Transporte Pneumático
129
ANDERSON FRASSON DE FONTES 02.58036-5 ANDRÉ BARBIERI 02.58043-8 HENRIQUE CALOCA 01.57223-7 JÚLIO CÉSAR FINATELLI 02.58251-0 KILDER STABILE 02.58259-7 TRANSPORTE PNEUMÁTICO Trabalho de Graduação apresentado à Escola de Engenharia Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro de Controle e Automação. Área de concentração: Mecânica dos Fluidos Orientador: João Carlos Martins Coelho
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ANDERSON FRASSON DE FONTES 02.58036-5
ANDRÉ BARBIERI 02.58043-8
HENRIQUE CALOCA 01.57223-7
JÚLIO CÉSAR FINATELLI 02.58251-0
KILDER STABILE 02.58259-7
TRANSPORTE PNEUMÁTICO
Trabalho de Graduação apresentado à Escola de
Engenharia Mauá do Centro Universitário do
Instituto Mauá de Tecnologia como requisito parcial
para a obtenção do título de Engenheiro de
Controle e Automação.
Área de concentração: Mecânica dos Fluidos
Orientador: João Carlos Martins Coelho
SÃO CAETANO DO SUL
2007
ANDERSON FRASSON DE FONTES
ANDRÉ BARBIERI
HENRIQUE CALOCA
JÚLIO CÉSAR FINATELLI
KILDER STABILE
TRANSPORTE PNEUMÁTICO
Banca examinadora:
Professor João Carlos Martins Coelho
Orientador
Escola de Engenharia Mauá
Professor Mestre Ervaldo Garcia Junior
Escola de Engenharia Mauá
Professor Doutor Rubens Gedraite
Escola de Engenharia Maua
São Caetano do Sul, 12 de dezembro de 2007
1
AGRADECIMENTOS
Aos nossos familiares e amigos pelo apoio e incentivo à realização
deste trabalho.
2
“Aprende que com a mesma severidade com que julga você
será em algum momento condenado. Aprende que o tempo
não é algo que possa voltar para trás. E você aprende que
realmente pode suportar... que realmente é forte, e que pode ir
muito mais longe depois de pensar que não se pode mais. E
que realmente a vida tem valor e que você tem valor diante da
vida.”
William Shakespeare
3
RESUMO
Transporte pneumático é utilizado em processos que necessitam de uma movimentação de
material sólido entre dois pontos.
O estudo consiste na movimentação de rocha fosfática moída através de tubulação
utilizando o conceito de transporte pneumático em fase diluída.
O fluxo de ar é gerado por meio de um soprador que juntamente com a dosagem correta do
material faz com que as partículas fiquem em suspensão do ponto de início até a descarga
no silo de destino.
O equipamento responsável pela alimentação e dosagem do material é a válvula rotativa. Ao
final do transporte é necessário separar o material do ar, para isso utiliza-se um filtro de
mangas.
Foi desenvolvido um sistema supervisório para o controle lógico de todo o sistema de
transporte pneumático alertando sobre falhas no processo.
4
ABSTRACT
Pneumatic conveying is used on processes that need solid material transportation between
two points.
The study is based on the transportation of grinded phosphatic rock through pipe using the
concept of pneumatic conveying in diluted phase.
The air flow is generated by a blower that together with the correct dosage of the material
makes the particles be in suspension from the initial point until the final destination discharge
silo.
The equipment responsible for the alimentation and dosage of the material is the rotary
valve. In the end of the conveying pipe it is necessary separate the material from the air, for
this it is used filter bags.
A supervisory system was developed for the whole logic of the pneumatic conveying system
alerting about failures on the process.
5
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Concepção básica....................................................................................................13
Figura 2: Planta de um transportador pneumático..................................................................14
Figura 3: Transporte de fase densa........................................................................................15
Figura 4: Linha de transporte com vaso de pressão...............................................................16
Figura 5: Transporte de fase diluída.......................................................................................17
Figura 6: Transporte pneumático pressão positiva.................................................................19
Figura 7: Transporte pneumático por sucção..........................................................................19
Figura 8: Válvula rotativa.........................................................................................................20
Figura 9: A – Rotor tipo open-end; B – Rotor tipo closed-end................................................21
Figura 10: Válvula rotativa closed-end....................................................................................21
Figura 11: Filtros de mangas...................................................................................................23
Figura 12: Diagrama descritivo de funcionamento do filtro de mangas..................................24
Figura 13: Injetor com bico central..........................................................................................25
Figura 14: Principio de funcionamento filtros de mangas pulse-jet.........................................25
Figura 15: Filtro de mangas pulse-jet......................................................................................26
Figura 16: Filtro ciclone...........................................................................................................27
Figura 17: Válvula rotativa.......................................................................................................27
Figura 18: Sistema Venturi......................................................................................................28
Figura 19: Roscas Transportadoras........................................................................................28
Figura 20: Exemplos de rotor para ventiladores.....................................................................29
Figura 21: Ventilador multiestágios.........................................................................................30
Figura 22: Esquema de funcionamento de uma bomba de palhetas de um estágio..............31
Figura 23: Ação de um compressor de lóbulos rotativos........................................................31
Figura 24: Compressor de lóbulos rotativos............................................................................32
Figura 25: Exemplo de desgaste em um tubo.........................................................................33
Figura 26: Ação da força centrífuga........................................................................................33
Figura 27: Exemplos de curvas de raio longo.........................................................................34
Figura 28: Ângulo de deslizamento.........................................................................................35
Figura 29: Ângulos de talude em repouso e de escoamento: α = ângulo de repouso e β =
ângulo de escoamento............................................................................................................35
Figura 30: Sistema proposto...................................................................................................40
Figura 32: Fator de multiplicação............................................................................................68
Figura 33: Curvas características para seleção de soprador..................................................70
Figura 34: Diagrama esquemático do sistema de controle (supervisório)..............................80
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Comparação entre os sistemas de transporte pneumático.....................................17
Tabela 2: Dados técnicos gerais.............................................................................................42
Tabela 3: Características do material......................................................................................42
Tabela 4: Características do equipamento..............................................................................43
Tabela 5: Teste de granulometria...........................................................................................46
Tabela 6: Massas específicas e pesos específicos do ar e da água......................................47
Tabela 7: Capacidade volumétrica da válvula rotativa............................................................49
Tabela 8: Velocidade do ar para diferentes materiais.............................................................51
Tabela 9: Comprimento equivalente para curvas....................................................................53
Tabela 10: Tabela de rugosidades médias.............................................................................55
Tabela 11: Eficiência para cada tipo de soprador...................................................................57
Tabela 12: Capacidade volumétrica da válvula rotativa..........................................................58
7
SIMBOLOGIA
%ench = percentual do grau de enchimento recomendado para válvula rotativa
considerado em função do material
A = fator devido ao tipo de material para o cálculo da taxa filtrante
Área = área do diâmetro da tubulação (m2)
B = fator devido ao tipo de equipamento o qual o material foi submetido para o
cálculo da taxa filtrante
C = fator devido ao efeito da temperatura o qual o material foi submetido para o
cálculo da taxa filtrante
cp = calor específico do ar a pressão constante (kJ/kg K)
cp_mat = calor específico do material a pressão constante (kJ/kg K)
Cvr = volume de material por rotação da válvula rotativa (m3/rot)
Cvr% = volume de material necessário por rotação da válvula rotativa considerando
o percentual de grau de enchimento das palhetas rotativas (m3/rot)
Ø = diâmetro da tubulação do transportador (mm)
D = fator devido à granulometria do material transportado para o cálculo da taxa
filtrante
Dp = granulometria do sólido (mm)
dr = densidade relativa da rocha fosfática à água (adimensional)
E = fator devido à quantidade de grãos do material por volume de ar
transportado para o cálculo da taxa filtrante
f = fator de atrito
g = aceleração da gravidade (m/s2)
= peso específico do ar (N/m3)
hL = perda de carga (m)
hL1-2 = perda de carga no trecho 1-2 (m)
hL2-3 = perda de carga no trecho 2-3 (m)
= fator de multiplicação para correção de pressão no trecho 2-3, devido à
mistura de ar+material (adimensional)
Le = comprimento equivalente total
Leconex = comprimento equivalente que representa as conexões (m)
Letconex = comprimento equivalente total representando todas as conexões (m)
Lh = comprimento total de tubulação na horizontal (m)
L1-2 = comprimento equivalente do soprador à válvula rotativa (m)
Lt = comprimento geométrico total de tubulação
8
Lv = comprimento total de tubulação na vertical (m)
= vazão mássica do ar (kg/s)
= vazão mássica do material (kg/s)
Mar bruto = massa do béquer mais material ao ar utilizada no cálculo de densidade
aparente
Mar liq = massa líquida do material ao ar utilizado no cálculo de densidade aparente
MH2O bruto = massa do béquer mais líquido padrão utilizada no cálculo de densidade
aparente
MH2O liq = massa líquida do líquido padrão utilizada no cálculo de densidade aparente
MG ar liq = massa líquida do material ao ar, utilizada no cálculo de granulometria, retida
em cada peneira e numerada de acordo com as mesmas
MGar bruto = massa do béquer mais material ao ar utilizada no cálculo de granulometria,
sendo a massa bruta retida em cada peneira e numerada de acordo com as
mesmas
MGar liq total = massa líquida inicial utilizada no cálculo de granulometria
MGinicial ar bruto = massa do béquer mais material ao ar utilizada no cálculo de granulometria,
sendo a massa inicial utilizada no ensaio
= eficiência do soprador
P1 = pressão manométrica na seção da tubulação do trecho 1 (Pa)
P2 = pressão manométrica na seção da tubulação do trecho 2 (Pa)
Qar = vazão volumétrica de ar necessária para o transporte (m3/s)
Qar final = vazão do ar final (m3/s)
Qmat = vazão mássica de material necessária para o sistema (kg/h)
Qvr = vazão volumétrica de material necessária para válvula rotativa (m3/h)
R = raio de curvatura médio da curva (mm)
Re = número de Reynolds (adimensional)
TF = taxa filtrante (m3/min/m2)
= temperatura inicial do ar (°C)
= temperatura inicial do material (°C)
= temperatura final do ar (°C)
= temperatura final do material (°C)
Tamb = temperatura ambiente (°C)
Uf = velocidade de ar final necessária para o transporte (m/s)
Uh = velocidade de ar requerida para transportar o sólido na horizontal (m/s)
Ui = velocidade de ar inicial necessária para o transporte (m/s)
9
Ut = velocidade de ar necessária para o transporte (m/s)
Uv = velocidade de ar requerida para transportar o sólido na vertical (m/s)
a = viscosidade cinemática (m2/s)
W = potência do soprador (W)
X = relação de sólidos em massa no transporte (kg de sólidos/kg de ar)
Xk = relação de sólidos em unidades inglesas para determinação do fator de
multiplicação para correção da variação de pressão, devido à mistura de ar
mais material (ft3/lb)
z1 = altura na seção da tubulação no trecho 1 (m)
z2 = altura na seção da tubulação no trecho 2 (m)
α = fator de correção da energia cinética
α1 = fator de correção da energia cinética na seção da tubulação do trecho 1
α2 = fator de correção da energia cinética na seção da tubulação do trecho 2
ΔP = variação de pressão do sistema (Pa)
ΔPfiltro = variação de pressão do filtro de mangas (Pa)
ε = rugosidade relativa (adimensional)
ρ = massa específica aparente do sólido (kg/m3)
ρ H2O = massa específica da água (kg/m3)
ω = velocidade rotação da válvula rotativa (rpm)
10
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES........................................................................................................5
LISTA DE TABELAS.................................................................................................................6
1 OBJETIVO.......................................................................................................................13
2 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE TRANSPORTE PNEUMÁTICO..........................14
2.1.1 TRANSPORTE PNEUMÁTICO DE FASE DENSA.............................................15
2.1.2 TRANSPORTE PNEUMÁTICO FASE DILUÍDA.................................................16
2.2 DESCRIÇÃO GERAL..............................................................................................17
2.3 PRINCIPAIS COMPONENTES...............................................................................20
2.3.1 VÁLVULA ROTATIVA..........................................................................................20
2.3.2 FILTRO................................................................................................................22
2.3.3 COLETOR CICLONE..........................................................................................26
2.3.4 ALIMENTADORES..............................................................................................27
2.3.5 SOPRADOR........................................................................................................28
2.3.6 CIRCUITO DE TRANSPORTE............................................................................32
2.4 CARACTERÍSTICAS DOS PRODUTOS TRANSPORTADOS...............................34
2.4.1 DENSIDADE RELATIVA E DIMENSÃO DA PARTÍCULA..................................34
2.4.2 ÂNGULO DE DESLIZAMENTO E ÂNGULO DE REPOUSO..............................34
2.4.3 ABRASIVIDADE DO PRODUTO.........................................................................35
