Transporte Neumático. El Transporte Neumático: Consiste en el desplazamiento de materiales sólidos (pulverulento o finamente particulados) suspendidos y arrastrados por una corriente de aire a través de un conducto cerrado (tubería). Es utilizado para transportar productos de un punto a otro en una planta. La velocidad del aire es crítica, ya que si es demasiado baja, el producto se deposita y si es demasiado elevada, la abrasión que produce contra la cara interna de los conductos es muy grande. Hay que trabajar con cálculos que permitan determinar la velocidad de aire adecuada para transportar el producto. Se usan instalac iones semejantes para la clasificación de alimentos o para su deshidratación. Para evitar la acumulación de electricidad estática, provocado por el rozamiento, la humedad del alimento se controla y la instalación se conecta a tierra. Estas precauciones son muy importantes cuando se transportan alimentos pulverizados, para evitar el riesgo de explosiones. Este tipo de transporte presenta ventajas como: Son completamente cerrados. Ocupan poco espacio. Pueden tomar material o entregar en diferentes puntos. Pueden transportar materiales a grandes distancias ya sea vertical o horizontalmente. Poseen pocas partes móviles, lo que reduce gastos de mantenimiento. Deben de conocerse del material a transportar la densidad y el tamaño de partículas. Existe la siguiente clasificación: Muy fino dp < 0,015 cm Fino dp < 0,33y > 0,015 cm Granular dp < 1,27 y > 0,33 cm Aterronado dp > 1,27 cm Existen dos tipos básicos de transporte neumático: Baja presión, que puede ser: a) b) c)
Aspiración o vacío Presión o compresivo Vacío - presión
En todos los casos el soplador debe funcionar con una presión manométrica que como máximo sea de 20 a 40 kpa (0,2 -0,4 at). Alta presión: El soplador debe suministrar el aire a una presión manométrica de 200 a 400 kpa (2-4 at). Este sistema es muy usado y ventajoso. Existe el siguiente criterio, basado en el tamaño de partícula, para seleccionar el tipo de transporte:
TAMAÑO DE PART. Aterronado Granular Fino Muy fino
VACÍO X X X X
TIPO DE TRANSPORTE BAJA PRESÓN PRESIÓN MEDIA X X X X X
ALTA RESIÓN X X X
VACÍOPRESIÓN X X X
Es solo una guía, pues hay que considerar la cantidad de material a transportar, longitud de la tubería, etc.
Transporte Neumático a baja presión.
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Fig. 11 Esquema de transporte neumático a baja presión. El producto es alimentado por una tolva receptora que tiene un alimentador, pasando a la tubería en la cual se ha creado vacío con un ventilador que aspira en el sistema. Este sistema en la zona de descarga debe contar de un ciclón para separar las partículas del aire que va hasta el aspirador y después de éste un filtro de tela para evitar las posibles pérdidas de partículas en el aire que sale. El producto es descargado sobre un transportador distributivo que lo suministra a los silos correspondientes. El sistema que se presenta es de tipo vacío-presión. En sistemas a presión, el soplador se coloca al principio de la línea.
Fig. 12. Válvula rotatoria.
Transporte Neumático a alta presión o transporte por aerosol.
Este sistema a presión utiliza compresores (de pistón) y si el gasto de aire y la presión son pequeños utilizan sopladores rotatorios.
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Fig. 13. Variante del transporte por aerosol. En el esquema se observa que existe más de una tubería para la transportación del producto hacia los silos (una tubería para cada uno); de esta forma se evitan los inversores de flujo, reduciendo así la resistencia del sistema y por tanto el gasto de energía. Comparando los sistemas de Transporte Neumático. La magnitud fundamental que define el funcionamiento del sistema en transporte Neumático es la concentración másica, que representa los kilogramos de material que pueden trasladarse por un kilogramos de aire comprimido. C = kg de material a trasladar kg de aire comprimido Cuanto mayor sea este índice, más económico se hace el sistema. INDICE Concentración Másica Diámetro Tub. (mm) Vel. Inic. del Aire (m/s) Vel. Final. del Aire (m/s) Cons. Energ. (kw.h/t)
TABLA COMPARATIVA BAJA PRESION 0,5 – 4 200 – 700 15-18 15-18 1,1 – 1,3
AEROSOL 20 – 300 20 – 150 7,5 15-18 0,7 –0,9
Equipos y accesorios en Transporte Neumático. La línea de Transporte Neumático está constituida por las tuberías, los inversores de flujo y los alimentadores.
Tuberías:
Se usa una gran vanidad de diámetros, oscilando en general entre 20 –150 mm para el transporte aerosol y entre 100 – 254 mm para el transporte a baja presión. En general se trata que la mayoría de los tramos sean rectos, reduciendo al mínimo los cambios de dirección para evitar pérdi das de energía. Criterios para el diseño de tuberías:
Radio de curvatura.
