Baixe Transportador Pneumatico e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA Professor orientador: Roberto Sacramento E-mail - robsac@ufba.br Equipe: Bruno Hardt Pedro Henrique Pereira Muniz Washington Souza Pereira Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático Março de 2003 Semestre 2002.2 Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 2 Resumo: Transporte pneumático é um processo muito eficiente para movimentação de granéis sólidos, podendo ser usado para materiais abrasivos, frágeis, homogeneizados, com tendência de entupimento e materiais delicados ou higroscópicos. Existem dois tipos básicos, os de fase densa e os de fase diluída. Nesse trabalho, foi desenvolvido um protótipo para estudo prático do funcionamento e suas características. Para validação da eficiência do projeto, fora, realizados testes utilizando arroz descascado, que se adaptou bem ao protótipo, devido às suas características primárias. Palavras-chave: Transportador pneumático, Transporte mecânico, granel sólido. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 5 Figura 01 – Sistema de Fase Diluída O sistema usa como alimentador uma válvula rotativa e apresenta elevadas velocidades de arraste de aproximadamente 10 m/ s no inicio aumentando para 25 m/ s no final da linha. A pressão na linha de transporte é abaixo de 1 bar no começo da linha e próxima da pressão atmosférica na região próxima ao final. Estes sistemas geralmente usam um soprador de ar de baixa pressão ou um ventilador como fonte de energia. 2.1.2 Sistemas de alta pressão Conhecido como transporte pneumático em fase densa, utiliza pressão superior a 1 bar. Estes sistemas utilizam pressão positiva para impulsionar os materiais através de linhas de transporte em velocidades relativamente baixas, utilizando uma relação ar/ material transportado baixa. Utilizam, geralmente, compressores de alta pressão como fonte de energia. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 6 Figura 02 – Sistema de Fase Densa Devido à elevada versatilidade dos sistemas de alta pressão dispõe-se comercialmente de quatro conceitos básicos. Cada conceito é particularmente adequado para determinadas aplicações e materiais: • Conceito de força bruta É adequado para materiais granulados e de fácil escoamento, abrasivos ou não abrasivos, como areia ou pellets plásticos e para linhas de transporte curtas. O equipamento consiste basicamente em um recipiente de pressão, que funciona como transportador, e uma linha de transporte. Durante o ciclo de carga, o material é alimentado no transportador através de uma válvula rotativa. O ar deslocado é liberado através de uma válvula de respiro, para permitir um fácil carregamento e evitar contrapressão, que retardaria o fluxo de material. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 7 Figura 03 – Conceito de Força Bruta – [Ciclo de carga] Uma vez que o transportador é carregado, indicado por um controle de nível ou balança, as válvulas de entrada e respiro fecham e selam. Todo ar necessário para transportar o material, independentemente da distância, é gradualmente introduzido pelo topo do transportador durante o ciclo de transporte. Esse ar mistura-se com o material, que é forçado para a linha de transporte de forma pulsante, em porções, até que o transportador e a tubulação estejam vazios. Um pressostato monitora a pressão no vaso de transporte, ao atingir determinada pressão, este indica o final do ciclo e interrompe o fornecimento de ar. O volume de ar residual flui para o final do sistema, limpando o transportador e a tubulação. As características principais deste sistema são: fluxo alto de ar no começo e final do ciclo de transporte e pressão alta na linha. