Trasporto Pneumatico

010 ottobre OK 21-11-2006 18:56 Pagina 31

Tecnologia bar.. Usano pressione bar pressione per spingere spingere il prodotto attraverso la linea di trasporto a velocità relativamente basse (come l’estrusione). l’estrusione). Sono descritti come sistemi ad alta pressione e bassa

Tecnologia

Bassa pressione

velocità con alto rapporto aria-prodotto.

UNA TRATTAZIONE SINTETICA CON ALCUNI UTILI ESEMPI CONCRETI

Se guardiamo a un tipico impianto di

TRASPORTO pneumatico: TRASPORTOpneumatico: quale aria compressa

serbatoio in pressione per mantenere

Danilo Campani

sporto all’inizio della linea è di circa 3

domnick hunter hiross

bar e, alla fine, fine, zer zero. o. Que Questi sti impian impianti ti

Gianluca Zanovello

generalmente usano un compressore

Compressori Veneta

come fonte di alimentazione.

trasporto ad alta densità che usa un la pressione pressione di trasporto, noteremo una bassa velocità di partenza di circa 15 metri/minuto e una più alta velocità alla fine della linea di circa 152 metri/minuto metri/ minuto.. La pressione pressione di tra-

Poiché il trasporto ad alta densità è

Nella maggior parte degli impianti per il trasporto pneumatico, la macchina base di spinta è una soffiante, spesso a lobi, con pressioni che vanno da 0,5 0,5 a 1 barg. Vis Viste te le basse pressioni in gioco, gioco, la progettazione progettazione dell’impianto dovrà essere ottimizzata in funzione delle “perdite di carico” carico” e facendo particolare attenzione alle caratteristiche dell’impianto, e al comportamento termodinamico degli scambiatori per la riduzione della temperatura dell’aria.

I

l trasporto pneumatico è oggi uti-

così versatile, esistono diverse conficonfi-

lizzato in moltissime applicazioni

gurazioni di impianto che ne con-

industriali e sfrutta una moderna tec-

sentono l’utilizzo l’utilizzo per materiali di di-

nologia applicata alla movimentazio-

verse natura natura e densità: prodotti gra-

ne di materie prime e prodotti di ogni

nulari, nula ri, sco scorrev rrevoli, oli, abra abrasivi sivi e non, co-

natura.

me sabbia silicea o granuli di plasti-

Le due distinte categorie del traspor-

ca eccetera.

to pneumatico possono essere descritte come sistemi a bassa e alta

Configurazione

pressione.

con sistema discontinuo

In questo caso, l’impianto è composto Due sistemi

da un serbatoio serbatoio a pressione, pressione, cui è at-

Sistemi a bassa pressione

tribuito il ruolo di propulsore, propulsore, e una li-

I sistemi a bassa pressione utilizzano

nea di trasporto. trasporto. Duran Durante te il ciclo di

aria con pressione inferiore a 1 bar.

riempimento, riempiment o, il materiale è caricato caricato

Questi sistemi usano pressione o de-

nel propulsore attraverso una valvola

pressione per spingere o tirare i ma-

speciale. L’aria rimossa è scaricata at-

teriali attraverso le linee di trasporto

traverso una valvola di sfiato per per-

a velocità relativamente elevate e a

mettere un miglior riempimento e

un’alta un’ alta velocità di sollevamento. Usa-

prevenire contropressioni che rallen-

no,, gener no generalmen almente, te, una soffiant soffiantee a

terebbero il flusso del materiale.

bassa pressione o un ventilatore.

Una volta che il propulsore è riempito, come segnalato segnalato da un indicaindica-

Sistemi ad alta pressione

tore di livello livello o da una bilancia, le

I sistemi ad alta alta pressione, pressione, general-

valvole di scarico e sfiato chiudono

mente conosciuti come trasporto

e sigillano.

pneumatico ad alta densità, utilizza-

Successivame Succes sivamente, nte, tutta l’aria l’aria ad alta

no aria con pressione superiore a 1

pressione richiesta per trasportare un

31 A S S E R P M O C A I R A ’ L L E D I N R E D A U Q I 6 0 0 2 e r b o t t o



Tecnologia dato prodotto, senza riguardi per la

traverso la parte superiore del propul-

pressa che entra nel propulsore è l’a-

distanza, è gradualmente introdotta

sore e gli ugelli fluidificanti. Tutta l’a-

ria usata per sostituirsi al materiale

dall’alto del propulsore durante il ci-

ria richiesta per il trasporto è intro-

scaricato. Tutta l’altra aria richiesta

clo di trasporto.

