PROIECT

CALCULUL UNEI INSTALAII DE TRANSPORT PNEUMATIC AL FLUIDELOR BIFAZICE GAZ-SOLID

CUPRINS

IIntroducere4

IITransportullichidelor7

IIITema proiectului9

III.1Stabilirea parametrilor de transport10

IVCalculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului bifazic gaz-solid15

IV.1Calculul pierderilor de presiune pe tronsonul 1 215

IV.2Pierderea de presiune la transportul amestecului n zona cotului, zona 2 320

IV.3Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic pe tronsonul 3 422

IV.4Pierderea totala de presiune23

IV.5Puterea utilajului (ventilator sau suflant)24

VBibliografie 25

I.INTRODUCEREInstalatiile de transport pneumatic au o larga raspandire in multe domenii industriale. Ele sunt folosite pentru transportul materialelor granulate sau in forma de praf, intre diversele faze de fabricatie in cadrul unei uzine, pe santiere de constructii, la transbordare la transportul fluvial si maritim. Dimensiunile materialelor utilizate pot varia de la cativa microni pana la 50 mm, iar in cazul lemnului tocat 100mm lungime.Materialele care au un continut mare de apa nu se pot transporta pneumatic datorita fenomenului de infundare a palniei de alimentare.Materialele fibroase se pot transporta pneumatic folosind cantitati mari de aer. Concentratia acestor materiale nu trebuie sa depasasca 0,2 kg de material la 1 kg de aer.Toate sortimentele de seminte si granule se transporta pneumatic fara a intampina dificultati.Curentii diispersi de tipul aer-particule solide din candrul sistemelor eterogene primesc in contemporaneitate, o utilizare tot mai larga in diferite domenii ale industriei, agricultura,transport, s.a.Particularitatile cararcteristice sistemelor etreogene disperse, respectiv a curentilor dispersi, sunt existenta a cel putin doua faze si actiunea reciproca dintre ele. Cele doua faze sunt: -faza dispersanta ( dupa alti autori denumita faza continua ori faza externa sau mediul de dispersie) -faza dispersata ( ori faza discontinua sau faza interna) sub forma de particule marginite pe intreg conturul lor de faza dispersanta Actiunea hidromecanica dintr cele doua faze ale curentului dispers, excluzand procesele in masa care pot avea loc intre faze ,pot duce la modificari calitative ale mediului dispers aer-particule solide. Aceste modificari calitative devin esentiale numai la modificarea calitatii sistemului dispers, adica la modificarea concentratiei amestecului. Barth, Dziadzio, si altii, analozand sub aspect hidrodinamic curentii dispersi deosebesc trei tipuri principale de de sisteme disperse si anume: sisteme disperse sau strat penetrant sisteme disperse pseudo- fluid, sau strat in suspensie ori strat fierbator Sisteme disperse direct( transport pneumatic, transport hidraulic) Clasificareainstalatiilor de transport pneumaticSe deosebesc 3 grupe de instalatii de transport:1) -la care transportul se face prin antrenarea particulelor in curentul de gaze , care se subdivid in 3 grupe:a) cu concentratii reduseb) cu concentratii mediic) cu concentratii mari2) utilizate doar la produse macinate fin, la care materialul e adus in stare de fluidizare prin difuzarea unui curent de gaze, in spatiul dintre particule:a) in rigola cu panta redusa b) in conducta, pe verticala3) la care se transporta o singura capsula pe conducta

