Sistema de silos de armazenamento para terminais de cimento destinado a operações contínuas de manuseamento de materiais a granel
Sistema de terminais de distribuição de cimento
Silo de um terminal de cimento a granel
Visão geral das informações básicas
- Material armazenado: Cimento, cimento Portland, cinzas volantes, escória granulada de alto-forno moída (GGBFS), calcário em pó, gesso em pó
- Número de silos: 6 conjuntos
- Tipo de silo: Silos de aço com estrutura em espiral
- Dimensões do silo: Φ12 m × H19 m (6 conjuntos)
- Diâmetro do silo: 12 m
- Altura do silo: 19 m
- Capacidade máxima de um único silo: Aprox. 2 100 m³
- Capacidade total de armazenamento: Aprox. 12 800–12 900 m³
Configuração da aplicação e do sistema
Sistema de silos para manuseamento de materiais a granel
Sistema de Terminais Logísticos de Cimento
- Sistema de receção e descarga de cimento: Estação de descarga de camiões de cimento a granel, transportadores pneumáticos, funis de descarga sem poeira e sistemas de filtragem de ar de admissão.
- Sistemas de transporte de cimento: Transportadores de parafuso, transportadores pneumáticos, transportadores de corrediça de ar e elevadores de caçambas.
- Sistemas de armazenamento e acondicionamento de cimento: Placas de arejamento para silos e sistemas de fluidização, juntamente com sistemas de controlo de vibrações e sistemas de regulação de temperatura e pressão.
- Sistemas de descarga e dosagem de cimento: Válvulas de descarga rotativas, alimentadores de parafuso e sistemas de pesagem gravimétrica, juntamente com sistemas de controlo de dosagem e dosagem.
- Sistemas de recolha de poeiras e ambientais: Filtros de mangas com jato pulsante, coletores de poeira para a parte superior de silos e sistemas de controlo de poeira por pressão negativa.
Setores e Clientes-alvo
- Setores de aplicação: Armazenamento de cimento, Fabrico de materiais de construção, Processamento de materiais de construção, Logística de produtos em pó a granel, Terminal e distribuição de cimento
- Clientes-alvo: Fábricas de cimento, centrais de betão pronto, fábricas de transformação de materiais de construção, terminais portuários de granéis, empreiteiros de engenharia EPC, empresas de comercialização de materiais de construção
Características do armazenamento de cimento e pós minerais
| Material | Densidade aparente típica | Fluidez | Características de armazenamento |
|---|---|---|---|
| Cimento | 1,1–1,4 t/m³ | Médio | O cimento é sensível à humidade e tem tendência a aglomerar-se, pelo que requer um sistema de ventilação no armazenamento hermético para manter a fluidez e facilitar a descarga dos silos. |
| Cinza volante | 0,8–1,1 t/m³ | Bom | As cinzas volantes têm um tamanho de partícula fino, boa fluidez e tendem a formar poeira, o que exige um controlo eficaz do pó e um sistema de transporte pneumático. |
| GGBFS (pó de escória) | 1,0–1,3 t/m³ | Médio–Bom | O GGBFS é um material hidráulico latente com fluidez moderada e pode sofrer compactação durante um armazenamento prolongado, o que requer a fluidização em silo. |
| Pó de calcário | 1,2–1,6 t/m³ | Bom–Médio | A fluidez do pó de calcário deteriora-se em condições húmidas, o que exige a utilização de adjuvantes de descarga fiáveis. |
| Pó de gesso | 0,9–1,2 t/m³ | Médio | O gesso em pó pode formar grumos durante o armazenamento e requer um nível controlado de humidade e uma ventilação estável. |
Definição das funções de engenharia e posicionamento funcional dos sistemas de silos dos terminais de cimento nas redes de logística de granéis
Os silos dos terminais de cimento são essencial no armazenamento temporário e na redistribuição do cimento no interior de logística de cimento a granel. Estão localizados entre as unidades de produção e os locais de utilização final (por exemplo, centrais de betão e estaleiros de construção) no âmbito das cadeias de abastecimento de cimento. Nos quadros de engenharia, aquisição e construção (EPC), os sistemas de silos são considerados sistemas de armazenamento que separam temporariamente os fluxos de oferta e procura de cimento. A taxa de oferta das fábricas de moagem de cimento situa-se entre 80 e 200 t/h, enquanto a taxa de procura de cimento varia entre 30 e 300 t/h, dependendo dos horários de entrega do cimento por camiões e navios.
