Transported e Solid Os

OPERAÇÕES UNITÁRIAS IOPERAÇÕES UNITÁRIAS 1

SÓLIDOS PARTICULADOS 3:

- TRANSPORTE DE SÓLIDOS PARTICULADOS- ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS PARTICULADOS

PROF. DR. FÉLIX MONTEIRO PEREIRA

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TRANSPORTE DE SÓLIDOS

SELEÇÃO DO TRANSPORTADOR

Depende de vários aspectos:• Exigências de capacidade;• Distância de transferência;• Tipo de deslocamento – vertical, horizontal ou ambos;• Características do material – propriedades físicas e químicas;• Exigências do processo - misturação, desidratação,aquecimento, resfriamento, classificação por tamanho com peneiras ou crivos, etc;• Custo – influenciado pela qualidade das peças, rolamentos, motor, etc.

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ESCOLHA DO TRANSPORTADOR PELA FUNÇÃO A SER DESEMPENHADA

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ESCOLHA DO ALIMENTADOR EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICASDOS SÓLIDOS

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Outros materiais podem ser vistos em anexo na página do professor.

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UNIDADE MOTRIZ

Unidades de velocidade fixa:São escolhidas quando a velocidade inicial do sistema não precisaser modificada durante a operação normal. Havendo necessidadede pequenas alterações de velocidade, basta a troca de polias e deengrenagens.

Unidades de velocidade variável:Podem ser projetadas para modificar o andamento, manual ouautomaticamente, durante a operação do sistema transportador,tendo em vista as necessidades eventuais do processo.

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UNIDADE MOTRIZ

Unidades de velocidade fixa:São escolhidas quando a velocidade inicial do sistema não precisaser modificada durante a operação normal. Havendo necessidadede pequenas alterações de velocidade, basta a troca de polias e deengrenagens.

Unidades de velocidade variável:Podem ser projetadas para modificar o andamento, manual ouautomaticamente, durante a operação do sistema transportador,tendo em vista as necessidades eventuais do processo.

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MOTORES

Os motores das unidades motrizes são em geral trifásicos, a 60 Hz,220 V, ou 220/440 V, ou 550 V, ou 208 V (tetrapolares). São tambémcomuns os que operam a 240 V ou 480 V. Há uma forte preferênciapor motores a corrente contínua, quando o ajuste de velocidadedeve ser feito com grande precisãoem uma larga faixa de variação;existem, no entanto, muitas unidades ajustáveis, operadas pormotores a corrente alternada a indução, alimentados poralternadores ou por embreagens operadas pela rede de c.a.

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TRANSPORTADOR PARAFUSO (OU HELICOIDAL)É um dos mais antigos e versáteis. Consiste numa helicóide (barraachatada de aço enrolada ao modo de uma hélice) ou em diversasseções helicoidais (formadas a partir de uma chapa planaconvenientemente cortada e conformada) montados sobre um eixoque gira numa calha semicilíndrica, ou cilíndrica. A potência motriz étransmitida através do eixo e está limitada pelo tamanhopermissível dessa peça. A capacidade é, em geral, restrita aomáximo de cerca de300 m³/h.Podem ser adaptados a uma grande variedade de operações deprocessamento: mistura, manipular material pegajoso,aquecimento, resfriamento ou secagem, etc.

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TRANSPORTADOR PARAFUSO (OU HELICOIDAL)

http://www.youtube.com/watch?v=G9P_LokOjFA http://www.youtube.com/watch?v=BCbLZqbQWeA

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CONSUMO DE POTÊNCIA EM TRANSPORTADORES PARAFUSO (OUHELICOIDAL)

A potência necessária para o transporte de sólidos emtransportadores parafuso é dada por:P = PH + PN + Pst

onde,PH = potência requerida para o progresso do material;PN = potência de acionamento do transportador vazio;Pst = potência requerida para elevação do material.

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Potência requerida para o progresso do material PH:

Para um comprimento L do transportador, a potência PH em kW é o produto dofluxo mássico de material (Im pelo comprimento L e um coeficiente de resistênciaao progresso λ, também chamado de coeficiente “artificial” de atrito ou ainda defator de potência (normalmente designado por “F” nas tabelas de algunsfornecedores).