Alimentareaprin sorbSistemul de alimentareprin sorb permiteintroducereamaterialelor sub forma de praf, boabesaubulgari. El se compune din douatuburicilindricecoaxialeprintre care treceaerulcomprimatsprecapatulsorbuluiunde se produce amesteculcepatrundeprintubul central in instalatia de transport pneumatic. Concentratiaamesteculuiobtinut se regleazaprincota care se afla la capetelecelor 2 tuburi cu ajutorulprezoanelor, piulitelorsi contra piulitelor.In cadrulinstalatiilor de transport pneumatic cu absorbtie la care materialulestedoza de insusiinstalatietehnologica, sorbul se inlocuiestecu o simplapalnie de incarcare. Caderea de presiune in portiunea de accelerareIntr-o instalatie de transport pneumatic, exista mai multe portiuni de accelerare. Prima portiune cuprinde locul de incarcare a materialului in conducta si lungimea de conducta dreapta pe care materialul se accelereaza pana la o viteza mai mica decat viteza de regim cu 5%. Dupa fiecare curba viteza materialului este mai redusa decat viteza de regim si din nou exista o portiune de accelerare. Pierderea de presiune in curbeIn curbe materialul se taraste deasupra peretelui asupra caruia actioneaza forta centrifuga iar aerul circula in portiunea lasata libera, contribuind in mica masura la antrenarea materialului. In timpul salturilor curentul de aer actioneaza asupra particulelor. Viteza aerului ramane constanta, viteza materialului scade.Influenta curbelor asupra pierderilor de presiune se manifesta sensibil prin portiuni de accelerare a materialului dupa curbe.

II.TRANSPORTUL LICHIDELOR

Transportul lichidelor pe orizontala sau la un nivel superiorr se realizeaza cu ajutorul pompelor. Aceastea transmit lichidului vehiculat prin ele energia mecanica a unei surse exterioare, marindu-i presiunea. Pentru vehicularea lichidelor din industrie alimentara se folosesc urmatoarele tipuri de pompe:- centrifugale-la care asteptarea energiei lichidului se datoreaza actiunii centrifuge ce apar la rotirea unui rotor in contact cu lichidul.- axiale- la care cresterea energiei in miscarea de rotatie se datoreaza fortelor hidrodinamice generate de presiunea dintre fortele paletei- cu canal lateral- la care asteptarea energiei lichidului se datoraeza diferentei de presiune intre zona de aspiratie si refulare prin variatia volumului dintre bratele radiale si suprafata libera inatalnita.- volumice- la care cresterea energiei lichidului se datoreaza modificarii periodice a volumului unui spatiu sub actiunea unui organ de lucru- cu fluid- motor la care cresterea energiei fluidului motor are loc prin efect de jet creat la scurgerea fluidului motor printr-un ajutaj amplasat intr-un difuzor, obtinandu-se la refulare un amestec intre agentul motor si fluidul pompat. Fluidele care au nevoie ca tensiunea sa depaseasaca o tensiune prag, pentru ca sa inceapa sa curga se numesc fluide viscoplastice.Aceasta se explica prin existenta in fluidul in repaus a unei structuri capabile sa reziste aricarei tensiuni. Dintre fuidele vascoplastice cel mai simplu model este fluidul Brimghan care descrie bine comportarea unor vopsele si noroaie.Pentru a studia mediul fluid se detaseaza cu ajutorul unei suprafete inchise o anumita regiune din spatiu, ocupata de fluid. Instalatiile de transport pneumatic se clasifica dupa mai multe criterii care iau in considerare fie modul de lucru, fie cel al amestecului.Dupa modul in care se face antrenarea particulelor solide instalatiile pneunotransport se clasifica in:-instalatii la care transportul se face prin antrenarea separata a particulelor solide in curentul de gaze chiar daca exista ciocniri intre particule.- instalatii de transport la care materialul este adus in stare de fluidizare prin difuzia unui amestec, in acest caz gazul are rolul de a elimina fiecare dintre granule. Dupa marimea presiunii din conducte de transport pneumatic instalatiile se clasifica in:-instalati de depresiune racordata la un echaustor- instalatii cu suprapresiune racordata la un compresor sau sulfoneta Tipuri mai des utilizate de instalatii de transport pneumatic:-instalati de depresiune- instalatii de suprapresiune- instalati de transport pneumatic cu sorb- instalatii de transport pneumatic prin refulare- rigola pneumatica- instalatia de transport a materialului fluidizat pe verticala- instalatia de transport pneumatic cu capsule cilindrice ( posta pneumatica ).

III.TEMA PROIECTULUI

S se calculeze o instalaie de transport pneumatic (cu sorb) pentrugru, de la siloz la punctu de recepiedintr-o moarncazultraseuluiorizontali vertical nfigura de maijos.