R
No menos de 12 veces el diámetro de la tubería (transporte a Baja Presión). No menos de 9 veces el diámetro de la tubería (transporte aerosol). R/D = 10, le c90º = 25 pie, le c45º = 15 pie, Perry´s.
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Distancia entre curvaturas. Al menos igual a 40 veces el diámetro interno del tubo.
Conectar las tuberías a tierra para evitar chispas y explosiones.
Inversores de flujo.
Inversor Neumático de dos posiciones:
Fig. 15. Inversor neumático de dos posiciones. Estos equipos se utilizan para cambiar la dirección del material transportado, existen inversores desde 2 hasta 6 posiciones, posibilitando el transporte hasta seis lugares diferentes. En el cuerpo cilíndrico del inversor está situado un émbolo que puede ocupar dos posiciones, dependiendo por cual tubería se está suministrando el aire comprimido. Si el aire comprimido se suministra por la parte superior del cilindro el producto que entra por la tubería 2 (según el esquema), sale por el conducto 5.
En los inversores eléctricos, la posición del tapón, que determina las combinaciones, se establece mediante un motor eléctrico.
Fig.16. Inversor eléctrico de dos posiciones. Los conductos de los inversores, normalmente tienen diámetros de 38, 50 y 75 mm.
Alimentadores.
Estos equipos son usados para fijar la concentración másica en el sistema y para suministrar la mezcla del producto con el aire comprimido a la tubería de transporte.
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De acuerdo con su construcción pueden ser: De rotor. Continuo. Helicoidal. Continuo. De cámara. Periódico. Alimentador de rotor. La productividad del se determina por: qm = V * n * * K (kg/s) ;
qm = 3,6 * V * n * * K (t/h)
V: volumen del cuerpo del rotor, m3. (V = ( * D2/4) *l ; m3). D: diámetro interno del cuerpo del rotor, m. l: longitud del cuerpo del rotor , m. n: frecuencia de rotación del rotor, rps. : densidad del producto transportado, kg/m3. K: coeficiente de relleno, K 0,55. La productividad de estos alimentadores se encuentra entre 2 y 7,5 t/h, para un buen funcionamiento de esta máquina el espacio libre entre el rotor y el cuerpo del alimentador no debe ser mayor de 1mm, en caso contrario aumenta el gasto de aire, disminuye la concentración másica y aumenta el gasto de energía.
Fig.17. Alimentador de rotor: 1. Cuerpo del alimentador. 2. Conducto de entrada. 3. Tolva de descarga. 4. Conducto de salida. 5. Rotor de paletas.
Alimentador helicoidal.
Fig. 18 Alimentador helicoidal: 1. Motor. 2. Manguito de conexión. 3. Tornillo helicoidal con disminución en el paso. 4. Cámara de mezcla de forma cilíndrica. 5. Barrera porosa de algodón o de lona. 6. Tubería para transporte neumático.
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Debido a que el tornillo helicoidal tiene una disminución del paso a la salida se va formando una aglomeración del producto evitando así escapes o salidas de aire. La productividad se calcula igual que en los transportadores. Alimentador de cámara.
Fig. 19. Alimentador de cámara: 1. Barrera porosa. 2. Tubo interior. 3. Cuerpo cilíndrico del alimentador. 4. Tolva de carga. 5. Tubería de transporte. Se emplea en instalaciones con productividad pequeña. En este caso el producto desde un saco cae dentro de la cámara, después se cierra la misma y se suministra aire comprimido, t ransportándose el producto por los tubos. La productividad: qm = m / 60 *(c + d + a) (kg/s) m: masa del producto que se carga en el alimentador (sacos entre 50 – 100 kg). c : tiempo de carga (min). d : tiempo de descarga (min). a: tiempo auxiliar (cierre de compuerta, tiempo para envío del saco al alimentador). (min).
Instalaciones compresores para el Transporte Neumático.
El aire ambiente pasa a través de un filtro hacia el compresor, después de comprimido pasa por los filtros de aceite para sep arar el posible aceite tomado durante la compresión; el aire limpio pasa al tanque de almacenamiento: del tanque de almacenamiento pasa a la producción pasando nuevamente a través de un filtro y una válvula. El tanque de almacenamiento es generalmente de 1,5 a 12 m3; en él la ondulación de la presión (a la salida del compresor) se atenúa, manteniéndose lo más constante posible.
Fig 20. Esquema de una instalación compresora.
