Curs transport hidraulic si pneumatic

CURS - TRANSPORT HIDRAULIC ŞI PNEUMATIC

CURSUL V

Subiectele cursului:continuare - 3. Transportul fluidelor bifazice ,,gaz-solid”

3.2. Elemente constructive şi de calcul specifice instalaţiilor de transport pneumatic

3.2. Elemente constructive şi de calcul specifice instalaţiilor de transport pneumaticObservarea atentă a fenomenelor, atât a celor naturale cât şi a celor create artificial, în

domeniul transportării materialelor într-un curent de aer, duce la cunoaşterea unor caracteristici, care pot fi valabile atât la transportul pe orizontală cât şi la transportul pe verticală. Altele sunt valabile numai la transportul pe orizontală sau numai la cel pe verticală.

În general corpurile transportate de un curent de aer se rotesc, indiferent dacă transportul se face pe orizontală sau pe verticală. Fenomenul poate fi uşor explicat dacă se ţine seama că, în general, corpurile sunt asimetrice, fiind foarte rar cazul când rezultanta forţelor elementare, datorate presiunii curentului de aer trece prin centrul de greutate al corpului. Ori dacă direcţia rezultantei forţelor aplicate nu trece prin centrul de greutate al corpului se produce un moment, care determină rotirea corpului. La o observare mai atentă se constată cum corpurile antrenate de curentul de aer fac salturi, efectuând şi mişcări de rotaţie în jurul centrului lor de greutate. Cu cât viteza curentului de aer este mai mare cu atât saltul este mai mare. Ridicarea iniţială se produce datorită depresiunii create la partea superioară a corpului, sub influenţa curentului de aer.

În cazul unei conducte orizontale de transport pneumatic, fiecare particulă atinge, după un anumit timp, peretele interior al conductei, ceea ce înseamnă că este frânată şi trebuie să fie accelerată din nou. La o conductă orizontală cu diametrul Dc, o particulă care se mişcă în direcţia axei conductei cu viteza vm, se caracterizează prin următoarele mărimi:

- timpul de cădere pe înălţimea Dc:

- spaţiul parcurs între două atingeri ale peretelui interior al conductei:

În raţionamentul făcut nu s-a ţinut seama de turbulenţa curentului de aer care face ca mişcarea să nu fie paralelă cu axa conductei, ci să aibă şi componente normale pe axă. Aceasta face evident ca amestecul de aer şi material să fie mai omogen şi salturile între două ciocniri cu partea de jos a conductei , mai lungi.

Caracteristicile mişcării unui amestec de aer şi material pulverulent într-o conductă este în funcţie de viteza cu care circulă amestecul în conductă. Experimental s-a constatat că un anumit material, la o anumită viteză a aerului este transportat în stare de suspensie. În acest caz, repartiţia materialului pe întreaga conductă este uniformă (faza I). Acest lucru este valabil pentru viteze ale aerului mai mari decât 15 m/s. Dacă viteza aerului scade, repartiţia materialului în secţiunea conductei nu mai este uniformă, concentraţia în partea de jos a conductei este mai mare decât în partea de sus (faza II). Experimental s-a constatat că acest fenomen se petrece la viteze cuprinse între 14 m/s şi 11m/s. Dacă viteza aerului scade şi mai mult (la viteze între 11 m/s şi 5m/s), materialul începe să se depună la partea inferioară a conductei (faza III). În cazul în care viteza aerului continuă să scadă (la viteze sub 5m/s) materialul se depune în continuare, determinând înfundarea conductelor (faza IV). Cunoaşterea acestor domenii de funcţionare, pentru fiecare material în parte este folositoare pentru alegerea vitezei optime de transport.

1


În cazul unei conducte verticale de transport pneumatic, pentru ca particulele solide să se menţină în suspensie, este necesar ca în conducta cu diametrul ales pentru experimentare, viteza ascendentă a aerului să fie egală cu viteza lor de plutire. Experimental s-a dovedit că viteza curentului de aer într-o conductă este mai mare spre axă şi mai mică spre perete. În anumite cazuri, viteza de lângă perete, dincolo de stratul limită, este de două ori mai mică decât viteza în axul conductei. De aici rezultă că, chiar şi în cazul particulelor solide egale ca formă, dimensiuni şi greutate specifică, particulele din axă sunt antrenate în sus, cele situate pe un cerc între axă şi perete stau pe loc, iar particulele de lângă perete vin în jos.

