FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA: INGENIERA AGROINDUSTRIAL Y COMERCIO EXTERIOR.
TRASNPORTE NEUMATICO
INTEGRANTES: ALAYO SNCHEZ, BRENDA LA ROSA CORDOVA, KATTY.
NARVAEZ CASTILLO, MARGARITA. PRETELL PEREZ, ERIKA RODRIGUEZ
VALDERRAMA, JOHANA. URBINA GARCA, ALVARO.
DOCENTE: SNCHEZ GONZALEZ, JESS ALEXANDER.
CURSO: INGENIERIA AGROINDUSTRIAL I.CICLO: VII
TRUJILLO-PER2014
TRANSPORTE NEUMTICO 1. INTRODUCCIN Por muchos aos los gases han
sido utilizados satisfactoriamente en la industria para transportar
un amplio rango de slidos particulados desde harina de trigo a
granos de trigo y de chips plsticos a carbn. Hasta hace
relativamente poco, la mayora del transporte neumtico se realizaba
en suspensiones diluidas usando grandes volmenes de aire a gran
velocidad. Desde mediados de los 60, sin embargo, hubo un
incremento en el inters en el modo de transporte comnmente
denominado fase densa en el cual las partculas slidas no estn
completamente suspendidas. Consecuentemente, en transporte en fase
densa, una mnima cantidad de aire es entregada al proceso junto con
los slidos (de particular inters en el caso de alimentacin de
slidos en reactores de lecho fluidizado, por ejemplo). Un menor
requerimiento de aire, generalmente, tambin implica un menor
requerimiento de energa (a pesar de que se necesitan mayores
presiones). Las bajas velocidades de slido resultantes implican que
en transporte en fase densa, la degradacin del producto por abrasin
y la erosin de las caeras no son grandes problemas como s lo son en
transporte neumtico en fase diluida. En este apunte se trataran las
principales caractersticas del transporte tanto en fase diluida
como en fase densa, as como tambin los sistemas y equipos utilizado
en ambos casos. El diseo de sistemas de fase diluida ser tratado en
detalle mientras que se har un resumen del diseo de sistemas en
fase densa.
INSTALACIONES NEUMTICAS: COMPONENTESDesde el ao 1885 en Pars,
hubo que enfrentarse realmente con el problema que significaba
hacer llegar el aire comprimido a larga distancia a cada boca de
consumo. El problema reviste bastante importancia pues con l estn
relacionados muchos diferentes aspectos: tipo de red, material de
la tubera, tipos de unin, dimensiones, prdidas de carga,
accesorios, formas de montaje,...En este apartado vamos a analizar
detalladamente cada uno de los componentes que conforman una red de
aire comprimido, desde la generacin hasta el consumo.Vemos en la
figura siguiente (Fig.1.12), los elementos principales de una red
neumtica. En los apartados siguientes iremos detallando y
pormenorizando cada uno de ellos.
Fig. 1. 12 - Principales elementos de una instalacin neumtica
1.3.1.- GENERACIN DEL AIRE COMPRIMIDO: EL COMPRESOR
Para producir aire comprimido se utilizan compresores, que
elevan la presin del aire al valor de trabajo deseado. Todos los
mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin
central de generacin. De esta manera no es necesario calcular ni
proyectar la transformacin de la energa para cada consumidor. El
aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las
instalaciones a travs de tuberas.
1) Elementos y funcionamiento bsico del compresor
Los compresores son mquinas cuya finalidad es aportar energa a
los fluidos compresibles, para hacerlos fluir aumentando al tiempo
su presin. eamos primero los elementos principales del compresor en
los puntos muertos superiores en las etapas de aspiracin y de
compresin (Fig.12).
Fig. 1. 13 - Elementos principales del compresor Bsicamente, un
compresor admite gas o vapor a una presin pl dada, descargndolo a
una presin p2 superior, comprimindolo en una cmara y hacindolo
pasar a travs de un conducto de menor seccin (para poder vencer la
fuerza en la vlvula generada por la sobrepresin conseguida). La
energa necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor
elctrico, de combustin o una turbina de vapor (ver Fig.13).