L1-2

QGS solid1 2 3

L3-4

4

Qg

Schema de calculainstalaiei de transport pneumatic

Date iniiale: debitulngreutate al materialului solid transportat:QGS = 114.000 [N/h], lungimeatronsoanelor L1-2 = 9.6 m i L3-4 = 41 m, diametrulconductei, D =280 mm = 0.28 m diametrulbobului de gru, d= 4.6 mm = 0.0046 m, masaparticulei de gru, m = 3.806 x10 -5 kg, vitezaoptim a gazului (aerului) la transportul pneumatic, Vg = 20 30 m/s, acceleraiagravitaional, g = 9.81 m/s2, greutatea specific a gazului la presiuneaatmosferic, g= 12.9 N/m3,

Tabelul 1.Constantelegale de material

ConstantaGru

K0 constanta de nfundare3.1 x 10-5

K`0 constanta de transport1.8 x 10-5

CR coefficient de rezisten0.42

*z constantavitezei de regim0.0024

s greutatea specific a solidului12753 N/m3

d- diametrulparticulei4.6 mm

m masaparticulei3.806 x 10-5 kg

f coefficient de frecarencurb0.30

III.1.Stabilireaparametrilor de transport

- Calcululconcentraiei de transport:

C= k0Fr2 = k0[-]Unde: C concentratiatransportului [-]K0 constanta de nfundare, k0 = 3.1 *10-5Vg viteza optima de curgereaaerului, [m/s]g acceleraiagravitaional, [m/s2]D diametrulconductei,[m]

C=3.110-552030.56 C=1.6129475

- Calcululdebitului de gaz, Qg:

Qg = Vg[m3/s]

Unde: Vg vitezaoptim de curgereaaerului, [m/s]D diametrulconductei, [m].

Qg=0.06125Qg=1.525 [m3/s]

- Calcululngreutate al gazului, QGg:

QGg = gQg 3600 [N/h]

Unde: g greutatea specific a gazului la presiuneaatmosferic, g = 12.9 [N/h]

QGg=12.91.5253600QGg=70821 [N/h]

- Calcululdebituluingreutate al solidului, QGs:

QGs = QGg C [N/h]

QGs=708211.6129475QGs=114230.5 [N/h]

Valoareacalculat a debituluingreutate al soliduluitrebuies fie superior cifreiimpuse, funcie de valoareavitezei de curgere a aerului, Vg.

- Calcululvitezei de regim a particuleisoliden sorb, VS:

- = 0

Vg viteza de regimaaerului,Vs vitezei de regim a particuleisoliden sorb,Vp viteza de plutire a particulei,

Vp= (m/s)Unde: d diametrulparticuleisolide, (m),CR coefficient de rezisten, CR = 0.42,s greutatea superficial[ a solidului, s = 12753 (N/ m3),g greutatea superficial a gazului la presiunea atmosferic, g= 12.9 (N/m3)g acceleraiagravitaional,*z - constantavitezei de regim, *z = 0.0024 0.0032 (-) coeficient de proporionalitate, = (-)D diametrulconductei, (m),g acceleraiagravitaional, (m/s2).Condiie: Vs Vg; din celedousoluii ale ecuaiei de gradul al-II-lea se va allege valoareaVsmaimicdarapropiatvitezeioptime de curgere a aerului (Vg).

Vp=

Vp =

Vp = 11.85 [m/s]

=

=

= 0.47

- = 0

0.944V2s 50Vs +559= 0

= b2 4ac

= 389.3

Vs1 = = = 38.73

Vs2 = = = 16.81

VS=16.81

- Determinareatimpului de accelerareaaparticuleipe prima poriunedreapt, ta:

Definiie:timpul de accelerare al particuleisolidereprezintintervalul de timpn care particulasolid sub aciuneacurentului de fluid pornetedinrepausiatingevaloareavitezei de regim cu o eroare de 5%.

ta= - ln [s]

Unde: Vs - viteza de regim a particuleisolidedupatngereatimpului ta; pentrucalcule practiceraportul = 0.59, estedat de relaia := [-], coefficient a cruivaloareestedat de relaia: = Vg * [-]

` = [-]

