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Rotura de polvos, atrición de partículas y desgaste de tuberías

¿Por qué se dañan los polvos en los sistemas de transporte neumático?

Cómo evitar la rotura de polvos y el desgaste de tuberías en líneas de transporte neumático

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Resumen de la sección
1. Definición
2. Cálculo
3. Cómo reducir la rotura del producto en el transporte neumático

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1. Definición

¿Qué es la rotura de polvos o la atrición de sólidos? ¿Qué es el desgaste de tuberías?

Cuando un sólido se transporta en un sistema de transporte neumático, es muy probable que algunas de sus propiedades físicas se vean afectadas. El problema más común observado industrialmente es la rotura del material, lo que modifica la distribución de tamaño de partículas (PSD, por sus siglas en inglés) del producto transportado. Generalmente, las partículas grandes se rompen al impactar contra la tubería de transporte, especialmente en los codos, donde el flujo de aire y producto debe cambiar de dirección. Debido a esta atrición, la PSD se desplazará hacia partículas más pequeñas y se generarán finos. A largo plazo, si los sólidos a granel transportados son bastante duros, la rotura del producto puede no ser la única observación. También puede ocurrir desgaste de tuberías, que es el daño en las tuberías, especialmente en los codos, ya que los materiales van extrayendo progresivamente pequeñas astillas de la superficie de la tubería.

2. Cálculo

¿Cómo estimar la rotura de un polvo?

La rotura del producto puede caracterizarse completamente midiendo la PSD del material antes y después del transporte. Esta PSD puede obtenerse simplemente mediante tamizado o mediante métodos más complejos y precisos, como la difracción láser. Sin embargo, a nivel industrial, una estimación muy rápida del impacto del transporte en el sólido puede realizarse midiendo la densidad aparente —apisonada— antes y después del transporte. Cuanto más aumente la densidad aparente, mayor será la rotura.

Donde:

- d1 = densidad aparente apisonada de sólidos ANTES del transporte (g/l)
- d2 = densidad aparente apisonada de sólidos DESPUÉS del transporte (g/l)
- Rotura en g/l (caracterización simplificada)

3. Cómo reducir la rotura de partículas en líneas de transporte neumático

No existe un valor típico de rotura ni puede calcularse *a priori*. Deben realizarse pruebas para estimarla. Ahora bien, la atrición está directamente relacionada con el impacto de los sólidos contra la tubería de transporte, por lo que puede reducirse y controlarse aplicando las siguientes medidas:

• Reducir lavelocidad de transporte. En el diseño, la velocidad de transporte debe minimizarse y confirmarse mediante pruebas en planta piloto. En instalaciones existentes, a menudo se observa que la velocidad de transporte está muy por encima de la óptima; en ese caso, si el soplante tiene un variador de frecuencia (VFD), es posible corregir progresivamente el caudal de aire, observando el comportamiento de la línea y encontrando un óptimo.

La velocidad de transporte es el factor clave que contribuye a la rotura de partículas y también al desgaste de tuberías. A menudo se utiliza la siguiente relación general para modelar la gravedad de la erosión en una tubería: [1]

Erosión = k·(velocidad de la partícula)ⁿ

Ecuación 2: estimación del desgaste de tuberías

*k* es una constante, mientras que *n* suele estar entre 2.2 y 2.8. Ahora, considere que puede reducir la velocidad de transporte en un 10%; entonces, 0.9 elevado a 2.2 dará una tasa de erosión reducida en un 20%. Por el contrario, si transporta un 25% más rápido que lo óptimo —lo cual es muy común—, el aumento de la erosión será... ¡del 63%! Por supuesto, reducir la erosión también disminuirá la rotura de partículas. Por lo tanto, transportar a la velocidad óptima es muy importante.

• Si es posible, cambie a transporte en fase densa, que ofrece velocidades de transporte de aire significativamente menores en comparación con la fase diluida.

• Reduzca el número de codos, especialmente en fase diluida. Los codos son los principales responsables de la rotura del producto, y cada codo que se evita ahorra daños al producto. En la etapa de diseño, a veces es mejor considerar un trazado de tubería ligeramente más largo pero con menos codos, en lugar de tener una tubería corta que rodee cada equipo.

• Cambie el tipo de codo. Para ciertas aplicaciones, pueden elegirse diseños específicos de codos que reducen la fuerza de impacto y, por lo tanto, la rotura. Los codos de radio largo son una solución, aunque no siempre la más eficiente, mientras que los diseños que crean una capa de producto en el codo —sobre la cual el producto impacta suavemente— suelen ser bastante eficaces.

También es importante señalar que la degradación de partículas a veces va acompañada de desgaste de tuberías, donde la tubería se daña debido al impacto de las partículas en los codos, especialmente.

Fuentes y otras referencias

[1] Documento técnico SHAPA 5, 2002