Het stroomgedrag van poeders is nog onbegrepen en de huidige manier van het testen van de vloei-eigenschappen van korrels is niet echt representatief.
Voor het ontwerp van een silo vol meel moet je meer weten, volgens dr.ir. Marcel van der Kraan. Hij promoveerde afgelopen maandag op een nieuwe tester voor korrels bij de vakgroep chemische procestechnologie, in de groep deeltjestechnologie van prof. Scarlett.
Figuur 1 Koffiecreamers vertonen stick-slip gedrag
Van der Kraan licht toe dat poeders veel gebruikt worden. ,,Zowel de chemische, de pharmaceutische als de voedings-industrie gebruiken poeders. Er zijn veel problemen bij het transporteren van deze poeders. Als je een te kleine opening hebt in je silo blijven de poeders misschien gewoon hangen. Het is dus van belang om het gedrag van poeders te kunnen voorspellen.”
Niet alleen grootverbruikers zijn daarin geïnteresseerd. Van der Kraan: ,,Tegenwoordig worden ook veel big bags van een kubieke meter gebruikt. Als je die lang laat staan, klonteren poeders samen en krijg je het die zak niet meer uit. Tijdens mijn promotie kwam een bakker langs die een klont aantrof in zijn zakken met meel.”
Van der Kraan: ,,Om silo’s te ontwerpen wordt in het algemeen de Jenike-tester gebruikt. Jenike vond niet alleen een tester uit, maar ook een procedure om aan de hand daarvan een silo te ontwerpen. Die tester heeft echter een nadeel: de spanningstoestand in het poeder is niet goed gedefinieerd en daarom zijn de resultaten die het apparaat produceert niet helemaal betrouwbaar.”
Volgens Van der Kraan is dit vooral een probleem bij plakkende korrels, de zogenaamde cohesieve poeders. ,,Denk aan talkpoeder, maizena of meel. Het zijn heel kleine deeltjes, een paar micron groot. Omdat ze zo klein zijn overheersen de interactiekrachten tussen de deeltjes de zwaartekracht. Als je een silo openzet kunnen ze bijvoorbeeld een brug vormen tussen de silowanden die het poeder boven de brug tegenhoudt. De Jenike-tester geeft voor die poeders te lage waarden, wat een te kleine silo betekent met een te kleine opening.”
Elastische staaf
Figuur 2 De poedertester van Van der Kraan
Om het gedrag van die poeders toch te kunnen voorspellen gebruikt men in de industrie een match-factor. Van der Kraan: ,,Maar eigenlijk wil je gewoon beter weten wat er gebeurt, en dat moet mijn tester kunnen. Je wilt net als bij een elastische staaf de relatie weten tussen de spanning en de vervorming. Die is bij een poeder veel complexer: het is eigenlijk iets tussen een vaste stof en een vloeistof in. Onder hoge druk kun je er tabletten van maken die lijken op een staafje, door er lucht door te blazen kun je hetfluïdiseren zodat het lijkt op een vloeistof.”
De relatie tussen spanning en vervorming wordt uitgedrukt in een tweede orde tensor, een matrix met daarin negen getallen. Van der Kraan: ,,In een eenvoudige tester kun je niet al die negen getallen vinden. Door onze tester zorgvuldig te ontwerpen hebben we ervoor gezorgd dat we alleen normaalspanningen hebben, zodat zes van die getallen nul zijn, van de overige kennen we er twee en de derde die meet je. Je zit zo iets dichter bij de waarheid.”
Van der Kraan wijst naar de tester: ,,Aan vier kanten van een kubusje poeder zit een membraan, zeg maar een ballonnetje, opgespannen op een vierkant raam. Dat raam kan naar voren en naar achter schuiven door een motor. Het membraan vervormt door er lucht in te blazen, wat het poeder in het midden een klein beetje indeukt. We schuiven dan net zolang het raam naar voren tot het membraan weer keurig recht is. Zo kun je een hoeveelheid spanning en een vervorming meten. Uniek aan dit apparaat is dat je niet alleen een spanning kunt instellen, maar ook een vervorming en daarbij de spanning kunt meten. Dat betekent veel extra informatie.”
