UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ

A BANATULUI „REGELE MIHAI I AL ROMÂNIEI”

DIN TIMIȘOARA

CALACULUL UNEI INSTALAȚII DE TRENSPORT PNEUMATIC AL FLUIDELOR BIFAZICE GAZ-SOLID

Coordonator:As.Ing.

Rinovetz Alexandru

TIMIȘOARA

2015

1

Calculul unei instalații de transport pneumatic al fluidelor bifazice gaz- solid

Instalațiile de transport pneumatic au o larga răspandire în multe domenii industriale. Ele sunt folosite pentru transportul materialelor granulate sau în forma de praf, între diversele faze de fabricatie în cadrul unei uzine, pe santiere de construcții, la transportare, la transportul fluvial si maritim. Dimensiunile materialelor utilizate pot varia de la câtțiva microni până la 50 mm, iar în cazul lemnului tocat 100mm lungime. Materialele care au un conținut mare de apa nu se pot transporta pneumatic datorita fenomenului de țnfundare a pâlniei de alimentare.Materialele fibroase se pot transporta pneumatic folosind cantități mari de aer. Concentrația acestor materiale nu trebuie să depăsească  0,2 kg de material la 1 kg de aer.Toate sortimentele de semințe si granule se transportă pneumatic fara a întâmpina dificultăți.

       Curenții disperși de tipul « aer-particule solide » din candrul    sistemelor eterogene primesc țn contemporaneitate, o utilizare tot mai larga țn diferite domenii ale industriei, agricultura,transport, s.a.

Particularitățile cararcteristice sistemelor etreogene disperse, respectiv a curenților disperși, sunt existența a cel puțin două faze și acțiunea reciprocă dintre ele. Cele două faze sunt:

         -faza dispersantă ( dupa alti autori denumita faza continua ori faza externa sau mediul de dispersie)

        -faza dispersată ( ori faza discontinua sau faza interna) sub forma de particule marginite pe intreg conturul lor de faza dispersanta

     Acțiunea hidromecanica dintr cele doua faze ale curentului dispers, excluzand procesele in masa care pot avea locintre 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)

                      Clasificarea instalațiilor de transport pneumatic

Se deosebesc 3 grupe de instalații de transport:

2

     1) -la care transportul se face prin antrenarea particulelor in curentul de gaze , care se subdivid in 3 grupe:

a) cu concentrații reduse

b) cu concentrații medii

c) cu concentrații mari

2) –utilizate doar la produse macinate fin, la care materialul e adus in stare de fluidizare prin difuzarea unui curentde gaze, in spatiul dintre particule

a)în rigola cu panta redusa

b)în conducta ,pe verticala

3)la care se transorta o singura capsula pe conducta

Alimentarea prin sorb

Sistemul de alimentare prin sorb permite introducerea materialelor sub forma de praf, boabe sau bulgări. El se compune din doua tuburi cilindrice coaxiale printre care trece aerul comprimat spre capatul sorbului unde se produce amestecul ce patrunde prin tubul central in instalatia de transport pneumatic. Concentratia amestecului obtinut se regleaza prin cota care se afla la capetele celor 2 tuburi cu ajutorul prezoanelor ,piulitelor si contra piulitelor.

În cadrul instalatiilor de transport pneumatic la care materialul este doza de insusi instalatie tehnologica ,sorbul se inlocuieste cu o simpla palnie de incarcare.

Caderea de presiune in portiunea de accelerare

Într-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 sidin nou exista o portiune de accelerare

Pierderea de presiune in curbe

În 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.

3

1.1.  SISTEMUL DISPERS DIRECT

        Este caracteristic faptul ca ambele faze se deplasează. Un caz particular al acestui sistem îl reprezintă transportul pneumatic si transportul hid    particulelor solide.In cazul curentului ascendent acest regim incepe in momentul cand viteza fluidului depaseste viteza de plutire a particulelor

      În particular  în cadrul transportului pneumatic în conducte orizontale se deosebesc diferite situații caracteristice, în funcție de viteza curentului de aer și de concentrația particulelor solide, astfel:

-        transport pneumatic cu deplasarea particulelor solide în suspensie;

-        transport pneumatic cu deplasarea particulelor solide în salturi;

-        transport pneumatic prin migrație în dune.

1.2.  IMPORTANȚA MIȘCĂRII PARTICULEOR SOLIDE IN CONDIȚIILE TRANSPORTULUI PNEUMATIC

     Mișcarea particulelor solide in condițiile transportului pneumatic constitue obiectul multor cercetări, iar viteza este apreciata ca unul dintre cei mai importanți parametrii ai procesului de transport pneumatic.Mișcarea particuleor solide are importanța însemnata asupra urmatorilor factori:

1.- calitatea procesului pneumatic care apreciază modul în care sunt păstrate caracteristicile si proprietățile fizico- mecanice ale particuleor solide

2.- uzura conductelor instalației de transport pneumatic: în timpul transportului pneumatic particulele solide vin de repetate ori în contact cu pereții conductei, ciocnindu-se sau rostogolindu-se pe suprafața acestora. Acest proces duce la uzura conductelor.

3.- economocitatea procesului de transport pneumatic: consumul specific de energie în cadrul transportului pneumatic este în funcție de viteza particulelor solide. Cu cât viteza este mai mare atât consumul de energie pentru modificarea stării de mișcare a particulelor este mai mare.

4.- siguranța procesului de transport : la viteze mici de deplasare a particulelor solide concentratia gravimetrică crește, asupra aglomerării de particule, se formează depuneri, iar transportul pneumatic nu mai are loc.

5 .- eficacitatea proceselor tehnologice realizate paralel cu procesul de transport pneumatic

1.3.AMESTECĂTOARE

4

     Amestecătoarele se clasifică astfel:

-amestecătoare fara elemente mobile

-amestecătoare cu elemente mobile

    Amestecătoarele fără elemente mobile se pot realiza prin circulația forțată a lichidelor.

    În cazul maselor alimentare solide (materii prime, semifabricate sau produse finite) , tipul de amestecator care poate asigura o omogenizare eficiența este ân funcție de modul de prezentare a acestora: masa pulverulentă, granulară sau bucăți.

     Pentru produsele pulverulente se folosesc amestecătoare cu șnecuri orizontale sau verticale.

    Majoritatea amestecurilor sunt amestecuri neideale care nu verifică legea lui Raoult.

    Relațiile de echilibru stabilite pentru amestecurile ideale sunt valabile si in cazul celor neideale, cu mențiunea ca presiunea subsțantei trebuie inmulțită cu un factor de corectie- coeficientul de activitate.

    Coeficienții de activitate depind de natura componenților amestecului, ale concentrației și de temperatura.

     Pentru amestecuri cu abateri mari de la varianta ideala, coeficienții de activitate variază puternic cu compoziția și diferă mult de unitate.

    Amestecurile cu compozitia corespunzatoare temperaturilor de fierbere maxima si minima fierb la temperatura constanta- amestecuri azeotrope.Acestea pot fi pozitive sau negative.

    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.

     Instalațiile de transport pneumatic se clasifică dupa mai multe criterii care iau în considerare fie modul de lucru, fie cel al amestecului.

      Dupa modul în care se face antrenarea particulelor solide instalațiile pneuno-transport se clasifică în:

-instalații la care transportul se face prin antrenarea separata a particulelor solide în curentul de gaze chiar dacă există ciocniri între particule.

5

- instalații de transport la care materialul este adus in stare de fluidizare prin difuzia unui amestec, în acest caz gazul are rolul de a elimina fiecare dintre granule.

 După mărimea presiunii din conducte de transport pneumatic instalațiile se clasifică în:

-instalații de depresiune racordată la un echaustor

- instalații cu suprapresiune racordată la un compresor sau sulfonetă

    Tipuri mai des utilizate de instalații de transport pneumatic:

-instalații de depresiune

- instalații de suprapresiune

- instalații de transport pneumatic cu sorb

- instalații de transport pneumatic prin refulare

- rigola pneumatică

- instalația de transport a materialului fluidizat pe verticală

- instalația de transport pneumatic cu capsule cilindrice ( posta pneumatica )

 Tema proiectului:       Să se dimensioneze o instalație de transport pneumatic (cu sorb) pentru grâu, de la siloz la punctul de  recepție dintr-o moară în cazul traseului orizontal și vertical indicat in figura de mai jos:

 

6

        Date inițiale:

-debitul în greutate al materialului solid transportat:

QGS =63.000 [N/h] ,

-lingimea trosoanelor L1-2 =9,6 m si L3-4 = 41 m,

-diametrul conductei, D = 110 mm =0,11 m,

-diametrul bobului de grâu, d=4,6 mm = 0,0046m,

-masa particulei de grâu, m=3,806 × 10-5 kg,

7

-viteza optima a gazului(aerului) la transportul pneumatic, vg=20÷30 m/s,

-accelerația gravitațională g=9,81 m/s2,

-greutatea specifică a gazului la presiunea atmosferică, γg=12,9 N/m3.

            

           Tabelul 1. Constante legate de material

Constanta GrauK0-constanta de infundare 3.1×10-5

K’0-constanta de transport 1.8×10-5

CR-coeficient de rezistenta 0,42λ*Z-constanta vitezei de regim 0,0024γs-greutatea specifica a solidului 12753 N/m3

d-diametrul particulei 4,6mmm-masa particulei 3.806×10-5kgf-coeficient de frecare in curba 0,30

1¿Stabilirea parametrilor de transport

Calculul concentrației de transport:

C=k 0∙ Fr2=k0∙ (vg

2

g ∙D)2

  c=3.1∙10−5 ∙ 22,14

0,9623

C=8

Calculul debitului de gaz,Qg :

Qg=( π ∙ D2

4 ) ∙vg

Q g =0,785∙10−2 ∙22,1

Q g=0,173m3/s

Calculul în greutate al gazului,QGg:

QGg=γg ∙Qg3600

QGg=8034,12 N/h

8

Calculul debitului în greutate al solidului,QGs:

QGs =QGg C

QGs=12.9∙0.173∙3600

QGs=64272,96 N/h

Calculul vitezei de regim a particulei solide în sorb,vs:

(v g−v sv p

)2-( ƛz¿

2∙v s

2

g∗D¿−β=0

22.12−2∙22.1V S+V s2

11,462 -0,00242 ∙ V s

2

0,981 –0,52=0

Vs=12,4

Vp=√ 43∙ g∙ dCR

∙γ s−γ gγ g

V p =√ 43∙ 9.81 ∙0,0046

0,42∙ 12,753−12,9

12,9

Vp=11,46 m/s

Determinarea timpului de acceleare a particulei pe prima porțiune dreaptă,ta:

ta=-1α *ln

1−vsvs∞

1−δ∗v svs∞

t a = −13,95 ∙ln

1−0,951−0,12 ∙0,95

ta=0,72 s

α=V g√ ξv ∙ ϓ g ∙CR

m∙ g √ π ∙d2

4

α=22.1∙√ 0,144 ∙12.9 ∙0,423,806 ∙10−5∙9.81

∙ 3.14 ∙0.00462

4

α=3,95

9

β '=√ ξv ∙m∙gγg ∙ π d

2

4CR

β ' =0,77

Determinarea coeficientului de impact

ξv= ƛz¿

D +

2∙ gvs

2

ξv=0,144

Determinarea lungimii porțiunii de accelerare a particulei solide:

La=t a ∙V s∞ (1+ δ−1α ∙δ ∙t a

ln 1−0,12 ∙ e−3,95∙ 0,72

1−0,12 )La=0,72∙13,05(1+ 0,12−1

3,95 ∙0,12 ∙0,72∙ ln 1−0,12 ∙ e−3,95∙ 0,72

1−0,12 )La=7,98 m

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

 

Pierderea de presiune în sorb și pe prima porțiune orizontală:

∆ pa=ζ si ∙1

2 ∙ g ∙ vs2 ∙ γ g+

QGS (V s−V si )

3600 ∙ g ∙ π ∙D2

4

∆ pa=2∙ 12∙9,81

∙22,12∙12,9+ 64272,96 ∙12,4

3600 ∙9,81∙ 3,14 ∙0,014

∆ pa=3853,76 N /m2

Pierderea de presuine în sorb :

p1+∆ p=pat

10

p1=96446,24 N /m2

Pierderea aparentă de presiune pentru aerul curat pe prima porțiune dreaptă,L1−2 :

∆ p1−2¿ =γgaer ∙ ƛ ∙

L1−2

D ∙vg

2

2 ∙ g

∆ p1−2¿ =1∙0,023∙ 9,6

0,1∙ 22.12

2 ∙9,81

∆ p1−2¿ =54,95 N /m2

Pierderea de presiune reală la curgerea aerului curat prin tronsonul 1-2 :

∆ p1−2=p1−√ p1−2 ∙ p1 ∙∆ p1−2¿

∆ p1−2=97446,24 −√97446,242−2∙97446,24 ∙54,95

∆ p1−2=54,97 N /m2

Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic gaz-particule solide:

(∆ p1 )=∆ p1−2∙ (1+K1 ∙C )

(∆ p1 ) 1-2 =54,97∙ (1+0,30∙8 )

(∆ p1 )1-2 =190.93N /m2

K 1=1,3∙ K1' =1,3

ƛsƛ

K 1=1,3∙0,23=0,30

ƛs=vs1

v g1∙ ƛz

¿+ 2 βFr

1 ∙v s1

vg1

ƛs=40,222,1

∙0,0024+ 2∙0,51

497,869 ∙ 40,222,1

ƛs=0,00547

11

Fr1=vg

2

g ∙ D

Fr1=22,12

9,81 ∙0,1

Fr1=497,869

β=v pv g1

β =11,4622,1

β=0,51

Pierderea de presiune în punctul 2:

p2=p1−(∆ p1 )1-2

p2=97446, 24−¿190,93

p2=97255,67N /m2

Determinarea greutății specifice și a vitezei gazului în punctul 2:

γg2=γg1 ∙p2

p1

γg2=12, 9 ∙97255,6797446,24

γg2=12,7N /m3

V g2=V g1 ∙p2

p1

V g2=22,1∙97255,6797446,24

V g2=21,8m /s

Calculul vitezei de regim a particulei solide în punctul 2:

(V g2−V s2

V P)2 −ƛz

¿

g ∙ D∙vs2

2

2−β=0

12

( 21,82−2 ∙21,8V s2+v s22

11,462 )− 0,0239,81 ∙0,1

∙vs2

2

2 −0,52 =0

vs2 =12,19

Pierderea de presiune la transpotul aerului curat prin cot:

∆ p2−3=ζ∙vg2 ∙γ g 2

2

2g

∆ p2−3 =0,50 ∙ 12,7 ∙21,82

2∙9,81

∆ p2−3 =12,11N /m2

Pierderea de presiune la transportul amestecului bifazic în zona cotului :

(∆ p1 )2-3=∆ p2−3 ∙ (1+K 1 ∙C )

(∆ p1 )2-3 =12,11(1+0,30 ∙8 )

(∆ p1 )2-3=41,174 N /m2

Viteza particulei solide la ieșirea din cot:

V S 3=V S 2∙ e−f ∙ ε

V S 3=12,9 ∙ e−0,42

V S 3=8,05m /s

Pierderea de presiune la reaccelerarea particulei solide :

(∆ p2)2-3=QGS¿¿¿

(∆ p2)2-3=64272,96(12,9−8,05)

3600 ∙9,81∙ 3,14 ∙0,14

(∆ p2)2-3=1124,42N /m2

Presiunea în punctul 3:

p3=p2 −(∆ p2)2-3

13

p3 =97255,67-1124,42

p3 =96131,25N /m2

Calculul greautății specifice și a vitezei în punctul 3:

γg3 =γg2 ∙p3

p2

γg3 =12,7∙96323,6897445,57

γg3 =12,5 N /m3

V g3 =V g2 ∙p3

p2

V g3 =21,8 ∙96323,6897445,57

V g3 =21,3m /s

Pierderea de presiune aparentă pentru aerul curat:

∆ p3− 4¿

=γg3 ∙ƛ∙vg3 ∙ L3−4

2

2 ∙ g ∙ D

∆ p3− 4¿

=12,5∙0,023∙ 41∙21,32

2 ∙9,81∙0,1

∆ p3− 4¿ =¿2717,04N /m2

Pierderea de presiune reală la curgerea aerului curat prin tronsonul 3-4:

∆ p3− 4=p3−√ p32−2 p3 ∙∆ p3−4

¿

∆ p3− 4=96131,25−√96131,252−2 ∙96131,25 ∙2717,104

∆ p3− 4=2783,03N /m2

Pierderea de presiune la deplasarea amestecului bifazic gaz-solid:

(∆ p1 )3-4=∆ p3− 4 ∙ (1+K1 ∙C )

(∆ p1 )3-4=2783,03∙ (1+0,30 ∙8 )

14

(∆ p1 )3-4=9462,302 N /m2

Pierderea totală de presiune:

∆ ptot=∆ pa+(∆ p1 )1-2+(∆ p1 )2-3 +(∆ p2)2-3+(∆ p1 )3-4

∆ ptot =3853,76 + 190,93+41,174+931,99+9462,302

∆ ptot =14672,546N /m2

Puterea utilajului(ventilator sau suflantă):

P=g ∙Q

g∆ ptotγ

η

P=9.81∙0,173 ∙ 14672,546

10330,490,7

P=3,44kW

15