PH = Im.L. λ.g / 3600 (kW) = Im.L. λ / 367 (kW)

Cada material possui um determinado valor de λ,. Para materiais como salmineral, etc, o valor médio de λ é 2.5. Para gesso, argila irregular ou seca e fina,areia de fundição, cimento, cinzas, cal, areia grossa comum, o valor médio de λ é4,0.

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Potência de acionamento do transportador parafuso vazio, PN:

Este requerimento de potência é, normalmente, muito pequenoperante o para mover e elevar o material, e pode ser estimado emfunção do diâmetro do parafuso (D) e do comprimento dotransportador L:

PN = D.L / 20 (kW)

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Potência requerida para elevação do material: Pst

Este requerimento de potência é o produto do fluxo mássico pelaaltura de elevação do material (H) e a aceleração gravitacional (g).Pst = Im.H.g / 3600 = Im.H / 367H deve ser positivo para transportadores de parafusos ascendentese negativo para descendentes.

Potência total:P = (Im (λ.L + H) / 367) + (D.L /20) (kW)

Potência do motor:Pmotor=G.P/ηonde G é um fator de potência (tabelado em função doproduto a ser elevado) e η é a eficiênciado motor.

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EXEMPLO:15 ton/h de carbonato de sódio deve ser transportado a umadistância de 30 m e elevado a 9 m. O material possui um coeficientede resistência igual a 0,7, sendo recomendada no catálogo dofabricante, para esse fluxo e esse tipo de material, a utilização deum parafuso de 12 in (0,3 m) de diâmetro, de rolamentos auto-lubrificados de bronze com η=0,93 e com um fator de correção

de potência G=1,25. Estime a potência necessária ao

processo e a potência mínima do motor.Resposta:

P = (15 (0,7*30 + 9) / 367) + (0,3*30 /20) =1,68kW=2,25hpPmotor=1,25*2,25/0,93=3 hp

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Correia transportadora (ou esteira rolante)

A correia transportadora tem aplicações quase universais. Pode operar ao longode quilômetros, com velocidades de até 5 m/s, e transportar 5.000 ton/h. Podefuncionar também a curtas distâncias, com velocidades muito baixas.A inclinação da correia transportadora está limitada a um ângulo máximo daordem de 30°. As mais comuns têm inclinação no intervalo de 18° a 20°. Aesteira pode apresentar um custo inicial mais elevado do que outrostransportadores e pode exigir mais ou menos manutenção, dependendo dotempo de ociosidade. É, porém, um tipo de transportador que, com umamanutenção preventiva boa,sobreviverá a quase qualquer outro modelo. Porisso, em termos de custo por tonelada transportada, as correias transportadoraspossuem notáveis vantagens econômicas.

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http://www.youtube.com/watch?v=JYAsdmujnLA http://www.youtube.com/watch?v=b-sfR651CU0

Cinta planaCinta côncova

Cinta fechada ou tubo

http://www.youtube.com/watch?v=JDwdYQASV2E

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TRANSPORTE DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE SÓLIDOS

Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras

Os cálculos envolvidos em correias transportadoras são muito importantes para aconcepção do sistema de transporte. Os diferentes componentes de um sistemade correias transportadoras normalmente são motores elétricos, polias, tensores,e uma longa cinta. Um sistema de transporte simples pode representado pelaseguinte figura:

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Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correiastransportadoras

Tensão na cinta: No estado estacionário, a tensão na cinta pode ser calculada por:Tb = 1.37*f*L*g*[2*mi+ (2*mb + mm)*cos (δ)] + (H*g*mm)…….eqn.1.1Onde:Tb é a tensão na cinta em N.f = Coeficiente de atritoL = Comprimento do transportador (aproximadamente metade do comprimentototal da cinta).g = Aceleração gravitacionalmi = Carga devido aos roletes em Kg/m.mb = Carga devido à cinta em Kg/m.mm = Carga devido ao material transportado em Kg/m.δ = ângulo de inclinação do transportador em graus.H = altura vertical do carregador em m.

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Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correiastransportadoras

Carga devido aos roletes (mi):Pode ser calculada como segue:mi = (massa do conjunto de roletes) / (espaçamento dos roletes)...eqn.1.2

Potência das polias tensionadoras: A potência requerida pelas poliastensionadoras pode ser calculada por:Pp = (Tb*V)/1000……………..eqn.1.3

Onde,Pp está em kW.Tb = tensão na cinta no estado estacionário em N.v = velocidade da cinta em m/s.

