:

Rusthoek = arctan(h/r)

Met

h : hoogte van de hop (mm)
r: straal van de hop (mm)

3. Interpretatie en relatie met stromingseigenschappen van de rusthoek

De belangrijkste toepassing van de rusthoek is het beoordelen van de stromingseigenschappen van een korrelig materiaal (poeder, pellets, enz.).

De stromingseigenschappen van bulkvastestoffen worden in eerste instantie geschat door de rusthoek te meten en vervolgens te verwijzen naar onderstaande rusthoektabel om te bepalen in welke klasse het bestudeerde poeder valt:

Verwachte stromingseigenschappen	Rusthoek (°)
Uitstekend / Zeer vrije stroming	25–30
Goed / Vrije stroming	31–35
Redelijk (hulp bij lossen mogelijk niet nodig)	36–40
Matig	41–45
Slechte stroming / Cohesief (actieve lossingshulp vereist)	46–55
Zeer slechte stroming / Zeer cohesief	56–65
Bijna geen stroming	> 66

Tabel 1: rusthoektabel voor poeders en korrels

De rusthoek-tabel is bepaald door de auteurs van de methode, door het testen van verschillende materiaalstromingen en het meten van de overeenkomstige rusthoek.

Houd er rekening mee dat dit een benaderende methode is die trends aangeeft, het kan voorkomen dat een materiaal zich anders gedraagt zodra het in het proces zit. De karakterisering van de stromingseigenschappen en de bepaling van fysieke parameters die het ontwerp van trechters mogelijk maken, vereisen een volledige schuifcel-test.

Tabel 2: rusthoek en verwachte stroom-eigenschappen

De rusthoek is ook belangrijk voor het berekenen van het volume van materiaal in trechters of in voorraadopslag (bijvoorbeeld in grote openlucht- of magazijnvoorraden, of zelfs bij transport in vrachtschepen).

4. Rusthoek-calculator Excel

Het volgende gratis Excel-hulpmiddel maakt het mogelijk om de rusthoek te berekenen.

Rusthoek-calculator Excel download (klik hier)