SILOS, TOLVAS Y TRANSPORTE NEUMATICO.

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WENDY GISELLA AGUILAR IMITOLA.CRISTIAN CAMILO ARISTIZABAL SOTO.

ALVARO JAVIER MANOSALVA ANGARITA.MARIANELLA GARCIA BLANCO.

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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO.INGENIERÍA QUIMICA

MANEJO DE SOLIDOS.GRUPO 2.

BARRANQUILLA2016. I

INTRODUCCIÓN

En el sector industrial el almacenamiento de los materiales constituye una etapa crítica en la que las pérdidas se deben reducir al mínimo y la calidad se debe conservar al máximo; manteniendo condiciones ideales de dichos elementos hasta el momento de su comercialización; por consiguiente, es necesario disponer de tecnologías adecuadas para dicho fin. Lo anterior, ha sido la base para la construcción de diversos sistemas de almacenamiento para pequeños y medianos productores , tales como barriles de metal, contenedores de plástico, bolsas de plástico, silos, tolvas entre otros; cuya elección depende la disponibilidad, conveniencia de uso, eficiencia y relación costo-beneficio que debe tener en cuenta el usuario. Así pues, de los sistemas mencionados, se considerarán los silos y las tolvas, debido a su importante función en las industrias agrícolas y alimenticias, principalmente, como estructuras integrantes del ciclo de acopio de grano y otros materiales a granel, en general, almacenamiento de sólidos.

SILOS.

Los materiales sólidos a granel tienen dos formas de almacenarse, la primera de ellas es apilarse al aire libre o bien, bajo techo. Apilado en silos u otros depósitos. El almacenamiento bajo techo de sólidos en silos es el sistema más económico, especialmente en el almacenamiento de materiales que pueden llevarse por gravedad a los aparatos de fabricación o a los medios de expedición. En el almacenamiento por este método es probable que algunos materiales obstruyan la salida, por lo que se acostumbra instalar agitadores mecánicos o por aire con el fin de mantenerlos sueltos y permitir que fluyan libremente. El almacenamiento de sólidos a granel en silos es además un método muy empleado en algunas industrias, en especial en las de cal, cemento y cerámica.

Los silos son construcciones de diferentes geometrías, ya sean cilíndricas, cuadradas o cónicas hechas de hormigón (mezcla de aglomerantes como el cemento, agua y arena en proporciones definidas), losetas, acero o madera. Puesto que la función fundamental de un silo o depósito de almacenamiento es la de absorber el remanente entre la fabricación y el empacado, es evidente que el nivel del material en el silo fluctuará ocasionando diferencias en la intensidad de circulación del material.

La cantidad de material almacenado en un silo se calcula con exactitud suficiente para la mayoría de los fines, partiendo de las dimensiones conocidas de la sección horizontal de dichos elementos y de la altura del material almacenado. Otro método más exacto consiste en pesar primero el material que se va almacenando y luego las cantidades que se sacan.

Ventajas y desventajas en la utilización de silos

Ventajas:

Se economiza espacio de piso para almacenar una cantidad dada de material.

Su construcción es relativamente barata.

Se consigue una alimentación uniforme del material.

Desventajas:

Poca adaptación a las posibles situaciones en torno a la fábrica.

Tienen una altura mayor que el volumen que logran almacenar, causando así un desperdicio de espacio.

Debido a la gran altura, suele ser necesario cargar los silos por medio de un elevador o de otro dispositivo.

Como sus fondos están muy por encima del nivel del terreno, su descarga tiene que efectuarse con ayuda de un transportador o carretillas que penetren en su fondo.

CLASES DE SILO

Silo de torre: Es una estructura de generalmente 4 a 8 m de diámetro y 10 a 25 m de altura.

Puede construirse de materiales tales como vigas de madera, hormigón, vigas de hormigón, y chapa galvanizada ondulada. Los silos de torre que solo guardan ensilaje generalmente se descargan desde su parte superior. Esta tarea era originalmente hecha a mano con rastrillos, pero actualmente se realiza más a menudo con descargadores mecánicos. Algunas veces se utilizan cargadores para recoger desde las partes inferiores pero hay problemas para hacer reparaciones y con el ensilaje que se incrusta en las paredes de la estructura.

Una ventaja de los silos de torre es que el ensilaje tiende a

empacarse bien

gracias a su propio peso, con excepción de algunos metros de la parte superior.

Figura 1. Silo de torre.

