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PDVSA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO MANEJO DE MATERIALES SOLIDOS A GRANEL (MMSG)

PDVSA N°

TITULO

MDP–11–MT–04

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REV.

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APROB.

E PDVSA, 1983

SISTEMAS TRANSPORTADORES: TRANSPORTE NEUMATICO

APROBADA

25 DESCRIPCION FECHA NOV.97

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PAG. REV. APROB.

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Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS NEUMATICOS . . . . . . . . . . .

2

4 TRANSPORTADORES NEUMATICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Sistemas al vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas a presión positiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas al vacío–presión positiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de flujo de producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de flujo gravitatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas con descarga tipo “Venturi” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 6 8 9 9 12

5 PARAMETROS DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

5.1 5.2 5.3

Características del material a ser transportado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dimensionamiento del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selección y dimensionamiento de los componentes . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 14 21

6 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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OBJETIVO En este tópico se establecerán los parámetros de diseño más relevantes de los sistemas de transporte, y se evaluarán las condiciones que favorecen su utilización.

2

ALCANCE Este tópico cubre lo concerniente a los tipos, características y parámetros de diseño de los sistemas de transporte neumático.

3

CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS NEUMATICOS La clasificación de los sistemas neumáticos está basada en características técnicas y funcionales tales como: S Dirección del transporte: la flexibilidad de los sistemas neumáticos permite obtener arreglos combinados de tuberías horizontales, verticales e inclinadas S Grado de concentración de la fase sólida en el gas de transporte. Esta relación define tres tipos de fases diferenciadas: diluida, semidensa y densa. Simplificando, la fase diluida se la puede ubicar en relaciones sólido/gas, masa/masa, menores a 15, entre 15 y 30 la semidensa y la densa en mayores a 30. S Tamaño de las partículas del sólido a ser transportado. S Continuidad del transporte: continuo o “batch”. S Magnitud de la presión en las tuberías: alta, media y baja. S Función de cada uno de los componentes del sistema: tuberías, alimentadores, descargadores filtros, equipos de separación, compre– sores, sopladores y ventiladores. Por definición, los transportadores neumáticos son tuberías utilizadas para manejar diferentes materiales sólidos a granel a distancia de hasta 2,4 kilómetros, prácticamente en cualquier dirección. Dependiendo de la presión en la línea, el sistema puede ser al vacío, de presión positiva o al vacío–presión positiva.

4

TRANSPORTADORES NEUMATICOS 4.1

Sistemas al vacío Los sistemas neumáticos al vacío consisten de una línea o tubería y de un distribuidor de recolección, tal como se muestra en la Figura 1.

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Fig 1. SISTEMA NEUMÁTICO AL VACIO SIMPLE.

Este tipo de sistemas pueden ser usados en aquellas operaciones en donde el material debe ser alimentado en una tolva. El aire de transporte funge en este caso como controlador del polvo generado durante la operación de descarga en la tolva. Se deberá usar una rejilla o filtro para la admisión de aire dependiendo del material a ser transportado. El equipo receptor puede ser un ciclón conectado a un ventilador centrífugo, el cual puede manejar el que pequeñas cantidades de sólidos pasen a través de él. En el caso que se use un soplador de desplazamiento positivo, el equipo de separación deberá ser un filtro de alta eficiencia (tipo “bag house”) debido a las bajas tolerancias del soplador. Este sistema se usa, comúnmente, para colectar material de diferentes puntos de origen y transportarlo hacia un destino común, tal como se muestra en la Figura 2.

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Fig 2. SISTEMA NEUMÁTICO AL VACÍO CON MÚLTIPLES PUNTOS DE RECOLECCIÓN.

La recolección múltiple requiere de sellos de aire para evitar la formación de circuitos cortos o “by pass” y poder mantener la velocidad necesaria para completar el transporte del material. Estos sistemas son sumamente útiles para manejar materiales tóxicos o corrosivos, dado que si ocurriera una fisura en la tubería no se produciría pérdidas de material a la atmósfera. Los sistemas al vacío pueden arreglarse en forma de circuito cerrado, tal como se muestra en la Figura 3, para asegurar que no existen pérdidas de producto a la atmósfera. Este arreglo permite, además, reducir el tamaño del filtro ya que éste sólo manejará cerca de un 10 % v. del aire de transporte.

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Fig 3. SISTEMA NEUMÁTICO EN CIRCUITO CERRADO CON VENTILADOR.

