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Il trasporto pneumatico è oggi uti-lizzato in moltissime applicazioni

industriali e sfrutta una moderna tec-nologia applicata alla movimentazio-ne di materie prime e prodotti di ogninatura.Le due distinte categorie del traspor-to pneumatico possono essere de-scritte come sistemi a bassa e altapressione.

Due sistemiSistemi a bassa pressione I sistemi a bassa pressione utilizzanoaria con pressione inferiore a 1 bar.Questi sistemi usano pressione o de-pressione per spingere o tirare i ma-teriali attraverso le linee di trasportoa velocità relativamente elevate e aun’alta velocità di sollevamento. Usa-no, generalmente, una soffiante abassa pressione o un ventilatore.

Sistemi ad alta pressione I sistemi ad alta pressione, general-mente conosciuti come trasportopneumatico ad alta densità, utilizza-no aria con pressione superiore a 1

bar. Usano pressione per spingere ilprodotto attraverso la linea di tra-sporto a velocità relativamente basse(come l’estrusione). Sono descritti co-me sistemi ad alta pressione e bassavelocità con alto rapporto aria-pro-dotto.Se guardiamo a un tipico impianto ditrasporto ad alta densità che usa unserbatoio in pressione per mantenerela pressione di trasporto, noteremouna bassa velocità di partenza di cir-ca 15 metri/minuto e una più alta ve-locità alla fine della linea di circa 152metri/minuto. La pressione di tra-sporto all’inizio della linea è di circa 3bar e, alla fine, zero. Questi impiantigeneralmente usano un compressorecome fonte di alimentazione.Poiché il trasporto ad alta densità ècosì versatile, esistono diverse confi-gurazioni di impianto che ne con-sentono l’utilizzo per materiali di di-verse natura e densità: prodotti gra-nulari, scorrevoli, abrasivi e non, co-me sabbia silicea o granuli di plasti-ca eccetera.

Configurazione con sistema discontinuo In questo caso, l’impianto è compostoda un serbatoio a pressione, cui è at-tribuito il ruolo di propulsore, e una li-nea di trasporto. Durante il ciclo diriempimento, il materiale è caricatonel propulsore attraverso una valvolaspeciale. L’aria rimossa è scaricata at-traverso una valvola di sfiato per per-mettere un miglior riempimento eprevenire contropressioni che rallen-terebbero il flusso del materiale.Una volta che il propulsore è riem-pito, come segnalato da un indica-tore di livello o da una bilancia, levalvole di scarico e sfiato chiudonoe sigillano.Successivamente, tutta l’aria ad altapressione richiesta per trasportare un

Tecnologia Bassa pressione

UNA TRATTAZIONE SINTETICA CON ALCUNI UTILI ESEMPI CONCRETI

TRASPORTOpneumatico:quale aria compressa

Nella maggior partedegli impianti per

il trasporto pneumatico,la macchina base

di spinta è una soffiante,spesso a lobi,

con pressioni che vannoda 0,5 a 1 barg. Viste

le basse pressioniin gioco, la progettazione

dell’impianto dovràessere ottimizzata

in funzione delle “perditedi carico” e facendo

particolare attenzionealle caratteristiche

dell’impianto,e al comportamento

termodinamicodegli scambiatori per

la riduzionedella temperatura

dell’aria.

Danilo Campani domnick hunter hiross

Gianluca Zanovello Compressori Veneta

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traverso la parte superiore del propul-sore e gli ugelli fluidificanti. Tutta l’a-ria richiesta per il trasporto è intro-dotta nel propulsore durante un com-pleto ciclo di trasporto. Questa ariacompressa introdotta nel propulsoresi miscela col materiale. Il materiale èforzato attraverso la linea di traspor-to in condizione fluidificata e conti-nua a fluire fino a che la linea e il pro-pulsore sono vuoti.Un pressostato è usato per controlla-re la pressione dell’aria nel propulsoree tarato per attivarsi a una predeter-minata bassa pressione alla fine delciclo.Questo chiude l’alimentazione dell’a-ria, permettendo al volume di aria re-siduo di pulire la linea. Caratteristichedi questo sistema sono l’alto flusso diaria durante il ciclo di trasporto e piùbasse pressioni di lavoro.

