almig manual
TRANSCRIPT
MANUAL TEHNICDE AER COMPRIMAT
kompressorenunic reprezentant
AG KOMPRESSOREN SRL
MANUAL TEHNICDE AER COMPRIMAT
Probleme energetice şi de funcţionareale sistemelor de aer comprimat
Editura ENESISBaia Mare
Ediţia 2008
CUPRINS
Prefaţă
Capitolul I - Aerul comprimat
Capitolul II - Sistemul de aer comprimat
Capitolul III - Utilizarea aerului comprimat
3.1. Influenţa presiunii asupra consumatorului
3.2. Calitatea aerului comprimat
3.2.1. Poluarea aerului comprimat cu poluanţi solizi
3.2.2. Uleiul în aerul comprimat
3.2.3. Apa în aerul comprimat
3.2.4. Clasificarea calitativă a aerului comprimat
3.3. Eliminarea poluanţilor din aerul comprimat
3.3.1. Filtrarea materialelor poluante
3.3.2. Alegerea filtrelor
3.3.3. Scăderea umidităţii din aerul comprimat
3.3.4. Uscătoare prin refrigerare
3.3.5. Uscătoare prin adsorbţie
3.4. Calitatea aerului şi consumatorii
3.5. Efectul întreţinerii asupra utilizării
3.6. Debitul de aer comprimat
Capitolul IV- Distribuirea aerului comprimat
4.1. Rezervoare de aer comprimat
4.1.1 Calculul mărimii rezervorului
4.1.2 Dispoziţii legale pentru rezervoare de aer comprimat
4.2. Elementele reţelei de aer comprimat
4.2.1. Conducte
7
13
15
17
17
19
20
21
24
24
25
25
28
30
30
32
34
36
37
41
41
42
42
44
44
Pagina
Lucrarea de faţă a fost realizată cu sprijinul de specialitate al firmei AG Kompressoren SRL, şi se bazează pe cartea lui TAKÁTS PÉTER intitulată „Sisteme de aer comprimat”, apărută în anul 1989.
Consilier editorial: Aurel JenteaRedactor de carte: Olimpiu Coperta: Cristian Tudor CovaciPrefaţa: Antonela RusuCulegere şi tehnoredactare computerizată: Cristian Tudor Covaci
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României:TAKÁTS PÉTER Manual tehnic de aer comprimat: probleme energetice şi de funcţionare Takáts Péter; trad.; Chiuzbăian
Erika – Baia Mare: Enesis 2002104 p; 210 cm
ISBN 973-85282-8-3I. Chiuzbăian Erika (trad.)
621.51Takáts Péter
Capitolul VII, intitulat Transport pneumatic este conceput si redactat de către un colectiv de la Institutul Politehnic Timişoara, format din: Conf. dr. ing. Laza Ioan şi Dr. ing. Ferencz AndrásCapitolulVIII intitulat Compresoare de medie şi înaltă presiune este elaborat de domnul Dirk Slottke.
Tipărirea integrală sau parţială, multiplicarea, păstrarea în sistem de prelucrare şi stocare a datelor în calculator se pot face doar cu aprobarea BARR SRL.
Raţiu
CUPRINS
Prefaţă
Capitolul I - Aerul comprimat
Capitolul II - Sistemul de aer comprimat
Capitolul III - Utilizarea aerului comprimat
3.1. Influenţa presiunii asupra consumatorului
3.2. Calitatea aerului comprimat
3.2.1. Poluarea aerului comprimat cu poluanţi solizi
3.2.2. Uleiul în aerul comprimat
3.2.3. Apa în aerul comprimat
3.2.4. Clasificarea calitativă a aerului comprimat
3.3. Eliminarea poluanţilor din aerul comprimat
3.3.1. Filtrarea materialelor poluante
3.3.2. Alegerea filtrelor
3.3.3. Scăderea umidităţii din aerul comprimat
3.3.4. Uscătoare prin refrigerare
3.3.5. Uscătoare prin adsorbţie
3.4. Calitatea aerului şi consumatorii
3.5. Efectul întreţinerii asupra utilizării
3.6. Debitul de aer comprimat
Capitolul IV- Distribuirea aerului comprimat
4.1. Rezervoare de aer comprimat
4.1.1 Calculul mărimii rezervorului
4.1.2 Dispoziţii legale pentru rezervoare de aer comprimat
4.2. Elementele reţelei de aer comprimat
4.2.1. Conducte
7
13
15
17
17
19
20
21
24
24
25
25
28
30
30
32
34
36
37
41
41
42
42
44
44
Pagina
Lucrarea de faţă a fost realizată cu sprijinul de specialitate al firmei AG Kompressoren SRL, şi se bazează pe cartea lui TAKÁTS PÉTER intitulată „Sisteme de aer comprimat”, apărută în anul 1989.
