La separazione dei materiali è un problema intrinseco nella maggior parte delle tecnologie di stoccaggio. Con l'aumento della domanda di prodotti di qualità superiore, il problema dell'isolamento delle scorte si fa più acuto.
Come tutti sappiamo, i trasportatori telescopici radiali a pila rappresentano la soluzione più efficiente per la separazione delle pile. Possono creare scorte a strati, ognuno dei quali è composto da diversi materiali. Per creare scorte in questo modo, il trasportatore deve funzionare pressoché ininterrottamente. Sebbene il movimento dei trasportatori telescopici debba essere controllato manualmente, l'automazione è di gran lunga il metodo di controllo più efficiente.
I trasportatori retrattili automatici possono essere programmati per creare inventari personalizzati in una varietà di dimensioni, forme e configurazioni. Questa flessibilità praticamente illimitata può migliorare l'efficienza operativa complessiva e fornire prodotti di qualità superiore.
Gli appaltatori spendono milioni di dollari ogni anno per produrre aggregati per un'ampia varietà di applicazioni. Le applicazioni più comuni includono materiali di base, asfalto e calcestruzzo.
Il processo di creazione di prodotti per queste applicazioni è complesso e costoso. Specifiche e tolleranze più rigorose rendono la qualità del prodotto sempre più importante.
Infine, il materiale viene rimosso dal cumulo e trasportato in un luogo in cui verrà incorporato nel sottofondo, nell'asfalto o nel calcestruzzo.
Le attrezzature necessarie per la sverniciatura, la sabbiatura, la frantumazione e la vagliatura sono molto costose. Tuttavia, attrezzature all'avanguardia possono produrre aggregati in modo costante e conforme alle specifiche. L'inventario può sembrare un aspetto trascurabile della produzione integrata, ma se gestito in modo errato, può portare a un prodotto perfettamente conforme alle specifiche ma non conforme. Ciò significa che l'utilizzo di metodi di stoccaggio errati può comportare una perdita di parte dei costi di produzione di un prodotto di qualità.
Sebbene l'immagazzinamento di un prodotto possa comprometterne la qualità, l'inventario è una parte importante dell'intero processo produttivo. È un metodo di stoccaggio che garantisce la disponibilità del materiale. La velocità di produzione è spesso diversa dalla velocità di produzione necessaria per una determinata applicazione, e l'inventario contribuisce a compensare la differenza.
L'inventario fornisce inoltre agli appaltatori uno spazio di stoccaggio sufficiente per rispondere efficacemente alle fluttuazioni della domanda del mercato. Grazie ai vantaggi offerti dallo stoccaggio, questo sarà sempre una parte importante dell'intero processo produttivo. Pertanto, i produttori devono migliorare costantemente le proprie tecnologie di stoccaggio per ridurre i rischi associati.
L'argomento principale di questo articolo è l'isolamento. La segregazione è definita come "separazione del materiale in base alla granulometria". Diverse applicazioni degli aggregati richiedono qualità del materiale molto specifiche e uniformi. La segregazione porta a differenze eccessive nelle varietà di prodotto.
La separazione può avvenire praticamente in qualsiasi punto del processo di produzione degli aggregati, una volta che il prodotto è stato frantumato, setacciato e miscelato fino a ottenere la gradazione adeguata.
Il primo luogo in cui può avvenire la segregazione è l'inventario (vedi Figura 1). Una volta che il materiale è stato inserito nell'inventario, verrà riciclato e consegnato al luogo in cui verrà utilizzato.
Il secondo luogo in cui può verificarsi la separazione è durante la lavorazione e il trasporto. Una volta giunti presso un impianto di asfalto o calcestruzzo, gli aggregati vengono depositati in tramogge e/o silos di stoccaggio da cui vengono prelevati e utilizzati.