Van der Kraan legt uit dat in een silo in het cilindrische gedeelte de vervorming van het poeder ook in een richting plaats vindt, onder invloed van de zwaartekracht. ,,Maar in het kegelvormige gedeelte, onderin, geldt dat niet meer: de vervorming is niet alleen verticaal. Een klassieke uniaxiale tester geeft dus niet de informatie die je daarvoor nodig hebt, deze tester wel.”
Sneeuwbal
Het onderzoek van Van der Kraan liep zo’n twee jaar vertraging op omdat het geld voor het bouwen van het apparaat ontbrak. ,,Ik heb me dus een tijd op iets anders geworpen, het stick-slip gedrag van poeders. Iedereen kent dat van een sneeuwbal die je samendrukt, die voel je tikken.” In plaats van continu te vervormen, vervormt de sneeuwbal in stapjes: hij blijft even op een bepaalde grootte en vervormt dan heel snel. ,,Koffiecreamer doet dat ook.”
,,Ik heb toen wat aan modellering gedaan om inzicht te krijgen in wat er eigenlijk gebeurt. Omdat je het driedimensionaal doorrekent deed een werkstation er een week over om het uit te rekenen, dus wegens gebrek aan tijd schoot dat niet erg op.”
Van der Kraan heeft daarom geprobeerd het gedrag experimenteel aan te tonen. ,,In een Jenike-tester kun je dit gedrag niet bekijken. Je zou graag weten wat de spanningen zijn vlak voor een slip en vlak na een slip. In mijn tester zie je het membraan na een tik bewegen, en daarna de motoren. In een tiental seconden is het systeem dan weer stabiel. Het gaat nog te vlug voor de membranen om het te volgen, maar je kunt heel goed de vervorming meten.”
Volgens de promovendus is het belangrijk dat onderzoekers of de industrie bij dit soort problemen de juiste apparatuur kiest. ,,Een apparaat is altijd ergens voor ontworpen, en daar moet je het ook voor gebruiken. Een cilinder met onderin een gat waar je het poeder doorheen probeert te drukken, geeft zeker een beeld van het stroomgedrag van poeders, maar niet van poeders in silo’s, waar sommige mensen het voor gebruiken.”
Volgens Van der Kraan is het onderzoek nog lang niet afgerond. ,,Ik had te weinig tijd voor een diepgaand onderzoek. Ik hoop nu op een opvolger die het apparaat gaat gebruiken. Zelf zit ik inmiddels bij Unilever in de wasmiddelenindustrie. Inderdaad, het maken van waspoeders.”
,
Het stroomgedrag van poeders is nog onbegrepen en de huidige manier van het testen van de vloei-eigenschappen van korrels is niet echt representatief. Voor het ontwerp van een silo vol meel moet je meer weten, volgens dr.ir. Marcel van der Kraan. Hij promoveerde afgelopen maandag op een nieuwe tester voor korrels bij de vakgroep chemische procestechnologie, in de groep deeltjestechnologie van prof. Scarlett.
Figuur 1 Koffiecreamers vertonen stick-slip gedrag
Van der Kraan licht toe dat poeders veel gebruikt worden. ,,Zowel de chemische, de pharmaceutische als de voedings-industrie gebruiken poeders. Er zijn veel problemen bij het transporteren van deze poeders. Als je een te kleine opening hebt in je silo blijven de poeders misschien gewoon hangen. Het is dus van belang om het gedrag van poeders te kunnen voorspellen.”
Niet alleen grootverbruikers zijn daarin geïnteresseerd. Van der Kraan: ,,Tegenwoordig worden ook veel big bags van een kubieke meter gebruikt. Als je die lang laat staan, klonteren poeders samen en krijg je het die zak niet meer uit. Tijdens mijn promotie kwam een bakker langs die een klont aantrof in zijn zakken met meel.”