2.4.4 MATERIAIS HIGROSCÓPICOS..........................................................................36
2.4.5 MATERIAL EXPLOSIVO.....................................................................................36
2.4.6 PRODUTO TÓXICO OU CORROSIVO...............................................................37
2.4.7 PONTO DE FUSÃO.............................................................................................37
2.4.8 ÍNDICE DE UMIDADE.........................................................................................37
2.4.9 ELETRICIDADE ESTÁTICA................................................................................37
2.4.10 OUTROS PROBLEMAS..................................................................................37
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................38
3.1 TRANSPORTE PNEUMÁTICO...............................................................................38
3.2 CARACTERÍSTICAS..............................................................................................39
4 SISTEMA PROPOSTO...................................................................................................40
5 METODOLOGIA..........................................................................................................41
6 PROJETO BÁSICO.........................................................................................................41
6.1 INFORMAÇÕES PRELIMINARES..........................................................................42
6.2 DETERMINAÇÃO DA GRANULOMETRIA.............................................................44
6.2.1 PROCEDIMENTO DE ENSAIO...........................................................................45
6.2.2 RESULTADOS DO ENSAIO DE GRANULOMETRIA.........................................46
11
6.3 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE.....................................47
6.3.1 PROCEDIMENTO DE ENSAIO...........................................................................47
6.4 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA..................................................48
6.5 AVALIAÇÃO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR......................................................50
6.6 VELOCIDADE DE TRANSPORTE.........................................................................50
6.7 DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO E COMPRIMENTO EQUIVALENTE......................52
6.8 VAZÃO VOLUMÉTRICA DE AR E CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDO.....................53
6.9 PERDA DE CARGA E VARIAÇÃO DE PRESSÃO.................................................54
6.10 POTÊNCIA DO SOPRADOR..................................................................................57
6.11 ESCOLHA DA VÁLVULA ROTATIVA.....................................................................58
6.12 CÁLCULO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR..........................................................61
6.13 DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO EQUIVALENTE......................................61
6.14 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE AR DE TRANSPORTE.........................61
6.15 DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE AR DE TRANSPORTE....................................63
6.16 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE MISTURA NO TRANSPORTE......63
6.17 DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA E VARIAÇÃO DE PRESSÃO.............64
6.18 DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR..............................................69
6.19 DETERMINAÇÃO DA ÁREA FILTRANTE DO TECIDO PARA O FILTRO DE
MANGAS............................................................................................................................72
7 DESCRIÇÃO E ESPECIFICAÇÕES...............................................................................76
7.1 SISTEMA DE CONTROLE.....................................................................................76
7.1.1 SISTEMA EM OPERAÇÃO AUTOMÁTICA........................................................76
7.1.2 SISTEMA EM OPERAÇÃO MANUAL.................................................................78
7.1.3 SISTEMA EM MANUTENÇÃO............................................................................79
7.1.4 EMERGÊNCIA.....................................................................................................79
7.2 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO SISTEMA DE CONTROLE...............................80
7.3 SELEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS........................................................................81
7.3.1 CLP......................................................................................................................81
7.3.2 IHM......................................................................................................................82
7.3.3 INVERSOR DE FREQUÊNCIA...........................................................................82
7.3.4 BOTÕES (LIGA / DESLIGA / EMERGÊNCIA)....................................................83
7.3.5 SENSOR CAPACITIVO (NÍVEL).........................................................................83
7.3.6 PRESSOSTATO..................................................................................................83
7.3.7 PROTOCOLOS DE REDE..................................................................................84
8 CONCLUSÃO..................................................................................................................85
9 REFERÊNCIAS...............................................................................................................86
ANEXO 1 – GUIA PARA DETERMINAÇÃO DA TAXA FILTRANTE......................................88
12
ANEXO 2 – TABELA DE PESO ESPECÍFICO E CALOR ESPECÍFICO A PRESSÃO
CONSTANTE..........................................................................................................................89
ANEXO 3 – TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES.......................................................90
13
1 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é desenvolver o projeto básico de um sistema de transporte
pneumático com baixa perda de pressão e alta velocidade, ou seja, desenvolver um projeto
básico no qual seja aplicado o conceito de transporte pneumático de fase diluída. Foi
selecionado como material base para o desenvolvimento deste trabalho a “rocha fosfática
moída”.
Pretende-se transportar 25 t/h deste material utilizando-se um sistema devidamente
instrumentado e com sistema de controle adequado.
O material foi escolhido de forma a atender uma proposta de projeto de um sistema real.
Um ponto bastante importante é que como a rocha fosfática moída é um material muito
utilizado para a fabricação de fertilizantes, este trabalho resultará em subsídio para a
realização de outros projetos similares.
Na figura 1 apresenta-se o diagrama esquemático do sistema de transporte pneumático a
ser projetado.
Figura 1: Concepção básica.
Fonte: http://www.dynamicair.com/systems.html (05/10/2007)
14
2 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE TRANSPORTE PNEUMÁTICO
O primeiro a usar ar no manuseio de materiais fluidizados foi Sturtevant, que em 1866
começou os experimentos primários na remoção do pó em operações de moagem,
polimento, etc. A empresa BF Sturtevant Company, desenvolveu o transportador pneumático
para materiais leves como serragem, papel e algodão, os quais não são abrasivos e podiam
passar através do ventilador.
Hoje em dia o transporte pneumático é utilizado em várias aplicações de armazenagem e
transporte, sendo utilizado para transporte de materiais a granel em fábricas e armazéns; de
armazéns para alimentadores e movimentação de materiais em áreas de carga e descarga
de ferrovias e portos; para descarregamento de trens e navios; descarregamento
pressurizado de contêineres; para controle e seleção de materiais em silos e para muitas
outras finalidades similares. Uma grande variedade de materiais secos e em pó é
transportada com sucesso pneumaticamente, como: cimento, carvão em pó, grãos, alumina,
apatita, cinzas, algodão, carvão moído, serragem e muitos outros produtos.
Transportadores pneumáticos promovem o transporte a granel de materiais por meio de uma
corrente de ar em movimento através de um duto. O princípio de operação é comum em
todos os tipos de instalações de movimentação pneumática.
A figura 2 mostra o esquema de uma planta de transporte pneumático.
Figura 2: Planta de um transportador pneumático.
Fonte: http://www.nol-tec.com/products-services/diagram.asp (25/10/07)
15
Transportadores pneumáticos de diferentes formas são usados para transportar cargas de
várias dimensões. A capacidade e principais características dos transportadores
pneumáticos variam dentro de um largo limite. Certos tipos têm a capacidade de transportar
até 300 t/h por um simples tubo. Uma planta sem transferência intermediária pode levar
material até 1,8 km de distância e a 100 m de altura. O transporte pneumático de materiais
por corrente de ar tem um número significativo de vantagens, algumas são: o material é
transportado confinado dentro de um tubo, evitando perdas, isso é especialmente
interessante para materiais leves e finamente divididos; economia de espaço e fácil
transporte para várias direções; facilidade de manutenção da planta devido a poucas partes
móveis; fácil automação do processo.
A seleção de um sistema pneumático de transporte depende de um bom conhecimento dos
tipos disponíveis, suas vantagens e aplicações.
Pode-se dividir o transporte pneumático em duas categorias:
transporte pneumático de fase densa no qual as partículas sólidas não são
completamente suspensas utilizando alta pressão e baixa velocidade de transporte;
transporte pneumático fase diluída usando grandes vazões de ar a alta velocidade,
desta forma mantendo as partículas completamente suspensas.
2.1.1 TRANSPORTE PNEUMÁTICO DE FASE DENSA
O transporte de fase densa é caracterizado pela sua baixa necessidade de ar. Já que, neste
caso, uma quantia mínima de ar é adicionada ao processo para movimentar a partícula
(figura 03).
Figura 3: Transporte de fase densa.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-TransportePneumatico1.htm (25/10/07)
16
Para toda aplicação da fase densa do transporte pneumático, o material é comumente
introduzido em uma linha de transporte por uma válvula dosadora ou vaso de pressão (figura
04). O ar em alta pressão é então aplicado, forçando o material para o interior da linha de
transporte. Isso resulta em baixa velocidade de operação, reduzindo a degradação do
produto e desgaste de componentes.
Figura 4: Linha de transporte com vaso de pressão.
Fonte: Unit Operations Handbook V.2 pg 614
2.1.2 TRANSPORTE PNEUMÁTICO FASE DILUÍDA
O transporte de fase diluída utiliza fluxo de ar de alta velocidade (fonte de alta pressão ou
vácuo) para carregar material por uma linha de transporte em estado de suspensão (figura
05). É caracterizado por velocidades de ar altas (aproximadamente 40 m/s), baixas
concentrações de sólidos (massasólidos/massaar < 15) e baixas quedas de pressão por unidade
de comprimento de linha de transporte.
É limitado a pequenas extensões, ao transporte contínuo de sólidos a taxas menores do que
30 t/h e é o único sistema capaz de operar sob pressão manométrica negativa. Sob
condições de fluxo diluído as partículas sólidas se comportam como individuais
completamente suspensas no fluido, e as forças de interação fluido-partícula dominam.
17
Figura 5: Transporte de fase diluída.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-TransportePneumatico1.htm (25/10/07)
Tabela 1: Comparação entre os sistemas de transporte pneumático
Característica de comparação
Densa Diluída
O produto para os quais os sistemas melhor se aplicam
Pó ou granulados - abrasivos, frágeis, misturados por bateladas
(minimiza a segregação), pesados, higroscópicos.
Pó ou granulados - Não abrasivos, não frágeis, de baixa
densidade.
Velocidade de transporte
Baixa de 0,1 a 2 m/s, utilizando-se vaso de pressão.
Alta acima de 23 m/s utilizando-se sopradores tipo Roots ou
sopradores centrífugos
Relação Pressão e vazão de ar
Pressões relativamente altas (acima de 103 kPa) e baixa vazão
de ar
Pressões baixas inferior a 103 kPa e alta vazão de ar
Vazão de material transportado
Mais alto comparado aos outros sistemas
Mais baixo comparado aos outros sistemas
Desgaste de equipamento
Baixo índice de desgaste de tubulação e diminuição de
desgaste nas curvas devido à baixa velocidade de transporte
Alto índice de desgaste de tubulação e altíssimo índice de desgaste nas curvas devido a alta velocidade de transporte
Custo de implantação Mais alto comparado aos outros sistemas
Mais baixo comparado aos outros sistemas
18
Custo de manutenção Mais baixo comparado aos outros sistemas
Mais alto comparado aos outros sistemas
Fonte: http://www.powder.com.br/equipamentos (22/10/2007)
2.2 DESCRIÇÃO GERAL
Os transportadores pneumáticos podem ser classificados em função do método segundo o
qual é criada a corrente de ar na tubulação de transporte.
sucção;
pressão;
sucção e pressão.
Nos transportadores que operam por sucção o material é transportado em ar rarefeito, nos
de pressão a corrente de transporte é ar comprimido; os que combinam os dois tipos
consistem em duas seções, uma operando em vácuo parcial e outra com ar comprimido.
Nos transportadores pressurizados a densidade do ar e a pressão possuem valores
elevados. Estes tipos são mais eficientes com materiais de menor fluidez e para transportes
a longas distâncias. Estes transportadores são usados principalmente para manusear
materiais em pó densos e empelotados, grãos são geralmente manuseados por sucção ou,
algumas vezes, pela combinação de sistemas de sucção e pressão.
No sistema por sucção o material é introduzido no tubo através de um bocal de sucção, o
material também pode entrar no sistema com pressão abaixo da atmosférica através de uma
câmara de alimentação ou um alimentador de rosca.
Separadores especiais com coletores de pó conectados em série, são usados, nos operados
por sucção e pressão, para separar o material do ar. Plantas de movimentação pneumática e
seus alimentadores podem ser fixos, móveis (montados sobre trilhos, caminhões, trailers, ou
unidades remoto auto-operadas) ou ser suspensas por guindastes de várias formas.
19
As figuras 6 e 7 mostram os principais tipos de transportadores pneumáticos em fase diluída.
Figura 6: Transporte pneumático pressão positiva.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-Transporte3.htm (22/10/2007)
Figura 7: Transporte pneumático por sucção.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-Transporte3.htm (22/10/2007)
20
2.3 PRINCIPAIS COMPONENTES
2.3.1 VÁLVULA ROTATIVA
Válvula rotativa é um componente importante de qualquer sistema de transporte pneumático
(figura 08) que necessite dela, porque o sistema não irá funcionar a menos que a válvula
opere adequadamente. Os materiais de construção mais comuns são: ferro fundido, aço
carbono e alumínio.
Figura 8: Válvula rotativa.
Fonte: http://www.powder.com.br/equipamentos/pneumaticos/valvularotativa/index.htm (24/10/07)
A válvula rotativa mais popular é a tipo drop-through, com a entrada localizada no topo e a
saída na parte inferior da válvula. O rotor pode ser do tipo open-end onde as palhetas são
fixas diretamente no eixo ou do tipo closed-end onde as palhetas são fixas em um disco
(figura 09).
21
Figura 9: A – Rotor tipo open-end; B – Rotor tipo closed-end.
