Vibrador de paquete de polielectrolito

Cómo los vibradores o los sopladores de aire para paquetes de polielectrolitos industriales resuelven los problemas de flujo de materiales

A veces los materiales a granel no fluyen. ¿Alguna vez has notado lo difícil que es sacar ketchup de una botella de vidrio, incluso cuando sostienes la botella boca abajo? ¿O alguna vez has visto un camión volquete que permaneciera lleno del producto que transportaba, incluso después de que la plataforma se hubiera elevado a una posición completamente vacía? Estos son ejemplos de problemas de flujo de materiales. Durante décadas, los vibradores de paquetes de polielectrolitos industriales y los sopladores de aire han ayudado a recuperar flujos de sólidos a granel. Expliquemos cómo el uso de vibración o ráfagas bruscas de aire resuelve los problemas de flujo de material. (Nota: Los términos sólido a granel, material a granel y material se utilizan indistintamente. Todos se refieren a lo mismo: un tipo de partícula suspendida).

¿Qué es un sólido a granel (material a granel)?

Un sólido a granel es cualquier material particulado no fluido que generalmente se transporta en grandes cantidades sin envasar. Los sólidos voluminosos a menudo incluyen:

Almacenado en tolvas, silos o cubos.
Transportado en vagones de ferrocarril, barcos autodescargables, bolsas o camiones.

Algunos ejemplos de sólidos a granel comunes incluyen:

Arcilla de caolín: se utiliza en cerámica, ayuda a fortalecer y blanquear el papel y se usa como relleno en neumáticos de caucho. Se envía a todo el mundo en forma de polvo.
Bauxita: el mineral del que se fabrica el aluminio. Se tritura, se lava, se convierte en polvo y se envía a plantas refinadoras. Se mezcla con arcilla para hacer ladrillos y las plantas oleaginosas lo utilizan para desodorizar y eliminar el color de los aceites.
Acero – El acero requiere varias materias primas. Por ejemplo, una fábrica de acero necesita mineral de hierro de Virginia Occidental, manganeso de Brasil, fueloil de Texas, chatarra de Oklahoma, magnetita del estado de Washington, dolomita de Oregón y ferrosilicio de Nueva York. Estos materiales a granel se transportan normalmente en vagones de ferrocarril.
Arena o grava
Cemento
Azufre
Cal
Astillas de madera o aserrín
Carbón
Pulga
taconita
Ceniza – húmeda o seca
Arcilla
Arroz – pelado
Jabón – Barras, polvo, chips
Grano o pienso
Materiales peletizados o granulados para producción
Caliza
Sal, harina, azúcar u otros tipos de alimentos.
Sal solar
Y miles más

Almacenamiento de sólidos a granel

Los materiales a granel se almacenan en cubos, tolvas, silos y otros contenedores de almacenamiento. Estas unidades de almacenamiento generalmente están diseñadas para drenar bajo la influencia de la gravedad. Los conductos o áreas de descarga de las unidades de almacenamiento a granel típicas tienen superficies interiores lisas, con paredes inclinadas que permiten que el material almacenado busque su nivel más bajo y sea descargado a través de una abertura de descarga. Sin embargo, a veces incluso la gravedad necesita un poco de ayuda.

¿Por qué los sólidos voluminosos tienen dificultad para fluir?

El flujo de materiales a granel puede verse afectado por una combinación de los siguientes factores:

Diseño de embudo
La humedad en el material provoca adherencias o pegaduras.
Presión en la cabeza o en el costado que comprime el material.
Fricción entre el material y las paredes de la tolva.
Carga inadecuada: el material se vierte sobre el material existente, lo que provoca compactación.
Cambio en la densidad de los materiales.

Los problemas de flujo más comunes suelen clasificarse de la siguiente manera:

Solución de problemas de flujo de masa: cómo funcionan los vibradores de paquetes de polielectrolitos

Los vibradores industriales son la forma más común y efectiva de resolver problemas de recuperación de flujo de material y flujo a granel. El vibrador de paquete de polielectrolito está diseñado para hacer vibrar el material dentro del contenedor de almacenamiento (balde, tolva, etc.), no para sacudir violentamente la tolva. Un vibrador de paquete de polielectrolito bien seleccionado e instalado correctamente restablecerá el flujo y no dañará el tanque de almacenamiento (un vibrador industrial grande e inadecuado puede dañar la estructura). A medida que el material vibra, se aleja de la pared de la tolva, lo que reduce la fricción entre el material y la pared. Esto permite que la gravedad tire del material hacia abajo para restablecer el flujo.

