Nem todos os materiais a granel são igualmente difíceis de remover de um silo. Alguns fluem com intervenção mínima. Outros requerem dias de martelagem, corte e escavação. Compreender porque é que os materiais diferem na sua dificuldade de limpeza é o primeiro passo para conceber estratégias de limpeza eficazes e selecionar métodos de intervenção apropriados.
Este artigo fornece um guia prático de referência para as propriedades do material que determinam a dificuldade de limpeza. Explica como cada propriedade afeta o comportamento de acumulação e os requisitos de limpeza. Oferece testes simples que os engenheiros da planta podem realizar para caracterizar seus materiais. E fornece orientação sobre como combinar os métodos de limpeza com as propriedades do material.
Tamanho e distribuição de partículas
O tamanho da partícula é a propriedade mais visível do material e tem efeito direto na dificuldade de limpeza.
Materiais grossos, com partículas maiores que cinco milímetros, são geralmente mais fáceis de limpar do que materiais finos. As partículas têm menos área superficial por unidade de massa, o que significa menos área disponível para forças adesivas. Eles também são menos propensos a formar arcos coesos. Arcos mecânicos podem ocorrer quando partículas grandes se interligam, mas geralmente são mais fáceis de quebrar do que arcos coesivos em materiais finos.
Materiais finos, com partículas menores que cem mícrons, são significativamente mais difíceis de limpar. A alta área superficial por unidade de massa permite o desenvolvimento de fortes forças de van der Waals e atrações eletrostáticas. Os materiais finos consolidam-se sob pressão e ganham resistência com o tempo. Eles formam depósitos densos e duros que resistem à ruptura mecânica.
A distribuição do tamanho das partículas, e não apenas o tamanho médio, também é importante. Materiais com ampla distribuição de tamanho, ou seja, uma mistura de partículas grandes e pequenas, são frequentemente mais difíceis de limpar do que materiais com distribuição estreita. As partículas pequenas preenchem os espaços entre as partículas grandes, criando um empacotamento denso e altamente coeso.
A avaliação prática do tamanho das partículas não requer equipamento de laboratório. Uma simples análise de peneira usando telas padrão fornece dados úteis. Para a maioria dos engenheiros de fábrica, a distinção relevante é se o material é grosso o suficiente para ser manuseado com ferramentas simples ou fino o suficiente para exigir equipamento motorizado ou jato de água.
Conteúdo de umidade
A umidade é o fator mais importante na dificuldade de limpeza para a maioria dos materiais a granel. Um material seco e de fluxo livre pode tornar-se pegajoso e imóvel quando a umidade aumenta.
O efeito da umidade depende do material. Para muitos pós, existe um teor de umidade crítico acima do qual o fluxo se torna pouco confiável. Abaixo deste nível, o material se comporta como um sólido de fluxo livre. Acima dele, o material desenvolve resistência coesiva que aumenta com a umidade. O nível crítico de umidade varia amplamente. O cimento pode apresentar efeitos em níveis de umidade tão baixos quanto um por cento. Outros materiais podem tolerar dez por cento ou mais antes de se tornarem problemáticos.
A umidade também afeta a limpeza de forma secundária. Quando água é adicionada para remover um bloqueio, seja por jato de água ou por condensação, pode fazer com que o material restante endureça ou endureça. Cimento e cal são exemplos clássicos em que a adição de água piora o problema em vez de melhorá-lo.
Medir o teor de umidade requer equipamento simples. Um medidor de umidade ou um forno de laboratório podem fornecer dados quantitativos. Mesmo uma avaliação qualitativa, como apertar um punhado de material e observar se ele se mantém unido, fornece informações úteis para decisões estratégicas de limpeza.
Para instalações que lidam com materiais sensíveis à umidade, controlar a umidade costuma ser mais eficaz do que gerenciar a limpeza. Melhor vedação do telhado, melhores vedações de entrada e saída e ar condicionado podem reduzir a entrada de umidade e diminuir a frequência de limpeza.
