Cos’è e come funziona il trasporto pneumatico?

Il trasporto pneumatico è un sistema altamente efficiente per il movimento di materiali solidi, polveri o granuli attraverso tubazioni mediante l’uso di aria o gas come mezzo di trasporto. Questo metodo si avvale della pressione dell’aria per spingere o aspirare il materiale all’interno delle tubazioni, permettendo così un trasferimento rapido e pulito. La realizzazione di un impianto di trasporto pneumatico non si limita alla scelta delle migliori tecnologie disponibili sul mercato; richiede anche un approccio ingegneristico approfondito. È fondamentale infatti coinvolgere progettisti altamente specializzati che possano garantire l’ottimale interazione tra i dispositivi di carico, trasferimento, trasporto e scarico.

Per progettare un sistema di trasporto pneumatico industriale di successo, è essenziale iniziare con uno studio dettagliato del materiale da trattare. Le caratteristiche chimico-fisiche del materiale, come la densità, la granulometria, l’umidità e la reattività, influenzano direttamente le scelte progettuali e operative. Inoltre, vari parametri operativi, quali la velocità del flusso, la pressione di esercizio e la geometria della tubazione, devono essere attentamente calibrati per garantire un funzionamento efficiente. Solo attraverso un’analisi completa e un’adeguata progettazione si potranno massimizzare l’efficienza del sistema e la sicurezza operativa, minimizzando costi e manutenzione.

Infine, è importante anche considerare le dinamiche di flusso all’interno del sistema. Ad esempio, un corretto dimensionamento delle tubazioni e il bilanciamento delle pressioni lungo il percorso di trasporto sono cruciali per evitare problemi come l’intasamento o l’inarrestabilità del sistema. Un’interazione efficace tra i diversi componenti dell’impianto, supportata da una manutenzione e un monitoraggio delle prestazioni regolare, contribuirà infine a garantire non solo la funzionalità del sistema, ma anche una notevole longevità nel tempo, rendendo il trasporto pneumatico adatto a molte applicazioni industriali.

Le principali grandezze che entrano in gioco nel dimensionamento di un sistema di trasporto pneumatico

La selezione del tipo di trasporto pneumatico per un’applicazione specifica richiede la valutazione di diversi parametri correlati al materiale da trasportare e alle condizioni operative, come la portata e la distanza da coprire. Tra i vari aspetti da considerare nel dimensionamento di un impianto di trasporto pneumatico si annoverano la pressione, la portata d’aria, la lunghezza del percorso di trasporto e la velocità.

Quantità di aria e prodotto

Le quantità di aria e prodotto sono misurate in termini di portata in massa (chilogrammi all’ora), piuttosto che in volume. Poiché l’aria è un fluido comprimibile, il suo volume varia con la pressione, che cambia lungo il condotto. Anche il volume del prodotto trasportato fluttua in base alle dimensioni delle particelle.

Velocità dell’aria di trasporto

Nei sistemi di trasporto pneumatico in fase diluita, la velocità dell’aria deve essere mantenuta tra 12 m/s per polveri molto fini e 16 m/s per materiali granulari, con possibilità di aumentare per materiali di dimensioni maggiori e densità più elevate. Nei sistemi in fase densa, la velocità scende attorno ai 3 m/s o anche meno in alcune circostanze. Questi valori si riferiscono all’ingresso nella linea di trasporto. La portata d’aria, intesa come grandezza cinematica per ottenere la velocità necessaria al trasporto, è influenzata da tre fattori:

• Tipologia del prodotto;
• Lunghezza del trasporto;
• Portata richiesta.

Velocità delle particelle

Questa grandezza è presa in considerazione solo in determinate condizioni progettuali, in quanto la misurazione precisa può risultare complessa. Nei sistemi in fase diluita, dove le particelle sono sospese nell’aria, il trasporto avviene per trascinamento. La velocità delle particelle è generalmente inferiore a quella dell’aria di trasporto: in un tubo orizzontale, la velocità delle particelle è circa l’80% di quella dell’aria, mentre in una tubazione verticale con flusso ascendete scende al 70%. Questa velocità dipende da vari fattori come le dimensioni, la forma e la densità delle particelle.