Unde: v coefficient de impact, estedat de relaia:

v=

m masaparticulei de gru, (kg),CR coeficient de rezisten, CR= 0.42,d diametrulbobului de gru, (m),g greutateaspecific a aerului la presiuneaatmosferic, g= 12,9 (N/m3),g acceleraiagravitaional,*z constantavitezei de regim, *z = 0.0024 0.0032

v=

v =

v = 0.00058

` =

` =

` = 0.000048

= Vg

= 25

= 0.2935

=

=

= 0.9

ta= - ln

ta = - ln

ta = 3.740 [s]

-Determinarealungimiiporiunii de accelerare a particulei solide, La (m):

La = taVs(m)

Unde: ta timpul de accelerare.

La = taVs

La = 3.74017.69

La = 59.54[m]

IV.Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului bifazic gaz-solid

IV.1. Calculul pierderilor de presiune pe tronsonul 1-2

- Pierderea de presiune n sorb i pe prima poriune orizontal:

pa = si V2g g + [N/m3]

Unde: si coeficientul de impact n sorb, si = 2;g greutatea specific a aerului la presiunea atmosferic, g = 12.9 [N/m3];Vsiviteza de regim iniial a particulei solide, Vsi = 0 [m/s].

pa = 2 252 12.9 +

pa = 1358.8 [N/m3]

- Pierderea de presiune n sorb:

p1 + p = pat [N/m2]

Unde: p1 pierderea de presiune n sorb;Pat presiune atmosferic, pat = 1.013105 [N/m2]p pierderea de presiune n sorb i pe prima poriune orizontal;

P1 + p = pat

p1 = 101300 1358.8

p1 = 99941.2[N/m2]

- Pierderea aparent de presiune pentru aerul curat pe prima poriune dreapt, L 1-2:

p1-2* = g aer ** * (N/m2)

Unde: g aer greutatea specific a aerului curat, g aer = 1 (N/m3); - coeficient adimensional funcie de regimul de curgere caracterizat prin numarul lui Reynolds i rugozitatea relativ a conductei, = 0.023.

p1-2* = g aer

p1-2* = 10.023

p1-2* = 25.1[N/m2]

- Pierderea de presiune real la curgerea aerului curat prin tronsonul 1-2 se calculeaz cu relaia:

p1-2 = p1 - [N/m2]

Unde: p1 presiunea n sorb.

p1-2 = 99941.2

p1-2 = 25.1[N/m2]

- Calculul pierderilor de presiune la curgerea fluidului bifazic pe tronsoane rectilinii (tronsonul 1-2).

n tronsonul pneumatic al materialelor solide dispersate ntr-un gaz la stabilirea relaiilor pentru calculul pierderilor de presiune, trebuie avut n considerare efectele combinate ale interaciunilor: particule solide conducta de transport; granule transportate mediul de dispersie; ciocnirile dintre particulele solide. Acestea conduc la consumuride energie, din energia fluidului purttor, ceea ce determin majoritatea pierderilor de presiune fa de cele corespunztoare fluidului omogen purttor.

- Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic gaz- particule solide se determin cu relatia:

(p1)1-2 = p1-2 [N/m2]

Unde: K1 coeficient experimental avnd valoare practica, este dat de relaia:

K1 = 1.3 K`1 = 1.3 n care seste dat de relaia:

s = *z + , unde: Fr1 = i =

K`1 coeficient experimental avnd valoare obinut n laborator;C concentraia de transport.

Fr1 =

Fr1 =

Fr1 = 228.1

=

=

= 0.538

s = *z +

s = 0.0024 +

s = 0.0085

K1 = 1.3

K1 = 1.3

K1 = 0.468

(p1)1-2 = p1-2 (1+ K1 C)

(p1)1-2 = 25.1 (1+ 0.468 1.6129475)

(p1)1-2 = 44.05[N/m2]

- Pierderea de presiune n punctul 2 ( la captul tronsonului 1-2):

p2= p1 - (p1)1-2 [N/m2]

p2= p1 - (p1)1-2 p2 = 99941.244.05

p2 = 99897.15[N/m2]

- Determinarea greutii specifice i a vitezei gazului n punctul 2 (g2, vg2) se face cu relaia:

g2= g1 [N/m3]Vg2 = Vg1 [m/s]

g2= g1 g2 = 12.9

g2 = 12.771[N/m3]

Vg2 = Vg1

Vg2 = 25 0.99

Vg2 = 24.75[m/s]

- Calculul vitezei de regim a particulei solide n punctul 2:

- - = 0 , unde =

- condiie: VS2 < Vg2 .

