https://www.bulksolids.nl/fenomenen_in_silos.html
Print: 21 May 2022 04:20
logo BSE bulk solids engineering

Fenomenen in silo's

Fenomenen in silo's, bulkgoedeigenschappen, metingen, ontwerpen, praktijkcases

Ons eerste document beschreef het vakgebied van de bulktechnologie, met daarin een definitie van stortgoed, ofwel bulk solids, een beschrijving van eigenschappen, meetmethoden, en de basis van het silo-ontwerp.
Dit document behandelt enkele, vaak problematische fenomenen, die we tegenkomen bij opslag van bulkgoed in silo's.

I N H O U D
 

Drukopbouw in de silo

Productbeschadiging door normaal-, schuif- en impactkrachten

Toenemende capaciteiten of kortere doorlooptijden vereisen soms grotere grondstofvoorraden. Voor bedrijven die hun grondstoffen in silo's opslaan betekent dit een investering in hogere of bredere silo's. In sommige gevallen leidt dit echter tot problemen. In een grotere silo ondervindt het bulkgoed namelijk een grotere druk. Hierdoor veranderen de eigenschappen, en meestal niet ten goede.
Het opgeslagen product kan breken (degradatie) of samenklonteren (versteviging), waardoor de uitstroom uit de silo wordt bemoeilijkt of problemen ontstaan voor het verdere verloop van het proces. Een hoge druk kan verder aanleiding geven tot schokken van de installatie, slecht functionerende trilbodems (dus slechte dosering) en zelfs bezwijkende trechters. Om de druk in de silo omlaag te brengen, moet men zich vooral bezig houden met de wand van de silo.

Productbeschadiging

In een productieproces waarin deeltjes worden gemaakt, bijvoorbeeld veevoederbrokjes, is het niet te vermijden dat een deel van deze producten al weer tijdens het vervolg van het proces kapot gaat. Behalve dat dit tot productieverlies en waardevermindering van het product leidt, kan het ook de processen zelf nadelig beïnvloeden.
Deze productbeschadiging kan op meerdere plaatsen tijdens het productie- of transportproces plaats vinden. In dit verhaal over opslag in silo’s, kijken we naar oorzaken en reductiemogelijkheden.

Productbreuk

Bij de opslag in een silo ondergaat het product erin normaalkrachten en schuifkrachten, en eventueel impactkrachten bij het vullen van de silo. De normaal- en impactkrachten kunnen tot breuk of fragmentatie van de deeltjes leiden. De schuifkrachten veroorzaken meer een beschadiging van het oppervlak door het ontstaan van scheurtjes of het uitbreken van kleine stukjes.

Gevolgen kunnen zijn:
  • waardevermindering van het product;
  • het ontstaan van stof, hetgeen leidt tot bedrijfsvervuiling en kans op stofexplosies;
  • verandering van de stromingseigenschappen, en daardoor stromingsproblemen;
  • meer kans op ontmenging ;
  • problemen in vervolgprocessen door verandering van dichtheid, permeabiliteit etc.

De beschadigingen die kunnen optreden door impact tijdens het vullen van de silo blijven hier verder buiten beschouwing. Valhoogtes beperken via het aanbrengen van geschikte valbrekers in de silo, vermindert die problemen.

Schokkende silo

Het schokken van een silo kan verschillende oorzaken hebben. Een bekende is het optreden van slip/stick. Als gevolg van een variërende wandwrijving kunnen tijdelijke bruggen ontstaan, die bij het instorten zware schokken kunnen veroorzaken. Een andere oorzaak voor schokken is het verstevigings- of ontluchtingsgedrag van het product in combinatie met de silogeometrie. Ook de omslag van massa- naar kernstroming in de silo, onregelmatige uitstroom door bijvoorbeeld een asymmetrische opening of een slecht functionerend uitdraagmechanisme kan schokken doen ontstaan.
In alle gevallen geldt dat een hogere druk in de silo aanleiding is tot meer en grotere schokken. In de meeste gevallen worden de schokken kleiner als het niveau in de silo daalt. Er is dan een niveau waarbij schokken niet meer optreden.
Opvallend is dat het optreden van schokken te maken kan hebben met de geschiedenis van een partij. Zo traden in een ronde silo met melkpoeder (diameter 3.7 m, hoogte 11 m) schokken op met een vulling van slechts 18 ton als de bunker vol was geweest (50 ton). Werd de bunker met niet meer dan 30 ton gevuld, dan traden helemaal geen schokken op. Zie case drukverlaging met tussenconussen.

