UNIVERZITET U TUZLI

MAINSKI FAKULTET

Mehatronika

Fleksibilni transport I

Projekat:

Pneumatski transport

Izradio: Muhamed Heri III-18/04 Mentor: Prof.dr.sc. Alan Topi doc.

2

Sadraj:

Uvod: .......................................................................................................................................... 3

1.0 Vrste pneumatskih sistema .............................................................................................. 4

1.1 Podruje primjene pneumatskog trnasporta .................................................................... 4

1.2 Prednosti i mane pneumatskog transporta ....................................................................... 5

1.3 Potisni pneumatski transport ........................................................................................... 6

1.4 Usisni pneumatski transport ............................................................................................ 9

1.5 Kombinirani pneumatski transport ................................................................................ 10

1.6 Usporedba usisnog i potisnog sistema .......................................................................... 11

1.7 Teorija leteeg pneumatskog transporta ............................................................................. 12

1.8 Sile koje djeluju na esticu materijala u struji gasa ........................................................... 13

1.9 Primjeri primjene pneumatskog transporta ........................................................................ 15

Zakljuak: ................................................................................................................................. 18

Literatura: ................................................................................................................................. 19

3

Uvod:

Pod pneumatskim transportom podrazumijeva se transport prainastih i zrnastih

materijala vazduhom ili nekim drugim gasom. Ideja da se vazduh iskoristi za transport

sipkavih materijala pojavila se krajem XIX vijeka. U monografiji Hadsona (Hudson) i Butsa

(Boots) pie da su ve 1866. godine postojali ureaji za pneumatski transport prainastih

materijala, i Dakem (Duckham) u svojoj knjizi navodi da su 1892. godine u londonskim

dokovima montirani pneumatski ureaji za istovar penice iz velikih prekookeanskih brodova.

Kapacitet im je iznosio od 2060 t/h, a radili su na principu vakuma. Prvi rad o

pneumatskom transportu pojavio se 1916. godine (Bentham) u kome je, u stvari, uinjen

pokuaj da se stvore neke formule iz kojih bi se mogli izraunati bar neki parametri

transporta. Ipak, kao prvi nauni rad iz oblasti pneumatskog transporta smatra se doktorska

disertacija Gasterteta (Gasterstadt) iz 1923. godine.

4

1.0 Vrste pneumatskih sistema

Postoji irok spektar pneumatskih sistema koji se primjenjuju za transport materijala. Pa

tako pneumatske sistema moemo podijeliti na:

Prema vrsti materijala koji se transportuje:

Pneumatski transport fluidizovanog materijala

Pneumatski transport sitnih i prakastih materijala Prema vrsti sistema:

Otvoreni

Zatvoreni Prema sistemu strujanja vazduha:

Usisni

Potisni

Kombinovani Prema pokretnosti sistema:

Fiksni

Mobilni U odnosu na veliinu pritiska:

Niski do 10 000 Pa

Srednji do 3 bar

Visoki preko 3 bar U odnosu na gustinu materije:

Niska gustina

5

1.2 Prednosti i mane pneumatskog transporta

Prednosti pneumatskog transporta u odnosu na mehaniki transport su sljedee:

pneumatski transport prakastih i zrnastih materijala moe da se obavlja lako u svim pravcima, prilagoavajui se raspoloivom prostoru i ostalim uslovima,

pneumatski transport zahtjeva daleko manji prostor, ime se mnogo uteuje u graevinskom pogledu budui da on pripada prvenstveno unutranjem transportu po

lokaciji,

pneumatski transport prua mogunost povezivanja raznih zahtjeva u okviru tehnolokog procesa, kao to su: istovremeno suenje ili vlaenje materijala vazduhom

za vrijeme transporta, istovremeno zagrevanje ili hlaenje materijala vazduhom za

vrijeme transporta, razvrstavanje materijala po krupnoi na osnovu brzine taloenja

itd.,

pneumatski transport dovodi do najmanjeg rasipanja materijala za vrijeme transporta i na taj nain najmanje zagauje okolinu, naroito ako je rije o pneumatskom

transportu na principu vakuma,

pneumatski transport obezbeuje najbolje higijenske uslove kako za osoblje koje ga opsluuje tako i za transportovani materijal,

pneumatski transport obezbeuje visok stepen automatizacije tehnolokog procesa u kome uestvuje,

pneumatski transport omoguuje istovremeni transport materijala sa vie mjesta na jedno mjesto i obrnuto

pneumatski transport omoguuje ostvarivanje velikih kapaciteta po jednoj liniji i cijena ureaja je mnogo nia od cijene mehanikih transportera.

