OPERAÇÕES UNITÁRIAS 1I SÓLIDOS PARTICULADOS 3: - TRANSPORTE DE SÓLIDOS PARTICULADOS - ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS PARTICULADOS

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1 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 1I SÓLIDOS PARTICULADOS 3: - TRANSPORTE DE SÓLIDOS PARTICULADOS - ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS PARTICULADOS PROF. DR. FÉLIX MONTEIRO PEREIRA

2 SELEÇÃO DO TRANSPORTADOR Depende de vários aspectos: Exigências de capacidade; Distância de transferência; Tipo de deslocamento vertical, horizontal ou ambos; Características do material propriedades físicas e químicas; Exigências do processo -misturação, desidratação,aquecimento, resfriamento, classificação por tamanho com peneiras ou crivos, etc; Custo influenciado pela qualidade das peças, rolamentos, motor, etc. 2

3 ESCOLHA DO TRANSPORTADOR PELA FUNÇÃO A SER DESEMPENHADA 3

4 ESCOLHA DO ALIMENTADOR EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DOS SÓLIDOS 4

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6 Outros materiais podem ser vistos em anexo na página do professor. 6

7 UNIDADE MOTRIZ Unidades de velocidade fixa: São escolhidas quando a velocidade inicial do sistema não precisa ser modificada durante a operação normal. Havendo necessidade de pequenas alterações de velocidade, basta a troca de polias e de engrenagens. Unidades de velocidade variável: Podem ser projetadas para modificar o andamento, manual ou automaticamente, durante a operação do sistema transportador, tendo em vista as necessidades eventuais do processo. 7

8 UNIDADE MOTRIZ Unidades de velocidade fixa: São escolhidas quando a velocidade inicial do sistema não precisa ser modificada durante a operação normal. Havendo necessidade de pequenas alterações de velocidade, basta a troca de polias e de engrenagens. Unidades de velocidade variável: Podem ser projetadas para modificar o andamento, manual ou automaticamente, durante a operação do sistema transportador, tendo em vista as necessidades eventuais do processo. 8

9 MOTORES Os motores das unidades motrizes são em geral trifásicos, a 60 Hz, 220V,ou220/440V,ou550V, ou208v(tetrapolares).sãotambém comuns os que operam a 240 V ou 480 V. Há uma forte preferência por motores a corrente contínua, quando o ajuste de velocidade deve ser feito com grande precisãoem uma larga faixa de variação; existem, no entanto, muitas unidades ajustáveis, operadas por motores a corrente alternada a indução, alimentados por alternadores ou por embreagens operadas pela rede de c.a. 9

10 TRANSPORTADOR PARAFUSO(OU HELICOIDAL) É um dos mais antigos e versáteis. Consiste numa helicóide (barra achatada de aço enrolada ao modo de uma hélice) ou em diversas seções helicoidais (formadas a partir de uma chapa plana convenientemente cortada e conformada) montados sobre um eixo que gira numa calha semicilíndrica, ou cilíndrica. A potência motriz é transmitida através do eixo e está limitada pelo tamanho permissível dessa peça. A capacidade é, em geral, restrita ao máximo de cerca de 300 m³/h. Podem ser adaptados a uma grande variedade de operações de processamento: mistura, manipular material pegajoso, aquecimento, resfriamento ou secagem, etc. 10

11 TRANSPORTADOR PARAFUSO(OU HELICOIDAL)

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13 CONSUMO DE POTÊNCIA EM TRANSPORTADORES PARAFUSO (OU HELICOIDAL) A potência necessária para o transporte de sólidos em transportadores parafuso é dada por: P=P H +P N +P st onde, P H =potênciarequeridaparaoprogressodomaterial; P N =potênciadeacionamentodotransportadorvazio; P st =potênciarequeridaparaelevaçãodomaterial. 13

14 PotênciarequeridaparaoprogressodomaterialP H : Para um comprimento L do transportador, a potência P H em kw é o produto do fluxo mássico de material (I m pelo comprimento L e um coeficiente de resistência ao progresso λ, também chamado de coeficiente artificial de atrito ou ainda de fator de potência (normalmente designado por F nas tabelas de alguns fornecedores). P H =I m.l.λ.g/3600(kw)=i m.l.λ/367(kw) Cada material possui um determinado valor de λ,. Para materiais como sal mineral, etc, o valor médio de λ é 2.5. Para gesso, argila irregular ou seca e fina, areia de fundição, cimento, cinzas, cal, areia grossa comum, o valor médio de λ é 4,0. 14