Consilier editorial: Aurel JenteaRedactor de carte: Olimpiu Coperta: Cristian Tudor CovaciPrefaţa: Antonela RusuCulegere şi tehnoredactare computerizată: Cristian Tudor Covaci
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României:TAKÁTS PÉTER Manual tehnic de aer comprimat: probleme energetice şi de funcţionare Takáts Péter; trad.; Chiuzbăian
Erika – Baia Mare: Enesis 2002104 p; 210 cm
ISBN 973-85282-8-3I. Chiuzbăian Erika (trad.)
621.51Takáts Péter
Capitolul VII, intitulat Transport pneumatic este conceput si redactat de către un colectiv de la Institutul Politehnic Timişoara, format din: Conf. dr. ing. Laza Ioan şi Dr. ing. Ferencz AndrásCapitolulVIII intitulat Compresoare de medie şi înaltă presiune este elaborat de domnul Dirk Slottke.
Tipărirea integrală sau parţială, multiplicarea, păstrarea în sistem de prelucrare şi stocare a datelor în calculator se pot face doar cu aprobarea BARR SRL.
Raţiu
4.2.2. Elemente de reţea
4.3. Pierderi de presiune în reţea
4.4. Pierderi cantitative în reţe
4.4.1. Determinarea pierderilor cantitative pe baza golirii rezervorului
4.4.2. Determinarea pierderilor cantitative în timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor
4.4.3. Determinarea locurilor de scurgere
4.5. Crearea reţelelor optime
4.5.1. Reţele stabile de interior
4.5.2. Reţele mobile de exterior
Capitolul V - Producerea aerului comprimat
5.1. Presiunea de refulare a compresorului
5.2. Calitatea aerului comprimat transportat de compresoare
5.3. Factori ce influenţează consumul de energie al compresoarelor
5.4. Alegerea numărului de compresoare
5.5. Staţie de compresoare centralizată sau descentralizată
Capitolul VI - Revalorificarea căldurii reziduale
6.1. Teoria revalorificării căldurii reziduale
6.2. Balanţa termică în compresor
6.3. Pregătire pentru reutilizarea căldurii reziduale
6.4. Refolosirea căldurii reziduale la compresoare cu răcire cu aer
6.5. Refolosirea căldurii reziduale la compresoare cu răcire cu apă
6.6. Sisteme combinate de refolosire a căldurii reziduale
6.7. Câteva aspecte legate de economia de energie
Capitolul VII - Transportul pneumatic
7.1. Parametrii transportului pneumatic
7.2. Sisteme de transport pneumatic
7.3. Maşini pentru mişcarea aerului
48
49
5051
52
53
54
54
56
59
59
62
62
66
67
69
69
70
71
72
74
80
83
84
84
91
101
7.4. Evaluarea debitului de aer
7.5. Relaţiile de calcul pentru căderea de presiune a aerului
7.6. Dimensionarea unei instalaţii de transport material fin în fază densă
7.7. Dimensionarea unei instalaţii de transport material grosier în fază diluată
Capitolul VIII - Compresoare de medie şi înaltă presiune
109
121
124
135
144
Bibliografie 151Bibliografie 151
Anexe 153
4.2.2. Elemente de reţea
4.3. Pierderi de presiune în reţea
4.4. Pierderi cantitative în reţe
4.4.1. Determinarea pierderilor cantitative pe baza golirii rezervorului
4.4.2. Determinarea pierderilor cantitative în timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor
4.4.3. Determinarea locurilor de scurgere
4.5. Crearea reţelelor optime
4.5.1. Reţele stabile de interior