Silos de búnker: Los silos de búnker son trincheras hechas generalmente de hormigón que se llenan y comprimen con tractores y máquinas de carga. Su costo es bajo y son convenientes para operaciones muy grandes. La trinchera rellena se recubre con una carpa para sellarlo herméticamente. Estos silos generalmente se descargan usando tractores y cargadores.

Figura 2. Silo de bunker.

Silos de bolsa: Son bolsas plásticas de gran tamaño, generalmente 2 a 2½ m. de diámetro, y de un largo que varía dependiendo de la cantidad del material a almacenar. Se compactan usando una máquina hecha para ese fin, y ambos finales se sellan. Las bolsas se descargan usando un tractor y

cargador, o un cargador con palanca. La bolsa se descarta por secciones mientras se destroza.Los silos de bolsa necesitan poca inversión de capital y se pueden usar como una medida temporal cuando las condiciones de cosecha o crecimiento demandan más espacio, aunque algunas granjas los usan cada año. Se puede usar en cualquier periodo.

Silos de misiles: Se da el nombre de silos de misiles a las estructuras semisubterráneas que almacenan misiles cuya finalidad y diseño responde al lanzamiento de misiles balísticos.Los silos de misiles son una especie de bases debajo de la tierra, blindadas para soportar un ataque nuclear, en los años 60 y 70 se construían en masa y valían millones de dólares debido a que guardaban un ICBM listo para ser lanzado en el momento de la orden. Estos recintos tenían baños y alcobas para los técnicos del lugar, así se cambiaban las guardias cada 24 horas.En la guerra, estos silos nucleares llegaron a ser unos 82 en U.S.A, primordialmente en los desiertos. Últimamente estos recintos han sido "Supuestamente desmantelados" por los Estado Unidos gracias a acuerdos con la antigua URSS, para bajar los ánimos de guerra nuclear y algunos de estos silos ahora son museos.

TOLVAS.

La tolva es uno de los elementos más utilizados a nivel industrial para el almacenamiento de sólidos a granel. Similar a ella es el silo, también muy utilizado en todo tipo de empresas, aunque difieren en la forma. Las tolvas vienen en una gran variedad de formas tales como: cónica, abertura cuadrada, abertura en forma de cincel, forma de cuña y tolva piramidal. Por su parte, los silos suelen ser cilíndricos y tienen un tamaño más grande por lo que ofrecen una mayor capacidad de almacenamiento. No obstante, los tamaños son diferentes según lo requiera el cliente o también dependiendo del material a almacenar.

Las tolvas suelen fabricarse en chapa o acero inoxidable, materiales resistentes que además soportan bien las condiciones atmosféricas cuando son colocadas en el exterior. Este tipo de elementos son habituales en las fábricas y empresas que almacenan sus materias primas de este modo. Por ejemplo, en el sector agrícola, en industrias como las químicas o las cementeras, así como las areneras.

Al igual que los silos, el diseño de la tolva se ve influenciado directamente por el flujo en que se desea trabajar la descarga del solido allí almacenado, así como el sólido mismo y de la cantidad que se va a almacenar y descargar, con el fin de reducir espacios muertos, es decir, espacios donde no haya almacenamiento, de esta manera optimizar el funcionamiento en la tolva. En las tolvas se presentan tres tipos de flujos como lo son: másico, de embudo y mixto.

TIPOS DE TOLVA

Rectangular: de acero al carbono para orujo de 2 fases, con cubierta. Diseño y fabricación adaptable para cualquier capacidad.

Figura 3. Tolva rectangular. Cuadrada: de acero al carbono, para almacenamiento de alperujo (residuo

de aceite de oliva) de dos fases y descarga mediante válvula tajadera neumática la forma cuadrada de la tova permite una mayor área de recepción de desechos al momento de ser descargadas desde un camión.

Figura 4. Tolva cuadrada.

Tolva con dosificador volumétrico: en este tipo de comedero automático el alimento se acumula en la tolva central la cual cuenta con una serie de conductos que parten desde su parte inferior para distribuir el producto en varios lugares a la vez. Esta clase de tolva se utiliza con alimentos sólidos homogéneos como granos y polvos.

Figura 5. Tolva con dosificador. Tolva con dosificador de tornillo sin fin: la tolva en su interior cuenta con

un tornillo sin fin. La cantidad de vueltas del tornillo se ajusta en dependencia de la composición del alimento a dosificar.

Figura 6. Tolva con dosificador de tornillo. Tolva con dosificador de pistón: se emplea para el suministro de

alimentos líquidos y semilíquidos. En este caso la tolva es hermética conteniendo en su interior líquido que se va distribuyendo a medida que se desplaza el pistón por el interior de la tolva. Esta es la tolva automática perfecta para alimentos líquidos de alta densidad o viscosos, aunque puede ser usada con líquidos normales.