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 10 Um pressostato monitora a pressão no vaso de transporte, indica o final do ciclo e interrompe o fornecimento de ar. O volume de ar residual flui para o final do sistema, limpando o transportador e a tubulação. As características deste sistema são: fluxo alto de ar por todo o ciclo de transporte e pressões mais baixas na linha. • Conceito convencional Este conceito é geralmente usado para produtos finos, granulados, abrasivos, não abrasivos e para produtos de difícil manuseio, tais como: areia, sílica, pó refratário, barrilha, soda e para linhas de transporte mais longas. O equipamento consiste de um transportador, linha de transporte e ajustadores de pressão. Durante o ciclo de carga, o material é alimentado por gravidade para o transportador através de uma válvula borboleta com sede inflável. O ar deslocado é liberado por uma válvula de respiro. Assim que o transportador é carregado, conforme indicado pelo controle de nível ou balança, as válvulas de alimentação e respiro fecham e selam. O único ar comprimido que entra no recipiente transportador é o ar usado para deslocamento de material. Todo ar requerido para o transporte é adicionado pelos ajustadores de pressão, instalados ao longo da linha de transporte. Figura 07 – Conceito Convencional-Ciclo de Carga O diafragma, que atua como uma válvula de retenção, permite que ar comprimido entre a linha de transporte evitando que o produto volte para Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 11 dentro da linha de fornecimento de ar. O espaço entre um ajustador e outro é completamente dependente da complexidade do material a ser transportado. Figura 08 – Conceito Convencional – Ciclo de Transporte Novamente o controle do processo é automatizado, e realizado através de controle de pressão. As características deste sistema são: fluxo alto de ar no começo e final do ciclo de transporte e baixo fluxo de ar no meio, com pressões mais baixas na linha de transporte. • Conceito de transporte por linha cheia É geralmente adequado para produtos granulados, finos, abrasivos, não abrasivos, frágeis e de difícil manuseio, tais como: negro de fumo, carbeto de silício, pellets plásticos ou sílica e para linhas de transporte mais longas. O equipamento básico consiste em um ou mais transportadores, linha de transporte e ajustadores de pressão. Do ponto de vista operacional, a diferença entre o conceito linha cheia e os demais conceitos é que este nunca permite que a linha de transporte fique vazia. A linha de transporte permanece cheia no início e final de cada ciclo. Durante o ciclo de carga, o material é alimentado por gravidade para o transportador através de uma válvula rotativa. O ar deslocado é liberado por uma válvula de respiro. Assim que o transportador é carregado, conforme indicado pelo controle de nível, as válvulas de alimentação e respiro fecham e selam. A válvula de descarga abre e o ar é introduzido no transportador para Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 12 descarregar o material. Quando o transportador está completamente vazio, conforme indicado pelo controle de nível mínimo, o fornecimento de ar é interrompido, a válvula de descarga é fechada e o material pára na linha de transporte. Como a linha de transporte não foi purgada a alta velocidade normalmente vista nos conceitos anteriores durante o ciclo de purga, é totalmente eliminada, fazendo do conceito de linha cheia o sistema ideal para materiais frágeis ou abrasivos. Figura 09 – Conceito Linha Cheia – Ciclo de Carga Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 15 Figura 11 – Vista lateral do soprador Figura 12 – Vista lateral do soprador 3.1.1 Inserir características do soprador Como os dados de potência do motor não estão disponíveis, pode-se calcular a potência útil. Para isso mede-se a tensão e a corrente, utilizando um alicate amperímetro: U =120 Volts I = 62,1 mA Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 16 Multiplicando os valores encontrados, obtemos a potência útil: WAViuPotutil 46,710.1,62.120. 3 === − Potútil = 0,01 HP 3.1.2 Dificuldades encontradas 3.1.2.1 Obtenção do soprador A idéia foi desenvolver um protótipo compacto, com equipamentos suficientemente dimensionados, para representar uma situação real da forma mais prática e resumida. A maioria dos sopradores encontrados excedia a potência e a capacidade esperada, o que implicava na não realização do projeto nas dimensões desejadas. 