=

=

= 0.47

- - = 0- - 0.47= 0

5.153V2s2 271.75Vs2 + 3000.6 = 0

= b2 4ac

= 271.752 45.1533000.6

= 11999.7

Vs1 = = = 37.01

Vs2 = = = 15.74

Vs2=15.74

IV.2.Pierderea de presiune la transportul amestecului n zona cotului, zona 2-3

-Pierderea de presiune la transportul aerului curat prin cot:

p2-3= [N/m2]

Unde: = 0.50 .

p2-3 =

p2-3 = 0.50

p2-3 = 8.05 [N/m2]

- Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic n zona cotului (n ipoteza c, K1C = K1)

(p1)2-3 = p2-3 (1+K1C C) [N/m2]

(p1)2-3 = 8.05 (1+0.468 1.61)

(p1)2-3 = 14.08[N/m2]

- Viteza particulei solide la ieirea din cot se calculeaz cu formula:

Vs3 = Vs2 e-f[m/s]

Unde: = , unghiul curbei n radiani.

= = = 1.57

Vs3 = Vs2e-f

Vs3 = 15.74 e-301.57

Vs3 = 8.87 [m/s]

- Pierderea de presiunela reaccelerarea particulei solide se determin cu relaia:

(p2)2-3 = [N/m2]

(p2)2-3 =

(p2)2-3 = 101.46[N/m2]

- Presiunea n punctul 3:

p3 = p2 (p2)2-3 [N/m2]

p3 = 99897.15 101.46

p3 = 99795.69[N/m2]

- Calculul greutaii specifice i a vitezei gazului n punctul 3:

g3 = g2 [N/m3]

Vg3 = Vg2 [m/s]

g3 = g2

g3 = 12.771

g3 = 12.64[N/m3]

Vg3 = Vg2

Vg3 = 24.75

Vg3 = 24.77 [m/s]

IV.3 Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic pe tronsonul 3 4

- Pierderea de presiune aparent pentru aerul curat:

p*3-4 = g3 p*3-4 = 12.64 0.023 p*3-4 = 1328.79

- Pierderea de presiune real la curgerea aerului curat prin tronsonul 3 4 se calculeaz cu relaia:p3-4 = p3 - [N/m2]

p3-4 = 99795.69

p3-4 = 1337.76[N/m2]

- Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic gaz solid se determin cu relaia:

(p1)3-4 = p3-4 (1+ K1 C) [N/m2]

(p1)3-4 = 1337.76 (1+ 0.468 1.612)

(p1)3-4 = 2341.08[N/m2]

IV.4. Pierderea total de presiune

ptot = pa +(p1)1-2 +(p1)2-3+(p2)2-3+(p1)3-4 [N/m2]

ptot = 1358.8 + 44.05+ 14.08 + 101.46 + 2341.08

ptot = 3859.47[N/m2]

IV.5. Pierderea utilajului (ventilator sau suflant):

P = [kW]

Unde: randamentul mecanic al utilajului, = 0.7; greutatea specific a apei, = 10330.49[N/m3].P = P = P = 7.9[kW]

V.Bibliografie

Ancua V. Mecanica fluidelor i mainilor hidraulice Instit. Politehnic Traian Vuia, Timioara, 1979.Bulat A. Institutul de transport pneumatic Ed. Tehnic, Bucureti, 1962.Florea J. , Robescu D. Transportul hidraulic i pneumatic Instit. Politehnic Bucureti, 1983.Gheorghe L. Probleme de operaii i utilaje n industria alimentar Ed. Tehnic, Bucureti, 1978.Renescu I. Operaii i utilaje n industria alimentar Ed Tehnic, Bucureti, vol. I, 1971, vol. II, 1972.

2