CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES SOLIDOS

1-INTRODUCCION

Cuando se haga referencia al término “granel sólido”, o bien a “granel” nos estaremos refiriendo a losáridos 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 seencuentran, para ser movilizados, en importantes cantidades y/o volúmenes.

Para poder transportar (dando movimiento) a este tipo y volumen de materiales se requiere de máquinase instalaciones particulares, las que normalmente se reconocen con el nombre de “TransportadoresContinuos”, 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 losmismos, resulta  imprescindible reconocer particularmente  las propiedades y características principales delos mismos.

2-CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES

Para el correcto diseño y selección de máquinas e instalaciones para el movimiento de graneles resultafundamental conocer sus propiedades primarias y secundarias, a saber:

PRIMARIAS - PROPIEDADES FISICAS

CARACTERISTICAS DE LOS GRANELES

SECUNDARIAS - VALORES TECNICOS PARTICULARES1

Las propiedades físicas (peso específico, ángulo de reposo, etc.) junto a los denominados valorestécnicos 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 deposibilitar el diseño, cálculo y selección de las máquinas mas adecuadas para su movimentación nospermitirá también tomar correctas decisiones para su almacenaje, dotar de seguridad a las instalacionesy 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 agranel al efecto de ilustrar la temática y observar diferencias importantes, respecto de un mismomaterial-producto, en función de su estado de presentación al momento de practicarle movimiento. En  laTabla 2 se muestran las principales “características secundarias” de los materiales así co

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 Granulometría3 del material. Es sabidoque en la mayoría de casos, encontrar una masa de material a transportar donde el tamaño de laspartículas que la conforma sean idénticas unas de otras resulta casi imposible en la mayoría deocasiones. 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 losrestantes requerimientos del proceso en el que debe intervenir dicho material.

La norma IRAM 1501-Parte1-, para Tamices de Ensayo4, establece una serie de definiciones de  las cualesse 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.

Material - Mercancía aGranel

Peso Específico

3[Ton/m ]

Angulo deReposo

Inclinación Máxima delTransportador(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

2 Los valores de la Tabla 1 fueron tomados de diversos manuales y catálogos de fabricantes de equipos. Para mas da

tos serecomienda utilizar los valores dados por ANSI/CEMA 550-2003/Rev.2009-Capítulo III- Item 7 (Material Table)3 Granulometría -Def. según la Real Academia Española: Tamaño de las piedras, granos, arena, etc., que constituyen un árido opolvo.4 Tamiz, cedazo, colador o criba.  Instrumento que se utiliza para separar, mecanicamente, a  los componentes de una determinadamasa, en función del tamaño de partículas que la componen.

2

d- Diámetro equivalente por tamizado: Abertura de la menor malla cuadrada ´por la que p

asa lapartícula.

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 

tantode aberturas como las correspondientes a los diámetros de los alambres con que debe

n serconcebidos los tamices, estableciéndose que toda dimensión inferior a 1 mm. deb

e serexpresada 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 catálogosde 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 enEuropa. 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 expresadacomo número de Mesh o número de Malla, valores numéricos que nos indican la cantidad de aberturaspor pulgada lineal que posee la malla o criba5.

La escala definida por las norma ASTM E11, sin embargo, esta expresada mediante un “númeroarbitrario” el que solamente en algunos casos coincide con el valor numérico dado por la escala Tylerantes referida.

A modo indicativo, en la Tabla 2, se muestran sólo algunos números de malla en las dos normas mascomúnmente utilizadas por los fabricantes de equipos para transporte de materiales, a saber:

5Criba -Definición según la Real Academia Española: Cuero ordenadamente agujereado y fijo en un aro de madera, que sirve paracribar. También se fabrica con planchas metálicas con agujeros, o con red de malla de alambre.

3

DESIGNACIONABERTURA 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

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 

aberturaspor pulgada lineal de la malla, resultará fundamental explicitar el diámetro de alambre que la conformaya que de ello dependerá la dimensión resultante para la abertura de la misma. Esta necesidad quedaperfectamente visible observando  la Figura 48, donde se observa claramente  las diferencias existentes endos 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  lasuperficie y geometría del equipo, o partes del mismo, en el que debe  transportárselo. Normalmente se

4

caracterizan y o agrupan a los materiales en cuatro tipos de escurrimientos: muy fácil, fácil, m

edio ydifícil.