4.5.2. Reţele mobile de exterior
Capitolul V - Producerea aerului comprimat
5.1. Presiunea de refulare a compresorului
5.2. Calitatea aerului comprimat transportat de compresoare
5.3. Factori ce influenţează consumul de energie al compresoarelor
5.4. Alegerea numărului de compresoare
5.5. Staţie de compresoare centralizată sau descentralizată
Capitolul VI - Revalorificarea căldurii reziduale
6.1. Teoria revalorificării căldurii reziduale
6.2. Balanţa termică în compresor
6.3. Pregătire pentru reutilizarea căldurii reziduale
6.4. Refolosirea căldurii reziduale la compresoare cu răcire cu aer
6.5. Refolosirea căldurii reziduale la compresoare cu răcire cu apă
6.6. Sisteme combinate de refolosire a căldurii reziduale
6.7. Câteva aspecte legate de economia de energie
Capitolul VII - Transportul pneumatic
7.1. Parametrii transportului pneumatic
7.2. Sisteme de transport pneumatic
7.3. Maşini pentru mişcarea aerului
48
49
5051
52
53
54
54
56
59
59
62
62
66
67
69
69
70
71
72
74
80
83
84
84
91
101
7.4. Evaluarea debitului de aer
7.5. Relaţiile de calcul pentru căderea de presiune a aerului
7.6. Dimensionarea unei instalaţii de transport material fin în fază densă
7.7. Dimensionarea unei instalaţii de transport material grosier în fază diluată
Capitolul VIII - Compresoare de medie şi înaltă presiune
109
121
124
135
144
Bibliografie 151Bibliografie 151
Anexe 153
Prefaţă
Principiul după care se ghidează societatea ALMiG Kompressoren GmbH este acela că bazându-se pe valorile tradiţionale, succesul durabil poate fi obţinut numai cu pricepere şi progres. În interesul satisfacerii exigenţelor crescute faţă de compresoarele ALMiG la un nivel cât mai înalt, ALMiG Kompressoren GmbH a înfiinţat reprezentanţa sa din România, AG KOMPRESSOREN SRL, care şi-a propus ca, prin creşterea numărului colaboratorilor foarte bine calificaţi, prin produsele sale de încredere, prin preţurile sale mult mai avantajoase, prin serviciile sale de calitate, să devină leaderul pieţei de compresoare în România.
AG KOMPRESSOREN SRL este unicul distribuitor in România al producătorului german de echipamente pentru producerea ş i t ratarea aerului comprimat, ALMiG KOMPRESSOREN GmbH.
Respectând tradiţia începuta în anul 1923 privind asigurarea calităţii germane prin îmbunataţirea continuă a produselor, ALMiG Kompressoren GmbH (Auto Luft Made In Germany) îşi asigură respectul şi aprecierea clienţilor prin oferirea unei game largi de produse care respectă standardele internaţionale de management al calităţii şi mediului: ISO 9001, ISO 14001 şi IRIS (International Railway Industry Standard).
ALMiG Kompressoren GmbH este un nume reprezentativ al tehnologiei de vârf în domeniul aerului comprimat. Firma ALMiG are la origine o întreprindere de tradiţie, ale cărei produse sunt recunoscute în branşa aerului comprimat pentru calitate, inovaţie şi conştiinţa clientelei. ALMiG este o întreprindere deosebit de flexibilă, care reacţionează rapid la dorinţele individuale ale clientului, sprijinindu-l cu sfaturi şi fapte în calitate de partener competent.
