Trasporto e stoccaggio dei solidi (PAG 77 DEL LIBRO DI TESTO)

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1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE G. MARCONI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI CLASSE 3ACH Trasporto e stoccaggio dei solidi (PAG 77 DEL LIBRO DI TESTO) Prof. Roberto Riguzzi 1

2 CARATTERISTICHE DEI SOLIDI Determinano le scelte progettuali delle apparecchiature per il trasporto e stoccaggio.

3 DENSITA' Densità reale: è il rapporto massa/volume (kg/m 3 ) del materiale. Densità relativa: è la densità espressa in rapporto ad una sostanza di riferimento (es acqua a 20 C). Densità apparente: è il rapporto fra la massa e il volume occupato dal materiale, che dipende dal suo grado di suddivisione e dalla sua porosità.

4 POROSITA' Porosità del materiale: rapporto fra volume dei pori (V P ) e il volume totale (V T ). Sapendo che V P = V T V S la porosità sarà: Porosità=V P /V T =(V T -V S )/V T =1-V S /V T =1-ρ ap /ρ dato V s il volume del solido Esempio: Un materiale con densità reale di 2,07 kg/dm 3, presenta una densità apparente di 1,8 kg/dm 3. Si vuole calcolare la porosità. Porosità= 1-ρ ap /ρ= 1- (1,8kg/dm 3 /2,7 kg/dm 3 )=0,33 La porosità può essere espressa anche come percentuale (33% in questo caso)

5 GRANULOMETRIA La granulometria informa sulle dimensioni dei granuli o particelle in cui è suddiviso il solido. Si determina attraverso l'analisi granulometrica che si effettua con appositi setacci a luce crescente. L'analisi granulometrica si effettua per particelle con diametro maggiore di 40 µm. I setacci sono classificati in base al rapporto fra la luce dei fori del setaccio e il diametro dello stesso. Si usa ancora la classificazione mesh (numero di maglie per pollice quadrato).

6 DUREZZA: più è duro il solido, maggiore è la sua abrasività, maggiore è la resistenza all'usura che devono possedere i materiali delle apparecchiature di movimentazione e stoccaggio. RESILIENZA: i materiali possono essere fragili, gommosi o fibrosi.

7 ATTRITO E SCORREVOLEZZA: influenzano possibilità di stoccaggio e trasporto dei solidi. Angolo di riposo o di declivio naturale: è il massimo angolo rispetto all'orizzontale che può formare un materiale stoccato in cumulo senza franare. Dipende dal coefficiente di attrito statico. Angolo di scorrimento statico: è il minimo angolo rispetto all'orizzontale che forma un piano inclinato rispetto all'orrizontale, quando un materiale posto sopra incomincia a scivolare. Angolo di scorrimento dinamico: è il minimo angolo con cui un materiale continua a scorrere. È minore dell'angolo di scorrimento statico.

8 I due angoli dipendono rispettivamente dal coefficiente di attrito statico e da quello dinamico tra le particelle di solido e tra particelle di solido e il materiale con cui è in contatto. Se l'angolo di riposo è inferiore a 30 il materiale è molto scorrevole, tra 30 e 45 scorrevole, se è maggiore di 45 è poco scorrevole.

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10 REATTIVITA' DELLE POLVERI I solidi possono presentare una vasta gamma di reattività. Possono essere sostanzialmente inerti, oppure più o meno corrosivi, ossidanti, igroscopici, infiammabili, esplosivi, ecc. Le polveri presentano un'elevatissima superficie di contatto con l'atmosfera in cui sono immerse. Nel caso di materiali infiammabili, come zucchero, farine o altre sostanze organiche, si possono formare miscele aria-polveri altamente infiammabili. Le polveri fini sono dannose alla salute, fino ad essere, per alcuni materiali, cancerogene.