15 Potênciadeacionamentodotransportadorparafusovazio,P N : Este requerimento de potência é, normalmente, muito pequeno perante o para mover e elevar o material, e pode ser estimado em função do diâmetro do parafuso (D) e do comprimento do transportador L: P N =D.L/20(kW) 15

16 Potênciarequeridaparaelevaçãodomaterial:P st Este requerimento de potência é o produto do fluxo mássico pela altura de elevação do material(h) e a aceleração gravitacional(g). P st =I m.h.g/3600= I m.h/367 H deve ser positivo para transportadores de parafusos ascendentes e negativo para descendentes. Potência total: P = (I m (λ.l+ H) / 367) + (D.L /20) (kw) Potência do motor: P motor =G.P/η onde G é um fator de potência (tabelado em função do produtoaserelevado)eηéaeficiênciadomotor. 16

17 EXEMPLO: 15 ton/h de carbonato de sódio deve ser transportado a uma distânciade30meelevadoa9m.omaterialpossuiumcoeficiente de resistência igual a 0,7, sendo recomendada no catálogo do fabricante, para esse fluxo e esse tipo de material, a utilização de um parafuso de 12 in (0,3 m) de diâmetro, de rolamentos autolubrificados de bronze comη=0,93ecomumfatordecorreção de potência G=1,25. Estime a potência necessária ao processo e a potência mínima do motor. Resposta: P=(15(0,7*30+9)/367)+(0,3*30/20)=1,68kW=2,25hp P motor =1,25*2,25/0,93=3hp 17

18 Correia transportadora(ou esteira rolante) A correia transportadora tem aplicações quase universais. Pode operar ao longo de quilômetros, com velocidades de até 5 m/s, e transportar ton/h. Pode funcionar também a curtas distâncias, com velocidades muito baixas. A inclinação da correia transportadora está limitada a um ângulo máximo da ordem de 30. As mais comuns têm inclinação no intervalo de 18 a 20. A esteira pode apresentar um custo inicial mais elevado do que outros transportadores e pode exigir mais ou menos manutenção, dependendo do tempo de ociosidade. É, porém, um tipo de transportador que, com uma manutenção preventiva boa,sobreviverá a quase qualquer outro modelo. Por isso, em termos de custo por tonelada transportada, as correias transportadoras possuem notáveis vantagens econômicas. 18

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20 Cinta côncova Cinta plana Cinta fechada ou tubo 20

21 Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras Os cálculos envolvidos em correias transportadoras são muito importantes para a concepção do sistema de transporte. Os diferentes componentes de um sistema de correias transportadoras normalmente são motores elétricos, polias, tensores, e uma longa cinta. Um sistema de transporte simples pode representado pela seguinte figura: 21

22 Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras Tensão na cinta: No estado estacionário, a tensão na cinta pode ser calculada por: Tb = 1.37*f*L*g*[2*mi+ (2*mb + mm)*cos (δ)] + (H*g*mm).eqn.1.1 Onde: Tb é a tensãonacintaemn. f = Coeficiente de atrito L = Comprimento do transportador(aproximadamente metade do comprimento total da cinta). g = Aceleração gravitacional mi = CargadevidoaosroletesemKg/m. mb= Cargadevidoà cintaemkg/m. mm = Carga devido ao material transportado em Kg/m. δ = ângulo de inclinação do transportador em graus. H = alturavertical do carregadoremm. 22

23 Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras Carga devido aos roletes(mi): Pode ser calculada como segue: mi =(massa do conjunto de roletes)/(espaçamento dos roletes)...eqn.1.2 Potência das polias tensionadoras: A potência requerida pelas polias tensionadoras pode ser calculada por: Pp=(Tb*V)/1000..eqn.1.3 Onde, PpestáemkW. Tb=tensãonacintanoestadoestacionárioemN. v=velocidadedacintaemm/s. 23