Hay dos tipos básicos de vibradores industriales, clasificados según el tipo de fuerza de vibración que producen. Sus propiedades y frecuencias de fuerza vibratoria son completamente diferentes entre sí y se utilizan para diferentes aplicaciones.

Existen dos tipos básicos de vibradores de paquetes de polielectrolitos industriales:

Vibradores lineales
Vibradores rotativos

Los vibradores lineales a menudo se conocen como vibradores de paquete de polielectrolitos de pistón porque utilizan un pistón alternativo para crear un impacto que dobla la pared del contenedor. Esta acción de flexión afloja el material pegado a la pared, restableciendo así el flujo del material.

Principios de vibración lineal

El “primer” vibrador lineal fue un mazo. Los vibradores de paquetes de polielectrolitos lineales crean un efecto de impacto (onda de choque) en la pared del cubo. La acción del impacto hace que la pared del cubo se doble hacia adelante y hacia atrás, lo que se denomina «lata de aceite». El desplazamiento lineal de la pared del balde afloja el material a granel, reduce la fricción entre el material y la pared del balde y permite que el material fluya hacia la pared del balde. En algunos casos, un vibrador lineal debe generar mucha fuerza para mover materiales, lo que genera ruido excesivo y puede causar daños estructurales si se instala incorrectamente. Un ejemplo de esto fue un pozo en una fábrica de detergente en polvo. En la fábrica, el detergente se transportaba a través de varios pisos mediante una tubería de aproximadamente 5 pies (1,5 metros) de diámetro, pero había problemas de flujo debido a que se pegaba a los lados de la pared de la tubería. Para solucionar el problema de adherencia, la fábrica instaló un vibrador de pistón con paquete de polielectrolito en la tubería. Poco a poco tuvieron que aumentar el tamaño del vibrador del paquete de polielectrolito del pistón porque no podían hacer fluir el producto adecuadamente. Finalmente se instaló un vibrador de pistón de 4 pulgadas, pero causó más problemas al dañar la canaleta y hacer ruido excesivo. A veces se elige el tipo incorrecto de vibrador industrial para solucionar un problema de flujo, y cuando no es así, resuelve el problema. Los vibradores más grandes no siempre son mejores.

Existen dos tipos generales de vibradores de paquetes de polielectrolitos lineales (de pistón):

El pistón de impacto permite que el pistón interno golpee la base vibradora del paquete de polielectrolito, produciendo la mayor fuerza y frecuencia.
El pistón sin impacto (con colchón de aire) utiliza un colchón de aire para reducir el movimiento del pistón, por lo que el pistón invierte su dirección antes de golpear la base vibradora del paquete de polielectrolito. Por lo tanto, los pistones de amortiguación son más silenciosos, pero producen menos fuerza y frecuencia que los de tipo impacto.

Propiedades de los vibradores de pistón:

Los vibradores de pistón neumáticos consumen menos aire que los vibradores rotativos neumáticos.
Produce el movimiento alternativo requerido por los alimentadores y las cribas vibratorias.
Los vibradores de pistón neumático con paquete de polielectrolito funcionan mejor que los mazos. Golpear el balde con un mazo crea una abolladura en su interior que le da al material un lugar donde colgar, causando más problemas de flujo. El uso de un vibrador de paquete de polielectrolito industrial puede evitar daños causados por un mazo.
La flexión puede provocar fatiga estructural si no se instala correctamente.
Muy ruidoso: los vibradores de pistón de impacto pueden producir 110 decibeles o más.

Ejemplos de vibradores lineales:

Vibrador neumático de pistón para paquete de polielectrolitos
Vibradores electromagnéticos
Martillo de trineo

Los vibradores rotatorios producen una onda sinusoidal de energía que se comporta de manera completamente diferente a la vibración lineal. Los vibradores industriales de paquete de polielectrolito giratorio utilizan un peso giratorio desequilibrado para generar esta onda de energía. Cuando la energía se aprovecha con una instalación adecuada, la vibración rotacional se transmite a través de la pared de la tolva al material dentro de la tolva. Cuando la onda sinusoidal de energía se sintoniza con la frecuencia de resonancia natural del material, ¡la masa sólida comienza a fluir como por arte de magia!