Fonte: http://www.polimak.com/PolEnAirlock.htm (16/11/2007)
Rotores tipo open-end são mais econômicos, mas possuem desvantagens devido a
desgastes no alojamento do rotor e com isso o produto pode ficar preso entre o final das
palhetas e o alojamento. Rotor tipo closed-end possui todas as palhetas presas juntas e
suportadas por um escudo. Isso elimina o desgaste no alojamento devido ao fato das placas
não entrarem em contato com o produto.
Quando um rotor closed-end (figura10) é usado em sistema de pressão manométrica
negativa com vácuo no topo da válvula e pressão ambiente na parte inferior um sistema de
sangria de ar pode minimizar desgaste no alojamento. O selo no eixo pode ser removido e
“plugues” para sangria podem ser abertos para a atmosfera, então o ar flui através da
válvula para a atmosfera. Este ar “lava” a área do alojamento com isso eliminando desgaste.
Se a parte superior da válvula não possuir esta “sangria”, o vazamento de ar flui para baixo
da válvula podendo assim transportar produto e poeira, causando desgaste no alojamento.
Figura 10: Válvula rotativa closed-end.
A B
22
Fonte: http://www.pelletroncorp.com/Data/Rotary_GRM_English.pdf (16/11/2007)
Para um alimentador tipo gravidade puro, sem pressão diferencial através da válvula rotativa
o deslocamento do material é dado em m3/h, com cerca de 10 a 15% (MCKETTA, 1993) de
reserva para discrepâncias na densidade. Usualmente essas válvulas necessitam de
ventilação porque somente o ar movimentado é expelido do rotor com o produto.
Devido às folgas existentes na válvula pode ocorrer vazamento de ar da saída para a
entrada da mesma. Quando a válvula alimentar um sistema com pressão positiva, o
vazamento de ar mais o ar deslocado para o silo de alimentação deve ser captado e filtrado
para ser lançado no meio ambiente, isto pode exigir um sistema elaborado para coleta de
poeira. Outra opção de processo é instalar uma linha de ventilação interligando o silo de
alimentação (que já possui sistema de filtragem) ao silo de estocagem para equalização das
pressões e filtragem do ar proveniente do silo de estocagem.
O sopro de ar reduz a eficiência volumétrica da válvula retardando o enchimento da linha
devido ao fato de provocar redução na densidade relativa do material.
A rotação de operação da válvula deve ser calculada para que permita o máximo
deslocamento volumétrico e o bom fluxo do produto transportado dentro das palhetas. Altas
rotações reduzem o fluxo do produto através da válvula por não permitirem um tempo de
exposição do produto ao rotor necessário para o pleno enchimento das palhetas. O intervalo
normal de velocidade é de 10 a 30 rotações por minuto, dependendo do tamanho da válvula
(MCKETTA, 1993). Quanto maior a válvula, menor será a velocidade.
2.3.2 FILTRO
Este equipamento é destinado à remoção de partículas existentes em um fluxo de ar, ele
permite alta eficiência para uma ampla faixa de tamanhos de partículas transportadas (figura
11). O seu princípio básico de funcionamento consiste na separação granulométrica, ou seja,
o fluxo de ar carregado de partículas é forçado através de um meio poroso, onde estas são
separadas do ar.
Diversas são as classificações para os filtros, podendo ser baseadas no tipo de material
filtrante, em sua forma de arranjo ou no tipo de mecanismo de limpeza.
Os filtros mangas são os filtros de mais ampla aplicação no transporte pneumático. O
elemento filtrante básico geralmente é constituído por uma manga em pano de seção
circular, vestida em uma armação metálica que assegura o estiramento do tecido. Cada
manga, fechada na parte baixa da extremidade, inclui em seu orifício superior o sistema de
limpeza que é constituído por um injetor alimentado com ar.
As mangas são confeccionadas com tecidos naturais, lã ou algodão, e com tecidos
sintéticos. Considerando-se, dentre outros fatores, a temperatura de operação havendo
23
tecidos para temperaturas de até 200°C (DA SILVA, 2005). Caso seja necessária a
aplicação em temperaturas superiores há tecidos especiais em fibra de vidro.
Este tipo de filtro também pode ser usado em receptor para fazer a reintrodução de poeiras
no produto transportado. A sua aplicação depende da quantidade de ar com poeiras a tratar,
das características físicas das partículas, da concentração da mistura, do meio filtrante e da
velocidade de filtragem adotada.
Figura 11: Filtros de mangas.
Fonte: http://www.powder.com.br/equipamentos/pneumaticos/filtrodemangas (05/11/2007)
O fluido a ser filtrado, é forçado a passar pelas mangas filtrantes, e desta forma, os
particulados ficam retidos e os gases já limpos, passam para a câmara através dos Venturi e
daí para o ventilador de sucção (figura 12).
Durante a filtração, o particulado coletado pelas mangas, produz uma redução de sua
porosidade e, portanto, faz-se necessária a sua limpeza.
24
Figura 12: Diagrama descritivo de funcionamento do filtro de mangas.
Fonte: http://www.deltaducon.com.br/produtos/_filtrosdemangas.html (16/11/2007)
Existem diversos tipos de processos de limpeza das mangas sendo o mais utilizado a
limpeza por ar comprimido.
O processo consiste em inflar as mangas por meio de pulsos de ar comprimido. São
geralmente equipados com programador eletrônico responsável pelo controle de limpeza das
mangas, possuindo regulagem para a freqüência dos pulsos de ar (1 a 60 segundos) e a
duração dos mesmos (1/20 a 1 segundo). Este controlador irá energizar periodicamente
fileiras de válvulas solenóides, permitindo assim a passagem de jato de ar comprimido no
interior das mangas.
Para o processo de limpeza é utilizado um tubo injetor de ar comprimido e um tubo Venturi
para cada manga, posicionado no centro desta (figura 13). Quando em operação normal, os
gases filtrados saem da manga através do Venturi, em direção a exaustão, entretanto
quando ar comprimido é liberado sob a forma de um jato (ar primário), ar secundário limpo é
aspirado, e um fluxo de ar reverso composto pelo ar primário e pelo ar secundário é
introduzido na manga. É no Venturi que ocorre a mistura do ar primário e secundário,
deixando o Venturi em alta velocidade e com um aumento de pressão em relação à pressão
interna do filtro (figura 13).
25
1. Vazão de ar primário2. Vazão de ar secundário3. Distribuição de velocidades4. Tubo de mistura
Figura 13: Injetor com bico central.
Fonte: http://www.intensiv-filter.com.br/arquivos/Artigo%20Sistema%20de%20Limpeza.pdf
(16/11/2007)
Este jato produz um aumento de pressão no interior da manga que a expande, provocando
uma flexão no tecido que fratura a lâmina de pó, desprendendo-a da parte externa das
mangas (figuras 14 e 15).
Figura 14: Principio de funcionamento filtros de mangas pulse-jet.
Fonte: http:// www.kemac.net/Bagfilterdustcollectors.html (16/11/2007)
26
Figura 15: Filtro de mangas pulse-jet.
Fonte: http://www.imapa.com.br/fm_pjet.htm (19/10/2007)
2.3.3 COLETOR CICLONE
O princípio de funcionamento do coletor ciclone está baseado na separação de sólidos de
um fluxo de ar por meio de efeito centrífugo (figura 16).
O produto transportado pelo sistema que será constituído de ar e materiais particulados, ao
entrar no coletor será forçado a realizar um movimento em “espiral”, surgindo assim o
aparecimento de forças centrífugas atuando sobre as partículas em suspensão no ar,
forçando-as contra a parede do corpo do filtro.
A desaceleração ocorrida devido à aproximação destas partículas à parede do filtro provoca
a sua queda do material para a base do filtro, podendo assim ser coletados.
27
Figura 16: Filtro ciclone.
Fonte: http://www.deltaducon.com.br/produtos/_ciclones.html (16/11/2007)
2.3.4 ALIMENTADORES
Os sólidos a processar ou transportar devem ser retirados de depósitos e alimentados em
vazão constante no processo onde vão ser utilizados. Devido a isso a seleção do
alimentador pode ser considerada um dos elementos mais importantes na elaboração do
sistema de transporte devido aos diferentes tipos existentes.
Válvulas rotativas são as mais comumente usadas, sendo aplicadas para sistemas com
pressão positiva e negativa por fornecerem um fluxo de alimentação controlável (figura 17).
Figura 17: Válvula rotativa.
Fonte: www.foxvalve.com/conveying_eductors/index.html (16/11/2007)
28
Para sólidos firmemente unidos, a melhor escolha é um sistema Venturi que não possui
partes móveis (figura 18).
Figura 18: Sistema Venturi.
Fonte: www.foxvalve.com/conveying_eductors/index.html (16/11/2007)
Roscas transportadoras podem operar com pressões acima de 250.000 Pa e são
utilizadas em sistemas de pressão positiva ou pressão negativa (figura 19). Esses
alimentadores são amplamente utilizados para manipulação de cinzas.
Figura 19: Roscas Transportadoras.
Fonte: www.tecmolin.com.br/site/produtos.htm (16/11/2007)
2.3.5 SOPRADOR
Para o transporte horizontal e vertical de fase diluída é necessário operar a baixas
velocidades de modo a minimizar a perda de pressão do escoamento, reduzir o atrito e os
custos decorrentes deste efeito.
29
O soprador pode fornecer ao sistema grandes vazões de ar. Um adequado
dimensionamento do soprador evita a condição de entupimento da linha, nesta condição o
sistema fica cheio com sólidos e só pode ser reiniciado pela drenagem da linha.
Os tópicos a seguir exemplificam os principais tipos de equipamentos que podem ser
utilizados como sopradores provendo a vazão de ar necessária ao processo.
2.3.5.1 VENTILADORES CENTRÍFUGOS
Neste tipo de equipamento, o rotor aspira o ar e o descarrega através do bocal de descarga,
seguindo uma trajetória em espiral. O eixo de descarga é perpendicular ao eixo de
aspiração. Como o fluxo de ar atravessa o ventilador, usa-se o rotor de palhetas inclinadas
para trás que propicia um melhor rendimento. Se o ar estiver contaminado por poeiras, ou se
o produto atravessar o ventilador deve-se utilizar um rotor aberto com palhetas radiais.
Nessa situação o rendimento do ventilador ficará entre 50 e 70% (DA SILVA, 2005).
Rotor radial fechado Rotor Radial aberto com disco
Rotor radial aberto Pás curvadas para trás
Figura 20: Exemplos de rotor para ventiladores.
Fonte: http://aeromecanicadarma.com.br/ventilacao.htm (07/11/2007)
2.3.5.2 VENTILADORES MULTIESTÁGIOS
Com o intuito de se obter pressões mais elevadas do que as obtidas nos ventiladores
centrífugos, podem-se usar ventiladores em série ou ventiladores com rotor em multiestágios
(figura 21).
30
Figura 21: Ventilador multiestágios.
Fonte: http://www.nei.com.br/lancamentos/verLancamento.aspx?id=6655 (07/11/2007)
Esses equipamentos são utilizados comumente em instalações de descarga de barcaças e
navios ou em limpezas com alto vácuo. Porém, como a vazão varia com a carga
instantânea, torna-se necessário equipar a instalação com um regulador para limitar
variações de vazão de ar e por conseqüência a variação da potência absorvida.
2.3.5.3 COMPRESSOR DE PALHETAS
Este sistema é constituído de um estator cilíndrico que recebe um rotor excêntrico e
ranhurado. Cada ranhura é provida de uma palheta deslizante que é forçada contra a parede
do estator por molas ou pela força "centrífuga" causada pelo movimento de rotação do rotor.
Na figura 22 é ilustrado seu funcionamento. Quando a palheta A passa pelo orifício de
entrada de ar, a câmara a ser evacuada é colocada em contato com o volume limitado pelo
estator, e no selo superior, também no rotor e na própria palheta. Este volume de ar irá
aumentar conforme ocorre o avanço da palheta, isso produzirá uma queda de pressão na
câmara, queda esta que irá continuar até que a palheta B avance até entrada, quando então
o ar existente neste volume é isolado entre as duas palhetas. Conforme a rotação continua,
o ar existente passa a ser comprimido pela palheta B, até que atinja pressão suficiente para
abrir a válvula de saída sendo assim descarregado para a atmosfera. Como as palhetas
atuam seqüencialmente, em uma rotação, um volume de ar igual ao dobro do mostrado na
figura 22b será retirado da câmara.
31
Figura 22: Esquema de funcionamento de uma bomba de palhetas de um estágio.
Fonte: http://webbif.ifi.unicamp.br/apostilas/f640/Cap6.pdf, Figura 6.6 (07/10/2007)
Os contatos das palhetas e do rotor com o estator podem formar três câmaras separadas
(figura 22 d) que contém ar em diferentes pressões, e devem, portanto ser estanques.
2.3.5.4 COMPRESSOR DE LÓBULOS ROTATIVOS
Esse equipamento, que também é conhecido como soprador Roots, tem ampla utilização no
transporte pneumático, é constituído tipicamente de dois rotores simétricos em forma de 8
conjugados por engrenagens e girando em sentido inverso, movimento este sendo realizado
em um invólucro (figura 23).
Figura 23: Ação de um compressor de lóbulos rotativos.