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Tensão na cinta durante o acionamento do sistema: Inicialmente, durante a partida do sistema de transporte, a tensão na cinta será muito maior que a tensão no estadoestacionário, podendo ser calculada por:Tbs =Tb*Ks………………..eqn.1.4

Where,Tbs is in N.Tb = tensão na cinta no estado estacionário em N.Ks = fator de partida

Dimensionamento do motor: A potência mínima do motor pode ser calculada como:Pm = Pp/Kd………………eqn.1.5

Where,Pm é em kW.Pp = potência no rolete tendionador em kWKd = eficiência do motor.

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Aceleração: A aceleração no transportador de correias pode ser calculado por:A= (Tbs – Tb)/ [L*(2*mi + 2*mb+mm)]……………………eqn.1.6

Onde,A é em m/sec2

Resistência à ruptura da cinta: Este parãmetro é útil na seleção do transportador de correia e pode ser estimada por::Bs= (Cr*Pp)/ (Cv*V)…………..eqn.1.7

Where,Bs é em N.Cr = fator de fricçãoCv = fator de rupturaPp = Potência no rolete tensionador em NV = velocidade da cinta em m/s

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Exemplo:

Dados de entrada:Capacidade do transportador (Cc) = 1500 t/h = 416.67 kg/sVelocidade da cinta (V) = 1,5 m/sElevação de transporte (H) = 20 mComprimento do transportador (L) = 250 mMassa do conjunto de roletes (m’i) = 20 KgEspaçamento entre os roletes (l’) = 1.2 mCrga devido à cinta (mb) = 25 kg/mÂngulo de inclinação do transportador (δ) = 5 0

Coeficiente de atrito (f) = 0,02Fator de partida (Ks) = 1,5Drive efficiency (Kd) = 0,9Fator de fricção (Cr) = 15Fator de ruptura (Cv) = 0,75

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Cálculo dos parâmetros:

Primeiro utiliza-se a eqn.1.2 para calcular a carga devido aos roletes:mi = (20/1.2) = 16.67 kg/mA eqn.1.1 para a tensão na cinta no estado estacionário:Tb = 1.37*0.02*250*9.81*[16.67+ {2*25+ (416.67/1.5)}*cos (5)] + (20*9.81* (416.67/1.5)) = 77556.88 N.A tensão na cinta durante a partida eqn.1.4:Tbs = 1.5 * 77556.88 = 116335.32 NPotência na polia tensionadora, eqn.1.3:Pp = (77556.88*1.5)/ 1000 = 116.335 KwDimensionamento do motor, eqn.1.5:Pm = 116.35/0.9 = 129.261 KwAceleração do motor, eqn.1.6:A = (116335.32 - 77556.88)/ [250*{(2*16.67) + (2*25) + (416.67/1.5)}] = 0.429 m/s2

Finalmente, a eqn.1.7 para estimar a resistência à ruptura da cinta:Bs = (15*116.35) / (0.75*1.5) = 1551.33 N/mmEsse valor de Bs é empregado para a seleção do transportador de correia à partir do catálogo do fabricante.

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ELEVADOR DE COPOS (OU DE CAÇAMBAS)

Os elevadores de copo constituem as unidades mais simples e mais seguras paratransporte vertical. Existem em ampla faixa de capacidade e podem operar inteiramenteao ar livre, ou completamente vedados. Há forte tendência de padronização das unidades.Entretanto, é razoável empregar equipamento especialmente projetado quando semanipula material especial em grandes cargas. As principais variações de projeto estão naespessura das chapas dos canecos e revestimentos, na qualidade do correame ou dascorrentes, e na unidade motriz.

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Os elevadores com caçambas espaçadas e descarga centrífugaconstituem o tipo mais comum (Figura a). Em geral são equipados comcopos do tipo (1) ou (2). As cubas são montadas numa correia oucorrente, espaçadamente. Esse tipo de elevador pode operar comquase todo tipo de material solto, tais como grãos, areia, produtosquímicos secos. As caçambas são carregadas pela ação de dois efeitos:pelo material que corre para seu interior, e pelo arraste do materialque fica no fundo alimentador (Figura 4e). Material com alta massaespecífica pode ser operado com velocidades elevadas. Materialpulverulento e farinhoso exigirão velocidade mais baixa.

