UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICIN VETERINAR A BANATULUI
TIMIOARA FACULTATEA TEHNOLOGIA PRODUSELOR AGROALIMENTARE
REFERAT LA OPERAII UNITARE N INDUSTRIA ALIMENTAR
CALCULUL UNEI INSTALAII DE TRANSPORT PNEUMATIC AL FLUIDELOR
BIFAZICE GAZ-SOLID
Coordonator . L. Univ. Ing. Rinovetz Alexandru
Student Circo Ana Elena Grupa 422-A An II TPA
Timioara 2010
CUPRINS
1. Introducere4 2. Clasificarea instalaiilor de transport
pneumatic..4 2.1. Tipurile instalaiilor de transport pneumatic...4
2.2. Transportul pneumatic al particulelor solide..5 2.3.
Alimentarea prin sorb6 2.4. Caderea de presiune n portiunea de
accelerare.6 2.5. Pierderea de presiune n curbe..6 3. Tema
proiectului7 4. Date iniiale8 5. Stabilirea parametrilor de
transport8 5.1. Calculul concentraiei de transport..8 5.2. Calculul
debitului de gaz, Qg....9 5.3. Calculul n greutate al gazului, ..9
5.4. Calculul debitului n greutate al solidului, ..10 5.5. Calculul
vitezei de regim a particulei solide n sorb, ..10 5.6. Determinarea
timpului de accelerare a particulei pe prima poriune dreapt, .12
5.7. Determinarea lungimii poriunii de accelerare a particulei
solide, La [m]14 6. Calculul pierderilor de presiune la curgerea
fluidului bifazic gazsolid..15 6.1. Calculul pierderilor de
presiune pe tronsonul 1-215 6.1.1. Pierderea de presiune n sorb i
pe prima poriune orizontal..15 6.1.2. Pierderea de presiune n
sorb..15 6.1.3. Pierderea aparent de presiune pentru aerul curat pe
prima poriune dreapt, .16 6.1.4. Pierderea de presiune real la
curgerea aerului curat prin tronsonul 1-2.162
6.1.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului
bifazic pe tronsoane rectilinii (tronsonul 1-2)...17 6.1.6.
Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic
gazparticule solide.17 6.1.7. Pierderea de presiune n punctul 2 (
la captul trosonului 12)18 6.1.8. Determinarea greutii specifice i
a vitezei gazului n punctual 2 ( , )19 6.1.9. Calculul vitezei de
regim a particulei solide n punctul 2.19 6.2. Pierderea de presiune
la transportul amestecului n zona cotului, zona 2-3....21 6.2.1.
Pierderea de presiune la transportul aerului curat prin cot..21
6.2.2. Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic n
zona cotului......21 6.2.3. Viteza particulei solide la ieirea din
cot.21 6.2.4. Pierderea de presiune la reaccelerarea particulei
solide.22 6.2.5. Presiune n punctul 3.22 6.2.6. Calculul greutii
specifice i a vitezei gazului n punctul
3..............................................................................................................22
6.3. Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic pe
tronsonul 3-423 6.3.1. Pierderea de presiune aparent pentru aerul
curat23 6.3.2. Pierderea de presiune real la curgerea aerului curat
prin tronsonul 3-4..23 6.3.3. Pierderea de presiune la delapsarea
amestecului bifazic gaz-solid24 7. Pierderea total de presiune.24
8. Puterea utilajului (ventilator sau suflant)...24 9.Bibliografie
selectiv..25
3
1. Introducere Transportul pneumatic al granulelor i
materialului pulverulent este des utilizat datorit avantajelor
tehnico-economice fa de sistemul classic mecanizat. n practic se
ntlnesc frecvent dou cazuri de curgere a curenilor bifazici: -
curgerea curenilor bifazici lichid-solid; - curgerea curenilor
bifazici gaz-solid. 2. Clasificarea instalaiilor de transport
pneumatic. Instalaiile de transport pneumatic se pot clasifica dup
mai multe criterii care iau n considerare fie modul de lucru, fie
cel de formare al amestecului. Dup modul n care se face antrenarea
particulelor solide instalaiile de pneumotransport se clasific n: -
instalaii la care transportul se face prin antrenarea separat a
particulelor solide n curentul de gaze, chiar dac exist ciocniri