11 Biomasse solide (granagie e farine) in caso di fermentazione possono produrre CO 2 (asfissiante). Il calore prodotto può portare all'autocombustione del cumulo DEGRADABILITA': incide sullo stoccaggio. Se resiste alle intemperie può essere stoccato all'aperto. In alternativa deve essere stoccato in locali con adeguate caratteristiche. REATTIVITA' CHIMICA: fondamentale per decidere la tipologia delle apparecchiature e dei materiali con cui sono fatte. SICUREZZA: è la sintesi dei punti precedenti.

12 STOCCAGGIO

13 STOCCAGGIO ALL'APERTO Usato solo per materiali inerti alle intemperie, all'aria, ai raggi UV. Non devono produrre polveri e /o liberare sostanze tossiche. Solitamente il terreno deve essere preparato con la realizzazione di platee che riescano a sostenere il peso del solido e i mezzi per movimentarlo. Le platee possono essere realizzate in cemento oppure con il costipamento del terrreno sottostante.

14 STOCCAGGIO ALL'APERTO Il deposito può essere in cumuli (senza strutture di sostegno) per materiali poco scorrevoli, o in trincee (con pareti laterali di sostegno) per materiali più scorrevoli o per una maggior efficienza di stoccaggio (cumuli più alti). Il cumulo può essere bagnato per evitare la dispersione di polveri. Calcolo altezza massima di un cumulo. Dipende dall'angolo di riposo e dalla superficie utilizzabile. L'altezza si calcola moltiplicando il raggio di base per la tg dell'angolo di riposo.

15 Calcolare l'altezza massima di un cumulo conico di ghiaia con angolo di riposo di 37 e un superificie di 250m 2. Qual è il volume totale di ghiaia che può essere stoccata? Calcolo del raggio di base= (250/π)=8,92 m h= r * tgθ = 8,92* tg37 = 8,92*0,7536 =6,72m V= 250m 2 *6,72m/3=560 m 3 Raggio di base r Angolo di riposo θ A l t e z z a h

16 STOCCAGGIO IN SILI I sili sono strutture cilindriche verticali che terminano sul fondo con una struttura tronco conica. I materiali usati più frequentamente sono i metalli (acciaio), ma possono essere anche in cemento o vetroresina. La pendenza della parte terminale deve consentire il completo scorrimento del materiale (dipende dal suo coefficiente di attrito). Terminano con una tramoggia per consentire il carico del materiale stoccato nei mezzi di trasporto. La tramoggia è un contenitore a forma di tronco di piramide o di cono capovolto, munito di apertura sul fondo. Utilizzato per raccogliere dall'alto materiali, per poi scaricarli verso il basso.

17 TRAMOGGIA L'etimologia della parola è dalla lingua latina, dal termine trimodia, cioè contenente tre mogge, antica unità di misura del grano.

18 Nello stoccaggio in sili è presente il rischio della formazione di polveri. Se di origine organica è presente il pericolo della formazione di miscele infiammabili o esplosive. Per questi stoccaggi è necessario dotare il silo di: Sensori di temperatura; Sistema di ventilazione; Sistema di evacuazione delle polveri; Isolare i sili per evitare la propagazione della fiamma; Messa a terra, isolamento elettrico e rilevatori di scintille; Controllo dell'umidità dei materiali organici stoccati secchi per evitare che l'umidità troppo alta possa determinare la fermentazione della massa con rischio di incendio.

19 STOCCAGGIO A MAGAZZINO I materiali solidi possono essere stoccati all'interno di edifici chiusi, in muratura o prefabbricati. All'interno del magazzino il materiale può essere sfuso, oppure in sacchi su bancali o altri contenitori. Si utilizza per solidi che devono essere protetti dalle intemperie e stoccati in condizioni controllate per evitare il loro deterioramento o la loro dispersione nell'ambiente. Fondamentale per prodotti o materie prime alimentari.

20 MOVIMENTAZIONE DEI SOLIDI

21 La movimentazione dei solidi all'interno dei siti produttivi serve per: Lo scarico dei prodotti in arrivo; La movimentazione per il carico scarico dei cicli produttivi; Lo stoccaggio nei magazzini; Il carico per la spedizione.