Pneumatski transport ima sljedee mane:

ne moe se primijeniti na sve materijale, ve samo na prakaste i zrnaste,

za vrijeme transporta materijal se donekle usitnjava, naroito kad sistem pneumatskog transporta nije dobro odabran i kad strujni parametri nisu dobro odreeni,

duina transporta nije duga, i zato je on ogranien na primjenu unutar fabrikih krugova i hala, za utovar i pretovar materijala koji se transportuju,

zahtjeva bolju strunu obuenost radnog osoblja koje rukuje sa ureajima pneumatskog transporta,

potronja pogonske energije je pri istom kapacitetu i ostalim uslovima via nego kod mehanikog transporta.

6

1.3 Potisni pneumatski transport

Potisni pneumatski transportni sistemu spadaju u konvencionalne sisteme i najee se

susreu. Ovim nainom se moe transportovati irok spektar materijala. Problem koji se

javlja prilikom transporta ovakvim sistemom je ubrizgavanje transportovanog sredstva u

cijevi za transport. ematski prikaz ovakvog sistema dat je na slici 1.

Slika 1. Potisni pneumatski transportni sistem

Karakteristika ovog sistema je da se kompresor nalazi ispred silosa u kojem se nalazi

materijal, sa oznakom 3 je oznaen ulaz u kompresor a sa 4 izlaz. Materijal koji se nalazi u

silosu se ubrizgava u cijevi te biva potisnut zrakom iz kompresora. Materijal putuje kroz

cijevi i dolazi do odvajala gdje se odvaja zrak od materijala, zrak se filtrira i isputa u

atmosferu. Problem oko mijeanja zraka i materijala je rijeen preko rotacionog ventila,

postoje takoer sistemi koji nemaju rotacioni ventil, gdje se mijeanje izvodi pomou

gravitacione energije. Oni se esto primjenjuju pri malim pritiscima vazduha mada se i kod

njih javljaju problemi kada je silos polu prazan

Slika 2. Rotacioni ventil

7

Slika 3. Pneumatski transport u vie skladita

Potisni pneumatski transport moe biti projektovan tako da transportuje materijal na vie

mjesta. Upravljanje materijalom se vri preko regulacionih ventila, poto su spremita

materijala postavljanje serijski zatvaranjem cijevi blokiranjem cjevovoda iza spremita

materijal e se transportovati u eljeno skladite. Ovakvom izvedbom je rijeen problem

isputanja materijala iz sabirnika ili skladita kod sistema koji sa kontinuiranim radom.

Potisni pneumatski transport se takoer koristi kod transporta gustog ili fluidizovanog

materijala. Pneumatski transport fluidizovanog materijala zasniva se na svojstvu da

fluidizovani prakasti ili sitno zrnasti materijal dobija osobine tenosti odgovarajue

viskoznosti. Kao i kod kretanja tenosti, uzrok kretanja fluidizovanog materijala moe biti

gravitacija ili razlika pritisaka.

Pa se stoga transportni sistemi fluidizovanog materijala djela na transport pneumatskim

koritima i na transport konvencionalnim sistemima. U pneumatskim koritima fluidizovani

materijal se kree pod dejstvom gravitacije, jer je ono nagnuto pod uglom prema horizontali.

Sipkav materijal dolazi iz silosa preko dozatora u gornji dio pneumatskog korita, dok se

vazduh pod pritiskom dovodi ispod porozne membrane, vazduh se dovodi radi fluidizovanja

materija, te materijal pomjan sa vazduhom se ponaa kao tenost . Fluidizovani materijal

zbog nagiba poroznog dna poinje da tee,. Primjera radi ugao teenja samog cementa oko

70, dok u fluidizovanom stanju poinje da tee ve na 2-3. Korito je obavezno hermetiki

zatvoreno, da bi se materijal odrao u fluidizovanom stanju.

