El transporte neumático es un método eficaz para transportar materiales secos a granel. Es un proceso limpio (con control de polvo) que protege el material de la contaminación.
Transporte Neumático de Harina
Si contamos todos los tipos de harina (trigo, arroz, soja, centeno, avena, etc.), es el alimento más producido del mundo. Esto también significa que hay que transportar una cantidad asombrosa de harina cada día: una media de más de 2 millones de toneladas métricas solo de harina de trigo.
Se utilizan flotas enteras de barcos, trenes y camiones para transportarla de un lugar a otro. Hay varios motivos por los que el transporte neumático es la mejor manera de transportar eficazmente la harina en general y la de trigo en particular.
Para aprovechar realmente las numerosas ventajas que ofrece el transporte neumático, hay que tener en cuenta varios aspectos. En primer lugar, está el propio material.
La harina de trigo, por ejemplo, es un material relativamente fino (menos de 0,3 milímetros). Esto significa que puede transportarse con diferentes métodos o "fases" de transporte neumático, hecho que ofrece una gran flexibilidad.
En el caso de la harina de trigo, se puede utilizar tanto el transporte en fase diluida como en fase densa, lo que la convierte en un gran producto del transporte neumático. A continuación, debe fijarse en el tamaño de su instalación nueva o existente.
Asegúrese de que dispone del caudal y la presión de aire adecuados para el tipo de harina que transporta. A la hora de elegir el equipo adecuado para su sistema de transporte de harina, la calidad y la seguridad son dos cuestiones importantes. Aquí se incluye tanto la seguridad física de la instalación de producción/procesamiento como la seguridad alimentaria.
Aunque la harina no se considera peligrosa, es un material inflamable cuando se mueve a granel y podría arder. Además, como alimento, está sujeta a estrictas normas de calidad. Por ambas razones, la harina de trigo debe transportarse a una temperatura que no supere los 40 °C.
Para garantizar la eficiencia de la instalación su sistema, se precisa un soplante o un compresor de aire del tamaño correcto. Definir su tamaño adecuado puede ser difícil y puede requerir un software especializado. Además, el compresor o el soplante deben suministrar aire exento de aceite o certificado Clase 0.
Para transportar la harina de la forma más segura posible, su soplante, compresor y cualquier posible equipo auxiliar deben estar certificados para funcionar en entornos de alto riesgo.
Además de un compresor o un soplante, necesitará un refrigerador posterior, para conseguir que la temperatura del aire sea inferior a 40 °C. Algunos compresores disponen de un refrigerador posterior integrado. Sin embargo, en el caso de un soplante, habrá que instalarlo por separado.
Para garantizar la seguridad del sistema de transporte neumático de harina, siempre hay que cerciorarse de que el equipo correspondiente está certificado de acuerdo con las directrices locales. Si se decide por un refrigerador posterior refrigerado por agua, también puede ser necesario añadir un enfriador.
Al transportar harina desde un silo, también se puede utilizar aire comprimido para el llamado proceso de "fluidización". Aquí, se inyecta aire de muy baja presión en las paredes laterales inferiores del silo.
De este modo, se garantiza que la harina no se pegue a las paredes del silo y facilita su transporte, lo que reduce los costes de energía. El transporte con una presión tan baja normalmente no requiere ningún equipo auxiliar.
Sin embargo, todos los materiales (primas) empleadas para la producción de alimentos deben cumplir ciertos estándares de alta calidad.
Transporte Neumático de Plásticos
Diariamente, hay que transportar grandes cantidades de plástico hacia y desde las instalaciones de producción y procesamiento, así como dentro de ellas. El transporte neumático utiliza aire comprimido para mover grandes volúmenes de materiales a través de tuberías o mangueras de un punto a otro. Es una forma extremadamente eficiente de abarcar distancias de unos pocos a cientos de metros.