ntre particule; - instalaii de transport la care materialul este
adus n stare de fluidizare prin difuzia unui curent de gaze n
spaiul dintre particule; n acest caz gazul are rolul de a elimina
frecarea dintre granule. Dup mrimea presiunii din conducta de
transport pneumatic instalaiile se clasific n: - instalaii cu
depresiune racordate la un exhaustor; - instalaii cu suprapresiune
racordate la un compresor sau suflant. 2.1. Tipuri mai des
utilizate de instalaii de transport pneumatic - instalaii cu
depresiune, la care ncrcarea conductei se realizeaz cu ajutorul
unei plnii simple; utilizat n transportul materialelor fibroase; -
instalaii cu suprapresiune, incrcarea materialului se face cu
ajutorul unui ejector, transportul materialelor pulverulente;
4
- instalaia de transport pneumatic cu sorb, la aceste instalaii
se obin concentraii mai mari ale amestecului de material solid cu
aer i se evit formarea prafului, dispozitivul de alimentare prin
sorb permite introducerea n instalaia de transport pneumatic a
materialelor sub form granular sau pulverulent; - instalaia de
transport pneumatic prin refulare, alimentarea se realizeaz cu o
pomp cu urub, folosit n exclusivitate la transportul materialelor
pulverulente; - rigola pneumatic, transportul se realizeaz prin
curgerea pe un plan nclinat a materialului fluidizat, se realizeaz
transportul materialelor mcinate fin i uscate; - instalaia de
transport a materialului fluidizat pe vertical, permite transportul
a 100 t/h material pulverulent la o nlime de 60 m, este un sistem
modern deosebit de economic; - instalaia de transport pneumatic cu
capsule cilindrice ( pota pneumatic) 2.2. Transportul pneumatic al
particulelor solide Instalaiile de transport pneumatic au o larga
raspandire n multe domenii industriale. Ele sunt folosite pentru
transportul materialelor granulate sau n forma de praf, intre
diversele faze de fabricatie n cadrul unei uzine, pe santiere de
constructii, la transbordare la transportul fluvial i maritim.
Dimensiunile materialelor utilizate pot varia de la cativa microni
pana la 50 mm, iar n cazul lemnului tocat 100mm lungime.
Materialele care au un continut mare de apa nu se pot transporta
pneumatic datorita fenomenului de infundare a palniei de
alimentare. Materialele fibroase se pot transporta pneumatic
folosind cantitati mari de aer. Concentratia acestor materiale nu
trebuie sa depasasca 0,2 kg de material la 1 kg de aer. Toate
sortimentele de seminte i granule se transporta pneumatic fara a
intampina dificultati. Clasificarea instalaiilor de transport
pneumatic Se deosebesc 3 grupe de instalaii de transport:5
1) -la care transportul se face prin antrenarea particulelor n
curentul de gaze , care se subdivid n 3 grupe: a) cu concentrai
reduse b) cu concentraii medii c) cu concentraii mari 2) utilizate
doar la produse macinate fin, la care materialul e adus n stare de
fluidizare prin difuzarea unui curent de gaze, n spatiul dintre
particule: a) n rigola cu panta redusa b) n conducta, pe vertical
3) la care se transporta o singura capsula pe conducta 2.3.
Alimentarea prin sorb Sistemul de alimentare prin sorb permite
introducerea materialelor sub forma de praf, boabe sau bulgari. El
se compune din doua tuburi cilindrice coaxiale printre care trece
aerul comprimat spre capatul sorbului unde se produce amestecul ce
patrunde prin tubul central n instalatia de transport pneumatic.
Concentratia amestecului obtinut se regleaza prin cota care se afl
la capetele celor 2 tuburi cu ajutorul prezoanelor, piulitelor i
contra piulitelor. In cadrul instalaiilor de transport pneumatic cu
absorbtie la care materialul este doza de insusi instalatie
tehnologica, sorbul se inlocuiestecu o simpla palnie de incarcare.