Slika 4.Penumatsko korito

8

Slika 5. Geldart-ova klasifikacija ponaanja materijala

Na slici 5 je predstavljanja Geldart-ova klasifikacija materijala koji se transportuju

pneumatskim koritima. U grupu A spadaju prakasti materijali ija je gustina veoma velika,

odnoso toliko je velika da e se kretanje materijala u pneumatskom kanalu nastaviti i kada se

iskljui dotok vazduha. U grupu B spadaju materijali sa neto krupnijom zrnastom

strukturom. Ovi materijali nee se kretati niz pneumatski kanal bez prisustva vazduha

odnosno bez procesa fluidizacije, dobra osobina ovih materijala jeste da se regulacijom

vazduha vri i regulacija teenja materijala. U grupu C spadaju materijali koji se teko

fluidiziraju i obino se ne trasnportuju na ovaj nain, ali ipak se i kod njih primjenjuju

pneumatska korita ako je nagib korita dovoljno velik. Grupu D ine materijali velikim zrnima

te se fluidiziraju samo pri veoma velikim pritiscima te se ne transportuju na ovaj nain.

Kontinuirani pneumatski transport kroz cjevovode fluidizovanog materijala se izbjegava,

poto bi za takvu vrstu transporta bila potrebna velika energija te se iz tog razloka

fludifizovani materijal transportuje isprekidanim tokom.

Slika 6. Pneumatski transport fluidizovanog materijala

9

Princip rada je slijedei, vazduh pod pritiskom se dovodi u silos u kojem se nalazi materijal,

te zbog razlike pritisaka materijal poinje polahko da tee. Da bi se ubrzalo kretanje

materijala vri se prekidanje toka materijala, na taj nain to se vri uputanje zraka u

cjevovod u kome se nalazi materijal, to uputanje se vri pomou ventila 2 na slici 6 te se

izvodi u jednakim vremenskim intervalima. Na taj nain se obezbjeuje bri protok materijala

kroz cijevi a da se ne poveava pritisak kompresora.

1.4 Usisni pneumatski transport

Usisni pneumatski transport se najee koristi kada je potrebno vie materijala dovesti

jednu komoru. Usisni pneumatski transport se razlikuje od potisnog u nekoliko stvari: komora

u koju se dovodi materijal mora biti dizajnirana da izdri optereenje vakuma, filter mora da

bude vei poto se vea koliina zraka filtrira, vakum pumpa se nalazi na kraju sistema itd.

Slika 7. Usisni pneumatski sistem.

Kod upotrebe usisnog pneumatskog sistema koji kontinuirano radi pojavljuje se problem

isputanja materijala iz sabirne komore, poto ona radi pod vakumom taj problem se rjeava

postavljanjem vie manjih sabirnih komora.

Slika 8. Usisavanje materijala sa otvorenog stovarita

10

Usisni pneumatski transportni sistemi se u velikoj mjeri koristi prilikom transporta rasutog

materijala sa otvorenog skladita. Takav jedan usisni sistem je prikazan na slici 8, i oni se

koriste najee kod istovara brodova koji prenose rasuti materijal, takoer se koriste kod

procesa ienja materijala (poslije procesa pjeskarenja) i skupljanja praine. Poto se kod

ovih sistema zrak usisava oni su posebno pogodni za transport toksinih materija. Da bi

sprijeila pojava zaepljenja vakum pumpe kao posljedica zaprljanja filtera postavljaju se

paralelni filtri iza pumpe.

1.5 Kombinirani pneumatski transport

Kod pneumatskog transporta na velike udaljenosti uobiajno je da se koriste kombinirani

sistemi, naroito ako se materijal nalazi na otvorenom skladiti i treba ga transportovati na

veliku udaljenost. Tada se sistem projektuje tako da je prvi dio prinosnika usisni a drugi

potisni. Naravno da izmeu ova dva sistema mora biti jedno meu skladite odnosno sabirna

komora iz kojeg e materijal biti potisnut dalje. Takav jedan sistem je prikazan na slici 9.

