INTRODUCERE………………………………………………………………………………… 2 CAPITOLUL I – ASPECTE GENERALE PRIVIND CEREALELE ȘI TEHNOLOGIILE DE… [305222]

CUPRINS

INTRODUCERE………………………………………………………………………………… 2

CAPITOLUL I – ASPECTE GENERALE PRIVIND CEREALELE ȘI TEHNOLOGIILE DE PRELUCRARE…………………………………………….…………………………………………………. 4

1.1 Rolul și importanța cerealelor……………………………………..……………………………. 4

1.2 Compoziția anatomică a semințelor de cereale. Cereale cultivate în România…………..6

1.3 Structura chimică a cerealelor…………………………………………………………………………….7

1.4 [anonimizat].. ……………………………………………………………………………………………………………….10

1.5 Necesitatea și importanța condiționării cerealelor……………………………………16

1.6 Aspecte generale privind tehnologiile de condiționare a cerealelor……………….…17

[anonimizat]………………20

2.1 Fenomene în conductele de transport pneumatic……………………..………………….20

2.2 Viteza de plutire a materialului……………………………………………….………………….24

2.3 Viteze în conductele de transport……………………………………….…..………………….29

2.4 Căderea de presiune în conductele de transport………………… ……..………..……….34

[anonimizat]……….41

3.1 Considerații privind transportul pneumatic al produselor……………………………………..41

3.2 Scheme ale instalațiilor de transport pneumatic de joasa și medie presiune…………….43

3.3 Scheme ale instalațiilor de transport pneumatic de înaltă presiune…………………………45

[anonimizat] – PROIECTAREA INSTALAȚIEI DE TRANSPORT PNEUMATIC AL CEREALELOR………………………………………………………….53

4.1 Cerințe inițiale…………………………..………………….……..………………….53

4.2 Studiul soluțiilor constructive similar……..………………….……..……………….53

4.3 Prezentarea și justificarea soluției adaptate pentru transportorul pneumatic…………57

4.4 [anonimizat]……..…….…73

CAPITOLUL V – CONCLUZII………………….……..………………….……..………………78

BIBLIOGRAFIE…………………………………….……..………………….……..……………79

[anonimizat], cu un înalt potențial . Din cele 23,8 [anonimizat] a țării este de 14,7 mil. ha (61,7 %), din care 9,38 mil. ha reprezintă teren arabil.

România se situează pe locul 6 din Europa ca suprafață agricolă utilizată ([anonimizat], Germania, Marea Britanie și Polonia) și pe locul 5 ca suprafață arabilă ([anonimizat], Germania și Polonia).

[anonimizat] a [anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat], cercetării științifice din domeniul mecanizării agriculturii.

Analizând literatura de specialitate și urmărind evoluția realizărilor firmelor constructoare de mașini de semănat, s-a constatat că se fac eforturi deosebite pentru dezvoltarea acestui domeniu.

[anonimizat] echipate cu sisteme de dozare mecanică centralizată și distribuție pneumatică a semințelor, simple din punct de vedere constructiv, cu capacitate mare de lucru, cu masă redusă și cu reglaje ușor de efectuat, care satisfac cerințele exigente ale agrotehnicii moderne.

Cerealele au constituit din toate timpurile una din sursele principale de hrană ale omului, ceea ce a făcut ca istoria prelucrării lor să se confunde cu istoria omenirii și a culturii sale materiale.

Datorită compoziției și structurii anatomice diferite, fiecare din speciile de cereale a căpătat întrebuințări și a fost prelucrată prin tehnologii diferite.

Industria de prelucrare a cerealelor, în calitatea sa de componentă a industriei alimentare are un rol complex în transformarea acestora în produse finite comestibile, produse ce au un aport nutritiv deosebit pentru populație. Transformarea acestora în produse alimentare se realizează cu un consum energetic mare, fapt ce determină un cost ridicat al produselor finite din morărit, dar și al celor obținute pe baza acestora. Ca urmare a acestui fapt se impune un studiu elaborat al acestui domeniu.

Prelucrarea și extinderea în cultură a cerealelor, precum și interesul manifestat de om pentru selecționarea lor în vederea sporirii randamentelor și adaptării performanțelor la cerințele de prelucrare au fost determinate de rolul important pe care acestea l-au jucat în producția alimentară.

O dată cu dezvoltarea și progresarea societății s-au diversificat și cerințele alimentare ale populației, cerințe ce se regăsesc și în varietatea tot mai mare de produse de morărit existente astăzi.

Față de toate aceste aspecte, în ultimele decenii se impune tot mai puternic o nouă cerință pentru echipamentele tehnologice, respectiv reducerea consumurilor specifice de energie pe unitatea de produs finit. Această cerință are la bază două aspecte importante:

pentru cele peste 3,5 milioane tone de făină și produse de morărit produse anual în România consumul de energie total este cât se poate de important;

criza mondială de energie care se prefigurează și creșterea permanentă a prețului energiei face ca în costul făinii și a produselor de morărit și panificație ponderea acesteia să fie tot mai mare.

Transportul pneumatic este des întâlnit în industria chimică, alimentară în transporturi, construcții, agricultură și are la bază principiul antrenării particulelor de material solid de către un curent de aer care se deplasează cu o anumită viteză printr-o conductă.

Transportul pneumatic efectiv se face prin transportul și manipulare a particulelor prin care se crește rata de încărcare-descărcare cu până la 150 %, se elimină pierderile prin operare, se elimină aproape complet deformarea mecanică, cunoscută sub numele de spartură, aceasta fiind o caracteristica de bază pentru comerțul modern cu materiale granulare sau pulverulente de calitate.

Sistemul pneumatic este o necesitate pentru a fi competitiv în operare și pentru a satisface cerințele de exploatare, pentru eliminarea poluării mediului, deoarece vechiul sistem de transport prin banda cu racleți și elevator cu cupe mecanice, prin operare produce mult praf și afectează mediul conform datelor statistice oferite de Direcția pentru Protecția Mediului.

CAPITOLUL I

ASPECTE GENERALE PRIVIND CEREALELE ȘI TEHNOLOGIILE DE PRELUCRARE

Rolul și importanța cerealelor

Termenul “cereale” provine din cuvântul “Ceres”, care în limba latină reprezintă numele zeiței romane a recoltei și agriculturii. Cerealele sunt folosite în alimentația omului din cele mai vechi timpuri. Descoperirile arheologice atestă preocupările omului în cultivarea cerealelor încă din perioada neolitică. Mărturii arheologice, cum sunt unelte agricole, vase ceramice sau monede gravate cu spice de cereale, evidențiază preocuparea geto – dacilor în cultivarea cerealelor.

Compoziția anatomică a semințelor de cereale

Cerealele fac parte din familia Gramineae și Polygonaceae. Familia Gramineae cuprinde: grâul, porumbul, secara, orzul, ovăzul, orezul, meiul, sorgul, iar din familia Polygonaceae face parte hrișca. Datorită conținutului ridicat de amidon cerealele poartă denumirea de produse agricole amidonoase.

Cerealele se cultivă pentru semințe și paie. Sub diferite grade de prelucrare semințele se utilizează în alimentația omului și, ca furaj, în hrana animalelor. Paiele se utilizează ca materie primă pentru fabricarea fibrelor.

Semințele de cereale au o structură anatomică aproximativ asemănătoare. Bobul de grîu are formă de cariopsă, care la majoritatea speciilor iese la treierat din învelișul floral, numit palee. Semințele diferitelor specii și varietăți de grâu, se deosebesc prin forma, culoarea, mărimea și aspectul suprafeței lor.

Bobul de grâu este un fruct format din următoarele părți anatomice principale: învelișul fructului sau pericarp și sămânța. Sămânța este formată din învelișul seminal și stratul pigmentat, stratul nucelar, endosperm și embrion.

Structura bobului de grâu este prezentată în figura 1.1, iar compoziția anatomică a semințelor de cereale în tabelul 1.2.

Fig. 1.1 Secțiune prin bobul de grâu

Fiecare parte anatomică prezintă variații cantitative destul de largi, în funcție de soi, de condițiile pedo – climatice de cultură, de condiții de păstrare (tab.1.2.1).

Tabelul 1.2 Compoziția anatomică a semințelor de cereale

Cerealele cultivate în România

Cerealele reprezintă o sursă de bază în hrana populației și a animalelor, fiind răspândite pe o suprafață de 760 milioane ha, ceea ce reprezintă 50% din terenurile arabile ale planetei.

În România, conform “Anuarului Statistic al României – 2008”, în ultimii cinci ani s-au cultivat cu cereale pentru boabe, în medie aproximativ 5500 mii hectare/an

din care aproximativ 2100 mii hectare/an grâu, obținându-se o producție agricolă vegetală

la cereale pentru boabe de aproximativ 16000 mii tone/an. În figura 1.3., sunt prezentate suprafețele cultivate cu cereale pentru boabe în România în perioada 1990 – 2007.

Fig. 1.3. Suprafața cultivată cu cereale pentru boabe 1990 – 2007

Fig. 1.4. Producția agricolă vegetală la cereale pentru boabe 1990 – 2007

1.3. Structura chimică a semințelor de cereale

Principalele componente chimice ale boabelor de cereale sunt precizate în continuare. Substanțele proteice se găsesc distribuite în mod neuniform în diverse părți componente ale

structurii anatomice ale bobului de grâu, % la SU: epidermă 4 %; strat de celule rotunde 11 %; înveli șul seminal 18 %; strat aleuronic și membrana hialină 33 %; corpul făinos 11 %; germene 23 %. În structura proteinelor din boabele de cereale intră patru componente principale prezentate în tabelul 1.5.

Tabelul 1.5. Structura proteinelor la principalele cereale

Lipidele sunt concentrate în germene, stratul aleuronic și endosperm. Învelișurile au un conținut mic de lipide. Conținutul mediu de lipide în boabele principalelor cereale, este prezentat în tabelul 1.6.

Glucidele constituie masa de bază a compoziției chimice a boabelor de cereale. În structura glucidelor întâlnim zaharuri simple (mono-, di- și trizaharide), precum și polizaharide. Conținutul în zaharuri simple este foarte mic, dar important pentru declanșarea proceselor fermentative (tab. 1.7.).

Tabelul 1.7. Conținutul de zaharuri simple în boabele de grâu și secară

Vitaminele sunt catalizatori biologici, care în cantități extrem de mici intervin în reglarea și stimularea proceselor metabolice normale. Lipsa lor din alimentație produce boli prin carență. În tabelul 1.8. se prezintă principalele vitamine care se găsesc în boabele de cereale.

Enzimele sunt distribuite neuniform, deși joacă un rol foarte important. Dintre enzimele care se manifest ă la cereale și leguminoase, câteva sunt mai importante: Dehidrogenaze, Lipoxigenaza, Monofenol – monoxigenază, Amino acil-transferază, Lipază, α-amilază și β- grupa I: C, O, H, N, S, P – se găsesc în proporție de 95…98,5 %;

grupa a II-a: – care se găsesc în proporție de 1,5..5 % și se pot grupa astfel:

macroelemente: K, Mg, Na, Fe, Al, Si, Ca – 0,1..0,01 %;

microelemente: Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, Li, I, Br, Mo, Co – 0,001..0,00001 %;

ultramicroelemente: Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au – mai puțin de 0,000001 %.