Fig. 1. 14 - Esquema y partes de un compresor alternativo
hermtico2) Tipos de compresores
Los compresores se clasifican por la forma de obtener el aumento
de energa interna en el gas. Hay dos grandes grupos: los de
desplazamiento positivo y los dinmicos.En los del primer grupo el
aumento de presin se consigue disminuyendo el volumen de una
determinada masa de gas. En los del segundo, el concepto cambia, el
aumento de presin surge como consecuencia del aumento de energa
cintica, que ha conseguido comunicrsele al gas. Dentro de estos
grandes, existen subgrupos con caractersticas bien definidas, en
cuanto a su principio de funcionamiento y a su comportamiento. Se
nombran en la figura siguiente todos los tipos.
Fig. 1. 15 - Tipos de compresores
3) Seleccin del compresor
Los puntos que intervienen en la eleccin son numerosos e
importantes: presin mxima y mnima pretendidas, caudal necesario,
crecimiento previsto de la demanda, condiciones geogrficas
(altitud, temperatura, etc.), tipo de regulacin, espacio necesario,
tipo de refrigeracin, accionamiento, lugar de emplazamiento
exactoEs muy importante diferenciar a la hora de elegir si el
compresor va a ser estacionario o de tipo porttil. Esta segunda
situacin se suele dar en los casos de campaa donde deben realizarse
operaciones con la ayuda del aire comprimido.
1.3.2.- DEPSITOSTodas las plantas de produccin de aire
comprimido tienen normalmente uno o ms depsitos de aire. Sus
dimensiones se establecen segn la capacidad del compresor, sistema
de regulacin, presin de trabajo y variaciones estimadas en el
consumo de aire.El depsito de aire sirve para:
- Almacenar el aire comprimido necesario para atender demandas
punta que excedan de la capacidad del compresor.- Incrementar la
refrigeracin (por la superficie de este) y recoger posibles
residuos de condensado y aceite.- Igualar las variaciones de presin
en la red de aire.- Evitar ciclos de carga y de descarga en el
compresor demasiado cortos.
Fig. 1. 16 - Elementos principales de un depsito.1.3.3.- REDES
NEUMTICAS. INSTALACIN DE TUBERAS
La red de distribucin de aire comprimido es el sistema de tubos
que permite transportar la energa de presin neumtica hasta el punto
de utilizacin. Las redes de distribucin se dividen en tres grandes
grupos tpicos. (Aunque en la realidad pueden aparecer combinados
total o parcialmente), dependiendo de la finalidad elegiremos uno u
otro.
Fig. 1. 17 - Tipos de redes neumticas.Despus de los tratamientos
necesarios a realizar sobre el aire, que aclararemos ms adelante,
el aire evoluciona por la tubera de distribucin, que debe cumplir
unos requisitos importantes para el correcto funcionamiento del
sistema.
Fig. 1. 18 - Disposicin de la lnea principal y zonas de
presin.
1) Prdidas de carga
El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el
consumo aumenta, la prdida de presin entre l depsito y el
consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la cada de presin
excede de este valor, la rentabilidad del sistema estar amenazada y
el rendimiento disminuir considerablemente.
2) Dimensionado de las tuberas
El dimetro de las tuberas no debera elegirse conforme a otros
tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla emprica, sino en
conformidad con: el caudal, la longitud de las tuberas, la prdida
de presin (admisible), la presin de servicio, la cantidad de
estrangulamientos en la red.
1.3.4.-ACONDICIONAMIENTO Y TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDOEn
toda instalacin neumtica se hace necesario tratar el aire por
varias circunstancias, no necesariamente ajenas a la propia
instalacin. El aire atmosfrico lleva consigo partculas nocivas para
los dispositivos de la instalacin neumtica. El compresor lleva
filtros previos, pero no depura el aire. Adems, el aire tambin
tiene cierta cantidad de vapor de agua, que puede llegar a
condensar y es necesario evacuar (purgar), si no, los componentes
mecnicos del circuito sufrirn una oxidacin, adems del desgaste por
otras partculas.Una vez que el aire ha superado al compresor,
comienza la etapa de acondicionamiento industrial, entendiendo por
esto, los procesos a que debe ser sometido para que pueda ser
utilizado sin ningn riesgo mecnico ni qumico, consiguiendo las
prestaciones deseadas. Vemos a continuacin un sistema tipo para el
acondicionamiento del aire, con sus componentes (Fig.26).
http://dim.usal.es/areaim/guia%20P.%20I/PAGINA%20NEUMATICO.HTM
Fig. 1. 19 - Esquema de elementos principales para
acondicionamiento del aire.