Configurazione con sistema in alta pressione Questa configurazione di trasportopneumatico è quella più convenzio-nale e, quindi, più utilizzata.Il sistema è, generalmente, adattoper polveri fini, granuli, abrasivi, nonabrasivi e materiali difficili da tra-sportare come sabbia silicea, refrat-tari, cenere di soda o ceneri volanti, edistanze di trasporto maggiori. Que-sto è un tipo di trasporto disconti-nuo e consiste in un propulsore, li-nea di trasporto e gruppi booster.Durante il ciclo di riempimento, ilmateriale alimenta per caduta il pro-pulsore attraverso la valvola a farfal-la con sede gonfiabile. L’aria da sosti-tuire è scaricata attraverso una val-vola di sfiato per consentire un facileriempimento.Una volta che il propulsore è pieno,come segnalato da un indicatore dilivello o bilancia, le valvole di carico esfiato si chiudono. La sola aria com-

pressa che entra nel propulsore è l’a-ria usata per sostituirsi al materialescaricato. Tutta l’altra aria richiestaper il trasporto è aggiunta attraver-so i booster. Il diaframma che agiscecome valvola di non ritorno permet-te all’aria compressa di entrare nellalinea di trasporto, impedendo infil-trazioni di prodotto nella linea del-l’aria.Questo è fondamentale per l’affida-bilità dei booster e per i risultati del-l’impianto nel suo complesso.La distanza tra i booster è assoluta-mente dipendente dalle caratteristi-che del prodotto trasportato. Unprodotto difficile può avere i boostermolto ravvicinati; viceversa, un pro-dotto facile può avere i booster mol-to più distanziati. In effetti, regolan-do le distanze tra i booster lungo lalinea, si riduce la lunghezza di tra-sporto alla distanza tra i booster, ga-rantendo affidabilità e risultati.Un pressostato è usato per control-lare la pressione dell’aria nel propul-sore e tarato per attivarsi a una pre-determinata bassa pressione alla fi-ne del ciclo di trasporto. Questochiude l’alimentazione dell’aria direte, permettendo al volume di ariaresidua di pulire la linea.Caratteristiche di questo sistema so-no l’alta portata di aria all’inizio e al-la fine del ciclo di trasporto e unabassa portata nel mezzo, con minoripressioni nella linea.

Configurazione con sistema a massimo riempimento Questo sistema è generalmente adat-to per prodotti abrasivi fragili e diffi-cili da trasportare come nerofumo,carburo di silicio, pellet di plastica osabbia silicea e lunghe linee di tra-sporto.Questo sistema può essere continuoo discontinuo e consiste in uno o più

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dato prodotto, senza riguardi per ladistanza, è gradualmente introdottadall’alto del propulsore durante il ci-clo di trasporto.Il materiale si muove in cilindri irre-golari fino a che propulsore e lineasono vuoti.Un pressostato è utilizzato per con-trollare la pressione dell’aria nel ser-batoio e tarato per attivarsi a unabassa pressione predeterminata allafine del ciclo di trasporto.Questa stacca l’alimentazione del-l’aria, permettendo al volume dell’a-ria residua di pulire il propulsore ela linea.Caratteristiche di questo sistema so-no l’alta portata di aria all’inizio e al-la fine del ciclo di trasporto e più al-te pressioni di utilizzo.