Principios de vibración rotacional

Un vibrador de paquete de polielectrolito rotatorio produce una vibración “rotatoria” utilizando un peso giratorio y desequilibrado (como un neumático de automóvil que no está correctamente equilibrado). El peso está desequilibrado porque su centro de gravedad es diferente de su centro de rotación. La fuerza desequilibrada o excéntrica, que provoca la vibración, depende de la masa del peso giratorio. La fuerza desequilibrada está determinada por la distancia entre los centros de gravedad y rotación y se expresa en pulgadas-libras (kg-mm). Por ejemplo, se dice que un peso de una libra con su centro de gravedad a una pulgada del centro de rotación tiene una pulgada-libra de fuerza desequilibrada.

La frecuencia es el número de revoluciones completas realizadas por el peso giratorio en un vibrador de paquete de polielectrolito giratorio en un período de tiempo determinado. La frecuencia en nuestra industria particular se expresa en “revoluciones por minuto” (rpm). La fuerza centrífuga, expresada en libras-fuerza, se refiere a la fuerza creada por un peso giratorio y descentrado. Cuanto mayor sea el peso desequilibrado y más rápido gire, mayor fuerza centrífuga se produce. Esta fuerza determina la amplitud de la onda de energía del vibrador rotatorio.

Ecuación de Pound para la fuerza centrífuga:

Desequilibrio (en libras) x 0,0000284 x RPM² = libras de fuerza centrífuga

La vibración “rotativa” es una onda sinusoidal de energía. La velocidad de rotación determina la frecuencia de vibración. La fuerza centrífuga es la fuerza creada por un peso giratorio desequilibrado y está representada por la amplitud (A) de una onda sinusoidal. Esta fuerza, medida en libras-fuerza, resulta de la tendencia de una masa giratoria a escapar de su órbita. Esto sólo es aplicable a vibradores rotatorios (la fuerza no es la misma que la fuerza lineal producida en los vibradores de tipo pistón).

La fuerza centrífuga (FC) es proporcional a:

Peso de la masa giratoria
Distancia excéntrica (distancia entre el centro de masa y el centro de rotación)
Velocidad de rotación (ciclos o revoluciones por minuto) al cuadrado

Efectos:

El doble de peso = el doble de fuerza centrífuga
El doble de la distancia excéntrica = el doble de la fuerza centrífuga
El doble de velocidad (rpm) = cuatro veces la fuerza centrífuga

Propiedades:

El tipo de vibración sin impacto tiene poco impacto en la pared del contenedor.
Menos ruido: debido a que no hay impacto ni flexión en la pared del cucharón
Mayor superficie de penetración: cuando se instala correctamente, la vibración se puede transmitir para energizar eficazmente más material que los vibradores de pistón.
Flujo másico direccional “controlado”.
De manera uniforme, primero en entrar, primero en salir
Separación limitada de partículas: ayuda a controlar la calidad de productos como tierra para macetas y hormigón.
Cuando la frecuencia de vibración se acerca a la frecuencia natural del material, se requiere menos fuerza para vibrar y mover el material (principio de frecuencia de resonancia).

Ejemplos de vibradores de paquetes de polielectrolitos rotativos:

Vibrador neumático de bolas de polielectrolitos
Vibradores neumáticos de rodillos
Vibrador de paquete de polielectrolito de turbina neumática
Vibradores con motor de aire
Vibrador, paquete de polielectrolito, motor hidráulico
Vibrador eléctrico giratorio de paquete de polielectrolito

¿Qué es la frecuencia de resonancia?

Las partículas de cualquier tipo de materia vibran en respuesta a la energía aplicada. Cuando la frecuencia de la energía aplicada coincide con la frecuencia natural del material, la cantidad de movimiento o amplitud de vibración aumenta drásticamente. Cuando esto sucede, se dice que el material resuena. La frecuencia natural o «resonancia» de un material es la frecuencia en la que vibra más fácilmente (requiere la menor cantidad de energía para causar vibración). Un piano utiliza la frecuencia natural única de sus cuerdas para crear música hermosa. Por ejemplo, cuando se toca la tecla del piano “do central”, oímos el sonido de “do” porque se golpea una cuerda que está “afinada” para resonar a 256 vibraciones por segundo. Todas las demás cuerdas también empiezan a vibrar, pero sólo la «C» central vibra con suficiente amplitud para ser escuchada. Esta es la única cuerda que vibra en su frecuencia resonante.