22 Le apparecchiature per la movimentazione dei solidi possono essere classificate in: Trasportatori a gravità: operano solo in discesa sfruttando la forza di gravità (scivoli o rulli). È necessario un dislivello. Possono essere a canale aperto, a canale chiuso a seconda delle caratteristiche del materiale. Il materiale deve presentare un attrito dinamico basso e non aderire allo scivolo. Il materiale dello scivolo (metallo, polimero, materiale composito) deve resistera all'usura e essere inerte con i materiali trasportati.

23 Trasportatori portanti: gli elementi mobili (a nastro, a piastre, a catene, a tazze) portano il materiale. I materiali sono caricati su nastri o catene di supporti in movimento che costituiscono una sorta di anello in movimento. Nei trasportatori a nastro l'anello è un nastro polimerico o più spesso di materiale composito (elastomero e fibre di rinforzo). Adatti a coprire anche distanze rilevanti. Il nastro può essere concavo per consentire un migliore contenimento del materiale, fino ad assumere la conformazione del nastro tubolare (evita dispersioni e contaminazione delle sostanze trasportate). I dispositivi di carico e scarico sono tramogge con dosatori a ruota o a rullo.

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25 Calcolo della portata di un trasportatore a nastro. Il calcolo è analogo a quello della portata delle apparecchiature per il trasporto dei liquidi (sezione per velocità). Il cumulo di materiale possiede sul nastro una sezione che può essere approssimata a un triangolo isoscele. La portata volumetrica è data dal prodotto fra l'area del triangolo e la velocità del nastro. La base del triangolo è la larghezza del nastro, l'altezza la si determina considerando l'angolo di riposo del materiale.

26 Calcolare la portata massima di un nastro trasportatore per sabbia, largo 50 cm e con velocità di 1,5 m/s. L'angolo di riposo è di θ= 34, la densità apparente pari a 1,5 kg/dm 3. Calcolo dell'altezza del triangolo: h=(l/2)*tgθ=0,25m*tg34 =0,25*0,5914=0,147m Calcolo area sezione: S=0,147*0,50/2=0,0368m 2 Portata volumetrica: F v = S*v= 0,0368*1,5= 0,0551 m 3 /s Portata in massa: F m =0,0551m 3 /s*1500kg/m 3 = 82,6 kg/s θ h L/2 L

27 TRASPORTATORI A PIASTRE : nel caso di materiali usuranti o ad alta temperatura (pietre, calce, coke, trucioli metallici) dove non si possono usare materiali polimerici si sostituisce il nastro con piastre di metallo che formano una tapparella. Collegano reparti dello stesso stabilimento. TRASPORTATORI A CATENA: l'anello è costituito da catene a maglie collegate da listelli di appoggio. Consentono percorsi curvilinei. Usati per materiali già impacchettati.

28 ELEVATORE A TAZZE: molto utilizzato per il trasporto verticale. Se inclinati svolgono anche una parte di percorso orizzontale. Sono costituiti da due pulegge che fanno girare due catene su cui sono fissate una serie di tazze. Le tazze sono caricate dall'alto e si svuotano con il ribaltamento al termine della rotazione. Le varie tipologie di tazze consentono il trasporto di quasi tutti i tipi di materiali (anche umidi o polverulenti).

29 TRASPORTATORI A SPINTA TRASPORTATORI A SPINTA A FLUSSO CONTINUO. Così chiamati perchè il materiale cosituisce un continuo in cui è immerso il dispositivo di trasporto. Il dispositvo di trasporto è costituito da una catena o da un cavo ad anello chiuso dove sono fissati pale, draghe, rastrelli, immersi nel materiale da trasportare, racchiuso in un cassone.