2.4. Caderea de presiune n portiunea de accelerare Intr-o
instalatie de transport pneumatic, exista mai multe portiuni de
accelerare. Prima portiune cuprinde locul de incarcare a
materialului n conducta i lungimea de conducta dreapta pe care
materialul se accelereaza pana la o viteza mai mica decat viteza de
regim cu 5%. Dupa fiecare curba viteza materialului este mai redusa
decat viteza de regim i din nou exista o portiune de
accelerare.
6
2.5. Pierderea de presiune n curbe In curbe materialul se
taraste deasupra peretelui asupra caruia actioneaza forta
centrifuga iar aerul circula n portiunea lasata libera, contribuind
n mica masura la antrenarea materialului. n 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
3. Tema proiectului S se calculeze o instalaie de transport
pneumatic (cu sorb) pentru gru de la siloz la punctul de recepie
dintr-o moar n cazul traseului orizontal i vertical indicat n
figura de mai jos:
solid
1
2 3
4
Qg
Schema de calcul a instalaiei de transport pneumatic
7
4. Date iniiale: - debitul n greutate al materialului solid
transportat: = 78000 [N/h], - lungimea tronsoanelor - = 9,6 m i - =
41 m, diametrul conductei, D = 100 mm = 0,1 m, diametrul bobului de
gru, d = 4,6 mm = 0,0046 m, masa particulei de gru, m = 3,806 10-5
kg, viteza optim a gazului (aerului) la transportul pneumatic, 30
m/s, - acceleraia gravitaional, g = 9,81 m/s2, - greutatea specific
a gazului la presiunea atmosferic, N/m3 Tabel 1. Constante legate
de material Constanta K0 constanta de nfundare K0 constanta de
transport CR coeficient de rezisten * z constanta vitezei de regim
s greutatea specific a solidului d diametrul particulei m masa
particulei f coeficient de frecare n curb Gru 3,1 10-5 1,8 10-5
0,42 0,0024 12753 N/m3 4,6 mm = 0,0046 = 4,6 10-3 m 3,806 10-5 kg
0,30
= 20
= 12,9
5. Stabilirea parametrilor de transport 5.1. Calculul
concentraiei de transport: C = k0 Fr2 = k0 ( ) [-]
unde: C concentaie de transport [ - ], k0 constanta de nfundare,
k0 = 3,1 10-5, - viteza optima de curgere a aerului, [ m/s ],8
g acceleraia gravitaional, [ m/s2 ], D diametrul conductei, [ m
] Vg= 24 m/s C = 3,110-5 ( C = 10, 691
) =
5.2. Calculul debitului de gaz, Qg:
Qg=
[ m3/s ]
unde:
- viteza optim de curgere a aerului [ m/s ], D diametrul
conductei, [ m ],
Qg =
24
Qg = 0,1884 [ m3/s ]
5.3. Calculul n greutate al gazului, =
: 3600 =
unde: greutatea specific a gazului la presiunea atmosferic, 12,9
[ N/m3 ]. = 12,9 0,1884 3600 = 8749,296 N/h
9
5.4. Calculul debitului n greutate al solidului, = C [ N/h ]
:
Valoarea calculat a debitului n greutate al solidului trebuie s
fie superior cifrei impuse, funcie de valoarea vitezei de curgere a
arerului, . = 8749,296 10,691 = 93538,72 N/h 5.5. Calculul vitezei
de regim a particulei solide n sorb, vs : ( ) ( )
unde:
- viteza de regim a aerului, - viteza de regim a particulei
solide n sorb, - viteza de plutire a particulei,
= unde: d - diametrul particulei solide, [ m ], - coeficient de
rezisten, = 0,42
[ m/s ]
[ N/m3 ], - greutatea specific a gazuilui la presiune
atmosferic, 12,9 [ N/m3 ], g - acceleraia gravitaional [ m/s2 ], -
constanta vitezei de regim = 0,0024 0,0032 [ - ],
- greutatea specific a solidului,
= 12753
=
- coeficient de proporionalitate,
=
[ - ],
10
D - diametrul conductei, [ m ]. Condiie ; din cele dou soluii
ale ecuaiei de gradul al II- lea se va alege valoarea mai mic, dar
apropiat vitezei optime de curgere a aerului ( ).
