Sistemi in Batch ed in continuo - Materiali per le industrie alimentari - sistema di trasporto pneumatico

SISTEMI DI TRASPORTO PNEUMATICO

I sistemi di trasporto pneumatico costituiscono uno degli impianti primari di produzione nel settore alimentare in tutti quei processi che richiedono l'utilizzo di materiali granulari (farina, zucchero, cioccolato, tutto ciò che viene utilizzato abitualmente per produrre un'ampia varietà di prodotti).

Questi sistemi possono essere classificati a seconda della loro topologia e delle loro modalità operative in vari modi: esistono sistemi in batch e sistemi che lavorano in continuo, sistemi singoli e multipli a seconda se caricano da uno o più serbatoi, sistemi che lavorano in fase diluita o in fase densa e sistemi che lavorano in tubazioni o in canali.

Da un punto di vista della configurazione ci possono essere:

• Sistemi a ciclo aperto: sono sistemi in cui il materiale viene scaricato all'interno di un flusso di aria o di gas (azoto nel caso in cui il materiale richieda di non essere sottoposto a processi di ossidazione).

Si crea un flusso d'aria, il materiale viene introdotto all'interno di questo flusso d'aria con una concentrazione del materiale che può essere bassa, quindi che è ad alta diluizione. Oppure in fase densa, cioè all'interno di una tubazione scarico tanto materiale che poi viaggia con una occlusione della superficie utile totale o con un grosso grado di occupazione. (se si fa viaggiare una duna di un deserto).

• Sistemi a ciclo chiuso: quando si hanno delle sostanze tossiche o esplosive. Infatti nel settore alimentare si ha a che fare con sostanze esplosive, ad esempio la farina è una sostanza esplosiva, tutte le sostanze organiche lo sono potenzialmente, perché una miscela esplosiva (ad es. aria e farina) è composta da un combustibile (la materia prima che brucia) e un comburente (la sostanza chimica che contribuisce alla creazione della miscela esplosiva). Nel nostro caso il combustibile è la farina e il comburente è

l'ossigeno; quando queste due componenti si trovano tra loro in una combinazione stechiometrica (combinazione ottimale per dare luogo a esplosioni) siamo ad alto rischio. I sistemi di trasporto nei mulini all'interno hanno dei sistemi di protezione, ad esempio hanno delle paratie mobili che si aprono in caso di sovrapressione, per evitare che le onde d'urto dovute all'esplosione possano andare ad impattare sul personale che si trova all'interno, oppure hanno un ciclo di trasporto chiuso con azoto (che è un inerte e quindi non si può formare la miscela stechiometrica e non ci sono rischi di esplosioni), che però costa molto. - Sistemi a pressione positiva: si ha una sovrapressione che spinge da monte a valle, (si spinge il flusso in una certa direzione es. phon che va a finire dentro una tubazione, si mette all'interno il prodotto e viene trasportato dall'aria che spinge). - Sistemi a pressione negativa: si ha una depressione.che aspira da valle amonte. (Es. pompa a vuoto che aspira tutto ciò che c'è a monte). • Sistemi fissi: come la maggior parte dei sistemi utilizzati nel settore alimentare perché sono impianti a installazione fissa all'interno dell'attività produttiva • Sistemi mobili: che vengono utilizzati quando c'è uno scarico di materiale granulare e bisogna trasportarlo all'interno dei sili. Per caricare il silo si utilizza un sistema di trasporto mobile con una sorta di becco tipo aspirapolvere che porta su tutto il materiale granulare e lo scarica all'interno del silo. Sistema di tipo chiuso. È formato da una soffiante (blower) che spinge un getto di aria e lungo la tubazione c'è un serbatoio con un sistema di disingaggio (valvola rotativa di tipo volumetrico che carica un volume man mano che la valvola ruota, lo scarica all'interno in modo da avere un controllo sulle quantità scaricate), la

Miscela aria-materiale granulare viene spinta all'interno delle tubazioni e viene scaricata all'interno di un serbatoio che serve per la miscelazione. Dopodiché in un sistema chiuso il gas (per esempio l'azoto) viene recuperato non prima di aver fatto passare il tutto attraverso un filtro, che serve a evitare che le particelle più piccole rimangano in sospensione e vengano trasportate dentro. La miscela finisce all'interno di uno scambiatore di calore che funge da essiccatore (avviene l'essicamento) per evitare che un gas con all'interno una certa quantità di vapore acqueo favorisca fenomeno di aggregazioni del materiale granulare. (Alcuni materiali granulari sono sensibili all'acqua e possono dare luogo a fenomeni di aggregazione che portano il materiale ad aderire alle pareti delle tubazioni di trasporto).

Sistema a pressione positiva. È un sistema aperto perché non si ha una valvola di ricircolo, si ha una soffiante.

con un scambiatore di calore che in questo caso è posizionato a valle, proprio perché serve ad essiccare l'aria, dopodiché il serbatoio di scarico dove è accumulato il materiale (dove c'è il feed) scarica il materiale che poi è trasportato in uno o più serbatoi a seconda di dove serve, e il trasporto viene regolato da delle valvole di sezionamento. A differenza del precedente dove la soffiante era posizionata a monte (vedi schema positive pressure), questo ha una soffiante posizionata a valle (vedi schema negative pressure), quindi la presenza di una soffiante in questa posizione crea una depressione in tutto il sistema. Lo scambiatore di calore sta sempre a monte perché si deve essiccare l'aria prima di inserirla all'interno. Lo scambiatore essicca l'aria, questa viene risucchiata da tutto il sistema, (il filtro o ciclone serve a evitare che il particolato arrivi all'interno). Poi ci sono i serbatoi che

conferiscono il materiale che poi viene trasportato.