Si se requiriera usar un soplador de desplazamiento positivo, el circuito cerrado debería incluir los equipos presentados en la Figura 4. Sin embargo, en este caso el filtro deberá manejar el volumen total del aire de transporte ya que no se admite que alguna porción de la carga sólida pase a través del soplador. Fig 4. SISTEMA NEUMÁTICO EN CIRCUITO CERRADO CON SOPLADOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.

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En este último caso, la zona de presión positiva se encuentra entre el soplador y el punto de presión cero, el cual solo requiere de una conexión tipo “T” abierta a la atmósfera.

4.2

Sistemas a presión positiva Los sistemas neumáticos de presión positiva permiten el transporte de materiales sólidos desde un punto de recolección y dirigirlos hacia una zona de descarga múltiple, tal como se muestra en la Figura 5. El mayor costo del sistema se ubica en el área de recolección donde se encuentran la válvula de descarga y el soplador o ventilador. Fig 5. SISTEMA DE PRESIÓN POSITIVA.

En los puntos de descarga, el sistema impulsa el material dentro de las tolvas de almacenamiento pasando a través de válvulas diversoras. El aire de transporte sale por filtros para separar el polvo de arrastre. En caso que el material que se descarga en las tolvas sea el mismo, se debe considerar el usar un mismo filtro para completar la operación de separación. Estos sistemas operan a una presión de hasta 15 psig, la cual es una presión fácil de alcanzar por los sopladores de desplazamiento positivo disponibles comercialmente. A partir de este nivel de presión, las válvulas rotatorias no son recomendadas si se requiere un sello contra el paso de aire. El nivel de 15 psig de presión positiva corresponde a un vacío de aproxima– damente 8 psig si se utiliza el mismo soplador para un sistema de transporte neumático al vacío.

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La ventaja del sistema de presión positiva frente al de vacío es la posibilidad de usar una línea de menor diámetro, permitiendo alcanzar una relación sólido: gas más alta (20:1 en el sistema de presión positiva vs. 10:1 en el sistema de vacío), reduciendo, así, la potencial degradación del material, la cual aumenta a medida que se reduce la relación sólido: gas. El esquema típico de un sistema neumático de presión positiva en circuito cerrado se muestra en la Figura 6. Fig 6. SISTEMA NEUMÁTICO DE PRESIÓN POSITIVA EN CIRCUITO CERRADO INCLUYENDO UN SOPLADOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.

En este caso, el punto de presión cero se ha trasladado desde la descarga del soplador hasta su alimentación si se lo compara con el circuito cerrado al vacío. Si el material es particularmente difícil de filtrar, se pueden eliminar los filtro adoptando el arreglo que se muestra en la Figura 7.

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Fig 7. SISTEMA NEUMÁTICO DE PRESIÓN POSITIVA EN CIRCUITO CERRADO INCLUYENDO UN VENTILADOR (SIN FILTROS).

4.3

Sistemas al vacío–presión positiva La combinación de vacío y presión positiva permite combinar las ventajas de ambos sistemas. De esta forma es posible tener puntos múltiples de recolección y descarga. Un tipo de sistema al vacío–presión positiva utiliza ventiladores centrífugos combinado con un separador tipo ciclón. El material es descargado y arrastrado por vacío hasta el ciclón, para luego pasar a través del ventilador centrífugo, el cual impulsa al material por presión positiva hacia los puntos múltiples de descarga, tal como se muestra en la Figura 8. Fig 8. SISTEMA NEUMÁTICO COMBINADO AL VACÍO–PRESIÓN POSITIVA.

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Los ventiladores en una sola etapa desarrollan normalmente hasta 65 pulgadas de agua, mientras que el mismo equipo alcanza ,en dos etapas, hasta 120 pulgadas de agua de vacío. Esto hace que la línea de transporte tenga un mayor diámetro que si se usara un soplador de desplazamiento positivo, incrementando el tamaño de los filtros.

4.4

Sistemas de flujo de producto Uno de los sistemas neumáticos mas simples y antiguos es el de flujo de producto. Una aspiradora doméstica es el ejemplo más común de este tipo de sistema. Este económico sistema consiste en una tubería, un ventilador y un separador (ciclón o filtro), tal como se muestra en la Figura 9. Fig 9. SISTEMA DE FLUJO DE PRODUCTO.

Este simple sistema no se toma en cuenta frecuentemente debido a que el ventilador que se usa no puede desarrollar más de 45 pulgadas de agua de vacío, por lo que la línea resulta de un mayor diámetro que en los sistemas de vacío más alto.

