Este documento trata sobre el almacenamiento de sólidos. Explica las características de las partículas sólidas como su tamaño, forma y densidad. Describe los diferentes tipos de depósitos para almacenar sólidos y las presiones que ejercen las masas de partículas en los depósitos. También cubre la descarga de depósitos y la determinación de la abertura mínima requerida en las tolvas para prevenir el arco cohesivo y promover el flujo del material.

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ALMACENAMIENTO DE SÓLIDOS
Sergio Armando Arenas
Peter G. Camacho C.
Jenniffer Solange Ayala
John Jairo Martínez
Ing. Edgar Mauricio Morales

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CONTENIDO
Introducción
Objetivos
Fundamentación Teórica
Conclusiones
Referencias

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INTRODUCCIÓN
Text
Almacenamiento de
Text sólidos

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OBJETIVOS
Identificar las propiedades y características de
los sólidos de acuerdo a su tamaño, consistencia
y forma.
Exponer las
características de los
diferentes depósitos
Diferenciar los tipos de depósitos y modo de identificando para
empleo de acuerdo a las características de los
sólidos a almacenar.
qué tipos de sólidos
son funcionales de
Reconocer las ventajas y desventajas de cada tipo
acuerdo a las
de almacenamiento, teniendo en cuenta las cualidades de estos.
condiciones de diseño y los inconvenientes de
almacenamiento como la presión y el
empaquetamiento.

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Sólidos
Uno de los cuatro estados de agregación de la materia .
Oponen resistencia a cambios de forma y de volumen.
En procesos químicos los sólidos se encuentran más
frecuentemente en forma de partículas y son en general, más
difíciles de tratar que los líquidos, vapores o gases.

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Caracterización de Partículas Sólidas
Es necesario un conocimiento de las características de masas
de sólidos en forma de partículas para el diseño de procesos y
del equipo que operan con corrientes que contienen tales
partículas.
Partículas sólidas individuales se caracterizan por su Tamaño,
Densidad y Forma.
El tamaño y la forma se pueden especificar fácilmente para
partículas regulares, tales como esferas o cubos, pero para
partículas irregulares es preciso definirlos arbitrariamente.

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Forma de las Partículas
El diámetro equivalente se define a veces como el diámetro de
una esfera de igual volumen. Sin embargo, para materiales
granulares finos resulta difícil determinar con exactitud el
volumen .
El área de la superficie se obtiene a partir de medidas de
adsorción o de la caída de presión en un lecho de partículas

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Tabla 1. Esfericidad de varios materiales [2]

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Propiedades de Masas de Partículas:
Las masas de partículas sólidas poseen muchas de las propiedades de
un fluido.
Ejercen presión sobre las paredes de un contenedor, fluyen a través
de un orificio o descienden por una tolva.
Diferencias con los líquidos y gases:
las partículas se entrecruzan y adhieren por efecto de la presión y no
pueden deslizar unas sobre otras hasta que la fuerza aplicada no
alcanza un cierto valor, una presión aplicada en una dirección genera
alguna presión en otras direcciones.
La densidad de la masa puede variar, dependiendo del grado de
empaquetamiento de los granos.

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Los sólidos en forma de partículas se dividen en dos clases:
cohesivos y no cohesivos.
Los materiales no cohesivos como grano, arena o briznas de
plástico, fluyen fácilmente desde depósitos o silos.
Los sólidos cohesivos, tales como arcilla húmeda, se
caracterizan por su dificultad para fluir a través de orificios.

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Almacenamiento de Sólidos
Almacenamiento a la Almacenamiento en
Intemperie Depósitos

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Presiones en Depósitos, Tolvas y Silos
La presión lateral ejercida sobre las paredes en cualquier
punto es menor que la calculada a partir de la carga de
material.
La fuerza de fricción en la pared tiende a contrarrestar el peso
del sólido y reduce la presión ejercida por la masa sobre el
fondo del contenedor.
La altura alcanza un valor aproximadamente tres veces
superior al diámetro del depósito, el material adicional
virtualmente no tiene efecto sobre la presión en la base
la masa adicional es soportada por la pared y el lecho.

