Wat is brugvorming?

De meeste producten vertonen cohesie: deeltjes die aan elkaar blijven plakken. Dit zorgt ervoor dat het product niet vrijstromend is, zodat in een silo bruggen ontstaan.

Optreden van  brugvorming: is een product vrijstromend, dan zullen problemen met brugvorming niet optreden. Een voorbeeld is zand, mits de korreltjes redelijk rond en ongeveer even groot zijn, en het zand niet vochtig is. Hieruit blijkt meteen al dat de naamgeving van een product niet voldoende is om te weten wat de eigenschappen zijn. Daarnaast spelen de condities ook een grote rol.

Stroming in een silo is eigenlijk het continu bezwijken (instorten) van bruggen. Brugvorming gaat een probleem vormen wanneer een brug kan blijven bestaan. Daarbij spelen twee zaken een rol:

  • de sterkte van een brug;
  • de kracht die op de brug werkt.

Sterkte van de brug

Het product in de silo zal druk ondervinden van het bovenliggende product. Door deze silodruk krijgt het product een zekere samenhang, de eigensterkte. Vergelijk dit met het vormen van een sneeuwbal en een 'zandbal'; met droog zand is het laatste niet mogelijk. De eigensterkte van een produkt is afhankelijk van:

  • de samenstelling;
  • de deeltjesgrootteverdeling;
  • de druk die het heeft ondergaan;
  • het vochtpercentage;
  • de temperatuur;
  • de opslagduur.

Vooral dit laatste speelt in veel situaties een rol, zoals vaak blijkt uit de opstartproblemen na een weekend. Om de sterkte van een brug te kunnen berekenen moet de eigensterkte van het product als functie van de druk gemeten worden. Uit het bovenstaande blijkt dat het belangrijk is om de metingen onder de condities uit te voeren die van toepassing zijn.

kracht op de brug

Om het product uit de silo te laten stromen, moet de samenhang van het product weer verbroken worden. Stabiele brugvorming zal niet optreden zolang gevormde bruggen bezwijken. Door het eigengewicht van de brug zal de brug bezwijken als die kracht groter is dan de eigensterkte die het product heeft bij de aanwezige silodruk.

Optreden van brugvorming

Het optreden van stabiele bruggen is daarom afhankelijk van de bulkdichtheid, de vorm van de cilinder en trechter, de wandwrijving, de inwendige wrijving en natuurlijk de cohesie van het product. Zijn deze gegevens bekend (gemeten), dan kan de kritisch diameter van de opening berekend worden. De toe te passen opening moet groter zijn dan deze kritische diameter om brugvorming te vermijden.


Hoe ontwerpen op brugvorming?

Bij dit gedeelte van het silo-ontwerp wordt de diameter van de opening vastgesteld om het product probleemloos uit te laten stromen. De procedure is als volgt:

  1. Wanneer er sprake is van meerdere producten of condities, wordt het meest kritische product of de meest kritische conditie bepaald. Dit moet gedaan worden met een kwalitatieve tester, waarmee het brugvormingsgedrag kan worden vergeleken.
  2. De wandwrijving en inwendige wrijving worden gemeten om de betreffende silodrukken te bepalen.
  3. De brugvormingseigenschappen, ofwel de eigensterkte van een product, worden gemeten met de Jenike shear cell, onder de betreffende condities en in relatie tot de silodruk.
  4. Indien van toepassing wordt de tijdsversteviging gemeten, voor de periode die het product in de silo stil kan staan.
  5. De kritische diameter, de diameter waarbij een brug kan blijven staan, wordt berekend.

Indien een grotere kritische diameter wordt gevonden dan de geplande opening dan zal een oplossing moeten worden gezocht in de vorm van brugbrekers, trilbodems, lamellenbodems, beluchting, etc.

Aan de hand van de beschikbare gegevens kan een gerichte oplossing gezocht worden:

  • Bij toepassing van een brugbreker is het belangrijk om deze te plaatsen waar bruggen verwacht kunnen worden. Met het bepalen van de kritische diameter is de plaats bekend.
  • Bij langdurige stilstand kan recirculatie versteviging opheffen. Voor een bepaalde opening kan de maximale duur van ongestoorde opslag bepaald worden.
  • Bij de toepassing van een beluchtingsbodem kan de invloed van het lucht inblazen op het stromingsgedrag nader worden onderzocht.

Zo kan afhankelijk van de situatie met de ontwerpmethode en ondersteunende tests de optimale oplossing gevonden worden.

Bron: http://www.bulksolids.nl