Van der Kraan: ,,Om silo’s te ontwerpen wordt in het algemeen de Jenike-tester gebruikt. Jenike vond niet alleen een tester uit, maar ook een procedure om aan de hand daarvan een silo te ontwerpen. Die tester heeft echter een nadeel: de spanningstoestand in het poeder is niet goed gedefinieerd en daarom zijn de resultaten die het apparaat produceert niet helemaal betrouwbaar.”
Volgens Van der Kraan is dit vooral een probleem bij plakkende korrels, de zogenaamde cohesieve poeders. ,,Denk aan talkpoeder, maizena of meel. Het zijn heel kleine deeltjes, een paar micron groot. Omdat ze zo klein zijn overheersen de interactiekrachten tussen de deeltjes de zwaartekracht. Als je een silo openzet kunnen ze bijvoorbeeld een brug vormen tussen de silowanden die het poeder boven de brug tegenhoudt. De Jenike-tester geeft voor die poeders te lage waarden, wat een te kleine silo betekent met een te kleine opening.”
Elastische staaf
Figuur 2 De poedertester van Van der Kraan
Om het gedrag van die poeders toch te kunnen voorspellen gebruikt men in de industrie een match-factor. Van der Kraan: ,,Maar eigenlijk wil je gewoon beter weten wat er gebeurt, en dat moet mijn tester kunnen. Je wilt net als bij een elastische staaf de relatie weten tussen de spanning en de vervorming. Die is bij een poeder veel complexer: het is eigenlijk iets tussen een vaste stof en een vloeistof in. Onder hoge druk kun je er tabletten van maken die lijken op een staafje, door er lucht door te blazen kun je hetfluïdiseren zodat het lijkt op een vloeistof.”
De relatie tussen spanning en vervorming wordt uitgedrukt in een tweede orde tensor, een matrix met daarin negen getallen. Van der Kraan: ,,In een eenvoudige tester kun je niet al die negen getallen vinden. Door onze tester zorgvuldig te ontwerpen hebben we ervoor gezorgd dat we alleen normaalspanningen hebben, zodat zes van die getallen nul zijn, van de overige kennen we er twee en de derde die meet je. Je zit zo iets dichter bij de waarheid.”
Van der Kraan wijst naar de tester: ,,Aan vier kanten van een kubusje poeder zit een membraan, zeg maar een ballonnetje, opgespannen op een vierkant raam. Dat raam kan naar voren en naar achter schuiven door een motor. Het membraan vervormt door er lucht in te blazen, wat het poeder in het midden een klein beetje indeukt. We schuiven dan net zolang het raam naar voren tot het membraan weer keurig recht is. Zo kun je een hoeveelheid spanning en een vervorming meten. Uniek aan dit apparaat is dat je niet alleen een spanning kunt instellen, maar ook een vervorming en daarbij de spanning kunt meten. Dat betekent veel extra informatie.”
Van der Kraan legt uit dat in een silo in het cilindrische gedeelte de vervorming van het poeder ook in een richting plaats vindt, onder invloed van de zwaartekracht. ,,Maar in het kegelvormige gedeelte, onderin, geldt dat niet meer: de vervorming is niet alleen verticaal. Een klassieke uniaxiale tester geeft dus niet de informatie die je daarvoor nodig hebt, deze tester wel.”
Sneeuwbal
Het onderzoek van Van der Kraan liep zo’n twee jaar vertraging op omdat het geld voor het bouwen van het apparaat ontbrak. ,,Ik heb me dus een tijd op iets anders geworpen, het stick-slip gedrag van poeders. Iedereen kent dat van een sneeuwbal die je samendrukt, die voel je tikken.” In plaats van continu te vervormen, vervormt de sneeuwbal in stapjes: hij blijft even op een bepaalde grootte en vervormt dan heel snel. ,,Koffiecreamer doet dat ook.”
,,Ik heb toen wat aan modellering gedaan om inzicht te krijgen in wat er eigenlijk gebeurt. Omdat je het driedimensionaal doorrekent deed een werkstation er een week over om het uit te rekenen, dus wegens gebrek aan tijd schoot dat niet erg op.”
