51543817 Angulo de Reposo

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  • TITULO : ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS)CAF (CAFETO ARABICA)

    CACAO(THEOBROMA CACAO)

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

    DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AGRICOLA

    Prctica postcosecha de granos y semillas

    Daniel Gonzlez 273402 Diego Bolvar 273025

    David Andrs Rivas Tabares 273371 Ivn Daro Pinilla Martnez 273412

    23/03/2011

    El conocimiento del ngulo de reposo, una de las caractersticas fsicas de los granos y semillas, constituye una informacin fundamental de ingeniera para adecuar y operar maquinas, disear y construir estructuras de almacenamiento. Adems, constituyen parmetros fundamentales para el diseo de nuevas estructuras basadas en la fsica de cada grano es particular, cuidando de la seguridad industrial de una planta de beneficio de los mismos.

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    ContenidoTITULO: ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS), CAF (CAFETO ARABICA) Y CACAO (THEOBROMA CACAO).....................................................3INTRODUCCION..............................................................................................3OBJETIVOS......................................................................................................3MARCO TERICO............................................................................................3CAPACIDAD DE FLUJO.....................................................................................3ANGULO DE REPOSO......................................................................................4Factores que disminuyen el ngulo de reposo...............................................4FACTORES FSICOS.........................................................................................4MATERIALES Y MTODOS...............................................................................7MATERIALES...................................................................................................7MTODO PARA LA DETERMINACION DEL ANGULO DE REPOSO......................7PREGUNTAS DE CONSULTA............................................................................9CLCULOS Y RESULTADOS.............................................................................9ANLISIS DE RESULTADOS...........................................................................11CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................11BIBLIOGRAFA...............................................................................................12

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    TITULO: ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS), CAF (CAFETO ARABICA) Y CACAO (THEOBROMA CACAO)

    INTRODUCCION La determinacin del ngulo de reposo es de gran importancia para la construccin de estructuras agrcolas para el cargue y el descargu de granos (por ejemplo para la construccin de un silo) o para el transporte de los mismos desde y hacia los silos. En el transporte de de grano a granel por va martima. Este valor toma mayor importancia, pues tiene una estrecha relacin con el valor del ngulo de rolido (movimiento de rotacin segn el eje longitudinal del buque producido durante navegacin entre las olas) y el posible corrimiento de carga que afecta la estabilidad trasversal de la embarcacin.

    El conocimiento de esta caracterstica de los granos nos ayuda a mantener una mejor calidad de los mismos asumiendo un menor riesgo de impacto cuando se hace una descarga ya que este ngulo es un indicador de la fluidez del material y mientras menor sea valor de este ngulo menor va a hacer el riesgo de impacto. Permitiendo un adecuado manejo al momento de efectuar cargas y descargas sin afectar la estructura fsica del grano ni las estructuras que permiten su movimiento o almacenamiento segn sea el caso.

    OBJETIVOS Determinar el ngulo de reposo de diferentes tipos de granos, lenteja, caf y cacao.

    Estudiar los factores que influyen en la variacin del ngulo de reposo.

    Identificar los diferentes factores que hacen variar el ngulo de reposo.

    Usar correctamente los equipos para determinar el ngulo de reposo.

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    MARCO TERICOCAPACIDAD DE FLUJO1Se refiere a uno de los requisitos que debe cumplir un material para que se pueda comprimir con tener muy buena fluidez. Uno de los parmetros para medir la capacidad de flujo de los materiales es el ngulo de reposo esttico. Este es el ngulo de la pendiente formada por el cono producido respecto al plano horizontal cuando se le deja caer libremente un material. El ngulo de reposo es un indicador de la fluidez del material. Mientras menor sea su valor ms fcil ser el deslizamiento del grano y menor ser el riesgo de impacto.