4.5

Sistemas de flujo gravitatorio Un sistema de vacío que permita eliminar el uso de válvulas rotatorias y mantener la ventaja asociada a la utilización de un soplador de desplaza– miento positivo, consiste en un equipo receptor que opera en vacíos de hasta 16 pulgadas de mercurio, el cual tiene en su tope un filtro sometido al mismo vacío. Situada entre el filtro y el soplador se encuentra una válvula de tres vías la cual consiste en dos válvulas de mariposa con un sistema de control esclavo que

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permite que cuando una de ellas está en posición abierta la otra está cerrada y viceversa. El esquema simplificado de un sistema de flujo gravitatorio continuo se muestra en la Figura 10. Fig 10. SISTEMA DE FLUJO GRAVITATORIO CONTINUO.

El material es arrastrado hacia el receptor superior, el cual está provisto de una compuerta de contrabalance. Cuando el receptor se llena, la compuerta se abre, accionando, a su vez, una válvula rompe vacío que mantiene al filtro y al soplador fuera de operación. Una vez que se completa la transferencia del material al receptor inferior, la compuerta y la válvula vuelven a cerrar, restituyendo el vacío y el transporte de material desde el punto de origen. La versión de alta presión de este sistema es un tanque de empuje (“Blow pot”), el cual permite transportar materiales sólidos a granel en fase densa.

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Fig 11. SISTEMA DE FLUJO GRAVITATORIO DE ALTA PRESIÓN POSITIVA (INTERMITENTE). ESTE ESQUEMA PERMITE EL TRANSPORTE DE MATERIALES SÓLIDOS A GRANEL EN FASE DENSA.

La operación continua requiere del uso de dos tanques de empuje en serie o en paralelo. El esquema simplificado de un arreglo en serie se muestra en la Figura 12. Fig 12. SISTEMA DE FLUJO GRAVITATORIO DE ALTA PRESIÓN POSITIVA (CONTINUO).

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Sistemas con descarga tipo “Venturi” Los sistemas neumáticos con descarga tipo “Venturi” están limitados por la presión de descarga, la cual no debe exceder los 1 psig. A presiones más altas, la garganta del equipo se reduce a tal punto, que la cantidad de material que puede manejar resulta impráctico. Existen en el mercado diseños especiales de “Venturi” que permiten obtener presiones de descarga de hasta 5 psig, sin sacrificar mayormente el nivel de flujo de material sólido. Sin embargo, para mantener esta presión de descarga se requiere una presión de alimentación al equipo de hasta 12 psig. El sistema con descarga tipo “Venturi” debe su popularidad a su simplicidad de operación y bajo mantenimiento. Un esquema típico consiste de un soplador centrífugo, un “Venturi”, un separador ciclónico y de la tubería, tal como se muestra en la Figura 13. Fig 13. SISTEMA CON DESCARGA TIPO “VENTURI”.

5

PARAMETROS DE DISEÑO A la hora de seleccionar o diseñar un sistema de transporte neumático deben tomarse en cuenta los siguientes factores: S Capacidad de transporte de material sólido, S distancia a la cual el material debe de ser transportado, S número de codos involucrados en el transporte del material,

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S número y tipo de puntos de recolección, S número y tipo de los puntos de descarga, S función del sistema aparte de la de transporte: secado, calentamiento o enfriamiento de la carga, S tipo de medio de transporte: aire o gas, S características del material: explosividad, higroscopicidad, adhesibilidad, corrosibilidad, erosibilidad, fragilidad, etc., S Tipo de sistema: cerrado o abierto. Los parámetros de diseño más relevantes serán discutidos más en profundidad en las secciones que siguen.

5.1

Características del material a ser transportado Las características del material tienen primordial importancia cuando se requiera determinar la velocidad de transporte y el tipo de alimentador a ser utilizado. La densidad a granel y el tamaño de partícula del material permitan dimensionar equipos o elementos asociados al sistema. El ángulo de deslizamiento se usa para calcular la caída de presión, para determinar el tamaño de la tubería requerida para el transporte del material, y el número de codos. El ángulo de reposo resulta de utilidad cuando se quiera dimensionar las tolvas o los bajantes de alimentación y para definir, de manera rápida, la tendencia a fluir del material (Figura 14). Fig 14. ÁNGULO DE DESLIZAMIENTO Y ÁNGULO DE REPOSO.

