Nie všetky sypké materiály sa zo sila odstraňujú rovnako ťažko. Niektoré vytekajú s minimálnym zásahom. Iné vyžadujú dni kladiva, rezania a výkopov. Pochopenie, prečo sa materiály líšia v náročnosti čistenia, je prvým krokom k navrhnutiu účinných stratégií čistenia a výberu vhodných intervenčných metód.
Tento článok poskytuje praktickú referenčnú príručku o materiálových vlastnostiach, ktoré určujú náročnosť čistenia. Vysvetľuje, ako každá vlastnosť ovplyvňuje akumulačné správanie a požiadavky na čistenie. Ponúka jednoduché testy, ktoré môžu inžinieri závodu vykonať na charakterizáciu svojich materiálov. A poskytuje návod na prispôsobenie metód čistenia materiálovým vlastnostiam.
Veľkosť a distribúcia častíc
Veľkosť častíc je najviditeľnejšou vlastnosťou materiálu a má priamy vplyv na náročnosť čistenia.
Hrubé materiály s časticami väčšími ako asi päť milimetrov sa vo všeobecnosti čistia ľahšie ako jemné materiály. Častice majú menšiu plochu povrchu na jednotku hmotnosti, čo znamená menšiu plochu dostupnú pre adhézne sily. Je tiež menej pravdepodobné, že vytvoria súdržné oblúky. Mechanické oblúky sa môžu vyskytnúť, keď sa veľké častice prepoja, ale zvyčajne sa ľahšie zlomia ako súdržné oblúky v jemných materiáloch.
Jemné materiály s časticami menšími ako sto mikrónov sa čistia podstatne ťažšie. Veľký povrch na jednotku hmotnosti umožňuje vyvinúť silné van der Waalsove sily a elektrostatické príťažlivosti. Jemné materiály sa pod tlakom konsolidujú a časom získavajú pevnosť. Tvoria husté, tvrdé usadeniny, ktoré odolávajú mechanickému narušeniu.
Dôležitá je aj distribúcia veľkosti častíc, nielen priemerná veľkosť. Materiály so širokým rozdelením veľkosti, čo znamená zmes veľkých a malých častíc, sa často čistia ťažšie ako materiály s úzkym rozdelením. Malé častice vypĺňajú priestory medzi veľkými časticami a vytvárajú husté balenie, ktoré je vysoko súdržné.
Praktické hodnotenie veľkosti častíc nevyžaduje laboratórne vybavenie. Užitočné údaje poskytuje jednoduchá sitová analýza pomocou štandardných sít. Pre väčšinu inžinierov závodu je dôležitým rozdielom, či je materiál dostatočne hrubý, aby sa s ním dalo manipulovať jednoduchými nástrojmi, alebo dostatočne jemný na to, aby si vyžadoval poháňané zariadenie alebo otryskávanie vodou.
Obsah vlhkosti
Vlhkosť je najdôležitejším faktorom pri čistení väčšiny sypkých materiálov. Materiál, ktorý je suchý a voľne tečúci, sa môže pri zvýšenej vlhkosti stať lepkavým a nehybným.
Vplyv vlhkosti závisí od materiálu. Pre mnohé prášky existuje kritický obsah vlhkosti, nad ktorým sa prietok stáva nespoľahlivým. Pod touto úrovňou sa materiál správa ako voľne tečúca pevná látka. Nad ním materiál vyvíja súdržnú pevnosť, ktorá sa zvyšuje s vlhkosťou. Kritická úroveň vlhkosti sa značne líši. Cement môže vykazovať účinky pri hladinách vlhkosti už od jedného percenta. Iné materiály môžu tolerovať desať percent alebo viac, kým sa stanú problematickými.
Vlhkosť ovplyvňuje čistenie aj sekundárne. Keď sa pridá voda na odstránenie upchatia, buď prúdom vody alebo kondenzáciou, môže to spôsobiť stvrdnutie alebo stuhnutie zvyšného materiálu. Cement a vápno sú klasickými príkladmi, kde pridanie vody problém skôr zhorší ako zlepší.
Meranie vlhkosti vyžaduje jednoduché zariadenie. Kvantitatívne údaje môže poskytnúť vlhkomer alebo laboratórna pec. Dokonca aj kvalitatívne hodnotenie, ako je stlačenie hrsti materiálu a pozorovanie, či drží pohromade, poskytuje užitočné informácie pre rozhodnutia o stratégii čistenia.
V zariadeniach, ktoré manipulujú s materiálmi citlivými na vlhkosť, je kontrola vlhkosti často účinnejšia ako riadenie čistenia. Vylepšené utesnenie strechy, lepšie utesnenie vstupu a výstupu a upravený vzduch môžu znížiť prenikanie vlhkosti a znížiť frekvenciu čistenia.
