I.I.S. Giulio Natta Istituto di Istruzione Superiore Tecnico per la meccanica e le materie plastiche Liceo delle Scienze Applicate Impianti Materie Plastiche Modulo 2 Alimentazione Contenuti 1. Premessa 2. Alimentazione meccanica 3. Alimentazione pneumatica 3.13. 3.1 Parametri del processo 3.14. 3.2 Relazioni tra i parametri (diagrammi) 4. Esempi di impianti 1. Premessa ALIMENTAZIONE La materia prima, solitamente sotto forma di granuli o polvere, è possibile trovarla sia sfusa che in contenitori (sacchi, big-bag -...). Allo stato sfuso essa è solitamente conferita in silos. Il trasporto delle materie prime dal magazzino al reparto e alla macchina trasformatrice, per ridurre al minimo l opera dell uomo, si effettua con sistemi automatici. Questo permette anche di eliminare la perdita di materiale dovuta alla manipolazione dei sacchi e il cosiddetto problema di tramoggia vuota : la macchina in funzione non è alimentata e gira a vuoto. I sistemi di trasporto automatici sono di due tipi: - meccanico - pneumatico 2. Trasporti meccanici Gli elementi che costituiscono un comune trasportatore meccanico sono: - motoriduttore - bocca di scarico - supporto - elica di trasporto - tubo - bocca di alimentazione Il trasporto del materiale è dovuto alla rotazione dell elica nel tubo di trasporto. L elica può essere - rigida COCLEA oppure - flessibile SPIRALE GIMAT S.r.l. - Via Sant'Andrea, 5-40064 Ozzano Emilia (Bo) - Italia ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 1/17 Prof. Giovanni
La lunghezza dei tubi è di qualche metro fino a 10 m ma è possibile coprire distanze maggiori accoppiando più sistemi in serie. Entrambi le soluzioni (coclea, spirale) non presentano particolari problemi di pulizia, ciò che influenza la scelta di un tipo rispetto all altro sono il tipo percorso e la forma del materiale. La coclea è impiegata per il trasporto di materiali solidi sia in granuli che in polveri e per tratti rettilinei: La spirale permette invece, con tubi flessibili, di coprire tratti anche curvi ed è indicata per materiale scorrevole in granuli. I parametri tecnici caratteristici sono (vedi tabella): - il diametro del tubo - il passo dell elica - la velocità di rotazione dell elica - la portata volumetrica [m 3 /h] - la portata in massa [kg / h] Tabella MODELLO - D RPM PVOL. PSA PPESO * mm Giri / m 3 / h Kg / m 3 Kg / h Minuto TC.95/80 95 200 2 600 1.200 TC.105/90 105 200 2,92 600 1.750 TC.114/100 114 200 4,16 600 2.500 TC.350/315 350 120 63,33 600 38.000 TC.450/400 450 110 108,33 600 65.000 PSA = densità apparente considerata Schema di impianto di trasporto multiplo per alimentazione silo con agitatore assiale interno. GIMAT S.r.l. - Via Sant'Andrea, 5-40064 Ozzano Emilia (Bo) - Italia ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 2/17 Prof. Giovanni
3. Trasporti pneumatici Il trasporto pneumatico può essere effettuato in pressione o in depressione. Il trasporto in pressione (pressione positiva > 0) trova impiego nel caso di riempimento dei sili di materiale sia sfuso che in contenitori (sacchi, octabin, bigbag). Nel caso di alimentazione delle macchine l impiego del sistema in pressione è limitato al caso in cui serve trasportare dai sili materiale in grandi quantità e di pochi tipi. Il sistema di trasporto pneumatico più comunemente utilizzato per alimentare le macchine è quello in depressione (o a pressione negativa < 0). I componenti di un alimentatore pneumatico in depressione sono riportati in figura: contenitore (tramoggia) indicatore di livello tubo serranda sonda aspirante filtri contenitore (octabin) unità aspirante (a terra) Il contenitore, solitamente la tramoggia, è a tenuta e riceve il granulo trasportato. L unità aspirante può essere fissata direttamente sulla tramoggia oppure posta a terra I fattori che influenzano il processo sono: 1. le quantità a. dell aria di trasporto (Ma [kg/h]) b. di prodotto trasportato(mp [kg/h]) 2. la densità di fase D = Mp/Ma 3. la pressione e la caduta di pressione [bar] 4. la velocità [m/s] 5. tipo di prodotto 6. dimensioni della condotta 1. Le quantità, di aria e di prodotto, sono espresse come portata in massa e non in volume di modo da introdurre valori certi nei calcoli. Infatti l aria è comprimibile e il suo volume dipende dalla pressione; nel trasporto (in pressione o in depressione) la pressione varia lungo il condotto e dunque anche il volume dell aria varia. Anche per il ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 3/17 Prof. Giovanni