Configurazione con sistema fluidificanteEsso è generalmente idoneo per pol-veri molto fini e non abrasive, tipotalco o farina, e per brevi distanze ditrasporto.E’ un sistema di tipo discontinuo econsiste in un propulsore fluidifica-to e una linea di trasporto. Il pro-pulsore impiega ugelli fluidificantiper fluidificare il prodotto duranteil ciclo di trasporto ed eliminarel ’ impaccamento, migl iorando loscorrimento.Questa azione è così efficace che lamaggioranza delle polveri si compor-ta come liquido. Durante il ciclo diriempimento, il materiale alimentaper gravità il propulsore attraverso lavalvola a farfalla. L’aria è eliminata at-traverso la valvola di sfiato per per-mettere un più facile riempimento.Una volta che il propulsore è riempi-to, come segnalato dall’indicatore dilivello o bilancia, le valvole di carico esfiato sono chiuse. L’aria ad alta pres-sione è introdotta gradualmente at-

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propulsori e un’unica linea di trasporto con booster. Da unpunto di vista pratico, la grande differenza tra questa configu-razione e le altre è che la linea di trasporto non si vuota mai.La linea rimane sempre piena di prodotto all’inizio e alla finedel ciclo di trasporto. Il ciclo di alimentazione comincia con ilmateriale che riempie il propulsore attraverso una valvola afarfalla con sede gonfiabile.L’aria viene eliminata attraverso una valvola di sfiato perpermettere un facile riempimento. Tutta l’aria compressausata per il trasporto è immessa attraverso i booster monta-ti sulla linea di trasporto. Prima di riempire nuovamente ilpropulsore, l’aria in pressione viene scaricata attraverso unaspeciale valvola di sfiato che rimane aperta durante il ciclodi riempimento.Poiché la linea di trasporto non viene pulita, le alte velocitàche si vedono nelle altre tre versioni durante la fase di puli-zia sono completamente eliminate, rendendo, così, questaconfigurazione ideale per prodotti fragili, abrasivi o miscele.Inoltre, poiché la linea rimane sempre piena, non si perdetempo per vuotarla e riempirla nuovamente. Infine, il consu-mo dell’aria è drasticamente ridotto, rendendo questa confi-gurazione ideale per lunghe distanze di trasporto con singo-li prodotti.Caratteristiche di questo sistema sono le basse portate diaria durante il ciclo di trasporto e alte pressioni di lavoro.

Aria compressa a bassa pressione: cenni termodinamici Come descritto in precedenza, tutti i vari metodi di trasportopneumatico utilizzano come “fluido di trasporto” l’aria com-pressa (o eventualmente il vuoto).Per un trasporto pneumatico di prodotto non igroscopico, èindispensabile che l’aria compressa subisca un fondamentaletrattamento termodinamico di base che ne riduca l’umiditàrelativa, la presenza di contaminanti solidi e liquidi (olio). Do-vendo necessariamente ricorrere a una terminologia tecnicaspecifica della termodinamica dei fluidi, citiamo alcune sem-plici definizioni delle principali grandezze termodinamicheche andremo a nominare negli esempi che seguono.Suggeriamo, altresì, ai lettori di ripercorrere i vari passaggitermodinamici, utilizzando il Diagramma Psicrometrico, svi-luppato dal Centro ricerche del Gruppo Hiross, già oggetto diun articolo pubblicato in due parti su questa stessa rivista, neinumeri di gennaio e febbraio 2006.

Alcune definizioni• Normal metro cubo (Nm3)Unità di misura volumetrica di riferimento corrispondente a 1m3 di aria alla pressione atmosferica sul livello del mare (760

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temperatura, riferita a una specificapressione, alla quale il vapore comin-cia a condensare; nell’ipotesi di effi-cienza di separazione della conden-sa = 100%, questo valore coincidecon la temperatura minima raggiun-ta dall’aria compressa lungo l’appa-recchio.

• Calore sensibile e latenteIl “calore sensibile” è quel calore che,quando viene somministrato a uncorpo, provoca un aumento della suatemperatura. Il “calore latente" èquel calore che, quando viene som-ministrato a un corpo, provoca il suocambiamento di stato, a temperatu-ra costante. In questo caso, l'effettoprovocato dal calore non consiste inun aumento della temperatura, main una trasformazione dello stato fi-s ico del la mater ia . Un esempio:quando mettiamo la pentola colmad'acqua sul fuoco, il primo fenome-no osservabile è un surriscaldamen-to dell'acqua fino a far raggiungerela temperatura di ebollizione, daquesto momento la temperaturadell'acqua non subirà variazioni finoalla completa evaporazione di tuttoil liquido, ma noi dobbiamo conti-nuare a fornire calore (lasciamo ilfuoco acceso) per consentire all'ac-qua di continuare a bollire; ebbene, ilcalore che abbiamo fornito per farraggiungere all'acqua la temperatu-ra di ebollizione è “calore sensibile”(provoca un innalzamento del latemperatura), mentre il calore checontinuiamo a fornire per far evapo-rare tutta l'acqua è “calore latente”(provoca il passaggio di stato da li-quido a gassoso dell'acqua).