Súdržnosť a uhol pokoja
Súdržnosť je vnútorná pevnosť sypkého materiálu. Materiály s vysokou súdržnosťou sa zlepujú a odolávajú toku. Materiály s nízkou súdržnosťou ľahko tečú.
Súdržnosť často koreluje s veľkosťou častíc a vlhkosťou, ale ide o odlišnú vlastnosť. Niektoré jemné, suché materiály majú nízku súdržnosť a voľne tečú. Iné, aj keď sú suché, majú vysokú súdržnosť v dôsledku tvaru častíc alebo elektrostatických účinkov.
Uhol pokoja je praktickým ukazovateľom súdržnosti. Toto je maximálny uhol, pod ktorým môže byť hromada materiálu naskladaná predtým, než sa zrúti. Materiály s nízkymi sypnými uhlami, menej ako tridsať stupňov, majú nízku súdržnosť a ľahko sa roztekajú. Materiály s vysokými sypnými uhlami, nad štyridsaťpäť stupňov, majú vysokú súdržnosť a ťažko sa tečú.
Meranie sypného uhla vyžaduje jednoduché naliatie materiálu na rovný povrch a meranie uhla výsledného kužeľa. Tento test je možné vykonať s malou vzorkou v závodnom laboratóriu alebo dokonca v údržbárskej dielni.
Materiály s vysokou súdržnosťou vyžadujú agresívnejšie metódy čistenia. Jednoduché vibrácie alebo tyče nemusia stačiť. Môžu byť potrebné elektrické ističe, tryskanie vodou alebo diaľkovo ovládané demolačné zariadenia. Materiály s nízkou kohéziou možno často vyčistiť vibráciami alebo tyčou.
Tvrdosť a abrazivita
Tvrdosť je odolnosť materiálu voči mechanickému poškodeniu. Tvrdé materiály sa ťažko lámu. Mäkké materiály sa ľahko zlomia.
Tvrdosť sa stáva významnou, keď sa materiál spevní do tvrdých usadenín. Cementové usadeniny môžu dosiahnuť tvrdosť porovnateľnú s betónom. Niektoré chemické medziprodukty môžu vytvárať extrémne tvrdé kôry, ktoré odolávajú mechanickým rozbíjačom.
Abrazivita súvisí s tvrdosťou, ale týka sa vplyvu materiálu na zariadenie. Abrazívne materiály opotrebúvajú hroty lámačov, rezné nástroje a vložky sila. Vysoká abrazivita zvyšuje náklady na čistenie a poškodenie sila.
Testovanie tvrdosti nevyžaduje špeciálne vybavenie. Hrubý odhad môže poskytnúť jednoduchý test škrabancov, podobný testovaniu minerálnej tvrdosti. Materiály, ktoré sa dajú poškriabať vreckovým nožom, sú mäkké. Materiály, ktoré otupujú nôž, sú tvrdé. Materiály, ktoré sa vôbec nedajú poškriabať, sú veľmi tvrdé a ich odstránenie bude vyžadovať špeciálne vybavenie.
Tvrdé materiály často vyžadujú otryskanie vodou ako primárnu metódu odstraňovania. Otryskávanie vodným lúčom prerezáva tvrdé usadeniny bez opotrebovania, ku ktorému dochádza pri mechanických kladivách. Tlak vody musí zodpovedať tvrdosti materiálu. Mäkšie materiály sa môžu nadmerným tlakom poškodiť.
Funkcia prietoku a stlačiteľnosť
Funkcia toku je vzťah medzi napätím aplikovaným na materiál a jeho schopnosťou toku. Je to najkompletnejšia charakteristika správania toku, ale na presné určenie si vyžaduje laboratórne testovanie.
Z praktických dôvodov stlačiteľnosť slúži ako proxy pre funkciu toku. Stlačiteľnosť je zmenšenie objemu, ku ktorému dochádza, keď je materiál vystavený tlaku. Materiály s vysokou stlačiteľnosťou sú zvyčajne ťažko tečúce, pretože častice tesne konsolidujú.
Jednoduchý test stlačiteľnosti zahŕňa umiestnenie vzorky materiálu do odmerného valca, aplikáciu známej hmotnosti a meranie zmenšenia objemu. Zníženie objemu ako percento pôvodného objemu je stlačiteľnosť. Materiály so stlačiteľnosťou nad tridsať percent sa považujú za vysoko stlačiteľné a ťažko tečúce.
Vysoko stlačiteľné materiály vyžadujú starostlivú pozornosť na dizajn sila a frekvenciu čistenia. Sú náchylné na spevnenie počas skladovania a môžu vyžadovať častejšie čistenie ako menej stlačiteľné materiály. Prostriedky napomáhajúce prúdeniu, ako sú vzduchové delá alebo fluidizátory, sú často prospešné pre stlačiteľné materiály.