Silo de armazenamento de cimento de Portland
Sistema de armazenamento do terminal de cimento
No âmbito mais alargado da engenharia de armazenamento industrial, aplica-se uma lógica de sistema semelhante num projeto de silo agrícola para cereais contexto em que a conservação a longo prazo e o armazenamento tampão de materiais granulares seguem princípios comparáveis de equilíbrio de fluxos em redes logísticas baseadas em silos.
Do ponto de vista da engenharia de sistemas, um terminal logístico de cimento combina as funções de armazenamento, transporte, e a carregar no âmbito da logística do transporte a granel. Os sistemas de silos dos terminais de cimento são normalmente concebidos para uma reserva operacional de 2 a 7 dias. Tendo em conta a variabilidade no volume de movimentação portuária e na disponibilidade de terreno, um silo de terminal pode armazenar entre 20 000 e 120 000 toneladas de cimento.
Os princípios modernos de conceção de sistemas de armazenamento EPC também se estendem a um sistema de silos de armazenamento a granel, onde a eficiência no manuseamento de materiais e a resistência à corrosão são otimizadas para diferentes pós e materiais granulares industriais em condições ambientais variáveis.
Em muitas aplicações de engenharia, a flexibilidade e a escalabilidade são alcançadas através de um sistema modular de silos de aço, o que permite uma expansão gradual da capacidade e facilita o transporte no âmbito de projetos de terminais de grande escala.
Concepção de silos para terminais de cimento de alto rendimento, com vista a uma descarga contínua e eficiente de granéis
Concepção de descarga contínua para silos de manuseamento de cimento a granel
No caso dos terminais de grande volume, os silos de cimento para manuseamento a granel são concebidos principalmente para descarga contínua, em oposição à descarga em lote. As taxas de descarga típicas situam-se entre 100 e 450 t/h para cada linha de silos, facilitadas pela aeração com controlo de fluxo e pelo fluxo assistido pela gravidade. O sistema para silos de cimento foi concebido para atingir caudal mássico com o caudal de saída estável, independentemente da procura nos processos a jusante.
Plano de engenharia do silo de cimento do porto
Nos sistemas de descarga contínua, as zonas de extração e de fluidização por aeração são separadas por uma pressão de ar de 0,2 – 0,6 MPa. Sob essa pressão, o cimento, com uma densidade aparente de 1,1 – 1,4 t/m³, mantém-se fluido durante todo o ciclo de descarga.
Os principais parâmetros de conceção podem ser resumidos da seguinte forma:
- Capacidade de descarga estável entre 150 e 400 t/h para cada linha de silos em funcionamento contínuo
- Pressão de aeração na faixa de 0,25 – 0,55 MPa para um fluxo estável do pó
- Diâmetro do silo na faixa de 8 a 25 m, dependendo das necessidades de armazenamento
- Velocidades de saída na faixa de 18 a 28 m/s em condutas de transporte pneumático
Na prática da conceção de engenharia, a definição precisa de parâmetros da estrutura do silo é fundamental para garantir estabilidade de descarga, segurança estrutural, e eficiência operacional a longo prazo em condições de carga contínua.