7
Prefaţă
Principiul după care se ghidează societatea ALMiG Kompressoren GmbH este acela că bazându-se pe valorile tradiţionale, succesul durabil poate fi obţinut numai cu pricepere şi progres. În interesul satisfacerii exigenţelor crescute faţă de compresoarele ALMiG la un nivel cât mai înalt, ALMiG Kompressoren GmbH a înfiinţat reprezentanţa sa din România, AG KOMPRESSOREN SRL, care şi-a propus ca, prin creşterea numărului colaboratorilor foarte bine calificaţi, prin produsele sale de încredere, prin preţurile sale mult mai avantajoase, prin serviciile sale de calitate, să devină leaderul pieţei de compresoare în România.
AG KOMPRESSOREN SRL este unicul distribuitor in România al producătorului german de echipamente pentru producerea ş i t ratarea aerului comprimat, ALMiG KOMPRESSOREN GmbH.
Respectând tradiţia începuta în anul 1923 privind asigurarea calităţii germane prin îmbunataţirea continuă a produselor, ALMiG Kompressoren GmbH (Auto Luft Made In Germany) îşi asigură respectul şi aprecierea clienţilor prin oferirea unei game largi de produse care respectă standardele internaţionale de management al calităţii şi mediului: ISO 9001, ISO 14001 şi IRIS (International Railway Industry Standard).
ALMiG Kompressoren GmbH este un nume reprezentativ al tehnologiei de vârf în domeniul aerului comprimat. Firma ALMiG are la origine o întreprindere de tradiţie, ale cărei produse sunt recunoscute în branşa aerului comprimat pentru calitate, inovaţie şi conştiinţa clientelei. ALMiG este o întreprindere deosebit de flexibilă, care reacţionează rapid la dorinţele individuale ale clientului, sprijinindu-l cu sfaturi şi fapte în calitate de partener competent.
7
Fiind unul dintre leaderii ofertanţi de sisteme din tehnologia aerului comprimat, cercetarea şi dezvoltarea sunt o premisă subînţeleasă şi o bază a tuturor produselor noastre fabricate conform normelor internaţionale de protecţie a mediului şi garantare a calităţii.
AG KOMPRESSOREN SRL este şi unicul reprezentant autorizat J.P. SAUER & SOHN Maschinenbau GmbH în Romania în sectorul industrie, în ceea ce priveşte comercializarea compresoarelor cu piston de înalta şi medie presiune. Modelul şi construcţia compresoarelor SAUER pentru presiuni de până la 420 bar (în perspectivă până la 500 bar) sunt ideale pentru a fi folosite în industrie, având o putere deasupra mediei şi etalându-şi capacităţile chiar şi în cele mai solicitante aplicaţii.
Firma AG KOMPRESSOREN SRL oferă spre vânzare una dintre cele mai largi palete de produse de pe piaţa aerului comprimat: compresoare cu şurub, compresoare cu piston (de joasa presiune, medie presiune şi înaltă presiune), multiplicatoare de presiune, motocompresoare, turbocompresoare, compresoare cu regulator de turaţie, suflante, rezervoare pentru aer comprimat, recuperatoare de energie pentru producerea apei calde, scule pneumatice, instalaţii complete pentru tratarea aerului comprimat şi asigurarea managementului condensului, dispozitive de monitorizare şi control al instalaţiilor de aer comprimat.
AG KOMPRESSOREN SRL se concentrează în mod constant pe creşterea satisfacţiei colaboratorilor prin asigurarea unor servicii de calitate. Pentru garantarea reuşitei, ne aflam într-un proces continuu de învăţare şi depunem toate eforturile pentru a satisface întotdeauna solicitările unicat ale clienţilor, oferind soluţii individualizate, în funcţie de necesităţi. Desigur că, în acest context, luăm în considerare şi cerinţele din ce în ce mai severe referitoare la economia de energie şi la protecţia mediului.