24 Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras Tensãonacintaduranteo acionamentodo sistema: Inicialmente, durantea partidado sistemade transporte, a tensãonacintaserámuitomaiorquea tensãono estado estacionário, podendo ser calculada por: Tbs=Tb*Ks..eqn.1.4 Where, Tbsis in N. Tb = tensãonacintano estadoestacionárioemn. Ks = fatorde partida Dimensionamento do motor: A potência mínima do motor pode ser calculada como: Pm = Pp/Kd eqn.1.5 Where, Pm é emkw. Pp = potênciano roletetendionadoremkw Kd = eficiência do motor. 24

25 Cálculo de parâmetros no dimensionamento de correias transportadoras Aceleração: A aceleração no transportador de correias pode ser calculado por: A=(Tbs Tb)/ [L*(2*mi + 2*mb+mm)] eqn.1.6 Onde, A é emm/sec 2 Resistênciaà rupturada cinta:este parãmetroé útilnaseleçãodo transportadorde correia e pode ser estimada por:: Bs= (Cr*Pp)/ (Cv*V)..eqn.1.7 Where, Bsé emn. Cr = fatorde fricção Cv= fatorde ruptura Pp = Potênciano roletetensionadoremn V = velocidadeda cintaemm/s 25

26 Exemplo: Dados de entrada: Capacidade do transportador(cc) = 1500 t/h = kg/s Velocidadeda cinta(v) = 1,5 m/s Elevaçãode transporte(h) = 20 m Comprimento do transportador(l) = 250 m Massa do conjuntode roletes(m i) = 20 Kg Espaçamentoentre osroletes(l ) = 1.2 m Crgadevidoà cinta (mb) = 25 kg/m Ângulode inclinaçãodo transportador(δ) = 5 0 Coeficiente de atrito(f) = 0,02 Fatorde partida(ks) = 1,5 Drive efficiency (Kd) = 0,9 Fatorde fricção(cr) = 15 Fatorde ruptura(cv) = 0,75 26

27 Cálculo dos parâmetros: Primeiro utiliza-se a eqn.1.2 para calcular a carga devido aos roletes: mi = (20/1.2) = kg/m A eqn.1.1 para a tensão na cinta no estado estacionário: Tb= 1.37*0.02*250*9.81*[ {2*25+ (416.67/1.5)}*cos (5)] + (20*9.81* (416.67/1.5)) = N. A tensão na cinta durante a partida eqn.1.4: Tbs= 1.5 * = N Potência na polia tensionadora, eqn.1.3: Pp = ( *1.5)/ 1000 = Kw Dimensionamento do motor, eqn.1.5: Pm = /0.9 = Kw Aceleração do motor, eqn.1.6: A = ( )/ [250*{(2*16.67) + (2*25) + (416.67/1.5)}] = m/s 2 Finalmente, a eqn.1.7 para estimar a resistência à ruptura da cinta: Bs = (15*116.35) / (0.75*1.5) = N/mm Essevalor de Bsé empregadopara a seleçãodo transportadorde correiaà partirdo catálogo do fabricante. 27

28 ELEVADOR DE COPOS(OU DE CAÇAMBAS) Os elevadores de copo constituem as unidades mais simples e mais seguras para transporte vertical. Existem em ampla faixa de capacidade e podem operar inteiramente ao ar livre, ou completamente vedados. Há forte tendência de padronização das unidades. Entretanto, é razoável empregar equipamento especialmente projetado quando se manipula material especial em grandes cargas. As principais variações de projeto estão na espessura das chapas dos canecos e revestimentos, na qualidade do correame ou das correntes, e na unidade motriz. 28

29 ELEVADOR DE COPOS(OU DE CAÇAMBAS) Os elevadores com caçambas espaçadas e descarga centrífuga constituem o tipo mais comum (Figura a). Em geral são equipados com copos do tipo (1) ou (2). As cubas são montadas numa correia ou corrente, espaçadamente. Esse tipo de elevador pode operar com quase todo tipo de material solto, tais como grãos, areia, produtos químicos secos. As caçambas são carregadas pela ação de dois efeitos: pelo material que corre para seu interior, e pelo arraste do material que fica no fundo alimentador (Figura 4e). Material com alta massa específica pode ser operado com velocidades elevadas. Material pulverulento e farinhoso exigirão velocidade mais baixa. 29