În tabelul 1.9. este prezentată repartiția componentelor chimice în bobul de grâu, ca o sinteză a datelor prezentate anterior.

1.4. Caracteristicile fizico-mecanice și însușirile tehnologice ale semințelor de cereale

Forma geometrică și dimensiunile semințelor de cereale

Fig. 1.10. Dimensiunile principale ale semințelor

Semințele de cereale pot avea forme rotunjite, sferice, late, aciculare, etc. Forma depinde de o serie de factori, cei mai importanți însă fiind natura cerealelor și dimensiunea lor. O particulă, va avea forma cu atât mai regulată, cu cât are dimensiuni mai mici.

Exprimarea mărimii exacte a unei particule (sămânță ) printr-o singură dimensiune este dificilă. De obicei atât în practică, dar mai ales în teorie, pentru o ușoară înțelegere a fenomenului și simplificarea calculelor, se obișnuiește a se considera semințele de cereale ca fiind de formă sferică și a se exprima dimensiunea lor printr-o dimensiune medie care poate fi diametrul unei sfere.

În realitate, orice particulă este caracterizată de cele trei dimensiuni: lungime l, lățime b și grosime c.

Masa hectolitrică, MH

Reprezintă greutatea, exprimată în kg, a unui volum de semințe de 0,1m3 (100l).

Masa hectolitrică constituie un indicator foarte important pentru industria morăritului, deoarece în unitățile de morărit, extracția totală de făină este stabilită în funcție de valoarea acestui indicator.

În tabelul 1.11, sunt prezentate valorile masei hectolitrice pentru diverse tipuri de cereale.

Tabelul 1.11. Valorile masei hectolitrice pentru câteva tipuri de cereale

Masa a 1000 semințe în funcție de modul de raportare poate fi : relativă și absolută.

Masa relativă sau masa a 1000 semințe, MMS reprezintă masa a 1000 semințe pure aflate la umiditatea momentană.

Valorile masei relative sunt în funcție de specie, varietate, soi etc.

Masa relativă este într-o corelație pozitivă cu mărimea și densitatea semințelor. Determinarea acestei proprietăți se face prin numărarea a 1000 semințe pure și cântărirea acestora.

Tabelul 1.12.

Valorile masei absolute a 1000 semințe pentru câteva tipuri de cereal

Greutatea specifică , γ

Reprezintă greutatea unității de volum a materialului seminței determinată cu relația:

γ = (1.1)

unde: G este greutatea seminței;

V- volumul seminței.

Greutatea specifică a semințelor diferitelor culturi variază în limite largi și depinde de componența chimică și structura anatomică a semințelor, de gradul de maturitate, de umiditate și de cantitatea de aer cuprinsă în sămânță.

Tabelul 1.13. Greutatea specifică a părților anatomice ale bobului de grâu

Proprietățile aerodinamice

Se iau în considerare, rezistențele diferite de deplasare ale semințelor într-un curent de aer.

Rezistența stratului masei de semințe la trecerea aerului sau a gazelor reprezintă o proprietate ce interesează în mod special procesele de aerare, gazare, uscare etc.

Rezistența totală a stratului de material granular la trecerea aerului sau gazelor se calculează cu relația:

în care: R – rezistența totală la trecerea aerului / gazelor;

h – grosimea stratului de material, în m;

W – viteza convențională a aerului sau a gazelor raportată la întreaga secțiune a stratului de semințe, în m/s;

A, n – coeficienți determinați experimental funcție de caracteristicile semințelor.

Capacitatea de plutire a semințelor este definită de viteza de mișcare a aerului pentru care semințele aflate într-o conductă verticală se găsesc în stare de echilibru (plutesc) și este deosebit de importantă pentru separarea pe baza diferenței de proprietăți aerodinamice, pentru calculul aspirației etc.

Tabelul 1.14. Valorile vitezei de plutire pentru diferite cereale

Puritatea fizică, p sau conținutul de impurități

Reprezintă conținutul procentual de sămânță pură raportat la masa totală a probei analizate și prin extensie a lotului pe care acesta îl reprezintă.

Tabelul 1.15. Puritatea fizică (%) pentru semințele de cereale destinate consumului alimentar, industrial și furajer

Sticlozitatea (%)

Arată gradul de compactizare a endospermului în bob. Sticlozitatea se determină cu ajutorul farinotomului, iluminatorului, farinoscopului sau chimic.

Din punct de vedere al sticlozității, boabele de grâu:

– sticloase: sticlozitatea peste 70 %;

– sticlozitate medie: sticlozitatea între 40…70 %;

– sticlozitate mică: sticlozitatea mai mică de 40 %.

Conținutul de corpuri străine, %

În masa de cereale, datorită condițiilor de cultură, de recoltare și de depozitare se găsesc o serie de impurități care trebuie înlăturate.

Umiditatea, %

Este un parametru, care indică calitatea materiei prime. Umiditatea boabelor influențează proprietățile structural-mecanice ale acestora. Diferențele create prin umectarea și uscarea diferitelor părți anatomice ale bobului, modifică proprietățile mecanice, deci și comportarea bobului la măcinare.

La prelucrarea grâului, din punct de vedere al nivelului de umiditate există:

1.5. Necesitatea și importanța condiționării cerealelor

Cerealele sunt recoltate, cu excepția porumbului, de regulă cu o umiditate cuprinsă între 13-18 %. Boabele nu sunt complet maturizate fiziologic, procesele biochimice și activitatea enzimatică sunt accentuate, microflora activează intens, respirația este mărită, fenomene ce determină creșterea umidității și căldurii în masa de boabe.

În scurt timp temperatura ajunge la valoarea de 35 ˚C, determinând modificarea structurii microflorei în sensul dispariț iei unei bacterii și apariția în propor ție ridicată a mucegaiurilor. Pentru a preîntâmpina procesul de încingere a masei de boabe recent recoltate se recurge la separarea lor de corpurile străine, în mod deosebit a semințelor de buruieni și la uscarea masei de cereale până la umiditatea de 12 %, temperatura optimă de păstrare a cerealelor. Extragerea corpurilor străine din masa de cereale se realizează în secțiile de precurățare și curățare ale unităților de morărit. Ele sa clasifică astfel:

corpuri străine negre, care sunt:

elemente nevaloroase și apar ca cernut printr-un ciur cu tablă perforată cu diametrul orificiului înscris în STAS;

praf, pământ, nisip, pietricele;

pleavă, frunze;

ambalaje: sfori, saci, hârtii;

semințele cerealei de bază și alte plante de cultură, putrezite, mucegăite;

semințele altor plante de cultură;

corpuri vătămătoare (buruieni și boli ale cerealelor);

corpuri străine albe:

elemente valoroase (furajere);

spărturi de cereale mai mici decât o jumătate de bob;

semințele unor plante de cultură;

semințe de cereale de bază sau alte plante admise, strivite, șiștave, încolțite;

corpuri străine metalice care apar accidental în masa de boabe: așchii, șuruburi, piulițe.

Toate aceste considerente, impun necesitatea și obligativitatea curățirii și sortării semințelor pentru a asigura condiții optime de păstrare, depozitare, comercializare, consum, material de însămânțare etc.

1.6. Aspecte generale privind tehnologiile de condiționare a cerealelor

Înaintea valorificării în diverse domenii, cerealele sunt supuse unor operații de curățare de corpuri străine, de condiționare hidrică etc. Operațiile de condiționare a cerealelor pentru diverse destinații nu sunt standardizate, ele se aleg în funcție de tipul și calitatea lor, de dotarea tehnică de care se dispune, de tipul de produs care urmează a se obține, de capacitatea de producție a instalației etc.

În principiu, operațiile de condiționare a cerealelor trebuie să asigure:

eliminarea corpurilor străine mai mari sau mai mici decât bobul cerealei supuse condiționării;

eliminarea semințelor străine mai lungi sau mai scurte decât bobul considerat, adică boabele de ovăz, orz, neghină, măzăriche etc., aflate în amestecul respectiv;

spălarea și condiționarea hidrică;

descojirea și perierea;

aspirația tuturor prafurilor care se dezvoltă;

separarea magnetică a impurităților metalice etc.

Fluxul tehnologic de condi ționare a cerealelor poate fi mai simplu sau mai complex, în funcție de factorii menționați, însă, indiferent de acest aspect, un flux tehnologic de condiționare nu poate fi conceput fără un minim de utilaje și instalații, care să asigure separarea unui procent cât mai mare din corpurile străine.

Destinațiile posibile de utilizare a semințelor de cereale sunt:

însămânțarea;

măcinarea în vederea consumului.

Tehnologiile de condiționare sunt relativ diferite când se pune problema destinației finale a semințelor de cereale condiționate, în sensul că unele operații specifice pot lipsi din fluxul de condiționare, iar altele noi pot fi adăugate în funcție și de caracteristicile fizico-mecanice ale unor semințe și necesitățile speciale de condiționare ale altora.

Semințele cerealelor păioase, în general, urmează aceeași tehnologie de condiționare (mai complexă sau mai simplă), urmând aceleași operații de condiționare, cu modificarea diverșilor parametri ai echipamentelor de condiționat, în concordanță cu caracteristicile fizico-mecanice ale acestora.

O excepție o formează semințele de porumb, care urmează o tehnologie diferită față de cea a cerealelor păioase, corespunzătoare caracteristicilor acestei specii.

În concluzie, vor exista tehnologii de condiționare diferite, atât din punct de vedere al destinației finale a produsului (însămânțare sau măcinare), cât și din punct de vedere al materialului biologic care se supune operațiilor de condiționare.

CAPITOLUL II

GENERALITĂȚI PRIVIND TRANSPORTUL PNEUMATIC

Instalațiile de transport pneumatic au o largă răspândire în multe domenii industriale. Ele sunt utilizate pentru transportul materialelor granulare sau pulverulente uscate, între diversele faze de fabricație în cadrul unei uzine, pe șantierele de construcții, la transbordare în transportul fluvial și maritim, în instalațiile de mecanizare complexă etc. De multe ori, transportul pneumatic este folosit și în scopuri tehnologice, cum ar fi: cracarea catalitică a gazelor, uscarea celulozei în fulgi, uscarea bicarbonatului de sodiu, calcinarea sodei, arderea piritei în pat fluidizat etc.

Granulația obișnuită a materialului transportat poate varia de la câțiva microni până la 80 mm, putând ajunge la maxim 100 mm lungime, pentru lemn tocat. Pentru o bună exploatare a instalației de transportat, dimensiunea particulelor nu trebuie să depășească 0,3-0,4 din diametrul conductei. Nu se recomandă pentru materiale cu granulație mare, deoarece devine neeconomic, datorită consumului mare de energie.

Transportul pneumatic este igienic, are productivitate mare, este rapid, se realizează fără pierderi de material, are o exploatare ușoară și permite o automatizare dezvoltată. Ca dezavantaj poate fi menționat că necesită un consum mare de energie și instalații de forță scumpe.