La separazione si verifica anche durante il riempimento e lo svuotamento di silos e silos. La segregazione può verificarsi anche durante l'applicazione della miscela finale su una strada o altra superficie, dopo che l'aggregato è stato miscelato con l'asfalto o il calcestruzzo.
L'omogeneità degli aggregati è essenziale per la produzione di asfalto o calcestruzzo di alta qualità. Le fluttuazioni nella granulometria degli aggregati distaccabili rendono praticamente impossibile ottenere un asfalto o un calcestruzzo di qualità accettabile.
Le particelle più piccole di un dato peso hanno una superficie totale maggiore rispetto alle particelle più grandi dello stesso peso. Questo crea problemi quando si combinano gli aggregati in miscele di asfalto o calcestruzzo. Se la percentuale di particelle fini nell'aggregato è troppo elevata, si verificherà una carenza di malta o bitume e la miscela risulterà troppo densa. Se la percentuale di particelle grossolane nell'aggregato è troppo elevata, si verificherà un eccesso di malta o bitume e la consistenza della miscela sarà eccessivamente liquida. Le strade costruite con aggregati separati presentano una scarsa integrità strutturale e alla fine avranno una durata inferiore rispetto alle strade costruite con prodotti correttamente separati.
Molti fattori portano alla segregazione delle scorte. Poiché la maggior parte delle scorte viene creata utilizzando nastri trasportatori, è importante comprendere l'impatto intrinseco di questi dispositivi sulla selezione dei materiali.
Mentre il nastro trasportatore trasporta il materiale, il nastro rimbalza leggermente quando passa sulla puleggia di rinvio. Ciò è dovuto al leggero gioco tra le pulegge di rinvio e la puleggia di rinvio. Questo movimento fa sì che le particelle più piccole si depositino sul fondo della sezione trasversale del materiale. La sovrapposizione dei granuli grossolani li mantiene in superficie.
Non appena il materiale raggiunge la ruota di scarico del nastro trasportatore, è già parzialmente separato dal materiale più grande in alto e da quello più piccolo in basso. Quando il materiale inizia a muoversi lungo la curva della ruota di scarico, le particelle superiori (esterne) si muovono a una velocità maggiore rispetto a quelle inferiori (interne). Questa differenza di velocità fa sì che le particelle più grandi si allontanino dal nastro trasportatore prima di cadere sulla pila, mentre le particelle più piccole cadono accanto al nastro trasportatore.
Inoltre, è più probabile che le particelle più piccole aderiscano al nastro trasportatore e non vengano scaricate finché il nastro non continua ad avvolgersi sulla ruota di scarico. Questo fa sì che le particelle più fini si spostino verso la parte anteriore della pila.
Quando il materiale cade su una pila, le particelle più grandi hanno una spinta in avanti maggiore rispetto a quelle più piccole. Questo fa sì che il materiale grossolano continui a scendere più facilmente rispetto a quello fine. Qualsiasi materiale, grande o piccolo, che cola lungo i lati di una pila è chiamato "sversamento".
Le fuoriuscite sono una delle principali cause di separazione del materiale e dovrebbero essere evitate il più possibile. Quando il materiale fuoriuscito inizia a rotolare lungo il pendio del cumulo, le particelle più grandi tendono a rotolare lungo l'intera lunghezza del pendio, mentre il materiale più fine tende a depositarsi sui lati del cumulo. Di conseguenza, man mano che il materiale fuoriuscito procede lungo i lati del cumulo, le particelle fini rimangono sempre meno nel materiale fluttuante.
Quando il materiale raggiunge il bordo inferiore o la base della pila, è composto principalmente da particelle più grandi. Le fuoriuscite causano una significativa segregazione, visibile nella sezione del materiale in magazzino. La base esterna della pila è costituita da un materiale più grossolano, mentre la pila interna e superiore è costituita da un materiale più fine.
