Vlastnosti, charakteristiky a rizikové vlivy sypkých hmot

8.3.6.1

Vlastnosti, charakteristiky a rizikové vlivy sypkých hmot

Ing. Antonín Dušátko

 NahoruMechanicko – fyzikální vlastnosti sypkých hmot

Mechanicko – fyzikální vlastnosti sypkých hmot předurčují schopnost příslušné sypké hmoty "protékat“ přes různé otvory, výsypky, zásobníky apod. a sledovat změny toku. Přitom základní vlastnost sypkých hmot, kterou se tyto odlišují od kapalin, představuje jejich schopnost přenášet třecí síly v klidu. V kapalinách vznikají třecí síly pouze za pohybu, to znamená při určitém gradientu rychlosti, a takovéto síly jsou úměrné právě tomuto gradientu. V klidovém stavu pak tyto síly zanikají. U sypkých hmot třecí síly působí stále a jsou poměrně málo závislé na gradientu rychlosti (pro praktické účely lze vliv gradientu rychlosti dokonce zanedbat).

Existenci třecích sil lze poměrně snadno pochopit při pozorování hromady nesoudržné sypké hmoty (volně tekoucího sypkého materiálu bez adhezních sil). Takováto hromada drží pohromadě v důsledku třecích sil uvnitř sypké hmoty – materiálu (mezi jejich částicemi) a dále pak v důsledku třecích sil mezi sypkou hmotou a základnou. Nebýt těchto sil potom by se uvažovaná hromada "roztekla“ jako kapalina.

 NahoruKlasifikace sypkých hmot

Sypké hmoty se klasifikují podle následujících hledisek:

1. zrnitosti, vyjadřující rozměry a tvar zrn. (již bylo uvedeno, že sypká hmota je chápána jako materiál – náklad sestávající z jednotlivých částic – zrn). Za rozměr zrna je považována nejdelší hrana pravoúhlého rovnoběžnostěnu opsaného zrnu. Podle poměru velikostí zrn rozlišujeme sypké hmoty:

   • tříděné- s poměrem mezi rozměrem největšího a nejmenšího zrna do 2,5,

   • netříděné- s udaným poměrem nad 2,5.

   Pro charakteristiku zrnitosti se sypké hmoty dělí – v závislosti na tvaru zrn, do následujících skupin:

   1. ostré rohy s třemi podobnými rozměry (např. krychle),

   2. ostré rohy s jedním rozměrem ze tří převážně větším než druhé dva (např. tyč, hranol),

   3. ostré rohy s jedním rozměrem ze tří výrazně menším než druhé dva (např. list, deska),

   4. zakulacené rohy se třemi rozměry podobnými (např. koule),

   5. zakulacené rohy s jedním rozměrem ze tří výrazně větším než druhé dva (např. válec),

   6. vláknité – zkadeřené – článkovité.

   Ve všech šesti skupinách povrch zrn může být: hladký, drsný, měkký, tvrdý, či pružný.

   Rozměry zrn, které přicházejí do zpracovatelských, dopravních a skladovacích systémů jsou jednou z nejdůležitějších charakteristik, kterou je nutno uvažovat při výběru a používání způsobů dopravy a dopravního, resp. skladovacího zařízení. Maximální rozměr zrna určuje např. velikost násypných a vypouštěcích otvorů, rozměry korečku, šířku skluzu či pásu, průměr šneku apod. Podle rozměrů zrn se i sypké hmoty třídí.

   Třídění sypkých hmot podle velikosti zrn

   Sypká hmota	Rozměr zrna (mm) od – do
   velmi jemná	0,07 – 0,4
   jemná	0,5 – 3,5
   jemně zrnitá	3,6 – 13,0
   středně zrnitá	14,0 – 75,0
   hrubě zrnitá	nad 75,0

2. soudržnosti, sypnosti, která je dána vzájemným silovým působením jednotlivých zrn; je charakterizována sypným úhlem – tj. úhlem udávaným v úhlových stupních, který svírá vodorovná rovina a povrchová přímka sypného kužele. Podle sypnosti vyjádřené sypným úhlem se sypké hmoty třídí.

   Třídění sypkých hmot podle sypnosti

   Sypná hmota	Rozsah sypných úhlů
   velmi volně sypká	max. 6°
   volně sypká	max. 15°
   normálně sypká	max. 30°
   málo sypká až vazká	nad 30°

   Sypný úhel se mění, působí-li na nasypané těleso další vlivy jako je setřásání, slehávání atd. V této souvislosti rozeznáváme:

   • dynamický sypný úhel- tj. úhel, který svírá vodorovná rovina a povrchová přímka nasypaného tělesa na které působí vibrace,

   • slehlý sypný úhel- tj. stejný úhel za situace, že nasypané těleso je ve slehlém stavu.