3.1.2.2 Manutenção do motor elétrico Foi preciso fazer reparos no motor elétrico do equipamento escolhido. Foi realizada, em uma oficina de elétrica, com auxílio de um técnico em elétrica, a rebobinação e isolamento do estator, que estavam danificados. Posteriormente, fizemos a troca de toda a fiação e instalação de um interruptor, facilitando o uso do equipamento. Figura 13 – Detalhe do interruptor liga/ desliga do soprador. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 17 3.1.2.3 Testes de capacidade Com a aquisição do soprador seguiu-se uma nova fase. Foram realizados testes de capacidade do soprador. Para isto, mangueiras com diâmetros variados foram acopladas, entre 25 e 75 mm. Ficou definida a utilização do diâmetro de 50 mm, pois, foi o que apresentou melhor relação entre vazão e velocidade. Enquanto as mangueiras de menor diâmetro resultavam em um esforço excessivo do motor, as de maior diâmetro não atingia a velocidade mínima necessária para o transporte. 3.2 Adaptador do bocal do soprador Este adaptador foi instalado na saída do soprador, captando o ar e conduzindo-o ao sistema. É responsável pela transformação da seção retangular, do bocal do equipamento, para seção circular, necessária para adaptação das mangueiras. O adaptador foi fabricado a partir de um tubo de 75 mm de diâmetro em PVC, devido à facilidade de manipulação e ajuste. A seção retangular necessária para adaptação do equipamento foi moldada através de aquecimento do tubo. Utilizamos o mesmo adaptador para fazer uma redução na seção de 75/ 50 mm, diâmetro escolhido, sem grandes perdas e conseqüente retorno de ar. A transição da seção foi feita com a utilização de uma luva de 75 mm, seguida de uma redução excêntrica de 75/ 50 mm, ambas em PVC. Figura 14 –Adaptador da saída do soprador Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 20 Figura 17– Vista lateral da válvula rotativa 3.3.2.1 Material utilizado na fabricação da válvula: • Eixo metálico • Palhetas de alumínio – por causa das características mais maleáveis do metal. • Massa para fixação • Carcaça de tubo PVC 50mm • Placas de acrílico – para permitir a visualização do movimento do granel sólido no interior da válvula. • Alavanca metálica 3.3.2.2 Etapas de fabricação • Definição do diâmetro da carcaça • Escolha do eixo a ser utilizado • Efetuar o corte da chapa de alumínio para produção das palhetas • Montagem do rotor com fixação das palhetas de alumínio no eixo, utilizando massa. • Ajuste do rotor na carcaça • Corte dos bocais de entrada e saída de material na carcaça • Montagem das tampas de acrílico • Montagem da alavanca de acionamento Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 21 Figura 18–Molde para fabricação do rotor Figura 19–Molde para fabricação do rotor 3.3.3 Dificuldades encontradas Uma grande dificuldade na fabricação da válvula rotativa foi a impossibilidade de acoplarmos a esta um conjunto de acionamento. O conjunto de acionamento requer baixa rotação, entre 10 e 30 RPM, e baixo torque, para evitar esforços excessivos ao rotor de alumínio, o que tornou complicada a procura. Optou-se então a utilizar um acionamento manual através de alavanca de acionamento. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 22 Figura 20 – Detalhe da alavanca de acionamento 3.4 Tubulação Através de testes de capacidade, já citados anteriormente, foi definido que utilizaríamos uma tubulação com 50 mm de diâmetro. No trecho a jusante do ponto de alimentação foi utilizado uma mangueira transparente flexível de 2’’, 50,8 mm, para facilitar a visualização do material que está sendo conduzido. A fixação da mangueira foi feita através de braçadeiras metálicas presas em suportes perfilados, feitos em madeira. Figura 22 – Sistema de suporte e fixação Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 25 Figura 25 – Silo de armazenamento 4 Memorial de cálculo 4.1 Vazão do sistema Para a escolha dos materiais a serem utilizados foram observadas algumas características fundamentais, como: • Baixo peso específico • Fácil escoamento • Baixa granulometria Com o auxílio de tabelas existentes na bibliografia utilizada, escolheu-se trabalhar com arroz descascado, devido à adequação às características procuradas. A vazão do sistema é determinada a partir da rotação imposta à válvula rotativa. Para efeito de cálculo, foi considerado um fator de enchimento das células da válvula, ?