    ANGULO DE REPOSO

    Figura 1. ngulo de Reposo en Granos

    Cuando un grano es vaciado sobre una superficie horizontal plana, el producto forma un montculo, similar a un cono invertido. El ngulo formado por la horizontal y el talud es el ngulo de reposo.Este ngulo est influenciado por el tamao, volumen superficie del grano, contenido de humedad y orientacin de las partculas que conforman la masa de grano. El ngulo de reposo varia con el contenido de humedad debido a la lmina superficial que rodea a cada partcula y a los efectos de la tensin superficial que predomina sobre los productos granulares. Igualmente cuando se llena un silo el ngulo de reposo puede variar dependiendo la altura de llenado y el flujo del material.

    Existen dos tipos de ngulos de reposo, a saber;

    1. Angulo de reposo esttico. Es el ngulo que forma el material granular cuando se desliza sobre s mismo.

    2. Angulo de reposo dinmico. Es el ms importante y se presenta en todos los casos en que la masa granular se encuentra en

    1 http://docencia.udea.edu.co/qf/farmacotecnia/07/cflujo.html

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    movimiento, como en las operaciones de cargue y descargue de un silo, una bodega o una maquina.

    Factores que disminuyen el ngulo de reposo2 Mayor tamao de la partcula. Menor rugosidad de la superficie de la partcula. Mayor esfericidad de la partcula. Menor humedad de la pila. Mayor homogeneidad de la pila.

    FACTORES FSICOS3Algunos de estos factores afectan de alguna manera el ngulo de friccin de los granos.

    Porosidad. Los granos en masa definen un volumen de intersticial entre ellos, siendo partculas granulares independientes. El porcentaje de aire inter - grano se le llama porosidad y este valor se encuentra entre el rango del 35 al 40%.

    Sorcin. Este es un grupo Este factor incluye dos fenmenos fsicos: la absorcin siendo la toma de humedad del aire que penetra en la estructura porosa del grano a travs de sus capilares y la adsorcin que corresponde al vapor de agua retenido sobre la superficie del grano.

    Segregacin. Separacin natural de los componentes de un granel durante el llenado de un depsito o camin; siendo las partculas sometidas a un movimiento donde responden de manera diferente dependiendo de su peso especfico, su forma, entre otras. Razn por la cual los componentes ms pesados caen verticalmente y el material liviano es arrastrado por las corrientes de aire hacia las paredes del depsito, gracias a esto se tiene una distribucin heterognea de los componentes del granel

    Fluidez. Es la calidad del movimiento de los granos; se encuentra determinada por el ngulo de reposo del grano estudiado, definindose como el ngulo de la base de apoyo y el cono originado por el grano al ser vertido sobre la superficie.

    Conductividad hmeda. Se refiere al movimiento de humedad en funcin de los gradientes de temperatura. El aire tiende a desplazarse de los sectores calientes a los ms fros, de igual forma se debe tener en cuenta que el aire caliente es ms liviano que el fro, adems es capaz de transportar una mayor cantidad de agua en forma de vapor. En resumen a mayor diferencia de temperaturas ms importante es

    2 http://es.wikipedia.org/wiki/Angulo_de_reposo

    3 MOHSENIN, N.N. 1970. Physical Properties of Plant and animal Materials. Gordon and Breach Scienc3e Publishing. USA

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    el movimiento de humedad. Cuando en un silo de almacenamiento elaborado en lmina presenta en su exterior aire fro el grano que se encuentra en contacto con las paredes y el aire inter- grano de este sector se enfran.

    En general la humedad del aire inter- grano y parte de la humedad del grano es arrastrada por el movimiento del aire que se produce siempre que exista una parte caliente y la otra fra; al llegar a la zona fra la humedad se condensa y ocasiona daos a los granos que estn en contacto directo con ella.

    Conductividad Trmica. Es la capacidad para transferir o difundir el calor. El grano tiene una conductividad trmica bastante baja, del orden del 0,0004 caloriascm*s, es decir tiene una capacidad aislante, razn por la cual provoca aumentos significativos de temperatura en focos bien localizados.