Slika 9. Kombinirani pneumatski transport

Na slici 10 se nalazi kombinirani pneumatski transport materijala iz vie skladita koji se

pogoni samo jednim elementom, za razliku od sistema na slici 9 koji ima i kompresor i vakum

pumpu. Ovakvi sistemi se koriste kada je potrebno materijal iz vie spremita dovesti u jedno.

Sistem mora biti paljivo projektovan da radi sa dvije razliite vrijednosti pritiska.

Slika 10. Kombinirani sistem sa jednim pogonskim elementom

11

1.6 Usporedba usisnog i potisnog sistema

Ako se posmatra jedan potisni pneumatski sistem slika 11 i jedan usisni pneumatski

sistem slika 12, oba sistema su dimenzionirana istim parametrima, proraunom se dobija:

Slika 11. Potisni pneumatski transport

Slika 12. Usisni pneumatski transport

a) Potisni pneumatski sistem Prenik cijevi D=100 mm, duina cijvei L=90 m kapacitet transporta je Q=10 t/h

Minimalni maseni protok vazduha mf=0.271 kg/s maksimalni je m*=10.3 kg/s

Pad pritiska u cijevima je p=50 kPa

Kritina brzina strujanja vazduha je Vfi=19.2 m/s a brzina kretanja aerosmjee je Vfe=28.8 m/s

b) Usisni pneumatski sistem Prenik cijevi D=100 mm, duina cijvei L=90 m kapacitet transporta je Q=10 t/h

Minimalni maseni protok vazduha mf=0.284 kg/s maksimalni je m*=9.8 kg/s

Pad pritiska u cijevima je p=78 kPa, zbog vee brzine

Kritina brzina strujanja vazduha je Vfi=30.1 m/s a brzina kretanja aerosmjee je Vfe=130.7

m/s

Iz gore navedenih primjera vidi se da brzina smjee moe biti vea kod usisnih sistema nego

kod potisnih, ova pojava se moe pripisati veoj razlici pritisaka kod usisnih nego kod

potisnih sistema. Ipak se u koriste oba sistema poto odabir naina transporta zavisi od mnogo

faktora. U tabeli 1 su predstavljene vrijednosti brzina pojedinih materijala koji se prenose

pomou pneumatskog transporta, sa oznakom (+) su oznaene potisne a sa () usisne brzine.

12

Tabela 1.

Materijal Gustina

[kg/m3]

Vfi(+)

[m/s]

Vfi(-)

[m/s]

Alum 800 19.8 33.5

Alminijum oksid 960 18.3 32

Kalcijum karbonat 400-800 19.8 33.5

Celuloza acetat 350 19.8 33.5

Glina 480 15.2 32

Suha glina 960 16.8 33.5

Oprana glina 640-800 18.3 35.1

Kafa u zrncima 670 13.7 22.9

Kukuruz 720 16.8 32

Mokro brano 640 10.7 27.4

Krupica 895 21.3 30.5

Slad 450 16.8 30.5

Zob 400 16.8 30.5

Fosfat trisodium 1040 22.9 33.5

So 1440 25.3 36.6

Soda 560 19.8 33.5

eer 800 18.3 33.5

Penica 769 16.8 32

1.7 Teorija leteeg pneumatskog transporta

Transport prakastog, zrnastog ili sitnokomadnog materijala zasniva se na injenici da

struja gasa djeluje na estice materijala aerodinamikim silama, koje pri odgovarajuim

brzinama gasa postaju dovoljno velike da estice materijala budu ponijete strujom gasa. Sam

fenomen da pri ovom transportu estice uglavnom lete (a ne klizaju ili ne kotrljaju se po zidu

cijevi u horizontalnim dionicama) objanjava se pulzacionim komponentama brzina

turbulentnog toka gasa i uzgonskoj sili koja djeluje na estice koje padnu na zid. Kretanje

estica materijala pri leteem pneumatskom transportu je haotino i sa sudarima ali sa