Berekening silodruk

Voorblad NEN-EN 1991-4, Belastingen op silo's
Voorblad NEN-EN 1991-4, Belastingen op silo's

De druk die optreedt in silo’s beschrijven we met de Janssen-formules. Hoewel deze methode niet exact de werkelijk optredende druk zal weergeven, vormt de uitkomst wel een goede indicatie van het drukverloop en van de factoren die de druk bepalen. Voor het vergelijken van drukniveaus is dat geen bezwaar omdat de drukken steeds met dezelfde relatieve onnauwkeurigheid worden berekend.
De standaard Janssen-formule voor de verticale druk (sigmaZ) in de cilinder wordt gebruikt in de gangbare normen (bijvoorbeeld NEN-EN 1991-4, de vervanger van de lang gebruikte DIN 1055, deel 6). Hiermee wordt druk op een bepaalde diepte (z), dus voor een bepaald vulniveau, berekend.

De formule is een functie van
  • de verhouding oppervlak en omtrek van de cilinder (het verticale deel);
  • de wandwrijvingscoëfficiënt (mu_W = tan(phiW));
  • de verhouding tussen verticale en horizontale silodruk, aangegeven door een factor (lambda of K)
  • de bulkdichtheid van het product (gamma = rho*g)

Uit de verticale druk kan de horizontale druk (sigmaH) worden berekend door vermenigvuldiging met de drukverhouding (lambda of K). De horizontale druk is in de cilinder hetzelfde is als de wanddruk, de druk loodrecht op de wand (sigmaH = sigmaW = K * sigmaZ). De schuifspanning aan de wand is de wanddruk vermenigvuldigd met de wandwrijvingscoëfficiënt (tau_W = sigmaW * mu_W).

Invloeden op silodruk

Het drukverloop is dus afhankelijk van de wandwrijving, maar ook van de verhouding tussen oppervlakte en omtrek van de silo. Men kan hieruit afleiden dat een hoge druk kan ontstaan in relatief hoge of brede silo's en in silo's met een lage wandwrijving. Dit laatste kan zijn oorzaak vinden in het afzetten van vet op wand, dat komt nogal eens voor bij silo's met veevoeders, bijvoorbeeld sojaschroot. De norm Deel 6 van de DIN 1055 wijst op dit fenomeen.
Een lage wandwrijving treedt ook op wanneer het stortgoed de silowand heeft gepolijst. Hiervoor moet in de eerste plaats sprake zijn massastroming in de silo. Verder moet het bulkmateriaal relatief hard zijn, maar het kan ook zijn dat een zacht product vervuiling (bijv. zand) bevat. De combinatie kan op den duur zorgen voor spiegelgladde wanden.
Een andere oorzaak van ongewenst hoge drukken in het stortgoed is dat de silo wordt gebruikt voor andere grondstoffen dan waarvoor de silo is ontworpen. Ook verandering van de eigenschappen van een grondstof (bijvoorbeeld de bulkdichtheid) kan een oorzaak zijn.

Mogelijkheden tot drukverlaging

Van de factoren die volgens de Janssenformules de druk bepalen, zijn de bulkdichtheid en de drukverhouding niet of nauwelijks te wijzigen. Verlaging van de vulhoogte is triviaal, deze laten we buiten beschouwing. Blijven over de wandwrijving en de verhouding oppervlak/omtrek.

In de gevallen waar hoge drukken ongewenste gevolgen hebben, zal men streven naar een drukverlaging. In de praktijk worden diverse methoden gebruikt, die bijna allemaal de wand(wrijving) beinvloeden.
Overigens moet men bedenken dat deze methoden voor een bepaald geval een oplossing kunnen zijn, maar dat ze waarschijnlijk niet werken wanneer in dezelfde silo een ander product wordt opgeslagen. De wandwrijving is immers productspecifiek.