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Tipos de silos
En función del patrón de flujo

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Tipos de tolva e influencia en
forma de flujo

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Esfuerzos en Recipientes de Flujo Axial-simétrico

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Esquematización de la formación de campos de esfuerzo
activos y de arco o domo en silos

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Distribución de esfuerzos en silos

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Distribución de la carga en la pared de un silo

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Ecuación de Janssen del esfuerzo: presión estática vertical Pv
en paredes de recipientes cilíndricos
Donde: g es la aceleración de la gravedad, ρb es la densidad a granel de los
sólidos, D es el diámetro del silo, µ’ es el coeficiente de fricción sobre la pared
y h es la profundidad de los sólidos almacenados. K’ es la relación de la
presión horizontal a la vertical y se puede expresar como:
Donde: δ es el ángulo efectivo de fricción interna de los sólidos
almacenados

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Descarga de depósitos
Descargan mejor a través de un orificio situado en el fondo.
Generalmente un fondo cónico o piramidal conduce a una
pequeña salida circular cerrada con una válvula o a un
alimentador rotatorio.
Por tanto, para iniciar el flujo y mantener el material en
movimiento, con frecuencia se requieren vibradores sobre
las paredes del depósito cuchillas rascadoras cerca del fondo
del depósito, o chorros de aire en la abertura de descarga.

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Las operaciones en las que intervienen partículas solidas son:
Reducción de Tamaño, Cristalización, Mezclado de Sólidos y pastas
y Separaciones Mecánicas.
Equipos de Reducción de Tamaño:
(1) compresión, (2) impacto, (3) frotación o rozamiento, y (4) corte.
Cristalización: Es la formación de partículas sólidas a partir de una
fase homogénea.
Mezclado de Sólidos y Pastas: El mezclado de sólidos secos y de
pastas viscosas se parece en cierto modo al mezclado de líquidos de
baja viscosidad.
Separaciones Mecánicas: Dos métodos generales son la utilización
de Tamizado o Filtración.

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Descarga Natural en Tolvas
Los límites de flujo en masa y flujo tipo embudo para tolvas cónicas y
para tolvas planas dependen del ángulo con la vertical θ, el ángulo
efectivo de fricción interna δ y el ángulo de fricción con la pared υ

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Por medio de un análisis de fuerzas en equilibrio para un material granular en
la zona de la tolva se puede demostrar que:
donde: σ 1 es el esfuerzo actuando en el arco a un ángulo de 45º, ρb es la
densidad a granel del sólido, g es la aceleración de la gravedad, B es la abertura
de la tolva, H(θ) es un factor que toma en cuenta variaciones en grosor del arco,
el ángulo con la vertical y el tipo de tolva (cónica o plana), y a es la aceleración
de descarga del sólido granular

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Se puede demostrar que la abertura mínima de la tolva para prevenir la
formación del arco cohesivo es función del estado de equilibrio estático, o sea
cuando a=0, por lo que sustituyendo y despejando de la ecuación anterior:
La variable H(θ) tiene un valor de 2.4 aproximadamente para tolvas cónicas y de
2.2 aproximadamente para tolvas con abertura cuadrada. Para determinar el
valor de σ 1 se hace uso de curvas de diseño.

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
Para determinar el valor de σ 1 se hace uso de curvas de diseño, de la
función de falla ff y del factor de flujo ff, el cual puede definirse por la
relación:

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
El punto crítico de intersección en la figura
anterior se denota como esfuerzo de corte
crítico aplicado, siendo el esfuerzo definido
en las ecuaciones anteriores. Al obtenerlo
y sustituirlo se determinará la dimensión
mínima de abertura B min necesaria para
promover el flujo del material almacenado.
Para facilitar la estimación del factor de
flujo, se han elaborado gráficas de diseño
para tolvas cónicas y planas y para
diversos valores del ángulo efectivo de
fricción interna.

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
 Caudal másico o velocidad de flujo
Puede deducirse una expresión a partir de los dos componentes de la
aceleración
donde: a c es el componente convergente debido al canal de flujo y a v
es el componente debido al incremento de velocidad una vez que se
inicia el flujo.
ff es el factor de flujo crítico basado en la dimensión mínima de
arqueado, mientras que ffa es el factor de flujo real basado en la
dimensión de la abertura.

