OPERATII UNITARE IN INDUSTRIA ALIMENTARA - Transportul Pneumatic - Calculul unei instalatii de transport pneumatic al fluidelor bifazice gaz-solid

UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA VETERINARA A BANATULUI TIMISOARA

FACULTATEA TEHNOLOGIA PRODUSELOR AGROALIMENTARE

Disciplina: OPERATII UNITARE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

Transportul Pneumatic

Calculul unei instalatii de transport pneumatic al

fluidelor bifazice gaz-solid

Transportul pneumatic al granulelor si materialului pulverulent este des utilizat datorita avantajelor tehnico-economice fata de sistemul clasic mecanizat.

In practica se intalnesc frecvent doua cazuri de curgere a curentilor bifazici:

Curgerea curentilor bifazici lichid-solid

Curgerea curentilor bifazici gaz-solid

Dinamica fluidelor bifazice lichid-solid

a)      Insusirea calcu 959h79j lului hidrodinamic (Regimurile de curgere pe conducta de transport; Calculul pierderilor de sarcina distribuite; Pierderi de sarcina locale; Viteza critica de transport; Curbe caracteristice hidrodinamice pentru instalatia de transport hidraulic a particulelor solide)

b)      Insusirea modului de calcul mecanic al conductelor (Stabilirea diametrului conductei de transport; Alegerea grosimii de perete)

c)      Insusirea notiunilor privind uzura prin abraziune a conductelor si armaturilor

d)      Cunoasterea pompelor speciale utilizate la vehicularea amestecurilor bifazice (Modificari constructive ale pompelor centrifuge utilizate la vehicularea amestecurilor bifazice; Pompe volumice)

e)      Cunoasterea echipamentelor pentru formarea amestecului bifazic (cu camere, cu piston, cu lant si raclete, cu surub, cu rotor) ; Dispozitiv de alimentare cu hidroamestec prin aspiratie cu sorb; Instalatia de alimentare cu tuburi de incarcare

f)       Consideratii tehnico-economice asupra transportului hidraulic pe conducte

Dinamica fluidelor bifazice gaz-solid

a)     Insusirea calculului pneumatic al conductelor de transport (Regimurile de miscare ale fluidelor bifazate gaz-solid; Calculul marimilor cinematice ale particulelor solide; Calculul pierderilor de presiune distribuite)

b)     Instalatii de transport pneumatic (Clasificarea instalatiilor de transport pneumatic, Scheme de principiu)

c)     Cunoasterea echipamentelor mecanice pentru formarea amestecurilor gaz-solid (cu sorb, cu ejector, cu camere, cu tambur, pompa cu surub melc)

Clasificarea instalatiilor de transport pneumatic

Instalatiile de transport pneumatic se pot clasifica dupa mai multe criterii care se iau in considerare, fie modul de lucru, fie cel de formare a amestecului.

Dupa modul in care se face antrenarea particulelor solide instalatiile de pneumotransport se clasifica in:

-instalatii la care transportul se face prin antrenarea separata a particulelor solide in curentul de gaze, chiar daca exista ciocniri intre particule;

-instalatii de transport la care materialul este adus in stare de fluidizare prin difuzia unui curent de gaze in spatiul dintre particule; in acest caz, gazul are rolul de a elimina frecare dintre granule.

Dupa marimea presiunii din conducta de transport pneumatic, instalatiile se clasifica in:

-instalatii cu depresiune racordate la un exhaustor;

-instalatii cu suprapresiune racordate la un compresor sau suflanta.

Instalatii de transport continuu cu actionare pneumatica

Transportul se realizeaza in plan vertical sub actiunea gravitatiei. Este un dispozitiv care nu necesita supraveghere si intretinere deosebite; se uzeaza datorita eroziunii in timpul transportului.

Transportorul pneumatic are la baza principiul antrenarii particulelor de material solid de catre un curent de aer sau alt gaz care se deplaseaza cu o anumita viteza printr-o conducta. Cu acest tip de instalatii se transporta materiale solide de granulatie foarte mica: soda calcinata, ciment, cenusa, zgura, praf de calcar, carbune macinat sau sub forma fibroasa, aschii de lemn, rumegus, celuloza etc.

Deplasarea materialului se face in plan orizontal, inclinat sau vertical, pe distanta de 350-400 m si inaltimea maxima de 45 m.

Dupa modul de functionare, instalatiile de transport pneumatic se impart in:

instalatii prin aspiratie;

instalatii prin refulare;

instalatii mixte.

O instalatie de transport pneumatic este formata din:

conducte prin care se face transportui;

dispozitivul de alimentare al conductei cu material;

sursa de aer comprimat sau de aspiratie;

dispozitivul pentru separarea materialului de aerul folosit la transport.

Conductele prin care se face transportul sunt de obicei din otel, avand diametrul de 50-250 mm, la montarea lor reducandu-se coturile la maximum pentru a inlatura pierderea de presiune si eroziunile.