dotta nel propulsore durante un com-

per il trasporto è aggiunta attraver-

Il materiale si muove in cilindri irre-

pleto ciclo di trasporto. Questa aria

so i booster. Il diaframma che agisce

golari fino a che propulsore e linea

compressa introdotta nel propulsore

come valvola di non ritorno permet-

sono vuoti.

si miscela col materiale. Il materiale è

te all’aria compressa di entrare nella

Un pressostato è utilizzato per con-

forzato attraverso la linea di traspor-

linea di trasporto, impedendo infil-

trollare la pressione dell’aria nel ser-

to in condizione fluidificata e conti-

trazioni di prodotto nella linea del-

batoio e tarato per attivarsi a una

nua a fluire fino a che la linea e il pro-

l’aria.

bassa pressione predeterminata alla

pulsore sono vuoti.

Questo è fondamentale per l’affida-

fine del ciclo di trasporto.

Un pressostato è usato per controlla-

bilità dei booster e per i risultati del-

Questa stacca l’alimentazione del-

re la pressione dell’aria nel propulsore

l’impianto nel suo complesso.

l’aria, permettendo al volume dell’a-

e tarato per attivarsi a una predeter-

La distanza tra i booster è assoluta-

ria residua di pulire il propulsore e

minata bassa pressione alla fine del

mente dipendente dalle caratteristi-

la linea.

ciclo.

che del prodotto trasportato. Un

Caratteristiche di questo sistema so-

Questo chiude l’alimentazione dell’a-

prodotto difficile può avere i booster

no l’alta portata di aria all’inizio e al-

ria, permettendo al volume di aria re-

molto ravvicinati; viceversa, un pro-

la fine del ciclo di trasporto e più al-

siduo di pulire la linea. Caratteristiche

dotto facile può avere i booster mol-

te pressioni di utilizzo.

di questo sistema sono l’alto flusso di

to più distanziati. In effetti, regolan-

aria durante il ciclo di trasporto e più

do le distanze tra i booster lungo la

basse pressioni di lavoro.

linea, si riduce la lunghezza di tra-

Configurazione

sporto alla distanza tra i booster, ga-

con sistema fluidificante

Esso è generalmente idoneo per pol-

Configurazione

rantendo affidabilità e risultati.

veri molto fini e non abrasive, tipo

con sistema in alta pressione

Un pressostato è usato per control-

talco o farina, e per brevi distanze di

Questa configurazione di trasporto

lare la pressione dell’aria nel propul-

trasporto.

pneumatico è quella più convenzio-

sore e tarato per attivarsi a una pre-

E’ un sistema di tipo discontinuo e

nale e, quindi, più utilizzata.

determinata bassa pressione alla fi-

consiste in un propulsore fluidifica-

Il sistema è, generalmente, adatto

ne del ciclo di trasporto. Questo

to e una linea di trasporto. Il pro-

per polveri fini, granuli, abrasivi, non

chiude l’alimentazione dell’aria di

pulsore impiega ugelli fluidificanti

abrasivi e materiali difficili da tra-

rete, permettendo al volume di aria

per fluidificare il prodotto durante

sportare come sabbia silicea, refrat-

residua di pulire la linea.

il ciclo di trasporto ed eliminare

tari, cenere di soda o ceneri volanti, e

Caratteristiche di questo sistema so-

l’impaccamento, migliorando lo

distanze di trasporto maggiori. Que-

no l’alta portata di aria all’inizio e al-

scorrimento.

sto è un tipo di trasporto disconti-

la fine del ciclo di trasporto e una

Questa azione è così efficace che la

nuo e consiste in un propulsore, li-

bassa portata nel mezzo, con minori

maggioranza delle polveri si compor-

nea di trasporto e gruppi booster.

pressioni nella linea.

ta come liquido. Durante il ciclo di

Durante il ciclo di riempimento, il

riempimento, il materiale alimenta

materiale alimenta per caduta il pro-

Configurazione

per gravità il propulsore attraverso la

pulsore attraverso la valvola a farfal-

con sistema a massimo riempimento

valvola a farfalla. L’aria è eliminata at-

la con sede gonfiabile. L’aria da sosti-

Questo sistema è generalmente adat-

traverso la valvola di sfiato per per-

tuire è scaricata attraverso una val-

to per prodotti abrasivi fragili e diffi-

mettere un più facile riempimento.