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Generalmente, los codos de una línea de transporte deben tener, como mínimo, un radio de curvatura de 4 pies. En el caso de materiales extremadamente abrasivos o frágiles este radio puede incrementarse hasta alcanzar los 6 a 8 pies. Una lista de propiedades del material, que influyen sobre el diseño de los sistemas neumáticos, se presenta a continuación: S Densidad a granel S Tamaño de partícula: los materiales a grandes en trozos muy grandes o extremadamente finos pueden no ser fácilmente fluidizables, S Angulo de deslizamiento, S Angulo de reposo, S Adhesibilidad: los materiales muy adhesivos pueden no ser fluidizables, S Abrasividad S Higroscopicidad: los materiales altamente higroscópicos requieren de un ambiente especial, libre de humedad, para su manejo, S Explosividad y toxicidad: los materiales potencialmente explosivos o tóxicos deben manejarse bajo condiciones especiales, S Calor de fusión: algunos materiales de bajo punto de fusión pueden verse afectado por el calor de compresión generado por el soplador, ventilador o compresor, S Propiedades estáticas, S Contenido de humedad, S Contenido de aceite o grasas, etc.

5.2

Dimensionamiento del sistema Para dimensionar el sistema es importante tomar en cuenta un conjunto de factores, establecer las bases del diseño y seguir un procedimiento de cálculo cuyas etapas se establecen a continuación: 1.

Caracterizar el material a ser transportado, estableciendo sus propie– dades más significativas.

2.

Establecer las capacidad del sistema neumático en función de la cantidad de material que se requiere sea transportado por período de tiempo.

3.

Establecer el (los) punto (s) de recolección y el (los) de descarga del material, fijando la ruta a seguir y el arreglo de la tubería. Establecer el número de codos, inflexiones, y las distancias horizontales y verticales de la línea.

4.

De acuerdo con la capacidad del sistema, el arreglo de la línea y la capacidad del sistema se propondrá una primera aproximación a la presión requerida por el sistema, necesaria para completar el transporte del material. Este

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valor de presión permitirá seleccionar el equipo de impulsión. La Tabla 1 muestra los rangos de presión que pueden manejar los diferentes equipos impulsores. 5.

Establecer el régimen. Dada la capacidad y las propiedades del material el transporte se puede efectuar en fase diluida, semidensa o densa. Esta condición delimita la relación sólido: aire o gas (masa: masa) y permite tener un indicio del caudal de aire o gas de transporte.

6.

Una vez delimitado el caudal de aire o gas de transporte y definida la caída de presión, se puede dimensionar la línea y determina la velocidad. Esta información es fundamental para el cálculo de las pérdidas de presión en el sistema.

TABLA 1. PRESIONES TÍPICAS DISPONIBLES POR LOS DIFERENTES EQUIPOS IMPULSORES. Equipo o sistema

Rango de presión (pulgadas de agua)

Ventiladores industriales

desde –45 hasta + 50

Ventiladores de presión (1 sola etapa)

desde –65 hasta +77

Ventiladores multietapas o de alto diámetro

desde –120 hasta +170

Sopladores de desplazamiento positivo

desde –218 hasta +415

Venturi

+ 25

Velocidad Los valores típicos de velocidad permiten revisar las asunciones hechas a partir del punto 4. Estos datos de velocidad se establecen para fase diluida, entendiéndose que un diseño para las fases semidensa y densa requiere, necesariamente, de la intervención de los fabricantes de los equipos que permiten transportar material bajo este régimen.

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Generalmente, para distancias totales (según arreglo de la línea) cercanas a los 200 pies, se puede transportar a velocidades promedio de 4000 pie/min. Esto equivale a una distancia terminal de aproximadamente 5000 pie/min a 10 psig. De 200 a 500 la velocidad promedio será de 5000 pie/min y para distancias de 500 a 1000 pies, se usará 6000 pie/min. Estas consideraciones pueden variar dependiendo de el tipo de material a ser transportado. Si el tamaño de partícula del material es menor o igual a 0,25 pulgadas y su densidad es menor a 55 lb/pie3 se pueden usar los criterios anteriores. Si la densidad se ubica entre los 55 y 85 lb/pie3, se debe aumentar la velocidad promedio en 1000 pie/min. Para el rango 85–115 lb/pie3, a la velocidad promedio se le sumarán 2000 pie/min. Para partículas mayores de 0,25 pulgadas, con densidades superiores a 115 lb/pie3 la velocidad se calculará según el procedimiento mostrado en la Figura 15. Fig 15. VELOCIDAD MÍNIMA DE TRANSPORTE PARA PARTÍCULAS GRANDES (FASE DILUIDA).