Densità di fase

La densità di fase è definita come il rapporto tra la quantità di materiale trasportato e la quantità di aria coinvolta nel trasporto. Questo parametro è utile in fase progettuale, poiché consente di comprendere il flusso lungo il percorso. In un sistema di trasporto in fase diluita, si può raggiungere un valore massimo di densità di fase di circa 15, talvolta anche di più in distanze brevi o con basse velocità dell’aria. Nei sistemi in fase densa, dove il prodotto nel trasporto si muove sulla parte inferiore, la densità di fase minima è solitamente di 20, con valori che superano frequentemente i 100.

Capacità di trasporto

In teoria, i sistemi pneumatici possono trasportare praticamente qualsiasi materiale, sebbene la distanza imponga un limite pratico. I sistemi idraulici possono muovere oltre 100 tonnellate all’ora su distanze superiori ai 100 km in un singolo stadio, mentre i sistemi pneumatici, con un limite tipico di circa 1,5 km, devono affrontare restrizioni legate alla densità del materiale trasportato e all’aria. La densità dell’acqua, che è circa 800 volte superiore a quella dell’aria, implica anche che la velocità dell’aria di trasporto deve essere significativamente più alta rispetto a quella necessaria all’acqua per mantenere il materiale in sospensione.

Pressione

L’acqua è incomprimibile, il che consente ai sistemi idraulici di mantenere variazioni di velocità minime lungo un tracciato, permettendo pressioni fino a 150 bar. I sistemi pneumatici, basati su gas comprimibili come l’aria, raramente superano i 5 bar. Le alte pressioni operative si riferiscono a valori oltre un bar. Il movimento della miscela aria-materiale è determinato da una differenza di pressione tra il punto di partenza e quello di arrivo, conosciuta come caduta di pressione, la quale è proporzionale alla densità di fase, alla lunghezza della condotta e al quadrato della velocità dell’aria. 

Degradazione particelle

Molti materiali trasportati sono friabili e tendono a rompere le particelle quando si scontrano con le superfici, come nelle curve delle tubazioni. Sono stati studiati vari approcci per affrontare questo problema, che possono riguardare le condizioni di trasporto, la geometria delle condotte e i materiali impiegati.

Umidità e condensazione

La capacità dell’aria di trattenere vapore diminuisce al diminuire della temperatura e aumenta al crescere della pressione, il che porta a possibili fenomeni di condensazione. Negli impianti pneumatici, le fluttuazioni di temperatura e pressione dell’aria si verificano frequentemente, rendendole variabili importanti da considerare. Potrebbe essere necessario integrare un sistema di trattamento dell’aria.

Portata

La capacità di un impianto di garantire una certa portata di materiale è principalmente influenzata dalla caduta di pressione disponibile lungo la tubazione e dal suo diametro. Poiché la pressione raramente supera i 5 bar, la strategia per aumentare la capacità del sistema normalmente prevede l’adeguamento delle dimensioni della condotta. In molte situazioni, la pressione nell’impianto viene determinata dall’uso di specifici compressori o soffiatori. La portata desiderata può essere raggiunta tramite varie combinazioni di caduta di pressione e diametro della tubazione, per cui spesso è necessaria una valutazione dei costi operativi e dell’investimento iniziale per ottimizzare la scelta per il cliente.

Usura erosiva

Alcuni materiali trasportati possiedono tassi di abrasività significativi, causando impatti dannosi su tubi e componenti a causa della miscelazione con il gas. Per una corretta progettazione di un sistema di trasporto pneumatico, è essenziale comprendere il processo di erosione che il materiale provoca. Con queste informazioni, si potranno pianificare interventi per minimizzare l’erosione su livelli accettabili.

Sicurezza e igiene

La movimentazione di molte polveri solleva problematiche di sicurezza, e numerosi materiali trasportati possono essere tossici. Il trasporto pneumatico è spesso la scelta preferita per materiali pericolosi, in quanto offre un ambiente completamente isolato. Si deve anche tenere conto della possibilità di esplosività di alcune sostanze. Un team progettuale esperto considera sempre questi aspetti, assieme a quelli relativi alla pulizia e alla purezza dei materiali.

