TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Aula 18: 25/05/2012
Transporte Pneumático
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Transporte Pneumático
O transporte pneumático tem sua aplicação industrial destacada
desde o início do Século XX, devido a algumas de suas
características principais:
Os baixos custos de manutenção e operação
A grande variabilidade de produtos transportados
A alta flexibilidade dos projetos, podendo haver o transporte
vertical e/ou horizontal, além de diversos sistemas de alimentação
de sólidos.
O Transporte Pneumático se refere ao movimento de partículas
sólidas em um fluxo de gás através de tubos horizontais e/ou
verticais. Os transportadores pneumáticos podem ser usados para
partículas que variam de pós finos a pelotas, com densidades
aparentes de 16 a 3200 kg/m3.
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Os materiais tipicamente transportados são:
Alumina
Óxido de alumínio
Alimento para bebês
Argila
Barita
Bauxita
Bentonita
Bórax
Carbonato de cálcio
Areia
Cloreto de cálcio
Negro de fumo
Cimento
Café (cru, torrado, moído)
Detergente
Feldspato
Carvão
Farinha
Cinza
Fluorita
Gesso
Óxido de ferro
Caulim
Calcário
Magnésio
Leite em pó
Amendoim
Resina de PVC
Açúcar
E muito mais!
Um projeto adequado deverá prever o tipo de tubulação a ser utilizada, de
acordo com o grau de abrasividade e corrosão possivelmente gerados pela
composição dos materiais. O levantamento criterioso destas características
poderá exigir do projeto a utilização de materiais resistentes como aço inox ou
até mesmo PVC, sendo que os raios de curvatura deverão ser largos com a
possibilidade de "chapas de desgaste" que propiciem sua substituição.
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Transporte pneumático: fases densa e diluída
O transporte pneumático em fase densa (alta pressão; >43psi) pode ser o
método mais confiável e eficiente para a manipulação de uma grande variedade
de sólidos secos a granel. A definição de transporte pneumático em fase densa
significa uma pequena quantidade de ar para movimentar uma grande
quantidade de sólidos a granel de forma pulsante em porções através da linha
de transporte. Baixas velocidades são utilizadas (0,2-5,0 m/s).
Video fase densa:
http://www.youtube.com/wat
ch?v=qSe1gWfEyIw&feature=
related
Video compressor:
http://www.youtube.com/watch?v
=rIqCkrCFSB0&feature=related
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A baixa velocidade de transporte resulta em uma manipulação mais delicada
dos sólidos altamente abrasivos que não toleram degradação. Para muitos
materiais frágeis, granulares ou cristalinos, não existe processo mais adequado.
Os sistemas pneumáticos em fase diluída (baixa pressão; 14psi) utilizam grande
quantidade de ar para remover quantidades relativamente pequenas de
material em uma suspensão a altas velocidades (10-30 m/s). Utilizam
sopradores e/ou ventiladores.
Video ventilador centrífugo:
http://www.youtube.com/watch?v=xvftZ8r3OTs
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Transportar em regime de fase diluída ou fase densa ?
O engenheiro projetista tem quatro escolhas típicas para especificação de
um sistema de transporte pneumático.
1. Operação de fase diluída a vácuo
(sensíveis à distância comparado ao sistema de pressão, pois possui
diferencial máximo de pressão ser de 5,5 a 6,0 psi)
2. Operação de fase diluída sob pressão
(alcançam um diferencial de pressão de 12 psi facilmente)
3. Operação de fase diluída a vácuo-pressão
4. Operação em regime de fase densa sob pressão
A escolha entre operar em regime de fase diluída
ou densa, depende tipicamente das propriedades
dos sólidos. Por exemplo, a operação a uma
velocidade mais baixa é comum para os produtos
altamente abrasivos ou para aqueles que
degradam facilmente.
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Por simplicidade, uma classificação sugerida por Klizing et al (1997) é dada na tabela abaixo,
onde tem-se valores para a razão entre vazão mássica do sólido e do fluído:
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Dimensionamento de um transportador pneumático
O projeto requer a análise das propriedades do material que deve ser
transportado (tendência ao torreamento, a facilidade de fragmentação das
partículas e quaisquer possibilidades do pó explodir com a mistura com
oxigênio) e das condições operacionais, como as pressões, temperaturas, etc.
Existem equações disponíveis para se utilizar no dimensionamento de
equipamentos para transporte pneumático (veja por exemplo:
Foust et al, 1982 p.571; Klizing et al, 1997), no entanto, a ampla variação das
propriedades dos sólidos e as tendências de os sólidos se aglomerarem e
aderirem às superfícies da parede, fazem com que o emprego destas equações
seja problemático (exceto quando se trata de sólidos que escorrem livremente,
com dimensões quase uniformes e elevada esfericidade).
