caracteristicas solidos a granel

1. CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES SOLIDOS
1-INTRODUCCION
Cuando se haga referencia al término “granel sólido”, o bien a “granel” nos estaremos refiriendo a los
áridos conformados tanto por granos y semillas como por todos aquellos materiales tipo rocosos,
naturales o no, de tamaño regularmente menudo que sin hallarse envasados ni empaquetados se
encuentran, para ser movilizados, en importantes cantidades y/o volúmenes.
Para poder transportar (dando movimiento) a este tipo y volumen de materiales se requiere de máquinas
e instalaciones particulares, las que normalmente se reconocen con el nombre de “Transportadores
Continuos”, de los cuales mas adelante se hará particular referencia.
Así definido el campo de los materiales a movilizar, y siendo tan amplio el campo o espectro de los
mismos, resulta imprescindible reconocer particularmente las propiedades y características principales de
los mismos.
2-CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES
Para el correcto diseño y selección de máquinas e instalaciones para el movimiento de graneles resulta
fundamental conocer sus propiedades primarias y secundarias, a saber:
PRIMARIAS - PROPIEDADES FISICAS
CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES
SECUNDARIAS - VALORES TECNICOS PARTICULARES
1
Las propiedades físicas (peso específico, ángulo de reposo, etc.) junto a los denominados valores
técnicos particulares o de “especie” (granulometría, contenido de polvo explosivo, grado de abrasividad,
etc.) se hallan tabulados para la gran mayoría de materiales en distintos manuales de ingeniería,
catálogos de fabricantes de equipos y normas.
Es importante señalar que un conocimiento acabado de las características de los materiales, además de
posibilitar el diseño, cálculo y selección de las máquinas mas adecuadas para su movimentación nos
permitirá también tomar correctas decisiones para su almacenaje, dotar de seguridad a las instalaciones
y lograr una adecuada protección tanto de las personas como del ambiente.
En la Tabla 1 se muestran diversos valores de las “características primarias” de algunos materiales a
granel al efecto de ilustrar la temática y observar diferencias importantes, respecto de un mismo
material-producto, en función de su estado de presentación al momento de practicarle movimiento. En la
Tabla 2 se muestran las principales “características secundarias” de los materiales así como su
codificación, de la cual se hará mas adelante particular referencia.
A continuación se explicitan diversas definiciones y/o explicaciones respecto de algunas de las
características de los materiales incluidas en las tablas referidas.
1
Estos valores, particulares de cada material, son normalmente definidos por los fabricantes de los equipos de transporte
dividiéndolos y codificándolos en diversas escalas-grupos como una “clasificación de materiales según su especie”, tal como se
muestra en la Tabla 1.
1