Van der Kraan heeft daarom geprobeerd het gedrag experimenteel aan te tonen. ,,In een Jenike-tester kun je dit gedrag niet bekijken. Je zou graag weten wat de spanningen zijn vlak voor een slip en vlak na een slip. In mijn tester zie je het membraan na een tik bewegen, en daarna de motoren. In een tiental seconden is het systeem dan weer stabiel. Het gaat nog te vlug voor de membranen om het te volgen, maar je kunt heel goed de vervorming meten.”
Volgens de promovendus is het belangrijk dat onderzoekers of de industrie bij dit soort problemen de juiste apparatuur kiest. ,,Een apparaat is altijd ergens voor ontworpen, en daar moet je het ook voor gebruiken. Een cilinder met onderin een gat waar je het poeder doorheen probeert te drukken, geeft zeker een beeld van het stroomgedrag van poeders, maar niet van poeders in silo’s, waar sommige mensen het voor gebruiken.”
Volgens Van der Kraan is het onderzoek nog lang niet afgerond. ,,Ik had te weinig tijd voor een diepgaand onderzoek. Ik hoop nu op een opvolger die het apparaat gaat gebruiken. Zelf zit ik inmiddels bij Unilever in de wasmiddelenindustrie. Inderdaad, het maken van waspoeders.”
Het stroomgedrag van poeders is nog onbegrepen en de huidige manier van het testen van de vloei-eigenschappen van korrels is niet echt representatief. Voor het ontwerp van een silo vol meel moet je meer weten, volgens dr.ir. Marcel van der Kraan. Hij promoveerde afgelopen maandag op een nieuwe tester voor korrels bij de vakgroep chemische procestechnologie, in de groep deeltjestechnologie van prof. Scarlett.
Figuur 1 Koffiecreamers vertonen stick-slip gedrag
Van der Kraan licht toe dat poeders veel gebruikt worden. ,,Zowel de chemische, de pharmaceutische als de voedings-industrie gebruiken poeders. Er zijn veel problemen bij het transporteren van deze poeders. Als je een te kleine opening hebt in je silo blijven de poeders misschien gewoon hangen. Het is dus van belang om het gedrag van poeders te kunnen voorspellen.”
Niet alleen grootverbruikers zijn daarin geïnteresseerd. Van der Kraan: ,,Tegenwoordig worden ook veel big bags van een kubieke meter gebruikt. Als je die lang laat staan, klonteren poeders samen en krijg je het die zak niet meer uit. Tijdens mijn promotie kwam een bakker langs die een klont aantrof in zijn zakken met meel.”
Van der Kraan: ,,Om silo’s te ontwerpen wordt in het algemeen de Jenike-tester gebruikt. Jenike vond niet alleen een tester uit, maar ook een procedure om aan de hand daarvan een silo te ontwerpen. Die tester heeft echter een nadeel: de spanningstoestand in het poeder is niet goed gedefinieerd en daarom zijn de resultaten die het apparaat produceert niet helemaal betrouwbaar.”
Volgens Van der Kraan is dit vooral een probleem bij plakkende korrels, de zogenaamde cohesieve poeders. ,,Denk aan talkpoeder, maizena of meel. Het zijn heel kleine deeltjes, een paar micron groot. Omdat ze zo klein zijn overheersen de interactiekrachten tussen de deeltjes de zwaartekracht. Als je een silo openzet kunnen ze bijvoorbeeld een brug vormen tussen de silowanden die het poeder boven de brug tegenhoudt. De Jenike-tester geeft voor die poeders te lage waarden, wat een te kleine silo betekent met een te kleine opening.”
Elastische staaf
Figuur 2 De poedertester van Van der Kraan
Om het gedrag van die poeders toch te kunnen voorspellen gebruikt men in de industrie een match-factor. Van der Kraan: ,,Maar eigenlijk wil je gewoon beter weten wat er gebeurt, en dat moet mijn tester kunnen. Je wilt net als bij een elastische staaf de relatie weten tussen de spanning en de vervorming. Die is bij een poeder veel complexer: het is eigenlijk iets tussen een vaste stof en een vloeistof in. Onder hoge druk kun je er tabletten van maken die lijken op een staafje, door er lucht door te blazen kun je hetfluïdiseren zodat het lijkt op een vloeistof.”