30 TRASPORTATORI A SPINTA A COCLEA

31 TRASPORTATORI A SCOSSE O A VIBRAZIONI Elementi vibranti fanno avanzare il materiale. Sono ideali per materiale granulare non polverulento, di forma irregolare. Le oscillazioni possono essere impartite meccanicamente, con elettromagneti, pneumaticamente o idraulicamente. Consente anche la separazione di solidi diversi in funzione della densità.

32 TRASPORTO PNEUMATICO Un gas (solitamente aria) trasporta il materiale. Il moto di una particella in un gas è simile a quello di un liquido. Consideriamo un solido granulare posto in un contenitore, chiuso sul fondo da una rete che ne impedisca la discesa, ma consenta il passaggio dell'aria. Immettendo il gas dal fondo si osserverà un aumento di pressione dovuto alle perdite di carico causate dal peso del solido. Aumentando la portata di gas, la spinta dello stesso supera la forza peso delle particelle e inizia a rimescolare la massa creando il letto fluido bollente. Aumentando ancora la portata del gas, la differenza di pressione fra la base e la superficie del letto porta al trascinamento delle particelle di solido (trasporto pneumatico in fase diluita).

33 Vantaggi: Il trasporto pneumatico ha il pregio di trattare i solidi come i liquidi. Costi di installazione relativamente bassi. Trasporto dei solidi in tubazioni chiuse (non c'è contatto con l'esterno prevenendo le contaminazioni). La dimensione dei granuli può variare in un intervallo ampio a seconda della densità del materiale. Opera in qualsiasi direzione, per distanze sia brevi che lunghe. L'impianto può essere modificato facilmente. Si presta al controllo automatico. Svantaggi: Usura delle parti meccaniche con solidi abrasivi. Rischio di formazione di miscele combustibili usando aria e polveri organiche. Limite delle pezzature dei solidi in funzione della densità.

34 Trasporto pneumatico in fase diluita: il gas trascina i granuli di solido in continuo e a bassa pressione, alta velocità ed elevato rapporto solido/gas. Trasporto pneumatico in fase densa: un impulso di gas pressurizzato dà la spinta ad un ammasso di materiale spostandolo lungo la linea, prelevato in modo discontinuo. Il trasporto avviene a bassa velocità (meno rischio di usura) ed elevata pressione, con rapporto gas solido molto basso.

35 APPARECCHIATURE PER IL TRASPORTO PNEUMATICO: Compressori e soffianti: forniscono la pressione al gas per il trasporto del materiale. Sono apparecchiature analoghe alle pompe. Possono essere compressori alternativi o rotativi, o soffianti centrifughe. Dispositivi di carico: Spingono il materiale dentro l'apparecchiatura in pressione. Fondamentale è la tenuta. Possono essere valvole rotative dette anche rotocelle o dosatori stellari, eiettore a tubo di venturi o valvole a serranda.

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37 Valvole deviatrici: deviano il flusso del materiale tra due condotti. Dispositivi di scarico: separano il solido dalla corrente gassosa. Si usano spesso i cicloni, in serie con filtri (a cartuccia o a maniche) per fermare le polveri fini prodotte dal trasporto. Questo evita dispersioni in atmosfera (danno ambientale) o nei compressori (costi di manutenzione). I ciclono sono apparecchiature per la separazione delle miscele gas/solido (o anche liquido). Nell'apparecchiatura a forma di cono rovesciato, il flusso di gas entra attraverso un percorso tangenziale e si muove a spirale dentro al cono. La forza centrifuga determina la caduta della polvere (raccolta sul fondo e scaricata) mentre il gas depolverato esce dall'alto. I filtri servono per bloccare le polveri di minor dimensioni che non possono essere abbattute dal ciclone. Possono essere a cartuccia (piccole dimensioni) o a maniche (con teli di diversi materiali) per dimensioni maggiori.

38 FILTRO A MANICHE CICLONE Immagini da Wikipedia FILTRO A CARTUCCIA

39 SCHEMA DI IMPIANTI PER IL TRASPORTO PNEUMATICO IN FASE DILUITA Si dividono in impianti in aspirazione e impianti in compressione

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