Fonte: http://webbif.ifi.unicamp.br/apostilas/f640/Cap6.pdf, Figura 6.10 (07/10/2007)
32
O funcionamento do compressor ocorre sem lubrificação dos lóbulos, nem resfriamento do
corpo. Com isso o ar está isento de óleo, entretanto é necessário considerar as folgas
mínimas que existem entre os lóbulos e entre cada um deles e a carcaça.
Figura 24: Compressor de lóbulos rotativos
Fonte: www.fem.unicamp.br/~em672/SisFlu_01.doc (16/11/2007)
2.3.6 CIRCUITO DE TRANSPORTE
2.3.6.1 TUBULAÇÃO
Deve-se escolher o diâmetro da tubulação para que seja possível, manter em todo o trajeto
do transporte a velocidade necessária para deslocamento do produto.
O circuito é feito com tubo em aço com costura para usos gerais. Quando a natureza do
produto exige, deve-se usar tubulação em aço inoxidável ou em liga de alumínio. Se o
produto não é abrasivo, para transportes em baixas concentrações, podem ser fabricados
em chapas de aço carbono calandradas e soldadas.
Em todos os casos, o circuito deve ser perfeitamente estanque e as seções diferentes de
tubulação devem ser alinhadas perfeitamente para evitar todo e qualquer ressalto interno. O
acoplamento entre elas deve ser conseguido por meio de flanges soldadas e parafusos, com
uso de juntas de estanqueidade, gaxetas, juntas de dilatação ou outros acessórios
desenvolvidos para esse fim.
33
2.3.6.2 MUDANCAS DE DIREÇÃO – CURVAS
A aplicação de curvas dificulta o desenvolvimento do projeto de sistemas de transporte
pneumático de fase diluída, pois ela aumenta a queda de pressão no circuito, e também são
pontos propícios a erosão, abrasão e atrito durante a passagem das partículas. A figura 25
mostra o desgaste causado em um tubo transportando pneumaticamente uma fase diluída.
Figura 25: Exemplo de desgaste em um tubo.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-Transporte2.htm (07/10/2007)
Partículas sólidas em suspensão em tubos horizontais, ou verticais retos, tendem a tocar a
superfície das curvas devido à força centrífuga (figura 26). Em virtude deste fato, a
velocidade das partículas é reduzida e são, então, re-arrastadas e re-aceleradas resultando
em quedas de pressão elevadas.
O comprimento de tubo reto necessário, antes dos sólidos atingirem novamente a sua
velocidade de estado estacionário, pode ser considerável.
Figura 26: Ação da força centrífuga.
34
Para transporte de produtos pouco abrasivos, na maioria dos casos, utilizam-se curvas em
aço carbono ou fabricadas a partir de tubos sem costura. Usualmente adota-se o raio de
curvatura mínimo igual a 2,5 Ø, sendo Ø o diâmetro da tubulação.
Também são utilizadas curvas obtidas pela conformação a quente de tubos obtendo-se
curvas com grande raio de curvatura em média de 5 a 10 Ø, em aço carbono comercial, aço
inoxidável ou liga de alumínio.
Quando o produto exige reforços nas curvas, devido à abrasão, são fundidas ligas especiais,
com calotas removíveis para facilitar a troca e a manutenção.
Figura 27: Exemplos de curvas de raio longo.
Fonte: http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Educ-Transporte2.htm (07/10/2007)
2.4 CARACTERÍSTICAS DOS PRODUTOS TRANSPORTADOS
2.4.1 DENSIDADE RELATIVA E DIMENSÃO DA PARTÍCULA
Estas características do produto devem ser conhecidas para que seja determinada a
velocidade de transporte. Também são necessárias para o dimensionamento das válvulas
rotativas e dispositivos de alimentação.
A densidade relativa do material deve ser determinada em seu estado natural sem haver
compactação.
2.4.2 ÂNGULO DE DESLIZAMENTO E ÂNGULO DE REPOUSO
Pode-se caracterizar a atitude de um produto quanto ao escoamento utilizando três ângulos
principais:
35
Ângulo de deslizamento é necessário para determinar o coeficiente de fricção, o qual é
usado no cálculo da resistência do material que flui através das linhas (figura 28).
Figura 28: Ângulo de deslizamento.
Fonte: Silva, Deodoro Ribeiro da, Transporte pneumático: tecnologia, projetos e aplicações na
indústria e nos serviços, p.19, 2005.
Ângulo de repouso é o ângulo que o produto forma com o horizonte quando derramado em
uma pilha; é uma indicação da fluidez do produto. Geralmente um ângulo de menor que 30°
propicia uma excelente fluidez. Um ângulo entre 30° e 45° propicia ao produto uma boa
fluidez, porem ângulos acima de 45° diminui a fluidez do produto na linha (figura 29).
Ângulo de escoamento é determinado com a horizontal, gerando o monte cônico formado
pelo produto, o qual ocorre o seu escoamento para baixo (figura 29).
Figura 29: Ângulos de talude em repouso e de escoamento: α = ângulo de repouso e β = ângulo de
escoamento.
Fonte: Silva, Deodoro Ribeiro da, Transporte pneumático: tecnologia, projetos e aplicações na
indústria e nos serviços, p.19, 2005.
2.4.3 ABRASIVIDADE DO PRODUTO
Materiais que possuem pouca abrasividade em seu estado natural tornam-se extremamente
abrasivo em um sistema de ar devido ao efeito do atrito.
Ângulo de deslizamento
36
Devido a isto, placas especiais de desgaste são colocadas em pontos de choque. Curvas
com peças substituíveis são necessários e algumas vezes uma cobertura de borracha
natural é usada. Curvas especiais de liga de níquel podem ser adequadas dependendo da
abrasividade do material transportado. Essas curvas são disponíveis em segmentos de 15° e
somente os segmentos danificados são substituídos. Válvulas rotativas são danificadas após
cerca de 300 horas de operação quando transportando cimento; areia pode danificar uma
válvula rotativa após a descarga de um vagão de trem do mesmo material (MCKETTA,
1993).
Para quantificar a resistência que um material oferece ao atrito é utilizada a escala de dureza
de Mohs, escala esta criada por Friedrich Mohs em 1812 que utiliza 10 minerais de
diferentes durezas atribuiu a estes valores de 1 a 10. O valor 1 foi dado ao talco e o valor 10
foi dado ao diamante que é a substância mais dura encontrada na natureza.
1 - talco;
2 - gesso;
3 - calcita;
4 - fluorita;
5 - apatita;
6 - feldspato;
7 - quartzo;
8 - topázio;
9 - safira;
10 - diamante.
2.4.4 MATERIAIS HIGROSCÓPICOS
Para esses materiais é desejável condicionamento do ar para sistemas de médio porte. Em
circuitos fechados, se previne uma mistura úmida devido ao fato de que o ar utilizado para o
transporte é reciclado e somente ar tratado é fornecido. Para este caso sem equipamento de
condicionamento, o material retira a umidade do ar devido ao fato do ar estar em contato
direto com o material e recircular no circuito.
2.4.5 MATERIAL EXPLOSIVO
Quando ocorre este caso, um circuito fechado com sistema de gás inerte é requerido ou um
sistema de ventilação deve ser usado.
37
2.4.6 PRODUTO TÓXICO OU CORROSIVO
Para produtos tóxicos é normalmente utilizado um sistema de pressão negativa para se
assegurar que não ocorra vazamento do produto. Substâncias corrosivas requerem o
mesmo procedimento.
2.4.7 PONTO DE FUSÃO
O ponto de fusão do produto é muito importante. Pode ser necessário o resfriamento do ar
na saída do soprador para evitar a fusão do produto. Em algumas situações, grande massa
do produto pode receber energia por calor do ar com um incremento pequeno em sua
temperatura.
2.4.8 ÍNDICE DE UMIDADE
Dependendo do processo, o produto transportado pode ser secado durante o transporte.
Neste caso, trocadores de calor ou equipamentos de ar condicionado necessitam ser
instalados no sistema de transporte.
2.4.9 ELETRICIDADE ESTÁTICA
Quando os produtos apresentarem alta eletricidade estática, o sistema de transporte deve
ser aterrado. A umidade deve ser controlada e/ou equipamentos especiais para eliminação
da eletricidade estática devem ser usados.
2.4.10 OUTROS PROBLEMAS
Produtos que contem mais que 10% de gordura ou óleo podem criar problemas com
acúmulo em curvas e com o separador ciclone. Força centrífuga e o aquecimento gerado
pelo atrito causam a separação da gordura nestes equipamentos. Isto, em alguns em casos,
pode ser minimizado pelo aumento do raio da curva. A adição de energia por calor nestas
regiões poderá também ajudar. Uma curva flexível agitada periodicamente ajuda a livrar o
acúmulo. Lavagem com água quente ou vapor pode também ser necessária.
Materiais com forte odor são tratados comumente da mesma forma que produtos tóxicos ou
corrosivos. Spray desodorante pode ser requerido se o ar do sistema de transporte é
eliminado para a atmosfera.
Impurezas no produto podem modificar completamente as suas características. Alguns
materiais que normalmente não são abrasivos podem se tornar devido às impurezas.
38
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Esta revisão bibliográfica consta de duas secções. A secção 3.1 trata do histórico e
possibilidades de aplicação do transporte pneumático. A secção 3.2 apresenta algumas
características do sistema.
3.1 Transporte pneumático
O transporte pneumático é usado em todos os setores industriais, onde se manuseiam
materiais particulados (pós, granulados, etc.), ou setores de envase (latas, caixas, etc.),
sendo aplicado em indústrias químicas, metalúrgicas, fábricas de cimento, produção e
transformação de materiais plásticos, indústrias de papel, indústrias gráficas, indústrias
alimentícias, etc.
É aplicável aos materiais que se apresentam sob a forma de granulados ou pulverulentos,
para os produtos fibrosos. Esta modalidade de transporte permite realizar um conjunto de
operações de manuseio de produtos em quantidades que podem variar de algumas
centenas de quilogramas para várias dezenas de toneladas por hora, em circuitos que
podem alcançar várias centenas de metros. (DA SILVA, 2005, p.11 e 12)
O transporte pneumático vem sido amplamente utilizado em diversas aplicações industriais
para a movimentação de diversos tipos de materiais.
O conceito de utilização não é recente, conforme Klinzing (1997) o primeiro registro de um
transporte pneumático através de tubulação data de 1866.
A primeira aplicação em larga escala do transporte pneumático foi o transporte a vácuo de
grãos no final do século 19. Por volta dos anos de 1920, transporte pneumático utilizando
pressão positiva e negativa eram comuns. Desde então o uso de transporte pneumático
cresceu e se estendeu abrangendo uma grande variedade de partículas sólidas. Uma
pesquisa realizada pela British Hydrodynamics Research Association mostrou que entre
1971 e 1977 na Inglaterra, o uso de transporte pneumático cresceu em magnitude e que
entre 1977 e 1978 obteve um crescimento de 50% nas vendas de equipamentos.
(KLINZING, 1997, p.1)
Segundo Gomide (1983), fluidização é a melhor e mais moderna técnica à disposição da
engenharia para efetuar o contato eficiente entre sólidos e fluidos, daí a sua importância
como operação unitária.
39
3.2 Características
Segundo Klinzing (1997), transporte pneumático envolve o movimento de partículas
confinadas em um espaço. Para começar a entender esta forma de transporte é necessária
uma análise detalhada do comportamento de uma simples partícula.
O modo de funcionamento do escoamento na tubulação varia de acordo com a
concentração média de material na tubulação e a velocidade do ar aplicada.
Conforme (DA SILVA) podem-se distinguir quatro modos de funcionamento diferentes:
funcionamento em fase diluída;
funcionamento em fase densa;
funcionamento em fase densa descontínua;
funcionamento a altas concentração e pressão.
Segundo Gomide (1983) o projeto de um transportador pneumático requer a especificação
da capacidade de transporte, da densidade e granulometria do sólido e do layout do sistema
de transporte mostrando todas as curvas, válvulas e equipamentos de coleta. Os parâmetros
calculados são: o diâmetro do transportador, a vazão do gás de transporte, a perda de carga
total do sistema e a potência do ventilador ou soprador.
A distância de transporte pode variar desde alguns poucos metros até longas distâncias,
situação para a qual são particularmente recomendados. A granulometria varia desde pó até
grãos. A densidade do sólido pode variar desde 15 kg/m3 até 3 t/ m3. A aplicação típica é
para materiais finos que em outros tipos de transportadores seria perdido por arraste, e para
longas distâncias (Gomide, 1983).
40
4 SISTEMA PROPOSTO
O diagrama esquemático abaixo (figura 30) representa o sistema de transporte de fase
diluída proposto que opera transportando rocha fosfática moída (25 t/h) através de
deslocamento de ar fornecido por um soprador de lóbulos. Para alimentação e dosagem do
sistema de transporte há uma válvula de esfera que efetua o bloqueio do material no caso
de manutenção e em série há uma válvula rotativa, interligadas através de um layout de
tubulação específico da planta. É instalado um filtro de mangas para garantir a emissão de
ar limpo para a atmosfera e o direcionamento do material transportado para o sistema de
dosagem da planta.