Opties voor drukverlaging in silo's

Een aantal mogelijkheden voor drukverlaging zijn:
  1. Het plaatsen van ringen,
  2. Een rand van gaas aanbrengen,
  3. Het plaatsen van één of meerdere tussenwanden,
  4. De wandwrijving verhogen; m.a.w. de wand ruwer maken (profileren of coaten),
  5. Inserts (inbouwlichamen) in de silo aanbrengen,
  6. Tussenconussen toepassen.

1) Plaatsen van ringen

Het plaatsen van ringen in het vertikale deel van de silo is constructief eenvoudig. De juiste dimensionering is echter moeilijk. Een te forse ring kan (plaatselijk) aanleiding geven tot kernstroming, omdat product op de ringen blijft staan. Bij bederfelijk product is dit een probleem.

2) Aanbrengen van stroken gaas

Een verwante methode is het aanbrengen van stroken gaas in de cilinder. Deze stroken worden meestal aan de onderrand bevestigd. Hierbij gelden dezelfde nadelen als bij de ringen. Een bijkomend nadeel is de constructie zelf. Door de hoge belastingen kan het gaas zelf scheuren, of in zijn geheel van de wand worden getrokken.

3) Plaatsen van tussenwanden

De formule van Janssen is een functie van de verhouding oppervlak en omtrek van de cilinder. Verlaging van deze verhouding zal, net als verhoging van de wandwrijving, leiden tot een verlaging van de silodruk. De verhouding oppervlak en omtrek in een silo is in feite niets anders dan het opslagvolume van de cilinder ten opzichte van de hoeveelheid silowand waarmee het stortgoed in aanraking komt.
Voor een horizontale doorsnede van een ronde cilinder is eenvoudig af te leiden dat de verhouding oppervlak en omtrek gelijk is aan de diameter gedeeld door vier. Ook voor vierkante silo’s geldt dit. Verkleining van de silodiameter D leidt dus anders dan bij vloeistoffen tot lagere silodruk bij eenzelfde vulhoogte.
Voor een nieuw te bouwen silo ligt het dus voor de hand om wanneer silodruk een probleem vormt, voor meerdere kleinere cellen te kiezen.

drukken in silo met tussenwanden
Silodrukken met en zonder tussenwand(en)

Bij bestaande silo's is het een mogelijkheid om het wandoppervlak te vergroten door het inbouwen van één of meerdere tussenwanden. Dit verkleint de diameter en vergroot het wandoppervlak. Het effect van deze maatregel is goed te berekenen. Het aanbrengen van tussenwanden heeft als bijkomend voordeel dat er verschillende soorten producten kunnen worden opgeslagen. Nadelen liggen vooral op het constructieve vlak. De wand moet solide worden uitgevoerd en de silo moet vaak worden verstevigd op de bevestigingspunten. Dit leidt tot dure constructies. Een nadeel met betrekking tot de stroming is dat de opening excentrisch komt te liggen. Zie de situatie met veevoederpellets voor een uitwerking van tussenwanden in de praktijk.

4) De wandwrijving verhogen

Verhoging van de wandwrijvingscoëfficiënt leidt tot een forse en nagenoeg lineaire verlaging van de silodruk onderin de cilinder. Bovenin de silo is de invloed kleiner omdat de druk nu wat sneller wordt opgebouwd. Een voorbeeld van deze drukverlaging is gegeven in de figuur, waar de opbouw van de druk is weergegeven voor een vulniveau tot 10 meter, voor een silo met diameter van drie meter, een bulkdichtheid van 1000 kg/m3 en een drukverhouding van K=0.4.

Silodruk bij verschillende wandwrijving
Profiel van druk in een silo bij verschillende wandwrijving
Voor de wandwrijvingscoëfficiënt is aangenomen dat deze wordt verhoogd van 0,3 tot 0,6. In de figuur is duidelijk te zien dat de waarde van de verticale druk vooral dieper in de silo fors afneemt.