Coesão e ângulo de repouso
Coesão é a resistência interna de um material a granel. Materiais com alta coesão aderem e resistem ao fluxo. Materiais com baixa coesão fluem facilmente.
A coesão é frequentemente correlacionada com o tamanho das partículas e a umidade, mas é uma propriedade distinta. Alguns materiais finos e secos têm baixa coesão e fluem livremente. Outros, mesmo quando secos, apresentam alta coesão devido ao formato das partículas ou efeitos eletrostáticos.
O ângulo de repouso é um indicador prático de coesão. Este é o ângulo máximo no qual uma pilha de material pode ser empilhada antes de desabar. Materiais com ângulos de repouso baixos, inferiores a trinta graus, apresentam baixa coesão e fluem facilmente. Materiais com ângulos de repouso elevados, acima de quarenta e cinco graus, possuem alta coesão e são difíceis de fluir.
Medir o ângulo de repouso requer simplesmente despejar o material sobre uma superfície plana e medir o ângulo do cone resultante. Este teste pode ser realizado com uma pequena amostra no laboratório da planta ou mesmo na oficina de manutenção.
Materiais de alta coesão requerem métodos de limpeza mais agressivos. Vibração simples ou hastes podem não ser suficientes. Podem ser necessários disjuntores elétricos, jato de água ou equipamento de demolição operado remotamente. Materiais de baixa coesão muitas vezes podem ser eliminados com vibração ou hastes.
Dureza e Abrasividade
Dureza é a resistência do material à ruptura mecânica. Materiais duros são difíceis de quebrar. Materiais macios são fáceis de quebrar.
A dureza torna-se significativa quando o material se consolida em depósitos duros. Os depósitos de cimento podem atingir uma dureza comparável à do concreto. Certos intermediários químicos podem formar crostas extremamente duras que resistem aos rompedores mecânicos.
A abrasividade está relacionada à dureza, mas refere-se ao efeito do material no equipamento. Materiais abrasivos desgastam pontas de rompedores, ferramentas de corte e revestimentos de silos. A alta abrasividade aumenta o custo da limpeza e os danos ao silo.
O teste de dureza não requer equipamento especializado. Um simples teste de arranhão, semelhante ao teste de dureza mineral, pode fornecer uma estimativa aproximada. Os materiais que podem ser arranhados com um canivete são macios. Os materiais que cegam a faca são duros. Materiais que não podem ser riscados são muito duros e exigirão equipamento especializado para remoção.
Materiais duros geralmente requerem jato de água como método primário de remoção. O jato de água corta depósitos duros sem o desgaste que os rompedores mecânicos experimentam. A pressão da água deve corresponder à dureza do material. Materiais mais macios podem ser danificados por pressão excessiva.
Função de Fluxo e Compressibilidade
Função de fluxo é a relação entre a tensão aplicada a um material e sua capacidade de fluir. É a caracterização mais completa do comportamento do fluxo, mas requer testes de laboratório para determinar com precisão.
Para fins práticos, a compressibilidade serve como proxy para a função de fluxo. Compressibilidade é a redução de volume que ocorre quando um material é submetido a pressão. Materiais com alta compressibilidade são normalmente difíceis de fluir porque as partículas se consolidam firmemente.
Um teste simples de compressibilidade envolve colocar uma amostra de material em um cilindro graduado, aplicar um peso conhecido e medir a redução de volume. A redução de volume como porcentagem do volume original é a compressibilidade. Materiais com compressibilidade acima de trinta por cento são considerados altamente compressíveis e difíceis de escoar.
Materiais altamente compressíveis requerem atenção cuidadosa ao projeto do silo e à frequência de limpeza. Eles são propensos à consolidação durante o armazenamento e podem exigir limpeza mais frequente do que materiais menos compressíveis. Auxiliares de fluxo, como canhões de ar ou fluidificadores, são frequentemente benéficos para materiais compressíveis.
Sensibilidade à temperatura
A temperatura afeta as propriedades do material e o processo de limpeza. Alguns materiais tornam-se mais fáceis de manusear quando aquecidos. Outros se tornam mais difíceis.