   Soudržnost – sypnost sypkých hmot se dále vyjadřuje ú hlem skluzu – tj. úhlem měřeným ve stupních od vodorovné roviny, při kterém začíná sypká hmota klouzat po nakloněném povrchu podložky.

3. odporu při dopravě; uvažují se odpory dané tvary a rozměry zrn a dále pak vnitřním třením sypkých hmot, zahrnutých v součiniteli odporu, který je vyšší než obvyklé hodnoty součinitele tření,

4. objemové sypné hmotnosti, která je chápána jako poměr hmotnosti vyjádřené v t (kg) k objemu udanému v m³ v sypkém stavu,

5. teploty, udávané ve °C, přičemž při proměnné teplotě je nutné znát její krajní hodnoty,

6. vlhkosti, která vyjadřuje obsah vody, jenž se odpaří sušením. Udává se v % podle následujícího vztahu:

          

   m1 – m2
   vlhkost =	_____________	. 100, kde:
   m1

   m₁...... udává hmotnost vlhké hmoty,

   m₂...... udává hmotnost suché hmoty

 NahoruČlenění sypkých hmot

Sypké hmoty se člení v závislosti na jejich obecných vlastnostech a rizikových vlivech při dopravě a skladování podle:

1. abrazivnosti; jedná se o kombinaci vlastností sypkých hmot, které způsobují odírání povrchů jednak vlastních částic – zrn, jednak dopravních a skladovacích zařízení, se kterými přichází do styku. Součinitel abrazivnosti ÷ sypkých hmot se stanoví metodou číselných součinitelů tvrdosti, měrné hmotnosti, tvaru a rozměrů zrn takto:

   
   Tabulka pro určení β₁ – součinitele tvrdosti.

   Číslo tvrdosti dle Mohseho stupnice	Součinitel β1	Přibližně odpovídá
   1	1	Mastek – klouzek
   2	4	Sádrovec – sádra
   3	9	Vápenec – vápník, měď, bauxit
   4	16	Kazivec –fluorit, cementová malta
   5	25	Apatit – okuje, sklo
   6	36	Živec – cement, slínek, písek
   7	49	Křemen – železná ruda, křemenný písek
   8	64	Topas – chrysoberyl
   9	81	Korund – safír, karborundum
   10	100	Diamant

   Poznámka:
   Tvrdost rostlinných a živočišných výrobků, které nelze měřit podle Mohseovy stupnice, se předpokládá ve stupni 1 a menším.

    NahoruTabulka pro určení β₂ – součinitele měrné hmotnosti

   Objemová sypná hmotnost větší než – do (kg . m-3)	Součinitel β2
   0 – 960	1
   960 – 1920	1,1
   1920 – 2880	1,2
   2880 – 3850	1,3
   3850 – 4800	1,4
   4800 – 7370	1,5
   7370 – 8330	1,6

    NahoruTabulka pro určení β₃ – součinitele tvaru zrn.

   Zrna tvaru	Součinitel β3
   kulatá	1,0
   zaoblená – částečně	1,5
   ostrohranná	2,0

    NahoruTabulka pro určení β₄ – součinitele rozměrů zrn.

   Rozměr zrna (mm) od – do	Souãinitel β4
   0,07 – 0,4	1,0
   0,5 – 3,5	1,1
   3,6 – 13,0	1,2
   14,0 – 75,0	1,3
   Nad 75,0	1,3
   nepravidelně, různé velikosti, nestejné	1,3

2. slepování a tvrdnutí; některé sypké hmoty – zejména s větším obsahem vlhkosti ulpívají na částech dopravních a skladovacích zařízení, ale i na zařízení určených pro nakládku a vykládku. Přitom působením vzduchu a zvýšené teploty se postupně snižuje vlhkost a usazenina tvrdne (zatvrdne). Jedná se o jeden z rozhodujících vlivů, který ovlivňuje nejen bezpečnost příslušného zařízení, ale zejména bezpečnost jeho provozu a obsluhy,