osnovnim komponentama brzine u pravcu ose cjevovoda koja je, naravno, manja od brzine

gasa. Potrebna veliina brzine gasa da bi se materijal transportovao u leteem stanju zavisi ne

samo od oblika i teine (veliine i gustine), ve i od koncentracije materijala u suspenziji sa

gasom. Sa porastom koncentracije materijala raste i potrebna brzina gasa za letei pneumatski

transport cjelokupne mase materijala. Ako je brzina gasa odgovarajua, estice materijala su

manje ili vie ravnomjerno rasporeene po presjeku cjevovoda. Ako je brzina gasa manja

smanjuju se aerodinamine sile dejstva gasa na estice materijala, raste uticaj njihove teine

na kretanje, to izaziva neravnomjernu koncentraciju materijala u horizontalnom cjevovodu.

Ako se brzina gasa snizi ispod odreene vrijednosti dolazi do taloenja izvjesne koliine

materijala na dnu horizontalnog cjevovoda i zaepljivanja cjevovoda. Zaepljenje cjevovoda

izaziva poveanje pritiska duhaljke, odnosno poveanje podpritiska vakum-pumpe, to je

indikator da se prekine sa doziranjem materijala.

Prema veliini pritiska koji se koristi pri leteem pneumatskom transportu, razlikuje se:

letei pneumatski transport niskog pritiska (do 10 000 Pa),

letei pneumatski transport srednjeg pritiska (do 3 bar),

visokopritisni letei pneumatski transport (primjenjuje se samo kao potisni, za nadpritiske od 3 do 8 bar).

13

Odnos masenih protoka definiran kao odnos masenog protoka transportovanog materijala

prema masenom protoku transportnog gasa, = , kod leteeg pneumatskog transporta kree se do 10, tako da se ovaj transport naziva i rijetko tekuim pneumatskim transportom.

Za velike transportne uinke kod ovog transporta potrebne su i velike koliine vazduha (ili

nekog inertnog gasa ako to zahtjeva transportovani materijal) uz odgovarajue prenike

cjevovoda.

1.8 Sile koje djeluju na esticu materijala u struji gasa

Struja gasa djeluje na esticu marerijala silom pritiska P i silom trnja Ftr.

Tako da je ukupna sila koja djeluje na esticu gasa jednak:

Sila moe da se rastavi na dvije komponente jednu u pravcu strujanja gasa i drugu

normalnu na silu strujanja, odnosno na silu otpora i silu uzgona .

Pored sile kojom struja gasa djeluje na esticu na esticu djeluje i sila njene sopstvene

teine , a u sluaju sudara sa drugom esticom ili sa zidom cijevi na esticu djeluje

reaktivna sila udara . Redukujui sve oce silu u centar inercije estice dobija se rezultanta sila i moment.

Rezultujua sila :

udv GGFR

Rezultujua sila izaziva translatorno kretanje estice koje u optem sluaju nije istog pravca

sa strujom gasa, dok rezultujui moment M prouzrokuje obrtanje estice oko ose koja

prolazi kroz njeno teite. Strujanje gasa je turbulentno, odnosno, nestacionarno, tako da se

sila , a sa njom i rezultujua sila u toku vremena neprekidno menja, to ima za posljedicu promjenu brzine i pravca kretanja estice. Uzimajui u obzir da pri kretanju estica dolazi i do

njihovog sudaranja, kretanje estice je veoma sloeno i nemogue ga je u optem sluaju

matematiki izraziti.

Turbulentno strujanje gasa moe da se posmatra kao kompleks dva strujanja, od kojih je

jedno, primarno vrjemenski osrednjeno, dok je drugo, sekundarno fluktuacijsko. Po ovoj

analogiji i sila dejstva struje gasa na esticu materijala moe se razmatrati kao zbir sila dejstva

primarnog toka;

uv FFF

0

i sila dejstva sekundarnog fluktuacijskog turbulentnog toka gasa;

uv FFF

0

Odnosno:

