Uno stabilimento alimentare perdeva quasi il 4% di ogni lotto sotto forma di polvere e granuli rotti durante il trasferimento dal miscelatore alla linea di confezionamento. Il problema non era la fase di miscelazione; si trattava di una linea di trasporto in fase diluita che funzionava a 22 m/s, consentendo a ogni particella di colpire la parete del tubo e ogni curva. Dopo il passaggio al trasporto pneumatico in fase densa, la perdita di prodotto è scesa al di sotto dello 0,5% e la durata dei tubi è aumentata da circa un anno a più di quattro. Questo risultato è tipico per i materiali abrasivi, friabili o soggetti a segregazione: la fase densa muove gli stessi solidi sfusi a una frazione della velocità, quindi le particelle scivolano attraverso la linea in blocchi compattati invece di scontrarsi con i raccordi ad alta velocità.
Che cos'è il trasporto pneumatico in fase densa?
Il trasporto pneumatico in fase densa è un metodo a bassa velocità e ad alta pressione per spostare polveri e granuli sfusi. Il materiale non è sospeso nel flusso d'aria. Invece, un compressore o un ventilatore eroga aria a circa 2-8 bar (da 30 a 100 PSIG), spingendo una colonna compattata di prodotto attraverso la tubazione. Il materiale viaggia come dune lungo il fondo del tubo o come proiettili a passaggio totale separati da sacche d'aria.
La densità di trasporto nella linea è generalmente pari a circa il 50% della densità apparente del materiale a riposo, motivo per cui il metodo viene chiamato "denso". Le velocità del prodotto solitamente rimangono comprese tra 1 e 8 m/s, rispetto a 15-35 m/sec per il trasporto in fase diluita. Questa combinazione di alta pressione e bassa velocità è ciò che protegge sia il prodotto che il tubo.
Fase densa e fase diluita: cosa cambia realmente
Il modo più semplice per confrontare i due metodi è osservare il modo in cui si muove il prodotto. Nella fase diluita, il materiale è completamente sospeso e segue il flusso d'aria, quindi le singole particelle viaggiano rapidamente e entrano in collisione con la parete del tubo. Nella fase densa, il materiale viene spinto in avanti come tappi che si muovono lentamente e la maggior parte dell'energia dell'aria viene convertita in pressione anziché in velocità.
| Parametro | Fase diluita | Fase densa |
|---|---|---|
| Velocità del prodotto | 15-35 m/s | 1-8 m/sec |
| Pressione dell'aria | 0,2-1 bar | 2-8 bar |
| Rapporto prodotto/aria | Basso | Alto |
| Usura dei componenti | Alto | Basso |
| Degrado del prodotto | Alto | Basso |
| Costo della compressione dell'aria | Bassoer | Altoer |
| Distanza di trasporto tipica | Da corto a medio | Da medio a lungo |
Il costo più elevato della compressione dell’aria è il motivo principale per cui la fase densa non viene installata ovunque. I risparmi derivano da una minore usura, minori danni al prodotto e una minore manutenzione su curve, deviatori e valvole rotative.
Come funziona un sistema a fase densa
Un sistema in fase densa è costituito da tre elementi principali: un recipiente a pressione o un serbatoio di soffiaggio che alimenta il materiale nella linea, una fornitura di aria compressa e punti di iniezione dell'aria lungo la tubazione. Il ciclo operativo è semplice:
- Il serbatoio di soffiaggio viene riempito mentre viene scaricato nell'atmosfera.
- La valvola di ingresso si chiude e l'aria compressa pressurizza il serbatoio.
- Quando la pressione del serbatoio supera la resistenza della tubazione, il materiale viene espulso dal serbatoio nella linea.
- I punti di iniezione dell'aria lungo il tubo rilasciano aria a intervalli, mantenendo la colonna di materiale in movimento come tappi e impedendole di compattarsi.
Un punto che causa ancora confusione è la differenza tra un serbatoio di soffiaggio e un vero funzionamento in fase densa. L'uso del solo serbatoio di soffiaggio non garantisce il comportamento della fase densa. Se la velocità dell'aria è sufficientemente elevata da sospendere il materiale, il sistema funziona in fase diluita anche se alimentato da un recipiente a pressione. Il fattore decisivo è la velocità, non il tipo di alimentatore.
Quali materiali traggono maggiori benefici
La fase densa non è la scelta giusta per ogni prodotto. Guadagna i suoi costi di esercizio su materiali che altrimenti verrebbero danneggiati o danneggerebbero la linea. Quattro categorie sono particolarmente adatte:
- Prodotti abrasivi come allumina, sabbia silicea e molti altri intermedi chimici . Una bassa velocità significa una minore erosione dei tubi, soprattutto in corrispondenza delle curve.
- Prodotti friabili e fragili compreso granuli farmaceutici , caffè solubile e particelle rivestite. La delicata azione di spinta preserva la dimensione delle particelle e riduce la polvere.
