Transporte Neumático

TRANSPORTE NEUMÀTICO

Ing. Jorge Luis Castro Valdivia

Transporte Neumático



•Los transportadores neumáticos son empleados para la manutención de pequeños objetos o materiales a granel de fácil manejo.

•El sistema se basa en una corriente continua de aire que impulsa o arrastra los objetos manipulados por el interior de unos tubos adecuados

•Las diferencias de presión se logran, al introducir aire a presión a un sistema por encima o por debajo de la presión atmosférica

•La mezcla del material con el aire reduce el ángulo de rozamiento de tal manera que la masa se comporta como un fluido que puede manipularse como tal, a este proceso se le llama fluidización

Concepto:



Definiciones:Velocidad Critica

Si V<Vc entonces no hay fluidizacion.Fluidizacion

Aplicación de aire sobre una particula (polvo) logrando que se comporte como un fluido.Plano Fluidizador.Lecho o Medio Fluidizador.

Velocidad de la Partícula.Vp ≈ Vfluido.

Manipulación NeumáticaConductosSilos.Ciclones.Etc.

Inclinación, pendiente, (%).Tobera.Venturi.



Ventajas:Posibilidad de recorridos complejos, con un mínimo de espacio ocupado por las tuberías que pueden tener trayectoria ascendente, descendente, con curvas, bifurcaciones, etc.La limpieza que se mantiene en el ambiente ya que todo el sistema es cerrado.Bajos costos de mantenimiento.Fácil aspiración del material de estibas, vagones, almacenes a pesar de las dificultades que presentan los rincones y otros puntos de difícil acceso.Una planta con sistema de transporte por vía neumática se monta en menos tiempo que un sistema mecánico.

Desventajas:Consumo elevado de energía, 5 veces la necesaria para un transporte mecánico normal.Las distancias de transporte no son muy grandes, máximo 500m (usualmente inferiores a 300m) y capacidad hasta 300TM/hr.A grandes velocidades los materiales frágiles son desmenuzadles debido al impacto con los ductos.Limite en la granulometría del material a transportar.Peligro que el material transportado, tienda a aglomerarse llegando incluso a bloquear los ductos.Posibilidad que polvos fácilmente combustibles en la columna de aire formen una mezcla explosiva. La explosión puede ser provocada por la formación de cargas eléctricas estáticas.Dificultad de separar la mezcla aire – material, necesidad por lo tanto de utilizar separador voluminosos y costosos.



Las diferencias de presión de aire se pueden lograr … ya sea :

Introduciendo aire a presión en un sistema.Aumentando la presión (sobre la atmósfera).Dejando entrar aire a presión atmosférica en un sistema de menor presión (succión)

Tipos de Flujo:Ascendente : El volumen del aire así como la diferencia de presión deberán ser lo bastante grande como para arrastrar al polvo venciendo la fuerza de gravedad .Descendente : El transporte es por gravedad y el aire que requiere es el suficiente para vencer la fricción.Horizontal : Se precisa caudales de aire y diferencia de presiones aún mayores para contrarrestar la tendencia a que el material que esta siendo transportado se asiente en la tubería o ducto



Clases de TransportePor Succión o Presión Neumática

El transporte por aspiración, o sistema o a succión consiste en la movilización de polvo debido a una corriente de aire con una fuerza originada por la diferencia de presión. La presión de entrada es la atmosférica Las ventajas de los sistemas de aspiración son:

Poder transportar diferentes tipos de materiales.Poder disponer de varios puntos de alimentación.

Sus desventajas:Pocas distancias de transportes por baja diferencia de presión.Exigen mayores relaciones aire – polvoMayor consumo de energía.



Transporte a Presión o Presión Positiva:

En este caso la presión de entrada de aire es mayor que la atmósfera y la de salida es la atmosférica Las ventajas de este sistema son:

Mayores distancias de transporte.Se puede descargar el material en varios puntos.