Lnea PrincipalSon los equipos A, B, C, D y E. Estos equipos
podemos pensarlos como de uso obligatorio para cualquier
instalacin. Cuando el compresor aspira aire, se inicia un proceso
de comprensin que siempre viene acompaado por un aumento de la
temperatura y por ciertas modificaciones en la humedad relativa,
densidad, para acondicionar previamente este aire, utilizamos estos
componentes. Sub - LneaSon los equipos F, G y H. Aqu comienza una
primera hipottica distribucin hacia tres grupos caractersticos segn
grado de humedad requerido. Toda la distribucin, antes de llegar a
cada rama, estara evacuando la eventual condensacin por el drenador
automtico. En el primer grupo no se trata el aire que se distribuye
pero se colocan drenadores.En el segundo, en cambio, aparecen los
secadores, cuya misin es retirar la mayor parte posible del agua
que no fue retirada por los equipos aguas arriba. Los secadores por
refrigeracin son capaces de secar el aire hasta un punto de roco de
-17C aproximadamente. El drenador sugerido se coloca como proteccin
para el caso en el que el secador salga de servicio o sea eliminado
momentneamente para su mantenimiento. El tercer grupo de la
sub-lnea trata el aire para un punto de roco de -30C. La instalacin
del secador por adsorcin se hace directamente en serie y se protege
con un filtro J cuyas caractersticas repasaremos en el punto
siguiente. Lnea LocalCada uno de los grupos de la sub-lnea contina
por las lneas correspondientes donde, antes del consumo, se trata
el aire de acuerdo con lo especificado y con respecto a slidos,
aceite y olor. 1)Filtro-Regulador-Lubricador. La unidad de
Mantenimiento FiltrosEl aire ambiente que aspira el compresor,
contiene impurezas. A stas, se le agregan las que el propio
compresor genera y tambin las que pueda encontrar en camino hacia
los puntos de distribucin. Esas impurezas son de distinta ndole y
de distinto tamao. El rol fundamental de cualquier filtro es el de
protector aguas abajo. Filtros EstndarEl filtro est construido de
manera tal que imprime al aire comprimido entrante un movimiento de
rotacin por medio del deflector de paletas eliminando los
contaminantes como polvo y gotas de agua por centrifugado,
filtrando luego las partculas ms pequeas mediante un elemento
filtrante para que el aire comprimido procesado pueda fluir hacia
la salida. RegulacinGracias a ellos podemos conseguir una presin
menor a la que genera el compresor, que adaptaremos a nuestras
necesidades de trabajo. Podemos distinguir dos presiones (o niveles
de energa) diferentes: la que entrega la fuente compresora y la que
usamos para trabajar. Reguladores de Presin EstndarSu
funcionamiento se basa en el equilibrio de fuerzas en una membrana
que soporta en su parte superior la tensin de un resorte, que puede
variarse a voluntad del operador por la accin de un tornillo
manual.
LubricacinLa funcin de estos aparatos es incorporar al aire
tratado una determinada cantidad de aceite, para lubricar los
actuadores neumticos que, al fin y al cabo, son elementos
mecnicos.El Lubricador EstndarEn este se produce una cada de presin
provocada por la restriccin del flujo. Esta cada produce un
desbalance de presiones que adecuadamente dirigido provoca la
elevacin de la columna de aceite y su incorporacin en la corriente
de aire.
Fig. 1. 20 - Unidad de mantenimiento combinada Marca SMC Serie
AC20.