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Pérdidas en el sistema Para establecer las pérdidas debido al manejo del producto en el sistema, se deben considerar los siguientes cuatro aspectos: S Aceleración: cuando el material es introducido al sistema y comienza a transitar experimenta una pérdida por aceleración igual a 0,000072 V2 (la velocidad en pie/min). A 5000 pie/min, la pérdida por aceleración por cada 1000 lb/h de material a ser transportado es de 1800 pie–lb/min. S Pérdidas en los codos: esta pérdida equivale a 0,000226 V2 multiplicado por el factor de fricción, entendido este como la pérdida, en pie–lb/min perdido en cada codo de 90°. Si la velocidad es de 5000 pie/min y el coeficiente de fricción es 1; la pérdida en el codo se estima en 5650 pie–lb/min. El modelo de cálculo se muestra en la Figura 16. Fig 16. PÉRDIDAS EN CODOS.

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S Pérdidas horizontales y verticales: la pérdida se estima como el flujo másico del material multiplicado por el coeficiente de fricción y la distancia horizontal o vertical a ser recorrida. Si se desprecia el efecto de el coeficiente de fricción (lo cual es correcto para distancias cortas) y tomamos un flujo de material de 16,7 lb/min, a ser movido a lo largo de 60 pies, la pérdida resultante será de 1000 pie–lb/min. Un modelo de cálculo se muestra en la Figura 17. Fig 17. PÉRDIDAS HORIZONTALES Y VERTICALES.

S Pérdidas por fricción del aire: para determinar el tamaño del sistema, todos los factores que influyen sobre la caída de presión deben ser conocidos. De información publicada, la pérdida en la zona de entrada de aire se estima en 1,24 Hv, donde Hv es la presión dinámica, en pulgadas de agua. En un ciclón de alta eficiencia, esta pérdida se calcula como 2 Hv y en los normales como 3,12 Hv. En los filtros, si se dimensionan y operan correctamente, su pérdida se estima en 1,56 Hv. Para ramales de tubería esta será 0,31 Hv. Para determinar la pérdida debida a la fricción del aire con la línea, se debe usar la carta incluída como Figura 18, y definir la caída de presión, dada en pulgadas de agua por 100 pies de tubería.

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Fig 18. PÉRDIDA POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS DE CORTE CIRCULAR.

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Las Figuras 19 y 20 incluyen ejemplos de cálculo de las pérdidas en un sistema hipotético y de consideraciones de velocidad. Fig 19. EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA PÉRDIDAS DEL SISTEMA.

Fig 20. CONSIDERACIONES DE VELOCIDAD EN EL SISTEMA.

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Selección y dimensionamiento de los componentes Los componentes típicos asociados con un sistema de transporte neumático son la válvula rotatoria, los colectores ciclónicos, los filtros y los equipos impulsores (ventiladores y/o sopladores). A continuación se presenta una breve descripción de los elementos más resaltantes de cada uno de ellos. Válvula rotatorias Una restricción importante en el diseño de un sistema neumático es la selección apropiada de la válvula rotatoria. Estas válvulas pueden ser de sello de aire (“airlock”), alimentadoras o combinación de ambas. Una función importante de las válvulas rotatorias es cuando se las usa como alimentador gravitatorio, ubicados, generalmente, debajo de una tolva. Este equipo permite medir el flujo de descarga sin crear una condición de diferencia de presión a través de la válvula. Cuando se las usa como sello de aire permiten introducir material proveniente de otro alimentador en una línea de transporte neumático de presión positiva. La Figura 21 presenta algunas arreglos y características típicas de este tipo de equipos.

Fig 21. SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS ROTATORIAS.

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La tabla ubicada debajo de las ilustraciones muestra los criterios a seguir para el dimensionamiento de una válvula rotatoria para una aplicación determinada. La primera columna muestra el tamaño de la válvula. El tamaño del rotor se muestra primero y su longitud de seguido. Así, una válvula 4 x 3 está conformada por un rotor de 4 pulgadas y tiene 3 pulgadas de longitud. La segunda columna muestra el desplazamiento volumétrico del rotor cada vez que éste completa una revolución. La tercera columna muestra la velocidad normal para una válvula que esté actuando como sello de aire a la descarga de un sistema al vacío o a la alimentación de un sistema de presión positiva. La cuarta columna permite conocer el desplazamiento total de el rotor, en pies cúbicos por hora, a una velocidad máxima de sello de aire. En la quinta columna se muestra el 50% del desplazamiento de la cuarta columna para permitir la fluidización o aireación del material que tiene lugar en una situación de sello de aire. La última columna muestra el desplazamiento del rotor, en pie3/h, a 25 rpm. Esta velocidad está definida como la máxima y óptima cuando la válvula está trabajando bajo un cabezal de material como alimentador. A esta velocidad se asegura el llenado de los bolsillos del rotor alcanzando, así, una máxima eficiencia. Separador ciclónico Las cartas de los fabricantes están disponibles y deben ser cuidadosamente revisadas cuando se requiera seleccionar un ciclón para un sistema de transporte neumático. Un ejemplo de la información típica reportada en este tipo de tablas se muestra en la Figura 22.