Principiul de funcționare al acestor instalații constă în introducerea materialului într-un curent de aer și transportarea lui până la locul de destinație, unde este separat de aer. El se bazează pe efectul curentului de aer, ce se deplasează într-o conductă, asupra unei particule de material aflată în interiorul conductei.

2.1 Fenomene în conductele de transport pneumatic

În principiu, materialele transportate de un curent de aer se rotesc, indiferent dacă transportul se realizează pe orizontală sau pe verticală.

La o observare mai atentă se constată cum corpurile antrenate de curentul de aer fac salturi, efectuând și mișcări de rotație în jurul centrului lor de greutate. Cu cât viteza curentului de aer este mai mare cu atât saltul este mai mare. Ridicarea inițială se produce datorită depresiunii create la partea superioară a corpului, sub influența curentului de aer.

Fenomene la transportul pe vertical

Pentru ca particulele solide să se mențină 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 și 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 și în cazul particulelor solide egale ca formă, dimensiuni și greutate specifică, particulele din axă sunt antrenate în sus, cele situate pe un cerc între axă și perete stau pe loc, iar particulele de lângă perete vin în jos. Deasemenea pentru o particulă dată, datorită turbulenței, viteza de plutire este mai mică la perete decât în axă.

Considerând o particulă independentă, pentru antrenarea ei pe verticală este necesar ca viteza curentului de aer să fie mai mare decât viteza de plutire. În acest caz viteza cu care particulele se ridică este egală cu viteza curentului de aer minus viteza de plutire a particulei. Există deci o viteză relativă între curentul de aer și material, ca și în cazul transportului pe orizontală dată de relația (2.3).

De asemenea, conform unui raționament identic, se poate stabili noțiunea de factor de alunecare, a cărui mărime este dată de relația (2.4).

Deoarece în practica industrială particulele transportate au diferite forme și dimensiuni, prin alunecare relativă se înțelege alunecarea medie a cestora.

În cazul limită, când viteza aerului este egală cu viteza de plutire a materialului (va = vp), viteza relativă vr = va și S =1, nu există transport de material pe conducta verticală. În cazul în care va > vp, factorul de alunecare este S<1, făcându-se astfel transportarea materialului pe conductă.

Pentru ca materialul solid, cu care se alimentează conducta verticală, să nu producă o creștere excesivă a concentrației amestecului, este necesar ca factorul de alunecare să ajungă la valori mai mici de 0,5 pentru granule mari și 0,2 pentru praf.

Pentru fiecare caz în parte, există un regim energetic optim, când consumul de energie pentru transportul unității de material este optim.

Fenomene la transportul pe orizontală

Într-o conductă orizontală de transport, fiecare particulă atinge, după un anumit timp, peretele interior al conductei, ceea ce înseamnă că este frânată și trebuie să fie accelerată din nou. La o conductă orizontală cu diametrul Dc, o particulă care se mișcă în direcția axei conductei cu viteza vm, se caracterizează prin următoarele mărimi:

timpul de cădere pe înălțimea Dc

t 

spațiul parcurs între două atingeri ale peretelui interior al conductei

l = vm . t = vm (2.2)

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

Cunoașterea acestor domenii de funcționare, pentru fiecare material în parte este folositoare pentru alegerea vitezei optime de transport.

Pentru toate domeniile de funcționare, există o diferență între viteza aerului și viteza materialului, numită viteză relativă:

vr = va – vm [m/s] (2.3)

unde: vr – viteza relativă, în [m/s];

va – viteza aerului, în [m/s];

vm – viteza medie a materialului, în [m/s].

De la noțiunea de viteză relativă se ajunge la noțiunea de factor de alunecare, care se exprimă ca raportul dintre viteza relativă și viteza aerului:

(2.4)

Dimensiunea, greutatea specifică și forma particulelor transportate pneumatic influențează și ele asupra valorii factorului de alunecare. Pentru particule mai mari și mai grele factorul de alunecare este mai mare.

O altă mărime care interesează foarte mult, este dozajul materialului în cantitatea de aer. Prin coeficient de dozaj se înțelege raportul dintre cantitatea orară de material transportat Gm și cantitatea orară de aer transportat Ga, ambele exprimate în newtoni pe oră.

Gm (2.5)

Ga

În cazul materialelor măcinate fin și al dozajelor reduse, factorul de alunecare S este apropiat de zero și în acest caz dozajul de regim este foarte apropiat ca valoare de dozajul inițial.

Pentru grâu, amănunt important la dimensionarea conductei de transport pneumatic:

S=0,4 ;

χ*=1,67 χ ;

Între dozajul de regim χ* factorul de alunecare S și dozajul inițial χ există următoarea corelație:

(2.6)

Viteza de plutire a materialului

Viteza de plutire, poate fi determinată teoretic considerând o particulă de material de diametru d și masă m, aflată în interiorul unei conducte verticale de transport pneumatic cu diametrul Dc, în care aerul circulă cu viteza va (fig.1.1) . Se poate scrie ecuația diferențială a mișcării particulei ce se deplasează cu viteza v.

unde: Fd – forța dinamică cu care curentul de aer acționează asupra particulei;

G – greutatea particulei.

Forța dinamică este dată de relația:

unde: ψ – coeficient de presiune al aerului asupra particulei de material, care depinde de forma particulei de material și de starea suprafeței sale;

a – densitatea aerului în [kg / m3];

– proiecția suprafeței particulei de material pe o direcție perpendiculară pe cea a curentului de aer, în [m2].

In funcție de raportul de forțe Fd și G , se deosebesc trei cazuri:

Fd > G , pentru care > 0, particula de material se

deplasează ascendent cu mișcare

Fd < G , pentru care < 0 , accelerația este negativă, particula cade;

d = G , pentru care = 0, particula se află în echilibru (în stare de

repaus), dacă nu a avut o viteză inițială.

Pentru simplificare, particula se consideră quasistatică cu diametrul echivalent d, având în

ascendență viteza de plutire vp. Scriind v p 2 = (va − v)2 și înlocuind în relația ce dă condiția de echilibru Fd = G, se obține :

ψ⋅ γga ⋅ πd4 2 v p 2 = πd6 3 ⋅γ m (2.9)

unde: d – diametrul particulei [m];

g- accelerația gravitațională [m/s2];

v p – viteza de plutire [m/s];

γm – greutatea specifică a materialului [N/m3];

γa – greutatea specifică a aerului [N/m3] ;( γ a = 0,12 ⋅102 N/m3). Din relația de mai sus rezultă:

Tabelul 2.1 – Variația coeficientului “c”

În tabelul 2.3, se dau vitezele de plutire, stabilite experimental pentru o

serie de corpuri și materiale.

Deoarece în cazul transportului pneumatic viteza particulei va fi mai mică

la începutul conductei, ea crescând pe parcurs, viteza necesară absorbirii particulei poate fi considerată a fi:

Această viteză trebuie să fie între limitele: 15 m / s ≤ va < 35 m / s

La instalațiile prin aspirație, viteza inițială a aerului la intrarea în instalație

se recomandă să se adopte:

La instalațiile prin refulare de joasă presiune, viteza finală a aerului, la ieșirea din instalație poate fi luată:

Pentru materiale cu dimensiunea particulei sub 1 mm, există recomandarea ca viteza inițială a aerului la instalațiile prin aspirație și cea finală la instalațiile prin refulare de joasă presiune să aibă valoarea :

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

Viteza aerului se poate determina și în funcție de lungimea traseului de conducte, cu condiția ca viteza rezultată din calcule să se încadreze în limitele 15 m / s ≤ va < 35 m / s.

unde : α – coeficient ce depinde de granulația particulelor de material; B – coeficient ce depinde de starea materialului;

γm – greutatea specifică a materialului transportat [N / m3] ;

Lech. – lungimea echivalentă a traseului de conducte [m].

Coeficientul B se adoptă în limitele B = (2 ÷ 5)⋅10−5 , limita inferioară fiind valabilă pentru materiale uscate prăfoase. Coeficientul α se adoptă conform valorilor din tabelul 2.4.

Tabelul 2.4 Valorile coeficientului α

Lungimile echivalente în metri ale coturilor de 900 , în funcție de granulația materialului și de raportul între raza medie de curbură R a cotului și diametrul interior al acestuia sunt indicate în tabelul 2.5.

Tabelul 2.5 –Lungimi echivalente în metri, ale coturilor de 90o

Valorile mai mici se referă la materiale abrazive și la viteze de transport

mai mari. Pentru unghiuri ale coturilor mai mici ca 900, lungimile echivalente trebuie înmulțite cu un coeficient (M), ale cărui valori sunt prezentate în tabelul 2.6.

Tabelul 2.6

Valorile coeficientului de corecție a lungimii coturilor cu unghiuri mai mici de 90o.

În cazul unei conducte verticale, materialul este antrenat în sus dacă viteza aerului depășește viteza de plutire a particulelor. Dacă viteza este mai mică atunci particulele nu pot fi antrenate de curentul de aer și vin în jos.

Deosebit de importantă pentru fiecare instalație de transport pneumatic este limita de înfundare, când la o schimbare redusă a concentrației, sau la o micșorare a vitezei de transport se produce o înfundare a conductei.

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

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

Viteze în conductele de transport

Viteza reală și viteza medie

La curgerea în conducte, viteza particulelor are valoarea cea mai mare în axa conductei și scade spre perete, pe fața căruia particulele aderente au viteza zero. Viteza măsurată în fiecare punct al curentului reprezintă viteza reală în acel punct.

În calculele tehnice se utilizează viteza medie, care este media vitezelor reale în secțiunea conductei. Distribuția vitezei în secțiunea conductei este în funcție de felul regimului de curgere.

Regimul de curgere în conducte poate fi laminar sau turbulent în funcție de mărimea numărului Reynolds. Dacă Re < 2320, curgerea este laminară, iar dacă Re > 3000 curgerea este în majoritatea cazurilor turbulentă.

La valori 2320 < Re < 3000 curgerea are un regim tranzitoriu, putând trece la cea mai mică perturbație din laminară în turbulentă, sau invers dacă perturbația este înlăturată. Valoarea Re la care apare regimul turbulent depinde și de natura perturbațiilor (intrarea în conductă, coturi, robinete, filtre, vibrații etc.).

Valoarea limită Re, deasupra căreia poate să apară regimul turbulent reprezintă valoarea critică. In curgerea laminară, curba de repartiție a vitezelor după diametrul conductei este o parabolă (fig.2.1 a), deci viteza medie este jumătate din viteza maximă.

La curgerea turbulentă, repartiția vitezelor se face după o curbă asemănătoare cu o parabolă, dar cu vârful aproape plat (fig.2.1 b). În stratul limită viteza scade brusc până la zero. Valoarea vitezei medii depinde de gradul de turbulență și poate fi (0,5…0,85) din viteza maximă.

Fig. 2.1 Curba de repartiție a vitezelor după diametrul conductei.

a – curgere laminară, b – curgere turbulentă.