Anche la forma delle particelle contribuisce agli effetti collaterali. Le particelle lisce o rotonde hanno maggiori probabilità di rotolare lungo il pendio della pila rispetto alle particelle fini, che solitamente hanno una forma quadrata. Il superamento dei limiti può anche danneggiare il materiale. Quando le particelle rotolano lungo un lato della pila, si sfregano l'una contro l'altra. Questa usura causa la frammentazione di alcune particelle in dimensioni più piccole.
Il vento è un altro motivo di isolamento. Dopo che il materiale lascia il nastro trasportatore e inizia a cadere nella pila, il vento influenza la traiettoria di movimento delle particelle di diverse dimensioni. Il vento ha una grande influenza sui materiali delicati. Questo perché il rapporto tra superficie e massa delle particelle più piccole è maggiore di quello delle particelle più grandi.
La probabilità di frazionamenti nell'inventario può variare a seconda del tipo di materiale presente in magazzino. Il fattore più importante in relazione alla segregazione è il grado di variazione granulometrica del materiale. I materiali con una maggiore variazione granulometrica presenteranno un grado di segregazione più elevato durante lo stoccaggio. Una regola generale è che se il rapporto tra la granulometria maggiore e quella minore supera 2:1, potrebbero esserci problemi di segregazione degli imballaggi. D'altra parte, se il rapporto granulometrico è inferiore a 2:1, la segregazione del volume è minima.
Ad esempio, i materiali di sottofondo contenenti particelle fino a 200 mesh possono delaminarsi durante lo stoccaggio. Tuttavia, quando si conservano oggetti come la pietra lavata, l'isolamento sarà trascurabile. Poiché la maggior parte della sabbia è bagnata, è spesso possibile stoccarla senza problemi di separazione. L'umidità fa sì che le particelle si attacchino tra loro, impedendone la separazione.
Quando il prodotto viene immagazzinato, a volte è impossibile evitarne l'isolamento. Il bordo esterno della pila finita è costituito principalmente da materiale grossolano, mentre l'interno contiene una maggiore concentrazione di materiale fine. Quando si preleva il materiale dalla fine di tali pile, è necessario prelevare palette da punti diversi per mescolarlo. Se si preleva il materiale solo dalla parte anteriore o posteriore della pila, si otterrà tutto il materiale grossolano o tutto il materiale fine.
Esistono anche opportunità per un isolamento aggiuntivo durante il carico dei camion. È importante che il metodo utilizzato non causi traboccamenti. Caricare prima la parte anteriore del camion, poi quella posteriore e infine quella centrale. Questo ridurrà al minimo gli effetti del sovraccarico all'interno del camion.
Gli approcci di gestione post-inventario sono utili, ma l'obiettivo dovrebbe essere quello di prevenire o ridurre al minimo le quarantene durante la creazione dell'inventario. Alcuni modi utili per prevenire l'isolamento includono:
Una volta accatastati su un camion, è necessario accatastarli ordinatamente in pile separate per ridurre al minimo le perdite. Il materiale deve essere accatastato utilizzando una pala caricatrice, sollevandola fino all'altezza massima della benna e scaricandola, in modo da mescolare il materiale. Se una pala caricatrice deve spostare e frantumare il materiale, non tentare di creare grandi cumuli.
Costruire l'inventario a strati può ridurre al minimo la segregazione. Questo tipo di magazzino può essere costruito con una ruspa. Se il materiale viene consegnato al piazzale, la ruspa deve spingerlo nello strato inclinato. Se la catasta è costruita con un nastro trasportatore, la ruspa deve spingere il materiale in uno strato orizzontale. In ogni caso, è necessario fare attenzione a non spingere il materiale oltre il bordo della catasta. Ciò può causare traboccamenti, che sono una delle principali cause di separazione.