2. Características Primarias (Físicas) de diversos Materiales2
- Para mercancía a granel -
TABLA 1
2.1-CARACTERISTICAS PRIMARIAS
2.1.1-TAMAÑO DEL GRANEL
El tamaño de grano es regularmente definido con el nombre de Granulometría
3
del material. Es sabido
que en la mayoría de casos, encontrar una masa de material a transportar donde el tamaño de las
partículas que la conforma sean idénticas unas de otras resulta casi imposible en la mayoría de
ocasiones. Por ello, el real conocimiento de sus dimensiones principales nos permitirá definir tanto la
“verdadera magnitud y características del equipo de transporte” requerido para movilizarlas como los
restantes requerimientos del proceso en el que debe intervenir dicho material.
La norma IRAM 1501-Parte1-, para Tamices de Ensayo
4
, establece una serie de definiciones de las cuales
se transcriben a continuación las mas sobresalientes, a saber:
a- Partícula: Elemento discreto de material cualquiera sea su tamaño. El tamaño de la partícula es
desestimable con respecto al sistema a que pertenece.
b- Diámetro de partícula: Dimensión lineal que mejor define el tamaño de la partícula, para aquella
propiedad del sistema de partículas que se correlacione con ese diámetro.
c- Diámetro equivalente: Diámetro de una esfera equivalente a la partícula de acuerdo con el
criterio de equivalencia exigido. Como pueden elegirse distintos criterios, pueden definirse
diferentes diámetros equivalentes.
2
Los valores de la Tabla 1 fueron tomados de diversos manuales y catálogos de fabricantes de equipos. Para mas datos se
recomienda utilizar los valoresdados por ANSI/CEMA 550-2003/Rev.2009-Capítulo III- Item7 (MaterialTable)
3
Granulometría -Def. según la Real Academia Española: Tamaño de las piedras, granos, arena, etc., que constituyen un árido o
polvo.
4
Tamiz, cedazo, colador o criba. Instrumento que se utiliza para separar, mecanicamente, a los componentes de una determinada
masa, en función deltamaño de partículas que la componen.
2
Material - Mercancía a
Granel
Peso Específico
3
[Ton/m ]
Angulo de
Reposo
Inclinación Máxima del
Transportador
(Recomendado)
Café en granos (verdes) 0,5 - 0,7 30 - 44 13 - 15
Café torrado 0,3 - 0,4
Cal 1,0
Centeno 0,7 23 8
Cebada 0,6 - 0,8 23 15
Mineral de cobre 1,9 - 2,4 30 - 44 20
Mineral de hierro 1,6 - 3,2 35 18 - 20
Pólvora 1,0
Sal común seca - Sin refinar 0,6 - 0,9 18 - 22
Sal común seca - Refinada 1,1 - 1,3 25 11
Soja integral 0,7 - 0,8 21 - 18 13 - 16
Soja quebrada 0,5 - 0,6 35 15 - 18
Tabaco en hojas (seco) 0,2 45
Trigo 0,7 - 0,8 28 12
Trigo molido 0,6 - 0,7 30 - 44
Trigo en harina 0,6 45 21

3. d- Diámetro equivalente por tamizado: Abertura de la menor malla cuadrada ´por la que pasa la
partícula.
e- Tela de alambre tejido: Formación plana de alambres de sección circular que, cruzados
perpendicularmente, dejan entre sí aberturas cuadradas.
f- Diámetro del alambre: Diámetro del alambre de la tela tejida.
g- Urdimbre: Conjunto de los alambres que se colocan paralelamente, unos a otros, en dirección
longitudinal en un telar para tejer una tela.
h- Trama: Conjunto de los alambres que, cruzados y entrelazados perpendicularmente con los de la
urdimbre, forman una tela.
i- Malla: Las aberturas de una tela de alambre tejido con los alambres que la limitan.
j- Malla cuadrada: Malla que tiene la misma abertura en las direcciones de la trama y de la
urdimbre.
A su vez la norma IRAM 1501 referida, la que consta de cuatro partes, define:
Parte 2: Tamaño nominal de aberturas (en concordancia con las normas ISO 497 e ISO 3310). El rango
establecido para el tamaño de partículas va desde los 20 µm a los 125 mm., a modo de ejemplo
diremos que un tamiz cuyo tamaño nominal de abertura sea de 75 µm se designa como “Tamiz
IRAM 75 µm”.
Parte 3: Telas de alambre tejido. En esta parte de la norma se define, entre otras, las tolerancias tanto
de aberturas como las correspondientes a los diámetros de los alambres con que deben ser
concebidos los tamices, estableciéndose que toda dimensión inferior a 1 mm. debe ser
expresada en µm.
Parte 4: Características y métodos de ensayo.
Mas allá de lo establecido en la norma IRAM 1501 es común encontrar actualmente, tanto en catálogos
de equipos como en bibliografía de estas temáticas, con la definición del tamaño de partículas mediante
escalas diferentes, a saber: ASTM E11 y Tyler Mesh Size en Estados Unidos e ISO 3310 y BS 410 en
Europa. Las escalas referidas, tan sólo en algunos pocos casos, poseen equivalencia entre sí.
La escala Tyler, de mayor antigüedad que la escala definida por la norma ASTM E11, esta expresada
como número de Mesh o número de Malla, valores numéricos que nos indican la cantidad de aberturas
por pulgada lineal que posee la malla o criba
5
.
La escala definida por las norma ASTM E11, sin embargo, esta expresada mediante un “número
arbitrario” el que solamente en algunos casos coincide con el valor numérico dado por la escala Tyler
antes referida.
A modo indicativo, en la Tabla 2, se muestran sólo algunos números de malla en las dos normas mas
comúnmente utilizadas por los fabricantes de equipos para transporte de materiales, a saber:
5
Criba -Definición según la Real Academia Española: Cuero ordenadamente agujereado y fijo en un aro de madera, que sirve para
cribar. También se fabrica con planchas metálicas con agujeros, o con red de malla de alambre.
3