Se distinguen…:Los sistemas de Baja Presión (0,35 a 0,80 Kg/cm2) que son las más usadas, permite el transporte de diferentes tipos de materiales y requiriéndose solamente sopladores.Los sistemas de Media Presión (1,05 a 3.15 kg/cm2) los que requieren el uso de compresores rotativos. La alimentación del material puede consistir en una bomba de sólidos. Para esta operación el material debe ser seco y pulverizado Los sistemas de Alta Presión (3,15 a 9 kg/cm2) requieren el uso de compresor y tanque de aire comprimido. Se tiene algunas referencias de haberse alcanzado 200 m de distancia acarreando 100 barriles / hora de cemento



Transporte Mixto :

Consta de una parte de la línea trabajando a succión al quedar conectada a la boca de aspiración del ventilador y otra a presión conectada al lado de descarga. Tiene la ventaja de disponer de varios puntos de carga y de descarga .

Estas a su vez se pueden dividir en dos sistemas:

Con ventilador atravesado por el material.Con bombas no atravesadas por el material



Zonas de los Sistemas de Transporte Neumático.

Zona de Mezcla:A presión se puede distinguir las siguientes formas de alimentación:

Alimentación por gravedad con fluidización.Alimentación por gravedad con ayuda de mecanismos.Alimentación por gravedad con ayuda de presión.



Por Aspiración las principales características de los sistemas son:

El gradiente de presión se obtiene creando en el extremo receptor una presión menor que la atmósfera.La diferencia de presión disponible se limita a 2/3 de la presión atmosférica.La distancia del transporte esta limitada por la menor diferencia de presión disponible.La tendencia a exigir una relación aire / polvo relativamente elevada (en comparación con los requeridas en los sistemas a presión), por lo cual el consumo de energía puede ser mayor por unidad de peso transportada.Es particularmente adecuado para los casos en que deban disponerse varias bocas de entrada alternativas y un sistema recolector único.

Veamos varios sistemas de alimentación













Zona de Separación :En esta zona se separa el polvo de la corriente en la que ha sido acarreado. Una completa retención del polvo rara vez es factible sin usar un equipo costoso.Para retirar el grueso polvo de la suspensión polvo / aire, se emplean colectores primarios.Un colector más eficiente es el colector secundario que elimina el polvo que queda en la enrarecida suspensión polvo / aire que descarga el colector primario



Tipos de Colectores:

Ciclónicos.De Tela o Mangas.





Compuertas :



Sopladores :



Ventiladores :



Transporte Neumático de granos

Transporte Neumático de granos



Filtro de mangas HD

Filtro modular HDT, ideal para silos y tolvas



Cernidor cónico

Plansichter de un cajón



Cernidor de línea (para transporte neumático)

Indicadores de Presión :



Calculo de Transportadores Neumáticos

Capacidad a TransportarTrazado del sistema.Características físico-mecánicas del material.

Longitud equivalente del trazado.Concentración del material en la corriente de aire.Consumo de aire y diámetro de las tuberías.

Presión necesaria en la tubería principal del compresor o ventilador.Capacidad de compresor.Potencia del motor que acciona el dispositivo.



Velocidad de la corriente de aire o Velocidad Critica

Es la velocidad mínima del aire para arrastrar la partícula mas pesada a la velocidad mínima de acarreo

a

maCVcγγ

⋅⋅=

C = Coeficiente que depende de la forma, tamaño y superficie delmaterial. Varia de 10 a 170 para partículas de forma esférica.

gm = Peso specific del material (TM/m3).

ga = Peso especifico del aire (TM/m3). (1.227 Kg/m3).

a = Tamaño del material en metros.

m/seg.

5.1⋅≈ ct VV

Vt = velocidad de transporte.

50% adicional a la velocidad critica



32 Kg. Polvo/m3 aireMáximo valor admisible de concentración material / aire (vertical)

24 Kg. Polvo/m3 de aireMáximo valor admisible de concentración material / aire (horizontal)

9 m/sVelocidad mínima admisible del aire en tubería vertical

12 m/sVelocidad mínima admisible del aire en la tubería horizontal

64% para malla 100Tamaño de grano

750 Kg/m3Densidad aparente durante el transporte

VALORPROPIEDAD

Ejemplo

xxxXxXMuy fino

xXxXFino

xxxXGranular

xxXIrregular

xxXAterronado

CKTO CERRAD

O

ACTIVADO POR AIRE

SISTEMA CO MBINA

DO

ALTA PRESION

MEDIA PRESIO

N

BAJA PRESIO

N

VACIO

CLASIFICACION DE PARTICULAS



xxxTermoplástic

xxxCorrosivo

xxxxFrágil

xTóxico

xxxxXxxpH (Alcalino)