Aunque la definición de transporte neumático es bastante sencilla, encontrar el sistema de transporte óptimo para el plástico (y dimensionarlo adecuadamente) es un poco más complejo. Esto es especialmente importante en el caso de los plásticos, ya que los gránulos que hay que transportar presentan diversos tamaños dependiendo de la aplicación, lo que significa que también precisan de caudales y presiones de aire comprimido diferentes para moverlos de manera eficiente.
En primer lugar, hay dos tipos de transporte neumático: el de presión (positivo) y el de vacío (negativo). En el primero, se utiliza aire comprimido al principio del sistema para empujar el material a través de las tuberías.
Aunque solo uno de ellos es adecuado para algunos materiales, el plástico puede transportarse utilizando tanto el transporte a presión negativa como el transporte a presión positiva. Además de determinar el tipo de transporte neumático que desea utilizar, también tiene que elegir o conocer la fase adecuada.
Una vez que sepa en qué fase va a transportar el material, tiene que dimensionar adecuadamente el sistema, lo que se traduce en encontrar el caudal y la presión ideales para el transporte. Incluso si quiere sustituir un sistema de aire comprimido existente, le será útil analizar el tamaño. Un estudio del tamaño correcto le ayudará a reducir sus gastos de energía y a garantizar un funcionamiento sin problemas.
El plástico es sensible al calor. Por nuestra experiencia diaria, sabemos que puede ablandarse o incluso deformarse si se expone a altas temperaturas. Algunos compresores disponen de un refrigerador posterior integrado, mientras que otros no. En ese caso (y si utiliza un soplante), el refrigerador posterior tendrá que instalarse por separado.
También puede ser necesario añadir un enfriador si decide instalar un refrigerador posterior refrigerado por agua. El proceso de refrigeración con un refrigerador posterior crea humedad. Por lo tanto, para proteger el plástico, también se requiere un separador de agua o un secador. Generalmente, los refrigeradores posteriores integrados incorporan un separador de agua.
El aire comprimido también puede utilizarse para el llamado proceso de "fluidización". Cuando se transporta material plástico, se inyecta aire a muy baja presión en el sistema para garantizar que el plástico no se pegue a las paredes del contenedor que lo almacena.
Además, la fluidización facilita el transporte, lo que reduce los costes de energía. Aunque la fluidización es un tipo de transporte neumático, no suele requerir equipos adicionales como enfriadores posteriores. La presión de aire necesaria para la fluidización del plástico es muy baja, de manera que hay menos calor creado por el soplante o el compresor durante el proceso de compresión.
Consideraciones Adicionales
El transporte seguro de material frágil o quebradizo susceptible de degradación es una preocupación para muchos fabricantes de alimentos para mascotas. La degradación de los materiales tiene distintos significados según el material. En los alimentos para mascotas, la degradación suele significar trozos de croquetas rotas o finos.
Para la mayoría de los tipos de degradación en el transporte neumático, la velocidad es el factor de correlación más importante, seguido del estado de la línea de transporte y del equipo receptor.
Control de la velocidad para minimizar la degradación
La velocidad efectiva del aire en la línea de transporte puede contribuir significativamente a la degradación del material si no se controla adecuadamente. Aunque la velocidad del material es la que, en última instancia, provoca los impactos, depende de la velocidad del aire y se controla indirectamente con la corriente de aire. Dependiendo de la naturaleza del sistema, el control de la velocidad adoptará varias formas diferentes.
Transporte en fase diluida
Aunque el transporte en fase diluida es la forma más común de transporte neumático en la industria de sólidos a granel, generalmente no se recomienda para manejar materiales frágiles porque depende de una corriente de gas de alta velocidad para arrastrar el material.
Hay condiciones que justifican el uso de la fase diluida en materiales frágiles y, a veces, la degradación del material es un problema inesperado que se hace evidente a posteriori. En estos casos, deben tomarse medidas para minimizar la velocidad efectiva del aire con el fin de proteger el material en la medida de lo posible.
Si es posible, empiece por equipar el sistema de transporte con un variador de frecuencia (VFD) en el soplador (o fuente de aire) y el dispositivo de alimentación.