prodotto, che solitamente si presenta in granuli, il volume varia in ragione della dimensione dei granuli. 2. La densità di fase, data dal rapporto tra quantità di prodotto trasportato e quantità d aria di trasporto, rimane pressoché costante lungo tutta la condotta. Si distingue tra fase diluita (bassa densità di fase) e fase densa (alta densità di fase). Il valore soglia che distingue le due fasi è pari a 10. In fase diluita il valore della densità è inferiore a 10 ed il prodotto rimane in sospensione nell aria dentro il condotto. Con questa modalità si trasportano le materie plastiche in granuli. In fase densa il valore della densità è compreso tra 10 a 40, il prodotto non rimane in sospensione nell aria dentro il condotto. Il trasporto avviene con il prodotto che riempie parzialmente la tubazione oppure appoggiato sul fondo o infine a tappi di flusso. Con questa modalità si trasportano le materie plastiche in polvere. La densità di fase influenza allo stesso modo materiali in granulo e in polvere: deve diminuire con l aumentare della distanza; ovvero tubazione lunga fase molto diluita (poco materiale e tanta aria). 3. In base alla pressione i sistemi di trasporto si classificano in: sistema in pressione e sistema in depressione. Il sistema in pressione (pressione positiva >0) si differenzia a sua volta in bassa ed alta pressione: a. sistema a bassa pressione con p < 1 bar b. sistema ad alta pressione con 1 < p < 5 bar Il sistema in depressione si differenzia a sua volta in base alle apparecchiature utilizzate per raggiungere i livelli di pressione negativa (<0): a. con ventilatori centrifugo fino a p di 0,5 bar b. con soffianti particolari e/o pompe per il vuoto fino a p di 0,8 bar In entrambi i casi (pressione e depressione) il moto della miscela aria / granulo si deve alla differenza di pressione tra punto di partenza (1) e di arrivo (2): p P 1 a d 2 v A gra p = p 1 p 2 Ci sarà moto solo se p 1 > p 2 ovvero p 1 p 2 > 0 Esempi nei due casi: in pressione p = p 1 p 2 = 4 1 = 3 bar in depressione p = p 1 p 2 = 0,1 ( 0,4) = 0,3 bar La variazione di pressione lungo la condotta, gradiente di pressione, è riportata in figura. In blu in pressione e in rosso in depressione. b Andamento del gradiente di pressione nella condotta: a) in pressione, b) in depressione L Ai fini dell ingresso del prodotto in condotta il sistema in depressione è vantaggioso mentre il sistema in pressione ostacola l alimentazione. Infatti all imbocco il materiale deve passare dal contenitore nella condotta. Il materiale si trova alla pressione atmosferica mentre nella condotta la pressione in quel punto col sistema in depressione è inferiore a quella del materiale e dunque esso è libero di fluire; con il sistema in pressione nella bocca di alimentazione si ha una ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 4/17 Prof. Giovanni