Citlivosť na teplotu
Teplota ovplyvňuje tak vlastnosti materiálu, ako aj proces čistenia. S niektorými materiálmi sa pri zahrievaní ľahšie manipuluje. Iné sa stávajú zložitejšími.
Materiály, ktoré teplom zmäknú, ako sú niektoré živice alebo asfalty, sa môžu pri zahrievaní ťažšie čistiť, pretože sa stávajú lepkavými. Materiály, ktoré sa teplom rozťahujú, môžu byť menej husté a ľahšie tečú. Vplyv teploty je špecifický pre materiál a musí sa určiť pre každú situáciu.
Teplota tiež ovplyvňuje bezpečnosť. Silá, ktoré obsahujú horúce materiály, ako je popolček z elektrární, predstavujú tepelné nebezpečenstvo pre pracovníkov a zariadenia. Čistenie horúcich síl vyžaduje dodatočné bezpečnostné opatrenia.
Praktickým dôsledkom citlivosti na teplotu je, že stratégia čistenia sa môže meniť v závislosti od teploty. Metóda, ktorá funguje pri teplote okolia, môže pri zvýšenej teplote zlyhať. Zariadenia, ktoré manipulujú s materiálmi citlivými na teplotu, by mali pri plánovaní čistenia zvážiť teplotu.
Chemické vlastnosti
Chemické vlastnosti materiálu ovplyvňujú jeho tokové správanie a bezpečnosť čistiacich operácií.
Materiály, ktoré reagujú s vodou, ako je cement, vápno alebo niektoré chemické katalyzátory, sa po vniknutí vlhkosti ťažšie čistia. Otryskávanie vodou, ktoré je účinné pri mnohých materiáloch, je pre tieto materiály nevhodné. Uprednostňovanou metódou je mechanické odstránenie.
Materiály, ktoré sú korozívne, vyžadujú špeciálne zaobchádzanie. Kyslé alebo zásadité materiály môžu poškodiť zariadenie a poškodiť pracovníkov. Čistiace zariadenia používané na korozívne materiály musia byť vyrobené z kompatibilných materiálov a môžu vyžadovať špeciálne čistiace postupy.
Materiály, ktoré sú toxické alebo nebezpečné, vyžadujú prísne bezpečnostné postupy. Spôsob čistenia musí zabrániť tvorbe prachu a expozícii. Diaľkovo ovládané zariadenia sú často preferované pre nebezpečné materiály, aby sa minimalizovalo vystavenie personálu.
Pochopenie chemických vlastností materiálu je nevyhnutné pre výber bezpečných metód čistenia. Karta bezpečnostných údajov poskytuje tieto informácie a mala by sa pred akýmkoľvek čistením skontrolovať.
Praktické metódy hodnotenia
Inžinieri závodu môžu posúdiť svoje materiály pomocou jednoduchých, lacných metód, ktoré poskytujú užitočné informácie pre plánovanie čistenia.
Hŕstka testu je najjednoduchšie hodnotenie. Vezmite hrsť materiálu a vytlačte ho. Ak sa pri uvoľnení rozpadne, má nízku súdržnosť. Ak drží pohromade v hrudke, má vysokú súdržnosť. Hŕstkový test tiež ukazuje obsah vlhkosti. Ak materiál zanechá na ruke vlhkosť, je mokrý.
Skúška hromady poskytuje údaje o uhle polohy. Nalejte materiál na rovný povrch a zmerajte uhol vlasu. Nízky uhol naznačuje dobrý prietok. Vysoký uhol indikuje slabý prietok.
Skúška škrabancov indikuje tvrdosť. Skúste materiál poškriabať vreckovým nožom. Ak sa ľahko poškriabe, je mäkký. Ak odolá poškriabaniu, je ťažké. Ak sa nedá poškriabať, je veľmi tvrdý.
Vodný test indikuje citlivosť na vlhkosť. Do vzorky pridajte malé množstvo vody. Ak materiál stuhne alebo stvrdne, otryskanie vodou nie je vhodné. Ak materiál zostane voľný, môže byť účinné otryskanie vodou.
Skúška usadzovania indikuje stlačiteľnosť. Naplňte priehľadnú nádobu materiálom, zatlačte a zmerajte zníženie objemu. Veľké zníženie objemu naznačuje vysokú stlačiteľnosť a obtiažnosť toku.
Tieto testy nie sú presné. Nenahrádzajú laboratórne testy. Poskytujú však užitočné rady pri výbere metódy čistenia a sú k dispozícii bezplatne.
Prispôsobenie vlastností metódam čistenia
Pokyny uvedené nižšie poskytujú rámec na prispôsobenie vlastností materiálov metódam čistenia.
