Ventilatore centrifugo per trasporto pneumatico: guida alla scelta per mansione e materiale

Una linea di trasporto pneumatico per cemento, farina o pellet di plastica raramente si ferma all'alimentatore rotativo o al ciclone. Nella maggior parte dei casi, si ferma alla ventola. Quando la resistenza effettiva del sistema supera la pressione che la ventola può sviluppare, la velocità dell'aria scende al di sotto del punto di salazione, i solidi si depositano lungo i percorsi orizzontali dei tubi e la linea si intasa. La differenza tra una linea che funziona per mesi e una che necessita di pulizia settimanale è solitamente una decisione sulla selezione del ventilatore presa prima dell'installazione. La conclusione da trarre da qualsiasi progetto di trasporto pneumatico è semplice: scegliere il ventilatore centrifugo in base alla curva di resistenza reale del sistema, non a una tabella di pressione nominale.

Il ruolo di un ventilatore centrifugo in un sistema di trasporto pneumatico

Un ventilatore centrifugo non spinge il prodotto direttamente attraverso il tubo. Muove l'aria e l'aria trasporta il prodotto. Affinché funzioni in modo affidabile, la ventola deve fornire due cose nello stesso punto operativo: un flusso volumetrico sufficiente per mantenere la velocità di trasporto al di sopra della velocità di sedimentazione delle particelle e una pressione statica sufficiente per superare ogni resistenza tra il punto di alimentazione del materiale e il separatore finale. Se uno dei due valori è basso nel punto operativo effettivo, il sistema si intasa da qualche parte a valle del punto di alimentazione.

I ventilatori centrifughi sono adatti al trasporto pneumatico perché forniscono un flusso d'aria continuo e costante con un moderato aumento di pressione. Le loro curve di prestazione sono più ripide di quelle dei ventilatori volumetrici, il che significa che il flusso cambia notevolmente al variare della resistenza. Questa è la fonte di confusione più comune: una macchina volumetrica mantiene il flusso più o meno costante, mentre un ventilatore centrifugo segue la curva di resistenza dell'installazione. L'effetto pratico è che le tubazioni, il filtro e il ventilatore devono essere sviluppati come un unico sistema. Se hai bisogno di un promemoria su come i ventilatori centrifughi industriali gestiscono le relazioni tra flusso d'aria e pressione , vale la pena esaminarlo prima di correggere le specifiche.

Trasporto in fase diluita e in fase densa: due diversi compiti dei ventilatori

I sistemi di trasporto pneumatico sono suddivisi in funzionamento in fase diluita e in fase densa e le specifiche della ventola sono completamente diverse per ciascuno.

Trasporto in fase diluita

In fase diluita, il prodotto è sospeso nel flusso d'aria a velocità di trasporto comprese tra circa 15 e 30 m/s. Il rapporto di caricamento dei solidi è basso e la pressione della ventola richiesta è generalmente compresa tra 0,02 e 0,15 bar. La fase diluita è semplice, flessibile e adatta alle lunghe distanze. Il suo svantaggio è l'usura e il degrado delle particelle perché il prodotto urta le pareti dei tubi e si piega ad alta velocità.

Trasporto in fase densa

La fase densa sposta il materiale lungo il tubo a bassa velocità, spesso da 3 a 8 m/s, utilizzando una pressione più elevata all'ingresso della linea. Utilizza meno aria e produce meno usura e degrado, ma la pressione richiesta può facilmente superare 0,15 bar. La maggior parte dei sistemi in fase densa si basa su ventilatori o compressori volumetrici. Per distanze di trasporto brevi e capacità moderate, tuttavia, un ventilatore centrifugo ad alta pressione può comunque rappresentare una soluzione praticabile ed economica.

Come dimensionare un ventilatore centrifugo per il trasporto pneumatico

Il metodo corretto prevede tre passaggi: calcolare la resistenza, calcolare il flusso d'aria, quindi verificare la classe di potenza e pressione.