Os materiais que amolecem com o calor, como certas resinas ou asfaltos, podem tornar-se mais difíceis de limpar quando aquecidos porque se tornam mais pegajosos. Os materiais que se expandem com o calor podem tornar-se menos densos e fluir mais facilmente. O efeito da temperatura é específico do material e deve ser determinado para cada situação.
A temperatura também afeta a segurança. Silos que contêm materiais quentes, como cinzas volantes de usinas de energia, representam riscos térmicos para trabalhadores e equipamentos. A limpeza de silos quentes requer precauções de segurança adicionais.
A implicação prática da sensibilidade à temperatura é que a estratégia de limpeza pode precisar variar com a temperatura. Um método que funciona à temperatura ambiente pode falhar em temperaturas elevadas. As instalações que manuseiam materiais sensíveis à temperatura devem considerar a temperatura no seu planeamento de limpeza.
Propriedades Químicas
As propriedades químicas do material afetam tanto o seu comportamento de fluxo como a segurança das operações de limpeza.
Materiais que reagem com água, como cimento, cal ou alguns catalisadores químicos, tornam-se mais difíceis de limpar quando a umidade é introduzida. O hidrojateamento, que é eficaz para muitos materiais, é inadequado para esses materiais. A remoção mecânica é o método preferido.
Materiais corrosivos requerem manuseio especial. Materiais ácidos ou básicos podem danificar equipamentos e prejudicar os trabalhadores. Os equipamentos de limpeza utilizados para materiais corrosivos devem ser feitos de materiais compatíveis e podem exigir procedimentos especiais de limpeza.
Materiais tóxicos ou perigosos exigem procedimentos de segurança rigorosos. O método de limpeza deve evitar a geração e exposição de poeira. Equipamentos operados remotamente são frequentemente preferidos para materiais perigosos, para minimizar a exposição do pessoal.
Compreender as propriedades químicas do material é essencial para selecionar métodos de limpeza seguros. A ficha de dados de segurança do material fornece essas informações e deve ser revisada antes de qualquer operação de limpeza.
Métodos Práticos de Avaliação
Os engenheiros da fábrica podem avaliar seus materiais usando métodos simples e de baixo custo que fornecem informações úteis para o planejamento da limpeza.
O teste de mão cheia é a avaliação mais simples. Pegue um punhado de material e aperte-o. Se se desfizer ao ser libertado, tem baixa coesão. Se se mantiver unido, terá alta coesão. O teste de punhado também indica o teor de umidade. Se o material deixar umidade na mão, ele está molhado.
O teste de pilha fornece dados de ângulo de repouso. Despeje o material sobre uma superfície plana e meça o ângulo da pilha. Um ângulo baixo indica bom fluxo. Um ângulo alto indica fluxo fraco.
O teste de arranhão indica dureza. Tente riscar o material com um canivete. Se riscar facilmente, é macio. Se resistir a arranhões, é difícil. Se não puder ser arranhado, é muito difícil.
O teste da água indica sensibilidade à umidade. Adicione uma pequena quantidade de água a uma amostra. Se o material endurecer ou endurecer, o jato de água não é apropriado. Se o material permanecer solto, o jato de água pode ser eficaz.
O teste de assentamento indica compressibilidade. Encha um recipiente transparente com material, aplique pressão e meça a redução de volume. A alta redução de volume indica alta compressibilidade e dificuldade de fluxo.
Esses testes não são precisos. Eles não substituem os testes laboratoriais. Mas eles fornecem orientações úteis para a seleção do método de limpeza e estão disponíveis gratuitamente.
Combinando propriedades com métodos de limpeza
A orientação abaixo fornece uma estrutura para combinar as propriedades dos materiais com os métodos de limpeza.
Materiais secos, de baixa coesão, com partículas grandes e baixa umidade são os mais fáceis de limpar. Vibração ou haste geralmente são suficientes. Se for necessária limpeza, ela pode ser feita com ferramentas simples.