Het komt er in het gegeven voorbeeld op neer dat bij de ruwere wand pas bij circa tien meter vulhoogte dezelfde druk wordt bereikt als bij de gladde wand na circa vier meter. Ook de waarde van de wanddruk neemt in dezelfde verhouding af.
De waarde van de schuifspanning aan de wand wordt boven in de silo fors hoger door de stijging van de wandwrijving. Belangrijk daarbij is de gesommeerde schuifspanning langs de wand: dit is de belasting die door de wand wordt gedragen. Voor cilinders is dit de belasting die plooi kan doen ontstaan.
Het is logisch dat deze belasting toeneemt: de afname van verticale druk op het product wordt immers veroorzaakt doordat de kolom meer door de wand gedragen wordt.

De mogelijkheid om de silodruk te verlagen door toename van de wandwrijving, is in de praktijk helaas tamelijk beperkt. Veelal vereist dat een of andere coating of bekleding die de vereiste wrijvingsverhoging oplevert, geschikt is voor het betreffende product én nog voldoende slijtvast is bovendien.
Daarnaast kan de ruwere wand zelf aanleiding geven tot slijtage van het product, hoewel de lagere wanddrukken hierbij weer gunstig werken. Verder zal een minder gladde wand eerder tot vervuiling van de silo kunnen leiden. Tenslotte is de toename van de wandwrijving beperkt door de waarde van de inwendige wrijving van het product. Bij te ruwe wanden zal de stroming niet meer langs de wand maar langs een grenslaag van het product zelf stromen, waarbij geldt dat de wandwrijvingscoëfficiënt gelijk is aan de tangens van de inwendige wrijving (mu_W = tan(phiI)).

Hang-up in silo met trekstangen
Hang-up in silo met trekstangen

5) Inbouwen van inserts

Inserts zijn stromingsobstructies. Ze kunnen worden gevormd door schuine platen, kegels, trechtertjes, kettingen, horizontale staven, etc. Vanuit de praktijk is bekend dat ze een grote drukafname veroorzaken. Het grootste voordeel van inserts is dat ze vaak relatief klein kunnen zijn. Hier ligt echter ook het grootste nadeel: het is niet te voorspellen hoe groot de drukafname en daarmee de belasting op de insert zal zijn. Ook de invloed op het stromingspatroon is slecht voorspelbaar. Er kunnen stromingsproblemen ontstaan, of kan het product op hoogte blijven hangen (hang-ups). Het weer op gang brengen van vastgelopen stroming kan dan, juist door de ingebouwde constructies, erg lastig zijn. Het inbouwen van één of meer zogenaamde tussenconussen in de cilinder is dan een beter alternatief.

Afname silodruk door tussenconus
Afname van de verticale silodruk door een tussenconus

6) Gebruik van tussenconussen

Bij tussenconussen treedt hetzelfde effect op als bij de eigenlijke conus of trechter van de silo. De druk in het stortgoed neemt af, terwijl de belasting op de wand toeneemt. De drukafname en de constructieve belasting zijn goed voorspelbaar. Zie de figuur, waarin het drukprofiel in een cilinder met een tussenconus is weergegeven. Omdat de drukafname bovenin de trechter het grootst is hebben tussenconussen van beperkte hoogte al een aanzienlijke drukverlaging tot gevolg. In de praktijk blijkt dat een tussenconus die slechts 3% van de diameter van de cilinder van de wand steekt, de druk al ongeveer tot de helft terug kan brengen.
Een voordeel van de toepassing van tussenconussen is ook dat massastroming gewaarborgd blijft. Bovendien wordt in geval van massastroming de productmassa, waarin geen onderlinge beweging tussen de deeltjes optreedt bij het zakken in de cilinder, ter plaatse van de tussenconussen weer in beweging gebracht. Daarmee wordt inklinken en samenklonten voorkomen.

Zie de volgende hoofdstukken voor enkele praktijkcases met betrekking tot drukverlaging.

Tussenwanden voor drukverlaging in silo

Beperken van de druk in een opslagsilo vanwege breuk van veevoederkorrels

In de bovenstaande bijdrage bespraken we enkele theoretische mogelijkheden om drukken in opslagsilo’s te verlagen. Dit om schade aan het opslagproduct, bijvoorbeeld het breken van korrels, of het samenplakken van een poeder te beperken. In dit artikel komt twee praktijkvoorbeelden aan bod.