Viteza materialului în conducte

Dacă într-un anumit loc al conductei presiunea aerului este p1, atunci după parcurgerea unei distanțe oarecare se constată o presiune p2< p1, datorită pierderilor de presiune ca urmare a frecărilor cu peretele conductei. Considerând cazul practic, când destinderea este izotermă, volumul unei cantități oarecare de aer variază după legea Boyle Mariotte:

p1 V1 p2 V2 (2.23)

Fig. 2.2 Reprezentarea grafică a variației vitezei aerului și materialului într-o conductă cu trei coturi.

În baza acestei relații, când la un capăt al conductei presiunea este de 105 N/m2, iar la celălalt capăt de 2·105 N/m2, înseamnă că volumul aerului s- a dublat. Admițând conducta cu secțiune constantă înseamnă că și viteza aerului s-a dublat.

În figura 2.2 este prezentată variația vitezei aerului și materialului într-o conductă de transport pneumatic cu secțiune constantă și cu trei curbe pe traseu.

Materialul este introdus în conductă în secțiunea 1 și se transportă pe orizontală pe porțiunea 1-2. În portiunea 1-1’, materialul este accelerat de la viteza zero la viteza de regim, care întotdeauna este mai mică decât viteza curentului. Pe porțiunea 1’-2 între viteza aerului și cea a materialului se păstrează aproximativ aceeași diferență. În zona curbă 2-3 viteza materialului scade brusc până la o valoare care se poate apropia de zero, datorită schimbării direcției de la orizontală la verticală. Fenomenele se repetă în porțiunile de accelerare 3-3’, 5-5’ și la curbele 4-5 și 6-7. Este important ca porțiunile de conductă dreaptă 1-2, 3-4, 5-6, să nu fie mai scurte decât porțiunile de accelerare a materialului 1-1’, 3-3’, 5-5’.

Nerespectarea acestui principiu de bază, la alegerea traseului conductei de transport pneumatic, face ca materialul să intre în curbă înainte de a se atinge viteza de regim. În acest caz, pentru a se evita înfundarea conductelor la curbe, este necesar ca viteza aerului să fie mai mare ca viteza economică. Acest lucru determină scumpirea instalației și un consum de energie mai ridicat.

Viteza materialului în curbe

Fig. 2.3 Deplasarea materialului în curbe

La intrarea materialului în curbă fluxul transportat este un amestec de aer și material. Aerul are viteza va și materialul viteza vmi (fig.2.3).

Datorită forței centrifuge particulele sunt împinse către peretele exterior și sedimentul alunecă pe toată lungimea curbei producând o frecare între perete și material.

Fenomenul de alunecare se produce cu salturi. După curbă, frecarea materialului de perete scade și particulele solide formează iarăși un amestec cu aerul de transport. Căderea de presiune pe lungimea curbei, crește foarte puțin la transportul materialului, față de căderea de presiune la transportul aerului curat pe aceeași curbă. Pierderea de presiune apare după curbă.

În curbă, materialul este frânat datorită alunecării sale pe perete, respectiv datorită frecării. Acțiunea curentului de aer asupra materialului este redusă, deoarece materialul este împins spre perete de forța centrifugă. Materialul alunecă de-alungul curbei în special datorită vitezei pe care a avut-o la intrarea în curbă. Dacă la intrarea în curbă materialul a avut viteza vmi, la ieșirea din curbă materialul va avea viteza vme< vmi.

Pe un element de lungime Rdθ se găsește cantitatea de material (Qm/vm) Rdθ (fig.2.3), care dă forțele:

– F1 – forța datorită greutății:

Qm

F1 R sind (2.24)

m

– F2 – forța de frecare datorită greutății:

Q

F2 

m m R cosd

vm

(2.25)

– F3 – forța de frecare datorită forței centrifuge:

F Qm

3 gvm

R m 

v 2

R

d

(2.26)

unde: Qm – cantitatea (debitul) de material [N/s];

R – raza curbei [m];

θ – unghiul curbei în radiani;

µm – coeficient de frecare, care se determină experimental, prin alunecarea materialului pe plan înclinat (µm = 0,36 pentru grâu).

Curbă în plan orizontal

v v

me mi

em 

(2.27)

Curbă de la orizontală la verticală în sus

(2.28)

Curbă de la verticală în sus la orizontală

(2.29)

Curbă de la orizontală la vericală în jos

(2.30)

Curbă de la verticală în jos la orizontală

(2.31)

Viteza de regim a materialului

Forțele care acționează asupra norului de material determină raportul între viteza materialului și viteza aerului. Se consideră starea de regim atunci când viteza materialului este constantă și viteza aerului este suficient de mare pentru a avea o repartiție uniformă a materialului în secțiunea conductei.

Fa – Fi – Ff = 0

(2.32)

unde: Fa – forța propulsivă produsă de curentul de aer;

Fi – forța rezistentă produsă de ciocnirea materialului de peretele conductei;

Ff – forța rezistentă produsă de frecarea materialului care se târăște pe conductă, datorită greutății.

În relația (2.32) nu intră forța de inerție deoarece raportul de forțe se analizează pentru starea de regim, când viteza materialului este constantă.

Căderea de presiune în conductele de transport

Înainte de a se studia pierderile de presiune la transportul amestecurilor aer – material pe conducte, se vor analiza pierderile de presiune la transportul aerului pe conducte.

Rezistențe în conducte

La curgerea fluidelor în conducte, când curgerea este laminară, rezistența de frecare este proporțională cu viteza și totodată depinde de forma și mărimea suprafeței; ea nu depinde de densitatea fluidului. In curgerea turbulentă, rezistența de frecare este proporțională cu pătratul vitezei și depinde de densitatea fluidului, precum și de forma și mărimea suprafeței pereților.

Rezistențe liniare. Frecarea interioară a unui fluid în mișcare depinde de vâscozitate, de densitate și de viteză, deci este o funcție de numărul lui Reynolds. De asemenea, este evident că frecarea va fi cu atât mai mare, cu cât conducta este mai lungă și cu cât diametrul ei va fi mai mic, deoarece rezistența în stratul marginal este

proporțională cu perimetrul

πDc

și viteza este invers proporțională cu secțiunea.

Deci, coeficientul de rezistență al unui fluid care curge printr-o conductă dreaptă de secțiune constantă, poate fi exprimat sub forma:

iar pierderea de presiune:

C Rel

Dc

2

(2.33)

p f

Rel

Dc

v 

2g

(2.34)

Funcția j (Re) se numește coeficient de frecare și se notează :

Re (2.35)

În regim turbulent, coeficientul de frecare l este influențat atât de caracterul curgerii (valoarea Re) cât și de o altă caracteristică adimensională, anume rugozitatea

relativă δ / Dc, unde δ reprezintă rugozitatea absolută a conductei exprimată prin înălțimea medie a neregulărităților și ieșiturilor, măsurată în milimetri.

Rezistențe locale. Sunt considerate rezistențe locale, toate schimbările de direcție, ramificatiile, armăturile și aparatele, precum și toate reducțiile sau creșterile de secțiune ale unei conducte.

Pierderea de presiune determinată de rezistențele locale se determină cu relația generală (2.85), în care coeficientul global de rezistență C se înlocuiește cu un coeficient x specific rezistenței locale. Astfel:

(2.36)

Căderi de presiune la transportul aerului în conducte scurte

Pentru conducte cu secțiune constantă și debit de aer constant, ecuația pierderilor de presiune liniare are forma:

2

m g × v

p = × × l

[N/m 2 ]

(2.37)

f 4R 2g

în care: va – viteza medie a aerului [m/s];

µa – coeficient de frecare sau de rezistență la înaintare a curentului de aer;

R=S/P – raza hidraulică [m];

S – secțiunea conductei [m2]; P – perimetrul conductei [m];

ga – greutatea specifică a aerului [N/m3];

g – accelerația gravitațională [m/s2];

l – lungimea conductei [m].

Pentru conducte cu secțiune circulară, ținând seama că raza hidraulică R=Dc/4, relația pierderilor liniare de presiune devine:

2

m g × v

p f = a × a a × l

[N/m 2 ]

(2.38)

Dc 2g

Vâscozitatea cinematică n se poate determina cu relația:



r

[m 2 /s]

(2.39)

unde: h – vâscozitate dinamică sau absolută [Ns/m2];

r – masa specifică [Ns2/m4].

În figura 2.4 se reprezintă grafic legătura dintre coeficientul de rezistență µa, numărul lui Reynolds Re și coeficientul de rugozitate relativă k.

Fig. 2.4 – Reprezentarea grafică a legăturii dintre coeficientul de rezistență µa, numărul Re și coeficientul de rugozitate relativă k

În cazul în care conducta este destinată numai pentru transportarea aerului sau pentru transportul pneumatic de materiale neabrazive (talaș de lemn, bumbac, semințe, etc.) și Re>105, influența numărului Re devine minimă și µa depinde în mod special de coeficientul de rugozitate relativă k. Cu eroarea admisă în calculele inginerești:

0,111k 0,25 (2.40)

Căderi de presiune în conducte lungi

În cazul conductelor scurte s-a admis, fără a se face o eroare prea mare, că greutatea specifică a aerului rămâne constantă pe întreaga lungime a conductei și dacă secțiunea conductei nu variază, viteza aerului rămâne constantă.

În cazul conductelor lungi, diferențele de presiune ajung la valori de același ordin de mărime cu presiunea inițială, greutatea specifică a aerului se schimbă mult și trebuie să se țină seama de acest lucru în calcule:

(2.41)

Se admite conducta dreaptă cu lungimea l, din figura 2.6:

Fig. 2.6 Pierderea de presiune de-alungul unei conducte drepte

Căderea de presiune în conducte în cazul amestecului aer – material

Determinarea ecuației generale a căderii de presiune

Pentru un element de conductă verticală ∆l, se poate scrie ecuația forțelor exterioare și a cantității de mișcare:

So p o Dc l 

Qa l 

Qm l 

a va 

m vm

va vm g g (2.42)

unde : ∆p = p1 – p2 – diferența de presiune [N /m2];

τ0 – efortul unitar tangențial în curentul de aer [N/m ];

τ – efortul unitar tangențial în masa materialului [N/m2];

Qa – debitul de aer [N/s];

Qm – debitul de material [N/s];

va – viteza medie a aerului [m/s] ;

vm – viteza medie a materialului [m/s];

Pierderea de presiune în curbe

Prin scăderea vitezei materialului se va obține o creștere a concentrației amestecului, deoarece viteza aerului rămâne constantă. Cu cele de mai sus, se poate scrie ecuația pierderilor de presiune în curbe.

pc pa 1 Kc c 

(2.43)

unde: p’a – pierderea de presiune în curbă la transportul aerului curat;

Kc – coeficientul de pierderi de presiune, calculat cu relația 2.151, pentru viteza medie a materialului în curbă;

χc — concentrația medie a materialului în curbă, calculat cu ajutorul vitezei medii a materialului.

Fig. 2.7 Reprezentarea grafică a căderii de presiune, cu și fără material, în funcție de viteza aerului

Influența curbelor asupra pierderilor de presiune se manifestă sensibil în porțiunile de accelerare a materialului, după curbe.

Asupra lui Kc și χc se pot face aceleași observații ca și pentru cazul pierderilor de presiune, datorită frecării materialului de peretele conductei în porțiunea de accelerare.