Materiais finos e secos com baixa umidade, mas com partículas pequenas, ainda podem ser difíceis devido às forças coesivas. Canhões de ar ou fluidizadores são frequentemente eficazes. Equipamento operado remotamente pode ser necessário para bloqueios persistentes.
Materiais úmidos com alto teor de umidade são difíceis de limpar mecanicamente porque o material adere às ferramentas e equipamentos. O hidrojateamento pode ser eficaz, mas somente se o material não reagir com a água. Para materiais sensíveis à água, é necessária a remoção mecânica com controle cuidadoso da umidade.
Materiais endurecidos com alta dureza requerem métodos poderosos. Equipamento de demolição operado remotamente com rompedores hidráulicos é o método preferido. O jato de água em alta pressão também pode ser eficaz. A entrada manual com ferramentas manuais não é apropriada para materiais endurecidos.
Materiais abrasivos requerem equipamentos duráveis. As pontas do rompedor e as ferramentas de corte desgastam-se rapidamente. A manutenção dos equipamentos é essencial. O hidrojateamento, que não possui peças de desgaste em contato com o material, pode ser preferido.
Materiais perigosos requerem métodos remotos. A entrada de pessoal deve ser evitada. Equipamento operado remotamente, com manutenção e operação adequadas, é a abordagem padrão.
Usando avaliação de materiais no planejamento preventivo
A avaliação de materiais não é uma atividade única. As propriedades dos materiais mudam com as condições de fornecimento, processamento e armazenamento. A avaliação regular garante que os métodos de limpeza permanecem adequados.
Quando uma nova fonte de material for introduzida, realize os testes simples descritos neste artigo. Compare os resultados com materiais anteriores. Se o novo material for significativamente diferente, ajuste a frequência e os métodos de limpeza.
Quando as mudanças sazonais afetarem o teor de umidade, ajuste os procedimentos de limpeza. Materiais secos no verão podem ficar molhados no inverno. O plano de limpeza deve levar em conta essas variações sazonais.
Quando o tempo de armazenamento do material mudar, reavalie suas propriedades. Os materiais armazenados por mais tempo podem se tornar mais duros e difíceis de limpar. Se a duração do armazenamento estiver aumentando, a limpeza pode precisar ser mais agressiva.
Documente os resultados das avaliações materiais. Mantenha um registro das propriedades dos materiais para cada silo e cada tipo de material. Use este registro para orientar decisões de limpeza e identificar tendências que possam indicar problemas em desenvolvimento.
Conclusão
As propriedades do material determinam a dificuldade de limpeza. A compreensão dessas propriedades permite que os engenheiros da planta selecionem métodos de limpeza apropriados, estimem o tempo e o custo da limpeza e planejem a manutenção preventiva.
Os métodos simples de avaliação descritos neste artigo estão disponíveis para qualquer engenheiro de fábrica sem equipamento especializado. O teste de punhado, o teste de pilha, o teste de arranhão, o teste de água e o teste de assentamento fornecem informações práticas que orientam as decisões de limpeza.
A propriedade mais importante para a maioria dos materiais é o teor de umidade. Os materiais secos fluem mais facilmente do que os materiais úmidos. O controle da umidade costuma ser a medida preventiva mais eficaz. Para materiais que não podem ser controlados em termos de umidade, os métodos de limpeza devem ser selecionados com base em suas outras propriedades.
Tamanho de partícula, coesão, dureza, compressibilidade, sensibilidade à temperatura e propriedades químicas afetam a dificuldade de limpeza. Combinar o método de limpeza com essas propriedades aumenta a probabilidade de sucesso e reduz o tempo e o custo da limpeza.
Os engenheiros de fábrica que entendem seus materiais tomam melhores decisões de limpeza. Eles limpam quando necessário, não em horários fixos. Eles selecionam métodos que funcionam, não métodos que estão disponíveis. E evitam problemas ao antecipar como as propriedades dos materiais afetarão o desempenho do silo.