Esta característica del material suele estar acompañada de otro fundamental valor-característica delmismo, que es el denominado Angulo de Reposo del material, ambos de importantísima utilización parael 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 losmateriales “en reposo”. Se define con la pendiente o copete de una pila de material a granel y lahorizontal 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 lapráctica 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 ypropias de cada material, pero en este caso, con el mismo “en movimiento”, sobre la correa o banda detransporte, resultando aproximadamente de 10˚ a 15˚ menor al Angulo de Reposo “δ” del mismomaterial, independientemente del Angulo de la Artesa6 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 soportesdurante 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 horizontal y que permite el encajonado del material sobre 

la

correa/ banda transportadora.

5

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 aproximadala “inclinación máxima recomendable” para un equipo transportador.De superarse el mismo, parte del material en movimiento resbalará desplazándose en sentido contrario albuscado,  imposibilitando esto, entre otras cuestiones, alcanzar o  lograr el caudal previsto a satisfacer porel 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 odesgastar por fricción partículas y o partes de otros cuerpos, y que se dará por el contacto de losmateriales movimentados con alguno de los componentes del equipo transportador utilizado.

Si bien en su determinación  influye  la dureza7 de  las superficies en contacto, y estas pueden llegar a sermuy numerosas, para el diseño de equipos de transporte a granel suelen codificarse tan sólo en tresgrandes grupos como: Medianamente abrasivo, Moderadamente abrasivo y Extremadamente abrasivo, talcomo 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 volumenque 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 trabajacon la Densidad del mismo. Esta, es la relación entre la masa8 de un cuerpo respecto del volumen delmismo (masa por unidad de volumen). En el Sistema Internacional de Unidades se  la mide en kilogramosmasa por metro cúbico (kg/m³). En catálogos, manuales y diversa normativa a  la densidad se  la observaindicada 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 laresistencia al pulido, rayado, perforado, etc. La dureza es, en general, función de la estructura cristalina de la superficie y del tipode enlaces químicos presentes. La dureza se calcula mediante la escala o tabla de valores de Mohs, que es una escala no lineal querefleja el orden de dureza entre varios minerales en función de si son rayados o rayan a minerales situados en grados consecutivosde esta escala.: 1 TALCO, 2 YESO, 3 CALCITA, 4 FLUORITA, 5 APATITO, 6 ORTOCLASA, 7 CUARZO, 8 TOPACIO, 9 CORINDON, 10DIAMANTE. Hay que resaltar que la dureza es una propiedad vectorial, por tanto varia en función de la dirección en que se midasobre una superficie y de la orientación cristalográfica de la sección en la que se mida. Por consiguiente, un mismo mineral puedepresentar “diferentes grados de dureza”.8 Cantidad de materia con la que está formada.

6

Si bien toda masa se expresa mediante una cantidad escalar9 y la fuerza peso mediante una cantidadvectorial

10, se las utiliza por igual. Tengamos presente que como bajo la acción de la “gravedad”, en la Tie

rra, elkilopondio

11 aproximadamente equivale al peso de un kilogramo masa, esta característica del material puede serempleada para los cálculos de ambas maneras sin que ello genere equívocos con los resultados finales de lasdeterminaciones.

Resulta importante señalar que las características primarias pueden afectar, entre otras cuestiones, a lavelocidad del transportador, pues una velocidad elevada en éste puede causar mucho polvo -en el casode transporte de un material muy fino y seco- o bien puede causar un desgaste prematuro sobre lastolvas 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 transportarpueden poseer una, dos, o mas d

e lascaracterísticas referidas resultando fundamental la previsión de cada una de ellas, por sus efectosparticulares, 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

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 porsus características secundarias. Esta clasificación tiene como objetivo estandarizar y facilitar una claraidentificación de las características de los mismos permitiendo reconocerlos, mas allá de sus propiosnombres, mediante una determinada y simple codificación.