De asemenea pentru o particulă dată, datorită turbulenţei, viteza de plutire este mai mică la perete decât în axă.

Dacă la transportul pe orizontală se deosebeau patru domenii de funcţionare, o separare a domeniilor de funcţionare după aceleaşi principii, în cazul transportului pe verticală nu se poate face, deoarece orice sedimentare de material produce înfundarea conductei.

În cazul transportului pe verticală se deosebesc numai două domenii, care depind de concentraţia amestecului şi de condiţiile iniţiale de fluidizare a materialului. Domeniul I la transportul pneumatic pe verticală se caracterizează prin concentraţii iniţiale ale amestecului care nu depăşesc 400 N de material / 10 Nm3 de aer. În acest domeniu particulele de material sunt antrenate de curentul de aer, fiind vorba de particule solide aflate în suspensie în curentul de aer. Domeniul II la transportul pneumatic pe verticală se caracterizează prin faptul că, materialul se aduce în stare de fluidizare înainte de a pătrunde în conductă, iar amestecul fluidizat, cu proprietăţi aflate aproape de cele ale unui lichid, este împins pe conducta verticală de suprapresiunea formată la capul de alimentare. Concentraţia amestecului, în domeniul II de funcţionare pe verticală, variază între 1000 ÷ 5000 N de material / 10 Nm3 de aer. În domeniul I, transportul pneumatic pe verticală poate funcţiona cu diverse granulaţii, iar în domeniul II numai cu materiale măcinate fin.

Pentru cazul general, se consideră o conductă tehnologică specifică unei instalaţii de transport pneumatic, formată din porţiuni orizontale (1, 5), verticale (3, 7) şi coturi (2, 4, 6), conform Fig. 3.8.

Calculul constructiv-funcţional al unei instalaţii de transport pneumatic are în vedere, pe de o parte, dimensionarea echipamentelor tehnologice şi pe de altă parte, calculul specific al conductelor de transport care trebuie să debuteze cu date tematice iniţiale, printre care, de exemplu:

- tipul materialului transportat (exemplu: grâu, praf cărbune, ciment, rumeguş etc), pentru care se cunosc dimensiunile particulelor/granulaţie d [μm], greutatea specifică γm [N/m3], densitatea materialului ρmi [Kg/m3]; viteza de plutire vp [m/s] şi viteza de transport vtr [m/s];

2

Fig. 3.8. Trasee de conductă de transport pneumatic

lHi

lVi

Ri

Ri

3

1

46

7

5

2


- caracteristicile agentului de transport (aer): temperatura (T = 20°C), presiunea barometrică (pb = 760 mm Hg), umiditatea relativă (φ = 50%), densitatea (ρa = 1,2 Kg/m3) şi vâscozitatea dinamică (ηa = 1,83 ∙ 10-5 Pa∙s);

- lungimile portiunilor drepte (orizontale lHi şi verticale lVi) şi curbe lRi, în [m];- productivitatea instalaţiei pneumatice/debitul de material transportat Qm [t/h] sau [kg/s].Algoritmul de calcul se bazează pe următoarea metodă practică:a) - se calculează viteza de plutire vp [m/s] a materialului (dacă nu se poate se adopta din

Tabel sau din datele iniţiale), cu relaţia:

[m/s]

sau:

[m/s]

b) - se calculează viteza de transport vtr [m/s] a materialului (dacă nu se poate se adopta din Tabel sau din datele iniţiale), cu relaţia:

[m/s] Viteza de transport sau viteza de lucru a aerului care asigură deplasarea materialului trebuie

să fie între limitele: 15 m / s < vtr ≤ 35 m / s.La instalaţiile prin aspiraţie, viteza iniţială a aerului la intrarea în instalaţie se recomandă să

se adopte:

La instalaţiile prin refulare de joasă presiune, viteza finală a aerului, la ieşirea din instalaţie poate fi luată:

Pentru materiale cu dimensiunea particulei sub 1 mm, există recomandarea ca viteza iniţială a aerului la instalaţiile prin aspiraţie şi cea finală la instalaţiile prin refulare de joasă presiune să aibă valoarea:

iar viteza finală la instalaţiile prin refulare de presiune medie sau mare să aibă valoarea:

Deosebit de importantă pentru fiecare instalaţie de transport pneumatic este limita de înfundare, când la o schimbare redusă a concentraţiei, sau la o micşorare a vitezei de transport se produce o înfundare a conductei.

Viteza optimă a curentului de aer este acea viteză care asigură transportul materialului şi nu produce înfundarea conductei.