Najľahšie sa čistia suché materiály s nízkou súdržnosťou s veľkými časticami a nízkou vlhkosťou. Vibrácie alebo prúty sú zvyčajne dostatočné. Ak je čistenie vôbec potrebné, možno ho vykonať pomocou jednoduchých nástrojov.
Suché, jemné materiály s nízkou vlhkosťou, ale malými časticami môžu byť stále ťažké kvôli súdržným silám. Vzduchové delá alebo fluidizéry sú často účinné. V prípade odolných blokád môže byť potrebné diaľkovo ovládané zariadenie.
Vlhké materiály s vysokým obsahom vlhkosti sa ťažko mechanicky čistia, pretože materiál sa lepí na nástroje a zariadenia. Otryskávanie vodou môže byť účinné, ale iba vtedy, ak materiál nereaguje s vodou. V prípade materiálov citlivých na vodu je potrebné mechanické odstránenie s dôkladnou kontrolou vlhkosti.
Kalené materiály s vysokou tvrdosťou vyžadujú výkonné metódy. Diaľkovo ovládané demolačné zariadenie s hydraulickými kladivami je preferovanou metódou. Účinné môže byť aj otryskanie vodou pod vysokým tlakom. Ručné zadávanie ručným náradím nie je vhodné pre tvrdené materiály.
Abrazívne materiály vyžadujú odolné vybavenie. Hroty lámačov a rezné nástroje sa rýchlo opotrebúvajú. Údržba zariadenia je nevyhnutná. Môže byť uprednostňované otryskávanie vodou, ktoré nemá žiadne opotrebiteľné časti v kontakte s materiálom.
Nebezpečné materiály vyžadujú vzdialené metódy. Malo by sa zabrániť vstupu personálu. Diaľkovo ovládané zariadenia, správne udržiavané a prevádzkované, sú štandardným prístupom.
Použitie hodnotenia materiálu v preventívnom plánovaní
Hodnotenie materiálu nie je jednorazová činnosť. Vlastnosti materiálu sa menia s podmienkami získavania, spracovania a skladovania. Pravidelné hodnotenie zaisťuje, že metódy čistenia zostávajú vhodné.
Po zavedení nového zdroja materiálu vykonajte jednoduché testy opísané v tomto článku. Porovnajte výsledky s predchádzajúcimi materiálmi. Ak je nový materiál výrazne odlišný, upravte frekvenciu a metódy čistenia.
Keď sezónne zmeny ovplyvňujú obsah vlhkosti, upravte postupy čistenia. Materiály, ktoré sú v lete suché, môžu byť v zime mokré. Plán čistenia by mal zohľadňovať tieto sezónne výkyvy.
Keď sa zmení doba skladovania materiálu, prehodnoťte jeho vlastnosti. Dlhšie skladované materiály môžu byť tvrdšie a ťažšie sa čistia. Ak sa doba skladovania predlžuje, môže byť potrebné, aby sa čistenie stalo agresívnejším.
Zdokumentujte výsledky posúdenia materiálu. Udržiavajte záznamy o materiálových vlastnostiach pre každé silo a každý typ materiálu. Tento záznam použite na usmernenie pri rozhodovaní o čistení a na identifikáciu trendov, ktoré môžu naznačovať vznikajúce problémy.
Záver
Vlastnosti materiálu určujú náročnosť čistenia. Pochopenie týchto vlastností umožňuje inžinierom závodu vybrať vhodné metódy čistenia, odhadnúť čas a náklady na čistenie a plánovať preventívnu údržbu.
Jednoduché metódy hodnotenia opísané v tomto článku sú dostupné každému inžinierovi závodu bez špeciálneho vybavenia. Test hrsti, test vlasu, test poškriabania, test vody a test usadzovania poskytujú praktické informácie, ktoré usmerňujú rozhodnutia o čistení.
Najdôležitejšou vlastnosťou väčšiny materiálov je vlhkosť. Suché materiály tečú ľahšie ako mokré materiály. Kontrola vlhkosti je často najúčinnejším preventívnym opatrením. Pri materiáloch, ktoré sa nedajú kontrolovať vlhkosťou, je potrebné zvoliť metódy čistenia na základe ich ostatných vlastností.
Veľkosť častíc, súdržnosť, tvrdosť, stlačiteľnosť, teplotná citlivosť a chemické vlastnosti ovplyvňujú náročnosť čistenia. Prispôsobenie spôsobu čistenia týmto vlastnostiam zvyšuje pravdepodobnosť úspechu a znižuje čas a náklady na čistenie.
Inžinieri závodu, ktorí rozumejú svojim materiálom, robia lepšie rozhodnutia o čistení. Upratujú podľa potreby, nie podľa pevného harmonogramu. Vyberajú metódy, ktoré fungujú, nie metódy, ktoré sú dostupné. A predchádzajú problémom tým, že predvídajú, ako vlastnosti materiálu ovplyvnia výkon sila.