Figura 7. Tolva con dosificador de pistón. Tolva de almacenamiento de minerales: es un equipo de

almacenamiento de mineral ya sea grueso o fino, la cual se compone de dos partes: una sección convergente situada en su parte inferior a la que se conoce como boquilla, la cual puede ser de forma cónica o en forma de cuña, y una sección vertical superior que es la tolva propiamente dicha, la cual proporciona la mayor parte del volumen de almacenamiento de mineral.

Figura 8. Tolva almacenamiento de minerales.FLUJO EN SILOS Y TOLVAS.

El comportamiento reológico de los materiales granulosos es sumamente complejo y estos no se pueden tratar igual que los líquidos, suspensiones o incluso sólidos. Esto causa problemas frecuentes en cuanto a su manipulación: segregaciones, interrupciones en la descarga de los materiales de los silos y las tolvas por formación de bóvedas, presencia de zonas muertas (zonas o secciones que entorpecen el fluido libre de material como esquinas, tirantes entre otras) en los silos, descargas incontroladas de sólidos, etc. Que pueden incidir negativamente en el proceso de producción. Estos problemas pueden minimizarse si la descarga

de los materiales pulverulentos en los silos y tolvas es adecuada. La descarga de un material granuloso puede ser de tres tipos, tubular, másica o mixta. La existencia de un tipo de flujo dependerá de la naturaleza del sólido pulverulento y del recipiente que lo contiene. En consecuencia para diseñar un silo o una tolva con un tipo de flujo concreto habrá que considerar conjuntamente las características del material y las del dispositivo.

FLUJO TUBULAR:

Consiste en la formación de un canal de flujo en línea con la boca de salida del dispositivo, el cual está rodeado por una zona donde el material permanece inicialmente estático durante la descarga del dispositivo, si el material no es cohesivo, la parte superior pegada a las paredes comenzará a desmoronarse, alimentando el canal central. De lo contrario, si es muy cohesivo, se podría formar un canal central vacío rodeado de material inmóvil, formando bóvedas y deteniendo así el vaciado.

En la descarga de un silo o una tolva por flujo tubular el material no se mueve de manera uniforme, lo que ocasiona que el caudal del mismo en la boca de salida y la densidad aparente del lecho de material resultante varíen durante el desarrollo de esta operación. Incluso hay una cantidad de material que permanece estático aun cuando el vaciado haya terminado casi en su totalidad. Este sólido acumulado en las zonas muertas del dispositivo, aparte de disminuir su eficiencia puede tornarse inservible si presenta una modificación de sus propiedades a través del tiempo (ya sea por secado, oxidación, entre otros factores). Este tipo de flujo también resalta los efectos negativos producto de la falta de homogeneidad del polvo almacenado, debido a la segregación por tamaños que puede producirse durante el llenado. Sin embargo, esta clase de flujo presenta algunas ventajas, como una considerable reducción en el desgaste de las paredes del dispositivo, debido a que el rozamiento durante la descarga con el polvo puede despreciarse. Además de eso, la presión que soportan las paredes del dispositivo diseñados para este tipo de flujo es relativamente baja, requiriendo de esta forma menos cantidad del material adecuado para su construcción.

FLUJO MÁSICO.

Se caracteriza por un movimiento uniforme (al mismo tiempo y por ende, más controlable) del material durante la descarga del dispositivo. El material que esta adherido a las paredes del mismo se desliza a través de estas y es también vaciado. Desde que empieza la descarga ninguna partícula permanece en su posición original, todas se mueven, evitando así la formación de bóvedas y/o

zonas muertas. Las partículas de material que entran primero también son las primeras en abandonar el dispositivo (first in – first out), logrando mantener constante el tiempo de almacenamiento del polvo para un proceso continuo. Este tipo de flujo impide la formación de canales debido a que todo el material se mueve a la vez. Las tensiones o esfuerzos durante la descarga de los dispositivos son predecibles, por lo que se pueden diseñar de tal forma que el material no forme arcos dentro del dispositivo.

FLUJO MIXTO.

Es una combinación del flujo másico y tubular.

DISEÑO DE TOLVAS Y SILOS.

Para el diseño de silos se debe omitir la inclusión de bordes salientes, riostras, tirantes y otros detalles en el interior del mismo para su construcción que puedan ralentizar el libre movimiento del material dentro de la estructura. Algunas otras estrategias útiles para reducir la posibilidad de aglomeración del material sólido o revertir esta situación cuando ya ha ocurrido son:

Cuando las partículas quedan suspendidas por bóvedas, es posible forzar nuevamente la corriente de las partículas mediante la sacudida del dispositivo por medio de vibradores mecánicos, magnéticos o neumáticos, pudiendo estar unidas a las paredes del dispositivo o actuando a través de ellas.