În acest fel mărimea pierderilor de presiune în curbe, datorită prezenței materialului, se calculează admițând K1 și χG pentru starea de regim în conducta dreaptă. Prin această considerație, nu se face o eroare sensibilă.

Viteza optimă a materialului în conductă.

Deosebit de important pentru fiecare instalație de transport pneumatic este limita de înfundare, când la o schimbare redusă a concentrației sau la micșorarea vitezei de transport, se produce înfundarea conductei. Instalația de transport trebuie astfel exploatată încât să nu se producă înfundări.

Limita de înfundare desparte domeniul critic de trecere, de domeniul transportului pneumatic (fig.2.7). Foarte aproape de limita de înfundare, se găsește punctul de transport optim, adică punctul de consum minim de energie pentru transportul materialului dat.

La o mărire a vitezei aerului peste punctul optim, consumul de putere, necesar transportului pneumatic, crește rapid.

Apariția înfundării este arătată în figura 2.8. În cazul transportului normal, particulele se lipesc de perete, la trecerea curbelor, după care se împrăștie uniform (fig.2.8 a). Dacă viteza este prea scăzută apare o avalanșă (fig.2.8 b), materialul nu mai este împrăștiat în curentul de aer, avalanșa cade înapoi și se produce înfundarea.

În tabelul 2.10 se dau valorile constantei C, determinate ca urmare a experiențelor efectuate de diferiți cercetători și valorile constantei C’, determinate la

instalațiile în stare de funcționare, la care nu se produce înfundarea conductei.

Tabelul 2.10 Valoarea constantelor C și C’

CAPITOLUL III

SCHEME ALE INSTALAȚIILOR DE TRANSPORT PNEUMATIC

3.1 Considerații privind transportul pneumatic al produselor

În cazul instalațiilor de transport pneumatic cu antrenarea particulelor în curent de aer, aerul antrenează fiecare particulă separat, chiar dacă mișcarea fiecărei particule este influențată de ciocnirile cu particulele vecine.

Ca principiu, propulsarea materialelor cu granulație fină și mijlocie are loc ca urmare a creerii unei diferențe de presiune între punctele extreme ale conductei (la intarea și ieșirea din conductă). La destinație, materialul este separat de curentul de aer și este depozitat într-un recipient, iar aerul se reîntoarce în atmosferă după ce s-a curățat de praf.

Instalația se compune din următoarele echipamente:

un compresor, respectiv una sau două suflante;

un alimentator sau o ecluză de alimentare;

un ciclon separator, din care aerul trece în filtru;

un sistem de conducte tubulare cu coturile, ramificațiile și racordurile necesare.

În cazul în care diferența de presiune se obține prin aplicarea unei presiuni mai mari decât presiunea atmosferică, în punctul de intrare al amestecului de aer – material în conductă, sistemul de transport pneumatic este prin refulare. În acest caz agregatul de producere a presiunii se află la începutul conductei de transport.

În cazul în care agregatul de presiune este instalat în imediata vecinătate a punctului de destinație și agregatul aspiră din vracul de material aflat la distanță, transportorul pneumatic este prin aspirație.

Sistemul de transport prin refulare lucrează la presiuni mari și poate realiza transporturi la distanțe și diferențe de nivel mari. Sistemul prin aspirație este adecvat pe distanțe și diferențe de nivel mai mici, dar prezintă avantajul că este mai simplu și poate aspira din orice colț al unui vagon sau al unui hambar de vapor.

Transportoarele pneumatice sunt folosite pe scară mare la manipularea materialelor de masă, în special a cerealelor și a cimentului, în porturi, la însilozare.

Instalațiile de transport pneumatic sunt utilizate numai pentru transportul materialelor granulare sau pulverulente uscate. Nu se recomandă pentru materiale cu granulație mare, deoarece devine neeconomic, datorită consumului mare de energie. Granulația obișnuită a materialului transportat este de 3-4 mm, putând ajunge la maxim 80 mm. Pentru o bună exploatare a instalației de transportat, dimensiunea particulelor nu trebuie să depășească 0,3-0,4 din diametrul conductei.

Productivitatea instalațiilor de transport pneumatic poate fi de 200- 300 t/h, la un consum de energie de 5 kW/tona de material transportat. Distanțele de transport sunt de ordinul zecilor de metri (10-50) m, sau pot ajunge de ordinul sutelor de metri. Instalațiile pneumatice mobile deplasează sarcini pe distanțe de 10-50 m, iar cele staționare pot deplasa sarcini și pe sute de metri. Transportul se realizează pe conducte cu diametre de 70-200 mm, presiunea aerului în instalație ajungând până la (6-8).105 N/m2.

Instalațiile de transport pneumatic pot fi clasificate după diferite criterii, fără a exista recomandări stricte privind această clasificare.

Astfel, după mărimea presiunii aerului din instalație pot fi :

instalații de joasă presiune, la care căderea de presiune în rețea nu depășește 0,05.105 N / m2;

instalații de presiune medie, la care căderea de presiune maximă nu depășește 0,1.105 N / m2.

instalații de presiune înaltă, la care căderea de presiune este mai mare decât 0,1.105 N / m2.

După modul de funcționare și după mărimea distanței de transport se deosebesc următoarele tipuri:

instalații de transport cu aspirație, care în general realizează transportul pe distanțe mici;

instalații de transport cu refulare, care realizează transportul pe distanțe medii;

instalații de transport mixte, care realizează transportul pe distanțe mari. Dacă se ține seama de concentrația materialului transportat se deosebesc:

instalații de transport cu concentrații reduse;

instalații de transport cu concentrații medii;

instalații de transport cu concentrații mari.

De remarcat că sistemul de alimentare cu aer, ca și sistemul de separare a particulelor de material din curentul de aer, la locul de descărcare sunt legate de grupa sau subgrupa din clasificarea făcută.

3.2 Scheme ale instalațiilor de transport pneumatic de joasa și medie presiune

Figura 3.1 Instalații de transport pneumatic

În figura 3.1a este prezentată schema principială a unei instalații de presiune medie care transportă făina din buncărele de primire în silozurile unei fabrici de pâine. Cisterna 1 descarcă făina în buncărul de sosire 2, din care aceasta ajunge în conducta 3, de unde ajunge în separatorul 4 deasupra jgheabului de transport pneumatic 5, făina urmând a fi distribuită în silozurile 6. Aerul necesar transportului este trimis în jgheabul 5 cu ajutorul ventilatorului 7. Aerul din buncărul de descărcare urmează a fi curățat în ciclonul 8, legat în serie cu filtrul cu aspirație 9. Din filtru, aerul curat ajunge în ventilatorul 10, care îl elimină în afară și realizează vacuum în filtrul aspirator. O astfel de instalație lucrează la o concentrație a amestecului de 45 – 50 N/N, la o viteză a aerului de 18-20 m / s.

În figura 3.1 b se prezintă schema unei instalații pneumatice staționare cu aspirație. Acest procedeu se aplică în cazul transportului pe distanțe scurte. Vacuumul din rețea se realizează cu ajutorul ventilatorului 1, depresiunea recomandabilă fiind de 0,5.105 N/m2. La afundarea sorbului 2 în masa grăunțelor, aerul aspirat antrenează boabele și le deplasează în conducta 3. Pentru a realiza etanșarea necesară, legătura între sorbul 2 și conducta de trecere a materialului se realizează printr-o conductă flexibilă 4. Din conducta de trecere a materialului, grăunțele ajung în separatorul 5, de unde sunt eliminate prin vana 6, iar aerul prin conducta 7 ajunge în ciclonul 8 și apoi în filtrul 9, pentru a fi curățat de impurități. Aerul curățat de impurități trece prin ventilator și apoi este eliminat în atmosferă. Pentru a se evita uzura rapidă a ventilatorului este necesar ca aerul să fie bine curățat.

Figura 3.2 Instalație de transport pneumatic cu depresiune

În figura 3.2 este prezentată o instalație care funcționează cu vacuum, diferența de presiune putând fi (0,01-0,6)105 N/m2, la care încărcarea conductei se face cu o pâlnie. Sunt instalații fixe care au o construcție ușoară, fiind destinate transportului materialelor ușoare și cerealelor. Materialul ce trebuie transportat, care este furnizat de un utilaj tehnologic 1 (defibrator de celuloză, moară cu ciocane etc.) trece prin pâlnia de alimentare 2 în conducta de transport 3, unde este antrenat de aerul ce intră printr- un con convergent 6 în direcția de transport. Conducta de transport 3 se termină cu ciclonul 4 și cu exhaustorul 5 care absoarbe aerul.

Figura 3.3 Instalație de transport pneumatic cu aspirație

În figura 3.3 este prezentată schema unei instalații de transport pneumatic cu sorb, care se utilizează pentru transportul materialelor de orice fel cu granulație sub

10 mm. Este o construcție simplă cu care se obțin debite mari pentru cereale și materiale granulare, se ajunge până la 30t/h. Pentru materiale măcinate fin, debitul nu depășește 8t/h. Obișnuit distanța de transport nu depășește 350 m.

Instalațiile cu sistemul de alimentare cu sorb funcționează cu vacuum, diferența de presiune în conducta de transport ajunge la (0,01-0,6)105 N/m2. Se folosesc cu precădere la transportul materialelor din mai multe puncte de încărcare la un singur punct de descărcare și atunci când este necesar să se evite formarea prafului.

3.3 Scheme ale instalațiilor de transport pneumatic de înaltă presiune

Figura 3.4 Instalație de transport pneumatic cu suprapresiune și alimentare cu ejector

În figura 3.4 este arătată schema unei instalații ce funcționează cu suprapresiune, la care încărcarea conductei se face cu un ejector, diferența de presiune în conducta de transport ajunge la (0,01-0,6)105 N/m2. Sunt instalații fixe utilizate pentru evacuarea cenușii de la cazane. Este o construcție simplă, dar care are dezavantajul unui consum mare de energie datorită randamentului redus al ejectorului. Ventilatorul 1 împinge aerul

în partea convergentă a ejectorului și capătă o viteză ridicată în porțiunea cu secțiunea minimă. La ieșirea din secțiunea minimă datorită vitezei ridicate se produce o depresiune, care face ca, prin gura de alimentare să fie aspirată o cantitate de aer.

Introducând prin gura de alimentare o cantitate de material se produce un amestec, care este accelerat și transportat pe conducta 3 până la destinație. La capătul conductei se pune un separator de material 4 și un filtru sau materialul este evacuat direct în hala de material unde aerul se separă singur.

Fig. 3.5 Instalație de transport pneumatic prin

refulare, alimentată cu dozator tip tambur

În figura 3.5 este prezentată o instalație care funcționează cu suprapresiune, diferența de presiune între capetele instalației fiind (0,1-1,1)105 N/m2, la care alimentarea se realizează cu un dozator tip tambur și lucrează prin refulare. Sunt instalații fixe, care se utilizează pentru minerale măcinate și cereale. Este o construcție simplă de dimensiuni mici, lungimea de transport ajunge până la 500 m. Sistemul se pretează când se transportă material de la un loc de depozitare la mai multe locuri de consum.