4. TABLA 2
Tamaño de partículas según las escalas ASTM E-11 y TYLER
Cuando se habla de Mesh, tal como se indicó anteriormente, haciendo referencia a cantidad de aberturas
por pulgada lineal de la malla, resultará fundamental explicitar el diámetro de alambre que la conforma
ya que de ello dependerá la dimensión resultante para la abertura de la misma. Esta necesidad queda
perfectamente visible observando la Figura 48, donde se observa claramente las diferencias existentes en
dos mallas Mesh N˚3.
Dimensiones características de una malla
FIGURA 1
2.1.2-ESCURRIMIENTO O FLUIDEZ
Se define así a la mayor o menor capacidad que poseen los áridos de escurrir o fluir acomodándose a la
superficie y geometría del equipo, o partes del mismo, en el que debe transportárselo. Normalmente se
4
DESIGNACION
ABERTURA DE LA MALLA
US SIEVE SIZE - ASTM E11 TYLER EQUIVALENT
Nro. Mesh mm. Pulgadas
-- 2 1/2 8.00 0.1320
-- 3 6.73 0.2650
3 1/2 3 1/2 5.66 0.2330
4 4 4.76 0.1870
5 5 4.00 0.1570
6 6 3.36 0.1320
7 7 2.83 0.1110
8 8 2.38 0.0937
10 9 2.00 0.0787
12 10 1.68 0.0661
25 24 0.71 0.0278
40 35 0.42 0.0160
100 100 0.15 0.0059
200 200 0.07 0.0029
400 400 0.04 0.0015

5. caracterizan y o agrupan a los materiales en cuatro tipos de escurrimientos: muy fácil, fácil, medio y
difícil.
Esta característica del material suele estar acompañada de otro fundamental valor-característica del
mismo, que es el denominado Angulo de Reposo del material, ambos de importantísima utilización para
el diseño de cintas transportadoras y otros equipos.
2.1.3-ANGULO DE REPOSO ( δ )
El Angulo de Reposo (δ), ver Figura 2, es una característica propia y muy particular de cada uno de los
materiales “en reposo”. Se define con la pendiente o copete de una pila de material a granel y la
horizontal de la base de apoyo.
Tal como se puede observar en la Tabla 1, este ángulo puede variar, para el mismo tipo de material,
hasta en 15˚. Esto se debe fundamentalmente a las distintas “clases” y/o “condiciones” que en la
práctica podemos tener para un mismo tipo de material como ser: mayor o menor tamaño de partículas,
contenido de humedad, tipo de homogeneidad de la pila, grado de esfericidad de las partículas, etc.
δ
Angulo de reposo de un material a granel
FIGURA 2
2.1.4-ANGULO DE REACOMODAMIENTO ()
El Angulo de Reacomodamiento “” (ver Figura 3), constituye otra de las características fundamentales y
propias de cada material, pero en este caso, con el mismo “en movimiento”, sobre la correa o banda de
transporte, resultando aproximadamente de 10˚ a 15˚ menor al Angulo de Reposo “δ” del mismo
material, independientemente del Angulo de la Artesa
6
del transportador. ( “”)
Esta disminución de ángulos ( respecto de δ) se debe fundamentalmente a la tendencia de “nivelación”
del material, causado por la trepidación de la correa o banda transportadora sobre los rodillos soportes
durante el transporte.
dp

C

Ángulos de Reacomodamiento y Artesa
FIGURA 3
6
Artesa: Angulo que se forma con la inclinación de los rodillos y la horizontaly que permite elencajonadodelmaterialsobre la
correa/ banda transportadora.