Trattamento dell’ariaL’aria compressa prodotta dal com-pressore è in condizioni di saturazio-

ne e di surriscaldamento ed è, quindi,indispensabile ridurne la temperatu-ra per condensare il vapore d’acqua(riducendo cioè la parte di calore defi-nito “latente”) abbassandone, di con-seguenza, il contenuto di umidità e ilpunto di rugiada in pressione.L’obiettivo è quello di raggiungere uncontenuto residuo di umidità inferiorea 0,79 gr/Nm3 (corrisponde a un puntodi rugiada in pressione di +3 °C).Nella maggior parte degli impiantiper il trasporto pneumatico, la mac-china base di spinta è una soffiante,spesso a lobi, con pressioni che vannoda 0,5 a 1 barg.Viste le basse pressioni in gioco, laprogettazione dell’impianto dovrà es-sere ottimizzata in funzione delle mi-nime “perdite di carico” (si dividono indistribuite e localizzate), facendo par-ticolare attenzione alla lunghezzadell’impianto, al diametro delle tuba-zioni, al numero di curve e valvole diintercettazione.Stimate, quindi, la tipologia di pro-dotto, la massima perdita di caricoammissibile, la lunghezza e tipologiadell’impianto, è di fondamentale im-portanza il dimensionamento termo-dinamico dei componenti per il trat-tamento dell’aria compressa.Normalmente, il primo stadio di trat-tamento dell’aria compressa viene ef-fettuato mediante scambiatori a fa-scio tubiero aria-acqua, con tubi liscie basse perdite di carico (siamo nel-l’ordine di circa 0,05 barg). La conden-sa prodotta dovrà essere separatamediante separatori che assicurinoperdite di pressione molto basse.I principi di separazione più utilizzatisfruttano due effetti:- effetto inerziale (separatore demi-ster), che separa l’acqua dall’aria perimpatto inerziale delle particelle d’ac-qua su un materiale apposito (magliadi acciaio inossidabile). L’effetto di

mm Hg), alla temperatura di 0 °C esenza contenuto di vapore d’acqua.

• EntalpiaIndica il contenuto totale di calorenell’aria compressa. E’ la somma delcalore sensibile dell’aria compressa edel calore latente dell’acqua conte-nuta nell’aria compressa. Il “caloresensibile” è il calore da fornire (o sot-trarre all’aria) per alzare o abbassarela sua temperatura.Il “calore latente” è la quota di ener-gia che deve venire aggiunta o sot-tratta all’acqua per farla evaporare ocondensare.

• Curva di saturazioneDetta anche curva a umidità relativa100%, è il luogo dei punti rappresen-tanti, per ogni temperatura, il massi-mo contenuto di vapore d’acqua ingrammi che un Nm3 può contenere. Aogni pressione corrisponde una curvadiversa. La quantità di vapore d’acquache può essere contenuta nell’aria, aparità di pressione, aumenta con l’au-mentare della temperatura, mentre aparità di temperatura diminuisce conl’aumentare della pressione.