Grupul 1 format din electromotor și suflantă refulează aer pe conducta de transport. Din buncărul 2, materialul sub formă de praf sau granule este introdus în conducta de transport prin dozatorul 3. Amestecul se deplasează prin conductă până la ciclonul 4, din care cu ajutorul dispozitivului de golire 5, se descarcă la locul dorit. Din ciclonul 4, aerul impurificat trece la filtrul 6, unde resturile de material solid sunt evacuate cu ajutorul melcului 7, iar aerul trece în atmosferă. Filtrul 6, poate fi evitat dacă materialul nu conține praf fin.

Fig. 3.6 Instalație de transport pneumatic prin refulare alimentată cu o pompă cu melc

În figura 3.6 este prezentată schema unei instalații cu refulare, alimentată de o pompă cu șurub melc, care funcționează cu suprapresiune, diferența de presiune între capetele instalației fiind de (1-3)×105 [N/m2]. Pompele cu șurub melc pot fi înlocuite cu alimentatoare cu camere, instalațiile astfel echipate funcționează cu suprapresiune, diferența de presiune în conducte fiind de (2-5)×105 N/m2. Instalațiile de transport pneumatic alimentate atât de pompe cu șurub melc cât si de sistemul cu camere pot funcționa cu concentrații ridicate ale amestecului de aer – material. Se ajunge la concentrații de 40 kg de material la 1 kg de aer. Acest tip de instalații sunt utilizate pentru transportul cimentului, prafului de cărbune, prafului de calcar, apatitei. Au debite până la 300 t/h și dimensiuni mici pe verticală, lungimile de transport pot ajunge la 600 m.

Motorul electric 1 antrenează pompa cu șurub melc 2. Materialul sub formă de praf, cade în pâlnia pompei cu șurub melc, unde este comprimat de spirele melcului cu pas variabil, formând un dop care nu permite aerului din conductă să pătrundă în pâlnia de alimentare. Dopul de material astfel format este fărâmițat din nou de mai multe jeturi de aer sub presiune, formate de niște ajutaje existente în conducta 6. Astfel se formează un amestec de aer și material care se transportă pe conductă. Motorul electric 3 antrenează compresorul de aer 4 care refulează în vasul tampon 5, iar conducta 7 servește la suflarea conductei de transport, înainte de pornire și după oprirea instalației. Amestecul de aer material este condus de conducta 8 la silozul 9, unde materialul se depune, iar aerul trece în atmosferă prin filtrul 10. In locul sistemului de separare siloz-filtru, pot fi utilizate și alte sisteme de separare a materialului de aer.

Compresorul de aer este de obicei, de tipul cu piston și o singură treaptă de comprimare.

Fig. 3.7 Instalație de transport pneumatic mixtă

În figura 3.7 este prezentată o instalație de transport pneumatic mixtă, la care materialul este aspirat din grămadă prin sorbul 1, în conducta flexibilă 2 racordată la conducta la transport 10.

Odată cu materialul, în conductă pătrunde și o cantitate din aerul atmosferic. Amestecul aer-material ajunge la separatorul 3 cu ciclonul 6, unde se produce separarea materialului de aer, materialul fiind evacuat prin roata celulară 4 în conducta 5. Aerul filtrat pătrunde în suflanta 7 de unde este refulat sub presiune în conducta 5 unde se amestecă cu materialul, amestecul aer-material fiind trimis pe conducta de transport până la destinație. La destinație materialul intră în separatorul gravitațional 8 de unde este evacuat prin roata celulară 11, iar aerul este filtrat în filtrul 9 și este redat atmosferei. Praful din filtru este evacuat cu melcul 12. Suflanta 7 aflată în instalație creează depresiune în conducta 10 și suprapresiune în conducta 5.

Fig. 3.8 Instalație de transport pneumatic pentru grâu, cu o productivitate de 160 t/h.

Semnificatia notațiilor din figura 3.8 este următoarea:

1- conductă verticală cu piesă telescopică, 2 – articulație universală, 3 – separator de cereale cu filtru de curățire, 4 – dispozitiv de evacuare grâu, 5 – dispozitiv de evacuare praf, 6 – conductă de aer, 7 – pompă rotativă de vacuum, 8 – cablu de susținere a telescopului, 9 – separator de praf, 10 – cântar automat, 11 – motor de acționare a pompei de vacuum, 12 – electromotor pentru acționarea închiderii dispozitivului de evacuare, 13- electromotor pentru acționarea rampei de cereale, 14 – troliu electric pentru acționarea tuburilor telescopice, 15 – contragreutate telescop, 16 – contragreutate troliu jgheab, 17 – cablu contragreutate troliu jgheab, 18 – cablul troliului electric pentru acționarea jgheabului, 19 – cablul troliului electric pentru acționarea tuburilor telescopice, 20 – articulație pivotantă, 21 -sorb.

În figura 3.8 se prezintă un transportor pneumatic autopropulsat, utilizat pentru descărcarea grânelor din navele fluviale, cu o productivitate de 160 t/h, care se deplasează pe șine cu lungimea de 4,5 m.

Într-un turn cu înălțimea de 22,2 m sunt montate două instalații pneumatice independente, dar care lucrează simultan. Instalațiile funcționează cu aspirație, fiecare instalație pneumatică permite decuplarea automată a suflantei (ventilatorului) în cazul blocării șubărului care permite trecerea grăunțelor. Productivitatea maximă a unei instalații este de 80 t/h, iar cea medie este de 40t/h.

Instalația prezentată în figura 3.8 funcționează cu aspirație, grâul împreună cu o cantitate de aer din atmosferă pătrunde în conducta verticală 1, prin sorbul 21, ca urmare a depresiunii create în instalație (0,28.105 N/m2), de către pompa rotativă de vacuum 7. Conducta verticală este prevăzută cu un sistem telescopic, fiind racordată la conducta prin care amestecul ajunge la separator. Aceasta la rândul ei este prinsă într-o articulație 2, care îi permite modificarea razei de acțiune. Din separator, grâul este evacuat prin dispozitivul 4, fie pe rampa de cereale, fie în buncărul cântarului automat 4. Aerul impurificat cu praf trece din separator în filtrul 9, unde se realizează curățirea sa, praful fiind evacuat prin dispozitivul 5. Grâul descărcat poate fi dirijat cu ajutorul unui transportor cu bandă, către un depozit, sau încarcat în vagoane și expediat pe calea ferată.

Fig. 3.9 Instalație pneumatică portal pentru descărcat grâu

Instalația prezentată în figura 3.9 este o instalație portal, mobilă, care funcționează cu aspirație și are o productivitate de 200 t/h. Această instalație este destinată pentru descărcarea grâului din nave fluviale și încărcarea lui în vagoane de cale ferată. Instalația pneumatică are portalul 1, care se deplasează pe două căi de rulare la sol, de – alungul unei linii de acostare. In partea superioară a platformei portalului se află ferma chesonată 2, care se poate roti pe o șină circulară. Deasupra ei, în lungul unor șine se deplasează două cărucioare 3 și 4, cuplate rigid între ele cu ferma 5. Cărucioarele se deplaseaza cu ajutorul palanului electric 6 și a cablului 7.

În interiorul fermei chesonate este instalat un transportor cu raclete 8, a cărui productivitate este 300 t/h. Pe căruciorul 3 este montat separatorul de boabe 9, cu închizătorul 10, cu o capacitate de 350 dm3. La separatorul 9 este anexată o articulație specială 18, a conductelor verticale 17 a și 17 b.

Partea inferioară se compune din sorbul 11 care absoarbe materialul adus în zona sa de două transportoare cu raclete12 cu lungimea de 3 m fiecare, suspendate articulat de ferma 13, care se rotește acționată de electromotorul 14. Ridicarea fermei se realizează cu ajutorul electropalanului 16, iar pentru ridicarea transportorului cu raclete se folosește electropalanul 15.

Partea telescopică 17 b intră în interiorul unei țevi 18, a cărei construcție nu permite abaterea de la planul vertical, a circulației grâului. Intrarea și coborârea telescopului se face cu ajutorul electropalanului 20 și a cablului 19.

Pentru a reduce posibilitatea deteriorării boabelor și a blocării telescopului la 7,5 m de capacul separatorului 9, pe direcția axei racordului 18 este sudat capacul 21.

Pe căruciorul 4 se află instalate: bateria de cicloane 22 cu diametrul de 700 mm; ventilatorul cu două trepte 23, cu difuzorul 24 pe conducta de evacuare; electropalanul 6 pentru deplasarea căruciorului și electropalanul 20, pentru ridicarea părții telescopice 17b. Separatorul este unit cu bateria de cicloane prin conducta 27. Manevrarea instalației pupitrului de comandă 31, a sorbului și a altor echipamente ale danei de acostare și de descărcare a navei se realizează cu electopalanul 28.

Fig. 3.10 Instalație pentru transport pneumatic prin aspirație a materialelor granulare

Instalația din figura 3.10 se utilizează pentru transportul pneumatic prin aspirație a produselor granulare cu densitate medie dispuse în vrac, cum ar fi: sărurile nehigroscopice, nisipul, pietrișul fin etc.

Instalația poate funcționa independent sau multiplicată de atâtea ori, așa încât să fie asigurate lungimi diferite de traseu de transport. Ea este alcătuită din unități înseriate, aflate în suprapresiune, punctele de alimentare fiind ajutaje Bernoulli dotate cu dozator celular, preluarea materialelor făcându-se cu un ejector Coandă de tip interior, alimentat cu aer comprimat, tubulatura având în secțiune un profil semicircular.

Pentru transportul pneumatic al unor materiale granulare sunt cunoscute instalații constituite din dispozitive ejectoare incluse în tubulatura de transport și puse în legătură cu surse de alimentare cu aer sub presiune, care, prin construcția lor, asigură absorbția materialului granular dintr-un buncăr de depozitare și orientarea acestuia spre un punct de destinație.

Aceste instalații prezintă dezavantajul că au o construcție complicată, elementele componente ale ejectoarelor fiind cu o configurație complexă, necesitând prelucrări pretențioase și întreținere costisitoare. Un alt neajuns al instalațiilor cunoscute constă în asigurarea transportului pe distanțe mici.

Instalația pneumatică pentru preluarea și transportul unor materiale granulare, prezentată în figura 3.18 este alcătuită dintr-un ventilator 1, un ejector Coandă 3, de tip interior, un ciclon de separare 4, o tubulatură de transport 5, un racord flexibil de aspirație 6 și un racord 7 de aer comprimat, provenit de la o sursă 8.

CAPITOLUL IV

STUDIU DE CAZ – PROIECTAREA INSTALAȚIEI DE TRANSPORT PNEUMATIC AL CEREALELOR

4.1 Cerinte inițiale pentru proiect

Capacitatea de lucru: 1.75 kg/s

Materialul de lucru: furaje uscate

Lungimea : 11 m

Studiul soluțiilor constructive similar

Transportoarele pneumatice asigură transportul materialelor în vrac, cu granulație mică, pe orice direcție și orice traseu, pe distanțe relativ mari, până la 2 km pe orizontală și 100 m pe verticală. Transportul se efectuează pe o conductă prin care circulă un amestec de material și aer ca agent de transport, datorită diferenței de presiune realizat la capetele acesteia. Ajuns la destinație, amestecul de material și aer este separat astfel încât materialul transportat este depozitat într-un buncăr sau alt mijloc de recepție, iar aerul, după ce a fost curățat de praf, este evacuat în atmosferă.