Societatea noastră nu oferă doar instalaţii complete de
producere şi tratare a aerului comprimat, ci asigură şi consultanţă de specialitate, îndrumare tehnică gratuită, proiectare, antreprize, predare la cheie, punere în funcţiune a utilajelor, service în garanţie şi post-garanţie, măsurarea calităţii şi cantităţii aerului comprimat, elaborare de studii pentru pierderi, posibilităţi de plată favorabile, reconstrucţie de reţele de aer comprimat, service - inclusiv la alte mărci de compresoare.
Reţeaua noastră de service, cu reprezentanţi răspândiţi în puncte strategice care acoperă cu succes întreaga ţară, permite intervenţii rapide oriunde în România, în maxim 48 de ore de la sesizare. Personalul nostru calificat va avea grijă ca utilajele dumneavoastră să fie întreţinute tot timpul, ca intervalele de service să fie respectate, iar departamentul nostru de service va avea grijă ca piesele de schimb necesare să fie livrate la timp. Reţeaua noastră de service include centre de service în: Bucureşti, Braşov, Timişoara, Hunedoara, Drobeta Turnu Severin, Galaţi, Paşcani, Turda, Miercurea Ciuc şi Baia Mare.
AG KOMPRESSOREN SRL nu este doar un furnizor de compresoare, ci mai degrabă un partener şi un consilier al clientului, începând cu etapa de proiectare a reţelei/staţiei de aer comprimat şi până la etapa în care utilajele noastre intra în perioada de post garanţie. De asemenea, cunoscând situaţia actuală de pe piaţa din ţara noastră, venim în întâmpinarea dumneavoastră cu posibilitatea de a achiziţiona utilajele şi în rate sau prin compensare cu energie electrică.
Aceasta este calea succesului începuta în anul 1923, care este urmată şi dezvoltată în continuare atât de ALMiG Kompressoren GmbH, cât şi de AG Kompressoren SRL, în mod consecvent.Luând toate acestea în considerare, a fost conceput prezentul manual tehnic de aer comprimat, cu scopul de a vă oferi informaţii de specialitate cât mai detaliate, care să vă ajute să stabiliţi cu mai mare precizie care vă sunt nevoile în materie de aer comprimat. Manualul este structurat pe capitole care prezintă
98
Fiind unul dintre leaderii ofertanţi de sisteme din tehnologia aerului comprimat, cercetarea şi dezvoltarea sunt o premisă subînţeleasă şi o bază a tuturor produselor noastre fabricate conform normelor internaţionale de protecţie a mediului şi garantare a calităţii.
AG KOMPRESSOREN SRL este şi unicul reprezentant autorizat J.P. SAUER & SOHN Maschinenbau GmbH în Romania în sectorul industrie, în ceea ce priveşte comercializarea compresoarelor cu piston de înalta şi medie presiune. Modelul şi construcţia compresoarelor SAUER pentru presiuni de până la 420 bar (în perspectivă până la 500 bar) sunt ideale pentru a fi folosite în industrie, având o putere deasupra mediei şi etalându-şi capacităţile chiar şi în cele mai solicitante aplicaţii.
Firma AG KOMPRESSOREN SRL oferă spre vânzare una dintre cele mai largi palete de produse de pe piaţa aerului comprimat: compresoare cu şurub, compresoare cu piston (de joasa presiune, medie presiune şi înaltă presiune), multiplicatoare de presiune, motocompresoare, turbocompresoare, compresoare cu regulator de turaţie, suflante, rezervoare pentru aer comprimat, recuperatoare de energie pentru producerea apei calde, scule pneumatice, instalaţii complete pentru tratarea aerului comprimat şi asigurarea managementului condensului, dispozitive de monitorizare şi control al instalaţiilor de aer comprimat.
AG KOMPRESSOREN SRL se concentrează în mod constant pe creşterea satisfacţiei colaboratorilor prin asigurarea unor servicii de calitate. Pentru garantarea reuşitei, ne aflam într-un proces continuu de învăţare şi depunem toate eforturile pentru a satisface întotdeauna solicitările unicat ale clienţilor, oferind soluţii individualizate, în funcţie de necesităţi. Desigur că, în acest context, luăm în considerare şi cerinţele din ce în ce mai severe referitoare la economia de energie şi la protecţia mediului.