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Fig 22. CARTA TÍPICA PARA SELECCIONAR CICLONES PARA LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE NEUMÁTICO.

Es importante remarcar que el caudal de gas que maneje el sistema es quien dicta el tamaño del colector. Generalmente, la caída de presión a través de un ciclón es de 2 Hv. Sin embargo, la carta del fabricante debe brindar información acerca de ésta pérdida para cada unidad en particular. Normalmente, a medida que el ciclón se hace más pequeño, su eficiencia de separación aumenta a costa de una mayor caída de presión. Filtros La selección de un filtro primario o secundario envuelve el escoger entre dos tipos básicos: el intermitente de agitación de la bolsa o el continuo de flujo de aire reversible.

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En el primer tipo, el polvo se colecta en el interior de las bolsas, de tal forma que periódicamente el sistema pueda desconectarse del paso de la corriente gaseosa para agitar las bolsas y propiciar la descarga del material colectado. Este tipo de filtro se puede operar en continuo si se separa la cámara en diferentes secciones cada una de las cuales funcionará desfasada en tiempo respecto a las otras En el segundo, el polvo se filtra en el exterior de las bolsas, las cuales reciben periódicamente pulsos de aire a presión que desprenden el material colectado de la superficie de la bolsas. Para dimensionar los filtros intermitentes se usa una relación aire: tela de 3 a 4 pie3/min.pie2. En el caso de los filtros continuos esta relación será de 6 a 12 pie3/min.pie2. Ambos filtros se diseñan para obtener una velocidad superficial en la cámara de 3 pie/seg, sin embargo, en aquellos casos en que la carga es extremadamente difícil de filtrar, esta velocidad pude llegar a los 2 pie/seg. Ventiladores y sopladores Para la selección de un determinado ventilador o soplador se deben consultar las cartas provistas por los fabricantes. Una curva típica se muestra en la Figura 23. Fig 23. CURVA TÍPICA DE UN VENTILADOR CON EJEMPLO DE CÁLCULO.

En el caso presentado como ejemplo, las pérdidas por el lado del aire se establecieron como 30 pulgadas de agua y 20 pulgadas de agua por el lado del

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SISTEMAS TRANSPORTADORES: TRANSPORTE NEUMATICO

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material, obteniéndose un total de 50 pulgadas de agua. Las curvas de pérdidas se dibujan juntas y se definen los puntos en que estas cortan a la curva de presión estática del soplador. Donde la curva de pérdidas conjunta aire + material corta a la curva de presión estática se encuentra la condición de operación del ventilador durante el transporte, lo que permite conocer que el soplador consumirá 21 BHp. Para determinar la potencia requerida del motor se toma la potencia al eje obtenida y se multiplica por la raíz cuadrada de la fracción entre las pérdidas totales y las del aire, es decir: Hp + 21.

6

Ǹ50 + 27, 11 30

, por lo que se recomienda instalar un motor de 30 HP ( tamaño inmediato superior comercial).

REFERENCIAS 1.

KULWIEC, R. “Materials Handling Handbook”. Wiley–Interscience Publication. New York, 1985.

2nd.

Edition.

2.

MARCUS, R.D. et al. “Pneumatic Conveying of Solids”. Chapman and Hall. London, 1990.

3.

“Transporte neumático de materiales pulvurentos”. Engineering Equipment Users Association (E.E.U.A.). Editorial Labor, S.A. Barcelona, 1974

4.

CHEREMISINOFF, N.P.. “Solids and Gas –Solids Flows”. Encyclopedia of Fluid Mechanics. Vol. 4. Gulf Publishing Company. Houston, 1986.

5.

MARJANOVIC, P.; JONES, M. “Pneumatic Conveying: Applications, Problems and SOlutions”. Powder an Bulk Solids Conference / Exhibition. Chicago, 1996.