De relatie tussen spanning en vervorming wordt uitgedrukt in een tweede orde tensor, een matrix met daarin negen getallen. Van der Kraan: ,,In een eenvoudige tester kun je niet al die negen getallen vinden. Door onze tester zorgvuldig te ontwerpen hebben we ervoor gezorgd dat we alleen normaalspanningen hebben, zodat zes van die getallen nul zijn, van de overige kennen we er twee en de derde die meet je. Je zit zo iets dichter bij de waarheid.”
Van der Kraan wijst naar de tester: ,,Aan vier kanten van een kubusje poeder zit een membraan, zeg maar een ballonnetje, opgespannen op een vierkant raam. Dat raam kan naar voren en naar achter schuiven door een motor. Het membraan vervormt door er lucht in te blazen, wat het poeder in het midden een klein beetje indeukt. We schuiven dan net zolang het raam naar voren tot het membraan weer keurig recht is. Zo kun je een hoeveelheid spanning en een vervorming meten. Uniek aan dit apparaat is dat je niet alleen een spanning kunt instellen, maar ook een vervorming en daarbij de spanning kunt meten. Dat betekent veel extra informatie.”
Van der Kraan legt uit dat in een silo in het cilindrische gedeelte de vervorming van het poeder ook in een richting plaats vindt, onder invloed van de zwaartekracht. ,,Maar in het kegelvormige gedeelte, onderin, geldt dat niet meer: de vervorming is niet alleen verticaal. Een klassieke uniaxiale tester geeft dus niet de informatie die je daarvoor nodig hebt, deze tester wel.”
Sneeuwbal
Het onderzoek van Van der Kraan liep zo’n twee jaar vertraging op omdat het geld voor het bouwen van het apparaat ontbrak. ,,Ik heb me dus een tijd op iets anders geworpen, het stick-slip gedrag van poeders. Iedereen kent dat van een sneeuwbal die je samendrukt, die voel je tikken.” In plaats van continu te vervormen, vervormt de sneeuwbal in stapjes: hij blijft even op een bepaalde grootte en vervormt dan heel snel. ,,Koffiecreamer doet dat ook.”
,,Ik heb toen wat aan modellering gedaan om inzicht te krijgen in wat er eigenlijk gebeurt. Omdat je het driedimensionaal doorrekent deed een werkstation er een week over om het uit te rekenen, dus wegens gebrek aan tijd schoot dat niet erg op.”
Van der Kraan heeft daarom geprobeerd het gedrag experimenteel aan te tonen. ,,In een Jenike-tester kun je dit gedrag niet bekijken. Je zou graag weten wat de spanningen zijn vlak voor een slip en vlak na een slip. In mijn tester zie je het membraan na een tik bewegen, en daarna de motoren. In een tiental seconden is het systeem dan weer stabiel. Het gaat nog te vlug voor de membranen om het te volgen, maar je kunt heel goed de vervorming meten.”
Volgens de promovendus is het belangrijk dat onderzoekers of de industrie bij dit soort problemen de juiste apparatuur kiest. ,,Een apparaat is altijd ergens voor ontworpen, en daar moet je het ook voor gebruiken. Een cilinder met onderin een gat waar je het poeder doorheen probeert te drukken, geeft zeker een beeld van het stroomgedrag van poeders, maar niet van poeders in silo’s, waar sommige mensen het voor gebruiken.”
Volgens Van der Kraan is het onderzoek nog lang niet afgerond. ,,Ik had te weinig tijd voor een diepgaand onderzoek. Ik hoop nu op een opvolger die het apparaat gaat gebruiken. Zelf zit ik inmiddels bij Unilever in de wasmiddelenindustrie. Inderdaad, het maken van waspoeders.”
Do you have a question or comment about this article?
delta@tudelft.nl
Comments are closed.