Se han usado silos con paredes dobles, estando la interior flexionada por aire comprimido.

A menudo, en los silos pequeños o las tolvas de dimensiones reducidas, una lámina suspendida de acero inoxidable calibre 24 impedirá que se formen aglomeraciones de partículas que de otra manera inevitablemente se formarían.

Es recomendable la adición de chorros intermitentes de aire cerca del fondo del silo para desde allí deshacer las aglomeraciones.

La parte en tolva del silo debe tener una inclinación mayor que el Angulo de reposo o talud natural del material.

Para minerales pegajosos se emplean con frecuencia persianas u orificios para picar en las partes inferiores de él y poder introducir por ellos barras y forzar el material a moverse.

Gracias a los alimentadores como los de mandil, rodillo, disco giratorio, rascador y cadena, los cuales son fondos móviles colocados debajo de la salida del silo tienden a tirar del material cuando se mueve, facilitando su salida del silo.

Se emplean con frecuencia alimentadores de paletas cuyo ancho es igual al del silo para alimentar materiales como concentrados húmedos de flotación. Es recomendable el alimentador de bandas para silos pequeños o poco profundos que contengan material que fluya con relativa facilidad.

Para el diseño estructural los silos se clasifican, de acuerdo con el sistema BMHB, en las clases o categorías siguientes:

Clase 1: Silos pequeños cuya capacidad es menor de 100 toneladas. Su construcción es sencilla y robusta, teniendo en general reservas sustanciales de resistencia.

Clase 2: Silos de capacidad intermedia (de 100 t a 1000 t). Pueden diseñarse mediante cálculos manuales sencillos. Hay que garantizar el flujo de cargas y presiones que den resultados fiables.

Clase 3: Silos grandes (de capacidades superiores a 1000 t). Se requieren cono- cimientos especializados con el fin de prevenir los problemas debidos a la incertidumbre relativos a la distribución de cargas y presiones. Están justificados análisis más sofisticados, tales como elementos finitos, etc.

Clase 4: Silos con descarga excéntrica, en los que la excentricidad de la salida es >0,25 dc.

TRANSPORTE NEUMATICO.

El transporte neumático es uno de los procesos más interesantes para el movimiento del material, involucra conceptos de mecánica de fluidos, dinámica y diseño de máquinas entre otras áreas de la ingeniería, es utilizado ampliamente en la industria para transportar materiales secos, finos y a granel porque son extremadamente versátiles, adecuados y económicos para muchos procesos. El transporte neumático de sólidos se ha practicado por más de un siglo en el mundo y hoy se puede encontrar sistemas de este tipo en las más variadas industrias: la minería, industria del cemento y construcción, química y farmacéutica, plásticos, de alimentos, papel, vidrio, energía, etc. Por ejemplo, el transporte y descarga neumática de cemento, cal, azúcar, pellets plásticos en camiones a granel presurizados, sistemas de transporte neumático de fertilizantes, yeso, coke, cenizas, sal, alimentos, granos, aserrín, etc. en plantas de procesos; sistemas de

captación y transporte neumático de polvo; etc. El objetivo principal de un sistema de transporte neumático es transportar materiales sólidos a granel desde un punto a otro por medio de un flujo de gas a presión, ya sea positiva o negativa, y a través de una cañería.

La principal ventaja del transporte neumático de sólidos a granel es que los sistemas son cerrados, y por lo tanto, no-contaminantes. El material transportado se “encierra” totalmente dentro de la cañería, lo cual protege al producto del medio ambiente y viceversa (al medio ambiente del producto en caso de transportar materiales peligrosos, explosivos, tóxicos, biológicos, etc.). Además, son sistemas muy limpios, adecuados para muchos y variados procesos, flexibles para cambiar de dirección, requieren de un reducido espacio y son fáciles de automatizar. Dentro de las desventajas es importante destacar que no todos los materiales particulados se pueden transportar neumáticamente a través de cañerías, sino sólo aquellos materiales secos, no cohesivos, de fácil escurrimiento libre por gravedad, y relativamente finos.

PROCESO DE TRANSPORTE NEUMATICO.

FLUIDIZACION.