14

uvv FFF

Sile uzgona, kako od primarnog strujanja, tako i od sekundarnog (fluktuacijskog)

turbulentnog strujanja uzrok su da se pri pneumatskom transportu u horizontalnim

cjevovodima estice materijala prividno nalaze stalno u lebdeem stanju. Sile uzgona

primarnog (vremenski osrednjenog) turbulentnog strujanja posljedice su nesimetrinog

rasporeda pritiska po konturi estice, do kojeg dolazi bilo zbog oblika estice, bilo zbog

rotacije estice pri kretanju (efekt Magnusa). Pod dejstvom uzgonskih sila primarnog

turbulentnog strujanja gasa estica bi se kretale skokovito, a pod dejstvom sekundarnih

turbulentnih strujanja nastaju i sekundarna, na osu cjevovoda normalna kretanja estica, zbog

ega se ove rasijavaju po cijelom presjeku. Ukoliko su brzine strujanja gasa vee utoliko je

vea i turbulencija, te e se estice po presjeku cjevovoda rasijavati ravnomjernije. Na

kretanje estica u pravcu ose cjevovoda od presudnog znaja je sila otpora estice izazvana primarnim turbulentnim strujanjem gasa. U optem sluaju sila otpora estice materijala moe

da se izrazi formulom:

22

22

0

vcA

wAF v

Gdje je:

- koeficijent otpora

A- aerodinamini presjek estice

v- gustina fluida

w- relativna brzina gas (w=c-v)

c- apsolutna brzina gasa

v- apsolutna brzina estice materijala

Koeficijent otpora zavisi od oblika estice, reima strujanja oko estice, stepena turbulencije

gasne struje i od koncentracije materijala u suspenziji sa transportnim gasom. Reim strujanja

oko estice definie se Rejnoldsovim brojem:

vv

ee

v

evc

v

wR

gdje je e karakteristina dimenzija estice materijala, a v, kinematska viskoznost

transportnog gasa.

Zbog uticaja stepena turbulencije u gasnoj struji koeficijent otpora za isto tijelo i pri istom Re

broju nije isti za kretanje estice u mirnom gasu i u struji gasa. Kada se radi o kretanju estice

suspenzije, koeficijent otpora zavisi i od koncentracije materijala. Uslijed odljepljivanja

graninog sloja iza estice se obrazuje nestacionarno vrtlono strujanje u iju oblast moe da

upadne druga estica, to znatno utie na njen koeficijent otpora.

Matematiko opisivanje kretanja estica u gasnoj struji vri se uz velika uproenja,

zanemarujui sva dejstva upravno na pravac osnovne struje gasa ili se pretpostavlja ravnotea

ovih dejstava.

15

1.9 Primjeri primjene pneumatskog transporta

Kako je ve navedeno podruje primjene pneumatskih transportera u poglavlju 1.1

ovog rada, u ovom poglavlju e biti prikazani neki primjeri pneumatskih sistema.

Slika 13. Pneumatski transporteri firme Vrbovac

Slika 14. Pneumatski sistem za utovar/istovar brodova firme HW Carslen

16

Slika 15. Silos firme Tenova

17

Slika 16 . Suction dredgers podvodni iskop materijala

Slika 17. Maina za mainko malterisanje firme PFT

18

Zakljuak:

Pneumatski transportni sistemi su iskljuivo namijenjeni za transport rastresitih

materijala, te kako takvi predstavljaju optimalno rjeenje naruito u sluaju vertikalnog

transporta kada predstavljaju u najvie sluajeva i jedino rjeenje. Pneumatski transportni

sistemi se takoer koriste za utovar i istovar rastresitog materijala, takoer se njihov princip

rada koristi i kod mainskog malterisanja kao i kod podvodnog iskopavanja. Hidrauliki

sistemi su za sada u prednosti nad pneumatskih u pogledu maksimalnog pritiska, ali se ta

razlike sve vie smanjuje. Sve vie panje poklanja razvoju pneumatike, tako da se to

odraava i na pneumatske transportere.

19

Literatura:

[1.] David Mills Pneumatic Conveying Design Guide 2004. [2.] Levy, H.Kalman Handbook of conveying and handling of praticulate solids 2001. [3.] Predavanja sa Mainskog fakulteta Kragujevc.