Sistema a pressione positiva-negativa

Sono dei sistemi più complessi in cui si ha una parte che è per aspirazione e una parte che è per compressione. Dove c'è il blower c'è un ventilatore assiale. (Il compressore aumenta la pressione mentre il ventilatore è una macchina che serve ad aumentare la portata d'aria. Si genera una portata d'aria che viene essiccata. La presenza di una sovrapressione fa sì che si abbia un risucchio di aria dall'interno del serbatoio e quindi in tutta la sezione che sta a monte si crea una depressione.

Sistema di tipo mobile(schema vacuum conveying from open storage.)

Il materiale viene scaricato all'interno di alcuni contenitori, c'è una tubazione flessibile che aspira tutto il materiale e lo porta dentro.

Da un punto di vista meccanico un sistema è formato dalle seguenti componenti:

• Una sorgente di gas
compresso (aria quindi ossigeno, azoto per i materiali potenzialmente positivi); • Un sistema per introdurre il materiale (valvola di tipo volumetrico che viene posizionata sotto il serbatoio di accumulo); • Una linea di trasporto che è composta da tubazioni di vario diametro; • Sistema di disingaggio per separare il materiale trasportato dal gas. Questo sistema può essere un ciclone che viene posizionato alla fine della linea di trasporto. (Un ciclone è una macchina di tipo centrifugo per la separazione di materiali solidi all'interno di un flusso gassoso. Impone alle particelle presenti all'interno della miscela di perdere la loro velocità andando ad impattare su una superficie conica e quindi a quel punto le particelle cadono per gravità e il gas viene aspirato dal centro). Il sistema può funzionare senza parti in movimento (solo la valvola di disingaggio è in movimento) e questo è importante perché ognivolta che si ha una parte in movimento nel settore alimentare in un impianto si deve tener conto delle possibili perdite di materiali lubrificanti, possibili abrasioni delle parti in rotazione che possono portare componenti metalliche all'interno del materiale trasportato. Con queste linee si trasporta un po' di tutto, tè, caffè, zucchero e farina, quindi tutti i materiali granulari; anche materia prime come grano e riso vengono trasportate in questo modo. Tra le materie prime si ha un range di comportamento variabile, e ognuna ha bisogno, in funzione delle proprie caratteristiche (di dimensioni e densità), dell'appropriata modalità di trasporto; lo stesso materiale può essere presente in forme diverse. CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI TRASPORTATI Geldart ha fatto uno studio che gli ha permesso di classificare in quattro gruppi fondamentali le materie prime di natura granulare, in base alle quali poter stabilire qual è la condizione di

trasporto più appropriata.

3A. Aerabili: Polveri con densità abbastanza bassa (ρ<1,4g/cm ) e dimensioni delle particelle piuttosto piccole (diametro medio <30µm). Si prestano particolarmente al trasporto in fase diluita (con alte diluizioni e una bassa percentuale di salutazione della portata volumetrica con il materiale solido);

3B. Sabbiose: Polveri con densità maggiori (da 1,4 a 4 g/cm ) e dimensioni più grandi (il diametro medio va da 150 a 500µm). Hanno caratteristiche tali per cui tendono a stratificarsi sul fondo perché le caratteristiche di fluidizzazione (cioè le velocità richieste per mantenere completamente in movimento in aria queste particelle) sono molto esigenti, quindi occorrerebbero flussi di aria molto potenti. Vengono trasportate in fase solida;

C. Coesive: (zucchero a velo). Particelle molto piccole (diametro medio <30µm). Sono complesse da trasportare perché sono molto coesive e hanno

Le particelle solide possono essere trasportate attraverso tubazioni utilizzando diversi meccanismi. Le particelle possono essere suddivise in due categorie principali: particelle diluite e particelle concentrate.

Le particelle diluite sono caratterizzate da una bassa concentrazione di solidi (meno dell'1% in volume) e vengono trasportate in sospensione nell'aria a velocità elevate all'interno delle tubazioni. Questo tipo di trasporto richiede alte velocità del gas (da 13-20 m/s) e può generare perdite di pressione a causa dell'attrito generato dalle componenti meccaniche.

Le particelle concentrate, invece, sono caratterizzate da una concentrazione elevata di solidi e richiedono un meccanismo di trasporto diverso. Esistono due tipi principali di particelle concentrate:

1. Particelle coesive: Queste particelle sono caratterizzate da forze interparticellari elevate che le rendono poco inclini a lasciarsi trasportare. Inoltre, sono soggette a fenomeni di natura elettrostatica, per cui tendono ad aderire anche per forze elettrostatiche.
2. Particelle spoutable: Queste particelle sono molto grandi o molto dense e devono essere trasportate per blocchi. Durante il trasporto, esse vanno a riempire completamente la sezione della tubazione, esercitando una forte pressione a monte. Quando la pressione supera le forze di resistenza di attrito alle pareti, il blocco si sposta e le particelle viaggiano a pacchetto.

Questi sono i due modi principali per trasportare le particelle solide attraverso tubazioni.