L'accatastamento con bulldozer presenta diversi svantaggi. Due rischi significativi sono la degradazione e la contaminazione del prodotto. Le attrezzature pesanti che lavorano ininterrottamente sul prodotto lo compattano e lo schiacciano. Quando si utilizza questo metodo, i produttori devono fare attenzione a non degradare eccessivamente il prodotto nel tentativo di alleviare i problemi di separazione. La manodopera e le attrezzature aggiuntive richieste rendono spesso questo metodo proibitivo e i produttori devono ricorrere alla separazione durante la lavorazione.
I trasportatori a impilamento radiale contribuiscono a ridurre al minimo l'impatto della separazione. Man mano che le scorte si accumulano, il trasportatore si muove radialmente verso sinistra e verso destra. Durante il movimento radiale, le estremità delle pile, solitamente composte da materiale grossolano, saranno ricoperte da materiale fine. Le dita anteriori e posteriori saranno ancora ruvide, ma la pila sarà più mista rispetto alla pila dei coni.
Esiste una relazione diretta tra l'altezza e la caduta libera del materiale e il grado di segregazione che si verifica. All'aumentare dell'altezza e dell'espansione della traiettoria del materiale in caduta, si verifica una crescente separazione tra materiale fine e grossolano. I trasportatori ad altezza variabile rappresentano quindi un ulteriore modo per ridurre la segregazione. Nella fase iniziale, il trasportatore dovrebbe trovarsi nella posizione più bassa. La distanza dalla puleggia di testa deve essere sempre la più breve possibile.
La caduta libera da un nastro trasportatore su una pila è un altro motivo di separazione. Le scale in pietra riducono al minimo la segregazione eliminando il materiale in caduta libera. Una scala in pietra è una struttura che consente al materiale di scorrere lungo i gradini fino alle pile. È efficace, ma ha un'applicazione limitata.
La separazione causata dal vento può essere ridotta al minimo utilizzando scivoli telescopici. Gli scivoli telescopici sulle pulegge di scarico del trasportatore, che si estendono dalla puleggia alla pila, proteggono dal vento e ne limitano l'impatto. Se progettati correttamente, possono anche limitare la caduta libera del materiale.
Come accennato in precedenza, il nastro trasportatore è già isolato prima di raggiungere il punto di scarico. Inoltre, quando il materiale lascia il nastro trasportatore, si verifica un'ulteriore segregazione. È possibile installare una ruota a pale nel punto di scarico per rimescolare il materiale. Le ruote rotanti sono dotate di ali o pale che attraversano e mescolano il percorso del materiale. Ciò riduce al minimo la segregazione, ma la degradazione del materiale potrebbe non essere accettabile.
La separazione può comportare costi significativi. Un inventario non conforme alle specifiche può comportare sanzioni o il rifiuto dell'intero inventario. Se materiale non conforme viene consegnato in cantiere, le multe possono superare i 0,75 dollari a tonnellata. I costi di manodopera e attrezzature per la bonifica di cumuli di scarsa qualità sono spesso proibitivi. Il costo orario di costruzione di un magazzino con una ruspa e un operatore è superiore al costo di un trasportatore telescopico automatico e il materiale potrebbe decomporsi o contaminarsi per mantenere una corretta smistamento. Ciò riduce il valore del prodotto. Inoltre, quando attrezzature come una ruspa vengono utilizzate per attività non produttive, vi è un costo opportunità associato all'utilizzo dell'attrezzatura quando era stata capitalizzata per attività produttive.
Un altro approccio può essere adottato per minimizzare l'impatto dell'isolamento durante la creazione dell'inventario in applicazioni in cui l'isolamento può rappresentare un problema. Questo include l'impilamento a livelli, in cui ogni livello è costituito da una serie di stack.
Nella sezione "pila", ogni pila è mostrata come una pila in miniatura. La divisione avviene ancora su ogni singolo heap a causa degli stessi effetti discussi in precedenza. Tuttavia, il pattern di isolamento si ripete più spesso sull'intera sezione trasversale della pila. Si dice che tali pile abbiano una maggiore "risoluzione di divisione" perché il pattern di gradiente discreto si ripete più spesso a intervalli più brevi.