Inizia con la curva di resistenza del sistema

La perdita di pressione totale è costituita dalla cappa o filtro di aspirazione, dal tubo diritto, dalle curve, dal sollevamento verticale, dall'alimentatore rotativo, dal ciclone o ricevitore del filtro e dal filtro a maniche finale. Ciascuno di questi elementi contribuisce a una caduta di pressione misurabile sul flusso di progetto. In pratica, gli ingegneri spesso sottovalutano i gomiti e sovrastimano i tubi diritti. Un approccio più sicuro è calcolare la lunghezza equivalente della linea, aggiungere tutto e quindi verificare con i fornitori dei componenti. Aggiungere un margine di circa il 10% per l'incertezza, ma evitare un sovradimensionamento eccessivo poiché sposta il punto operativo in un'area meno efficiente della curva del ventilatore.

Converti la velocità di trasporto in flusso d'aria

La portata d'aria richiesta è il prodotto della velocità di trasporto scelta e dell'area della sezione trasversale del tubo. La velocità deve rimanere al di sopra del punto di salazione per il materiale specifico. Le polveri alimentari leggere possono trasportare a una velocità compresa tra 15 e 18 m/s; cemento e sabbia necessitano tipicamente di 20-25 m/s; i materiali più pesanti o più adesivi ne richiedono di più. Se specifichi la velocità in base all'esperienza piuttosto che ai dati materiali, accetti il ​​rischio di intasamento o usura non necessari. A guida alla selezione basata su capacità, pressione e comportamento del materiale è un riferimento pratico in questa fase.

Verificare la classe di pressione e la potenza del motore

Una volta note la portata e la pressione richieste, scegliere un ventilatore il cui punto di lavoro si trovi nella parte stabile della curva delle prestazioni. Il trasporto pneumatico solitamente sposta le specifiche verso ventilatori centrifughi a media o alta pressione. La potenza del motore deriva dalla portata volumetrica, dalla pressione e dall'efficienza della ventola, ma deve anche essere corretta in base alla densità dell'aria. Una ventola che gestisce l'aria di processo calda a 120 °C assorbirà più potenza all'avvio a freddo se il motore è dimensionato solo per la condizione calda. Chiedere al produttore di dichiarare la potenza all'albero sia nella condizione di progetto che in quella di avviamento.

Come il materiale trasportato modifica le specifiche della ventola

Le proprietà dei materiali influiscono non solo sul tubo e sull'alimentatore, ma anche sulla struttura del ventilatore. Tre gruppi di materiali meritano particolare attenzione.

Materiali abrasivi

Le ceneri volanti, la farina cruda di cemento, la sabbia e gli aggregati riciclati si muovono ad alta velocità ed erodono rapidamente le giranti. Per questi compiti, lo spessore della girante e dell'involucro, la forma delle pale e la disponibilità di protezioni antiusura determinano la durata di servizio. Un ventilatore standard a bassa pressione progettato per la ventilazione dell'aria pulita perderà prestazioni e bilanciamento molto prima che il progetto raggiunga il primo intervallo di manutenzione.

Materiali alimentari e agricoli

Farina, amido, zucchero, cereali e pellet di mangime creano una serie diversa di requisiti: superfici lisce, buona tenuta e geometria della girante che impedisce l'accumulo di prodotto. Le polveri alimentari richiedono inoltre una progettazione igienica e spesso un livello più elevato di tenuta alla polvere. A ventola trasporto polveri ad uso alimentare è costruito proprio per questo tipo di impiego, con dettagli costruttivi difficilmente replicabili adattando un generico ventilatore di ventilazione.

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Le linee di trasporto agricole, che trattano cereali, semi e mangime pellettato, solitamente combinano polvere abrasiva con umidità e materiale combustibile. Il gamma di ventilatori per trasporto pneumatico agricolo affronta queste condizioni con alloggiamenti rinforzati e guarnizioni che tengono lontana la polvere dai cuscinetti e dagli ambienti esterni.