30 ELEVADOR DE COPOS(OU DE CAÇAMBAS) Os elevadores com caçambas espaçadas e descarga positiva (Figura b) diferem das unidades com descarga centrífuga na montagem das cubas, em duas correntes, e na engrenagem inversora que força os copos a inverter a posição e descarregar o material. Esse tipo é projetado para materiais pegajosos ou que tendem a aglomerar-se. O impacto da corrente acoplando-se à engrenagem, combinado com a completa inversão das caçambas é, em geral, suficiente para esvaziálas. 30

31 ELEVADOR DE COPOS(OU DE CAÇAMBAS) Os elevadores a caçambas contínuas, sem espaçamento(figura c), são usados, em geral, com materiais difíceis de serem operados nas unidades de descarga centrífuga. A proximidade das caçambas reduz a velocidade em que o elevador pode ser operado. Com a proximidade dos canecos, o fundo de uma serve de calha de descarga da seguinte enquanto circulam em torno da polia motriz. A descarga relativamente suave impede perdas excessivas e torna esse elevador mais eficiente para operar materiais em pó e farinhoso. Na Figura 4f e g são ilustrados dois tipos de alimentador e de condições de alimentação. 31

32 ELEVADOR DE COPOS(OU DE CAÇAMBAS) Os elevadores de caçambas contínuas com supercapacidade (Figura d) são projetados para elevações grandes e para material com granulometria também grande. A capacidade é alta e operam, em geral, inclinados para melhorar as condições de carda e descarga. 32

33 SELEÇÃO DE ELEVADORES DE CAÇAMBAS Tabela ilustrativa para seleção: 33

34 TRANSPORTADORES OSCILATÓRIOS A maioria dos transportadores oscilatórios é, em essência, uma unidade de impulso dirigido, constituída por um tabuleiro horizontal suportado por molas, posto a vibrar por um braço excêntrico que lhe é ligado diretamente. O movimento atribuído às partículas pode variar, mas o objetivo será sempre o mesmo: lançá-las para cima e para frente, avançando no transportador com a sequência de pequenos saltos 34

35 TRANSPORTADORES OSCILATÓRIOS Seleção catálogo do fabricante, exemplo: 35

36 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO Uma das mais importantes técnicas de manusear materiais na indústria química é a da movimentação do material suspenso numa corrente de ar, a distâncias que vão de alguns metros até várias centenas de metros. Podem ser transportados materiais finamente divididos(pós),atépeletizadode1cm,commassaespecíficade(15a3500)kg/m 3. A capacidade do transportador pneumático depende de: Massa específica do material; Tamanho e forma das partículas; Potência do sistema de sopragem; Diâmetro da tubulação; Distância a ser transportado o material. A capacidade mínima é aquela em que a velocidade do gás de arraste é apenas suficiente para movimentar o material na linha. Na prática opera-se com uma velocidade do gás bem maior do que a mínima para garantir a movimentação contínua. 36

37 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO- CLASSIFICAÇÃO Nos sistemas de pressão positiva (Figura a), o material é lançado numa corrente de gás, a pressão acima da atmosférica, por meio de um alimentador rotatório, com selo pneumático. A velocidade da corrente mantém o material em suspensão, até que ele atinja ovasoreceptor,ondeéseparadoarporumfiltroouporumciclone. 37

38 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO- CLASSIFICAÇÃO Os sistemas a pressão são usados com material solto, desde tamanhos de partícula muito pequenos até 1 cm. A vazão de ar pode chegar a 10 ton/h, e a perda de carga no sistema pode chegar a 50 kpa. Esses sistemas são os preferidos quando uma única fonte deve abastecer diversos receptores. O ar comprimido provém, em geral, de um soprador de ação direta. 38

39 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO- CLASSIFICAÇÃO Os sistemas de pressão negativa (Figura b) são caracterizados pela movimentação do material numa corrente de ar sob pressão menor do que a ambiente. As vantagens desse tipo de sistema estão na utilização de toda a energia de bombeamento para movimentar o material e na aspiração direta do material para a linha transportadora, sem haver necessidade de um alimentador giratório ou de outro dispositivo semelhante entre o vaso de armazenamento e o transportador. O material permanece suspenso na corrente de gás até atingir o vaso receptor, onde é recolhido por um filtro ou um ciclone. 39