= 0,9, o que equivale à um preenchimento médio de 90% do volume total das células. Para tanto se torna necessário o cálculo do volume da válvula: Rot mL DD v eixo 35int 10.86,8. 4 ).( −= − = π Descontando uma parcela devido à largura das palhetas: Rot mv r 3510.5,8 −= Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 26 Rot mv r 355 10.65,710.5,8.9,0. −− ==λ Sendo velocidade da válvula ? = 20 RPM, equivalente a uma rotação a cada 3 segundos, temos a vazão: h m h Rot Rot mvv r 335 092,01200.10.65,7. === −ϖ& Sendo o peso específico do arroz, f = 0,8 t/ m³, para calcular a vazão mássica, basta dividir a vazão volumétrica por este valor: hkgh mv m 115 m t 0,8 092,0 3 3 === ϕ & & Portanto, e a vazão do sistema para arroz descascado é igual a 115kg/ h. 5 Lista de Materiais • Soprador de ar de 0,01 HP; • Tubo de PVC de 75 e 50 mm; • Reduções excêntricas em PVC de 75/ 50 mm, 100/ 50 mm e 150/ 100mm; • Luva de PVC de 75 mm; • Conexão de PVC em Y 45° de 50 mm; • Joelho de PVC 45° 50 mm; • Mangueira flexível trançada 2”; • Eixo de aço inoxidável; • Chapa de alumínio 2 mm; • Massa plástica; • Placas de acrílico 4mm; • Alavanca metálica • Garrafão 20 litros; • Tela; • Arame; • Compensado 15 mm; • Parafusos de fixação; • Cola de madeira; • Fio duplo; • Interruptor; • Braçadeiras metálicas; • Rebites; • Anéis de vedação. Desenvolvimento de Protótipo Transportador Pneumático 27 6 Conclusão O sistema elaborado permitiu uma análise detalhada do processo de transporte de graneis sólidos por transportadores pneumáticos. O protótipo mostrou-se confiável para realização de estudos sobre as variáveis relacionadas ao processo. No entanto, o sistema é limitado a materiais com as seguintes características: • Baixo peso específico • Fácil escoamento • Baixa granulometria Arroz descascado adaptou-se muito bem ao protótipo permitindo uma vazão de 115 kg/ h ao sistema, e um funcionamento contínuo de aproximadamente 1,5 minuto. Os principais pontos de dificuldade no desenvolvimento do trabalho, foram o projeto da válvula rotativa, do ciclone, e a aquisição do soprador. Para vencer todos esses obstáculos, a equipe teve de realizar muitos estudos teóricos, visitas a algumas áreas industriais, e contatos com muitos fabricantes de sistemas pneumáticos e válvulas, demandando para isso muito tempo. Sendo um projeto inovador, nunca antes realizado na disciplina, espera-se que este venha a incentivar novos trabalhos relacionados ao transporte de graneis sólidos por Transportadores Pneumáticos. Como opções para trabalhos futuros, podemos citar os seguintes temas: • Dimensionar um motor de acionamento para a válvula rotativa. • Trocar as tubulações e peças de PVC por peças pré-moldadas, feitas em acrílico, para permitir uma melhor observação do fluxo. O trabalho foi uma forma interessante de avaliação, fugindo um pouco do conceito de avaliações teóricas, pois permitiu um maior envolvimento dos alunos com os assuntos abordados de forma prática. Os alunos, nas próximas turmas, devem ser incentivados a executar trabalhos com desenvolvimento de protótipos, pois a valor agregado é muito maior que projetos unicamente teóricos. Um ponto crítico que pode influir na qualidade dos trabalhos produzidos, e também na melhoria da disciplina, é um maior apoio do departamento. Faltam laboratórios e bibliografia atualizada, o que força os alunos a demandarem a maior parte do tempo útil, que poderia ser utilizado para a montagem, desenvolvimento e melhoramento dos projetos, a pesquisas e busca de material. Seria interessante contar com algumas facilidades, como por exemplo, na aquisição de materiais e equipamentos. Apesar das dificuldades e deficiências existentes, esperadas, pois, não existiam referências de outros estudos para que fosse possível contorná-las, alcançou-se excelentes resultados.