Fig. 1. 21 - Seccin de una unidad de mantenimiento (FRL) de
propsito general1.3.5.-VALVULERALas vlvulas neumticas controlan o
regulan el paso del aire comprimido y su clasificacin se efecta por
la funcin que desarrollan. Siguiendo las recomendaciones de CETOP,
la norma DIN 24300 establece la siguiente divisin: Los diferentes
tipos de vlvulas existentes son: direccionales o distribuidoras, de
bloqueo, de presin, de caudal y de cierre. Veamos a continuacin los
principales tipos de vlvulas.1)Vlvulas direccionales o
distribuidorasEstas vlvulas controlan el arranque, detencin de la
direccin del flujo neumtico y con ello la direccin del movimiento y
las posiciones de detencin de los motores o cilindros. Constitucin:
las vlvulas son la que determinan su duracin, fuerza de
accionamiento, modos de inversin, racordaje y fijacin.Segur la
construccin de sus cierres, distinguimos los siguientes tipos:
Fig. 1. 22 - Clasificacin vlvulas direccionales.2) Vlvulas de
bloqueoSon vlvulas con la capacidad de bloquear o permitir el paso
del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el
circuito. En este tipo de vlvulas encontraremos:-Antirretorno-De
simultaneidad-De seleccin de circuito (selectoras) -De
escape.3)Vlvulas de regulacinSon las vlvulas para regular caudal y
presin. En esta clase de vlvula, nos encontramos con dos maneras
diferentes de regular la cantidad de aire o fluido: Por la entrada
o por la salida, segn actuemos sobre el fluido entrante o saliente
del actuador.Su funcionamiento en la deformacin de una membrana,
que por un lado tiene la presin de entrada y por otro un resorte
posicionable mediante tornillo para controlar la regulacin.
1.3.6.-ACTUADORES NEUMTICOSSon elementos que permiten efectuar
la transformacin de la energa de presin transmitida por el aire, en
energa mecnica, es decir en trabajo.Un actuador neumtico estndar
adecuado para una instalacin debe cumplir:- Que exista en el tamao
que lo necesito (dimetro y longitud).- Que su rozamiento interno
sea lo ms bajo posible y su vida til sea lo ms larga posible.- Que
su montaje o instalacin sea simple y rpida. - Que existan gran
variedad de diseos para adaptarlos a nuestra necesidad.- Que pueda
utilizase con o sin lubricacin.- Que resista los esfuerzos de
traccin, compresin y trmicos sin deformarse.1)Tipos de cilindros
Cilindro simple efectoEs un actuador capaz de recibir en una cmara
una determinada cantidad de aire comprimido que al expandirse,
mueve un eje o vstago que realiza un trabajo mecnico.
Cilindro doble efectoSu denominacin obedece a la caracterstica
que tienen de posibilitar el trabajo en los dos sentidos (avance y
retroceso). Su construccin es similar a los de simple efecto, pero
sin resorte de reposicin y requieren obligatoriamente estanqueizar
las dos cmaras.
Otros tipos de cilindrosExisten otras configuraciones para
cilindros neumticos segn las aplicaciones. Podemos encontrar:-
Cilindros de doble vstago- Cilindros tndem- Cilindros de impacto-
Cilindros de giro1.3.7.- MOTORES NEUMTICOSLos motores neumticos son
unos elementos capaces de transformar la energa neumtica en energa
mecnica.Las principales ventajas que obtenemos del uso de motores
neumticos son:-Compactos y livianos-Sencilla instalacin-Fcil
inversin del giro-Sin daos por sobrecargas
APLICACIONES INDUSTRIALES
TRASNPORTE NEUMATICO EN FASE DENSA: (alta presin, baja
velocidad)El transporte neumtico en fase densa se distingue de
otras tecnologas por labaja velocidad de transportey unaexcelente
relacin de eficiencia producto/aire.Elsistema de transporte
neumtico en fase densa preserva la integridad del material, incluso
en caso de mezclas de ms productos. La baja velocidad es adecuada
para productos muy frgiles, como atomizado cermico, caf, arroz,
fibra de vidrio. El desgaste de los tubos utilizando el transporte
neumtico en fase densa es mucho menor respecto a otros
sistemas.Este tipo de transporte es posible de lograr, slo si el
material a transportar presenta una buena permeabilidad y un tamao
de partculas homogneo. Materiales granulados y semillas son
transportados de esta forma en fase densa.