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
donde: V es la velocidad de descarga y m es una constante cuyo valor es de
cero para tolvas planas y de la unidad para tolvas cónicas. Sustituyendo las
dos ecuaciones anteriores en la primeras y despejando av:
A medida que la velocidad de descarga se incrementa, av tiende a cero, por lo
que una velocidad terminal promediada Va se alcanzará sustituyendo av=0 en
la ecuación previa, obtenemos la siguiente
relación:

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Abertura de la tolva para sólidos gruesos
 El caudal en masa Q0 se representa por:
donde: B es el diámetro o ancho de abertura y L es la longitud de
abertura.

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PILAS
Si el material sólido que se va a almacenar es inerte a condiciones de intemperie,
presenta inconvenientes:
 Segregación del material: Los sólidos gruesos se acumulan en los bordes de la
pila.
 Contaminación: tanto del ambiente circundante como deterioro de la salud
humana debido al posible arrastre de partículas en el aire.
 Lluvias: el material se expone a la humedad y al arrastre debido a lluvias.
Es necesario que el suelo sea compacto y con cierta pendiente de inclinación para
que drene el agua.

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Descarga Asistida:
Promotores de Flujo y Alimentadores

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Descarga Asistida:
 Promotores de flujo: dispositivos activos

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Descarga Asistida:

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Descarga Asistida:
 Promotores de flujo: alimentadores

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Descarga Asistida:

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DISPOSICIONES DE DESCARGA
El vertido del sólido a granel se realiza comúnmente
mediante una cinta transportadora. Ésta crea un montículo
cuya forma depende de si la cinta transportadora es fija o
móvil.
A. La descarga sobre la polea final forma un montón cónico
al extremo de la banda.

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B. Descarga sobre polea final para la distribución longitudinal
mediante un transportador reversible.

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C. Descarga por medio de un basculador deslizante, para
distribuir materiales a uno o los dos lados del transportador a
todo lo largo del recorrido del basculador.

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D. Descarga mediante basculadores fijos, con o sin
transportador transversal a uno o los dos lados de la
banda, a aberturas fijas de tolva o montones en lugares
escogidos.

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E. Descarga mediante rejas con bisagras a uno o más lugares
fijos a lo largo de uno o los dos lados del transportador. Las
rejas se pueden ajustar para dividir la descarga entre varios
lugares, en forma simultánea, en las proporciones deseadas

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ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIÓN

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ANGULO DE REPOSO Y COMPACTACIÓN
Un cambio leve en la densidad a granel del material causa un
cambio dramático en la capacidad de fluir. Un rasgo relevante de
un polvo se refiere a la forma en que el esfuerzo de corte varía con
el esfuerzo de consolidación. Las propiedades utilizadas para
identificar y cuantificar las relaciones entre estos esfuerzos se
conocen como “propiedades de falla o ruptura de polvos”

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Propiedades de falla
Las propiedades de falla son:
 Ángulo efectivo de fricción interna (δ)
 Ángulo de fricción con la pared (φ)
 Función de falla (F)
 Cohesión (C)
 Adhesión (T)

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Determinación de las Propiedades de Falla
La Ecuación de Warren-Spring
Donde τ es el esfuerzo de corte, C es la cohesión, σ es el esfuerzo
normal, T es la adhesión, y n el índice de corte o cizalla (1 < n < 2)

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO
El diseño de depósitos de almacenamiento para sólidos particulados
consta básicamente de cuatro pasos:
1. Determinación de la resistencia y de las propiedades de flujo de los
sólidos particulados a almacenar en las peores condiciones
encontradas en la práctica.
2. Determinación de la geometría del depósito para proporcionar la
capacidad deseada y proveer un modelo de flujo con características
aceptables y asegurar una adecuada descarga.
3. Estimación de las cargas ejercidas sobre las paredes del depósito y el
alimentador bajo condiciones de operación.
4. Diseño y detalle de la estructura del depósito.

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TOLVAS DE FLUJO DE MASA TOLVAS DE FLUJO DE EMBUDO
1. Las partículas se segregan, pero se reúnen 1. Las partículas se segregan y permanecen
en la descarga. segregadas.
2. Los polvos se desairean y no fluyen cuando 2. La primera porción que entra es la última en
se descarga el sistema. salir.
3. Pueden permanecer productos en puntos
3. El flujo es uniforme. muertos, hasta que se realiza la limpieza
completa del sistema.
4. La densidad del flujo es constante. 4. Los productos tienden a formar puentes o
arcos y, luego, a que se formen agujeros de
rata durante la descarga.
5. Los indicadores de nivel funcionan 5. El flujo es errático.
adecuadamente.
6. No quedan productos en zonas muertas, 6. La densidad puede variar.
donde pudieran degradarse.
7. Se puede diseñar la tolva para tener un 7. Los indicadores de nivel se deben situar en
almacenamiento no segregado o para puntos clave, para que puedan funcionar
funcionar como mezcladora. adecuadamente.
8. Las tolvas funcionan bien con sólidos de
partículas grandes y flujo libre.
Tabla 2. características principales de las tolvas de flujo de masa y
flujo de embudo [3]

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ESPECIFICACIÓN DE SÓLIDOS A GRANEL PARA
OBTENER EL MEJOR FLUJO
 El tamaño de partículas Entre mayor sea el tamaño de la partícula, más
libre es el flujo de sólidos. Entre menor tamaño de partícula, el flujo es más
difícil debido al aumento del grado de compactación de las partículas
 Contenido de Humedad La humedad es un problema ya que en ciertas
cantidades puede llegar a afectar el flujo de descarga
 El Envejecimiento Parece que mejora la capacidad de flujo de algunos
materiales, puede ser debido a la oxidación de la superficie de las partículas,
a la distribución más uniforme de la humedad y al redondeo de las esquinas
de las partículas que provoca el manejo del mismo

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EMBALAJE Y MANEJO DE PRODUCTOS SÓLIDOS
En ingeniería, se conoce como embalaje a todo empaque que contiene
dos toneladas métricas de producto.
 Bolsas de Papel de capas Múltiples
Existen dos diseños de bolsas, las de válvula y las de boca abierta. La de
válvula tiene los dos extremos cerrados y su llenado es por la válvula,
mientras que la de boca abierta su sellado es después de su llenado por
la parte abierta de la misma.

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 Cajas para granel
Son de papel kraft corrugado para productos secos y a granel.
Las cajas grandes cargan de 0.5 a 2 toneladas y las pequeñas, de
23 a 68 kg. Las grandes son utilizadas para enviar resinas y las
chicas son para materiales de tamaño regular, tales como soda
caustica. Las cajas a granel contienen el producto dentro de una
bolsa de polietileno, acojinamiento en los extremos y
sellamientos con grapas u otros objetos de sellamiento.
Tambores
Son hechos de acero o de fibra. Son los segundos en
importancia después de las capas múltiples para suspensiones.
Son muy utilizados para sólidos secos.

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Conclusiones
Debido a que en los procesos químicos los sólidos son más
difíciles de tratar que los líquidos, vapores o gases, un buen
almacenamiento y transporte de estos para conservar sus
propiedades se hace vital para hacer efectivos los procesos.
Este trabajo nos permite aplicar los conceptos vistos en la
asignatura de manejo de sólidos y líquidos, dándonos una
ventaja en el momento de enfrentarnos con concepciones
semejantes en el mundo real.

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REFERENCIAS
1. HERNANDEZ, H.: Manejo de sólidos y separaciones sólido-sólido.
Universidad Industrial de Santander, 1991. Pag. 16 – 39.
2. MCCABE, W. & SMITH, J.: Operaciones Unitarias en Ingeniería Química.
McGraw-Hill.1998. Pag .868-970.
3. RAYMUS, G.:“Handling of Bulk Solids and Packaging of Solids and
Liquids”. PERRY’S CHEMICAL ENGINEERS’ HANDBOOK. McGraw-Hill.
1999. pag. 27 – 51.
4. .“Silo” [en línea]: Wikipedia, la enciclopedia libre. Consultado: Diciembre
11 de 2010.Disponible en web <http://es.wikipedia.org/wiki/Silo >.
5. “Tolva” [en línea]: Wikipedia, la enciclopedia libre. Consultado:
Diciembre 11 de 2010.Disponible en web
<http://es.wikipedia.org/wiki/Tolva>.

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REFERENCIAS
7. “Almacenamiento de sólidos, líquidos y gases, intercambiadores de calor”.
[en línea]: pdf.Consultado: Diciembre 11 de 2010. Disponible en web.
8. “Diseño y Cálculo de Tanques de Almacenamiento”. [en línea]:
Consultado: Diciembre 11 de 2010.Disponible en web
<http://www.inglesa.com.mx/books/DYCTA.pdf>.

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