Veevoederpellets in grote silo's

In een veevoederbedrijf worden veevoederpellets geproduceerd, Die worden vervolgens gedroogd en opgeslagen voor ze in bulk of afgezakt naar de klant worden vervoerd. De opslag vond in het verleden plaats in relatief kleine opslagsilo’s. Door uitbreiding van de productie worden er nu grotere silo’s gebruikt. Dit had als een nadeel dat er een aanzienlijk grotere beschadiging van de pellets optrad. Omdat het type stroming in de grote en de kleine silo’s gelijk was, in beide gevallen massastroming, werd geconcludeerd dat de oorzaak van de toegenomen beschadiging lag aan de hogere druk silo’s. De vraag is dan natuurlijk: is daar wat aan te doen?

Uitgangssituatie en mogelijke oplossingen

De eerder gebruikte kleine silocellen waren rechthoekig, met een doorsnede van 1.5 x 1 m, en een hoogte van 8 m. De uitstroomtrechter was voldoende steil voor massastroming. De pellets hadden met de volgende eigenschappen: wandwrijving tenopzichte van de cilinderwand (mu_w) = 0.48; stortgewicht (gamma) = 8 kN/m3.
Op basis hiervan kan met een gekozen waarde voor de spanningsverhouding (lambda of K) van 0.4 met de standaard Janssen-formule de maximaal optredende verticale druk bij volledig gevulde silo worden berekend: sigma_z = 12.4 kN/m2. Deze maximale druk leidde in het verleden niet tot ernstige productbeschadiging.

veevoederpellets
Veevoederpellets; gepelleteerde/geëxtrudeerde deeltjes

De nieuwe silocellen waren eveneens rechthoekig, maar nu met een doorsnede van 2.0 x 2.8 m, en een hoogte van 10 m. Ook in deze silo's trad massastroming op. De in deze cellen optredende verticale druk bij volledig gevulde silo bedroegt: sigma_z = 23.4 kN/m2, dus bijna tweemaal zo hoog als eerst. Omdat er teveel korrels braken, moest de druk dus worden verlaagd. De hoge druk bleek voornamelijk te worden veroorzaakt door de grotere doorsnede. Bij een vulhoogte van 2.3 m was de druk namelijk al hoger dan bij een vulhoogte van 8 m in de oude silo. Minder hoog vullen van de silo daarmee geen optie, en sowieso onwenselijk vanwege het grote ongebruikte volume.

Het inbouwen van tussenwanden

In eerste instantie is gekeken of door het inbouwen van tussenwanden de druk voldoende kon worden verlaagd, en hoe hoog deze wanden zouden moeten worden. De eerste situatie die onderzocht werd is de inbouw van één wand, die de cel in twee gelijke delen verdeelt (zie figuur, optie B). Dit levert al een behoorlijke reductie van de drukken in de silo, omdat de grootte van druk overeenkomt met de verhouding van oppervlak gedeeld door omtrek. Toch bleek voor de huidige cel de drukafname niet voldoende.

silodruk met tussenwanden
Silodrukken met en zonder tussenwand(en)

Daarom is de inbouw van twee onderling loodrechte tussenwanden onderzocht. In het geval dat deze wand even hoog gemaakt zou worden als de silo, zou de druk ruim onder de toelaatbare druk komen te liggen (zie figuur, drukverloop A). Dit betekent dat de tussenwanden minder hoog hoeven te zijn als de silo. Met een aangepaste versie van de Janssen-formule kan worden berekend hoe hoog de wand zou moeten zijn om onderaan de silo precies op de gewenste druk uit te komen. In dit specifieke geval bleken tussenwanden met een hoogte van 8 m voldoende.
NB: Dit betekent dat ook boven de tussenwand de druk al bijna maximaal is (die treedt op bij 2.3 m vulling van de silo zonder tussenwanden). Hieruit kunnen we afleiden dat in de cel die een kwart beslaat van de silo, de druk nog nauwelijks toeneemt: de eindwaarde is bereikt. Dit betekent in de praktijk dat de cel van 1.0 x 1.4 m "oneindig" hoog mag zijn: de druk zal niet verder toenemen.