= =
= 11,88
m/s
(
)
(
)
/
11
m/s
5.6. Determinarea timpului de accelerare a particulei pe prima
poriune dreapt, ta [s] :
unde:
- viteza de regim a particulei solide dup atingerea timpului
;
- este dat de relaia
- coefficient a crui valoare este dat de relaia:
vg g
v
g
CR
d
m gv
[-]
m gd
[-]
CR
12
v
coeficient de impact, este dat de relaia:v
=
unde: m masa particulei de gru, [ kg ], coeficientul de
rezisten, = 0,42 D diametrul conductei, [ m ], d diametrul bobului
de gru, [ m ], greutatea specific a aerului la presiunea
atmosferic, g = 12,9 [ N/m3 ], g acceleraia gravitaional -
constanta vitezei de regim = 0,0024 0,0032 [ - ]g
v
v
v
13
5.7. Determinarea lungimii poriunii de accelerare a particulei
solide, La [m]: ( unde: - timpul de accelerare. )
m/s
14
(
)
6. Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului
bifazic gazsolid 6.1. Calculul pierderilor de presiune pe tronsonul
1-2 6.1.1. Pierderea de presiune n sorb i pe prima poriune
orizontal: [N/m2]
unde: [N/m3];
- coeficientul de impact n sorb, =2; - greutatea specific a
aerului la presiune atmosferic,- viteza de regim iniial a
particulei solide , =0 [m/s].
=12,9
N/m2
6.1.2. Pierderea de presiune n sorb: [N/m2] unde:p1- pierderea
de presiune n sorb;15
pat- presiunea atmosferic, =1,013 105 N/m2 - pierderea de
presiune n sorb i pe prima poriune orizontal;
N/m2
6.1.3. Pierderea aparent de presiune pentruaerul curat pe prima
poriune dreapt L1-2: [ unde: ]
-greutatea specific a aerului curat,=1 [ ] - coeficient
adimensional funcie de regimul de curgere caracterizat prin nr. lui
Reynolds i rugozitatea relativ a conductei, =0,023.
-
N/m2
6.1.4. Pierderea de presiune real la curgerea aerului curat prin
tronsonul 1-2 se calculeaz cu relaia: unde:p1- presiunea n sorb.
N/m2
16
-
N/m2
6.1.5. Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului
bifazic pe tronsoane rectilinii (tronsonul 1-2). n transportul
pneumatic al materialelor solide dispersate ntr-un gaz la
stabilirea relaiilor pentru calculul pierderilor de presiune,
trebuie avut n considerare efectele combinate ale interaciunilor:
particule solide conducta de transport; granule transportate mediul
de dispersie; ciocnirile dintre particulele solide. Acestea conduc
la consumuri de energie, din energia fluidului purttor, ceea ce
determin majoritatea pierderilor de presine fa de cele
corespunztoare fluidului omogen purttor. 6.1.6. Pierderea de
presiune la transportul amestecului bifazic gaz-particule solide se
determin cu relaia: [N/m2] unde: K1- coeficient experimental avnd
valoare practic, este dat de relaia: n care este dat de relaia:
unde:
i - coeficient experimental avnd valoare obinut n laborator; C-
concentraia de transport.
17
N/m2 6.1.7. Pierderea de presiune n punctul 2 (la captul
tronsonului 1-2): -
[N/m2]
N/m2
18
6.1.8. Determinarea greutii specifice i a vitezei gazului n
punctul 2 ( g2 , vg2 ) se face cu relaia: [N/m3]
N/m3 [m/s]
m/s 6.1.9. Calculul vitezei de regim a particulei solide n
punctul 2
( unde - condiie: vs2