Es el proceso que hace posible el transporte neumático, dependiendo del grado de fluidización que se logre con el material podemos tener diversos tipos de transporte, ya sea denso o diluido, el consumo de potencia y desgaste de los elementos del transportador están fuertemente asociados a este concepto. Se puede definir como la operación por la cual las partículas sólidas son transformadas en un estado “fluido” a través del contacto con un gas o un líquido. Este método de contacto posee varias características inusuales, una correcta aplicación de los procesos de fluidización permite el aprovechamiento del comportamiento de los materiales para realizar su transporte u otro tipo de procesos industriales. Al conjunto de partículas fluidizadas se le denomina también lecho fluidizado.

En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la ecuación de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas no permanecen por más tiempo estacionario, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas. Los lechos fluidizados tienen variedad de aplicaciones, entre las cuales se pueden mencionar:

Clasificación mecánica de partículas según su tamaño, forma o densidad.

Lavado o lixiviación de partículas sólidas. Reacciones catalíticas heterogéneas (incluyendo la descomposición catalítica

del petróleo)

Figura 9. Proceso de fluidización.TIPOS DE TRANSPORTE NEUMÁTICO.

Aun no existe un consenso general para decidir cuándo se presenta transporte en fase densa o fase diluida, en general se recurren a observaciones y descripciones dichas observaciones para determinar el tipo de transporte que se está determinando.

Existen algunos valores generales de algunas características del transportador neumático como son la velocidad de gas o el nivel de presión que pueden indicar fase densa o fase diluida, no existe un límite claramente visible para pasar un tipo de transporte a otro, a veces se recure a dos conceptos para diferenciarlos, la velocidad de “choking” que es la velocidad límite entre los dos tipos de transporte ,velocidades por encima de su valor indican transporte en fase diluida y valores inferiores indican transporte en fase densa; se define como:

V choking=εch∗( Gρs∗(1−εch)

+Vt )(1)

Donde εch=¿fracción de vacío en la tubería a la velocidad de choking.

G=¿Flujo másico del solido por unidad de área (MpA )

ρ s=¿Densidad del sólido.

Vt=¿Velocidad terminal o de flotación de la partícula.

Mp=¿Flujo másico de sólidos.

La velocidad de “choking” solo es válida para transporte vertical. Para el transporte horizontal se definió análogamente la velocidad de saltación, se define como:

V saltacion=[ 4∗Mp∗10α∗βg2 ∗D

( β2 −2)

π∗ρf ]1

β+1

(2)

Donde:

α=¿1440*X+1.96

β=¿1100*X +2.5

X= tamaño de la partícula

D= diámetro de la tubería

ρ f=densidad del fluido.

g= aceleración gravitacional.

Las anteriores definiciones no son universalmente aceptadas es por eso que muchas veces se dice que todo lo que no sea claramente fase densa es diluida o viceversa. La figura presenta la evolución desde flujo altamente diluido hasta descender a transporte en fase densa con acumulación de material en la base de la tubería.

Figura 10. Patrones de flujo en tubería de transporte horizontal.

TRANSPORTE EN FASE DILUIDA.

Casi cualquier material puede ser transportado de esta forma, en general se trata de partículas totalmente suspendidas en el fluido de transporte, es decir no existe

acumulación en la zona inferior de la línea de transporte, se puede transportar de esta forma en sistemas de presión, vacíos o combinados. En general un material que puede ser transportado en fase densa, también lo hará en fase diluida y para ello generalmente se requiere solamente un aumento de la velocidad del gas.

Se requieren grandes volúmenes de aire; el arrastre producido mantiene el sólido en suspensión al interior de la corriente, el gasto energético es importante por la necesidad de un suministro continuo de gran cantidad de fluido. Dependiendo de las características de abrasividad se pueden presentar inconvenientes de desgaste excesivo en la tubería. Debido a la gran cantidad de aire disponible para el transporte y su alta velocidad permite un flujo continuo de gran cantidad de material.

TRANSPORTE EN FASE DENSA.

A menudo es llamado flujo no suspendido, como su nombre lo indica el material no está completamente suspendido en la corriente de aire. Se puede presentar en varias formas, como ondulaciones del material o como paquetes de material separados por una zona de aire, aunque existen muchos puntos intermedios en que se presentan combinaciones de ambas. En general si en una tubería horizontal existe acumulación de material en la parte inferior o no se observa un transporte diluido homogéneo del material estamos frente a un sistema de tipo denso. El volumen de aire requerido es bastante menor que en fase diluida, el sólido se transporta por empuje haciendo “paquetes”, para ello se requiere un menor flujo de aire pero una mayor presión. La energía requerida es menor, al igual que el desgaste en la tubería, es recomendable cuando el material transportado es abrasivo, se pueden generar taponamientos debido a que el material crea una capa sobre la superficie inferior de la tubería, lo que restringe el flujo.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE NEUMÁTICO.

