Selección de válvula rotativa según características específicas del polvo

Ajuste del Diseño de Válvula Rotativa al Comportamiento del Flujo de Polvo

Ángulo de Reposo, Número de Función de Flujo (FF) y Evaluación del Riesgo de Formación de Puentes

Al analizar cómo fluyen los polvos, dos factores clave destacan para predecir problemas de formación de puentes en válvulas rotativas: el ángulo de reposo y lo que se denomina Número de Función de Flujo (FF). La mayoría de los materiales con un ángulo de reposo superior a 50 grados tienden a atascarse en rotores comunes. Esto significa que los ingenieros deben ajustar aspectos como agregar bolsillos descentrados o crear entradas cónicas para mantener el material fluyendo adecuadamente a través del sistema. Para polvos con un FF inferior a 2, lo que básicamente significa que se adhieren mucho entre sí, existe una probabilidad mucho mayor de presentar problemas de formación de puentes. Estudios sobre el manejo de sólidos a granel muestran que estos polvos pegajosos forman puentes aproximadamente un 70 % más frecuentemente en comparación con aquellos que fluyen libremente. Superar este problema requiere una atención cuidadosa al espacio entre el rotor y la carcasa. Los polvos finos que tienden a agruparse necesitan espacios muy estrechos entre 0,1 y 0,3 mm, mientras que los materiales más gruesos pueden tolerar holguras de entre 1 y 3 mm. Los buenos diseños suelen incorporar formas especiales de bolsillos que desagregan las partículas que se pegan entre sí, junto con sellos que resisten pruebas de presión mostrando no más del 4 % de fugas cuando se someten a condiciones exigentes.

Impacto de la Cohesividad en la Eficiencia del Relleno del Bolsillo del Rotor y la Consistencia del Descarga

Al trabajar con polvos cohesivos, a menudo se presentan problemas con la eficiencia de llenado y la uniformidad en la descarga en diferentes aplicaciones. Tomemos el dióxido de titanio como estudio de caso: tiene un Índice de Carr superior a 35 y puede alcanzar alrededor del 92 % de llenado de bolsa al usar rotores de bolsa poco profunda. Esa es una gran mejora frente al 65 % típico observado con diseños de rotores más antiguos. ¿Por qué? Porque estos nuevos rotores reducen la adherencia de las partículas a las paredes y crean ángulos mejores para que el material salga adecuadamente. Los operarios encuentran que mantener velocidades por debajo de 20 RPM ayuda mucho a minimizar esos molestos pulsos de descarga. A estas velocidades más bajas, hay menos posibilidad de que el material se compacte dentro de las bolsas, manteniendo aún una precisión bastante buena dentro de un margen de más o menos 3 %. ¿Qué pasa con el acabado superficial? Esto también importa mucho. Los rotores que han sido pulidos electrolíticamente hasta valores Ra inferiores a 0,4 micrómetros reducen realmente la acumulación cohesiva en aproximadamente un 40 % en comparación con los acabados mecánicos normales. Los fabricantes que trabajan en procesos continuos notan que esto marca una diferencia real para obtener resultados consistentes de un lote al siguiente.

Mitigación del desgaste abrasivo en aplicaciones con polvos de alta dureza

Materiales como la alúmina o el carburo de silicio, que tienen una dureza Mohs de 5 o superior, causan problemas graves en las válvulas porque cortan las superficies y generan fatiga debido a impactos repetidos. Además, la forma de las partículas es muy importante: las partículas angulares pueden agravar los problemas de erosión en un 30 a incluso un 50 por ciento en comparación con las redondeadas. Estas esquinas afiladas concentran todos los daños justo donde más afectan: en los bordes delanteros de las paletas del rotor y cerca de las zonas de descarga del alojamiento. Lo que realmente observamos es la formación de marcas en forma de media luna en las piezas metálicas con el tiempo. A medida que esto continúa, los sellos comienzan a fallar y todo el sistema pierde precisión en la cantidad de material que procesa.

Dureza Mohs, Forma de las Partículas y Patrones de Erosión en las Paletas del Rotor y el Alojamiento

La dureza determina el modo de falla: los polvos con dureza superior a Mohs 7 pueden inducir fractura frágil en componentes de acero al carbono en cuestión de meses. Por ejemplo, el cuarzo con bordes afilados (Mohs 7) erosiona las carcasas tres veces más rápido que la granada redondeada de dureza equivalente. El mapeo de erosión identifica tres zonas críticas:

• Puntas de álabes, donde la velocidad de impacto alcanza su máximo entre 15 y 25 m/s
• Cuadrantes inferiores de la carcasa, sujetos a abrasión por deslizamiento debido a las partículas finas acumuladas
• Juegos radiales, que se ensanchan a medida que partículas incrustadas abrasan las superficies acopladas

Soluciones resistentes al desgaste: aleaciones endurecidas, revestimientos cerámicos y geometría optimizada de álabes

La mitigación efectiva del desgaste depende de estrategias integradas de materiales y geometría:

• Aleaciones endurecidas : Recubrimientos de carburo de cromo (58–65 HRC) resisten el microcorte en aplicaciones con alto contenido de sílice
• Revestimientos cerámicos : Insertos de alúmina o circonia logran una reducción del 90 % en el desgaste para polvos con Mohs 9+
• Optimización Geométrica :
  • Perfiles redondeados de álabes que desvían los impactos de partículas
  • Un espesor mínimo de la punta de 8 mm retrasa el fallo del borde
  • Las holguras convergentes reducen el atrapamiento de partículas

Los recubrimientos por proyección térmica prolongan la vida útil en un 400 % en el manejo de clínker de cemento, mientras que la geometría optimizada del rotor extiende los intervalos de reemplazo desde trimestral a bienal, sin sacrificar el caudal ni el sellado.