Para un tamaño de línea de transporte dado en el transporte en fase diluida, una velocidad de alimentación más baja permitirá una mayor reducción del volumen de aire y, por tanto, una mayor reducción de la velocidad de transporte.
Una vez establecida la velocidad de alimentación, utilice uno de estos métodos para controlar y minimizar el volumen de aire y la velocidad de transporte.
- Corrección simple de la velocidad - Esto requiere ajustar manualmente el VFD del soplador hasta que el soplador funcione a la velocidad mínima para seguir transportando el material de forma confiable. Esto funciona mejor con un sistema de transporte simple que solo maneja un material.
- Corrección de la compensación de fugas - Este método toma la información de un transductor de presión (en el soplador o cerca del punto de alimentación) para indicar al sistema de transporte la presión que experimenta la válvula de la esclusa rotativa y, a continuación, ajusta la velocidad del soplador para compensarla suministrando un volumen proporcional de aire.
Dependiendo de lo conservador que sea el funcionamiento actual del sistema de fase diluida, el empleo de los métodos anteriores puede reducir significativamente la velocidad de funcionamiento del soplador y la velocidad de aire asociada.
Transporte en fase densa
El transporte neumático en fase densa utiliza velocidades de aire inherentemente más bajas para inducir el flujo de material en la tubería. El material se dosifica en la corriente de aire de baja velocidad y el aire es forzado a fluir a través del material creando «trozos» móviles.
El material de cada trozo se agrupa y se desplaza por la tubería con un movimiento controlado. Para que el flujo en fase densa sea estable, el sistema debe funcionar en un intervalo de velocidades prescrito. Las velocidades del aire fuera de este rango (altas o bajas) causarán inestabilidad y sobretensión y pondrán en peligro el material frágil.
Por lo tanto, los controles del sistema proporcionarán alguna medida del flujo de aire/velocidad, y el sistema debe ajustarse para funcionar en el rango de velocidad adecuado para ese material.
La velocidad de alimentación del material también desempeña un papel importante en la estabilidad del transporte en fase densa. Debe ser lo suficientemente grande como para producir múltiples trozos móviles en la línea al mismo tiempo. Generalmente, los sistemas de transporte en fase densa proporcionan velocidades de transporte significativamente reducidas (en comparación con la fase diluida) y, como resultado, ofrecen una protección del producto significativamente mayor.
Para obtener el máximo beneficio, el sistema debe ajustarse para operar en el rango de velocidad requerido para mantener la estabilidad, además de operar dentro de los límites de velocidad.
La válvula de esclusa rotativa, común a los sistemas neumáticos de fase densa y fase diluida, dispone de cuchillas giratorias capaces de cizallar el material que cae entre la punta de la cuchilla y la carcasa.
Si no es posible una alimentación dosificada, se debe emplear un deflector de protección contra cizallamiento para ayudar a mitigar el cizallamiento.
Reducción de la degradación de la línea de transporte
Una vez generado el flujo para un sistema de transporte neumático, el material debe pasar por la línea de transporte. Aunque se preste la debida atención a la velocidad y la carga, una disposición inadecuada de la línea de transporte puede provocar roturas importantes de material.
Las juntas entre secciones de tuberías suelen ser las que más contribuyen a la degradación del material en una línea de transporte. Pueden crearse huecos en la junta de una tubería cuando se instala o cuando la tubería experimenta dilatación y contracción térmicas.
Cualquier hueco en la junta crea un saliente interior afilado, como de cuchillo, de tamaño igual al grosor de la tubería, que cizalla trozos de material que pasan por el saliente. El biselado del borde inferior de cada tramo de tubería reducirá el riesgo asociado a los salientes. Sin embargo, la instalación de acoplamientos de tuberías mecanizados que creen una unión sin rebordes eliminará prácticamente los daños al material causados por las juntas.
Para evitar daños materiales causados por las curvas de la línea de transporte y las válvulas de desvío, siga las mejores prácticas para el trazado de la línea de transporte. Por ejemplo, elimine las secciones inclinadas de la línea y evite los codos invertidos, que pueden crear un funcionamiento errático, como las sobretensiones.