Comportamento estrutural do fluxo e efeito da geometria da tremonha na distribuição de cimento
O comportamento do fluxo em sistemas de manuseamento de cimento a granel depende do atrito nas paredes, da geometria da tremonha e da coesão do material. No caso do cimento Portland, o ângulo de atrito interno situa-se entre 30° e 38°, e a inclinação necessária da parede da tremonha, para se obter um fluxo em massa, situa-se entre 55° e 70°.
Uma conceção ineficiente pode provocar a formação de arcos e de «rat-holing», e pode reduzir a utilização efetiva do espaço de armazenamento em até 40%. Em contrapartida, as estruturas concebidas com base no fluxo mássico podem atingir uma taxa de utilização do armazenamento entre 95% e 98%.
| Parâmetro de conceção | Gama de Engenharia | Impacto funcional |
|---|---|---|
| Ângulo da tremonha | 55°–70° | Evita a formação de pontes de material |
| Coeficiente de atrito da parede | 0.35–0.55 | Controla a estabilidade do fluxo |
| Altura do silo | 20–60 m | Determina a capacidade de armazenamento (5 000–80 000 t) |
| Diâmetro da saída | 0,4–1,2 m | Controla a consistência da descarga |
O principal fator que controla as condições de fluxo num silo é a interação entre a geometria e o comportamento do pó, o que determina se o fluxo é do tipo fluxo em massa ou do tipo fluxo em funil.
Concepção da sincronização do transporte pneumático e da descarga de silos
O sistema moderno de armazenamento de um terminal de cimento deve ser compatível com os sistemas de transporte pneumático utilizados para o carregamento tanto de camiões como de navios. Os sistemas de transporte estão concebidos para funcionar num raio de 50 a 300 metros, com pressões na ordem dos 0,1 a 0,8 MPa.
Detalhes de ligação dos componentes do silo de cimento do porto
O controlo da interface entre a descarga do silo e a linha de transporte é assegurado através da utilização de válvulas rotativas, corrediças de ar ou alimentadores de parafuso, que proporcionam um caudal estável de 60 a 250 t/h por linha. Uma disparidade entre a capacidade de descarga e a capacidade de transporte pode resultar numa ineficiência do sistema 20% causada pela contrapressão.
De um modo geral, o controlo da sincronização do fluxo e os sistemas de corrediças de ar funcionam da seguinte forma:
- controlo da sincronização do fluxo: Estabilidade da taxa de descarga ±5%
- velocidade do sistema de transporte por corredora pneumática: 0,8 − 1,5 m/s para cimento em pó
- diferencial de pressão na interface de descarga: 0,05 − 0,15 MPa
- integração de equipamentos: 98%: desempenho ideal
Em certos terminais de exportação de grande capacidade, também se observam princípios semelhantes de transporte e distribuição em aplicações dos silos espirais de aço, onde o fluxo contínuo e a otimização estrutural são combinados para apoiar operações de manuseamento de materiais em grande escala.
Armazenamento temporário em vários silos e controlo de caudal
Sistema de armazenamento temporário com vários silos
A disposição dos terminais de distribuição de cimento em grande escala consiste normalmente em 3 a 12 silos, todos a funcionar em paralelo. Este projeto minimiza o impacto da variabilidade na produção sobre o despacho programado. Funciona como uma reserva para permitir o funcionamento contínuo, mesmo que algumas partes do sistema estejam indisponíveis.
Detalhes da fundação do silo de cimento e aço do porto
O projeto típico de uma estratégia de armazenamento temporário pressupõe um período prolongado de pico de procura (ou consumo) de 60 a 72 horas para cada agrupamento de silos. Para um terminal com uma capacidade de 3 000 toneladas por dia, isto traduz-se numa capacidade de armazenamento combinada de 9 000 a 18 000 toneladas por agrupamento.