Alimentarea cu material se face cu dispozitive elicoidale, dispozitive cu camere, dozatoare celulare, in transportul pneumatic prin refulare si sorb de aspiratie pentru transportul prin aspiratie care se afunda in material.

Sursa de aer comprimat este data de compresoare cu una sau doua trepte, turbo-suflante si ventilatoare sau pompe de vid.

Separarea materialului antrenat de aer se face in aparate numite silozuri, cicloane si filtre cu saci.

Transportui pneumatic prin aspiratie este eficient in cazul descarcarii materialelor din vagoane, platforme, remorci etc. la distante de pana la 120 m.

Caderea de presiune in portiunea de accelerare

Intr-o instalatie de transport pneumatic, exista mai multe portiuni de accelerare. Prima portiune cuprinde locul de incarcare a materialului in conducta si lungimea de conducta dreapta pe care materialul se acceleraza pana la o viteza mai mica decat viteza de regim cu 5%. Dupa fiecare curba viteza materialului este mai redusa decat viteza de regim si din nou exista o portiune de accelerare.

Pierderea de presiune in curbe

In curbe materialul se taraste deasupra peretelui asupra carui actioneaza forta centrifuga, iar aerul circula in portiunea lasata libera, contribuind in mica masura la antrenarea materialului. In timpul salturilor, curentul de aer actioneaza asupra particulelor. Viteza aerului ramane constanta, viteza materialului scade.

Influenta curbelor asupra pierderilor de presiune se manifesta sensibil prin portiuni de accelerare a materialului dupa curbe.

Tema proiectului: Sa se calculeze o instalatie de transport pneumatic (cu sorb) pentru grau, de la siloz la punctul de receptie dintr-o moara in cazul traseului orizontal si vertical indicat in figura de mai jos:

Schema de calcul a instalatiei de transport pneumatic

Date initiale:

- debitul in greutate al materialului solid transportat: Q_GS = 100000 [N/h]

- lungimea tronsoanelor: L_1-2 = 9,6m si L_3-4 = 41m

- diametrul conductei: D = 150mm = 0,15m

- diametrul bobului de grau: d = 4,6mm = 0,0046m

- masa particulei de grau: m = 3,806 · 10^-5kg

- viteza optima a gazului (aerului) la transportul pneumatic: v_g = 20 ÷ 30m/s

- acceleratia gravitationala: g = 9,1 m/s²

- greutatea specifica a gazului la presiunea atmosferica: = 12,9 N/m³

Tabelul 1. Constante legate de material

Stabilirea parametrilor de transport

Calculul concentratiei de transport

[-]

unde: C - concentratia de transport

k₀ - constanta de infundare: k₀ = 3,1 · 10^-5

v_g - viteza optima de curgere a aerului [m/s]

g - acceleratia gravitationala [m/s²]

D - diametrul conductei [m]

Calculul debitului de gaz Q_g

[m³/s]

unde; v_g - viteza optima de curgere a aerului [m/s]

D - diametrul conductei [m]

Calculul in greutate al gazului Q_Gg

[N/h]

unde: - greutatea specifica a gazului la presiunea atmosferica

Calculul debitului in greutate al solidului Q_GS

Valoarea calculata a debitului in greutate al solidului trebuie sa fie superior cifrei impuse, functie de valoarea vitezei de curgere a aerului v_g.

Calculul vitezei de regim a particulei solide in sorb v_s

unde: v_g - viteza de regim a aerului

v_s - viteza de regim a particulei solide in sorb

v_p - viteza de plutire a particulei

[m/s]

unde: d - diametrul particulei solide [m]

C_R - coeficent de rezistenta: C_R = 0,42

- greutatea specifica a solidului: [N/m³]

- greutatea specifica a gazului la presiune atmosferica

g - acceleratia gravitationala [m/s²]

_z - constanta vitezei de regim: _z = 0,0024 - 0,0032

Β - coeficent de proportionalitate: [-]

D - diametrul conductei [m]

Conditie: v_s < v_g; din cele doua solutii ale ecuatiei de gradul al-ll-lea se va alege valoarea v_s mai mica, dar apropiata vitezei optime de curgere a aerului (v_g).