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Os elevadores com caçambas espaçadas e descarga positiva (Figura b)diferem das unidades com descarga centrífuga na montagem dascubas, em duas correntes, e na engrenagem inversora que força oscopos a inverter a posição e descarregar o material. Esse tipo éprojetado para materiais pegajosos ou que tendem a aglomerar-se. Oimpacto da corrente acoplando-se à engrenagem, combinado com acompleta inversão das caçambas é, em geral, suficiente para esvaziá-las.

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Os elevadores a caçambas contínuas, sem espaçamento (Figura c), sãousados, em geral, com materiais difíceis de serem operados nasunidades de descarga centrífuga. A proximidade das caçambas reduz avelocidade em que o elevador pode ser operado. Com a proximidadedos canecos, o fundo de uma serve de calha de descarga da seguinteenquanto circulam em torno da polia motriz. A descarga relativamentesuave impede perdas excessivas e torna esse elevador mais eficientepara operar materiais em pó e farinhoso. Na Figura 4f e g sãoilustrados dois tipos de alimentador e de condições de alimentação.

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Os elevadores de caçambas contínuas com supercapacidade (Figura d) são projetadospara elevações grandes e para material com granulometria também grande.A capacidade é alta e operam, em geral, inclinados para melhorar as condições decarda e descarga.

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SELEÇÃO DE ELEVADORES DE CAÇAMBAS

Tabela ilustrativa para seleção:


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TRANSPORTADORES OSCILATÓRIOS

A maioria dos transportadores oscilatórios é, em essência, uma unidade de impulsodirigido, constituída por um tabuleiro horizontal suportado por molas, posto a vibrar porum braço excêntrico que lhe é ligado diretamente. O movimento atribuído às partículaspode variar, mas o objetivo será sempre o mesmo: lançá-las para cima e para frente,avançando no transportador com a sequência de pequenos saltos

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TRANSPORTADORES OSCILATÓRIOS

Seleção – catálogo do fabricante, exemplo:

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO

Uma das mais importantes técnicas de manusear materiais na indústria química é a damovimentação do material suspenso numa corrente de ar, a distâncias que vão de algunsmetros até várias centenas de metros. Podem ser transportados materiais finamentedivididos (pós), até peletizado de 1 cm, com massa específica de (15 a 3500) kg/m3.A capacidade do transportador pneumático depende de:· Massa específica do material;· Tamanho e forma das partículas;· Potência do sistema de sopragem;· Diâmetro da tubulação;· Distância a ser transportado o material.A capacidade mínima é aquela em que a velocidade do gás de arraste é apenas suficientepara movimentar o material na linha. Na prática opera-se com uma velocidade do gás bemmaior do que a mínima para garantir a movimentação contínua.

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO - CLASSIFICAÇÃO

Nos sistemas de pressão positiva (Figura a), o material é lançado numa corrente de gás, apressão acima da atmosférica, por meio de um alimentador rotatório, com selopneumático. A velocidade da corrente mantém o material em suspensão, até que ele atinjao vaso receptor, onde é separado ar por um filtro ou por um ciclone.

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO - CLASSIFICAÇÃO

Os sistemas a pressão são usados com material solto, desde tamanhos de partícula muitopequenos até 1 cm. A vazão de ar pode chegar a 10 ton/h, e a perda de carga no sistemapode chegar a 50 kPa. Esses sistemas são os preferidos quando uma única fonte deveabastecer diversos receptores. O ar comprimido provém, em geral, de um soprador deação direta.

http://www.youtube.com/watch?v=g7DdLLPknDo

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO - CLASSIFICAÇÃOOs sistemas de pressão negativa (Figura b) são caracterizados pela movimentação do material numa corrente de ar sob pressão menor do que a ambiente. As vantagens desse tipo de sistema estão na utilização de todaa energia de bombeamento para movimentar o material e na aspiração direta do material para a linha transportadora, sem haver necessidade de um alimentador giratório ou de outro dispositivo semelhante entre o vaso de armazenamento e o transportador. O material permanece suspenso na corrente de gás até atingir o vaso receptor, onde é recolhido por um filtro ou um ciclone.