Figura 30: Sistema proposto.
Fonte: http://www.dynamicair.com/systems.html (05/10/2007)
41
5 METODOLOGIA
O projeto básico foi desenvolvido em quatro grandes etapas descritas abaixo:
estudo do material a ser transportado, bem como a determinação das suas
propriedades físicas;
dimensionamento dos equipamentos;
definição da instrumentação; e
desenvolvimento do sistema de controle e automação.
6 PROJETO BÁSICO
O projeto de um sistema de transporte de fase diluída envolve o estudo do material a ser
transportado (granulometria e massa específica aparente), a determinação de vazão
volumétrica de ar e da velocidade de ar necessária para transporte, o dimensionamento de
componentes do sistema como a válvula rotativa responsável por descarregar o material na
tubulação de transporte de acordo com a vazão mássica de material solicitada, o cálculo da
potência necessária para que o soprador seja capaz de fornecer ar com velocidade e
pressão suficientes para carregar o material até o ponto desejado e, finalmente, o filtro de
mangas para evitar que sólidos em suspensão cheguem a poluir o meio ambiente. Para
tanto são necessários os seguintes dados de entrada:
definição do sólido a ser transportado;
sua massa específica aparente;
sua granulometria;
vazão mássica de material a ser transportado;
concepção do sistema de transporte (incluindo todas as curvas, válvulas e
equipamentos de coleta).
42
6.1 INFORMAÇÕES PRELIMINARES
Apresenta-se a seguir um conjunto de informações referentes ao produto a ser transportado
e à concepção do sistema de transporte.
Na tabela 2 são mostrados dados técnicos gerais do material a ser transportado (rocha
fosfática) e na tabela 3 são apresentadas algumas de suas características. A tabela 4
apresenta as características do equipamento utilizado para transporte no trabalho.
Tabela 2: Dados técnicos gerais fornecidos pela empresa que manuseia e extrai o material.
Dados técnicos gerais
Material Rocha fosfática
Vazão (t/h) 25
Massa específica aparente (t/m³) 1,57
Granulometria 90% abaixo de 43m
Umidade 0,5% máx.
Temperatura (°C) 40 máx.
Tabela 3: Características do material.
Características do material a ser transportado
Abrasividade Média
Corrosividade Não
Higroscópica Não
Explosividade Não
Toxicidade Não
Fluidez Boa
Para abrasividade considera-se o diamante possuindo um alto fator de abrasividade e o talco
como possuindo um baixo fator, portanto, pressupõe-se um nível médio da abrasividade do
produto estudado.
Para fluidez considera-se o talco possuindo um alto fator de fluidez e o dióxido de titânio
como possuindo um baixo fator, portanto, assume-se como um nível bom a fluidez do
produto estudado.
i
e
43
Tabela 4: Características do equipamento de acordo com layout da planta.
Características do equipamento
Distância de transporte horizontal - 20 metros + vertical - 30 metros
Número de curvas 04 x 90º
Material alimentado a partir de Silo
Material descarregado em Silo
Material de construção Aço carbono
LAYOUT PROPOSTO
a. Sistema de aeração: auxilia a descarga de produto do silo de alimentação. O
sistema de aeração é acionado pelo sistema de automação da planta.
a, b, c, d
h
g
f
Figura 31: Croqui do sistema
44
b. Válvula giratória tipo tambor: bloqueia a alimentação da linha para manutenção
geral ou parada de linha por um longo período.
c. Tubulação em aço carbono entre a válvula giratória à válvula rotativa: conexão
necessária para interligação das duas válvulas.
d. Válvula rotativa: alimentação da linha de transporte pneumático e vedação entre a
tubulação e o silo de alimentação.
e. Conjunto de tubulação e acessórios: trecho de ar limpo entre soprador e válvula
rotativa.
f. Conjunto de tubulação e acessórios: trecho de transporte: interligação entre o silo
de alimentação e o filtro de mangas.
g. Sensores de nível tipo capacitivo: emitem os sinais para silo cheio ou vazio,
garantindo o intertravamento da automação. Instalados nos silos de alimentação e
descarga, tanto para nível alto quanto para nível baixo.
h. Filtro de mangas: equipamento responsável pela separação de ar+material; garante
a liberação de ar limpo à atmosfera (de acordo com a legislação vigente) e a
descarga de material para o silo de recebimento.
i. Soprador: equipamento que transfere energia cinética suficiente para transportar o
material através de ar forçado.
j. Painel elétrico: equipamento responsável pelo controle e intertravamento da planta.
6.2 DETERMINAÇÃO DA GRANULOMETRIA
Uma amostra do material a ser transportado foi analisada determinando-se a sua
granulometria por método de ensaio baseado na norma NBR-7181.
Este método fixa o modo pelo qual se determina a curva granulométrica da rocha fosfática
moída por peneiramento (característica base para o cálculo do transporte), realizado com um
conjunto de peneiras com diferentes aberturas.
A distribuição granulométrica de um material é quantificada pela relação entre a massa do
material retido em cada peneira e a massa do total do material testado.
Para realizar o ensaio utilizou-se a seguinte aparelhagem:
a) balança com capacidade máxima de 5.000 g, com precisão de 0,1 g;
b) béqueres de vidro para coletar a massa líquida do material ao ar antes de começar o
teste, bem como a massa do material retido em cada peneira;
c) jogo de peneiras (#50, #100, #200, #250, #400 MESH), fundo (recipiente para conter
produto < # MESH400) e tampa;
d) peneirador granulométrico para classificação através de vibração.
45
6.2.1 PROCEDIMENTO DE ENSAIO
O procedimento adotado foi o seguinte:
a) coletar as massas dos béqueres vazios;
b) coletar a massa do béquer + material ao ar, obtendo o valor MGar inicial bruto
(aproximadamente 0,350 kg);
c) coletar a massa do béquer + material ao ar, obtendo o valor MGar bruto de material
retido em cada peneira, incluindo o material retido no fundo do peneirador;
d) determinar, por diferença algébrica, a massa líquida do material ao ar, obtendo o
valor MGar liq para cada peneira e do fundo devidamente numeradas;
e) determinar, por diferença algébrica, a massa líquida do material ao ar, obtendo o
valor MGar liq total para a quantidade selecionada par estudo;
f) determinar, por razão algébrica (MGar liq / MGar liq total) o valor percentual da
granulometria Dp;
g) após a obtenção das razões acima mencionadas, definir o maior percentual retido
para utilizá-los no dimensionamento do transporte pneumático.
46
6.2.2 RESULTADOS DO ENSAIO DE GRANULOMETRIA
Na tabela 5 apresentam os resultados obtidos.
Tabela 5: Teste de granulometria.
47
6.3 DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA APARENTE
Para determinação da massa específica aparente adotou-se o método de ensaio baseado
na norma NBR-6922.
Este método de ensaio fixa o modo pelo qual se determina a massa específica aparente da
rocha fosfática moída (característica base para o cálculo do transporte).
A definição para massa específica aparente de um material é simplesmente a relação entre
a massa do material ao ar (material alocado em um recipiente, completando todo o volume
do mesmo, porém, para tal, não há utilização de nenhuma força externa, com exceção da
força gravitacional) e a massa do líquido padrão. Neste teste, foi utilizado como líquido
padrão a água (H2O), pois de acordo com a tabela 6 sua massa específica ρH2O é 998,2
kg/m3, este valor simplifica os cálculos.
Tabela 6: Massas específicas e pesos específicos do ar e da água nas condições normais (101.325 Pa e 20º C)
Fluido
Massa específica
ρ
(kg/m3)
Peso específico
(N/m3)
Viscosidade
cinemática
(m2/s)
Ar 1,20 12,1 1,51x10-5
Água 998 9,81 1,007x10-6
Fonte: Mecânica dos Fluidos, Merle C. Potter e David C. Wiggert, tabela 1,4 da p. 11, tabela
B.1 da p. 633 e tabela B.2 da p. 636
Para realizar este ensaio foi utilizada a seguinte aparelhagem:
a) balança com capacidade máxima de 5.000 g, com precisão de 0,1 g;
b) béqueres de vidro para coletar a massa líquida do material ao ar e do líquido padrão.
6.3.1 PROCEDIMENTO DE ENSAIO
O procedimento de ensaio adotado foi o seguinte:
a) coletar as massas dos béqueres vazios;
b) coletar a massa do béquer + material ao ar, obtendo o valor Mar bruto (garantir béquer
com 100% de enchimento);
48
c) coletar a massa do béquer + líquido padrão, obtendo o valor MH2O bruto (garantir
béquer com 100% de enchimento);
d) determinar, por diferença algébrica, a massa líquida do material ao ar, obtendo o
valor Mar liq;
e) determinar, por diferença algébrica, a massa líquida do líquido padrão, obtendo o
valor MH2O liq;
f) determinar, por razão algébrica (M ar liq / M H2O liq) o valor da densidade aparente dr.
Portanto, a densidade aparente é determinada numericamente por:
(1)
Onde: M ar liq é a massa líquida do material ao ar utilizada no cálculo de densidade aparente
em kg, M H2O liq é a massa líquida do líquido padrão utilizada no cálculo de densidade
aparente em kg e d é a densidade aparente determinada pela razão entre M ar liq e M H2O liq .
Na medição realizada, obteve-se:
A massa específica aparente do sólido é dada por:
(2)
Onde: ρ é a massa específica aparente do sólido em kg/ m3.
6.4 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA
O dimensionamento da válvula rotativa é realizado com base na vazão mássica de material
do sistema, na massa específica aparente do sólido a ser transportado e no percentual de
grau de enchimento das palhetas rotativas (dependendo de cada material).
O fornecedor de válvula rotativa indica qual é a capacidade volumétrica de material / rotação
que a mesma consegue fornecer ao sistema considerando 100% de enchimento das
palhetas rotativas, vide exemplo na tabela 7.
49
Tabela 7: Capacidade volumétrica da válvula rotativa.
MODELO CAPACIDADE VOLUMÉTRICA / ROTAÇÃO (100% ENCHIMENTO)
HP-1/8 2,83 dm³/rot
HP-1/4 6,80 dm³/rot
HP-1/2 15,86 dm³/rot
HP-1 28,32 dm³/rot
HP-2 54,66 dm³/rot
Fonte: Data sheet da Powder Processos e Equipamentos Ltda.
Deve-se calcular a vazão volumétrica de material necessária em função da vazão mássica
de material a ser transportada pelo sistema e da sua massa específica aparente:
(3)
Onde: Qvr é vazão volumétrica de material necessária aplicável na válvula rotativa em m3/h e
Qmat é vazão mássica de material necessária aplicável ao sistema em kg/h.
Após, calcula-se a capacidade volumétrica por rotação de material que a válvula rotativa
pode fornecer de acordo com o percentual (%) de grau de enchimento das palhetas rotativas
determinado em função da aplicação da válvula rotativa.
(4)
Onde: Cvr é o volume de material por rotação da válvula rotativa em m3/rot e Cvr% é o volume
de material necessário por rotação da válvula rotativa considerando o percentual de
enchimento das palhetas rotativas em m3/rot.
Finalmente pode-se encontrar a velocidade de rotação da válvula rotativa e verificar se ela
está dentro dos limites de operação normal de trabalho indicada pelo fornecedor que é de 10
a 30 rpm.
(5)
50
Onde: ω é rotação válvula rotativa em rotação por minuto, Qvr é a vazão volumétrica de
material necessária da válvula rotativa em m3/rot e Cvr% é o volume de material necessário
por rotação da válvula rotativa considerando o percentual de enchimento das palhetas
rotativas em m3/rot.
6.5 AVALIAÇÃO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR
Os cálculos têm como objetivo principal a determinação da velocidade de transporte, das
vazões e potência necessária do soprador. A seqüência de cálculos é descrita abaixo.
6.6 VELOCIDADE DE TRANSPORTE
A velocidade de transporte é fator importantíssimo no cálculo da potência do soprador.
Pode-se utilizar de expressões que normalmente fornecem a velocidade U em função da
massa específica aparente ρ, realizar testes para determinação da velocidade ou usufruir de
dados fornecidos de tabelas de fornecedores consolidados no mercado, que trazem dados
experimentais. Veja abaixo a expressão (6) de DALLA VALLE.
(0,15 ≤ ρ ≤ 2 t/m3) (6)
DALLA VALLE apresenta expressões que levam em conta a massa específica aparente ρ e
o diâmetro das partículas Dp (variando entre 1 e 5 mm), sendo que a velocidade U é dada
em m/s.
51
A tabela 8 fornece valores típicos para diferentes materiais, contudo vale a pena informar
que estas não levam em consideração o diâmetro das partículas Dp.
Tabela 8: Velocidade do ar para diferentes materiais.