Ele prezintă simplitate constructivă și de exploatare, asigură răcirea materialului în timpul transportului, asigură capacități de lucru mari de până la 300t /h, dar necesită un consum ridicat de energie.

Un transportor pneumatic se compune din : dispozitivul de alimentare care asigură amestecul material-aer, conductele care asigură traseul de transport, sistemul de separare și curățire plasat la punctul de descărcare, cu rolul de a separa materialul transportat de aer și ventilatorul care produce diferența de presiune necesară transportului.

După destinație, transportoarele pneumatice pot fi independente sau subansamble ale unor mașini agricole.

Transportarea pneumatică este bazată pe exploatarea aerului din atmosferă pentru transportarea cerealelor pe un furtun (țeavă). Din cauza aceasta, factorii care acționează asupra aerului, și anume temperatura și presiunea atmosferica, influențează productivitatea.

Caracteristicile menționate sunt efectuate luând în considerație presiunea atmosferică și temperatura de 20 șC . Productivitatea transportorului depinde de poziția furtunului și de natura produsului transportat. Productivitatea (grâu cu greutatea hectolitică 750kg/m3, umiditatea 14%, impurități 3% ) lungimea furtunului fexibil până la 3 m.:

Principalele avantaje și dezavantaje ale instalațiilor de transport pneumatic :

Avantaje :

independența față de neuniformitatea formelor de relief local ;

distanțe de transport și debite ridicate ;

simplitate constructivă și de exploatare ;

lipsa pieselor în mișcare ;

condiții igienice de lucru ;

lipsa pierderilor de material pe traseul de transport.

Dezavantaje :

consumul ridicat de energie ;

posibilitatea transportului numai a materialelor cu granulație mică.

Transportorul pneumatic al morii MC

1-sorb; 2-filtru ; 3-motor ; 4-moara cu ciocane; 5-ventilator; 6-ecluza; 7-filtru de panza;

8-ciclon;

Prezentarea și justificarea soluției adaptate pentru transportorul pneumatic

Calculul vitezei curentului de aer

Pentru determinarea vitezei de transport a materialului este necesară cunoașterea proprietăților fizice – mecanice ale materialului și în primul rând viteza de plutire a acestuia.

Viteza de plutire a particulelor de material de forma sferică, se poate calcula cu relația :

Vp (m/s) (4.1)

în care :

d – diametrul particulei de material de formă sferică, m;

ρm – densitatea materialului, Kg/m3 ;

ρa – densitatea aerului in conditii normale de presiune si temperature, Kg/m3;

Coeficientul de presiune “k” depinde de numărul lui Reynolds.

Pentru particulele de altă formă decât cea sferică se introduce noțiunea de diametrul sferei echivalente dec și de factorul de formă kf . Notând cu “V” volumul particulei de formă oarecare, atunci :

dec = 1.24 (m) (4.2)

În acest caz coeficientul de presiune “k” al aerului asupra particulei trebuie multiplicat cu factorul de formă Kf . Relația de calcul a vitezei de plutire devine:

Vp (m/s) (4.3)

Având numărul lui Reynolds din nomograma în anexa 46 se poate determina viteza de plutire cunoscând natura și dimensiunea particulei.

Viteza de plutire se poate determina și experimental cu ajutorul unor instalații speciale. Astfel, în tabelul 4.1 sunt indicate vitezele de plutire ale câtorva materiale agricole.

Vitezele de plutire ale unor material agricole

Tabelul 4.1

Pentru transportul materialelor prin conductă, este necesar ca aerul săa aibă o viteză mai mare decât viteza de plutire și anume:

Va = α Vp (4.4)

în care :

α = 1.25 – 1.5 pentru semințe;

α = 1.25 – 2.5 pentru paie sau fân;

Valorile maxime ale lui α se iau în cazul conductelor verticale și cu coturi.

Calculul consumului de aer

Cantitatea de aer necesară transportului materialului , în unitatea de timp este dată de relația:

Qa = (m3/s) (6.5)

unde:

Q – capacitatea de transport, Kg/s;

μ – concentrația amestecului;

Pa = 1.24 Kg/m3 densitatea aerului.

Cercetările experimentale recomandă următoarele valori pentru concentrația amestecului.

Pentru transportoare pneumatice cu refulare:

De joasă presiune μ = 0.2 – 0.3;

De medie presiune μ = 0.4-0.5;

De înaltă presiune μ = 10-40.

Pentru transportoare cu aspirație:

De joasă și medie presiune μ = 3-5;

De înaltă presiune μ = 10-55.

Calculul presiunii necesare pentru transportul materialului

Presiunea totală Ht necesară pentru transportul pneumatic al materialului, poate fi considerate o sumă de presiuni dinamice Hd și a tuturor pierderilor de presiune static Hst ce au loc pe traseul pe care se efectuează transportul:

Ht = Hd + ∑ Hst (N/m2) (4.6)

Presiunea dinamică se determină din condiția ca materialul introdus în conductă să aibă viteza nulă pe direcția de transport după care este adus la viteza Vm iar aerul la viteza Va. Rezultă:

Hd = (N/m2) (4.7)

unde:

= 0.65-0.85

Pierderile de presiune datorită ridicării materialului pe vertical Hv, se calculează cu relația:

Hv = Pa g h (1+μ) (N/m2) (4.8)

unde:

h – este înălțimea de ridicare a materialului, m.

Pierderile de presiune datorită frecării aerului și a particulelor de material cu pereții conductei , a frecării particulelor de material cu aerul și a frecării reciproce Hf, se pot determina cu relația:

Hf = λ am (N/m2) (4.9)

unde:

λ am – coeficientul de rezistență la deplasarea amestecului;

l – lungimea conductei, m;

d – diametrul conductei , m.

λ am = (1.2-1.5) λ a (4.10)

unde:

λ a – coeficientul de rezistență la deplasarea aerului :

λ a =0.0124 + (4.11)

Pierderile locale de presiune Hl se calculează cu relația:

Hl = ∑ ε (4.12)

unde:

ε – este coeficientul de rezistență locală.

Valorile lui ε , pentru o serie de situații întâlnite frecvent în practică, sunt date în tabelul 4.2.

Presiunea totală necesară pentru transportul pneumatic al materialului va fi:

Ht = Hd + Hv + Hf + Hl (4.13)

Coeficientul de rezistență la deplasarea materialului în sorbul transportoarelor pneumatice cu aspirație ε0 , se poate calcula cu relația:

ε0 = 3(1+μ) λ am (4.14)

Coeficienții de rezistență la deplasarea amestecului în ciclon εc , respectiv în filtru εf , sunt:

εc = 1.5-3;

εf =5.

Calculul și construcția părților componente ale transportoarelor pneumatice – Conductele

La proiectarea conductelor, se recomandă alegerea unui traseu de transport cu un număr minim de coturi și variații de secțiune, în vederea evitării rezistențelor suplimantare locale, uzurii și a creșterii consumului de energie.

Diametrul conductei depinde de natura materialului transportat, de traseul de transport, etc. Și poate fi determinat cu relația :

d = (m) (4.15)

Figura 4.3

Sisteme de îmbinare a conductelor:

Cu flanșe

Cu mufe

Telescopic

Conductele se confecționeaza din table de oțel, în tronsoane de 1 până la 2 m lungime, îmbinate prin flanșe, mufe sau sisteme telescopic (fig 4.3).

În anexele 47 – 49, sunt prezentate conductele transportorului pneumatic al microfabricii de nutrețuri combinate, fabricate la Arad.

Dispozitive de alimentare

Cea mai importantă și dificilă problemă ridicată de transportoarele pneumatice, este aceea a alimentării conductei de transport cu material. Rolul unui alimentator este acela de a introduce materialul pe conductă, rezultând un amestec omogen si de o anumită concentrație. Posibilitatea de a reegala concentrația amestecului este importantă, deoarece pentru fiecare transportor si material există o concentrație maximă la care transportorul se face cu suficiență siguranța și pentru care consumul specific de energie este minim.

Pentru transportoarele pneumatice cu aspirație sau mixte, se pot folosi pîlnii de alimentare simple fixate în dreptul orificiului de alimentare a conductei de transport, prin care se face alimentarea cu aer și material.

Transportoarele pneumatice cu aspirație sunt alimentate adesea prin sorb (fig. 4.4) în cazul materialelor în vrac. Acestea permit introducerea în conducta de transport a materialelor sub formă de praf, boabe , bucăți.

Figura 4.4 Construcția dispozitivului de alimentare – tip sorb

Diametrul interior al sorbului “d I” la transportul grâului, se poate determina cu relația:

di =(0.024-0.025) (m) (4.16)

unde:

Q – este capacitatea de transport , t/h.

Diametrul interior al conductei exterioare de este:

de = (m) (4.17)

unde:

“s” – este grosimea pereților conductei interioare, m.

Diametrul exterior al conductei interioare dc în zona de alimentare este :

dc = (m) (4.18)

Înălțimea părții tronconice hc este:

hc = (4.19)

unde:

α = 10 -12 grade este unghiul la centru făcut de generatoarele părții tronconice.

Diamentrul minim al confuzorului frontal se calculează cu relația:

Di = dc -2s (m) (4.20)

Diametrul maxim De se alege din considerente constructive.

Înălțimea activă a acestei părți, se determină cu relația:

he = 0.75 hc (m) (4.21)

Valori recomandate pentru înălțimea sorbului :

h= (0.9 – 1.1) m (4.22)

Sub aspectul rezistențelor în circuitul de transport, sorbul reprezintă o pierdere locală de presiune, care se poate determina cu relația:

Ho= ς (mm H2O) (4.23)

în care ς – este coeficientul pierderilor:

ς = (4.24)

Relația (4.24) este valabilă pentru :

μ =1.65 – 3.65

Re = 60000 – 125000

Va – viteza aerului in conducta, m/s.

La transportoarele pneumatice cu refulare de înaltă presiune, se folosesc dispozitive de alimentare tip ecluză la care jocul dintre paletele rotorului și carcasa nu trebuie sa depășească valoarea de 0.2 mm.

La transportoarele pneumatic cu refulare de joasă presiune, se folosesc dispozitive de alimentare cu ejecție.

Dispozitive de descărcare

Dispozitivele de descărcare au rolul de a micșora viteza amestecului și de a separa componentele acestui material (aer, praf). Cele mai utilizate dispozitive sunt cicloanele (anexa 50).

Ciclonul este format din două conducte cilindrice, conducta exterioară (1) are capetele tronconice, iar conducta interioară (2) este deschisă la ambele capete, capătul superior fiind prevăzut cu un sistem de micșorare a pierderilor de presiune și de protecție împotriva agentilor atmosferici (3).