As operações com vários silos incluem:
- Alocação dinâmica: Distribuição do cimento pelos silos com base no grau de qualidade
- Equilíbrio de carga: Equalização das caudais de descarga para 2 a 6 linhas de descarga
- Processamento em lotes: Distribuição de cimento multigrado
- Controlo do volume de tráfego do terminal: Manter uma eficiência de 85 a 97 %
Controlo da obstrução do fluxo através da segregação e da aeração
A instabilidade do fluxo nos silos de cimento resulta, normalmente, de variações de humidade, segregação de partículas e aderência às paredes do silo. O controlo destes parâmetros é fundamental, uma vez que a formação de arcos pode reduzir a descarga efetiva dos silos em até 30 a 50 %.
A maioria das soluções de engenharia centra-se na conceção de sistemas de arejamento para silos e na introdução de fluidização com controlo de poeiras. A injeção de ar é normalmente mantida entre 0,05 e 0,15 m³/min, por m² de piso do silo, para se conseguir uma ativação uniforme do material.
- Sistemas anti-arco: As almofadas de ar e os vibradores são utilizados para reduzir os bloqueios para 70 a 90 %.
- Controlo da segregação: Reduz o nível de segregação do material de enchimento durante o processo de descarga.
- Controlo de poeiras e eficiência: O sistema captura 99 % do pó dentro do alcance.
- Controlo da humidade: O cimento é mantido a uma humidade relativa inferior a 0,5 %.
Fiabilidade operacional e conceção estrutural dos silos de um terminal de cimento
Fiabilidade operacional de um sistema de armazenamento de cimento de alta frequência num terminal
As paredes dos silos sofrem concentrações de tensão que conduzem a valores máximos tensão de anel valores entre 120 e 180 kPa em plena carga. Considera-se que as forças eólicas e sísmicas introduzem tensões laterais na ordem dos 0,1 a 0,3 g, dependendo da classificação da zona no que diz respeito às cargas costeiras.
Bases de conceção estrutural e funcional para silos de cimento em portos e terminais
Os silos de cimento em ambientes marinhos têm de suportar esforços dinâmicos decorrentes da descarga, bem como a corrosão e as cargas cíclicas. As normas de projeto assumem normalmente uma vida útil de 50 anos, com uma margem de corrosão de 1,5 a 3,0 mm para o aço.
As margens mínimas de segurança em engenharia exigem:
- Cargas de vento entre 0,6 e 1,0 kN/m²
- Coeficiente de dimensionamento sísmico de 0,1 a 0,3 g
- Fator de segurança estrutural de 1,5 a 2,0 em carga máxima
- Pressão interna do cimento de 80 a 150 kPa
Controlo de estabilidade em operações contínuas de carregamento de navios e camiões
A natureza contínua das operações de carga exige que os sistemas de silos de descarga de cimento e os sistemas de transporte/logística subsequentes estejam bem coordenados. Os carregadores de navios, por exemplo, necessitam de um alcance da lança de 20 a 35 metros e de uma taxa de carga ideal de 500 t/h para manter a eficiência operacional no cais.
Os sistemas de carregamento de camiões são concebidos com 2 a 6 baías paralelas, sendo que cada baía atinge uma taxa de carregamento de 90 a 150 t/h. Atrasos no sistema de carregamento na ordem dos 15 a 30 minutos podem reduzir a eficiência de um terminal, com um impacto na ordem dos 10 a 20 por cento por turno operacional.
Para otimizar a conceção e a construção dos silos de terminais de cimento, os engenheiros de conceção devem também ter em conta os aspetos relacionados com o fluxo mecânico e a planificação (logística), para que o sistema funcione adequadamente. Prevê-se que, com uma conceção adequada dos sistemas terminais, o consumo de energia (por tonelada) possa ser reduzido em 10 a 18% e que os sistemas possam funcionar com uma eficiência operacional global de 20-35%, quando comparados com os sistemas convencionais de armazenamento em silos.
A flexibilidade para o envio de cimento a granel através de múltiplos sistemas de distribuição (sistemas integrados de transporte terrestre e marítimo) é também reforçada quando os silos dos terminais de cimento são concebidos com os sistemas de rede adequados.