40 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO CLASSIFICAÇÃO Nossistemasdepressãoreduzidaavazãodegáspodechegara7ton/headistânciaa300 m, inferior ao sistema de pressão positiva. O sistema de pressão reduzida tem uma vantagem de permitir vários pontos de alimentação. São largamente empregados para materiais finamente divididos. É usado especialmente quando as distâncias são mais curtas. 40

41 TRANSPORTADOR PNEUMÁTICO CLASSIFICAÇÃO Os sistemas de pressão e vácuo combinados (Figura c) reúnem as melhores características dos sistemas a pressão e a vácuo. Mediante o vácuo, o material entra no transportador e percorre uma distância curta até um separador. O gás passa através de um filtro e atinge a sucção de um soprador. O material é, então, lançado por um alimentador rotatório na corrente de ar comprimido que provém da descarga do soprador. As aplicações mais comuns são: descarga de carretas, vagões e navios e transferência do material até o ponto de armazenamento. 41

42 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS O armazenamento do material sólido deve levar em consideração algumas características específicas do material granular a granel, tais como deformação, pressão; cisalhamento e densidade. Os principais fatores envolvidos no armazenamento de sólidos são: O coeficiente de atrito; Oângulodequeda; Oânguloderepouso. Ocoeficiente de atritoétangente aoângulode equilíbrio,nãodepende dopesodocorpo, somente dos materiais e do estado das superfícies; O ângulo de queda é o ângulo com o qual o corpo começa a cair, considerado o infinitésimo maior que o ângulo de equilíbrio; O ângulo de repouso é o ângulo que um corpo particulado forma quando cai livremente sobre o chão ou uma superfície qualquer. O tipo de material e a umidade influenciam diretamente no valor do ângulo de repouso, alterando-o conforme sua intensidade. 42

43 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS Principais forma de armazenar de solidos: Armazenamento em PILHAS; Armazenamento em SILOS. Armazenamento em pilhas: Armazenam-se em pilhas quando a quantidade do material e muito grande, e inviabiliza economicamente a utilização de silos, ou quando o material armazenado não pode ser confinado, pois cujo pó, em presença de ar, forma uma mistura explosiva, exigindo o armazenamento em ambientes abertos; Amplamente utilizada na indústria de mineração, fertilizantes, etc... A pilha pode ser cônica, quando a quantidade de material estocado e relativamente pequena, ou prismática quando a quantidade de material e muito grande. 43

44 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS Armazenamento em pilhas:

45 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS Armazenamento em silos: Amplamente utilizada na indústria de grãos, cimentos etc... Os silos são utilizados para volumes menores de material, ou também quando o material e armazenado por sofrerem deterioração grãos- ou serem sensíveis a umidade- cimentos. Podem ser feitos de concreto ou de aço, com formato redondo, quadrado ou retangular, depende do critério ou da necessidade do projetista, porem o fundo deve ser cônico ou piramidal. OângulodofundodeveserMAIORqueoangulodequedadomaterialarmazenado. 45

46 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS Armazenamento em silos: Alguns materiais granulares ou em pó não podem ser armazenados em silos pois formam, em contato com o ar, uma mistura explosiva, que na presença de algum tipo de ignição pode gerar grandes prejuízos. 46

47 ARMAZENAMENTODESÓLIDOS Problemas comuns no armazenamento em silos: No armazenamento de sólidos em silos, um dos fatores mais importantes no funcionamento e a escoabilidade do material. Os principais problemas de escoamento pelos silos são expostos nas figuras a seguir: Arco mecânico (partículas grossas) Arcos coesivos (partículas finas) Efeito tubo 47

48 ARMAZENAMENTO DE SÓLIDOS Soluções para problemas de armazenamento em SILOS Das soluções mais primitivas surgiram métodos de eliminação ou, pelo menos, formas de minimizar os problemas de escoamento dos sólidos armazenados a granel. Vibradores Ativadores de silos Fluidificadores injetar ar 48