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO – CLASSIFICAÇÃO

Nos sistemas de pressão reduzida a vazão de gás pode chegar a 7 ton/h e a distância a 300m, inferior ao sistema de pressão positiva. O sistema de pressão reduzida tem umavantagem de permitir vários pontos de alimentação. São largamente empregados paramateriais finamente divididos.É usado especialmente quando as distâncias são mais curtas.

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TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO – CLASSIFICAÇÃO

Os sistemas de pressão e vácuo combinados (Figura c) reúnem as melhores característicasdos sistemas a pressão e a vácuo. Mediante o vácuo, o material entra no transportador epercorre uma distância curta até um separador. O gás passa através de um filtro e atinge asucção de um soprador. O material é, então, lançado por um alimentador rotatório nacorrente de ar comprimido que provém da descarga do soprador. As aplicações maiscomuns são: descarga de carretas, vagões e navios e transferência do material até o pontode armazenamento.

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ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS

O armazenamento do material sólido deve levar em consideração algumascaracterísticas específicas do material granular a granel, tais como deformação,pressão; cisalhamento e densidade.Os principais fatores envolvidos no armazenamento de sólidos são:• O coeficiente de atrito;• O ângulo de queda;• O ângulo de repouso.O coeficiente de atrito é tangente ao ângulo de equilíbrio, não depende do peso do corpo,somente dos materiais e do estado das superfícies;O ângulo de queda é o ângulo com o qual o corpo começa a cair, considerado oinfinitésimo maior que o ângulo de equilíbrio;O ângulo de repouso é o ângulo que um corpo particulado forma quando cai livrementesobre o chão ou uma superfície qualquer. O tipo de material e a umidade influenciamdiretamente no valor do ângulo de repouso, alterando-oconforme sua intensidade.

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Principais forma de armazenar de solidos:

• Armazenamento em PILHAS;• Armazenamento em SILOS.

Armazenamento em pilhas:

Armazenam-se em pilhas quando a quantidade do material e muito grande, e inviabilizaeconomicamente a utilização de silos, ou quando o material armazenado não pode serconfinado, pois cujo pó, em presença de ar, forma uma mistura explosiva, exigindo oarmazenamento em ambientes abertos;Amplamente utilizada na indústria de mineração, fertilizantes, etc...A pilha pode ser cônica, quando a quantidade de material estocado e relativamentepequena, ou prismática quando a quantidade de material e muito grande.

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Armazenamento em pilhas:

http://www.youtube.com/watch?v=3cexwP88dXg

http://www.youtube.com/watch?v=cVjdx5oNTgA

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Armazenamento em silos:

Amplamente utilizada na indústria de grãos, cimentos etc... Os silos são utilizados paravolumes menores de material, ou também quando o material e armazenado por sofreremdeterioração – grãos - ou serem sensíveis a umidade- cimentos.Podem ser feitos de concreto ou de aço, com formato redondo, quadrado ou retangular,depende do critério ou da necessidade do projetista, porem o fundo deve ser cônico oupiramidal.O ângulo do fundo deve ser MAIOR que o angulo de queda do material armazenado.

http://www.youtube.com/watch?v=wfGCx1AmyZo

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Armazenamento em silos:

Alguns materiais granulares ou em pó não podem ser armazenados em silos pois formam , em contato com o ar, uma mistura explosiva, que na presença de algum tipo de ignição pode gerar grandes prejuízos.

http://www.youtube.com/watch?v=kv7ZVoaDauA

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Problemas comuns no armazenamento em silos:No armazenamento de sólidos em silos, um dosfatores mais importantes no funcionamento e aescoabilidade do material.Os principais problemas de escoamento pelossilos são expostos nas figuras a seguir:

Arco mecânico (partículas grossas)

Arcos coesivos (partículas finas)

Efeito tubo

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Soluções para problemas de armazenamento em SILOS

Das soluções mais primitivas surgiram métodos de eliminação ou, pelo menos, formas deminimizar os problemas de escoamento dos sólidos armazenados a granel.

Vibradores

Ativadores de silos Fluidificadores – injetar ar

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