Se recomienda un codo de tubería estándar (o codo de barrido) con un radio de línea central de aproximadamente 6-8D. Este codo mantiene la forma circular de la tubería y permite que el material pase sin cambiar su forma de flujo.
El uso de válvulas de desvío tipo «túnel» que mantengan al máximo el diámetro interior de la tubería también protegerá el material de posibles daños. Evite utilizar válvulas de desvío con salientes interiores o que cambien la forma del orificio de la tubería; las formas no redondas pueden impedir que los desechos de material, en un sistema de transporte en fase densa, pasen a través de la válvula de desvío.
A medida que el material llega al final de la línea de transporte, el método de introducción en el receptor también puede tener un gran impacto en los materiales. Una zona de desaceleración (sección de tubería ampliada) a la entrada del receptor es común para ayudar a reducir las velocidades de entrada.
Los propios receptores deben tener diámetros >5 veces el tamaño de la línea. Las entradas tangenciales son necesarias en receptores más pequeños (<84 pulgadas de diámetro) para evitar que el material impacte contra la pared opuesta.
Si es posible, el diseño del receptor debe permitir que el material que sale de la línea de transporte impacte contra otro material en lugar de contra un cono metálico u otra superficie dura; a baja velocidad, la mayoría de los materiales frágiles no sufrirán daños por impactos de material contra material.
Velocidad de Transporte de Partículas por Saltos en Conductos Horizontales
Para reducir la erosión de los conductos y el consumo energético del equipo aspirador, es conveniente que la velocidad de flujo del aire sea la menor posible, siendo este valor la velocidad de transporte por saltos de las partículas. La literatura técnica proporciona valores de dicha velocidad mínima del aire.
Se verifican los valores experimentales con los calculados utilizando las correlaciones mencionadas y se estudia la influencia del tamaño del conducto en el cálculo de la velocidad de transporte por saltos.
Este estudio muestra que la variación del diámetro del conducto tiene poca influencia en la velocidad de transporte por saltos para las situaciones estudiadas en este trabajo.
Introducción a la Ventilación Localizada
Las instalaciones de ventilación localizada se utilizan en plantas industriales para captar y transportar el polvo generado en las distintas operaciones que involucran materiales sólidos, como por ejemplo, trituración, molienda, clasificación, transporte y almacenamiento. Estas instalaciones son importantes para cumplir con objetivos específicos de la higiene y seguridad industrial.
Asimismo en la industria se transporta un amplio rango de sólidos particulados utilizando transporte neumático, desde carbón, cemento, harina o granos de cereales a pellets de alimentos balanceados.
Los sistemas de transporte neumático de partículas en fase diluida se caracterizan por altas velocidades de aire, bajas concentraciones de sólidos y bajas pérdidas de carga por unidad de longitud de cañería, siendo los más usados en la industria porque son más estables y permiten mayor flujo y mayores distancias de transporte.
En estos sistemas es necesario determinar la velocidad mínima de transporte de las partículas en los conductos para evitar la sedimentación de las mismas. Por razones de seguridad operativa es conveniente que la velocidad de diseño sea mayor que dicha velocidad mínima para impedir el taponamiento del conducto. Sin embargo, si la velocidad de diseño es excesiva puede producir la erosión de los conductos, el desgaste de las partículas y fundamentalmente el aumento del consumo energético del ventilador requerido.
La definición de velocidad mínima de transporte utilizada en la literatura técnica no es precisa, ya que pueden determinarse dos velocidades mínimas, correspondientes a los tramos de conductos verticales y a los horizontales, debido a que el mecanismo de sedimentación del sólido es diferente en cada caso.
En los conductos horizontales pueden definirse además, otras velocidades relacionadas con la velocidad mínima como son las velocidades de transporte por saltos y la velocidad de arranque o pickup.