Societatea noastră nu oferă doar instalaţii complete de
producere şi tratare a aerului comprimat, ci asigură şi consultanţă de specialitate, îndrumare tehnică gratuită, proiectare, antreprize, predare la cheie, punere în funcţiune a utilajelor, service în garanţie şi post-garanţie, măsurarea calităţii şi cantităţii aerului comprimat, elaborare de studii pentru pierderi, posibilităţi de plată favorabile, reconstrucţie de reţele de aer comprimat, service - inclusiv la alte mărci de compresoare.
Reţeaua noastră de service, cu reprezentanţi răspândiţi în puncte strategice care acoperă cu succes întreaga ţară, permite intervenţii rapide oriunde în România, în maxim 48 de ore de la sesizare. Personalul nostru calificat va avea grijă ca utilajele dumneavoastră să fie întreţinute tot timpul, ca intervalele de service să fie respectate, iar departamentul nostru de service va avea grijă ca piesele de schimb necesare să fie livrate la timp. Reţeaua noastră de service include centre de service în: Bucureşti, Braşov, Timişoara, Hunedoara, Drobeta Turnu Severin, Galaţi, Paşcani, Turda, Miercurea Ciuc şi Baia Mare.
AG KOMPRESSOREN SRL nu este doar un furnizor de compresoare, ci mai degrabă un partener şi un consilier al clientului, începând cu etapa de proiectare a reţelei/staţiei de aer comprimat şi până la etapa în care utilajele noastre intra în perioada de post garanţie. De asemenea, cunoscând situaţia actuală de pe piaţa din ţara noastră, venim în întâmpinarea dumneavoastră cu posibilitatea de a achiziţiona utilajele şi în rate sau prin compensare cu energie electrică.
Aceasta este calea succesului începuta în anul 1923, care este urmată şi dezvoltată în continuare atât de ALMiG Kompressoren GmbH, cât şi de AG Kompressoren SRL, în mod consecvent.Luând toate acestea în considerare, a fost conceput prezentul manual tehnic de aer comprimat, cu scopul de a vă oferi informaţii de specialitate cât mai detaliate, care să vă ajute să stabiliţi cu mai mare precizie care vă sunt nevoile în materie de aer comprimat. Manualul este structurat pe capitole care prezintă
98
diverse informaţii utile privind utilizarea eficientă a aerului comprimat, distribuirea de aer comprimat, producerea de aer comprimat calitativ, revalorificarea căldurii reziduale, modalităţi de economisire a energiei, transport pneumatic, compresoare de medie şi înalta presiune, diverse calcule pentru evaluarea calităţii aerului comprimat, a pierderilor de presiune/de aer comprimat de pe reţea, şi multe alte informaţii preţioase pentru orice utilizator de echipamente pentru producerea şi tratarea aerului comprimat şi nu numai.
Acest manual este cu atât mai preţios cu cât grupează diverse date şi informaţii care sunt, de obicei, tratate separat, în diverse lucrări de specialitate, care sunt mai greu accesibile.
Din dorinţa de a veni, din nou, în întâmpinarea nevoilor clienţilor noştri, a fost editat acest manual. In speranţa că acest „Manual tehnic de aer comprimat” va fi de un real folos tuturor celor care îl citesc,
Echipa AG KOMPRESSOREN SRL
vă mulţumeşte pentru timpul acordat acestei lecturi.
Pentru orice întrebări sau nelămuriri, vă rugăm să nu ezitaţi să ne contactaţi.
10
diverse informaţii utile privind utilizarea eficientă a aerului comprimat, distribuirea de aer comprimat, producerea de aer comprimat calitativ, revalorificarea căldurii reziduale, modalităţi de economisire a energiei, transport pneumatic, compresoare de medie şi înalta presiune, diverse calcule pentru evaluarea calităţii aerului comprimat, a pierderilor de presiune/de aer comprimat de pe reţea, şi multe alte informaţii preţioase pentru orice utilizator de echipamente pentru producerea şi tratarea aerului comprimat şi nu numai.