Material U (m/s)
Algodão 22,9
Areia 35,6
Areia de jato 20,3
Borracha em pó 22,9
Café em grãos 17,8
Calcário moído 25,4
Carvão fino 20,3
Cereais em grãos 28,4
Cimento 35,6
Cortiça 15,2
Lã 20,3
Papel 25,4
Poeiras metálicas 9,1
Pó de chumbo 22,4
Pós de fundição 22,9
Raspas de metal 25,4
Serragem seca 15,2
Trigo 29,5
Fonte: Operações Unitárias Vol. 1, R. Gomide p. 170
As velocidades calculadas pela expressão (6) e as velocidades mencionadas na tabela 8 são
utilizadas para o dimensionamento do transporte pneumático, contudo vale ressaltar que em
casos de diâmetro de partículas muito pequenos (<< 1 mm) o uso da equação (6) não é
recomendado já que resultam em valores de velocidade muito altos comparados com
valores empíricos utilizados por fornecedores de sistemas pneumáticos. Nestes casos, são
necessárias novas considerações para determinar a velocidade de ar necessária para o
transporte pneumático, para isso recorre-se a dados empíricos indicados por fornecedores
e / ou laboratórios que usufruem de plantas piloto que permitem ensaios para determinação
desta incógnita.
52
Dentre a bibliografia estudada e a experiência trocada com alguns fornecedores de sistemas
pneumáticos os valores necessários de velocidade U para o transporte pneumático
normalmente variam entre 15 a 40 m/s.
No transporte horizontal e vertical de fase diluída é desejável operar à velocidade mais baixa
possível de modo a minimizar a perda de pressão por atrito, reduzir o atrito e os custos
decorrentes. Para um tamanho de tubo particular, a velocidade de fluxo pulsante (velocidade
necessária na horizontal para manter os sólidos "saltitando" em suspensão) sempre é mais
alta que a velocidade de afogamento (velocidade necessária para manter os sólidos em
suspensão na vertical da tubulação).
A velocidade de transporte somente pode ser validada após ensaios na movimentação do
material em questão, visto que além da massa específica aparente do sólido é necessário
verificar o grau de umidade do material, que se relaciona com o agarramento do mesmo nas
partes internas da tubulação e pode prejudicar completamente a movimentação dos grãos
causando até o entupimento do sistema.
6.7 DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO E COMPRIMENTO EQUIVALENTE
Admite-se inicialmente um diâmetro interno Ø para a tubulação de transporte e que pareça
adequado para a capacidade do sistema. Se os cálculos posteriores vierem a demonstrar
que o valor escolhido não foi satisfatório, outro poderá ser adotado e os cálculos deverão ser
repetidos.
Calcula-se o comprimento equivalente total do sistema, que é a soma do comprimento total
geométrico do transportador com os comprimentos equivalentes às curvas e demais
conexões. Estes últimos dependem do diâmetro da tubulação escolhida. Alguns valores são
apresentados na tabela 9. Segundo a prática recomendada, os valores já foram
multiplicados por dois por tratar de sólidos em suspensão. A utilização do raio de curvatura
(GOMIDE, 1983), contudo também é encontrado em algumas literaturas a sugestão
da utilização de raio de curvatura (SILVA, 2005).
53
Tabela 9: Comprimento equivalente para curvas.
Ø (mm)Leconex = comprimento equivalente para curvas (m)
R = 2Ø R = 3Ø
50 1,4 1,4
100 2,6 2,6
125 3,6 3,0
150 4,4 3,6
175 5,4 4,4
200 6,2 5,0
250 8,6 6,6
300 10,4 8,6
400 14,0 12,0
Fonte: Operações Unitárias Vol. 1, R. Gomide p. 171
6.8 VAZÃO VOLUMÉTRICA DE AR E CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDO
A vazão volumétrica de ar necessária para o transporte pneumático é determinada pela
seguinte expressão:
(7)
Onde: Qar é a vazão volumétrica de ar necessária para o transporte m3/s e Area é a área
interna da seção do diâmetro da tubulação em m2.
Segue cálculo para a área da tubulação:
(8)
Onde: Área é o cálculo da seção do diâmetro da tubulação em m2, e R é o raio interno da
tubulação em m;
Para determinar a concentração de sólidos em massa na mistura que está sendo
transportada, X, utiliza-se a equação (9); se esta relação resultar maior que 15 deve-se
admitir um diâmetro maior de tubulação (GOMIDE,1983).
54
(9)
Esta expressão é válida para ar a 20º C e 101.325 Pa (1 atm).
Onde: X é a relação de sólidos em massa no transporte em kg de sólidos/ kg de ar, Qar é a
vazão volumétrica de ar necessária para o transporte m3/s e Qmat é vazão mássica de
material necessária aplicável ao sistema em kg/h. A equação (9) contém uma adequação de
unidades para Qmat de kg/h para kg/s e transforma a vazão de ar em massa, considerando
que o ar nas condições propostas apresenta 1,204 kg/m3.
6.9 PERDA DE CARGA E VARIAÇÃO DE PRESSÃO
Para determinar a variação de pressão ΔP primeiramente deve-se calcular a perda de carga
hL. A perda de carga é resultado do cisalhamento na parede do tubo provocada pelo
escoamento que está relacionado ao fator de atrito f, que é uma tensão de cisalhamento
adimensional na parede do tubo, e que pode ser obtida através da equação de Colebrook
(10).
(10)
Onde: log é o logaritmo na base 10, e é a rugosidade média em mm, Ø é o diâmetro da
tubulação em mm, Re é o número de Reynolds e f é o fator de atrito.
Para determinar o fator de atrito f, faz-se necessário esclarecer algumas das variáveis
utilizadas na equação de Colebrook. A variável e trata-se da altura média da rugosidade da
tubulação, e pode ser obtida na tabela 10 em função do material da tubulação utilizado no
transporte pneumático. Contudo vale a pena comentar que a relação da altura média da
rugosidade e com o diâmetro da tubulação chama-se de rugosidade relativa dada pela
equação (11).
(11)
Onde: é a rugosidade relativa que é adimensional, e é a rugosidade média da parede da
tubulação em mm e Ø é o diâmetro da tubulação em mm.
55
Tabela 10: Tabela de rugosidades médias.
MaterialRugosidade
média (mm)Material
Rugosidade
média (mm)
Aço estirado 0,0015Ferro fundido com
incrustação1,5 - 3
Aço laminado 0,046 Ferro fundido enferrujado 1 - 1,5
Aço galvanizado 0,15 Ferro fundido novo 0,26 - 1
Aço soldado liso 0,1Ferro fundido revestido com
asfalto0,12 - 0,26
Alvenaria de pedra fina 1 - 2,5 Madeira aplainada 0,2 - 0,9
Alvenaria de pedra
grosseira8 – 15 Madeira bruta 1 - 2,5
Alvenaria de tijolo 5 Polietileno 0,001
Cobre 0,0015 PVC rígido 0,005
Concreto 0,3 – 3 Vidro 0,0015
Fonte: http://www.mspc.eng.br/fldetc/fluido5D.asp (15/11/2007)
O número de Reynolds é dado pela equação (12), onde o ar é o fluido em movimento.
(12)
Onde: U é a velocidade média do ar em m/s, Ø é o diâmetro da tubulação em m e var é a
viscosidade cinemática do ar em m2/s.
A perda de carga é dada pela equação (13) de Darcy-Weisbach, assim denominada em
homenagem a Henri P.G. Darcy (1803-1858) e Julius Weisbach (1806-1871).
(13)
Onde: hL é a perda de carga em m, f é o fator de atrito, U é a velocidade média do ar em
m/s, Ø é o diâmetro da tubulação em m e g é a aceleração da gravidade em m/s2.
56
A determinação da variação de pressão é obtida a partir da aplicação da Equação de
Energia.
(14)
Onde: Ui e Ut são as velocidades de ar encontradas nas seções da tubulação na
alimentação do material na linha de transporte e na descarga do material no silo de
recebimento, respectivamente, ambas em m/s. O mesmo se aplica para as incógnitas 1 e 2
que são os coeficientes de correção cinética (adimensionais), P1 e P2 que são as pressões
manométricas nas seções 01 e 02, respectivamente, ambas em Pa, z1 e z2 que são as
alturas das seções 01 e 02, respectivamente, ambas em m, é o peso específico em N/m3 e
hL é a perda de carga em m.
A variação de pressão é obtida utilizando-se a equação (15), que é uma simplificação da
Equação de Energia considerando = 1, que é um arredondamento do valor encontrado na
maioria dos escoamentos internos turbulentos.
(15)
57
6.10 POTÊNCIA DO SOPRADOR
Com a vazão volumétrica de ar necessária para o transporte pneumático Qar em m3/s dada
pela equação (9) e a variação de pressão ΔP em Pa dada pela equação (15) calcula-se a
potência W em watts, requerida ao eixo do soprador, com uma eficiência η, pela equação
(16).
(16)
Onde: W é a potência do soprador em W, é a vazão volumétrica de ar necessária para o
transporte m3/s, ΔP é a variação de pressão do sistema em Pa e é a eficiência do soprador
em percentual.
Onde valores típicos de eficiência são os indicados na tabela 11.
Tabela 11: Eficiência para cada tipo de soprador.
Equipamento Eficiência
Compressores reciprocantes (alternativos) 76%
Compressores de palhetas deslizantes 67%
Sopradores de deslocamento positivo 65%
Sopradores de deslocamento positivo helicoidais 70%
Ventiladores com pás radiais 64%
Fonte: Operações Unitárias Vol. 1, R. Gomide p. 177
58
6.11 ESCOLHA DA VÁLVULA ROTATIVA
Os valores necessários para o dimensionamento da válvula rotativa são:
Qmat = 25000 kg/h;
ρ = 1567 kg/m3
Calculando por meio da equação (3) a vazão necessária em função da capacidade do
sistema e da massa específica aparente do sólido, pode-se obter:
Como os fornecedores de válvula rotativa informam os modelos em dm3/rot, obtém-se:
(17)
Na tabela 12 está indicada a capacidade volumétrica / rotação que cada modelo de válvula
rotativa proporciona em seu funcionamento.
Tabela 12: Capacidade volumétrica da válvula rotativa.
MODELO CAPACIDADE VOLUMÉTRICA / ROTAÇÃO (100% ENCHIMENTO)
HP-1/8 2,83 dm³/rot
HP-1/4 6,80 dm³/rot
HP-1/2 15,86 dm³/rot
HP-1 28,32 dm³/rot
HP-2 54,66 dm³/rot
* a velocidade de rotação deve estar entre 10 a 30 rpm
Fonte: Data sheet da Powder Processos e Equipamentos Ltda.
59
A rotação da válvula abaixo de 10 rpm descaracteriza o perfil de velocidade do transporte
pneumático de fase diluída, pois haverá descarga por bateladas, fato que resultará em
variação de pressão não desejada no projeto. Para rotações acima de 30 rpm não é
garantido atingir a capacidade volumétrica de material especificada no projeto, pois a
velocidade de queda do material será insuficiente para o enchimento desejado para cada
caneca.
Calculando a capacidade da válvula rotativa de acordo com percentual (%) de enchimento
das palhetas rotativas em função das propriedades do material e a rotação necessária para
esta capacidade, aplicamos as equações (4) e (5).
O percentual de enchimento utilizado foi de 60% devido à impossibilidade de total vedação
de pressão entre a tubulação e o silo de alimentação. Quando o transporte pneumático
ocorre a tubulação tem uma pressão maior que a pressão do silo (que é praticamente a
pressão atmosférica); e em função do ajuste mecânico entre as palhetas e o corpo de ferro
fundido da válvula rotativa é permitida a entrada de ar no sentido oposto ao da descarga de
material do silo, ou seja, da tubulação para o silo, ocasionando uma mistura ar+material.
Este valor utilizado é típico na utilização de válvulas rotativas aplicadas na alimentação do
sistema, pois quando estas estão montadas após um sistema de transporte pneumático este
percentual deve ser analisado.
Para selecionar o modelo mais apropriado, avalia-se a seguir a velocidade de rotação
necessária para prover o transporte do material para 3 modelos de válvula.
Modelo HP-1/2
60
Modelo HP-1
Modelo HP-2
Adota-se o modelo HP-1 porque o HP-2 e o HP-3 apresentam velocidades de rotação
inconvenientes.
6.12 CÁLCULO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR
Conforme os dados e projeto têm-se:
Qmat = 25 t/h;
61
ρ = 1,57 t/m3
Lh = 20 m;
Lv = 30 m;
Acessórios: 04 curvas 90º
6.13 DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO EQUIVALENTE
Admite-se Ø = 152, mm (6'') para iniciar os cálculos.
Curvas de 90º tem comprimento equivalente de 3,6 m (considerando R=3D), conforme
tabela 9. Com isso:
(18)
Então, para o comprimento equivalente total:
(19)
6.14 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE AR DE TRANSPORTE
Como no ensaio de granulometria foi constatado que Dp << 1 mm não se pode aplicar a
equação (6) para determinação da velocidade do ar no transporte dos sólidos. A utilização
da tabela 8 também não é válida visto que o material não está listado. Então se recorre a
experiência de fornecedores do ramo para determinação da velocidade inicial de ar para o
transporte, que informa que para materiais muito finos (Dp = 37 – 210 m) e com massa
específica aparente ρ 1,6 t/m3 é recomendado a velocidade inicial aproximada de 28 m/s
para o transporte pneumático fase diluída.