    Como resultado de los trabajos de investigacin, realizados en el laboratorio de postcosecha de granos del Departamento de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional de Colombia, se han obtenido ecuaciones que permiten determinar el ngulo de reposo en funcin del contenido de humedad para varios productos tropicales.

    TABLA 1. ngulo de Reposo de Algunos Granos para diferentes Contenidos de Humedad4

    PRODUCTOCONTENIDO

    DEHUMEDAD

    (%bh)

    NGULO DE

    REPOSO ()

    Cebada 13.319.5

    31.033.0

    Maz ICA 508

    Lenteja

    27.518.212.216.1

    44.034.929.029.0

    Trigo 11.0 29.3

    4 Fuente: Laboratorio de Postcosecha. Departamento de Ingeniera Agrcola. Universidad Nacional de Colombia

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    14.117.1

    31.035.6

    Arroz Cscara 13.0 36.0Arroz blanco 13.0 25.0Frjol 13.0 31.0Sorgo soghica PH-302

    20.517.614.111.3

    38.837.235.333.8

    Soya 13.0 29.0Ajonjol 6.1

    10.532.936.0

    Cacao 12.7 46.9Caf Pergamino

    15.035.0

    35.138.7

    Caf Trillado 12.0 34.8Garbanzo 12.6 30.6Palma de Aceite

    12.412.613.213.4

    41.842.943.844.6

    Tabla 2. Ecuaciones para cuantificar el ngulo de reposo en funcin del contenido de humedad en base hmeda, de diferentes granos.5

    PRODUCTO ECUACINSemilla de pasto Bachiaria Brizantha

    = 12.3+0.9*CH

    Semilla de pasto Bachiaria Decumbens

    = 26.4+0.25*CH

    Maz ICA 508 = 16.956+0.9868*CHSorgo Sorghica PH -302 = 27.81+0.536*CHCacao = 17.36+2.327*CH

    MATERIALES Y MTODOSMATERIALES Dispositivo para determinacin del ngulo de reposo Indicador de nivel Granos de Caf

    5 Laboratorio de Postcosecha. Dpto. Ingeniera Agrcola. Universidad Nacional de Colombia

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    Granos de Lenteja Granos de Cacao

    MTODO PARA LA DETERMINACION DEL ANGULO DE REPOSO

    Figura 2. Dispositivo para Medir El ngulo de Reposo Esttico en Granos6

    En la realizacin del laboratorio se utilizo un dispositivo para la determinacin del ngulo de reposo mostrado en la figura 4, para estimar el ngulo de reposo se siguieron los mismos pasos para cada uno de los granos estudiados (caf, lenteja y cacao). A continuacin se describe el proceso.

    6 Fuente: Caractersticas Fsico Mecnicas y Anlisis de Calidad de Granos de Julio E. Ospina M. Universidad Nacional de Colombia

    El dispositivo de medicin del ngulo de reposos se dispone sobre una superficie plana para nivelarlo con ayuda de un indicador de nivel.

    Se procede a verter el grano al interior del dispositivo, llenndolo en su totalidad o como mnimo partes de su altura.

    Luego se ubica el anillo en el centro del equipo.Se verifica que el dispositivo de medicin tenga la compuerta de descarga totalmente cerrada

    En seguida se procede a abrir la compuerta de descarga, con el fin de permitir la salida del grano libremente, colocando previamente un recipiente para recoger el grano

    Posteriormente se baja el medidor vertical hasta ubicarlo sobre el talud del cono formado por el grano, haciendo cortar con la lnea imaginaria (vrtice del cono) del montculo del grano.

    Por ltimo se realiza la lectura del ngulo de reposos en el transportador localizado en la parte superior del equipo.

    Este proceso se repite para cinco muestras de cada uno de los granos.

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    Figura 3. Procedimiento de medicin del ensayo para ngulo de reposo

    Figura 4.Dispositivo para la determinacin del ngulo de reposo esttico de los granos.