Aandachtspunten bij tussenwanden

Over de toepassing van tussenwanden voor verlaging van de silodrukken zijn nog de volgende opmerkingen van belang:

  • Verdere verhoging van de tussenwanden boven het punt waar een voldoende reductie wordt bereikt is meestal niet zinvol. Een verdere drukverlaging wordt niet bereikt.
  • Inbouw van tussenwanden heeft grote constructieve consequenties. Een groter deel van de totale silolast wordt hoger in de silowanden opgenomen. De constructie moet hierop worden gecontroleerd en zonodig aangepast.
  • Omdat de tussenwanden aan beide zijden worden belast, lijkt het aannemelijk dat deze wanden horizontaal minder hoeven op te nemen. Vanwege de mogelijkheid van niet-symmetrische stromingen: de ene cel kan leegstromen, terwijl de andere(n) stilstaan, wordt in de bouwnormen aanbevolen de tussenwanden als normale silowanden te berekenen.
  • Soms blijft stroming in één of meer cellen achter, of valt helemaal stil. Zolang produtct blijft uitstromen, valt dit niet op. Tijdsconsolidatie kan er dan echter toe leiden dat deze cellen door brugvorming geheel geblokkeerd raken.
  • De verticale drukken waarnaar hier is gekeken zijn meestal niet de hoogste drukken in een silo. Ter plaatse van de overgang naar de trechter kunnen piekdrukken optreden die aanzienlijk hoger zijn. Deze piekdrukken treden echter zeer lokaal op en bovendien worden ook deze piekdrukken in dezelfde mate gereduceerd als de verticale druk

Het inbouwen van tussenconussen

De silodrukken nemen in het verticale deel van boven naar onder steeds verder toe. In de trechter nemen de drukken weer af; de trechterwanden dragen erg veel van het totale gewicht. Vooral het bovenste deel van de trechter neemt veel druk op. Dit effect kan gebruikt worden door één of meer trechters met beperkte hoogte in te bouwen op verschillende hoogte in de cilinder.

silodruk met tussenconussen
Silodrukken met en zonder tussenconussen
Ook voor het probleem met de veevoederpellets is de inbouw van deze zogenaamde tussenconussen onderzocht. Er werd berekend dat er drie tussenconussen van slechts 30 cm hoog nodig waren om de druk onder het toelaatbare niveau te houden, zie de figuur. Deze grote drukafname door een tussenconus betekent dat de constructie daar ter plaatse zwaar belast wordt. Deze verticale last moet door de wand of door verstevigingen (verticale ribben) worden opgenomen.
Voor de onderhavige situatie was dit niet aantrekkelijk, en is derhalve gekozen voor de oplossing met tussenwanden.

Praktische verificatie

Om te controleren of de gekozen methode voor het verlagen van de druk ook werkelijk in de praktijk tot een kleinere productbeschadiging zou leiden, zijn wat tests uitgevoerd. In een van de nieuwe cellen zijn twee onderling loodrechte tussenwanden met een hoogte van 7.5 m aangebracht. Deze aangepaste cel en de ernaast gelegen ongewijzigde cel zijn vervolgens om en om met lagen pellets gevuld. Zodanig dat in beide cellen een vergelijkbaar product was opgeslagen. Tijdens het vullen zijn uit de vulstroom een aantal monsters genomen. Na het vullen zijn beide silocellen geleegd waarbij op vaste tijdstippen monsters uit de productstroom zijn getrokken.

Van al deze monsters is door tellen en meten de gemiddelde lengte van de pellets bepaald als vergelijkingsmaatstaf voor het optreden van de mate van productbeschadiging. De gemiddelde lengte van het materiaal vóór de silo was 16.8 mm. Na opslag in de silocel zonder tussenwanden was deze lengte teruggelopen tot circa 12.5 mm. Bij de cel met tussenwanden was de lengte verminderd tot ca 14.4 mm. Hoewel er dus, zoals ook verwacht, nog steeds beschadiging van het product optreedt, is door het inbouwen van de tussenwanden wel een aanzienlijke verbetering opgetreden.
Tijdens de tests zijn beide gebruikte cellen direct volledig geleegd zodat een deel van het opslagproduct niet onder de hoge drukken heeft gestaan. In de praktijk worden de cellen vaak niet steeds totaal geleegd maar geregeld worden nagevuld. Daardoor komt wel meer materiaal onder de hogere drukken te staan. In dat geval zal de verbetering door de tussenwanden nog groter uitpakken.