Legătura între conducta de transport și ciclon, este realizată de conducta (4). Amestecul pătrunde tangențial în spațiul inelar dintre cei doi cilindri, având o mișcare de rotație și o viteză de avans descendentă. Datorită suprapresiunii din ciclon, aerul este evacuat în atmosferă sau în dispozitivul de curățire, iar materialul este colectat la baza ciclonului.

Se recomandă ca viteza de intrare în ciclon pentru semințele de cereale și măcinișuri să fie:

v I = (11-16) m/s (4.25)

Secțiunea de intrare a materialului în ciclon Si este :

Si = (m2) (4.26)

Diametrul conductei interioare D2 se calculează cu relația :

D2 = (m) (4.27)

vac – este viteza aerului evacuate prin conducta central, m/s;

vac = (0.6-0.7) vi < vp (4.28)

Celelalte dimensiuni ale ciclonului se alege constructive, în funcție de D2 :

H1 = 1.25 D2 (m) (4.29)

H2 = 1.35 D2 (m) (4.30)

H3 = 0.25 D2 (m) (4.31)

În anexa 50, este prezentat sistemul de separare tip ciclon al microfabricii de nutrețuri

concentrate – tip Arad.

În practică, se urmărește să se afle, pentru un anumit ciclon și o anumită viteză de intrare, diametrul minim al particulelor care se separă. Pentru aceasta se definește mărimea ajutătoare S*, care pentru Va = constant, are expresia:

S* = (4.32)

în care:

γ – este vâscozitatea cinematică a aerului , m2/s

Valoarea mărimii S*, se determină din nomograma prezentată în figura 4.5 care a fost ridicată pentru Pa = 1.2 Kg/m2, γ = 0.165*10-4 , p =1atm, θ = 15 grade. Cunoscând Va și Pm, se trasează dreapta (1) care intersectează dreapta (I) în punctul 0. Cunoscând raza “r”, se trasează dreapta (2) care trece prin 0. Prelungind dreapta (2), se obține S*.

Cunoscând valoarea S* și determinând valoarea vitezei Vm din ipoteza că în timpul :

t = (s) (4.33)

Nomograma pentru determinarea lui S* – Fig 4.5.

Figura 4.5

Particula ar ajunge pe peretele ciclonului. Cu ajutorul diagramei Vm-S*- D (fig 4.5), se determină diametrul minim al particulelor separate. Se admite că “l” este drumul parcurs de particular la o rotație completă.

Trebuie avut în vedere faptul că particulele intra în ciclon la diferite distanțe “s” de peretele exterior. Folosind diagram din figura 4.6, se găsește mărimea ajutătoare S* pentru două puncte extreme având rmin, respectiv rmax adică S2* și S1 *. Cunoscând timpul “t”, se calculează viteza medie a particulei la care aceasta va reuși să ajungă la peretele exterior al ciclonului și anume:

vm = (m/s) (4.34)

în care S1 este distanța de la limita interioară a zonei studiate, la peretele exterior al ciclonului , m. Pentru studio, se împarte lățimea “b” a curentului de aer și material în mai multe zone.

Având vm și media între S1 * și S2 *, se găsește pe diagramă Vm-S* – d, diametrul minim al particulei din zona studiată, care se va separa în ciclon. Pe baza valorii dmin determinate pentru fiecare zonă a curentului, se determină parcursul total de separare cu ajutorul metodei grafice prezentate în figura 4.7.

Astfel, se măsoară dmin pentru fiecare zonă analizată în cadranul I. În cadranul II, se găsește caracteristica mărimii materialului supus analizei granulometrice. Din cadranul III, rezultă gradul de separare. Pentru aceasta, se împarte suprafața hașurată planimetrată A(m2) la abscisa obținută în cadranul III.

Figura 4.7 Metoda grafică pentru determinarea gradului de separare

Dispozitive de curățire

Dispozitivele de curățire au rolul de a îndepărta praful din aer. Din punct de vedere constructive, ele pot fi: filtru cu apa, filtru cu pânză, sau filtru centrifugal (ciclon de praf). Pe lângă purificarea aerului, filtrele trebuie să opună rezistența minimă la trecerea aerului.

La filtrele cu pânză, amestecul aer-praf se introduce într-o tabulatură din pânză. Sub acțiunea presiunii create aici, aerul trece prin stratul de pânză și este evacuată în atmosfera, iar praful este reținut urmând a fi evacuate periodic.

Filtrele centrifugal au principiul de funcționare identic cu cel al cicloanelor. Calculul acestuia este analog cu calculul ciclonului.

În figura 4.8, este reprezentată construcția filtrului centrifugal, iar în tabelul 4.3 sunt date principalele dimensiuni ale acestuia.

La sistemele de transport cu aspirație, filtrul se montează înaintea ventilatorlui, iar la cele cu refulare se montează dupa ciclon.

Figura 4.8

Tabelul 4.3. Dimensiunile principale ale filtrului centrifugal

Ventilatoare

Ventilatoarele folosite la transportoarele pneumatice sunt ventilatoare centrifugale de medie presiune (100-250mm H2O) și înaltă presiune (>350mm H2O). Rotorul cu palete radiale sau înclinate înapoi față de sensul de rotație (pentru presiune înaltă) se rotește într-o carcasă sub formă de spirală. Aspirația aerului se face axial, pe o singură parte (fig. 4.9) sau pe alte părți ale rotorului (fig. 4.10).

Astfel pentru capacitatea de lucru (m3/h) și presiunea H (mm H2O) date, rezultă ventilatorul necesar.

De menționat că ventilatorul dublu aspirant se alege din diagrama pentru jumătate din capacitatea de lucru utilă. Puterea necesară pentru aspirare va fi dublul puterii rezultate din diagramă.

La montarea ventilatorului în instalația de transport pneumatic, se recomandă ca înainte sau după ventilator, după ce permite construcția să se monteze o clapetă de închidere, deoarece pornirea ventilatorului trebuie făcută fără debit de aer.

Puterea necesară pentru acționarea ventilatorului rezultă din relația:

P= (Kw)

în care:

ηt – este randamentul hidraulic al ventilatorului

Qa – se măsoară în kg/s, iar Ht în N/m2.

În anexa 51 sunt prezentate pozitiile gurilor de aspirație, de refulare ale ventilatoarelor centrifugale monoaspirante pentru transportul pneumatic, conform STAS 2376-77. În anexa 52 este prezentată construcția ventilatorului V-3600.

4.4 Calculul principalilor parametrii constructivi, funcționali și energetici

Calculul vitezei curentului de aer

Se calculează viteza de plutire pentru particule de material cu relația (3) în care diametrul echivalent al particulelor de material este dec = 0.002 m, iar factorul de forma este kf = 2.5.

Pentru transportul materialului prin conductă este necesar ca aerul să aibă o viteză mai mare decât viteza de plutire și aceasta se determină cu relația (4):

Calculul consumului de aer

Qa= ==0,28 m3/s

ρa=1,24 kg/m3

µ=5 – aspirație de joasă și medie presiune

Q=1.75 [kg/s]

c) Presiunea necesară pentru transportul materialului

alegem = 0,65-0,85

()

=

l=L-h=11-8=3 m

=0.16 – coeficientul de rezistență la deplasarea materialului în sorbul transportoarelor pneumatice cu aspirație

=5 – coeficientul de rezistență la deplasarea amestecului în filtru

– coeficientul de rezistență la deplasarea amestecului în ciclon

d) Calculul și construcția părților componente ale transportoarelor pneumatice

d1) conductele

d2)dipozitiv de alimentare

Alegem

d3) dispozitiv de descărcare

Alegem

=0.6*12<8.1(A) 7.8<8.1

H1=0.1*D2=0.1*0.2=0.02m

H2=1.25*D2=0.25m

H3=1.35*D2=0.27m

H4=0.25*D2=0.05m

t =

Din [11] rezultă celelalte dimensiuni ale ciclonului și anume:

-diametrul conductei exterioare:

D=400 mm

-diametrul secțiunii de evacuare a materialului din ciclon:

D3=100 mm

-lungimea ciclonului

H=590 mm

d4) dispozitiv de curățire

Dacă conducta de intrare a aerului în ciclon are secțiunea circulară, atunci diametrul se calculează cu relația:

Di=0.1134 m

Curățirea se realizează cu ajutorul a două filtre centrifugale. Debitul de aer care iese din ciclon se repartizează la cele doua filtre prin conducta cu diametrul D1.

Diametrul conductei se determină cu relația:

,rezulta 134m

Din tabelul 4.3.

Alegem principalele dimensiuni ale filtrului centrifugal :

D=360mm

D1=120mm

D2=95mm

D3=130mm

H=935mm

d5) Alegerea ventilatorului

Conform STAS 2376-77, se alege ventilatorul centrifugal 255 E care realizează presiunea 371-480 de mm col.H2O, la debitul de aer de 5000 m3/h acționând la turația n = 1400-1480 tot/min și motorulul are n = 1500rot/min și N = 5.5 kW.

Puterea necesară pentru acționarea ventilatorului se calculează cu relația (35):

P==

CAPITOLUL V

CONCLUZII

Într-o instalație de transport pneumatic, există mai multe porțiuni de accelerare. Prima porțiune cuprinde locul de încărcare a materialului în conductă și lungimea de conductă dreaptă pe care materialul se accelerează până la o viteza mai mică decât viteza de regim cu 5 %. După fiecare curbă, viteza materialului este mai redusă decât viteza de regim și din nou există o porțiune de accelerare.

În curbe materialul se aluneca deasupra peretelui asupra căruia acționează forța centrifugă, iar aerul circulă în porțiunea lăsată liberă, contribuind în mică măsură la antrenarea materialului. În timpul salturilor, curentul de aer acționează asupra particulelor. Viteza aerului rămâne constantă, iar viteza materialului scade.

În curbe datorită forței centrifuge se produce separarea materialului de aer, particulele formează un strat ce adera la peretele exterior, datorită frecării de peretele conductei, stratul de material este puternic frânat, viteza descrește dar influențează în mică măsura pierderea de presiune datorită trecerii aerului curat.

După curbă materialul trebuie accelerat în tronsonul rectiliniu al conductei. Viteza la ieșirea din curbă nu depinde de raza de curbură și este cu atât mai mică cu cât coeficientul de frecare este mai mare, motiv pentru care nu se admit la aceste instalații curbe din segmente, sunt indicate curbe emailate sau cu alte prelucrari care să diminueze coeficientul de frecare.

BIBLIOGRAFIE

[1] BACK, O. – Pneumatischer Transport von Schüttgut. In: Maschinenbautechnik, Heft 3,märz 1955.

[2] BULAT , A. – Instalații de transport pneumatic, București, Ed.Tehnică, 1962.

[3] DUMITRESCU, G.S. – teza de doctorat « Cercetări privind stabilirea parametrilor optimi pentru transportul pneumatic al cerealelor”, U.M.C, 2015.

[4] FLOREA, J., ROBESCU D. – Transportul hidraulic si pneumatic, Institutul Politehnic București, 1979.

[5] BODNER, S., 1982 – Proceedings of Pneumatech I, International Conference on Pneumatic Transport Technology, Powder Advisory Centre, London.

[6] BANU, C – Manualul inginerului de industrie alimentara – vol.1, Ed.Tehnica, Bucuresti, 1998