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La manipulación de materiales a granel es un trabajo laborioso: los productos deben aislarse, dosificarse, transportarse y disgregarse

Cuando las cosas se ponen difíciles...

Redacción Interempresas

16/12/2019
Grava, arena, cemento, polvo, creta, pélets, granulados, ceniza, azúcar y sal son materiales a granel que deben dosificarse. La textura normalmente seca, polvorienta y granular de estos materiales supone una enorme dificultad para el buen funcionamiento de cualquier planta de producción. No obstante, las válvulas especiales tienen licencia para controlar.
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Esta larga lista de materiales a granel deja claro que las válvulas para la manipulación de este tipo de productos se utilizan con mucha frecuencia y no tienen por qué esconderse detrás de otros componentes más visibles de sectores como los del petróleo, el gas o la energía. En industrias tan esenciales como las de los materiales de construcción, los alimentos y los productos químicos, así como en el campo de la ingeniería medioambiental, tienen una importante misión que cumplen en nombre del crecimiento económico.

Difíciles de manipular

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La manipulación de materiales a granel es un trabajo laborioso: los productos deben aislarse, dosificarse, transportarse y disgregarse. Y son múltiples los peligros que acechan a nuestros especialistas. “La carga de polvo en sistemas Haulway abiertos y los procesos de producción sin protección constituyen un motivo de preocupación cada vez mayor”, explica Andreas Kühn, director de cuentas clave de Ebro. Por este motivo, en la actualidad se tiende a instalar sistemas cerrados no sensibles. En ellos, se emplean sistemas de filtro y extracción de altas prestaciones, cuyos conductos también deben aislarse.

Otra tendencia son las soluciones “inteligentes”: es decir, válvulas inteligentes con algunas funciones avanzadas, capaces de transmitir datos a controladores de nivel superior.

El riesgo de la formación de cavidades

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Los tiempos improductivos son un riesgo habitual con los materiales a granel. Como pone de relieve Andreas Kühn, de Ebro: “Cuando una válvula se utiliza de tarde en tarde y cierra la descarga de un medio poco fluido, con frecuencia se forman cavidades”. La formación de cavidades empieza en el disco de la válvula. Este fenómeno bloquea a menudo el flujo de material desde el silo. En consecuencia, el disco de la válvula se ve sometido a unas fuerzas de fricción desproporcionadas cuando se abre.

En algunos casos, si se utiliza la válvula adecuada, se puede evitar la necesidad de adoptar contramedidas complejas desde el principio: “El disco de la válvula se diseña para que vibre de una forma ligera y lineal, con la ayuda de un vibrador situado en su eje inferior. La frecuencia se controla a través de la presión del aire. Las vibraciones mantienen el medio en movimiento y resultan efectivas a la hora de reducir la formación de cavidades”, explica Kühn. Los medios que se comprimen o adhieren al disco se disgregan y sueltan. “Si se instala un posicionador, el flujo del material se puede regular de modo que sea más o menos abundante. En consecuencia, el medio se puede descargar con bastante delicadeza incluso con ángulos de apertura pequeños”. Durante este proceso, la junta de la válvula amortigua el impacto sobre el cuerpo. Ebro produce un disco de tipo wafer con diámetros nominales entre DN 150 y DN 400 (se encuentran disponibles cuerpos de acero inoxidable hasta DN 300), para temperaturas que oscilan entre -10 °C y +200 °C, en función del medio, la presión y el material.

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Una descarga fluida

Todas estas características permiten a los discos de dosificación vibratorios ofrecer el rendimiento necesario. En primer lugar, cuando se abren proporcionan una descarga de producto prácticamente sin obstrucciones (caudal completo). “Si el peso de la descarga requiere un caudal reducido para poder producirse (por ejemplo, desde las básculas) o, lo que es lo mismo, si se necesita una reducción definida del volumen, la válvula se cierra hasta un ángulo de apertura de tan solo 20°”. En este punto ya es normal que se produzcan cavidades en el caso de materiales pulverulentos con características de fluidez normales, sobre todo en las zonas más altas del silo. “A partir de ese momento ya no se puede obtener una descarga constante, fiable y, sobre todo, reproducible. Solo se puede mantener el caudal del producto con un sistema de fluidificación adecuado o con una vibración accionada de manera externa”, subraya Kühn.

Es de vital importancia que la válvula pueda vencer la fuerza de la cavidad: el disco de la válvula vibra horizontalmente con una frecuencia y una amplitud seleccionables. Los usuarios finales pueden elegir libremente en qué intervalo de apertura se activa o se desactiva la vibración. Kühn: “La compactación del medio se suprime de manera eficaz, ya que la vibración solamente es horizontal; es decir, se produce axialmente en el sentido del eje de la válvula, pero no contra la dirección del caudal”.