Acest manual este cu atât mai preţios cu cât grupează diverse date şi informaţii care sunt, de obicei, tratate separat, în diverse lucrări de specialitate, care sunt mai greu accesibile.
Din dorinţa de a veni, din nou, în întâmpinarea nevoilor clienţilor noştri, a fost editat acest manual. In speranţa că acest „Manual tehnic de aer comprimat” va fi de un real folos tuturor celor care îl citesc,
Echipa AG KOMPRESSOREN SRL
vă mulţumeşte pentru timpul acordat acestei lecturi.
Pentru orice întrebări sau nelămuriri, vă rugăm să nu ezitaţi să ne contactaţi.
10
Literatura clasează producerea aerului comprimat printre sistemele auxiliare de deservire a producţiei. Acest fapt nu ar constitui o problema în sine dar, în practică, fabricile, uzinele o tratează ca pe o problemă secundară, aceasta nefiind direct legată de producţie. Abia în ultimii ani specialiştii energeticieni au început să recunoască importanţa aerului comprimat, şi să se ocupe de el în mod corespunzător. Producerea aerului comprimat ocupă un loc deosebit de important între consumatorii de energie din industrie. În România de exemplu, din cota foarte mare de participare a industriei la consumul de energie, 18 procente revin producerii de aer comprimat. Acest procent este dublul valorii care se consumă în scop în ţările dezvoltate industrial. Cauza consumului mare de energie se poate căuta în randamentul scăzut al sistemelor depăşite de producere a aerului comprimat din ţară, în pierderile mari cantitative şi de presiune. Nu trebuie neglijată, fiind o cauză desoebit de importantă, lipsa de întreţinere corespunzătoare.
Dacă dorim să eliminăm pierderile însemnate din producerea de aer comprimat şi să punem la punct un sistem optim în ceea ce priveşte consumul de energie, trebuie să analizăm în detaliu următoarele trei probleme majore: - producerea de aer comprimat,
- distribuirea aerului comprimat şi- utilizarea aerului comprimat,în aşa fel încât să atragem atenţia în primul rând asupra aspectelor
energetice.Înainte de a dezbate în detaliu aceste probleme, să definim însă
aerul comprimat.Aerul comprimat în sine nu este una din formele energiei, ci un
agent utilizat pe scară largă pentru transmiterea energiei. Toate intervenţiile legate de producerea, distribuirea şi utilizarea aerului comprimat au un efect direct asupra consumului de energie. Specialiştii în energetică trebuie totuşi să trateze aerul comprimat ca o formă de energie, dat fiind că de fiecare dată când se elimină o cauză a pierderilor de aer comprimat, acest fapt duce implicit la reducerea consumului de energie. La ora actuală, aerul comprimat este unul dintre sistemele de deservire cele mai răspândite şi cu aplicaţii dintre cele mai diverse. Producţia industrială modernă automatizată nici nu poate fi concepută fără acesta şi, în ciuda faptului că aerul comprimat este unul dintre modalităţile cele mai nerentabile de utilizare a energiei, domeniul său de aplicare se lărgeşte din ce în ce mai mult şi în ţara noastră. Randamentul de 24-30% al sistemelor de aer comprimat, precum şi faptul că
CAPITOLUL I - AERUL COMPRIMAT
13
Literatura clasează producerea aerului comprimat printre sistemele auxiliare de deservire a producţiei. Acest fapt nu ar constitui o problema în sine dar, în practică, fabricile, uzinele o tratează ca pe o problemă secundară, aceasta nefiind direct legată de producţie. Abia în ultimii ani specialiştii energeticieni au început să recunoască importanţa aerului comprimat, şi să se ocupe de el în mod corespunzător. Producerea aerului comprimat ocupă un loc deosebit de important între consumatorii de energie din industrie. În România de exemplu, din cota foarte mare de participare a industriei la consumul de energie, 18 procente revin producerii de aer comprimat. Acest procent este dublul valorii care se consumă în scop în ţările dezvoltate industrial. Cauza consumului mare de energie se poate căuta în randamentul scăzut al sistemelor depăşite de producere a aerului comprimat din ţară, în pierderile mari cantitative şi de presiune. Nu trebuie neglijată, fiind o cauză desoebit de importantă, lipsa de întreţinere corespunzătoare.