Los sistemas de transporte neumáticos pueden ser clasificados de varias maneras. Entre ellos, la naturaleza de la presión del sistema es uno de los aspectos principales para la clasificación. En base a esto, hay tres tipos principales de sistemas de transporte, por succión (vacío), por presión o por combinación de ambos.Existe otro tipo de transporte en fase densa que se da con un equipo especial llamado tanque de soplado o de presión que envía porciones de material presurizado a través de la tubería, el transporte es intermitente. El siguiente diagrama representa las diversas combinaciones posibles y las características de cada tipo de transportador seleccionado.

Figura 11. Sistema de transporte disponible para transporte neumático.SISTEMAS DE PRESIÓN POSITIVA.

En este tipo de sistema de transporte neumático, la presión absoluta del gas dentro de la tubería es siempre mayor que la atmosférica. Esta configuración es la más utilizada, sobre todo en sistemas de descarga múltiple, en los cuales el material de transporte es recogido de un punto solo y entregado a varias equipos de almacenamiento. Esto es así ya que en este sistema solo se requiere la incorporación de una única válvula rotatoria, elemento de alto costo.

Figura 12. Sistema de presión positiva.

SISTEMA DE PRESIÓN NEGATIVA.

En estos sistemas, también llamados de vacío, la presión absoluta del gas en la línea de transporte es menor que la atmosférica. Sobre todo en el transporte de productos tóxicos y de materiales peligrosos, un sistema de presión negativa puede ser la mejor opción, ya que este impide que el polvo escape de la cañería. En estos esquemas el polvo es alimentado libremente, mientras que requiere de una válvula rotatoria a la entrada de los equipos de descarga, por esta razón son ampliamente utilizados cuando se tienen múltiples equipos de alimentación y un único punto de descarga. Sin embargo en los puntos de recepción de sólidos debe colocarse un dispositivo de separación como un filtro o un ciclón. La principal desventaja de este sistema es que solo puede ser usado cuando las distancias de trasporte son cortas. Un sistema de presión negativa se muestra en la figura

Figura 13. Sisyema de presion negativa.

SISTEMAS COMBINADOS.

Poseen las características de ambos sistemas, se logra aumentar la distancia de transporte que se lograría si solamente se tuviera el sistema en vacío. Permiten cargar el material desde múltiples fuentes y hacia múltiples destinos.

Pueden funcionar con una sola unidad de potencia pero en este caso se debe tener en cuenta que la diferencia de presión total del sistema (sección de vacío + sección de presión) debe ser lograda con el mismo elemento. En el caso de que no sea posible realizar el proceso con una sola unidad, se usan dos, la primera ubicada al final de la etapa de succión y la segunda al inicio de la zona de presión. Se debe poseer un sistema de filtrado al final de cada etapa para evitar daños internos a la unidad propulsora y envío de material a la atmósfera.

Cuando se tiene varias fuentes y varios destinos convienen utilizar un sistema combinado de presión negativa y positiva (Figura 06). Esta forma de operación combina las ventajas de ambos sistemas y solo requiere de una válvula rotatoria y un equipo de separación gas-sólido.

Figura 14. Sistemas combinados.

TRANSPORTADORES POR SUCCION.

El transporte por succión generalmente se usa para arrastrar material desde diversas fuentes hacia un punto común; si existe poca o nula diferencia presión en los puntos de carga del material no existen problemas al utilizar esta opción, el

elemento dosificador del producto que entra al sistema es muy simple si se comparara con su similar de presión positiva.

Figura 15. Transporte por succión desde almacenes abiertos.

Cuando se desea transportar material apilado o de depósitos abiertos como barcos, el sistema de succión es la mejor opción, debido a que el aire succionado por la unidad de potencia atraviesa el cuerpo de la misma, es importante que se realice un filtrado riguroso de la corriente de gas para evitar daños en la unidad.

ELEMENTOS DE UN TRANSPORTADOR NEUMÁTICO.

Los transportadores neumáticos son en general bastante simples, poseen pocas partes en movimiento y son ampliamente recomendados para transporte de granos o polvos, sus partes principales son: una fuente de gas comprimido, (generalmente aire) un elemento dosificador de material, una tubería de transporte y un elemento separador de la mezcla solido-fluido, también puede existir un sistema de filtrado, cuando las condiciones lo requieran. De igual forma, si el sistema lo requiere se pueden utilizar válvulas de desvío para cambiar los recorridos del material y sus sitios de carga y descarga.