vola di sfiato per consentire un facile

cili da trasportare come nerofumo,

Una volta che il propulsore è riempi-

riempimento.

carburo di silicio, pellet di plastica o

to, come segnalato dall’indicatore di

Una volta che il propulsore è pieno,

sabbia silicea e lunghe linee di tra-

livello o bilancia, le valvole di carico e

come segnalato da un indicatore di

sporto.

sfiato sono chiuse. L’aria ad alta pres-

livello o bilancia, le valvole di carico e

Questo sistema può essere continuo

sione è introdotta gradualmente at-

sfiato si chiudono. La sola aria com-

o discontinuo e consiste in uno o più


Tecnologia propulsori e un’unica linea di trasporto con booster. Da un punto di vista pratico, la grande differenza tra questa configurazione e le altre è che la linea di trasporto non si vuota mai. La linea rimane sempre piena di prodotto all’inizio e alla fine del ciclo di trasporto. Il ciclo di alimentazione comincia con il materiale che riempie il propulsore attraverso una valvola a farfalla con sede gonfiabile. L’aria viene eliminata attraverso una valvola di sfiato per permettere un facile riempimento. Tutta l’aria compressa usata per il trasporto è immessa attraverso i booster montati sulla linea di trasporto. Prima di riempire nuovamente il propulsore, l’aria in pressione viene scaricata attraverso una speciale valvola di sfiato che rimane aperta durante il ciclo di riempimento. Poiché la linea di trasporto non viene pulita, le alte velocità che si vedono nelle altre tre versioni durante la fase di pulizia sono completamente eliminate, rendendo, così, questa configurazione ideale per prodotti fragili, abrasivi o miscele. Inoltre, poiché la linea rimane sempre piena, non si perde tempo per vuotarla e riempirla nuovamente. Infine, il consumo dell’aria è drasticamente ridotto, rendendo questa configurazione ideale per lunghe distanze di trasporto con singoli prodotti. Caratteristiche di questo sistema sono le basse portate di aria durante il ciclo di trasporto e alte pressioni di lavoro. Aria compressa a bassa pressione: cenni termodinamici

Come descritto in precedenza, tutti i vari metodi di trasporto pneumatico utilizzano come “fluido di trasporto” l’aria compressa (o eventualmente il vuoto). Per un trasporto pneumatico di prodotto non igroscopico, è indispensabile che l’aria compressa subisca un fondamentale trattamento termodinamico di base che ne riduca l’umidità relativa, la presenza di contaminanti solidi e liquidi (olio). Dovendo necessariamente ricorrere a una terminologia tecnica specifica della termodinamica dei fluidi, citiamo alcune semplici definizioni delle principali grandezze termodinamiche che andremo a nominare negli esempi che seguono. Suggeriamo, altresì, ai lettori di ripercorrere i vari passaggi termodinamici, utilizzando il Diagramma Psicrometrico, sviluppato dal Centro ricerche del Gruppo Hiross, già oggetto di un articolo pubblicato in due parti su questa stessa rivista, nei numeri di gennaio e febbraio 2006. Alcune definizioni • Normal metro cubo (Nm3) Unità di misura volumetrica di riferimento corrispondente a 1 m3 di aria alla pressione atmosferica sul livello del mare (760



Tecnologia mm Hg), alla temperatura di 0 °C e

temperatura, riferita a una specifica

ne e di surriscaldamento ed è, quindi,

senza contenuto di vapore d’acqua.

pressione, alla quale il vapore comin-

indispensabile ridurne la temperatu-

cia a condensare; nell’ipotesi di effi-

ra per condensare il vapore d’acqua

• Entalpia

cienza di separazione della conden-

(riducendo cioè la parte di calore defi-

Indica il contenuto totale di calore

sa = 100%, questo valore coincide

nito “latente”) abbassandone, di con-

nell’aria compressa. E’ la somma del

con la temperatura minima raggiun-

seguenza, il contenuto di umidità e il

calore sensibile dell’aria compressa e

ta dall’aria compressa lungo l’appa-

punto di rugiada in pressione.

del calore latente dell’acqua conte-

recchio.