xxxxXxxpH (ácido)

xXxxExplosivo

xxxXxxCombustible

xDelicuescente

xxxHigroscópico

xxXAltamente abrasivo

xxXMedianamente abrasivo

xxxxXxxLigeramente abrasivo

xxxxXxxNo abrasivo

CKTO CERRADO

ACTIVADO POR AIRE

SISTEMA CO MBINA

DO

ALTA PRESION

MEDIA PRESION

BAJA PRESION

VACIO

CARACTERISTICAS DEL

M ATERIAL

Energía necesaria para vencer la resistencia que se oponen a través de la tubería de transporte.

La Potencia en la ecuación se agrega a las perdidas en el compresor.Van a parte:

La potencia para sacar o introducir el polvo de la tubería de transporte.Las perdidas que ocurren por la caída de presión que ocurre en los separadores ciclónicos o filtros en el extremo de la descarga.



( )7621 VAPP

Potencia⋅⋅−

= L = L1 + L2 + L3

Donde :

P1 = presión en el extremo de alta presión. (Kg/m2)

P2 = presión en baja.

V = velocidad media del aire.

A = área de la sección transversal de la tubería.

Aceleración del polvo desde el estado de reposo (como diferencia de presión)

gVFPP⋅⋅⋅

=−2

21

21γ

Donde :

γm = peso especifico de la mezcla polvo/aire (kg/m3).

F1 = Constante que considera las perdidas en la zona de aceleración debidas a la turbulencia y reaceleración de partículas en colisión con las paredes.

Varia de 2 a 3



Rozamiento en la tubería

gDVLFPP⋅⋅⋅⋅⋅

=−2

22

21γ

Donde :

F2 = Coeficiente de rozamiento para tubos rectos.

va de 0 a 1 (ver tablas)

L = longitud.

D = diámetro interior de la tubería



Por cambios de direccióngNVFcodosenperdidas

⋅⋅⋅⋅

=2

__2

3 γ

Donde :F3 = Coeficiente de rozamiento en los codos.N = numero de codos.

0.56 o mas

0.754

1.52

VALORES RECOMENDADOSRelación Radio de Curvatura/ D



Para facilitar el cálculo :

2

3

FDFL eequivalent⋅

=

eequivalenttotal LLL += Aplicado en la formula de rozamiento de tuberías.

Entonces :

gDVLFPP total

⋅⋅⋅⋅⋅

=−2

22

21γ

Fuerzas gravitacionales

Esta relacionada con la necesidad de tener que elevar el polvo hasta el punto de descarga.

( ) HaireVolHW

VAHWPP G ⋅=

×⋅

=⋅⋅

⋅=− γ

.min_6021

Donde :

W = caudal de aire (kg/min)

H = elevación vertical



Resistencia total en la zona de transporte

+

⋅+

⋅+⋅

⋅⋅=− HNF

DLFF

gVPP 3

21

2

21 2γ

Recordemos que el caudal del aire se puede hallar con las referencias sobre el polvo transportado / volumen de aire = γ

Luego :γWQs =

m3/min

Observemos que Qs es el aire en condiciones de la tuberia. Pero al aire libre se cumple una relacion ISOTERMA

330,10330,10+

⋅= msaPQQ

221 PPPm

+=Donde :

Además : tuberias AVQ ⋅=

Luego :V

QD s

⋅⋅=

π15



En general la potencia necesaria para el motor será :

( ))(

766021 hpQ

PPPPPot a

SA ⋅⋅⋅

∆+−+∆= ∑

η

Donde :

DPa = Perdidas de presión en la zona de entrada.

(de 75 a 150 mm de H2O o kg/m2)

DPs = Perdidas de presión en la zona de separación.