    Despus de que el medidor vertical este en la ubicacin correcta, se realiza la lectura del medidor, la cual corresponde al ngulo de reposo de dicho grano. Este procedimiento se realiz para caf, lenteja y cacao con cinco repeticiones para cada grano, sin olvidar realizar la respectiva nivelacin del dispositivo antes de cada ensayo.

    PREGUNTAS DE CONSULTAComo influye el contenido de humedad en el angulo de reposo? Que otras variables influyen?El contenido de humedad es una variable muy importante para el ngulo de reposo pues genera esfuerzos debidos a la tensin superficial, los cuales afectan bastante los resultados que se obtienen en los experimentos, se podra decir que parte de las diferencias en los valores de ngulo de reposo entre los obtenidos en el laboratorio de forma experimental y los encontrados en la bibliografa, se deben a cambios en esta variable.

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    Las variables que inciden en el ngulo de reposos son: forma, contenido de humedad, superficie del grano y la presencia de cuerpos extraos, sin embargo en la ejecucin de el experimento solo se tiene en cuenta el contenido de humedad del grano limitando de esta manera a una variable el experimento, por tanto la diferencia con otros autores se pudo generar porque en los diferentes experimentos no se relacin estas variables, sin contar que la nica variable que se tubo reporte y se considero en todos los casos como el contenido de humedad no es la misma en todos los casos. Pero para efectos prcticos de nuestro ensayo se desprecio el CH de la muestra lo cual nos impide determinar a qu contenido de humedad corresponden los ngulos encontrados para cada muestra.

    Indique algunas formulas matemticas en las cuales se utilice el ngulo de reposo como parmetro de diseoXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

    Comparacin de la literatura y los resultados del ensayoXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

    Laboratorio de Ing. agrcola(Bogot)

    Comparacin con otros autores Ospina

    Producto CH bh %

    Angulo de

    reposo

    CHbh % Angulo de

    reposo

    CH bh %

    Angulo de

    reposo

    Lenteja 16,1 29 xxxxx xxxxx xxxxxxx xxxxxxcaf 10,753 40,9 10.6 34.47 15 31,5Cacao 6,145 43,4 xxxxx xxxxxx 12,7 46,9

    CLCULOS Y RESULTADOSEn la siguiente tabla se muestra el resumen de los datos y clculos del

    presente ensayo:

    Repeticin # Cacao Lenteja Caf1 35 30 36,52 35 31 373 35,1 31,5 374 34,5 31 385 33 31,5 37,5

    Promedio 34,52 31 37,2Desv. 0,8815 0,6124 0,5701

    7 V. Chandrasekar; R. Viswanathan. Physical and Thermal Properties of Cofee. College of Agricultural Engineering, 1999.Tamil Nadu Agricultural University, Coimbatore 641 003, India. Tomado: 18 /03/2011 hora: 4:00 PM. disponible en: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6T8J-49326RK-1&_user=1998.pdf

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    Estand.Coef.

    Variac. 0,0255 50,6228 65,2531Tabla 3. Datos y resultados del ensayo para Cacao, Lenteja y Caf.

    ANLISIS DE RESULTADOSXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

    Como se puede notar la lenteja present el menor ngulo de reposo entre los tres tipos de grano muestreados, y adicionalmente a ello, este grano es el de menor tamao. Sin embargo no se podra decir que el ngulo menor obtenido se deba primordialmente al tamao de este grano, ya que de acuerdo a la teora sera todo lo contrario. Es aqu donde se hace necesario analizar otro tipo de factores que pueden influir en la magnitud del ngulo de reposo y en cuanto a la lenteja se puede afirmar que tiene una superficie lisa y forma de disco ovalado. Dicha forma de disco ovalado hace que la lenteja al caer se acomode como un plato prcticamente horizontal, y lo que acompaado de una superficie lisa, halla una friccin menor y la pila de grano no genere un mayor ngulo de reposo.

    CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESEl ngulo de reposo varia en un mismo producto dependiendo de:

    Contenido de humedad del producto, lo cual varia las fuerzas de atraccin debidas a las partculas de agua presentes.

    Si pudiramos hablar de un ndice que es denominado indicador de fluidez podramos analizar que a menor Angulo de reposo ms fcil se desliza el grano, sin riesgos de impacto

    Variedad, de la cual depende el tamao, que si este aumenta el ngulo de reposo disminuye puesto que el mayor tamao del grano disminuye el rea de contacto entre los mismos; y la forma del producto, ya

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    que formas ms redondeadas permiten el deslizamiento y reducen el rea de contacto, as, que formas redondas tienten a deslizarse ms que las formas ovoides.

    Contenido de impurezas y polvo, que hacen que aumenta la porosidad y vara la friccin.

    El contenido de humedad de un grano es directamente proporcional al ngulo de reposo. A mayor contenido de humedad, mayor es el ngulo de reposo.

    Algunos parmetros que se deben tener en cuenta al disear un equipo que trabaje con granos son:

    Si el proceso va a ser esttico o dinmico, se deben tener en cuenta el ngulo de reposo el cual es diferente para cada situacin.

    Tener en cuenta la variedad del grano utilizado ya que muchas de las propiedades fsicas y mecnicas difieren dependiendo de esto.

    El medidor debe tener una ptima calibracin para una toma de medida confiable.

    Las formas de aplicacin que se van a presentar, debido a que formas diferentes producen pilas diferentes.

    XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

    BIBLIOGRAFA Mohsenin, Nuhin H. (1986). Physical properties of plant and animal materials.(2 ed.). New York.: Gordon and Breach, Science Publisher, Inc.

    Ospina, Julio Ernesto (2001). Caracterizacin Fsico Mecnicas y Anlisis de Calidad de Granos. (1 ed.). Bogota: Universidad Nacional de Colombia.

    BOHORQUEZ; GONZALEZ Y OTROS .1981 construccin de dispositivos para determinar algunas propiedades fisico-mecanicas y trmicas de los granos.

    J. A. BUSTABAD REY. El Bulk Carrier en la Prctica. URMO, S.A. de Ediciones Bilbao 1980. (pag 102)

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    CASALINS, A. [2004]. Cuadernillo de Actualizacin Tcnica: Capacidad de Almacenaje. Escuela de Recibidores de Granos de Buenos Aires. Asociacin Civil Fomento a la Capacitacin Agropecuaria. GARCA, D. [2002]. Propiedades y caractersticas de los Granos Cerealeros. Ctedra de Procesos y Equipos Poscosecha. Facultad de Agronoma. Universidad de Venezuela.

    Autores :

    ______________________________________Daniel Gonzlez c.c.1053331112 Cd# 273402

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    ______________________________________Diego Bolvar c.c. 80202564Cd# 273025

    ______________________________________David Andrs Rivas Tabares c.c. 1032401472 Cd# 273371

    ______________________________________Ivn Daro Pinilla Martnez. c.c. 1018416869 Cd# 273412

    TITULO: ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS), CAF (CAFETO ARABICA) Y CACAO (THEOBROMA CACAO)INTRODUCCION OBJETIVOSMARCO TERICOCAPACIDAD DE FLUJO1ANGULO DE REPOSOFactores que disminuyen el ngulo de reposo2FACTORES FSICOS3

    MATERIALES Y MTODOSMATERIALESMTODO PARA LA DETERMINACION DEL ANGULO DE REPOSO

    PREGUNTAS DE CONSULTAComo influye el contenido de humedad en el angulo de reposo? Que otras variables influyen?Indique algunas formulas matemticas en las cuales se utilice el ngulo de reposo como parmetro de diseoComparacin de la literatura y los resultados del ensayo

    CLCULOS Y RESULTADOSANLISIS DE RESULTADOSCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESBIBLIOGRAFA