Informe descarga de solidos (2)

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Universidad de Pamplona
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DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE DESCARGA EN DOS SILOS DIFERNTES
Bonilla Isidro Wilmer, Mancilla Vesga Sergio, Vergara Sandoval Daniela, Vizcaíno Álvarez Jesús.
Universidad de Pamplona, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Operaciones de Transferencia de
Masa 3, ingeniería química
Mayo, 2019
INTRODUCION
Los silos se han implementado ampliamente en muchos procesos industriales con el fin de manejar
materiales granulares. Según su geometría, la rugosidad de la pared y las propiedades de las partículas
podrían existir tres tipos de patrones de flujo en el silo, es decir, flujo de masa, flujo de semi-masa y
flujo de embudo.
El flujo de masa se caracteriza por un movimiento hacia abajo casi uniforme de partículas a través de
toda el área de la sección transversal sin una zona clara de estancamiento en el contenedor. En el flujo
de semi-masa y de embudo, algunas partículas son estacionarias y existe un límite que separa las zonas
estancadas y que fluyen. En el flujo de embudo, el flujo granular se produce solo en el centro del silo y
da lugar a zonas estancadas de materiales cerca de las paredes laterales. La elección de flujo depende
del tipo de proceso y se obtiene según el diseño del silo en relación con las propiedades mencionadas
en el párrafo anterior.
Entre las propiedades relevantes de los materiales empleados para realizar los cálculos requeridos y el
posterior análisis es el tamaño y la distribución de las partículas, las densidades de las partículas, la
cohesión de un material y propiedades físicas como la carga electrostática.
METODOLOGIA

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MATERIALES
Tabla 1. Materiales utilizados en la realización de la práctica
RESULTADOS
A continuación, se presentan los resultados para los sólidos granulares con flujo libre:
Tabla 2. Propiedades de los solidos
D [m] ρb [kg/m3]
Lenteja 0.005 812.5
Frijol 0.009 920
Maíz 0.004 810
Tabla 3. Velocidad de descara y constantes k y C para SL-002
W[kg/s] k C
Lenteja 0.580 1.971 0.715
Frijol 0.353 2.405 0.926
Maíz 0.378 1.836 0.397
Tabla 4. Velocidad de descara y constantes k y C para SL-004
W[kg/s] k C
Lenteja 0.498 1.973 0.614
Frijol 0.688 2.398 1.791
Maíz 0.414 1.836 0.434
Lentejas
Haría de trigo
Maíz
Frijol
Balanza
Probeta 50 ml
Pie de Rey
Silos S-002 y S-004

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Grafica 1: velocidad de descarga de los materiales contra área para el silo S-004
Grafica 2: velocidad de descarga de los materiales contra área para el silo S-002
ANALISIS DE RESULTADOS
Las propiedades primarias afectan a la velocidad de descarga de los sólidos, como se observa en los
resultados donde lo logra apreciar que un sólido de diámetro muy pequeño (polvo fino), no fluye con
el efecto de gravedad, lo cual requiere una fuera externa (vibración) para hacerlo fluir, por ende los
resultados para la harina de trigo no son comparable con los demás partículas utilizadas en la práctica
debido al que los silos empleados en el laboratorios no están diseñados para almacenar partículas con
diámetros muy pequeños.
0,00192
0,00193
0,00194
0,00195
0,00196
0,00197
0,00198
0,00199
0,002
0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
Área[m2]
Velocidad de descarga [kg/s]
lentejas frijoles maiz
0,00192
0,00193
0,00194
0,00195
0,00196
0,00197
0,00198
0,00199
0,002
0,31 0,36 0,41 0,46 0,51 0,56 0,61 0,66
Área[m2]
Velocidad de descarga [kg/s]
lentejas frijoles maiz

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El silo SL-002 no se encuentra fijado a un soporte, esto quiere decir que la inclinación respecto a la
vertical no va a ser la misma para todos los ensayos y va a depender del operador.
Por lo anterior solo se tomó como referencia el silo S-004 para comparar las velocidades de descarga
de los diferentes materiales, en la tabla 4. Se observa que el frijol tiene una mayor velocidad de descarga
en comparación a la lenteja y al maíz, debido a que presenta una forma modular que favorece la
tendencia a fluir, en cambio el maíz y la lenteja no poseen una poca esfericidad.
Los resultados están influenciados por: las mediciones humanas del tiempo y el diámetro, la suciedad
de otros materiales de partículas más pequeñas, sistemas de cerrado del orificio de descarga y de la
parte superior permitiendo efectos por parte de la presión atmosférica, y otras características referente
al diseño del silo como el ángulo de pared inclinada y ángulo de fricción interna.
Por otra parte existen errores aleatorios y sistemáticos que son factores para tener en cuenta en la
práctica. Ellos afectan los resultados de manera significativa. Los errores sistemáticos son también
conocidos como sesgos la cual describe la naturaleza del error.
En la gráfica 2 no se ve los datos para el frijol porque están solapados por los del maíz. Las gráficas pretenden
mostrar como varia la velocidad de flujo con respecto al área de salida, pero el diámetro era fijo y del
mismo tamaño para ambos silos, por lo que resultan irrelevantes y proporcionan poca información.
PREGUNTAS A RESOLVER
1. ¿Existe alguna relación entre el tamaño de la partícula y la velocidad de descarga del material?
Si existe una relación, por ejemplo, en el caso de la descarga con harina de trigo, no se logró una
descarga simple por gravedad por lo cual se tuvo que agregar una fuerza externa para poder descargar
el silo, debido a que las partículas eran muy finas y por ende muy cohesiva; dando como resultado una
velocidad de descarga no uniforme. Es decir, De acuerdo al material, el tamaño de partícula y sus
propiedades, se debe diseñar el equipo, no obstante, el diámetro de descarga debe ser 6 veces mayor
al diámetro de la partícula más grande almacenada en el silo.
2. ¿Qué otras propiedades (primarias o secundarias) pueden tener un efecto en la velocidad de
descarga?, ¿De qué forma pueden afectar la velocidad?
De las propiedades primarias, la densidad, si el material es muy denso tiende a fluir muy poco; por lo
cual va a tener una velocidad de descarga menor. De las propiedades secundarias, la fricción interna y
de pared tiene un efecto inverso en la velocidad, es decir si se tiene un material abrasivo la velocidad
de flujo va ser menor por la fricción con la pared del silo, las fuerzas de cohesión hacen que el material
tenga un flujo no uniforme, y en algunos casos que se compacte y no fluya, como en el caso del almidón
de maíz en el que se necesitó aplicar una fuerza extrema para poder llevar a cabo la descarga, debido
a la atracción intermolecular y por último la higroscopicidad que como se sabe esta es la capacidad del
material de absorber humedad es decir al tener un mayor contenido de humedad el material se va a
compactar lo que conlleva a que el volumen disminuya y la densidad aumente lo cual causa que la
velocidad de flujo de descarga sea menor.

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3. ¿Lo observado experimentalmente para los materiales empleados corresponde a lo que esperaba
respecto a las propiedades primarias?
Según lo observado en su forma, tamaño y densidad el material que tiene mayor velocidad de descarga
fue el frijol. Lo cual era lo esperado ya que el frijol tiene una mayor densidad, mayor tamaño y su forma
se asemeja más a la de una esfera en comparación a la del maíz y de la lenteja. Y como la velocidad de
descarga según la ley de beverloo es proporcional al diámetro de partícula elevado a la dos punto cinco.
Ver tablas 2,3 y 4.

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