Transporte por presin en fase densaEl transporte por presin en
fase densa mueve el material a una velocidad relativamente baja
para reducir la degradacin del producto, el consumo de aire y la
abrasin de las tuberas, codos y vlvulas desviadoras.El transporte
en fase densa es ideal para un trasvase suave de materiales frgiles
o abrasivos a largas distancias, tpicamente ms de 80 metros.
Transporte en fase densa por vacoEl transporte en fase densa por
vaco es ideal para el transporte suave de materiales frgiles o
abrasivos a distancias cortas, generalmente de 60 a 80 metros.
TRASNPORTE NEUMATICO EN FASE DILUIDA: (baja presin, alta
velocidad)Segn (Mills, 2004), prcticamente cualquier material puede
ser transportado en fase diluida La principal limitante de este
modo de transporte son los requerimientos de velocidad, ya que se
necesitan velocidades relativamente altas para asegurar el flujo de
las partculas. Un sistema de baja concentracin o sistema de fase
diluida es aquel en donde el flujo es impulsado a travs de la
tubera de transporte a una relativa baja presin y alta velocidad,
donde el medio de transporte es un gas, usualmente aire. El
material a ser transportado es introducido a la tubera de una
manera controlada permitiendo a las partculas ser llevadas en
suspensin hasta el punto de destino.
Transporte en fase diluida por presinEl transporte en fase
diluida por presin es uno de los mtodos comnmente ms usados para el
trasvase de materiales en polvo o en grano. Se utiliza
habitualmente para materiales no abrasivos que no son frgiles, con
una densidad aparente baja, tpicamente menor de 1 kg/dm. Se emplea
baja presin y altos volmenes de gas para transferir el material
dentro de una tubera. Transporte en fase diluida por presin son
sencillos de operar, econmicos y requieren un espacio razonable,
siendo ideales para el transporte de un solo origen a mltiples
destinos.
Transporte en fase diluida por vacoEl transporte en fase diluida
por vaco es ideal para el trasvase de materiales que tienden
comprimir cuando se someten a presin, como pueden ser los
materiales fibrosos, y para productos txicos donde los escapes de
material no son aceptables. Se usa generalmente para distancias
cortas, bajas capacidades y cuando la degradacin del material es
tolerable.requiere mayores volmenes de aire para mover el material
que el aire necesario en sistemas de presin por fase densa. Para
aclarar: la fase diluida consiste en inyeccin de grandes cantidades
de aire para pequeas cantidades de material; la fase densa consiste
en la inyeccin de pequeas cantidades de aire para grandes
cantidades de material.
Transporte neumtico de materiales slidos a granel: Sistemas de
transporte neumtico se utilizan ampliamente en la industria para
transportar materiales secos, finos y a granel porque son
extremadamente verstiles, adecuados y econmicos para muchos
procesos. El transporte neumtico de slidos se ha practicado por ms
de un siglo en el mundo y hoy se puede encontrar sistemas de este
tipo en las ms variadas industrias: la minera, industria del
cemento y construccin, qumica y farmacutica, plsticos, de
alimentos, papel, vidrio, energa, etc. Por ejemplo, el transporte y
descarga neumtica de cemento, cal, azcar, y sistemas similares para
carbn pulverizado que alimentan calderas y hornos; sistemas de
transporte neumtico de fertilizantes, yeso, coke, cenizas, sal,
alimentos, granos, aserrn, etc.
DISEO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE NEUMTICO
Para disear y/o seleccionar un sistema nuevo de transporte
neumtico y/o para comprobar si un sistema existente opera
adecuadamente, el primer paso es determinar las caractersticas
fsicas y de fluidez del material a manejar. Adems, la naturaleza
del material a transportar es de vital importancia y puede limitar
significativamente la eleccin de un sistema de transporte neumtico.