La clasificación o codificación de los materiales se realiza internacionalmente mediante un códigoalfanumérico, el que se compone de, al menos, cuatro símbolos, a saber

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS MATERIALES CODIGODENOMINACION

TAMAÑO DELGRANO

Muy Fino

Fino

Granular

Aterronado

Irregular

Nº 200 Sieve (0,0029") yMenoresNº 100 Sieve (0,0059") yMenoresNº 40 Sieve (0,016") y Menores

Nº 6 Sieve (0,132") y Menores

1/2" y Menores

3" y Menores7" y Menores

16" y Menores

Mayor a 16" Estará Especificadocon X = Tamaño Máximo Actual

Material Fibroso, Pegajoso, Etc.

A200

A100

A40

B6

C1/2

D3

D7

D16

DX

E

ESCURRIMIENTO

FLUIDEZ

Muy AltaAltaPromedioBaja

1234

ABRASIVIDADLigeramente AbrasivoModeradamente AbrasivoExtremadamente Abrasivo

567

PROPIEDADESDIVERSAS OPELIGROS

Se Acumula y EndureceGenera Electricidad EstáticaSe Deteriora Estando AlmacenadoInflamableSe Plastifica o Tiende a SuavizarseMuy PolvorientoAireado se Transforma en FluidoExplosividadPegajosoContaminable, Afectando su UsoDegradable, Afectando su UsoEmite Gases o Humos NocivosAltamente CorrosivoModeradamente CorrosivoHigroscópicoAglomeradosAceites PresentesSe paquetiza Bajo PresiónMuy Liviano y FofoTemperaturas Elevadas

F

GHJKLMNOPQRSTUVWXYZ

12 CEMA: Conveyor Equipment Manufacturers Association. Slogan CEMA: The VOICE of the NORTH AMERICAN CONV

EYOR

INDUSTRY (http:/www.cemanet.org)13CEMA 550: CLASSIFICATION AND Y DEFINITIONS OF BULK MATERIALS. Este std. en el año 2003 fue adoptado por las normasANSI por lo que su denominación correcta es ANSI/CEMA 550.

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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 secun

dariasrelevantes

Es común encontrar en diferentes manuales y catálogos de equipos para movimiento de materiales unaclasificación 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 laproducción de bienes en serie, situación que se modificó de  forma radical  luego de  finalizada  la segundaguerra mundial.

Manuales íconos para el diseño y cálculo de equipos, máquinas e instalaciones para el movimiento demateriales como lo son el Catalogo 1000 de LINK-BELT COMPANY14 (Material Handling and ProcessingEquipment); Manual de Transportadores Continuos de ALLIS MINERAL SYSTEMS15 (4ta. Edición publicadaen 1991 por  la FABRICA DE ACERO PAULISTA) poseen codificaciones para  los materiales a granel que noguardan equivalencia exacta entre sí, aún para un mismo tipo de material. Así mismo, se puede observaren el PERRY16 una codificación para materiales a granel, tomada de la FMC Corporation17, disímil a lasantes 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 undeterminado 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 standaresANSI/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 prop

ia del

material con el claro objetivo de explicitar con el mayor grado de detalle posible las particularidades delmaterial al que se pretende transportar.

14 LINK-BELT COMPANY: Empresa de EE.UU que fuera líder mundial en la construcción de equipos para movimiento de materiales.15 ALLIS MINERAL SYSTEMS: Grupo internacional dedicadas a la transformación de minerales, minería, construcción, industriaquímica y conexas16 Manual del ingeniero químico. Perry Robert H. 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 químicascon posición de liderazgo en actividades agrícolas, industriales y mercados de consumo. En el año 1967 este grupo compra a laLink-Belt Company y continúa construyendo y comercializando equipos con  la misma marca. En el año 1986  la FMC Corporation seasocia a Sumitomo Heavy Industries y crean una nueva compañía, la Link-Belt Construction Equipment Co, la que actualmente seepecializa en máquinas excavadoras y equipos forestales.

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