Garantizando la integridad del sellado para polvos finos, higroscópicos o combustibles

Pruebas de presión diferencial, tasas de fuga y sistemas de sellado rotativos compatibles con ATEX

Conseguir un sellado adecuado es muy importante al manipular polvos finos, especialmente aquellos que absorben humedad o pueden prender fuego. Las partículas pequeñas encuentran su camino a través de pequeñas brechas entre componentes. Los materiales que absorben humedad comienzan a captarla tan pronto como se exponen al aire. Y luego está el problema de los polvos combustibles, que crean riesgos de incendio cuando entra oxígeno o se acumula electricidad estática. Para verificar qué tan buenos son realmente los sellos, la mayoría de las instalaciones realizan pruebas de presión diferencial, en las que aplican diferencias de presión reales a través de las válvulas para observar qué tipo de fugas podrían ocurrir durante el funcionamiento normal. La mayoría de las industrias establecen un límite máximo de fuga del 0,5 % para cualquier sustancia considerada peligrosa. Los sistemas construidos según las normas ATEX incluyen elementos como flujo continuo de aire de purga, sellos especiales que evitan la propagación de llamas y materiales que conducen la electricidad lejos de posibles chispas. Esto ayuda a mantener todo contenido y seguro. El uso de superficies endurecidas en los sellos, junto con placas terminales ajustables, ayuda a mantener ese ajuste hermético crucial incluso después de ciclos repetidos de calentamiento o al manejar sustancias abrasivas. Este enfoque mantiene las operaciones cumpliendo con la normativa, al tiempo que preserva la calidad del producto y la seguridad general de la planta.

Abordar los desafíos térmicos, de humedad y electrostáticos en el manejo de polvos sensibles

Prevención de la formación de grumos mediante el control de temperatura y la disipación de estática en el diseño de válvulas rotativas

Cuando las temperaturas fluctúan o la humedad interviene, se generan problemas como la formación de grumos y la interrupción del flujo en las líneas de procesamiento. Sistemas especiales de carcasa con camisa y control de temperatura ayudan a evitar este problema de condensación manteniendo condiciones estables en el interior. Al mismo tiempo, en esos polvos poliméricos secos con los que trabajamos se acumula una cantidad considerable de electricidad estática, que a veces supera los 5.000 voltios. Esta electricidad estática hace que las partículas se adhieran entre sí y formen puentes que obstruyen el flujo. ¿La solución? Utilizar materiales conductores para los rotores, como compuestos rellenos de carbono o álabes metálicos conectados a puntos de tierra. Estos materiales permiten que la carga estática se disipe adecuadamente, lo que reduce en aproximadamente dos tercios los problemas de formación de puentes en materiales que absorben fácilmente la humedad. También instalamos sensores en todo el sistema para monitorear tanto los niveles de humedad como la carga eléctrica en las superficies. Según los datos que nos proporcionan estos sensores, los operarios pueden ajustar parámetros como el caudal de aire de purga o la velocidad de giro del rotor. Este enfoque combinado funciona muy bien para transportar ingredientes farmacéuticos, tóner para impresoras y todo tipo de materiales especialmente sensibles a la acumulación de electricidad estática.

Sección de Preguntas Frecuentes

¿Qué es el diseño de válvula rotativa para el comportamiento del flujo de polvo?

El diseño de la válvula rotativa implica optimizar ángulos, holguras y formas de los alojamientos para mitigar problemas como el puenteo, la acumulación cohesiva y el desgaste causado por las propiedades de flujo del polvo.

¿Por qué es importante el ángulo de reposo?

El ángulo de reposo ayuda a predecir problemas de puenteo en las válvulas rotativas. Los materiales con un ángulo de reposo superior a 50 grados tienden a atascarse, lo que requiere ajustes en el diseño.

¿Cómo afecta la dureza Mohs al desgaste de la válvula rotativa?

Los materiales con una dureza Mohs de 5 o superior pueden causar un desgaste abrasivo significativo en los componentes de la válvula, requiriendo soluciones resistentes al desgaste como aleaciones endurecidas y revestimientos cerámicos.

¿Cómo se puede garantizar la integridad del sellado para polvos finos?

La correcta estanqueidad puede lograrse mediante pruebas de presión diferencial, utilizando sistemas conformes con ATEX y empleando materiales que eviten fugas y riesgos de incendio.

¿Qué soluciones abordan los desafíos térmicos y electrostáticos?

Los sistemas de control de temperatura y los materiales conductores del rotor evitan problemas como la formación de grumos y la acumulación de estática, garantizando un flujo ininterrumpido de materiales sensibles.