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Polveri combustibili e polveri igieniche o tossiche

Farina, amido, polvere di alluminio e molti intermedi chimici formano nubi di polvere esplosive all'interno delle apparecchiature di trasporto. Nella maggior parte degli incidenti la ventola non è la fonte di accensione, ma può esserlo se la girante entra in contatto con l'involucro o se un cuscinetto si surriscalda. La struttura resistente alle scintille, le tenute dell'albero e un'adeguata messa a terra riducono il rischio. Per le polveri tossiche o molto fini, vale la pena discutere in anticipo una configurazione della ventola a perdite zero perché l'aggiunta successiva di guarnizioni è costosa e spesso compromette le prestazioni.

Cosa verificare prima di impegnarsi con un fan

Prima dell'acquisto, verificare i seguenti punti con il produttore del ventilatore:

• Richiedi la curva di prestazione effettiva, non solo un punto valutato. Il punto di lavoro deve trovarsi in un'area stabile della curva con un margine ragionevole per picchi o funzionamento instabile.
• Indicare il mezzo esatto: temperatura, densità, carico di polvere e se il flusso contiene umidità o componenti appiccicosi. Le correzioni della densità modificano sia la pressione che la potenza.
• Controllare la classe di pressione. Le attività di trasporto pneumatico rientrano comunemente negli intervalli di media e alta pressione e la progettazione meccanica della girante e dell'involucro cambia con il livello di pressione.
• Confermare la disposizione di tenuta dell'albero, il design del cuscinetto e l'accesso per la manutenzione. La polvere all'interno dell'alloggiamento dei cuscinetti è una delle principali cause di guasto prematuro della ventola.
• Se è prevista una trasmissione a velocità variabile, verificare che la ventola possa funzionare su tutta la gamma di frequenza senza passare attraverso una zona di risonanza meccanica o aerodinamica. A guida ai principi e alle specifiche di funzionamento dei ventilatori centrifughi ad alta pressione spiega i limiti che si applicano alle classi di pressione più elevate.

Errori comuni nella scelta dei ventilatori centrifughi per il trasporto pneumatico

I guasti osservati in loco si ripetono in tutti gli stabilimenti e nelle industrie. Quelli più frequenti sono elencati qui in modo che possano essere rilevati nella revisione del progetto:

• Selezione del ventilatore in base alla pressione massima di catalogo anziché in base al punto di funzionamento sulla curva dell'impianto.
• Trascurando le perdite di carico del filtro a maniche o del ciclone quando si dimensiona la linea; le apparecchiature di separazione spesso apportano una resistenza maggiore rispetto al tubo stesso.
• Utilizzando il calcolo della potenza per l'aria fredda mentre il ventilatore funziona contro il gas di processo caldo o viceversa.
• Aggiunta di margini di sicurezza eccessivi alla pressione e al flusso, che allontanano la ventola dalla sua massima efficienza e possono creare condizioni di picco a basso carico.
• Dimenticando che materiali collosi o igroscopici possono accumularsi sulle pale della girante, modificando gradualmente l’equilibrio e riducendo la portata erogata.
• Posa del tubo di trasporto con curve strette in prossimità della mandata del ventilatore; la ventola rileva immediatamente la resistenza extra e il punto di funzionamento diminuisce.

Un pratico takeaway

Se ricordi solo una cosa di questo articolo, fallo così: costruisci prima la curva di resistenza del sistema, quindi abbina ad essa la curva della ventola. Fallo prima di discutere del materiale della girante, del tipo di cuscinetto o della potenza del motore.

Inizia con il materiale, la distanza di trasporto, il percorso e l'attrezzatura di separazione. Convertirli nel flusso e nella pressione richiesti. Quindi scegli una ventola centrifuga che fornisca quel punto di lavoro con una velocità ragionevole, una posizione in curva stabile e un margine del motore realistico. Quando il progetto coinvolge materiali difficili, temperature elevate o polveri esplosive, coinvolgere tempestivamente il produttore dei ventilatori. Un ventilatore selezionato insieme alla disposizione del trasportatore funzionerà per anni; un fan aggiunto alla fine del progetto terrà occupata la squadra di manutenzione per tutti loro.