Tanto en las instalaciones de ventilación como las de transporte neumático, por razones de seguridad operativa es conveniente que la velocidad de diseño del conducto sea mayor que la velocidad mínima de transporte o sea que la velocidad mínima alcance a ser por lo menos igual a la de transporte por saltos.
En la literatura técnica se encuentran propuestas distintas correlaciones semiteóricas y empíricas que permiten calcular la velocidad de transporte de partículas sólidas en conductos horizontales en función del tamaño y densidad de las partículas, de la relación sólido/aire y en algunos casos de la densidad del aire y del diámetro del tubo.
Estos valores de velocidad varían en función de la naturaleza del material transportado, siendo los rangos de velocidades recomendados no tan precisos y no se dan en forma específica la relación de dichas velocidades con las propiedades y características de las partículas. Esto puede llevar en muchos casos al diseño de instalaciones con velocidades mayores a las requeridas, con el consiguiente aumento del consumo energético.
Velocidad de Transporte de Partículas
Se analizan las correlaciones de Dalla Valle, Pocoví, Zenz, Cabrejos-Klinzing, Molerus, Rizk, Rose y Duckworth, Schade y Matsumoto. En general, dichas correlaciones están expresadas en unidades no homogéneas. En este trabajo se trata de conservar la nomenclatura utilizada por cada autor.
En la Tabla 1 se muestran las correlaciones de Dalla Valle y de Pocoví para calcular la velocidad mínima de transporte, igual a la velocidad de transporte por saltos. Estas correlaciones dependen de las propiedades y características de las partículas, densidad y tamaño, pero no tienen en cuenta la concentración de sólidos, que puede ser considerada como muy importante.
La correlación de Pocoví es válida para partículas de granulometría fina, dp < 0,5 mm, tamaños normales para instalaciones de ventilación localizada. Asimismo el autor recomienda utilizar para el diseño de las instalaciones un factor de seguridad del orden del 50 al 100%, para tener en cuenta la humedad del sólido o efectos electrostáticos que tienden a aglomerar las partículas.
En la Tabla 2 se muestran las correlaciones propuestas por Zenz, Cabrejos-Klinzing y Molerus para calcular la velocidad de transporte por saltos teniendo en cuenta la relación sólido/aire.
Programa de Cálculo
Se realizó una Planilla de Cálculo en Excel para determinar las velocidades de transporte por saltos utilizando las correlaciones propuestas en la literatura técnica por Dalla Valle, Pocoví, Zenz, Cabrejos-Klinzing, Molerus, Rizk, Rose y Duckworth, Schade y Matsumoto, en función de la densidad, granulometría y concentración de sólidos de cada material, densidad del aire y diámetro del conducto, según corresponda.
Para calcular el diámetro de las partículas, si la granulometría es estrecha, se toma como diámetro medio la media aritmética de las aberturas de malla correspondiente a los dos tamices estándar consecutivos que caracterizan la fracción granulométrica. Si la granulometría del sólido es amplia, lo que es frecuente en la práctica, deberá tomarse como diámetro medio la fracción granulométrica estrecha más gruesa presente.
Se calcula además la potencia del ventilador que es función del caudal de aire, de las caídas de presión y de la eficiencia mecánica del mismo. Es conveniente por lo tanto que la velocidad de diseño del flujo de aire sea la menor posible para reducir el consumo energético del equipo de aspiración.
Otros Aspectos Relevantes
- Transporte "full pipeline": El transporte se realiza mediante la línea llena de material, con la finalidad de ahorrar energía y aire comprimido.
- Tecnología "full pipeline": Es utilizada para el transporte neumático sólidos y para mover materiales frágiles y abrasivos.
- Línea con boosters: Para inyectar aire en la línea.
- Diseño Adecuado: Debe tener un diseño adecuado a los niveles de complejidad de transporte, certificaciones y recomendaciones de calidad.
- Seguridad: Sistema seguro para la manipulación del personal.
- Válvulas Neumáticas: La válvula neumática es un dispositivo creado con la condición de dirigir y controlar el aire fresco comprimido en un proceso o maquinaria.
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