6. 5

7. 2.1.5-ANGULO DE INCLINACIÓN MÁXIMA PARA LOS EQUIPOS TRANSPORTADORES ( λ )
Este ángulo, (Ver Figura 4) al que se lo determina experimentalmente, nos define de forma aproximada
la “inclinación máxima recomendable” para un equipo transportador.
De superarse el mismo, parte del material en movimiento resbalará desplazándose en sentido contrario al
buscado, imposibilitando esto, entre otras cuestiones, alcanzar o lograr el caudal previsto a satisfacer por
el equipo.
Para los transportadores continuos, el ángulo “λ” no suele superar los 18˚ - 25˚ aproximadamente,
siendo que el mismo depende únicamente del “material” a transportar. (Ver Tabla 1)
λ
Angulo de Inclinación Máxima Recomendada para un Transportador Continuo
FIGURA 4
2.1.6-ABRASIVIDAD
Definiremos como abrasividad a la capacidad que posee un elemento o material para arrancar o
desgastar por fricción partículas y o partes de otros cuerpos, y que se dará por el contacto de los
materiales movimentados con alguno de los componentes del equipo transportador utilizado.
Si bien en su determinación influye la dureza
7
de las superficies en contacto, y estas pueden llegar a ser
muy numerosas, para el diseño de equipos de transporte a granel suelen codificarse tan sólo en tres
grandes grupos como: Medianamente abrasivo, Moderadamente abrasivo y Extremadamente abrasivo, tal
como se lo indica en la Tabla 2.
2.1.7-PESO ESPECIFICO O DENSIDAD DEL MATERIAL
Se define como Peso Específico a la relación entre el peso de un cuerpo/sustancia respecto del volumen
que ocupa el mismo (peso por unidad de volumen). En el Sistema Técnico se mide en kilopondios o kilo-
fuerza por metro cúbico [kp/m³] y en el Sistema Internacional de Unidades, en Newton por metro cúbico
[N/m³].
Muchas veces, en vez de utilizar al Peso Específico de un material para las determinaciones, se trabaja
con la Densidad del mismo. Esta, es la relación entre la masa
8
de un cuerpo respecto del volumen del
mismo (masa por unidad de volumen). En el Sistema Internacional de Unidades se la mide en kilogramos
masa por metro cúbico (kg/m³). En catálogos, manuales y diversa normativa a la densidad se la observa
indicada como “densidad media” y normalmente se la expresa en libras por pie cúbico (Lb/Cu Ft)
7
La dureza es la resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral frente a su deterioro por medios mecánicos, es decir la
resistencia al pulido, rayado, perforado, etc. La dureza es, en general, función de la estructura cristalina de la superficie y del tipo
de enlaces químicos presentes. La dureza se calcula mediante la escalao tabla de valores de Mohs, que es una escala no linealque
refleja elorden de dureza entre varios minerales en función de sison rayadoso rayan a minerales situados en gradosconsecutivos
de esta escala.: 1 TALCO, 2 YESO, 3 CALCITA, 4 FLUORITA, 5 APATITO, 6 ORTOCLASA, 7 CUARZO, 8 TOPACIO, 9 CORINDON, 10
DIAMANTE. Hay que resaltar que la dureza es una propiedad vectorial, por tanto varia en función de la dirección en que se mida
sobre una superficie y de la orientación cristalográfica de la sección en la que se mida. Por consiguiente, un mismo mineral puede
presentar “diferentes grados de dureza”.
8
Cantidad de materiacon la que está formada.
6

