Zarządzanie zmianami gęstości nasypowej w transporcie materiałów (Więcej niż tylko dane techniczne)

Gęstość to masa na jednostkę objętości samego materiału stałego, bez uwzględnienia pustych przestrzeni. Gęstość nasypowa uwzględnia powietrze znajdujące się między cząstkami, dlatego jest zawsze niższa od gęstości właściwej i zależy od tego, jak luźno lub ciasno spakowany jest proszek. Gęstość właściwa materiału pozostaje stała, natomiast jego gęstość nasypowa ulega zmianom.

Podczas transportu proszek zostaje napowietrzony poprzez wprowadzenie powietrza w przestrzenie między cząstkami, co powoduje zmniejszenie jego gęstości. Po zatrzymaniu transportu powietrze jest stopniowo wypychane na zewnątrz pod wpływem grawitacji, drgań i upływu czasu. Materiał osiada i ulega zagęszczeniu, co powoduje wzrost jego gęstości.

Wilgotność stanowi kolejną zmienną. Wilgoć zwiększa spójność między cząstkami, co wpływa na sposób ich upakowania oraz tempo osiadania. Czas przechowywania dodatkowo potęguje te zjawiska, ponieważ proszek pozostawiony w worek zbiorczy lub IBC przechowywany przez kilka dni zachowuje się inaczej niż ten sam proszek prosto z taśmy przenośnikowej.

Gęstość napowietrzona to najniższa wartość, mierzona bezpośrednio po transporcie, gdy w materiale nadal znajduje się powietrze. Gęstość ubita to najwyższa wartość, mierzona po osiadnięciu proszku lub jego zagęszczeniu pod wpływem własnego ciężaru lub zewnętrznych wibracji. Gęstość robocza plasuje się pomiędzy tymi dwiema wartościami. Jest to rzeczywista wartość, która ulega wahaniom w miarę przemieszczania się materiału w trakcie procesu. To właśnie z tą wartością musi sobie radzić Państwa sprzęt.

Gęstość materiału napowietrzonego wynosi zazwyczaj od 20 do 40% mniej niż jego gęstość statyczna podana w karcie katalogowej. Po osiadnięciu lub zagęszczeniu ten sam materiał może osiągać gęstość wyższą o 15 do 30%. W praktyce gęstość robocza waha się o około ±25% w stosunku do wartości podanej w karcie technicznej, dlatego dobór wielkości urządzeń wyłącznie na podstawie jednej wartości statycznej jest częstą przyczyną niewystarczającej wydajności.

Wymiary zbiorników odbiorczych należy dobrać pod kątem stanu napowietrzonego, ponieważ właśnie wtedy materiał zajmuje największą objętość. Wymiary urządzeń wyładowczych należy dobrać pod kątem stanu zagęszczonego, ponieważ właśnie wtedy materiał ma największą masę na jednostkę objętości. Zastosowanie regulacja poziomu na podstawie masy a nie na czujniki oparte na objętości, dzięki czemu system reaguje na rzeczywistą masę, a nie na poziom napełnienia, który zmienia się wraz ze zmianą gęstości.

Podajniki objętościowe dostarczają stałą objętość w każdym cyklu, więc gdy zmienia się gęstość, zmienia się wraz z nią dostarczana masa. To sprawia, że nie sprawdzają się one tam, gdzie liczy się dokładność. Dawkowanie grawimetryczne mierzy i kontroluje rzeczywistą masę, dzięki czemu zapewnia dokładność niezależnie od tego, czy materiał jest napowietrzony, czy osiadły. W przypadku procesów krytycznych lub materiałów o wysokiej wartości podawanie grawimetryczne stanowi bezpieczniejszy wybór.

Czas osiadania zależy od wielkości cząstek. Najdłużej osiadają drobne proszki o wielkości poniżej 100 mikronów – zazwyczaj trwa to 15–45 minut. Proszki o średniej wielkości osiadają w ciągu 5–20 minut. Materiały ziarniste o wielkości powyżej 500 mikronów osiadają najszybciej, zazwyczaj w ciągu 2–10 minut. Dane te mają znaczenie dla wszystkich dalszych etapów procesu, w których wymagana jest stabilna gęstość po osadzeniu, takich jak ważenie partii lub pakowanie.

Prawidłowy test polega na pomiarze gęstości w czterech punktach: w stanie wyjściowym (w stanie dostawy), bezpośrednio po transporcie, po osiadaniu oraz pod naciskiem. Proces testowania firmy Floveyor pozwala określić ilościowo różnicę między tymi wartościami dla konkretnego materiału, a następnie wykorzystuje te dane do zaproponowania odpowiedniej wielkości zbiornika, typu podajnika oraz czasu osiadania, jaki należy zapewnić przed przejściem do kolejnego etapu procesu.