Consolidación temporal
El endurecimiento por tiempo se refiere al aumento de la resistencia interna de un material durante un almacenamiento en reposo. Este efecto puede producirse incluso sin una carga mecánica externa adicional, por ejemplo, solo por el peso propio o las condiciones ambientales. La causa son cambios estructurales físicos o químicos en el material que dependen del tiempo.
En ingeniería de procesos, la solidificación por el tiempo reviste especial importancia, sobre todo en el caso de polvos de grano fino y materiales a granel, así como en sustancias pastosas y viscoplastas. Algunos ejemplos son los polvos sensibles a la humedad, el azúcar recién molido, las masas, las mezclas pastosas, así como los productos que contienen almidón, derivados de la celulosa o espesantes. Los productos a granel pueden compactarse, formar puentes o «aglutinarse» en silos o contenedores IBC debido al almacenamiento, perdiendo así su fluidez.
Las causas del endurecimiento por tiempo son múltiples. Entre ellas se encuentran la reordenación de partículas y moléculas, el endurecimiento por contacto en los límites de grano, la formación de puentes de líquido, los procesos de cristalización o los mecanismos de reticulación física. A menudo, el endurecimiento por tiempo va acompañado de un aumento de la viscosidad aparente, un aumento del límite de fluencia o una mayor resistencia al cizallamiento.
σc= f(σ1)
- σ1 es la tensión de consolidación principal. Se trata de la mayor tensión normal a la que se ha sometido previamente el material a granel
- σc es la resistencia a la compresión uniaxial. Se trata de la tensión de compresión máxima que un material puede soportar cuando se le somete a una carga en una sola dirección antes de «romperse».
- ffc es el índice de fluidez
Un parámetro que se utiliza con frecuencia es el índice de fluidez (ffc). Cuanto mayor sea el ffc, mejor será la fluidez.
ffc = σ1 / σc
En la práctica, una descripción empírica puede utilizarse como «modelo de ajuste» para determinar el aumento de la resistencia σc(t).
σc(t) ≈ σc(t0) · (t/t0)n
- t0: es el momento inicial en el que se conoce la resistencia σc(t0), por ejemplo, tras 1 hora
- n es un exponente adimensional que indica la rapidez con la que aumenta la resistencia con el tiempo; se calcula a partir de datos de medición y depende del material y de las condiciones
La solidificación por tiempo influye en la mezcla, el transporte, el almacenamiento y la dosificación. Los productos que se solidifican tras una parada requieren, al reiniciar el proceso, pares de giro más elevados, accionamientos más potentes o dispositivos especiales de descarga. En mezcladoras, reactores y depósitos de almacenamiento, este efecto debe tenerse en cuenta en el diseño, el control del proceso y la elección de los dispositivos de descarga. Mediante un movimiento lento y sin espacios muertos, es posible evitar por completo el endurecimiento por tiempo. Una excelente solución técnica para ello es la mezcladora de silo Gyraton® de amixon®.