L’obiettivo è quello di raggiungere un contenuto residuo di umidità inferiore

nuta nell’aria compressa. Il “calore sensibile” è il calore da fornire (o sot-

• Calore sensibile e latente

a 0,79 gr/Nm 3 (corrisponde a un punto

trarre all’aria) per alzare o abbassare

Il “calore sensibile” è quel calore che,

di rugiada in pressione di +3 °C).

la sua temperatura.

quando viene somministrato a un

Nella maggior parte degli impianti

Il “calore latente” è la quota di ener-

corpo, provoca un aumento della sua

per il trasporto pneumatico, la mac-

gia che deve venire aggiunta o sot-

temperatura. Il “calore latente" è

china base di spinta è una soffiante,

tratta all’acqua per farla evaporare o

quel calore che, quando viene som-

spesso a lobi, con pressioni che vanno

condensare.

ministrato a un corpo, provoca il suo

da 0,5 a 1 barg.

cambiamento di stato, a temperatu-

Viste le basse pressioni in gioco, la

• Curva di saturazione

ra costante. In questo caso, l'effetto

progettazione dell’impianto dovrà es-

Detta anche curva a umidità relativa

provocato dal calore non consiste in

sere ottimizzata in funzione delle mi-

100%, è il luogo dei punti rappresen-

un aumento della temperatura, ma

nime “perdite di carico” (si dividono in

tanti, per ogni temperatura, il massi-

in una trasformazione dello stato fi-

distribuite e localizzate), facendo par-

mo contenuto di vapore d’acqua in

s i c o d e l l a m at e r i a . U n e s e m p io :

ticolare attenzione alla lunghezza

grammi che un Nm può contenere. A

quando mettiamo la pentola colma

dell’impianto, al diametro delle tuba-

ogni pressione corrisponde una curva

d'acqua sul fuoco, il primo fenome-

zioni, al numero di curve e valvole di

diversa. La quantità di vapore d’acqua

no osservabile è un surriscaldamen-

intercettazione.

che può essere contenuta nell’aria, a

to dell'acqua fino a far raggiungere

Stimate, quindi, la tipologia di pro-

parità di pressione, aumenta con l’au-

la temperatura di ebollizione, da

dotto, la massima perdita di carico

mentare della temperatura, mentre a

questo momento la temperatura

ammissibile, la lunghezza e tipologia

parità di temperatura diminuisce con

dell'acqua non subirà variazioni fino

dell’impianto, è di fondamentale im-

l’aumentare della pressione.

alla completa evaporazione di tutto

portanza il dimensionamento termo-

il liquido, ma noi dobbiamo conti-

dinamico dei componenti per il trat-

• Punto di rugiada

nuare a fornire calore (lasciamo il

tamento dell’aria compressa.

Quando una miscela di aria e di vapo-

fuoco acceso) per consentire all'ac-

Normalmente, il primo stadio di trat-

re d’acqua viene raffreddata a pres-

qua di continuare a bollire; ebbene,il

tamento dell’aria compressa viene ef-

sione costante, la temperatura alla

calore che abbiamo fornito per far

fettuato mediante scambiatori a fa-

quale il vapore diventa saturo viene

raggiungere all'acqua la temperatu-

scio tubiero aria-acqua, con tubi lisci

detta temperatura o punto di rugiada

ra di ebollizione è “calore sensibile”

e basse perdite di carico (siamo nel-

dell’aria.

(provoca un innalzamento della

l’ordine di circa 0,05 barg). La conden-

Si parla di Punto di Rugiada Sotto

temperatura), mentre il calore che

sa prodotta dovrà essere separata

Pressione quando ci si riferisce a pres-

continuiamo a fornire per far evapo-

mediante separatori che assicurino

sioni superiori a quella atmosferica.

rare tutta l'acqua è “calore latente”

perdite di pressione molto basse.

Si parla di Punto di Rugiada Atmosfe-

(provoca il passaggio di stato da li-

I principi di separazione più utilizzati

rico quando la pressione dell’aria

quido a gassoso dell'acqua).

sfruttano due effetti:

3

umida cui esso si riferisce è quella at-

- effetto inerziale (separatore demi-

mosferica al livello del mare.

ster), che separa l’acqua dall’aria per

Nelle apparecchiature che trattano

Trattamento dell’aria

impatto inerziale delle particelle d’ac-

l’aria compressa, viene definito Pun-

L’aria compressa prodotta dal com-

qua su un materiale apposito (maglia

to di Rugiada dell’Apparecchio la

pressore è in condizioni di saturazio-

di acciaio inossidabile). L’effetto di


Tecnologia questo sistema è indipendente dalla

Temperatura in mandata da soffian-

Scambiatore per bassa pressione

portata dell’aria compressa e dalla

te: 100 °C;

Vediamo, ora, quali sarebbero i risul-

sua velocità ed è, quindi, molto utile

Pressione di esercizio: 1 barg;

tati se venisse utilizzato uno scam-

in condizioni di bassa pressione e

Condizioni ambiente: 25 °C UR 60%;

biatore appositamente progettato

portate variabili;

Temperatura acqua raffreddamento:

per la bassa pressione.

- effetto centrifugo che separa la con-

20 °C;

Selezioneremo il modello Hiross Wrn

densa per effetto centrifugo, delle par-

Portata acqua di raffreddamento: 5

6000 BP, che verificheremo con le

ticelle d’acqua contenute nell’aria.

m /h.

stesse condizioni iniziali di pressione

Questo sistema è molto efficace con

Lo scambiatore di produzione stan-

e portata.

portate elevate di aria compressa e

dard che dovrebbe essere selezionato

Dal confronto dei risultati della Tab. 1

3

e della Tab. 2 emergono le seguenti importanti indicazioni in merito alle

Tab. 1 - Risultati della selezione con uno scambiatore Hiross Wrn 6000 standard

perdite di carico a pressioni diverse confrontate con due prodotti: uno

Temperatura uscita aria °C Perdite di carico totali kPa Umidità in ingresso gr/m3 Umidità in uscita gr/m3

1 barg

0,8 barg

0,5 barg

24,3

24,2

24,0

7,99

8,89

10,7

15,4

15,4

15,4

12,1

13,4

15,0

standard e uno specifico per le basse pressioni: - caso 1 del 25%; - caso 2 del 20,2%; - caso 3 del 19%. Per casi dove il prodotto è igroscopico (polveri, cemento ecc.) occorre, quindi, dimensionare degli scambiatori

grosse velocità di attraversamento.

(che chiameremo Hiross Wrn 6000)

speciali che indicheremo come Hiross

Per evidenziare l’importanza che as-

dovrà essere di portata nominale (vi-

Wrn XXX BP, che dovranno essere pro-

sume la progettazione specifica di

sta la bassa pressione) molto più ele-

gettati in modo da dare una minima

questi impianti rispetto all’utilizzo di

vata della portata d’aria da trattare

perdita di carico con uno scambio ot-

prodotti standard per aria compressa, faremo alcuni esempi di calcolo con

Tab. 2 - Risultati della selezione con uno scambiatore Hiross Wrn 6000 BP

scambiatori standard (progettati per pressioni di circa 7 barg) utilizzati in impianti a bassa pressione, da cui si evince come sia indispensabile una grande esperienza nel settore per non incappare in “errori di progettazione” che rendono assolutamente inutilizzabile l’impianto.

Temperatura uscita aria °C Perdite di carico totali kPa Umidità in ingresso gr/m3 Umidità in uscita gr/m3

1 barg

0,8 barg

0,5 barg

24,3

24,2

24,0

6,00

7,10

8,7

15,4

15,4

15,4

12,1

13,4

15,0

Scambiatori a confronto

Scambiatore standard L’esempio riportato vuole evidenziare

(1000 m3/h) e sarà con tubi in rame e

timale sia sul calore sensibile sia su

come, con leggera riduzione della

mantello in acciaio al carbonio.

quello latente.

pressione di esercizio, si modifica ra-

Quindi, con scambiatore standard,

Senza addentrarci in altri calcoli, basti

dicalmente il comportamento termo-

anche sovradimensionato, non si rie-

pensare che, per trasporti come sopra

dinamico dello scambiatore.

sce a raggiungere bene gli obiettivi

descritto, per basse pressioni si può

principali: bassa perdita di carico e ri-

arrivare a fare un trattamento com-

• Dati di progetto

duzione del contenuto dell’umidità in

pleto dell’aria con punto di rugiada fi-

Portata: 1000 m3/h Fad 20 °C;

valore assoluto.

nale di 10 °C, di 5 °C e anche di 3 °C .


Trasporto Pneumatico

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