(de 100 a 200 mm de H2O o kg/m2).

h= Bombas de succión de 50 a 70% y para ventiladores de 40 a 66%

Valores admisibles para el transporte neumático de materiales comunes



Transporte de Sólidos por Sistemas NeumáticosProblema

Problema:Se desea transporta harina de trigo, de una planta de tranformacion a una planta galletera.Capacidad : 3.42 TM/hrLongitud total : 100 m.Longitud vertical total : 13 m.Número de codos (a 90º) : 3



De tabla 3

240801.54.564% para malla 100 BS

560 Kg/m3Harina

VHVH

Kg de polvo/m

3de aire

Maximo

admisible

Admisible

Velocidad

Minima

Tamaño de grano

Densidad aparente durante el tranporte

Material

Calculo de diámetro de tubería aproximado. Aplicando un margen de seguridad del 50% sobre la velocidad mínima horizontal.

En una tubería de diámetro interior constante, la menor velocidad y la mayor densidad esta en el extremo de alimentación, de modo que para hallar una velocidad media aproximaremos con un 40 al 50% del máximo.

(tomando el 50% para Vm)

3/80__max_/775.65.15.4

mkgdeimoValor

segmVc≈

≈=×=γ

3/35_3/3645.080

/115.105.15.7

mkgtomaremos

mkg

segm

m =×=≈=×

γ



Hallamos el diámetro promedio:

mV

QD sprom 056.0113515

5715 =

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

ππ

Los tubos se fabrican en diámetros que varia de 5 en 5 mm.

Luego : Dint = 0.060m.

Luego corregimos en funcion de las siguientes formulas:

336006.015

57:

15

2

__

2

=⋅⋅

=

⋅⋅=×

π

γγ

πγ

luego

P

PD

WV

ABSm

ABSi

m

i

mm Ley de continuidad de Gases

Ley de Boyle

Como en el calculo previo se supuso un γm aproximado entonces podemos comprobar una mejor aproximación, con una Vmin = 11m/seg. (mas seguro)

3/5.3011336

336mKg

V

m

mm

==

=×

γ

γ

Si se desea afinar se puede calcular para mejorar un diámetro, pero no es necesario.



Calculo global de la perdida de carga (aproximada)

+

⋅+

⋅+⋅

⋅⋅=− HNF

DLFF

gVPP 3

21

2

21 2γ

Para esto asumimos un tramo uniforme (toda la tuberia).

De tablas, F1= 2.5, F2= 0.05, F3=0.5 (elegimos la mayor relaciondiametral)

2/16824)(

1335.006.010005.05.281.92

115.30)(

21

221

mKgPP

PP

T

T

⋅=−

+

⋅+

⋅+⋅

⋅⋅=−

Suponiendo una temperatura razonablemente uniforme (isoterma)

3/2.44)103302

16824()1033016824(5.30:

:_2:

__

2

21__

mKg

P

Pluego

aatmosfericPcon

PPPademas

P

P

E

ABSm

ABSEmE

m

ABSm

ABSE

m

E

=

+

+⋅=⋅=

+=

=

γ

γγ

γγ



Por lo tanto la velocidad de entrada :

segmsegmE

V

V

E

mm

/7/6.72.44336336

336≥===

=×

γ

γ

Mayor que el critico asumido, entonces es aceptable…

Cálculos corregidos y Definitivos.A) Tercer Tramo (ultimo)

geometricamediapresion

mKgPm

__2/28042

316824

3 =

=

Con:

L3= 33.3m, N3= 1,

H3= 0m.

Asumimos Pm3= 1500Kg/m2 esto por comprobar…

( )

segmVEntonces

V

mtuberiaunaconveamos

mKg

PP

m

mm

m

m

mmm

/17.1125.19215:

215075.015

57075.0____

3/25.19)18742(

)103301500(5.30

3

233

3

33

==

=⋅⋅

=⋅

==

+⋅=⋅=

πγ

φγ

γγ

OK!



Si hubiera sido distinto (menor de 11) tendríamos tenido que aproximar otra caída de presión

Caída total de presión :

aceptable

mKgP

estoDe

mKgPP

PP

m 2/1400:_

2/2808)(

5.0075.03.33051.0

81.9217.1125.19)(

3

321

2321

≈

⋅=−

+

⋅⋅

⋅⋅=−

B) Segundo TramoCon:

L2= 33.3m, N2= 0,

H2= 0m.Con el tramo totalmente horizontal se puede asumir una caida:

( ) 3/23.24187421033045585.30

:2/455828082

3500

2/500,3

2

2

2

mKg

luego

mKgP

omanometric

mKgP

m

m

=+⋅

=

=+=

=∆

γ



( )

segmVEntonces

V

mtuberia

mm

mm

/2.1023.24247247:

247070.015

57070.0_

22

222

===

=⋅⋅

=⋅

=

γ

πγ

φ

Para este tramo puede ser apropiado una tuberia de φ=70mm.