Parametri di scala

In alcune circostanze, è necessaria una fase di test realizzata su un impianto pilota che possa replicare il più possibile il sistema finale. Sebbene un test sia generalmente consigliato, la costruzione di un impianto pilota identico a quello finale comporta notevoli costi aggiuntivi e tempi più lunghi. Tuttavia, nel corso degli anni, grazie a studi e esperienze accumulate, sono stati sviluppati parametri in grado di fornire proiezioni affidabili a partire dai risultati di test su sistemi simili a quello finale.

Differenza nei valori tipici relativi della pressione di trasporto 

La pressione gioca un ruolo cruciale nel dimensionamento del trasporto pneumatico, poiché influisce direttamente sull’efficienza del trasporto e sulla capacità di movimentazione dei materiali. 

Pressione in fase diluita

Nel trasporto pneumatico in fase diluita, i materiali sono sospesi all’interno dell’aria e si muovono seguendo il flusso dell’aria stessa. I valori tipici della differenza di pressione (ΔP) in questa modalità variano da +0,2 a +0,8 bar quando si utilizzano impianti a pressione. Questo range di pressione è fondamentale perché consente di mantenere il flusso dei materiali in modo costante e sostenibile, evitando fenomeni come l’accumulo o il blocco. Negli impianti di trasporto in vuoto, la pressione varia da -0,2 a -0,5 bar. In questo caso, il vuoto viene utilizzato per aspirare i materiali attraverso la tubazione, creando una depressione che permette di movimentare le particelle senza che queste si depositino.

Pressione in fase densa

In contrasto con la fase diluita, il trasporto in fase densa implica che i materiali siano presenti in una concentrazione molto più elevata all’interno del flusso. Qui, i valori di pressione sono significativamente più elevati, oscillando tra 0,5 e 5 bar. Questa tipologia di trasporto richiede pressioni più alte per garantire che le particelle solide rimangano in movimento e non si accumulino nelle tubazioni, creando ostacoli al flusso. 

Calcoli e metodologie per un dimensionamento corretto

La progettazione di un impianto di trasporto pneumatico è un processo complesso che richiede una valutazione attenta, inclusi calcoli specifici fondamentali, come il rapporto di miscela, comunemente indicato con la sigla rp. Questo parametro rappresenta una misura cruciale che esprime la quantità di prodotto trasportato in relazione alla quantità di aria utilizzata, ed è espresso in kg di prodotto per kg di aria.

Il corretto dimensionamento di un impianto di trasporto pneumatico dipende in gran parte dall’ottimizzazione di questo rapporto, in quanto incide direttamente sull’efficienza operativa del sistema. In particolare, nel caso del trasporto in fase diluita, il rapporto di miscela ha un valore massimo consigliato di 5-6, mentre in fase densa può arrivare a circa 30 litri di aria per ogni chilogrammo di prodotto. 

Dopo aver definito il rapporto di miscela, si passa a calcolare il diametro della tubazione di trasporto. Qui entra in gioco un’altra importante equazione: quella della portata volumetrica, definita dalla relazione Q = V * S, dove Q rappresenta il volume di aria trasportato (m³/s), V è la velocità dell’aria all’interno della tubazione (m/s) e S è la sezione del tubo (m²). Da questa relazione si evince che, per ottenere un buon funzionamento dell’impianto, il diametro della tubazione deve essere dimensionato con attenzione, poiché anche lievi variazioni possono avere un impatto significativo sulla portata volumetrica. 

A chi rivolgersi per realizzare un impianto di trasporto pneumatico ben dimensionato

Per realizzare un impianto di trasporto pneumatico ben dimensionato, è fondamentale rivolgersi a professionisti con solide competenze ingegneristiche e una profonda conoscenza delle proprietà dei materiali in movimento, in particolare per quanto riguarda il rapporto di miscela e la scelta del diametro delle tubazioni. In questo contesto, la fiera Solids Parma si afferma come un punto di riferimento per le tecnologie avanzate nella movimentazione, lavorazione, stoccaggio, analisi e trasporto di materiali granulari.

Parte integrante di una rete influente di fiere professionali dedicate alle tecnologie dei granuli, delle polveri e dei solidi sfusi, Solids Parma riunisce una vasta community di esperti e relazioni commerciali consolidate, portando con sé un patrimonio di know-how e un’esperienza approfondita che rendono l’evento imperdibile per chi opera nell’industria di processo.