Optimización de velocidad del aire y del consumo de potencia en transporte neumático

 

En el transporte neumático, el aire proveniente de una soplante (o por un compresor de vacío) impulsa el producto a granel a través de un sistema de tuberías.

El transporte de granza de productos poliméricos es una operación común en las plantas de polimerización y procesamiento de plásticos. En las plantas de polimerización, esta operación consiste en el transporte de la granza desde los silos hasta los depósitos que alimentan los dosificadores de proceso o ensacadoras. En las plantas de procesamiento de plásticos, esta operación consiste típicamente en el transporte desde los silos de descarga a granel hasta las tolvas de los equipos de procesamiento.

tpneumaticLa técnica por excelencia utilizada en este tipo de operaciones es el transporte neumático. Dependiendo de la relación sólidos/aire del flujo y de la velocidad del aire, se pueden establecer tres tipos de transporte: Fase diluida, Fase densa y Fase pulsante. Una descripción detallada de estos tipos de transportes se detallará en próximos artículos.

Este artículo está centrado en el régimen de Fase diluida, donde la granza va suspendida en el aire. En general se utiliza una baja relación flujo másico de sólidos/aire y una alta velocidad del aire en relación a los otros regímenes. En este tipo de transporte deben optimizarse las condiciones de trabajo para evitar ciertos problemas asociados al transporte neumático, como la generación de finos, cabellos de ángel (“angel hair”) y hebras de gran tamaño (“streamers”).

El rozamiento excesivo del producto con las tuberías genera los finos y cabellos de ángel. Con una tubería muy lisa, alta temperatura y alta velocidad del aire de transporte, la granza se ablanda y deposita una pequeña piel sobre las paredes, que posteriormente se desprende en hebras (“streamers”). Es conveniente indicar que estos problemas generados en el transporte neumático, tanto en las plantas de polimerización como en la planta de procesamiento, se traducen en contaminación ambiental, taponamiento de filtros, sistemas de dosificación, mallas de las extrusoras y defectos en el producto terminado (geles, puntos negros y otros defectos).

Para la optimización de las condiciones y el diseño de los sistemas de transporte neumático, se deben considerar las siguientes variables:

  • Velocidad y temperatura del aire.
  • Temperatura de la granza.
  • Relación de flujo másico sólidos/aire.
  • Rugosidad interior de la tubería.
  • Trazado, diámetro y longitud de la tubería.
  • Diseño de las curvas y codos.

De acuerdo con estudios realizados con sistemas de transporte neumático, para evitar los problemas de finos, cabellos de ángel y hebras, las condiciones de trabajo óptimas son las siguientes:

  • La velocidad del aire de transporte neumático desde estar entre 23 y 30 m/s. Esto optimizar el transporte neumático, lo que también redunda normalmente en ahorros de potencia en la soplante.
  • La temperatura de aire debe ser menor de 40ºC. Esto evita los problemas de finos, cabellos de ángel y hebras.
  • Las tuberías debe tener su interior granallado y con equipos de limpieza adecuados que eviten la acumulación de los posibles defectos y material de deshecho.
  • El trazado de las tuberías debe realizarse evitando al mínimo las curvaturas, subidas y bajadas. Cuanto mas lineal sea el trazado, menor será el deterioro del producto y el gasto energético.
  • El radio de las curvas debe ser el máximo posible que permita el trazado de la instalación, y deben evitarse siempre los codos, a menos que sean imprescindibles.

soplante 2Conviene indicar que el flujo volumétrico a la salida de cada tramo, se calcula corrigiendo el flujo a la entrada por el cambio de densidad. Debido al poco tiempo de residencia del aire y la granza dentro del sistema de tuberías de transporte neumático, se suele considerar que la temperatura del aire es constante y no se alcanza la temperatura de equilibrio entre granza y aire. Un cálculo estimativo del calor intercambiado con el medio ambiente por convección natural concluye que es como máximo el 12% del calor intercambiado entre la granza y el aire, por lo que puede despreciarse.

Puede verse que energéticamente la disminución de velocidad de rotación de la soplante es la solución más atractiva, sin embargo debe tenerse la precaución de no disminuir la velocidad de rotación más allá de la velocidad mínima recomendada por el fabricante (ya que se refiere también a un flujo mínimo para auto refrigerar la soplante). Igualmente, se debe revisar que la combinación de diámetros de las poleas del motor y del soplador no exceda los esfuerzos admisibles en los respectivos ejes.

GRUPO GAHERMA dispone de experiencia en el diseño de sistemas de transportes neumáticos para sólidos a granel de amplia granulometría; y solo utiliza componentes de primeras marcas en sus proyectos.

Autor: Pere-Joan Sardà

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