Sólidos com 0,85 < ρ < 2 t/m3 tem um aumento da ordem de 10 m/s na velocidade terminal
(MCKETTA, 1993), com isso a velocidade terminal aumenta conforme equação (20), fato
que se pode observar pela diminuição de pressão no sistema, causada devido a perda de
62
carga no transporte e o material ser descarregado para o silo de recebimento com
praticamente pressão atmosférica, portanto:
(20)
Para a determinação da velocidade de ar necessária para o transporte pneumático deve ser
considerada a média da velocidade inicial e terminal de acordo com equação (21). O uso da
velocidade de ar média U para o dimensionamento é mais aconselhado conforme MCKETTA
e indicação de fornecedores do mercado, portanto:
(21)
63
6.15 DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE AR DE TRANSPORTE
Com o diâmetro da tubulação de 152,4 mm e a velocidade de ar necessária para o
transporte de 33 m/s, como indicada na seção anterior e aplicando-se as equações (7) e (8)
pode-se obter:
6.16 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE MISTURA NO TRANSPORTE
Com a vazão mássica de material solicitada ao sistema de transporte Qmat=25.000 kg/h e a
vazão de ar necessária Qar=0,60 m3/s, pode-se aplicar a equação (11):
Conforme tabela 6 o ar a 20 ºC apresenta massa específica ρar=1,204 kg/m3, com isso
encontra-se a concentração da mistura de transporte.
Como esta relação resulta menor que 15 é permitido a continuação do dimensionamento e a
utilização do diâmetro da tubulação de 152,4 mm, caso contrário deve-se aumentar o
diâmetro da tubulação.
64
6.17 DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA E VARIAÇÃO DE PRESSÃO
Para o cálculo da perda de carga dada pela aplicação da equação (15), primeiramente
deve-se através da equação de Colebrook determinar o fator de atrito f. Com isso faz-se
necessária a aplicação das equações (10), (11) e (12), respectivamente para o cálculo do
fator de atrito f pela equação de Colebrook, da rugosidade relativa e do número de
Reynolds. Para o cálculo do número de Reynolds considera-se a viscosidade cinemática do
ar ar=1,51X10- 5 m2/s devido à se tratar de um transporte pneumático, o dado está conforme
tabela 6 para o ar a 20º C.
O resultado da equação (12) confirma a hipótese de que o escoamento é turbulento com
Re>40.000 (POTTER, 2004).
Como o material da tubulação escolhido para o projeto é o aço carbono SCH 80 (padrão
internacional no comércio de tubos de aço), pode-se obter da tabela 10 e=0,046 mm
correspondente ao aço laminado. Aplicando-se a equação (11) pode-se obter a rugosidade
relativa:
O fator de atrito f pode ser determinado pela equação de Colebrook (10).
65
Resolvendo a equação de forma iterativa, encontra-se o fator de atrito f.
A perda de carga pode ser determinada pela equação (13), contudo como existem dois
trechos distintos para o ar percorrer na tubulação, o primeiro do soprador à descarga de
material na linha pela válvula rotativa e o segundo deste último à descarga do material no
silo de recebimento, o cálculo da perda de carga e variação de pressão é divido em 2 partes
conforme equação (22).
(22)
Para o trecho 1-2, a velocidade do ar U deve ser a velocidade inicial Ui = 28 m/s.
Normalmente fornecedores de transporte pneumáticos adotam para dimensionamento um
comprimento de 10 m, mais 2 curvas para a vazão de ar gerada pelo soprador atingir à
região de descarga do material pela válvula rotativa, devido às dificuldades encontradas para
instalação do soprador na mesma altura e próximo da região que o material entra na
tubulação. Portanto o comprimento equivalente para o trecho de tubulação do soprador até a
região de descarga de material na linha de transporte é dado por:
(23)
Aplicando a equação (13) para o trecho 1-2, pode-se obter:
Para o trecho 2-3 (segundo trecho), a velocidade do ar U deve ser a velocidade média U=33
m/s. Portanto aplicando a equação (13) pode-se obter:
66
De acordo com a equação (15) o cálculo da variação de pressão durante o trecho de
transporte do material é:
Como já mencionado, existem dois trechos de transporte pneumático e para o cálculo da
variação de pressão ainda é necessário incluir a perda de pressão provocada pelo filtro de
manga ΔPfiltro que tipicamente é igual a 1470 Pa (150 mmcA), portanto a variação de pressão
toma a forma da equação (24):
(24)
Para o trecho 1-2 (primeiro trecho), trecho limpo, a variação de pressão é dada pela equação
(15) e pode ser simplificada considerando a mesma velocidade durante todo o trecho e uma
variação de altura desprezível:
(25)
De acordo com tabela 6 o peso específico do ar é igual a 12,1 N/m3, com isso pode-se
obter a variação de pressão do trecho 1-2:
Para o trecho 2-3, trecho no qual se observa a mistura de ar+material calcula-se a variação
de pressão pela equação (15) e, devido a presença de material neste trecho é necessário a
correção da variação de pressão por um fator de multiplicação (k) dado pela figura 26.
67
(26)
Como já comentado o trecho 2-3 apresenta o ar misturado com a rocha fosfática moída,
fazendo-se necessária a correção da variação de pressão pelo fator de multiplicação ,
obtida na figura 26. O valor da relação de sólidos está na unidade utilizada para o
levantamento da curva empírica, para tanto se pode obter fazendo as devidas conversões
de unidades:
Qar = 0,6 m3/s = 21,2 ft3/s
Qmat = 25000 kg/h = 15,31 lb/s
Aplicando a equação (27) com as novas unidades solicitadas para a figura 32, a relação X
que é a vazão volumétrica de ar pela vazão mássica de material em unidades inglesas é
dada por:
(27)
68
Figura 32: Fator de multiplicação.
Fonte: Ducon Fluid Transport Division
Encontrando o fator de multiplicação = 6,5 obtido da figura 24, a variação de pressão do
trecho 2-3 corrigida é dada por:
Substituindo os dados calculados na equação (28) pode-se obter a variação de pressão do
sistema proposto:
(28)
B
69
6.18 DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DO SOPRADOR
Finalmente pode-se determinar a potência do soprador por meio da equação (16).
Como foi escolhido um soprador com deslocamento positivo tipo lóbulo a eficiência do
soprador η é igual a 65% de acordo com tabela 10, com isso a potência do soprador
considerando a vazão mássica de ar Qar=0,6 m3/s e a variação de pressão ΔP=38707,9 Pa é
calculada abaixo:
Utilizando um gráfico para seleção de um soprador do fabricante OMEL pode-se comparar o
resultado calculado com a realidade praticada na seleção de soprador no mercado. A figura
33 traz um gráfico que necessita apenas da vazão mássica de ar Qar em m3/min e da
variação de pressão ΔP em mca, onde convertendo as unidades obtem-se Qar=0,6 m3/min x
60 s / min = 36 m3/min e ΔP4 mca. Um dado importante retirado da figura 33 é o acréscimo
da temperatura do ar após a compressão nos lóbulos do soprador, valor importante utilizado
para o dimensionamento da taxa filtrante do filtro de mangas.
70
Figura 33: Curvas características para seleção de soprador.
Fonte: Catálogo do fornecedor OMEL Bombas e Compressores Ltda.
38ºC
44HP
71
O acréscimo de temperatura obtido pela figura 33 é de 38ºC (utilizado para o cálculo da taxa
filtrante do filtro de mangas) e a potência do soprador W=44HP=32,8 kW, valor este muito
próximo do valor calculado de 35,4kW, comprovando que os cálculos utilizados trazem
resultados coerentes.
72
6.19 DETERMINAÇÃO DA ÁREA FILTRANTE DO TECIDO PARA O FILTRO DE
MANGAS
Com a vazão volumétrica de ar necessária para o transporte pneumático Qar dada pela
equação (7) e a taxa filtrante calculada abaixo, pode-se determinar a área filtrante
necessária para o sistema em estudo.
Para a determinação da taxa filtrante são determinados os parâmetros descritos na função:
(29)
Onde: TF é a taxa filtrante para dimensionamento do filtro de mangas em , A é o
índice de fator do material (adimensional), B é o fator referente ao tipo de aplicação do filtro
de mangas (adimensional), C é o fator referente a temperatura de operação (adimensional),
D é o fator referente ao tamanho do diâmetro da partícula (adimensional) e E é o fator
referente a relação de sólidos por volume de ar.
O valor do parâmetro A é um fator de material obtido do anexo 1 disponibilizado pela
empresa "Mikropul United States Filter Corporation". Como se trata de rocha fosfática, foi
selecionado o valor de A = 9,0.
O valor do parâmetro B é um fator aplicável ao tipo de equipamento em que o material foi
submetido, o mesmo foi obtido do anexo 1, tabela B, disponibilizado pela empresa "Mikropul
United States Filter Corporation". Como se trata do filtro de mangas aplicado em transporte
pneumático, foi selecionado o valor de B = 0,8.
O valor do parâmetro C é um fator aplicável ao efeito de temperatura o qual o material foi
submetido. O mesmo é obtido graficamente do anexo 1 disponibilizado pela empresa
"Mikropul United States Filter Corporation". Porém é necessário calcular o balanço da
temperatura no sistema conforme equação (31).
(30)
Onde: é a vazão mássica do ar em kg/s, é a temperatura inicial do ar em °C é
a temperatura final do ar em °C e o cp é o calor específico do ar a pressão constante em
kJ/kg K, o mesmo se aplica para o lado direito da equação referenciando o material.
73
cp = 1,0035 kJ/kg K
(conforme Fundamentos da Termodinâmica, Van Wylen, Sonntag e Borgnakke, p.522)
Tiar = 25°C + 38°C = 63°C
(38°C é devido à variação de temperatura gerada pelo soprador conforme figura 33)
mmat = 9,61mar
(conforme resultado determinação da concentração de mistura do transporte)
cp_mat = 1,0871 kJ/kg K
(0,26 BTU / lb °F conforme anexo 2 - catálogo Mikropul)
Tamb = 20°C, portanto Timat = 20°C
Utilizando a equação (30), e considerando que Tmist = Tfar = Tfmat, tem-se:
(32)
Portanto, após o cálculo e análise do gráfico C, foi obtido o valor de C = 0,95 considerando o
valor calculado da temperatura da mistura Tmist=74,8ºF.
O valor do parâmetro D é um fator aplicável ao estudo granulométrico do material
transportado. Após análise da tabela D do anexo 1 disponibilizado pela empresa "Mikropul
United States Filter Corporation", foi obtido o valor de D = 1,0.
O valor do parâmetro E é um fator aplicável a quantidade de grãos do material por volume
de ar transportado. O mesmo é obtido graficamente do anexo 1, gráfico E "dust load efect"
disponibilizado pela empresa "Mikropul United States Filter Corporation". Porém é
necessário calcular a quantidade de grãos por volume de ar transportado, para definir o valor
aplicável no eixo y do gráfico mencionado. Portanto, após o cálculo de X't e análise do
gráfico, foi obtido o valor de E = 0,85. Seguem cálculos utilizados.
(33)
74
Onde:
Portanto aplicando a equação (24) pode-se obter:
E adotando o mesmo conceito utilizado para o cálculo da concentração de mistura do
transporte pode-se obter:
(34)
Onde:
Portanto:
Por convenção de unidades apresentadas no anexo 3, disponibilizado pela empresa
"Mikropul United States Filter Corporation", 1 grão / ft3 = 2,29 g / m3, portanto:
Substituindo-se os valores encontrados na equação (30), encontra-se o valor da taxa
filtrante.
75
Transformando para o Sistema Internacional de Unidades o valor de TF encontrado foi:
Portanto a área filtrante necessária calculada pela equação (35) para garantir a emissão de
ar limpo, dentro das especificações da legislação vigente é dada por:
(35)
Portanto:
Com a área filtrante calculada acima, pode-se selecionar o filtro de mangas para aplicação
proposta.
76
7 DESCRIÇÃO E ESPECIFICAÇÕES
7.1 SISTEMA DE CONTROLE
Todo controle do sistema e intertravamento será feito utilizando-se um CLP que gerenciará
entradas e saídas, recebendo sinais de sensores e botões e acionando válvulas, motor do
soprador e válvula rotativa e também enviando e recebendo informações da IHM que
funcionará como o supervisório do sistema.
O controle de partida e monitoramento do motor do soprador e da válvula rotativa será feito
por meio de um inversor de freqüência.
Sensores capacitivos irão controlar o nível dos silos indicando se estão cheio ou vazio.
Pressostatos indicarão pressão alta ou baixa na linha de transporte.
Um terminal de programação ficará no painel do CLP para eventuais mudanças no programa
e localização de defeitos.
7.1.1 SISTEMA EM OPERAÇÃO AUTOMÁTICA
7.1.1.1 PROCEDIMENTO DE PARTIDA
O procedimento de partida no modo automático deve ser constituído pelos seguintes passos:
a. ligar o soprador;
b. aguardar 5 minutos para entrada em regime do soprador;
c. ligar o timer do filtro de mangas no CLP;
d. abrir a válvula de esfera do silo de estocagem;
e. ligar a válvula rotativa e em conjunto ligar o sistema de fluidização do silo de
estocagem.