Es imprescindible:
Tamao de partculas: mximo, mnimo y la distribucin granulomtrica,
Densidad y forma de las partculas, Fluidez del material y su
permeabilidad, Otros: abrasividad, toxicidad, fragilidad, dureza,
reactividad, compresibilidad, tendencia a segregarse, efectos
electrostticos, etc.
El segundo paso es realizar ensayos de laboratorio en un sistema
de transporte neumtico similar para determinar experimentalmente
parmetros tales como el tipo de flujo desarrollado en la caera, la
velocidad mnima de transporte del material, la relacin de carga y
la cada de presin en funcin de la velocidad de transporte. Con
estos datos se podr construir el diagrama de estado para determinar
el punto ptimo de operacin, y seleccionar y dimensionar los
componentes bsicos que conforman el sistema, como se ilustra a
continuacin:
Uno de los parmetros ms importantes para el diseo y la operacin
eficiente de sistemas de transporte neumtico en fase diluda es la
correcta determinacin de la velocidad de transporte para un
material y sistema en particular. Este parmetro afecta adems el
tipo de flujo desarrollado en la caera y la cada de presin.
Sistemas de transporte neumtico diseados para operar a altas
velocidades (flujo homogneo) estn sujetos a un alto consumo de
energa, posible degradacin y/o segregacin del material, y desgaste
excesivo de caeras y codos, lo cual se puede traducir en una
operacin costosa y poco rentable. Por otro lado, sistemas diseados
para operar a bajas velocidades o elevados flujos de slidos pueden
sufrir la depositacin de partculas sobre el fondo de la caera,
flujo errtico de material, e incluso llegar a tapar o embancar la
caera, lo cual detiene completamente el sistema. Por lo tanto, como
determinar la velocidad ptima de transporte es considerado uno de
los pasos ms importantes en el correcto dimensionamiento y operacin
de sistemas de transporte neumtico.
An no existe un procedimiento universalmente reconocido para
determinar la velocidad mnima de transporte en base a las
caractersticas de los materiales a transportar, dimensiones y
trazado de la caera, y las condiciones de operacin del sistema para
un material y sistema de transporte neumtico en particular. Una
diversidad de correlaciones empricas y semi-empricas para estimar
este parmetro se han ido acumulando en la literatura especializada
junto con una serie de trminos y definiciones como velocidad crtica
de transporte, velocidad ptima de transporte, velocidad de
desprendimiento, velocidad de depositacin, etc. que ms que ayudar a
un usuario lo confunden al momento de tener que estimar la
velocidad mnima de transporte para un material determinado. Estos
trminos y definiciones para referirse a la velocidad mnima de
transporte se basan en observaciones visuales del tipo de flujo
desarrollado, mediciones de la cada de presin y/o mediciones de la
velocidad de partcula.
Dos tipos de flujo se pueden distinguir claramente en sistemas
de transporte neumtico horizontales: flujo sobre la velocidad mnima
de transporte y flujo bajo la velocidad mnima de transporte del
material, como se mencion anteriormente. En el primer caso, las
partculas fluyen a alta velocidad, en suspensin y homogneamente
dispersas en la misma direccin que el aire (flujo homogneo). En el
segundo caso, algunas partculas se depositan en el fondo de la
caera mientras otras deslizan sobre estas dunas en reposo, como se
muestra esquemticamente siguiente figura:
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Perry R., Perrys chemical engineers handbook, McGraw-Hill, 6th
edition, 1997.
Rhodes M., Introduction to particle technology, Jon Wiley &
Sons, 2nd Edition, 2008.
Ratnayake C., A comprehensive scaling up technique for pneumatic
transport systems, The Norwegian
University of Science and Technology, Department of Technology,
2005.Disponible
en:http://maqlab.uc3m.es/NEUMATICA/Capitulo1/C1_apartado3.htm
Cabrejos F., TRANSPORTE NEUMTICO DE MATERIALES SLIDOS A GRANEL,
Universidad Tcnica Federico Santa Mara, CONGRESO CONAMET/SAM 2004.
Disponible:http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/21.pdf
Walper P., trasnporte neumtico de alimento peletizado,
Universidad Austral de Chile,
2011.Disponible:http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2011/bmfciw218t/doc/bmfciw218t.pdf