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Duras de pelar

Las válvulas para productos a granel suelen manipular materiales ásperos: cuando las cosas se ponen difíciles, solamente las más fuertes resisten. Por eso, los materiales de la válvula deben cumplir requisitos de resistencia al desgaste muy exigentes. Esto siempre es un factor muy a tener en cuenta por los fabricantes cuando diseñan sus productos. Cera Systems, por ejemplo, produce una “válvula de bola metálica, especialmente robusta, para funciones de apertura/cierre con medios abrasivos y excesivamente abrasivos, que es el dispositivo de elección para las aplicaciones de transporte neumático de materiales a granel”. Esta válvula requiere que el eje del vástago, su inserto y los asientos estén fabricados “de una forma especialmente estable”. La válvula de bola se puede presurizar desde ambos lados.

El principio de funcionamiento de la válvula de bola de Cera se basa en una bola flotante, que se monta en una muñonera por encima de DN 150. Unos muelles presionan los elementos del asiento contra la bola. “La forma geométrica redonda del orificio de la bola es estándar. Esta válvula de bola presenta un diseño de cuerpo de dos partes”, explica la empresa. Por si esto fuera poco, la válvula es altamente flexible, ya que se encuentra disponible con reductora o palanca manual, además de con accionadores neumáticos, eléctricos e hidráulicos.

Adhesión y abrasión

Ebro considera que los elementos de aislamiento y dosificación deben reunir dos características principales: en concreto, deben ser resistentes a la adhesión y la abrasión.

La abrasión de los elementos de estanqueidad, los puntos de apoyo de los elementos móviles y los componentes de transporte o dosificación limitan las opciones en lo que respecta a las combinaciones de materiales. “En consecuencia, una evaluación óptima de los procesos es primordial”.

Tampoco hay que olvidar la adhesión: los materiales a granel, que tienden a ser adhesivos, pueden provocar problemas importantes en las válvulas de mariposa, dosificación o cierre.

La solución pasa por emplear revestimientos especiales, juntas de elastómero y elementos funcionales, como bridas y camisas expansibles, según explica Andreas Kühn, director de grandes cuentas de Ebro.

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Protección frente a materiales explosivos

No es raro que los productos a granel sean materiales explosivos, como suele ser el caso en la industria química. “Las consecuencias de las explosiones de polvo pueden ser devastadoras: pérdidas de producción; daños en los equipos, sistemas e instalaciones; e incluso lesiones personales”, comenta el fabricante de válvulas Hoerbiger. Por lo tanto, es indispensable contar con una protección frente a explosiones completa. Una válvula de descarga de apertura rápida ayuda en este sentido, ya que permite liberar el exceso de presión sin proyectar llamas. La purga del exceso de presión evita daños en el recipiente. “Después de una explosión, la válvula se vuelve a cerrar de forma estanca, evitando de este modo explosiones secundarias”, señala la empresa.

La cadena de manipulación de materiales a granel es larga y abarca desde la descarga hasta el almacenamiento, pasando por el transporte y el pesaje. La medición de nivel es de gran importancia para los operadores de silos, recipientes y tolvas con los que se manipulan estos productos. Siemens ha desarrollado un interruptor de vibración para los niveles alto, bajo y de demanda de materiales con baja densidad aparente. Se puede utilizar con productos de baja densidad aparente en polvo y granulares hasta 60 gramos/litro en el sector de la minería, la alimentación y el plástico, y en plantas químicas y farmacéuticas. El interruptor de vibración también actúa como dispositivo de protección frente al desbordamiento y el funcionamiento en seco. De hecho, es capaz de gestionar las vibraciones, que pueden ser elevadas. “El diseño de la horquilla vibratoria garantiza que los dientes de detección se mantengan limpios con la consiguiente reducción del mantenimiento”, explica Siemens. Esto reduce, a su vez, el coste de propiedad total: naturalmente, lo mismo se aplica a las válvulas de descarga, dosificación y cierre optimizados.

El auge de la automatización

Los fabricantes de válvulas de alta calidad para la manipulación de materiales a granel pueden beneficiarse de la actual situación del mercado: los procesos de producción en los mercados emergentes no dejan de automatizarse. Los productos en bolsas que hasta la fecha se desplazaban manualmente, ahora se transportan en conductos sellados, por motivos de higiene. “La dosificación manual se ha automatizado y los procesos de mezcla se han optimizado. El envasado automatizado de los productos finales también requiere válvulas de cierre considerablemente mejoradas”, afirma Andreas Kühn.

En general, países como Alemania, Italia y el Benelux son importantes compradores de válvulas para materiales a granel, ya que cuentan con una “consolidada ingeniería de planta orientada a la exportación”. China y Australia también están siendo objeto de atención, dado el “acusado aumento del procesamiento y la producción de materias primas” que están registrando. El mundo a veces no es suficiente…

Artículo de la feria Valve Expo

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