7.1.1.2 INTERTRAVAMENTOS
Os seguintes intertravamentos devem ser estabelecidos:
a. a válvula rotativa não liga se o pressostato de pressão alta da linha de transporte
estiver atuado (pressão está alta);
b. a válvula rotativa não liga se o sensor de nível alto do silo de recebimento estiver
atuado (silo está cheio);
77
c. a válvula rotativa não liga se o soprador não estiver ligado;
d. a válvula rotativa não liga se o pressostato de pressão baixa não estiver atuado
(pressão está abaixo do mínimo, indicando que não existe vazão adequada de ar no
sistema);
e. a válvula rotativa desliga se o pressostato de pressão alta da linha de transporte
atuar (pressão está alta). Prever retardo de 10-15 segundos;
f. a válvula rotativa desliga se o sensor de nível alto do silo de recebimento atuar (silo
está cheio). Prever retardo de 10-15 segundos;
g. a válvula rotativa desliga se o soprador desligar;
h. a válvula rotativa desliga se o pressostato de pressão baixa não estiver atuado
(pressão está abaixo do mínimo, indicando falta de fluxo de ar no sistema);
i. a válvula rotativa liga quando atingido o nível baixo no silo de recebimento (silo está
vazio).
OBSERVA-SE QUE:
quando o sistema estiver em operação, caso o pressostato de pressão alta
seja atuado (pressão alta na linha), a válvula rotativa deve ser desligada,
entretanto o soprador deve permanecer ligado, pois o suprimento de ar
para o sistema é fundamental para tentar normalizar a operação sem que
seja necessária intervenção humana. Caso depois de algum tempo a
situação não se normalize o problema deverá ser verificado pelo operador,
desligando então, o soprador se necessário;
quando o sensor de nível alto do silo de recebimento atuar indicando silo
cheio, a válvula rotativa deve ser desligada, entretanto o soprador deve
permanecer ligado. A válvula rotativa deve ser ligada novamente quando o
sensor de nível baixo do silo de recebimento atuar, indicando silo vazio.
7.1.1.3 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE FLUIDIZAÇÃO
O funcionamento do sistema de fluidização é controlado basicamente por uma válvula
solenóide que quando está energizada libera a entrada de ar para o silo e quando está
desenergizada corta a entrada de ar para o silo. A operação do sistema é cíclica, sendo que
a válvula solenóide permanece energizada por algum tempo e depois permanece
desenergizada por algum tempo descrito a seguir.
Deverá ser previsto o ajuste de operação por meio da IHM nos seguintes intervalos:
78
tempo de válvula energizada: 0 a 5 segundos
tempo de válvula desenergizada: 0 a 60 segundos
7.1.1.4 PROCEDIMENTO DE PARADA
O procedimento de parada deve ser constituído pelas seguintes ações listadas em ordem cronológica:
a. desligar a válvula rotativa e em conjunto desligar o sistema de fluidização do silo de
estocagem;
b. aguardar 5 minutos para limpeza/purga da linha de transporte;
c. desligar o soprador;
d. desligar o timer do filtro de mangas;
e. fechar a válvula de esfera do silo de estocagem.
7.1.1.5 ALARMES
Todos os alarmes serão indicados na tela da IHM para visualização rápida do operador ou
manutencista. Haverá indicação áudio visual por meio de sirene e lâmpadas.
Os alarmes de pressostato podem indicar que há entupimento na linha de transporte.
a. corrente alta no motor do soprador;
b. corrente alta no motor da válvula rotativa;
c. pressão alta na linha de transporte – pressostato de alta atuado;
d. pressão baixa na linha de transporte – pressostato de baixa atuado;
e. diferencial de pressão alto no filtro de mangas;
f. emergência acionada.
7.1.2 SISTEMA EM OPERAÇÃO MANUAL
Pode ser prevista a operação do sistema em modo manual ligando-se os equipamentos
individualmente, entretanto, devem ser obedecidas as condições de partida, intertravamento
e parada, indicadas para o sistema em operação no modo automático.
79
7.1.3 SISTEMA EM MANUTENÇÃO
Quando o sistema for colocado em manutenção, todos os equipamentos poderão ser ligados
individualmente. Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados quanto ao acionamento da
válvula rotativa, ou seja, esta somente pode ser ligada individualmente se o silo estiver vazio
ou a válvula de esfera estiver fechada se houver material no silo.
Todos os demais componentes podem ser ligados individualmente sem quaisquer restrições.
7.1.4 EMERGÊNCIA
Caso acionado algum botão de emergência, localizado no painel elétrico e em alguns pontos
do trecho de transporte, o soprador e a válvula rotativa serão desligados e a válvula de
esfera será fechada.
O botão de emergência, caso apertado, ficará travado, sendo necessária uma avaliação
geral dos danos causados ao sistema por esta operação, para liberar novamente o sistema
para operação.
O botão de emergência somente deve ser utilizado em caso de extrema gravidade, quando
os procedimentos normais de parada indicados não puderem ser utilizados normalmente.
80
7.2 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO SISTEMA DE CONTROLE
Apresenta-se na figura 34 um exemplo dos componentes a serem utilizados no sistema de
controle utilizando como fabricante a Rockwell/Allen-Bradley:
terminal de programação
IHM – interface homem máquina
CLP – controlador lógico programável
inversor de freqüência
sensores de nível
pressostato
Figura 344: Diagrama esquemático do sistema de controle (supervisório).
No sistema apresentado o CLP é o equipamento principal. Todos os dados aquisitados no
campo por meio de sensores passam pelo CLP que processa as informações e atua no
sistema atualizando os sinais de saída. Os sinais de saída e entrada podem ser digitais ou
analógicos.
81
O protocolo utilizado no campo é o REMOTE I/O, que coleta os sinais dos sensores e leva a
informação ao CLP por apenas um cabo.
O inversor de freqüência recebe as informações do CLP pela rede DH+ no formato de uma
palavra de 16 bits. Essa palavra contém informações sobre rampa de aceleração, freqüência
de trabalho entre outros sinais de configuração.
A IHM também utiliza a rede DH+ para receber informações do CLP. Esses sinais podem ser
no formato de uma palavra de 16 bits ou apenas um sinal digital de 1 bit.
7.3 SELEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
Para efeito de futura cotação, foram escolhidos 3 fabricantes, quando possível, para cada
equipamento.
É recomendado que o CLP, a IHM e o inversor de freqüência sejam fornecidos pelo mesmo
fabricante devido a eventuais problemas de comunicação entre eles e a programação ser
comprometida, em alguns casos, pela diferença de origem.
A tensão de alimentação de todos os sensores é 24 Vdc com grau de proteção IP 67, com
conexões resistentes a sujeira e ambientes hostis.
7.3.1 CLP
O CLP deve conter 32 entradas e 32 saídas digitais no painel e entradas e saídas digitais e
analógicas flexíveis ao longo da planta.
Fabricante 1: Rockwell/Allen-Bradley
Modelo: SLC-500 CPU 5/04
Fabricante 2: Omrom
Modelo: CPM 2ª
Fabricante 3: Cutler Hammer
Modelo: D320 PLC
82
7.3.2 IHM
A IHM contém uma interface gráfica colorida com tela em LCD.
Fabricante 1: Rockwell/Allen-Bradley
Modelo: Panel View 1500 Plus
Fabricante 2: Omrom
Modelo: NT631C-ST141-EV2
Fabricante 3: Cutler Hammer
Modelo: Panel Mate 5000
7.3.3 INVERSOR DE FREQUÊNCIA
Válvula rotativa
Fabricante 1: Rockwell/Allen-Bradley
Modelo: 1305
Fabricante 2: Weg
Modelo: CFW-08
Fabricante 3: SEW
Modelo: Movidrive
Soprador
Fabricante 1: Rockwell/Allen-Bradley
Modelo: 1336
Fabricante 2: Weg
Modelo: CFW-09
Fabricante 3: SEW
Modelo: Movidrive
83
7.3.4 BOTÕES (LIGA / DESLIGA / EMERGÊNCIA)
Fabricante 1: Rockwell /Allen-Bradley
Modelo: Botões tipo cogumelo (vermelho) 1 NA/1 NF com trava para a emergência e comum
“push button” para os demais com contato NA.
Fabricante 2: Cutler Hammer
Modelo: Botões tipo cogumelo (vermelho) com trava para a emergência e comum “push
button” para os demais com contato NA.
Fabricante 3: ACE SCHMERSAL
Modelo: Botões tipo cogumelo (vermelho) com trava para a emergência e comum “push
button” para os demais com contato NA.
7.3.5 SENSOR CAPACITIVO (NÍVEL)
Sensor tubular diâmetro 30mm com rosca, distância sensora de no mínimo 15mm.
Fabricante 1: Balluff
Modelo: BCS M30KN2-NSC18G-AV2
Fabricante 2: Sense
Modelo: CS 20-30-RV1-A2/SY
Fabricante 3: Turck
Modelo: BC 10-M30-VP4X
7.3.6 PRESSOSTATO
Medidor de pressão com saída analógica 4..20 mA, com range de 0 a 2 bar (mínimo)
Fabricante 1: IFM
Modelo: PA3026
84
Fabricante 2: Hytronic
Modelo: HTP25 /0002 / R/ 44/ P/ MN
Fabricante 3: Nivetec
Modelo: 790 - 2 - P – 1
7.3.7 PROTOCOLOS DE REDE
Como exemplo de aplicação utilizando equipamentos da Rockwell/Allen-Bradley, foi
escolhido dois protocolos de rede do fabricante.
Para a comunicação entre o CLP, a IHM e o inversor de freqüência foi escolhido o protocolo
de rede DH+, que além de realizar a comunicação dos equipamentos citados permite a
entrada em qualquer ponto da rede um terminal de programação.
Para a rede de campo (instrumentação) foi escolhido a REMOTE I/O que permite a
centralização dos sinais próximo aos dispositivos, e um adaptador local (Flex I/O) faz a
transmissão de dados via rede através de um único cabo para o CLP. Os dispositivos
próximos ao CLP podem ser ligados diretamente nos cartões de entrada e saída.
Observa-se que o cabo utilizado nos dois protocolos é o mesmo, o que muda é a conexão
no CLP.
85
8 CONCLUSÃO
No transporte pneumático a relação entre a quantidade de produto e o volume de ar,
configura um fator importante nesse estudo, pois quanto maior o volume de ar em relação ao
produto maior será o consumo de energia, ou seja, quanto maior a relação de ar
transportado pela quantidade de material transportado maior será a custo por quantidade de
produto.
Embora o conceito de transporte pneumático seja utilizado há várias décadas, ainda não
está disponível literatura que indique todos os passos para desenvolvimento e
implementação de um projeto. Muitos dos dados necessários para cálculo e
dimensionamento de projetos atualmente utilizados pelas empresas que atuam neste ramo
de mercado são empíricos, pois foram obtidos ao longo de anos de experiência.
Devido a isto se tornou necessário, para o desenvolvimento do estudo, a pesquisa em
diversas fontes para obter o resultado desejado.
A utilização de instrumentação e sistema de controle no estudo garantiu ao projeto maior
estabilidade e confiabilidade, ganho de eficiência, economia de espaço e facilidade de
manutenção e operação do sistema.
Neste estudo há condições de pesquisar mais detalhadamente o efeito do atrito nos
componentes do circuito. Tornando-se necessário ensaio para a determinação desses
efeitos na tubulação, válvulas, filtros e demais componentes.
Outra melhoria seria o levantamento de custo do projeto, visando a comercialização.
86
9 REFERÊNCIAS
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Approach: Chapman & Hall, 1997. 624 p.
MCKETTA, John J. - Unit Operations Handbook - Volume 2 – Mechanical separations and
Materials Handling: Marcel Dekker, Inc.
GOMIDE, Reinaldo - Operações Unitárias / Reynaldo Gomide – Volume 1: R. Gomide,
1983.
SILVA, Deodoro Ribeiro da, Transporte pneumático: tecnologia, projetos e aplicações
na indústria e nos serviços / Deodoro Ribeiro da Silva: Artliber Editora, 2005.
POTTER, Merle C. e WIGGERT, C. Wiggert - Mecânica dos Fluidos, Tradução da 3.ª
edição Norte-Americana, Editora Thomson, 2004.
SONNTAG, Richard E. et al. Fundamentos da Termodinâmica, Tradução da 6.ª edição
americana: Editora Edgard Blücher Ltda, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6922: Ensaios Físicos
Determinação da Massa Específica. Rio de Janeiro, 1981.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: Análise Granulométrica.
Rio de Janeiro, 1984.
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88
ANEXO 1 – GUIA PARA DETERMINAÇÃO DA TAXA FILTRANTE
89
ANEXO 2 – TABELA DE PESO ESPECÍFICO E CALOR ESPECÍFICO A PRESSÃO
CONSTANTE
90
ANEXO 3 – TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES
