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Método de diseño para líneas de transporte neumático en fase densa

Cálculo de escalado a partir de pruebas piloto

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Resumen de la sección
1. Método y limitaciones
2. Procedimiento de cálculo de sistemas de transporte en fase densa a partir de resultados de planta piloto
3. Ejemplo de diseño de un sistema de transporte en fase densa
4. Herramienta Excel para cálculo en fase densa (escalado)
5. Métodos publicados para el diseño de transporte neumático en fase densa - Cálculo de pérdida de presión en fase densa

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1. Método y limitaciones

¿Cómo diseñar y dimensionar una línea de transporte neumático en fase densa?

Existen pocos métodos publicados para calcular sistemas de transporte neumático en fase densa pero la mayor parte del conocimiento en este campo permanece con proveedores especializados. De todos modos, si las líneas de transporte neumático en fase diluida pueden dimensionarse con bastante confianza gracias a modelos teóricos, esto es menos cierto para el transporte en fase densa, por lo que las pruebas en planta piloto se realizan casi siempre con el fin de diseñar una nueva instalación y para controlar / ajustar los resultados del modelo.

Figura 1: Sistema típico de transporte en fase densa

Los cálculos a continuación muestran cómo escalar - o reducir en algunos casos - los resultados de la planta piloto para diseñar una línea industrial, centrándose especialmente en los parámetros que deben mantenerse constantes.

2. Procedimiento de cálculo: diseño de transporte en fase densa a partir de resultados de planta piloto

Para obtener resultados de prueba significativos, se debe garantizar lo siguiente:

• La línea de prueba tiene una longitud de tubería similar, pero, más importante aún, un número similar de codos que la línea industrial La

• relación de carga de sólidos es similar a la planificada para la línea industrial La

• velocidad de arrastre y la velocidad al final de la línea se determinan y mantienen iguales tanto para la línea de prueba como para la línea industrial La carga de sólidos y la velocidad del aire son, por lo tanto, las constantes para el escalado.

El diámetro de la tubería y el flujo volumétrico de aire deben ajustarse en consecuencia. A partir de esto, la presión observada durante las pruebas debería ser la misma a nivel industrial si se respetan las constantes mencionadas; por lo tanto, el diámetro industrial de la tubería y el caudal industrial de aire pueden calcularse de la siguiente manera:

Diámetro de la tubería

El flujo másico por unidad de área transversal de la tubería se mantiene constante:

ṁ

_indus_/S_indus_{= ṁ} _piloto_/S_piloto_{El flujo de aire puede calcularse entonces mediante:}

Q

_aire_indus_N_{= S} _indus_{* u} _arrastre_{* ρ / ρ} _N_{en Nm} ³^/h

Donde:

ṁ_{_indus} = flujo másico del producto ESCALADO en kg/h
ṁ_{_piloto} = flujo másico del producto OBSERVADO en planta piloto en kg/h
S_{_indus} = sección de tubería ESCALADA en m^²
S_{_piloto} = sección de tubería UTILIZADA en planta piloto en m^²
D = diámetro de la tubería ESCALADO en m
d = diámetro de la tubería UTILIZADO en planta piloto en m
Q_{_aire_indus_N} = flujo de aire ESCALADO en Nm^³/h
u_recogida = velocidad del aire al inicio de la tubería OBSERVADA en la planta piloto, parámetro mantenido constante para el escalado
ρ = peso específico del aire al inicio de la tubería de transporte, calculado a partir de la presión OBSERVADA en la planta piloto y ASUMIDO constante a escala industrial, en kg/m³
ρ_N = peso específico del aire en condiciones normales, en kg/m³

3. Ejemplo de cálculo para el diseño de un sistema de transporte en fase densa

Ejemplo de dimensionamiento de una línea de transporte neumático en fase densa a partir de resultados de planta piloto

Se organiza una prueba para diseñar una línea industrial de transporte neumático en fase densa para un material sensible a la rotura. La línea industrial debe ser capaz de transportar 8 t/h, con una distribución de tubería de 50 m (incluyendo 15 m verticales) y 5 codos.

El diseño requiere conocer los siguientes datos:

Se realiza una prueba en planta piloto en una línea con diámetro de 60 mm. La distribución es de 50 m, con solo 5 m de elevación pero 5 codos. Las pruebas confirman la posibilidad de transportar el material en fase densa. Los resultados son los siguientes:

Se pueden realizar los siguientes cálculos:

• Q_aire = 67 * 1 / 2,2 = 30,5 m³/h
• U_recogida = 30,5 / (π * 0,06²/4) / 3600 = 3 m/s
• m_aire = 67 * 1,2 = 80 kg/h
• τ = 2000 / 80 = 25

El flujo de material y la relación de aire respecto a la sección de la tubería se conservan durante el escalado.
Para el ejemplo, D = (8000 / 2000 * 0,06²)^0,5 = 0,12 m
La velocidad de transporte del aire se conserva entre la prueba piloto y la instalación industrial, por lo que se puede calcular el flujo de aire:
Q_aire = U_recogida * S_indus = 3 * π * D² /4 = 122 m³/h a 1,2 bar manométricos
Esto equivale a 267 Nm³/h

Resumen

Téngase en cuenta que, al estar la línea industrial a mayor elevación que la instalación de prueba, el diseñador debe considerar una presión adicional generada por la columna de producto a elevar y ajustar los cálculos - no se detalla aquí.

4. Herramienta Excel para cálculo de fase densa (escalado)

Puede acceder al archivo Excel de cálculo aquí

Como se mencionó anteriormente, el transporte en fase densa es siempre un proceso delicado, y su diseño debe realizarse siempre con una empresa reconocida. El procedimiento anterior es solo para conocimiento general, con el fin de obtener una estimación aproximada del escalado, y no un diseño detallado.

Este procedimiento de escalado también puede aplicarse en fase diluida.

5. Métodos publicados para el diseño de transporte neumático en fase densa - Cálculo de la caída de presión en fase densa

Los métodos de cálculo para el diseño de sistemas de transporte en fase densa, que implican determinar la caída de presión en un sistema de transporte neumático en fase densa a partir de la distribución de tuberías, las propiedades del material y el caudal, suelen no estar detallados en los libros de manejo de sólidos a granel, con pocas excepciones, al menos según lo que ha podido leer el autor de este sitio web. Por lo tanto, resulta particularmente difícil para los ingenieros fuera de las empresas especializadas en estos sistemas realizar incluso diseños aproximados. Este párrafo intenta realizar una revisión bibliográfica de los métodos o investigaciones publicados sobre transporte neumático en fase densa que puedan interesar a los ingenieros que trabajan en este campo:

Autor(es)	Libro, título del artículo o tesis	Año	Descripción
Sprouse y Schuman	Alimentación en fase densa de carbón pulverizado en flujo de tapón uniforme (AICHE Journal)	1983	Específico para flujo continuo en fase densa (flujo de pistón)
Luis Sánchez, Néstor A. Vásquez, George E. Klinzing, Shrikant Dhodapkar,	Evaluación de modelos y correlaciones para la estimación de la caída de presión en transporte neumático en fase densa y un análisis experimental (Powder Technology)	2005	Revisa varios modelos; el modelo Mi es el que mejor se ajusta al conjunto de datos
Bo Mi	B. Mi, "Transporte neumático a baja velocidad de sólidos a granel"	1994	Propone un modelo para transporte en fase densa horizontal
Geldart y Ling	Transporte en fase densa de carbón fino a altas presiones totales (Powder Technology)	1990	Modelo para transporte en fase densa
G.E. Klinzing, F. Rizk, R. Marcus, L.S. Leung	Transporte neumático de sólidos: un enfoque teórico y práctico (Springer)	2010	Partes del libro abordan el transporte neumático de sólidos en fase densa
Mills	Guía de diseño para transporte neumático (Butterworths), página 421	2013	Mills aplica el método de "Transporte Universal" al transporte en fase densa, aunque estos sistemas son de capacidad y presión relativamente altas