3. vytváření nebo vázání statické elektřiny; při dopravě některých druhů sypkých hmot se vytvářejí podmínky pro vzájemný přístup elementárních záporných a kladných elektrických nábojů mezi dopravovanou hmotou a částmi zařízení pro plynulou dopravu nákladů. U povrchu jedné z hmot se nahromadí záporné, u povrchu druhé kladné elektrické náboje. Při oddělování obou hmot zůstane tento stav částečně zachován, čímž se na povrchových plochách objeví stejně velké volné elektrické náboje opačných polarit. Rovněž tato vlastnost sypkých hmot může výrazným způsobem ovlivnit nejen bezpečnost příslušného zařízení, ale zejména bezpečnost jeho provozu a obsluhy,

4. poškoditelnosti při dopravě; poškoditelnost sypkých hmot představuje snížení jejich užitných vlastností a to jak na dopravním zařízení, tak i při skladování vlivem prostředí. Výsledkem může být změna jejich vlastností pro dopravu a skladování,

5. zápalnosti; tj. schopnosti sypkých hmot hořet po dosažení zápalné teploty. Sypké hmoty s nízkou zápalnou teplotou představují značné nebezpečí z požárního, ale i bezpečnostního hlediska,

6. plasticity – měknutí; plasticita představuje sklon určitých druhů sypkých hmot k samovolnému měknutí vlivem malých změn prostředí – kupř. teploty, atmosférického tlaku apod. Jedná se o vlastnost, která může výrazným způsobem ovlivnit nejen bezpečnost práce, ale i provozuschopnost a funkčnost příslušného zařízení,

7. prašnosti; prašné jsou takové sypké hmoty, které mají zrna tak malých rozměrů (ve vazbě též na objemovou sypnou hmotnost), že dochází k jejich vznášení,

8. nakypřivosti; nakypřivé jsou ty sypké hmoty o malých rozměrů zrn, které vlivem pohybu (při protřepávání) zvětšují svůj objem v důsledku změn velikosti a tvaru zrn a zmenšováním vzduchových mezer mezi zrny,

9. výbušnosti; pro výbušné sypké hmoty a hmoty se sklonem k výbušnosti vlivem působení prostředí a prováděné manipulace platí specifické podmínky. Výbušnost představuje opět jeden z rozhodujících rizikových faktorů ovlivňujících jak bezpečnost jednotlivých zařízení pro plynulou dopravu nákladů a skladovacích zařízení sypkých hmot, tak i bezpečnost jejich provozu a obsluhy,

10. lepivosti, projevující se ulpíváním větší části zrn na jednotlivých zařízení pro plynulou dopravu nákladů a skladovacích zařízení sypkých hmot,

11. znečistitelnosti; znečistitelné sypké hmoty jsou ty, u kterých se snižuje jejich upotřebitelnost přimíšením cizích částí v průběhu dopravy či skladování,

12. drobivosti; drobivost sypkých hmot je vlastnost zmenšovat rozměr zrn mechanickými vlivy nebo samovolně. Vlivem drobivosti může docházet ke změnám chování sypkých hmot nejen při jejich dopravě a skladování, ale i při použití,

13. škodlivosti tvorbou plynů nebo par; sypké hmoty produkující plyn, dým, páry, prach atd., nebezpečné pro své okolí (člověka, objekty a technologická zařízení) jsou klasifikovány jako škodlivé,

14. korozivzdornosti; za korozivní jsou pokládány takové sypké hmoty, které chemicky působí při vzájemném styku na jiná tělesa a způsobují korozi jejich povrchů,

15. hygroskopičnosti; hygroskopické – navlhavé jsou ty sypké hmoty, které mají vlastnost pohlcovat vlhkost okolního prostředí – ovzduší. Se vzrůstající vlhkostí sypké hmoty většinou klesá zejména její sypnost, narůstá slepovatelnost, lepivost atd.,

16. slepovatelnosti; ke slepování dochází tehdy, když se původní rozměry zrn sypkých hmot zvětšují vzájemným spojováním a vytvářením stálých tvarů,

17. obsahu olejů a tuků; sypké hmoty s hodnoceným obsahem olejů nebo tuků jsou takové, které mohou nepříznivě působit na části jednotlivých zařízení pro plynulou dopravu nákladů a skladovacích zařízení sypkých hmot,

18. shlukování; tj. vlastnosti sypkých hmot vytvářet za normálních teplot, tlaku a ostatních podmínek shluky nebo vrstvy spojených zrn,

19. polétavosti – lehkosti; polétavé a velmi lehké sypké hmoty, které mohou být snadno odváty z dopravních ale i skladovacích zařízení, vyžadují zvláštní podmínky při dopravě za…