8. Si bien toda masa se expresa mediante una cantidad escalar
9
y la fuerza peso mediante una cantidad
vectorial
10
, se las utiliza por igual. Tengamos presente que como bajo la acción de la “gravedad”, en la Tierra, el
kilopondio
11
aproximadamente equivale al peso de un kilogramo masa, esta característica del material puede ser
empleada para los cálculos de ambas maneras sin que ello genere equívocos con los resultados finales de las
determinaciones.
Resulta importante señalar que las características primarias pueden afectar, entre otras cuestiones, a la
velocidad del transportador, pues una velocidad elevada en éste puede causar mucho polvo -en el caso
de transporte de un material muy fino y seco- o bien puede causar un desgaste prematuro sobre las
tolvas de descarga -en el caso de transportar materiales pesados, de baja fluidez y elevada abrasividad-
exigiéndose por ello una menor velocidad en el transportador.
2.2-CARACTERISTICAS SECUNDARIAS
Como características secundarias de los materiales, y de fundamental relevancia para el diseño de los
equipos de transporte para los mismos, podemos señalar las siguientes:
a- HIGROSCOPIA: Propiedad de absorción de humedad
b- TOXICIDAD: Capacidad de envenenar
c- CORROSIVIDAD: Capacidad de un material en desgastar a otro a través de su contacto
d- FRIABILIDAD: Propiedad para reducirse en fragmentos o en polvo (falta de cohesión, quebradiza)
e- DESAGREGABILIDAD: Propiedad de desunirse
f- COMPACTIBILIDAD: Capacidad de reducir la dispersión y el espacio total ocupado compactándose
g- POLVO EXPLOSIVO: Producto que tiene la característica de entrar en combustión frente a la
presencia de chispas o centellas
h- MUY LIVIANO Y FOFO. Puede ser barrido fácilmente por el viento
i- ACEITOSO. Contiene aceite o productos químicos que pueden afectar a la correa
j- TEMPERATURA ELEVADA
k- PEGAJOSIDAD O PASTOSIDAD
Cabe señalar que muchas veces los materiales a transportar pueden poseer una, dos, o mas de las
características referidas resultando fundamental la previsión de cada una de ellas, por sus efectos
particulares, en el diseño y cálculo de los equipos de transporte y o almacenaje de los mismos.
9
Magnitud asociada a una unidad (p. ej. 15 metros)
10
Magnitud, que además, indica dirección y unidad (p. ej. 15 kilogramo-fuerza)
11
Kilopondio-equivalencia:1 kp = 1kg. x 9,81 m/sg2
~ 10 Newton
7

9. Denominación-Código-de los materiales a granel según el Standard CEMA12
55013
TABLA 3
2.3-CLASIFICACION - CODIFICACION DE LOS MATERIALES
Los materiales a granel son habitualmente clasificados tanto por sus características primarias como por
sus características secundarias. Esta clasificación tiene como objetivo estandarizar y facilitar una clara
identificación de las características de los mismos permitiendo reconocerlos, mas allá de sus propios
nombres, mediante una determinada y simple codificación.
La clasificación o codificación de los materiales se realiza internacionalmente mediante un código
alfanumérico, el que se compone de, al menos, cuatro símbolos, a saber
12
CEMA: Conveyor Equipment Manufacturers Association. Slogan CEMA: The VOICE of the NORTH AMERICAN CONVEYOR
INDUSTRY (http:/www.cemanet.org)
13
CEMA 550: CLASSIFICATION AND Y DEFINITIONS OF BULK MATERIALS. Este std. en el año 2003 fue adoptado por las normas
ANSI por lo que su denominación correctaes ANSI/CEMA 550.
8
CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS MATERIALES
CODIGO
DENOMINACIO N
TAMAÑO DEL
GRANO
Muy Fino
Fino
Granular
Aterronado
Irregular
Nº 200 Siev e (0,0029") y
Menores
Nº 100 Siev e (0,0059") y
Menores
Nº 40 Siev e(0,016") y Menores
Nº 6 Siev e (0,132") y Menores
1/2" y Menores
3" y Menores
7" y Menores
16" y Menores
May or a 16" Estará Especificado
con X = Tamaño Máximo Actual
Material Fibroso, Pegajoso, Etc.
A200
A100
A40
B6
C1/2
D3
D7
D16
DX
E
ESCURRIMIENTO
FLUIDEZ
Muy Alta
Alta
Promedio
Baja
1
2
3
4
ABRASIVIDAD
Ligeramente Abrasivo
Moderadamente Abrasivo
Extremadamente Abrasivo
5
6
7
PROPIEDADES
DIVERSAS O
PELIGROS
Se Acumula y Endurece
Genera Electricidad Estática
Se Deteriora Estando Almacenado
Inflamable
Se Plastifica o Tiende a Suavizarse
Muy Polvoriento
Aireado se Transforma en Fluido
Explosividad
Pegajoso
Contaminable, Afectandosu Uso
Degradable, Afectando su Uso
Emite Gases o Humos Nocivos
Altamente Corrosivo
Moderadamente Corrosivo
Higroscópico
Aglomerados
Aceites Presentes
Se paquetiza Bajo Presión
Muy Liviano y Fofo
Temperaturas Elevadas
F
G
H
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z

10.  1- Número (de hasta 3 dígitos) para indicar la densidad media (Lb/Cu Ft)
 2- Letra (con/sin subíndice numérico) para indicar el tamaño de grano
 3- Número para indicar el tipo o grado de escurrimiento/fluidez
 4- Número para indicar la abrasividad
 5- Letras: Ninguna, una o más de una para explicitar, si las hubiera, características secundarias
relevantes
Es común encontrar en diferentes manuales y catálogos de equipos para movimiento de materiales una
clasificación o codificación de materiales que, si bien aparentan respetar los símbolos antes referidos,
difieren entre sí. Esto se debe fundamentalmente a la evidente falta de estandarización, para la
producción de bienes en serie, situación que se modificó de forma radical luego de finalizada la segunda
guerra mundial.
Manuales íconos para el diseño y cálculo de equipos, máquinas e instalaciones para el movimiento de
materiales como lo son el Catalogo 1000 de LINK-BELT COMPANY
14
(Material Handling and Processing
Equipment); Manual de Transportadores Continuos de ALLIS MINERAL SYSTEMS
15
(4ta. Edición publicada
en 1991 por la FABRICA DE ACERO PAULISTA) poseen codificaciones para los materiales a granel que no
guardan equivalencia exacta entre sí, aún para un mismo tipo de material. Así mismo, se puede observar
en el PERRY
16
una codificación para materiales a granel, tomada de la FMC Corporation
17
, disímil a las
antes referidas.
Se puede concluir expresando que desde el año 2003 con la aparición del estándar ANSI/CEMA 550,
internacionalmente reconocido, y sus posteriores revisiones, la problemática de codificar a un
determinado material quedó perfectamente resuelto y sin dar lugar a equívocos.
A los fines de ejemplificar la temática se indicará a continuación, haciendo uso de los standares
ANSI/CEMA 550-2003-REV.2009, la codificación que corresponde a diversos materiales, a saber:
Alfalfa (pellets): 42C1/225
Alfalfa (semillas): 13B615N
Aluminio (óxido): 90A10017MN
Alúmina: 58B627MY
Cabe aclarar que bien puede indicarse mas de una propiedad particular o característica propia del
material con el claro objetivo de explicitar con el mayor grado de detalle posible las particularidades del
material al que se pretende transportar.
14
LINK-BELT COMPANY:Empresa de EE.UU que fuera líder mundialen la construcciónde equipos paramovimiento de materiales.
15
ALLIS MINERAL SYSTEMS: Grupo internacional dedicadas a la transformación de minerales, minería, construcción, industria
química y conexas
16
Manualdelingeniero químico. PerryRobertH. Y Don .W. Green - 7ma Edición Año 2001- Sección 7- Página 7-4.
17
FMC CORPORATION: Desde 1883 uno de los grupos más importantes del mundo dedicado a soluciones en empresas químicas
con posición de liderazgo en actividades agrícolas, industriales y mercados de consumo. En el año 1967 este grupo compra a la
Link-Belt Company y continúa construyendo y comercializando equipos con la misma marca. En el año 1986 la FMC Corporation se
asocia a Sumitomo Heavy Industries y crean una nueva compañía, la Link-Belt Construction Equipment Co, la que actualmente se
epecializa en máquinas excavadorasy equipos forestales.
9