Sulla stessa condotta è riportato l andamento della velocità della fase pressione maggiore di quella del materiale, pertanto occorrono opportuni accorgimenti per permettere il passaggio del materiale in condotta. 4. Velocità [m/s] La velocità nella condotta è minima alla partenza e massima all arrivo. Per convenzione ci si riferisce sempre alla velocità massima. Essa ha una forte influenza sul trasporto. Oltre alla relazione con la caduta di pressione si verifica che se in fase diluita la velocità è troppo bassa c è il pericolo di intasamento della tubazione. Al contrario valori eccessivi provocano talora erosione della tubazione e degradazione del materiale. Trasporto in depressione In fase diluita la velocità è solitamente intorno ai 15 m/s fino ad un massimo di 30 m/s, in fase densa la velocità è normalmente più bassa e rimane sempre inferiore ai 10 m/s. Trasporto in pressione La velocità è solitamente superiore ai 13 m/s fino 5. Tipo di prodotto Le materie plastiche trasportate mediante impianti pneumatici si presentano generalmente in granuli, talora meno frequentemente in polveri. Polveri e granulo sono caratterizzati da una grande differenza dei relativi pesi specifici [kg/m 3 ] apparenti (psa). A parità di peso specifico effettivo (pse) il granulo presenta valori di psa più alti delle polveri. Le specifiche del trasporto sono diverse nei due casi. Le polveri godono di una buona proprietà di trattenere l aria e quindi ne occorre una piccola quantità ed il trasporto avviene normalmente in fase densa e a velocità limitate. Le polveri si trasportano col sistema in pressione e distinguono due casi: - brevi distanze: fase densa (D>50), basse velocità (da 4 a 7 m/s), bassa pressione (da 1 a 3 bar) - alte distanze: fase relativamente densa (D<50), velocità (da 10 a 12 m/s), alta pressione (più di 3 bar) - Il granulo ha una scarsa proprietà di trattenere l aria e quindi ne occorre una quantità elevata ed il trasporto avviene normalmente in fase diluita e a velocità elevate. Il materiale in granuli si trasporta solo col sistema in depressione solo in fase diluita (D<10), velocità superiori ai 13 m/s), con differenze di pressione dell ordine di 1 bar tra punto di partenza e arrivo. 6. Dimensioni della condotta E importante stabilire correttamente le dimensioni della condotta tenendo conto che esse sono in relazione con gli altri parametri del processo. La caduta di pressione, spinta del moto, dipende largamente dalla densità di fase, dalle dimensioni della tubazione dal tipo di percorso (piano, con variazioni di direzione..) e dalla velocità. Aumenta all aumentare della densità di fase, della distanza e al diminuire del diametro (cioè all aumentare della velocità). Le 6 grandezze viste sono interdipendenti tra loro. Di seguito alcuni diagrammi che rappresentano alcune delle reciproche relazioni. ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 5/17 Prof. Giovanni
Fig 1 Diagramma Mp p - D Diagramma a Lunghezza e velocità costanti 1,2,3 = densità di fase in ordine crescente. D1<D2<D3 Fig 2 Diagramma p L - D Diagramma a velocità costante 1,2,3,4 = densità di fase in ordine crescente. D1<D2<D3<D4 ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 6/17 Prof. Giovanni
Fig 3 Diagramma V - D ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 7/17 Prof. Giovanni
4. Esempi di impianti Sistema in pressione positiva Bassa Alta Dispositivi di scarico ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 8/17 Prof. Giovanni
Rotocella Tubo di Venturi Coclea ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 9/17 Prof. Giovanni
Valvola a doppia porta Separatori (Cicloni) ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 10/17 Prof. Giovanni
Sistema in pressione negativa ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 11/17 Prof. Giovanni
Prelievo sistemi misti ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 12/17 Prof. Giovanni
Alimentazione in pressione ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 13/17 Prof. Giovanni
ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 14/17 Prof. Giovanni
Alimentazione in depressione ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 15/17 Prof. Giovanni
ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 16/17 Prof. Giovanni
[1] Le Apparecchiature Ausiliarie nella trasformazione dei termoplastici - Romano Durante CENTROOFFSET MASTER (Mestrino Padova) 2001 ImpMP_02 ALIMENTAZIONE 17/17 Prof. Giovanni