Fissazione temporale

Il termine "invecchiamento" indica l'aumento della resistenza interna di un materiale nel corso di un periodo di stoccaggio a riposo. Questo effetto può verificarsi anche in assenza di sollecitazioni meccaniche esterne aggiuntive, ad esempio solo a causa del peso proprio o delle condizioni ambientali. La causa è da ricercarsi in cambiamenti strutturali fisici o chimici nel materiale che dipendono dal tempo.

Nell'ingegneria dei processi, il consolidamento nel tempo riveste particolare importanza soprattutto nel caso di polveri a grana fine e materiali sfusi, nonché di sostanze pastose e viscoplastiche. Esempi sono le polveri sensibili all'umidità, lo zucchero appena macinato, gli impasti, le miscele pastose e i prodotti contenenti amido, derivati della cellulosa o addensanti. I materiali sfusi possono compattarsi, formare ponti o "agglomerarsi" durante lo stoccaggio in silos o IBC, perdendo così la loro fluidità.

Le cause dell'indurimento temporaneo sono molteplici. Tra queste figurano il riordino di particelle e molecole, l'indurimento da contatto ai bordi dei grani, la formazione di ponti liquidi, i processi di cristallizzazione o i meccanismi di reticolazione fisica. Spesso l'indurimento temporaneo è accompagnato da un aumento della viscosità apparente, da un innalzamento del limite di snervamento o da una maggiore resistenza al taglio.

σ_c= f(σ₁)

• σ1 è la tensione di consolidamento principale. Si tratta della tensione normale massima a cui il materiale sfuso è stato precedentemente sottoposto
• σc è la resistenza alla compressione uniaxiale. Si tratta della sollecitazione di compressione massima che un materiale è in grado di sopportare quando viene sottoposto a carico in una sola direzione, prima di «rompersi»
• ffc è l'indice di fluidità

Un parametro comunemente utilizzato è l'indice di scorrevolezza (Flowability Index, ffc). Maggiore è il valore di ffc, migliore è la scorrevolezza

ffc = σ₁ / σ_c

In pratica, una descrizione empirica può essere utilizzata come «modello di adattamento» per determinare l'aumento della resistenza σc(t).

σ_c(t) ≈ σ_c(t₀) · (t/t₀)ⁿ

• t0: è il tempo iniziale in cui è nota la resistenza σc(t0), ad esempio dopo 1 ora 
• n è un esponente adimensionale che indica la velocità con cui la resistenza aumenta nel tempo; viene ricavato dai dati di misurazione ed è specifico per il materiale e le condizioni

Il consolidamento nel tempo influisce sulla miscelazione, il trasporto, lo stoccaggio e il dosaggio. I prodotti che si consolidano dopo un periodo di inattività richiedono, al momento della ripartenza, coppie più elevate, azionamenti più potenti o dispositivi di scarico speciali. In miscelatori, reattori e serbatoi di stoccaggio, questo effetto deve essere preso in considerazione nella progettazione, nella gestione del processo e nella scelta degli organi di scarico. Grazie a un movimento lento e privo di spazi morti, è possibile evitare completamente il consolidamento nel tempo. Una soluzione tecnica eccellente a questo scopo è il miscelatore a silo Gyraton® di amixon®.