Quando si lavora una pila con un caricatore frontale, non è necessario mescolare i materiali, poiché una sola pala ne contiene diverse. Una volta ricomposta la pila, i singoli strati sono chiaramente visibili (vedi Figura 2).
Le pile possono essere create utilizzando diversi metodi di stoccaggio. Un modo è quello di utilizzare un sistema di trasporto a ponte e scarico, sebbene questa opzione sia adatta solo per applicazioni fisse. Uno svantaggio significativo dei sistemi di trasporto fissi è che la loro altezza è solitamente fissa, il che può portare alla separazione del materiale per effetto del vento, come descritto in precedenza.
Un altro metodo è quello di utilizzare un trasportatore telescopico. I trasportatori telescopici offrono il modo più efficiente per formare pile e sono spesso preferiti ai sistemi fissi, poiché possono essere spostati quando necessario e molti sono progettati per essere trasportati su strada.
I trasportatori telescopici sono costituiti da trasportatori (trasportatori di protezione) installati all'interno di trasportatori esterni della stessa lunghezza. Il trasportatore di ribaltamento può muoversi linearmente lungo la lunghezza del trasportatore esterno per modificare la posizione della puleggia di scarico. L'altezza della ruota di scarico e la posizione radiale del trasportatore sono variabili.
La variazione triassiale della ruota di scarico è essenziale per creare pile a strati che superino il problema della segregazione. I sistemi di argani a fune vengono in genere utilizzati per estendere e retrarre i nastri trasportatori di alimentazione. Il movimento radiale del nastro trasportatore può essere effettuato tramite un sistema a catena e pignone o tramite un riduttore epicicloidale a comando idraulico. L'altezza del nastro trasportatore viene solitamente modificata estendendo i cilindri telescopici del carrello. Tutti questi movimenti devono essere controllati per creare automaticamente pile multistrato.
I trasportatori telescopici sono dotati di un meccanismo per la creazione di pile multistrato. Ridurre al minimo la profondità di ogni strato contribuirà a limitare la separazione. Ciò richiede che il trasportatore continui a muoversi man mano che l'inventario si accumula. La necessità di un movimento costante rende necessaria l'automazione dei trasportatori telescopici. Esistono diversi metodi di automazione, alcuni dei quali sono più economici ma presentano limitazioni significative, mentre altri sono completamente programmabili e offrono maggiore flessibilità nella creazione dell'inventario.
Quando il trasportatore inizia ad accumulare materiale, si muove radialmente durante il trasporto. Il trasportatore si muove finché un finecorsa montato sull'albero del trasportatore non viene attivato lungo il suo percorso radiale. Il finecorsa viene posizionato in base alla lunghezza dell'arco che l'operatore desidera che il nastro trasportatore si muova. A questo punto, il trasportatore si estenderà fino a una distanza predeterminata e inizierà a muoversi nella direzione opposta. Questo processo continua finché il trasportatore a traverse non raggiunge la sua massima estensione e il primo strato non è completato.
Una volta completato il secondo livello, la punta inizia a ritrarsi dalla sua massima estensione, muovendosi radialmente e ritraendosi al limite arcuato. Costruire strati finché l'interruttore di inclinazione montato sulla ruota di supporto non viene attivato dalla pila.
Il trasportatore percorrerà la distanza impostata e inizierà il secondo sollevamento. Ogni sollevatore può essere composto da più strati, a seconda della velocità del materiale. Il secondo sollevamento è simile al primo, e così via fino a formare l'intera catasta. Gran parte del cumulo risultante è deisolata, ma si verificano eccedenze ai bordi di ogni catasta. Questo perché i nastri trasportatori non possono regolare automaticamente la posizione dei finecorsa o degli oggetti utilizzati per azionarli. Il finecorsa di retrazione deve essere regolato in modo che l'eccesso di materiale non seppellisca l'albero del trasportatore.