Os nomogramas mostrados adiante, juntamente com as tabelas adicionais,
podem ser usados para um projeto inicial. As informações empíricas de projeto
usadas no exemplo a seguir, assumem que o ar é o gás de arraste, mas para um
projeto preliminar, estas cartas serão suficientes para outros gases, como
nitrogênio.
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Exemplo: Projetando um sistema de transporte pneumático de sólidos
Admita um sistema com os seguintes parâmetros:




Comprimento: 200 pés de tubo reto com 4” de diâmetro interno
Acessórios: 2 cotovelos de 90 graus
Densidade aparente: 60 lb/ft3 (960 kg/m3)
Vazão mássica de sólidos desejada: 25.000 lb/h (cerca de 11.340 kg/h)
Etapa - 1: Determine o comprimento equivalente da tubulação para o sistema
Assumindo que cotovelos de 90 graus têm um comprimento equivalente de 25
pés (7,6 m), para o nosso exemplo temos um comprimento equivalente = 200 ft
+ 2 (25 ft) = 250 ft
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Etapa - 2: Escolha uma velocidade de gás
inicial para mover as partículas
Usando a tabela ao lado, escolhemos a
velocidade inicial de gás.
Para nosso sistema temos uma velocidade
inicial de gás de 7150 ft/min (2179m/min).
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Etapa - 3: Vazão de ar exigido
Na Carta 1, trace uma linha
reta da velocidade inicial para
o diâmetro do tubo e
prolongue a linha para
encontrar a vazão de ar. Para
nosso sistema, nós
começaremos com um tubo
comum de 4 polegadas de
diâmetro.
Este procedimento resulta
uma vazão de ar inicial de 610
ft3/min.
Usando Q=v.A é a mesma
coisa (até mais preciso que a
leitura)
610ft3/min
4”
2179 m/min
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Etapa - 4: Encontre a relação de
sólidos
Na Carta 2 trace uma linha
conectando a vazão de ar da Etapa
3 (610 ft3/min) e a capacidade
requerida do sistema (25000 lb/h).
Esta linha cruzará a linha de relação
de teor de sólidos no centro.
25000 lb/h
9,5
610ft3/min
Para nosso sistema, temos uma
relação de sólidos de cerca de 9,5.
Se a relação de sólidos estiver
acima de 15, reinicie os cálculos
para um diâmetro de tubulação
superior ao escolhido
anteriormente.
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Etapa - 5: Determine o fator de projeto
para o seu sistema
Na Carta 3, faça a partir do valor do
diâmetro do tubo (4”) para o volume de gás
(610 ft3/min) e leia o fator de projeto na
linha central.
Para nosso sistema, isto dá um fator de
projeto igual a 90.
610ft3/min
4”
90
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Etapa - 6: Determine a perda de pressão
no sistema
Na Carta 4, faça uma linha a partir do
comprimento equivalente do sistema
para o fator de projeto e estenda esta
linha para a linha no centro do quadro.
Agora, conecte o ponto de interseção
entre a primeira linha e a linha do centro
250ft
com a relação de sólidos no extremo
direito. Leia a perda de pressão do
sistema no ponto de interseção com esta
linha. Para nosso sistema, é
aproximadamente 12,5 psi (86 kPa). Se a
perda de pressão for maior que 12 psi
para sistemas de pressão (diluida ou
densa) ou 5 psi para sistemas de vácuo,
reinicie os cálculos com outro valor de
diâmetro. Embora nosso exemplo tenha
uma queda de pressão alta, nós
continuaremos para a Etapa -7 a fim de
ilustrar o procedimento.
9,5
90
86
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Etapa - 7: Determine a potência
útil requerida pelo sistema
Na Carta 5, conecte a perda de
pressão do sistema com a vazão
de gás e leia as exigências de
potência útil na linha central. Para
nosso sistema, este valor
seria 48 HP.
48
86
610
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Exercício:
Na fabricação de leite em pó, após as partículas serem secas em um spray
dryer, elas são transportadas pneumaticamente do fundo do secador para
ciclones de separação no topo da fábrica. Numa fábrica que produz 10000
lb/h de produto, o transportador é um tubo de 110 ft de comprimento e
2,5” de diâmetro interno.
O leite em pó tem dimensões médias de 600.10-6 m, e sua densidade
aparente no fundo do silo do spray-dryer é de 20 lb/ft3. Calcule a perda de
pressão na tubulação admitindo que a pressão atmosférica age logo após
o produto entrar no ciclone.
Respostas:
Comprimento equivalente = 110ft
Velocidade do gás = 4120 ft/min (1256 m/min)
Vazão do gás = 140 ft3/min
Relação de sólidos = 15
Fator de projeto = 40
Perda de pressão = 69kPa
Potência = 10 HP
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