• Punto di rugiadaQuando una miscela di aria e di vapo-re d’acqua viene raffreddata a pres-sione costante, la temperatura allaquale il vapore diventa saturo vienedetta temperatura o punto di rugiadadell’aria.Si parla di Punto di Rugiada SottoPressione quando ci si riferisce a pres-sioni superiori a quella atmosferica.Si parla di Punto di Rugiada Atmosfe-rico quando la pressione dell’ariaumida cui esso si riferisce è quella at-mosferica al livello del mare.Nelle apparecchiature che trattanol’aria compressa, viene definito Pun-to di Rugiada dell’Apparecchio la

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questo sistema è indipendente dallaportata dell’aria compressa e dallasua velocità ed è, quindi, molto utilein condizioni di bassa pressione eportate variabili;- effetto centrifugo che separa la con-densa per effetto centrifugo, delle par-ticelle d’acqua contenute nell’aria.Questo sistema è molto efficace conportate elevate di aria compressa e

grosse velocità di attraversamento.Per evidenziare l’importanza che as-sume la progettazione specifica diquesti impianti rispetto all’utilizzo diprodotti standard per aria compressa,faremo alcuni esempi di calcolo conscambiatori standard (progettati perpressioni di circa 7 barg) utilizzati inimpianti a bassa pressione, da cui sievince come sia indispensabile unagrande esperienza nel settore pernon incappare in “errori di progetta-zione” che rendono assolutamenteinutilizzabile l’impianto.

Scambiatori a confrontoScambiatore standard L’esempio riportato vuole evidenziarecome, con leggera riduzione dellapressione di esercizio, si modifica ra-dicalmente il comportamento termo-dinamico dello scambiatore.

• Dati di progetto Portata: 1000 m3/h Fad 20 °C;

Temperatura in mandata da soffian-te: 100 °C;Pressione di esercizio: 1 barg;Condizioni ambiente: 25 °C UR 60%;Temperatura acqua raffreddamento:20 °C;Portata acqua di raffreddamento: 5m3/h.Lo scambiatore di produzione stan-dard che dovrebbe essere selezionato

(che chiameremo Hiross Wrn 6000)dovrà essere di portata nominale (vi-sta la bassa pressione) molto più ele-vata della portata d’aria da trattare

(1000 m3/h) e sarà con tubi in rame emantello in acciaio al carbonio.Quindi, con scambiatore standard,anche sovradimensionato, non si rie-sce a raggiungere bene gli obiettiviprincipali: bassa perdita di carico e ri-duzione del contenuto dell’umidità invalore assoluto.

Scambiatore per bassa pressioneVediamo, ora, quali sarebbero i risul-tati se venisse utilizzato uno scam-biatore appositamente progettatoper la bassa pressione.Selezioneremo il modello Hiross Wrn6000 BP, che verificheremo con lestesse condizioni iniziali di pressionee portata.Dal confronto dei risultati della Tab. 1e della Tab. 2 emergono le seguentiimportanti indicazioni in merito alleperdite di carico a pressioni diverseconfrontate con due prodotti: unostandard e uno specifico per le bassepressioni:- caso 1 del 25%;- caso 2 del 20,2%;- caso 3 del 19%.

Per casi dove il prodotto è igroscopico(polveri, cemento ecc.) occorre, quin-di, dimensionare degli scambiatorispeciali che indicheremo come HirossWrn XXX BP, che dovranno essere pro-gettati in modo da dare una minimaperdita di carico con uno scambio ot-

timale sia sul calore sensibile sia suquello latente.Senza addentrarci in altri calcoli, bastipensare che, per trasporti come sopradescritto, per basse pressioni si puòarrivare a fare un trattamento com-pleto dell’aria con punto di rugiada fi-nale di 10 °C, di 5 °C e anche di 3 °C .

Tab. 1 - Risultati della selezionecon uno scambiatore Hiross Wrn 6000 standard

1 barg 0,8 barg 0,5 bargTemperatura uscita aria °C 24,3 24,2 24,0Perdite di carico totalikPa 7,99 8,89 10,7Umidità in ingresso gr/m3 15,4 15,4 15,4Umidità in uscita gr/m3 12,1 13,4 15,0

Tab. 2 - Risultati della selezionecon uno scambiatore Hiross Wrn 6000 BP

1 barg 0,8 barg 0,5 bargTemperatura uscita aria °C 24,3 24,2 24,0Perdite di carico totalikPa 6,00 7,10 8,7Umidità in ingresso gr/m3 15,4 15,4 15,4Umidità in uscita gr/m3 12,1 13,4 15,0

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