- Lotti misti che tendono a segregarsi quando viene soffiata aria attraverso di loro. La fase densa riduce al minimo la classificazione delle particelle tipica dei flussi ad alta velocità.
- Materiali morbidi e comprimibili come molte polveri alimentari e granuli polimerici, che si deformano o si imbrattano sotto l'impatto in fase diluita.
Le polveri fini e altamente coese rappresentano la principale eccezione. Possono formare archi stabili invece di lumache pulite. Per questo motivo la prova di trasporto con il prodotto reale non è facoltativa; è l'unico modo affidabile per confermare che la fase densa funzionerà e per dimensionare correttamente la linea.
Adattare l'approccio di trasporto alla tua linea
Prima di impegnarsi in un sistema in fase densa completa, gli ingegneri dell'impianto dovrebbero valutare la distanza di trasferimento e il comportamento del prodotto rispetto ad apparecchiature più semplici. Per brevi distanze di trasferimento, un trasportatore a vuoto offre un'alternativa pneumatica a basso costo ed è ampiamente utilizzato per spostare le polveri da sacchi, contenitori o piccole apparecchiature di processo senza fuoriuscita di polvere.
Il trasporto a vuoto è generalmente limitato a distanze inferiori a 30 metri, ma entro tale intervallo evita le spese di capitale di un recipiente a pressione e di una stazione di compressione ed è facile da pulire tra un cambio di prodotto e l'altro.
Dal punto di vista meccanico, un trasportatore a coclea fornisce un modo affidabile e chiuso per alimentare il materiale a una velocità controllata in un frullatore, un granulatore o una macchina confezionatrice. I trasportatori a coclea vengono spesso utilizzati per brevi trasferimenti orizzontali o inclinati in cui il prodotto scorre liberamente e il layout è fisso.
Trasportatore a coclea per granuli alimentari LS per il trasferimento di materiale a breve distanza Questo trasportatore a coclea in acciaio inossidabile è adatto per l'alimentazione controllata di polveri secche e granuli a flusso libero su brevi percorsi orizzontali o inclinati, integrando i sistemi a fase densa più lunghi negli impianti alimentari, chimici e farmaceutici. Visualizza il prodotto → Per tirature lunghe, produttività elevata o prodotti che non tollerano la movimentazione meccanica, la fase densa rimane la scelta preferita. Molti impianti alimentari, chimici e farmaceutici utilizzano una combinazione: trasporto a vuoto o a coclea per i segmenti brevi, fase densa per la linea principale tra edifici o silos.
Considerazioni chiave prima dell'acquisto
Quando si specifica un sistema a fase densa, la discussione con il fornitore dovrebbe risolvere almeno quattro punti prima di quotare qualsiasi apparecchiatura.
- Fornitura d'aria. La fase densa necessita di una fonte d'aria a pressione più elevata rispetto alla fase diluita. Decidi se far funzionare un compressore dedicato o attingere all'aria dell'impianto. La fornitura dedicata è solitamente più affidabile, perché la pressione dell'aria dell'impianto fluttua quando altre apparecchiature si avviano e si fermano.
- Disposizione della linea. Ogni curva aggiunge resistenza e dà alle lumache un posto dove fermarsi. Mantenere le curve al minimo, utilizzare gomiti a lungo raggio e, per i prodotti abrasivi, installare protezioni antiusura sostituibili o curve rivestite in ceramica.
- Prove sui materiali. Non dimensionare mai una linea di fase densa basandosi esclusivamente sulla densità apparente. La distribuzione granulometrica, il contenuto di umidità, la coesione e la friabilità influiscono tutti sulla formazione del tappo. Una prova controllata sul prodotto reale è l'unico modo affidabile per impostare il diametro della linea, il flusso d'aria e la pressione.
- Qualità dei componenti. La valvola di scarico del serbatoio di soffiaggio, i raccordi di iniezione dell'aria e le curve della tubazione si guastano prima in un servizio abrasivo. Specificare i componenti classificati per la pressione operativa e progettati per una rapida sostituzione.
Anche i costi operativi dovrebbero essere valutati onestamente. I sistemi a fase densa solitamente richiedono compressori più grandi e più energia per tonnellata trasportata rispetto alla fase diluita. Il ritorno dell'investimento deriva da una minore perdita di prodotto, da una minore manutenzione e da un minor numero di blocchi della linea. Gli impianti che utilizzano prodotti abrasivi o fragili in genere recuperano la differenza entro il primo ciclo di produzione completo.
La domanda decisiva è semplice: cosa fa il tuo prodotto quando viaggia a 25 m/s? Se la risposta è rottura, polvere, segregazione o rapida usura dei tubi, il trasporto pneumatico in fase densa vale l'investimento maggiore nel compressore. Se il prodotto è robusto, scorrevole e la distanza è breve, andrà bene un sistema a vuoto o a vite più semplice. In ogni caso, le velocità, le pressioni e il comportamento del materiale misurati durante una prova con il proprio prodotto dovrebbero guidare la specifica finale.