Como todos los materiales, las estructuras y los sólidos a granel tienen una frecuencia de resonancia específica. La frecuencia de resonancia de un material particular depende en gran medida de la masa y las características geométricas de ese material. La frecuencia de resonancia de la pared del embudo es diferente de la del sólido en su interior, por lo que la frecuencia de energía que hace que el embudo vibre al máximo no es la misma frecuencia que «excita» al sólido. Normalmente, las paredes del embudo resuenan a frecuencias bajas, mientras que los sólidos de la masa resuenan a frecuencias más altas.

Poniendo la vibración diseñada a trabajar

La vibración aplicada puede ser muy útil para crear un flujo volumétrico de materiales. La vibración rotacional desplaza el material de la pared de la tolva, permitiendo que el material se “deslice” a través de la tolva. Reduce la fricción entre la pared de la tolva y el material a granel, permitiendo que la gravedad haga el resto del trabajo.

La fuerza centrífuga hace que el material se mueva.
Reduce el movimiento por fricción de los materiales.
El material fluye fácilmente debido a la reducción de la fricción y la atracción gravitacional.

Normalmente, los vibradores de paquetes de polielectrolitos rotativos funcionan con una pequeña fuerza desequilibrada a altas RPM para producir una vibración de alta frecuencia y baja fuerza. Los vibradores con alta fuerza desequilibrada funcionan a velocidades más bajas para producir más fuerza y vibración de menor frecuencia.

Cuando se aplica energía a un sólido a granel en su frecuencia de resonancia, una pequeña cantidad de fuerza puede producir un gran desplazamiento del material (la frecuencia de la fuerza está ajustada a la frecuencia natural del material). Si la vibración golpea algún lugar de la curva de frecuencia de resonancia del material a granel, se producirá una corriente. No es necesario conocer la frecuencia de resonancia “exacta” de un material, y es difícil saberlo porque la densidad de los materiales cambia en diferentes condiciones. Hay reglas generales que debes seguir y que te ayudarán a resolver tus problemas de transmisión. Cuando se aplica energía a una frecuencia distinta a la frecuencia de resonancia, se requerirá más fuerza para mover la misma cantidad de material (la frecuencia de la fuerza no está alineada con la frecuencia natural del material).

Los vibradores rotativos se pueden “ajustar” para lograr la máxima eficiencia. Cambie la frecuencia de vibración ajustando la velocidad del motor hidráulico o los cfm del motor neumático o el vibrador del paquete de polielectrolito. La regla general es variar la velocidad (frecuencia igual a rpm) para adaptarse a las condiciones. Se puede utilizar un inversor para ajustar la velocidad del vibrador eléctrico del paquete de polielectrolito. Muchos de nuestros vibradores industriales también tienen pesos ajustables que proporcionan diferentes clasificaciones de fuerza desequilibrada. Dado que los materiales resuenan en su frecuencia natural, aproxime esa frecuencia ajustando las RPM (velocidad) hasta que los materiales fluyan. En general, los materiales de grano fino responden mejor a la vibración de alta frecuencia, mientras que los materiales más gruesos y pesados responden mejor a fuerzas más altas y frecuencias más bajas. Algunos sólidos voluminosos, como la sal solar, requieren altas frecuencias para excitar el material fino, pero también requieren mucha fuerza para mover la masa porque son muy húmedos y pesados.

Pautas generales para materiales a granel ~ Sugerencias de velocidad y fuerza

Los materiales sensibles a la amplitud suelen ser materiales más pesados, como carbón, roca y arena, y responden a ondas de energía más lentas con mayor amplitud.
Los materiales sensibles a la frecuencia suelen ser materiales de partículas finas, como la sal, el cemento y la harina , y responden bien a ondas de energía más rápidas.
Los materiales que no son ni pequeños ni grandes, sino algo aireados, como las astillas de madera, responden mejor a ondas de energía más lentas y generalmente requieren más fuerza para establecer una corriente incluso si el peso del material es mínimo. Otro sólido a granel inusual es la sal solar. Requiere alta frecuencia porque el producto está formado por partículas finas, pero también requiere mucha fuerza porque es pesado. La alta fuerza de salida mueve la masa de sal solar y excita la frecuencia de las partículas finas (sal). Los vibradores de paquete de polielectrolitos de turbina y rodillos tienen la potencia y frecuencia necesarias para solucionar este tipo de problemas de flujo.