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Fig. 21. Variación de presión del aire: 1. Después del compresor. 2. Ondulación del aire después del tanque. Datos comunes de compresores para la Industria Alimentaria: Productividad: 3 – 30 m3/min. Presiones: 100 – 800 kPa (1- 8 atm). En la industria alimentaria muchas veces se utilizan sopladores del tipo rotatorio positivo, con dos impelentes en forma de ocho que rotan en direcciones contrarias. En esta instalación se coloca un filtro de aire antes de la máquina sopladora. Cálculo de una línea de Transporte Neumático. Los parámetros que hay que determinar son: 1. Definir el consumo de aire. 2. Definir la presión necesaria. 3. Calcular el diámetro interior de la tubería. 4. Seleccionar el compresor o soplador adecuado. Se han trabajado diferentes métodos. Ejemplo: Método para el cálculo de transporte aerosol, definido por el Instituto de Investigación del grano, Rusia. Considera: 1ra Línea : desde el camión hasta los silos.
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Fig. 24. Primera línea de transporte aerosol: 1. Recepción de la harina del camión especial. 2. Tubería. 3. Inversor de flujo. 4. Silo de acero. 5. Filtro de tela. 2da Línea : desde el tamiz hasta los silos secundarios.
Fig. 25. Segunda línea de transporte aerosol: 1. Tamiz. 2. Alimentador helicoidal. 3. Tubería. 4. Inversor de flujo. 5. Silo secundario de harina. Los pasos son: a) Calcular la longitud equivalente de la tubería: Le = lh + lv + lec + lei (m) lh: longitud secciones horizontales. lv : Longitud secciones verticales. lec: Longitud equivalente de los codos. lei : Longitud equivalente de los inversores de flujo. En el caso de los codos, es común buscarla en función de R/D. Se recomienda adoptar R/D = 10. R: Radio de curvatura. D: Diámetro de la tubería. lec: Oscila entre 6 y 12 m. para harina se recomienda lec = 6 m.
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En el caso de inversores : lei = oscila entre 8 y 10 m. b)
Cálculo de la relación másica.
C = kg de producto / kg de aire. Para harinas: C 1800/ Le (en la igualdad el valor de C es el crítico) c)
Consumo de aire necesario para el transporte.
q = qm * K /(a *C)
m3/s
q : consumo de aire, m3/s. qm : productividad de la línea, kg/s K: factor de pérdidas de aire en el alimentador. - alimentador de esclusa: 1,8 - alimentador helicoidal : 1,15 - sin alimentador : 1,0. a : densidad del aire, kg/m3. d)
Cálculo de la caída de presión en tuberías.
p1 = 26,66 * C * Ltub / (1- 0,002 * C * Ltub) e)
(Pa)
Cálculo de la velocidad final del aire.
Vf = Vi * (1 + p1/66600) Vi : velocidad inicial, m/s.
m/s
Chequear Vf : 15 – 18 m/s ; Vi : 7,5 m/s. f)
Cálculo de la caída de presión en los codos.
p2 = 1,1 (1 + 0,5 * n) * C * Vf2
(Pa)
n : cantidad de codos. Los inversores según el caso, pudieran considerarse como codos. g)
Cálculo del diámetro interno de la tubería. 4*q
di =
3 . 1416 * Vf
q : consumo de aire, m3/s. Vif : velocidad final del aire, m/s. Chequear di; debe encontrarse entre 20 y 150 mm h)
Presión a vencer por el compresor.
pa = 1,1 (p1 + p2)
(Pa)
2da Línea. i)
Cálculo de la caída de presión en el alimentador helicoidal.
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0 , 35 5 10 *q 0 ,2 * q t * q p3 = *133,3 2 pt di 2 D 1 735 ,133
(Pa)
qt: productividad del tamiz ( 1kg/s) di : diámetro interior de la tubería (m) D: diámetro de la aerocámara del alimentador (0,32 – 0,4 ), (m) q: consumo de aire, (m3/s) pt = p1 + p2 , (Pa) j) Cálculo de la caída de presión que tiene que vencer el compresor: pa = 1,1 (p1 + p2 + p3)
(Pa)
El resto de los cálculos son idénticos. Para calcular la potencia del compresor: P=
pa * q 1000
*
(kW)
: eficiencia, entre 0,55 y 0,75 q: consumo de aire, m3/s pa: presión a vencer por el compresor, Pa Chequear el consumo específico de energía: 0,7-0,9 kw*h/t. Velocidades de aire necesarias para transportar sólidos de distintas densidades. (según método propuesto Chemical Engineers Handbook. Densidad del sólido (lb/p3) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Velocidad del aire (p/min) 2900 3590 4120 4600 5050 5500 5840 6175 6500 6800 7150 7450
Densidad del sólido (lb/p3) 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
Velocidad del aire (p/min) 7700 8000 8250 8500 8700 9000 9200 9450 9700 9900 10500