Veamos si es favorable:

El resultado aun es aceptable a pesar de ser < 11m/seg.

Luego aproximamos el F2 de este tramo = 0.052

La caída de opresión en este tramo será:

2/3150)(070.0

3.33052.081.922.1023.24)(

221

2221

mKgPP

PP

⋅=−

⋅

⋅⋅

⋅=−

Este valor es menor que el supuesto , por lo que habria que recalcular con 3150 para afinar pero lo dejamos aquí para este ejemplo.



C) Primer Tramo de tubería (hasta la entrada)

( ) 3/79.3118742

1033092085.30:

2/9208280831502

6500

2/500,6

1

1

1

mKg

luego

mKgP

omanometricmKgP

m

m

=+⋅

=

=++=

=∆

γ

Con:

L1= 33.3m, N2= 2,

H2= 13m.

Con el tramo totalmente horizontal se puede asumir una caida:6500Kg/m2

Este valor se puede aproximar con :

232

1PPPP T ∆−∆−

=∆

Para este tramo suponemos una tuberia de φ=60mm.

Veamos si es favorable:

( )

segmVLuego

V

mtuberia

mm

mm

/6.1079.31

336336:

336060.015

57060.0_

11

211

===

=⋅⋅

=⋅

=

γ

πγ

φ

Aun es aceptable a pesar de ser < 11m/seg.

Luego aproximamos el F2 de este tramo = 0.051



La caída de opresión en el tramo 1 será:

2/6157)(

1325.0060.0

3.33051.05.281.92

6.1079.31)(

121

2

121

mKgPP

PP

⋅=−

+

⋅+

⋅+⋅

⋅⋅=−

+

⋅+

⋅+⋅

⋅⋅=− HNF

DLFF

gVPP 3

21

2

21 2γ

El valor es un poco menor que 6500, supuesto, por lo que podiarecalcularse pero lo dejaremos alli

Condiciones calculadas para el sistema completo.

32121 )( PPPPP ∆−∆−∆=−

2/2.12/115,12)(280831506157)(

21

21

cmKgmKgPPPP

==−−−=−



Valor de g a la presión atmosférica

( )

+

−⋅

=

⋅=

=

⋅⋅=×

103302

103305.30

:

15

21.

_

..

_

..

2

TaatmosfericP

ABSm

aatmosfericPmaatmosfericP

ABSm

aatmosfericP

m

aatmosfericP

mm

PP

PP

luegoPPD

WV

γ

γγ

γ

γπ

γRecordemos…

Velocidad del aire en la tuberia de mayor Radio (descarga)

!/2.11

22.19075.01557

15:

15

2

2

2

OKsegmV

V

DWVluego

DWV

atm

atm

atmatm

atmatm

=⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅=

⋅⋅=×

π

γπ

πγ



( )

3/22.19

103302

12115103305.30

103302

103305.30

.

.

21.

mKg

PP

aatmosfericP

aatmosfericP

TaatmosfericP

=

+

⋅=

+

−⋅

=

γ

γ

γ

Volumen Neto de aire necesario

( )

min/37.3

10330

103302

2808

602.114075.0

10330

10330260

4

3

2

3212

_

_argarg_

mQ

Q

PP

VDQ

PP

VAQ

neto

neto

neto

ABSatm

ABSmadescadesctubneto

=

+⋅

⋅⋅

⋅=

+−

⋅

⋅⋅

⋅=

⋅⋅=

π

π



Potencia Requerida

KWP

P

KWaconversion

PPVAP

neta

neta

Tadescadesctubneta

88.5102

121152.1100442.0

__102102

)( 21argarg_

=

⋅⋅=

=

−⋅⋅=

Aplicando márgenes de seguridad para selección de equipos.

Para la Presion neta = 1.25

Para el caudal neto = 1.15

CFMQluegomCFconversion

mQ

mKgP

neto

neto

totneta

1383.359.3:/3.35:

min/9.315.137.3

2/1514425.112115

3

3

_

=×=

=×=

=×=∆

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