Drukverlaging met behulp van tussenconussen

Vermijden van schokken in silo's met melkpoeder

Problematische verlading

Bij een bedrijf waar melkpoeder wordt verladen in bulkwagens, had men de gereedproductsilo's verhoogd voor een grotere inhoud. Probleem na deze ingreep was echter dat de silo's nu zodanig schokten bij het leegstromen, dat de weging werd verstoord. Soms traden nl. dermate grote schokken op dat de silo tonnen lichter leek te zijn. De verlading werd dan door de software stilgelegd, alsof het doelgewicht bereikt was. Opnieuw opstarten kostte veel tijd. Om de gewenste hoeveelheid in de bulkauto te krijgen, moest "erg voorzichtig" verladen worden, hetgeen ook veel extra tijd kostte.
Schokken waren het hevigst wanneer de silo's vol waren, maar niet alleen vanwege de grotere massa in de silo: blijkbaar werd het schokgedrag ook negatief beinvloed door de vulgraad. Opvallend was dat het optreden van schokken te maken had met de geschiedenis van een partij. Zo traden in deze ronde silo's schokken op boven een vulling van 18 ton als de bunker vol geweest was (50 ton). Werd de bunker met niet meer dan 30 ton gevuld, dan traden helemaal geen schokken op.
Er waren twee typen silo's, met kleinere en grotere diameter. Bij eenzelfde vulling in tonnen, schokken de kleinere cellen minder.

Schokkende silo's

Na een literatuuronderzoek bleek dat het schokken van een silo verschillende oorzaken kan hebben. Een bekende is het optreden van slip/stick (zie kader). Ook als gevolg van een variërende wandwrijving kunnen tijdelijke bruggen ontstaan, die bij het instorten zware schokken kunnen veroorzaken. Een andere oorzaak voor schokken is het verstevigings- of ontluchtingsgedrag van het product in combinatie met de silogeometrie. Ook de omslag van massa- naar kernstroming in de silo, onregelmatige uitstroom door bijvoorbeeld een asymmetrische opening of een slecht functionerend uitdraagmechanisme kan schokken doen ontstaan.
In alle gevallen geldt dat een hogere druk in de silo aanleiding is tot meer en grotere schokken. Dus ook al kent men de oorzaak van het schokken niet (precies): voldoende drukverlaging zal de oplossing brengen.

Stick-slip gedrag

Van melkpoeders en weipoeders is bekend dat ze stick-slip-gedrag vertonen. Men spreekt van stick-slip wanneer een product een duidelijk verschillende statische en dynamische wandwrijving heeft. Bij het meten van de wandwrijving van melkpoeder komt dit duidelijk naar voren. Wanneer het monster stil staat is de wandwrijving hoog (stick). Komt het eenmaal in beweging, dan wordt de wrijving lager zodat het monster snel verschuift (slip). Het product komt dan weer tot stilstand en het effect herhaalt zich.
Ook zonder meting is van de meeste producten al duidelijk dat ze stick-slip-gedrag zullen vertonen. Het is te voelen wanneer het product bijvoorbeeld in een plastic zak zit. Wordt erin geknepen dan voelt men dat vervorming schokkerig gaat. Vaak gaat dit gepaard met geluid: het product 'piept' tijdens het vervormen.

Het inbouwen van tussenconussen

In een silo nemen de drukken in het verticale deel van boven naar onder steeds verder toe. In de trechter nemen de drukken weer af; de trechterwanden dragen nu veel van het totale gewicht. In de praktijk is te ervaren: wanneer de uitstroomopening erg klein is, is de druk ook erg laag: het product is met de hand tegen te houden, zelfs als er een 'kolom' van 10 meter product in de silo staat.