Transportadores Neumáticos. (Perry´s; sección 7) Producto : 30 lb/p3 (bulk density), Leq = 600 p Razón de flujo (lb/h) 10000 25000 50000 100000
Diámetro interno (pulg) 4 6 6 8
Potencia requerida (hp) 25 60 125 200
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Método gráfico. (Perry; Chemical Engineers Handbook. Tomo 1. Sección 7-19) Parámetros fundamentales: . Diámetro del transportador . Potencia del compresor soplador Pasos: 1- Cálculo de las longitudes equivalentes (lec entre 6 y 12 m; lei entre 8 y 10 m). 2- Determinar en tabla la velocidad inicial que moverá al producto de acuerdo a su densidad. 3- Nomograma 1. Se supone el diámetro de tubería y con la velocidad inicial se determina el volumen de aire por minuto. 4- Determinación de la relación de sólidos, Nomograma 2. Se unen los puntos de volumen de aire y productividad del sistema; si la relación de sólidos es mayor que 15 se supone un diámetro de tubería mayor. 5- Determinación del factor de diseño, Nomograma 3. Se une Diámetro de tubería con volumen de aire/min para conocer el factor de diseño. 6- Determinación de la caída de presión, Nomograma 4. Se unen los puntos factor de diseño y longitud equivalente y se extiende la recta hasta la línea de apoyo. Este punto se une con el punto que representa la relación de sólidos y así se determina la caída de presión. Si es superior a 10 lbf/pulg2 se supone un Diámetro de tubería mayor y se repite el procedimiento. 7- Determinación de la Potencia necesaria, Nomograma 5. Se une la caída de presión con el volumen de aire/min y se obtiene así la Potencia.
Ejemplo. Se desea diseñar un sistema de Transporte Neumático de alta presión para transportar harinas desde un camión hasta los silos para su almacenaje. El camión posee dos tolvas con un volumen total de 14,5 m 3 y el tiempo de descarga es aproximadamente 60 min. Las características del sistema son:
l3 11
3
5
3
5
5
2 l2 4
4
4
l1 1 1. 2. 3. 4. 5.
Recepción de la harina (Descarga del camión) Tubería Inversores de flujo Silos Filtros de tela
Datos. harina= 650 Kg/m3 aire= 1,2 Kg/m3 lec= 6m lei= 8m 3
14 , 5 m * 650
qm= 60 min *
l1= 1m l2= 24m l3= 88m R/D=10
Kg
m 60 s
3
= 2,62 kg/s
min
1.Leq. L = lv +lh +leqc ++leqi l2 = lv = 14m +10m = 24m l1+ l3 = lh =1m +88m = 89m leqc =3*6 = 18m leqi = 2*8 = 16m Leq = 147 m *
p
3 codos de 90º leqc =6m 2 inversores, leq i de 8 a 10m R/D = 10
= 490p
0 ,3 m
2. Según tabla: harina = 650 Kg/ m3 =40,5 lb/p3 para = 24 lb/p3 en Tabla 3.5, Hdez. o Tabla 7.13, Perry vaire =5840 p/min 3.Suponiendo D = 6” en Nomograma 1: con vaire =5840 p/min y D = 6”
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obtengo Vol. de aire =1500 p3/min D entre 4” y 8”, en Tabla Perry y de 1” a 10” en Nomograma entre 20 y 150 mm, criterio ruso 6” = 0,152m = 152mm 4. Con Volumen de aire = 1500 p 3/ min y Productividad =2,62 Kg/s = 20750 lb/h Nomograma 2: obtengo relación sólido 6 OK, pues es menor que 15 5.Nomograma 3. Con Dtub = 6” y Vol aire/min =1500 p3/min obtengo factor de diseño =60 6. Nomograma 4. Con factor de diseño = 60 y Leq= 490 p obtengo el punto pivote y con el punto y razón de sólidos = 6 obtengo la caída de presión = 9 lb/pulg 2. OK pues es menor que 10 lb /pulg2 7.Nomograma 5. Con Caída de presión = 9 lb/pulg2 y Vol aire/min = 1500 P3/min P = 85 HP Riesgos del Transporte Neumático. Riesgos de contaminación ambiental: El peligro está relacionado con la producción de sólido seco que se vierte al ambiente, aún en aire agotado por lo que se exi ge el uso de filtros de manga. Se debe medir continuamente la calidad del aire agotado. Riesgos de incendio y explosión. Podemos encontrarlo en sistemas donde se trabaja con materiales orgánicos en forma de nubes de polvo. Se pueden producir chispas por fricción Se pueden producir por algún defecto eléctrico. Se produce electricidad estática en este tipo de sistema.
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Anexos: Nomogramas.
Fig 26. Nomograma 1.
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Fig. 27. Nomograma 2.
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Fig. 28. Nomograma 3.
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Fig. 29. Nomograma 4.
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Fig. 30 Nomograma 5.
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