Determinarea timpului de accelerare a particulei pe prima portiune dreapta, t_a

t_a [s]

unde: v_s∞ - viteza de regim a particulei solide dupa atingerea timpului t_a

δ - este data de relatia: [-]

α,β` - coeficent a carui valoare este data de relatia:

unde: ξ_v - coeficent de impact, este dat de relatia:

ξ_v

m - masa particulei de grau [kg]

C_R - coeficent de rezistenta: C_R = 0,42

D - diametrul conductei [m]

d - diametrul bobului de grau [m]

- greutatea specifica a aerului la presiune atmosferica

g - acceleratia gravitationala

_z - constanta vitezei de regim: _z = 0,0024 - 0,0032

t_a [s]

Determinarea lungimii portiunii de accelerare a particulei solide L_a [m]

unde: t_a - timpul de accelerare

2).Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului

bifazic gaz-solid

2.1) Calculul pierderilor de presiune pe tronsonul 1-2

Pierderea de presiune in sorb si pe prima portiune orizontala

unde: - coeficentul de impact in sorb:

- greutatea specifica a aerului la presiune atmosferica

V_si - viteza de regim initiala a particulei solide: v_si = 0 [m/s]

Pierderea de presiune in sorb

[N/m²]

unde: p₁ - pierdera de presiune in sorb

p_at - presiunea atmosferica: p_at = 1,013 · 10^-5 N/m²

Δp_a - pierderea de presiune in sorb si pe prima portiune orizontala

N/m²

Pierderea aparenta de presiune pentru aerul curat pe prima portiune dreapta L_1-2

unde: - greutatea specifica a aerului curat: = 1 [N/m²]

- coeficent adimensional functie de regimul de curgere caracterizat prin numarul lui Reynolds si rugozitatea relativa a conductei: 

Pierderea de presiune reala la curgerea aerului curat prin tronsonul 1-2

unde: p₁ - presiunea in sorb

Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului bifazic pe tronsoane rectilinii (tronsonul 1 - 2)

In transportul pneumatic al materialelor solide dispersate intr-un caz la stabilirea relatiilor pentru calculul pierderilor de presiune, trebuie avut in considerare efectele combinate ale interactiunilor: particule solide - conducta de transport; granule transportate - mediul de dispersie; ciocnirile dintre particulele solide. Acestea conduc la consumuri de energie, din energia fluidului purtator, ceea ce determina majoritatea pierderilor de presiune fata de cele corespunzatoare fluidului omogen purtator.

Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic gaz-particule solide

[N/m²]

unde: K₁ = coeficent experimental avand valoare practica

K₁ - coeficent experimental avand valoarea obtinuta il laborator

C - concentratia de transport

_s

[N/m²]

N/m²

Pierderea de presiune in punctul 2 (la capatul tronsonului

1 - 2)

[N/m²]

N/m²

Determinarea greutatii specifice si a vitezei gazului in punctul 2 (

[N/m³]

N/m³

[m/s]

m/s

Calculul vitezei de regim a particulei solide in punctul 2

Conditie: v_s2 < v_g2

2.2) Pierderea de presiune la transportul amestecului

in zona cotului, zona 2- 3

Pierderea de presiune la transportul aerului curat prin cot

[N/m²]

unde: ζ = 0,50

N/m²

Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic in zona cotului (in ipoteza ca K_1C = K₁)

[N/m²]

Viteza particulei solide la iesirea din cot

[m/s]

, unghiul curbei in radiani

m/s

Pierderea de presiune la reaccelerarea particulei solide

[N/m²]

N/m²

Presiunea in punctul 3

[N/m²]

N/m²

Calculul greutatii specifice si a vitezei gazului in punctul 3

[N/m³]

N/m³

[m/s]

m/s

2.3) Pierderea de presiune la deplasarea amestecului

bifazic pe tronsonul 3 - 4

Pierderea de presiune aparenta

[N/m²]

N/m²

Pierderea de presiune reala la curgerea aerului curat prin tronsonul 3 - 4

[N/m²]

N/m²

Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic gaz - solid

[N/m²]

N/m²

Pierderea totala de presiune

[N/m²]

N/m²

Puterea utilajului

[kW]

kW

Bibliografie selectiva

Ancusa V. - Mecanica fluidelor si masinii hidraulice - Instit. Politehnic "Traian Vuia", Timisoara, 1979

Bratu Em. - Operatii si utilaje in ind. Chimica - Ed. Tehnica, Bucuresti,

vol l, 1969

Bulat A. - Instalatii de transport pneumatic - Ed. Tehnica, Bucuresti, 1962

Floarea J., Robescu D. - Transportul hidraulic si pneumatic - Institutul Politehnic Bucuresti, 1979

Kasatkin A. - Procese si aparate principale in tehnologia chimica - Ed. Tehnica, Bucuresti, 1983

Reynolds A. J. - Curgeri turbulente in tehnica - Ed. Tehnica, Bucuresti, 1982

Gheorghe L. - Probleme de operatii si utilaje in industria alimentara - Ed. Tehnica, Bucuresti, 1978

Julieta F., Robescu D., Tudorel P., Stamatoiu D. - Dinamica fluidelor polifazice si aplicatiile ei tehnice - Ed. Tehnica, Bucuresti, 1987

Rasenescu I. - Operatii si utilaje in industria alimentara - Ed. Tehnica, Bucuresti, vol. l, 1971, vol. ll, 1972

Banu C. - Manualul inginerului de industrie alimentara - vol. l, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1998