Ronde silo met tussenconussen
Schematische weergave van een ronde silo en het drukverloop met tussenconussen

De drukafname is het grootst bovenin de trechter. Daar maakt de oplossing met tussenconussen dankbaar gebruik van. Zie figuur hierboven. Door een tussenconus met een hoogte van slechts 25 cm kan de verticale druk al een factor 2 worden verkleind.

Ontwerp van tussenconussen

De goede werking van tussenconussen staat of valt met het ontwerp. Hierbij zijn de belangrijkste aspechten het bepalen van de toegestane druk, en het meten van de wandwrijving en inwendige wrijving.
Bij een zekere silo-geometrie is de wandwrijving de belangrijkste factor voor de optredende druk in de silo (onderbroken lijn in de figuur hierboven). Verder moet natuurlijk vastgesteld worden wat de maximaal toegestane druk is. In bestaande situaties is dat realatief eenvoudig, door het vulniveau vast te stellen waarboven problemen optreden. In andere gevallen kunnen metingen van de producteigenschappen (bijvoorbeeld de versteviging) in combinatie met de bedrijfscondities aangeven wat de druk maximaal mag zijn. Verder is de drukafname in een conus of tussenconus is afhankelijk van de inwendige wrijving van het product. Deze is te bepalen met de Jenike shear cell. Als daar reden voor bestaat kunnen stromings- en brugvormingsgedrag van het product worden bestudeerd.
Met de boogtheorie (Jenike, Enstad, Benink) kan aan de hand van de producteigenschappen de drukafname bij toepassing van tussenconussen worden berekend. Hiermee zijn de afmetingen van de tussenconussen exact te bepalen. Hoe meer tussenconussen gebruikt worden, des te kleiner wordt de totale gesommeerde hoogte en daarmee het materiaalgebruik. De montagekosten worden echter groter. De constructeur kan dan voor een specifieke situatie het optimale aantal tussenconussen kiezen.

Tussenconussen in de praktijk

Foto van ronde silo met tussenconussen
Tussenconussen in de praktijk: zeer klein ten opzichte van de silodiameter

In de situatie met melkpoeder kon één tussenconus de druk voldoende verlagen, maar dan moest deze tamelijk hoog worden, ten opzichte van toepassing van twee or meer conussen. Bovendien: hoe minder tussenconussen (voor hetzelfde maximale drukniveau), des te hoger de drukafname en daarmee de plaatselijke belasting.
Meer tussenconussen betekent echter meer werk, en is dus is kostentechnisch minder gunstig. Om deze redenen is gekozen voor drie tussenconussen: hierbij was extra versteviging van de cilinderwand niet nodig.
Op de foto (genomen door de uitstroomopening naar de deksel, bij een liggende silo) is te zien dat de drie tussenconussen relatief klein zijn.

Voorspelbaarheid van de drukverlaging

Het vermijden van hoge druk op het product is vooral van belang bij producten die schokken van de silo kunnen veroorzaken. Een bekende aanwijzer daarvan is stick-slip-gedrag, hetgeen bijvoorbeeld bij melkpoeders en weipoeders optreedt. Ook bij breekbare korrels, zoals bij geperste of geëxtrudeerde pellets, moet de druk beperkt blijven, om breuk te voorkomen. Bij plakkende en hakerige producten is een hogere druk nadelig omdat problemen verergeren, vaak meer dan verhoudingsgewijs. Ook bij grote massastroomsilo's of silo's met asymmetrische stroming moet men ten zeerste bedacht zijn op de nadelige effecten van een hoge druk.
Toepassing van tussenconussen voor drukverlaging heeft een aantal belangrijke voordelen. Het grootste voordeel is de voorspelbaarheid van de drukverlaging. Hierdoor is het aantal en de grootte van de tussenconussen exact te bepalen. Indien grote silo's worden gebouwd voor bijvoorbeeld breekbare producten, verdient het aanbeveling tussenconussen bij de bouw mee te nemen. De kosten zijn dan aanmerkelijk lager dan wanneer ze in een bestaande silo moeten worden gemonteerd.