Mărirea vitezei aerului peste punctul optim determină o creştere rapidă a consumului de putere necesar transportului pneumatic.

c) – se calculează coeficientul de dozaj volumetric (volumic) χV, care depinde de dozajul amestecului aer - material de transportat şi se exprimă prin relaţia:

[ - ]

în care, Va [m3/s] este consumul de aer, sau, se adoptă în limitele celui recomandat:

d) – se calculează debitul/consumul de aer Va [m3/s], necesar transportului materialului:

3


e) - se calculează coeficientul de dozaj gravimetric :

f) - se calculează diametrul conductei Dc [m]:

unde: Va – debitul volumic de aer necesar transportului [m3/s]; va – viteza aerului (identică cu viteza de transport vtr) [m/s].

g) - se calculează pierderile (căderile) de presiune, ţinând seama de structura traseului de transport, de modul de funcţionare al instalaţiei (aspiraţie sau refulare), după ce traseul a fost împărţit în zone caracteristice:

pierderea de presiune ∆ptraseu datorită frecării amestecului aer – material de conductă, pe porţiunile orizontale şi verticale:

[Pa]în care, ∆pst este piederea de presiune statică; k = 0,35 (coeficient dependent de raportul vt /vp = 1,3 ÷ 3,0); χV - coeficientul de dozaj volumetric (volumic).

Pierderea de presiune statică ∆pst se calculează cu relaţia:

[Pa]

în care, λ este un coeficient de rezistenţă la transportul amestecului aer-material (λ = 0,025, pentru conducte din oţel curate şi neracordate)

La traseul orizontal se introduc şi coturile a căror lungime echivalentă Lech este: l = 10 Dc. pierderea de presiune dinamică ∆pdin, datorită accelerării amestecului aer-material:

[Pa]

în care, kd = 0,25…0,29, coeficient ce ţine seama de faptul că viteza materialului este mai mică decât a aerului (valorile mai mici se iau pentru materialele pulverulente, cele mai mari pentru materiale granulare sau în bucaţi).

pierderea de presiune datorită rezistenţelor locale în coturi ∆pcot, se calculează cu relaţia:

[Pa]

în care, este suma rezistenţelor locale, care depind de coturi / modificări de secţiune şi se determină pentru amestecul aer-material cu relaţia:

= ξaer + 0,25∙ = 0,15 + 0,25∙ pierderea de presiune pentru ridicarea materialului în conducta verticală ∆pv, se

calculează cu relaţia:∙ρa ∙g∙∑lV [Pa]

în care, ∑lV este suma lungimilor tronsoanelor verticale [m]. pierderea de presiune datorită rezistenţelor în ciclon ∆pciclon:

[Pa]

4


în care, ξc este coeficient de pierdere de presiune, ξ = 1,5-2,5 ( se adoptă ξ =2,5). pierderea de presiune datorită rezistenţelor locale din dispozitivul de alimentare

∆palim, se poate calcula în funcţie de coeficientul de rezistenţa locală a tipului de alimentator cu relatia:

[Pa]

în care, ξ = 0,552 (stabilit experimental) pentru cazul când materialul se introduce printr-un ştuţ perpendicular pe axa conductei şise admite că influenţa materialului se poate neglija datorită vitezei reduse pe care o are în această zonă,sau se adoptă în limitele (0,2…0,5)⋅105 Pa

pierderea de presiune datorită rezistenţelor în separator ∆ps:

[Pa]

în care, ξ este coeficientul de pierdere de presiune, ξ = 1,5 ÷ 2,5 (se adoptă ξ =2); vtr - viteza de transport a aerului în m/s, după cum zona este cu aspiraţie sau refulare.

pierderea de presiune datorită rezistenţelor în filtru ∆pf, care se recomandă pe baze experimentale, ∆pf = 590 ÷785 Pa; (se adoptă ∆pf = 600 Pa).

* * *Ţinând seama şi de pierderile de presiune neprevăzute, se introduce un coeficient de

pierderi kp = 1,1 - 1,25, astfel încât căderea de presiune reală ∆preal [Pa] devine: [Pa]

h) - se corectează debitul de aer total Vat, (datorită aspirării de aer fals prin neetanşeitate), cu relaţia:

i) – se calculează puterea necesară acţionării motorului electric Nme al ventilatorului

(exhaustorului) cu relaţia:

[W]

5

Documents

Curs transport hidraulic si pneumatic