FUENTES DE AIRE

La fuente de aire para un transportador neumático es el corazón del sistema. Es a menudo una de las decisiones más importantes a tomar. Se debe ser cuidadoso con la elección cuando se realiza un diseño debido a que por lo general éste elemento es el de mayor costo y la capacidad potencial de transporte depende directamente de éstos elementos, al igual que la mayor parte de la potencia consumida. Las válvulas dosificadoras, los codos y las tuberías de diámetro reducido generan un componente importante de los requerimientos de presión que debe suplir la unidad.

Figura 16. Tipo de unidades de movimiento de aire.

Las necesidades de gas dependen fundamentalmente de la cantidad de material a transportar, el diámetro de la tubería y de la relación másica de material y fluido escogida. Un aumento en los parámetros anteriores implica mayores caudales de aire, la unidad debe ser capaz de proveer el volumen de aire requerido para el funcionamiento adecuado del sistema. Existe una gran variedad de unidades de movimiento de aire por lo que se puede satisfacer de manera adecuada prácticamente cualquier necesidad.

TIPOS DE ELEMENTOS SOPLANTES

Los dispositivos más comunes son los ventiladores, sopladores y compresores.

VENTILADOR

Generan altos caudales de fluido a baja presión, generalmente son usados en sistemas de fase diluida y de poca longitud, su uso se da en sistemas con pocas posibilidades de obstrucción de la tubería. Pueden ser usados en sistemas mixtos de presión y vacío, especialmente con materiales ligeros y con poca adherencia. El aumento en el flujo del material transportado se puede dar incrementando el diámetro de la tubería, pero esto implica un mayor caudal de aire requerido.

Figura 17. Curva característica de un ventilador

SOPLADOR

Son usados ampliamente en sistemas con caídas de presión inferiores a 1 bar, son probablemente los equipos más utilizados en sistemas de fase diluida, ya que permiten niveles medios de caudal y presión. Pueden ser utilizados en sistemas mixtos, y su curva característica indica que tienen poca variación en el caudal

entregado independientemente de los requerimientos de presión, esto hace que las obstrucciones en la tubería ocasionadas por el material depositado debido a disminución en el caudal de aire son menos probables que con el uso de ventiladores.

Figura 18. Curva característica de un soplador

COMPRESOR.

Existe gran variedad de equipos de éste tipo, en general permiten tener niveles medios o altos de presión y un caudal elevado de aire (una sola unidad puede generar presiones de 60 PSI o superiores y caudales de 3000 Pies^3/min), se utilizan en sistemas de trabajo pesado; puede presentar inconvenientes debido a que en algunos tipos el flujo es altamente pulsante y variable.

Figura 19. Grafica de compresores.

DISEÑO PARA TRANSPORTE EN FASE DILUIDA

El diseño de sistemas de transporte en fase diluida incluye la selección de una combinación del diámetro de la cañería y la velocidad del gas para asegurar flujo diluido, cálculo de la caída de presión de la cañería resultante y la selección adecuada de equipos para mover el gas y separar los sólidos del gas al final del trayecto.

VELOCIDAD DEL GAS.

Tanto para el transporte vertical como para el horizontal es deseable operar a la menor velocidad posible para:

Disminuir la pérdida de carga. Reducir la atrición. Disminuir los costos operativos.

Si la línea de transporte incluye tramos verticales y horizontales, se debe tener en cuenta que la velocidad de sedimentación es siempre mayor que la de ahogo. Por lo tanto el diseño debe prever que la velocidad sea mayor a la de sedimentación U salt.Las correlaciones para obtener las velocidades límites tienen grandes errores asociados, se recomienda por lo tanto dar un margen de seguridad del orden del 50% o mayor para seleccionar la velocidad del gas.

CAÍDA DE PRESIÓN

La ecuación () es válida para cualquier mezcla gas-sólido en una tubería. Para que se aplique de manera específica a un transporte en fase diluida, es necesario poder expresar los términos de fricción de los sólidos y el gas con la pared en función de variables conocidas. En el transporte neumático en fase diluida la fricción gas-pared puede considerarse que no está influenciada por los sólidos y utilizarse entonces las expresiones de pérdida de carga por fricción de gas en tuberías (expresiones 6.1 a 6.4). Para calcular la fricción entre los sólidos y la pared las siguientes expresiones pueden ser usadas:

Transporte neumático vertical:

F pw L=0.057GL√ gD

(3)

Transporte neumático horizontal:

F pw L=2 f pGupi L

D(4)

Otra alternativa para el cálculo del F pw L es:

F pw L=2 f p(1−ε )ρpupi

2LD

(5)

Donde upi pueden calcularse como:

upi=u f (1−0.0638 X3ρ p0.5 )(6)

Donde x el tamaño de la partícula y u es la velocidad superficial del gas de diseño. Para distribuciones de partículas se utiliza como diámetro promedio, la mediana de la población. Finalmente el factor f pse calcula como sigue:

f p=38ρf

ρp

DXCD (u fi−upi

upi)

2

(7)

Donde CD es el coeficiente de arrastre que sugiere Rhodes que se calcule como:

ℜp<1CD=24ℜ p

1<ℜp<500CD=18.5ℜp−0.6

500<ℜp<2x 105CD=0.44

Para el cálculo del ℜp se utiliza la velocidad relativa entre ambas fases:

ℜp=ρf (u fi−u pi) X

μ(8)

CODOS

Cuando se diseña las líneas de transporte debe considerase los codos que existan en la misma. Se recomienda minimizar el número de codos, ya que ellos constituyen los puntos de mayor erosión de tuberías y atrición de sólidos Anteriormente se consideraba que la curvatura de los codos debía ser suave para evitar grandes pérdidas de carga, sin embargo se ha probado que el uso de Ts con un tramo ciego (ver Figura 6.5) alargan el tiempo de vida útil en más de 15 veces respecto a un codo convencional. En la parte ciega se forma un colchón de partículas que amortiguan los golpes contra las cañerías.

COMPRESIBILIDAD.

Para sistemas que sean de una longitud no muy elevada (<100 metros) y de relativa baja pérdida de carga, la densidad del gas en la tubería puede asumirse como constante. Para mayores distancias o altas caídas de presión la compresibilidad del gas debe incluirse en el análisis.

DISEÑO PARA TRANSPORTE EN FASE DENSA.

Mientras que los sistemas en fase diluida pueden ser diseñados a partir de principios teóricos (balance de cantidad de movimiento) junto con la ayuda de algunas correlaciones empíricas, el diseño de sistemas en fase densa es básicamente empírico. Estos sistemas se diseñan en base a la experiencia previa junto con los resultados que se obtienen de estudios para cada material a transportar.

COMPATIBILIDAD ENTRE EL MATERIAL Y EL PATRÓN DE FLUJO

En forma general se puede decir que es posible transportar cualquier material en fase diluida, pero dado las ventajas que presenta el transporta en fase densa, existe un gran interés en determinar si un material puede ser transportado de este modo. La forma más usual de adquirir dicha información consiste en llevar a cabo una serie de experiencias en planta piloto, lo cual es obviamente costoso. Una alternativa a esto es utilizar una aproximación propuesta por Dixon (1979), quien reconoció similitudes entre la fluidización por gas y el transporte en fase densa, y propuso un método para determinar la posibilidad de transportar un polvo en fase densa basado en la clasificación de polvos de Geldart (1973). Dixon propuso un diagrama que permitía la predicción de los patrones de flujo en fase densa más probables para una partícula de tamaño y densidad conocida. Estos autores propusieron un criterio basado en los resultados de medidas de permeabilidad y características de aireación del material. En base a esto aquellos polvos que presentaban una permeabilidad suficientemente alta en la prueba podían presentar flujo tapón y aquellos que alcanzaban valores altos de retención de aire eran aptos para presentar flujo en dunas. Según los autores, aquellos polvos que no satisfacían ninguna de las condiciones anteriores no eran aptos para el transporte con sistemas convencionales de “blow tank”. Flain (1972) ofreció una descripción cualitativa de aquellos equipos adecuados para generar el contacto inicial entre el polvo y el aire. Este realizó una lista de doce dispositivos utilizados con este fin y estableció las características que debían presentar los polvos para que dicho equipo pueda ser utilizado. Este es punto de partida útil ya que permite excluir los equipos que no son aptos para el material en cuestión.

REFERENCIAS.

[1] TRANSPORTE NEUMÁTICO DE MATERIALES SÓLIDOS A GRANEL http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/21.pdf .

[2] DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMÁTICO MIXTO DE DOS ETAPAS PARA CEREALES

http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/5875/2/132370.pdf

[3] TRANSPORTE NEUMÁTICO. http://www.criba.edu.ar/cinetica/solidos/Capitulo6.pdf

[4] TRANSPORTE NEUMÁTICO

http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Transporte_Neumatico.pdf

[5] DISEÑO DE SILOS. file:///C:/Users/CORE%20I5/Downloads/trabajodesilo-131105155234-phpapp02.pdf