Dacă dorim să eliminăm pierderile însemnate din producerea de aer comprimat şi să punem la punct un sistem optim în ceea ce priveşte consumul de energie, trebuie să analizăm în detaliu următoarele trei probleme majore: - producerea de aer comprimat,
- distribuirea aerului comprimat şi- utilizarea aerului comprimat,în aşa fel încât să atragem atenţia în primul rând asupra aspectelor
energetice.Înainte de a dezbate în detaliu aceste probleme, să definim însă
aerul comprimat.Aerul comprimat în sine nu este una din formele energiei, ci un
agent utilizat pe scară largă pentru transmiterea energiei. Toate intervenţiile legate de producerea, distribuirea şi utilizarea aerului comprimat au un efect direct asupra consumului de energie. Specialiştii în energetică trebuie totuşi să trateze aerul comprimat ca o formă de energie, dat fiind că de fiecare dată când se elimină o cauză a pierderilor de aer comprimat, acest fapt duce implicit la reducerea consumului de energie. La ora actuală, aerul comprimat este unul dintre sistemele de deservire cele mai răspândite şi cu aplicaţii dintre cele mai diverse. Producţia industrială modernă automatizată nici nu poate fi concepută fără acesta şi, în ciuda faptului că aerul comprimat este unul dintre modalităţile cele mai nerentabile de utilizare a energiei, domeniul său de aplicare se lărgeşte din ce în ce mai mult şi în ţara noastră. Randamentul de 24-30% al sistemelor de aer comprimat, precum şi faptul că
CAPITOLUL I - AERUL COMPRIMAT
13
CAPITOLUL II - SISTEMUL DE AER COMPRIMATProducerea, distribuirea şi utilizarea aerului comprimat trebuie
privite, din toate punctele de vedere, ca un sistem unitar. În evaluarea sistemului nu este voie să se omită nici mediul.
Modificarea internă a sistemului de aer comprimat, precum şi orice fel de intervenţie venită din exterior, are efect atât asupra ieşirii cât şi asupra intrării, influenţând astfel întreg randamentul sistemului.
Privind prin prisma sistemului, noi producem aer comprimat şi căldură utilizând energie electrică şi aer atmosferic.
În sistem se observă patru unităţi funcţionale distincte. În practică, specialiştii acordă cea mai mare atenţie compresorului şi cea mai mică atenţie reţelei şi consumului. Având în vedere starea reţelelor de aer comprimat din ţară, se recomandă luarea următoarelor măsuri, cu ajutorul cărora consumul de energie al sistemelor de aer comprimat poate fi redus considerabil:
- reducerea pierderilor pe reţea la 5%- reducerea pierderilor de presiune în reţea la 1,0 bar
15
acestea utilizează energia electrică, produsă tot prin randament scăzut, sunt argumente care susţin afirmaţia anterioară.
Datorită numeroaselor avantaje legate de distribuirea şi utilizarea sa, precum şi în lipsa unei alternative corespunzătoare, nu poate fi deocamdată vorba de înlocuirea sa cu alte sisteme, deşi în anumite domenii şi aplicaţii restrânse, întrebuinţarea sistemelor de frecvenţă mare, respectiv hidraulice, este mai rentabilă şi cu un consum mai mic de energie .
Tocmai de aceea, specialiştii trebuie să fie foarte atenţi la faptul că sistemul lor de aer comprimat trebuie să asigure, prin utilizarea cât mai redusă a energiei, aerul în cantitatea, la presiunea şi cu calitatea necesare.
14
CAPITOLUL II - SISTEMUL DE AER COMPRIMATProducerea, distribuirea şi utilizarea aerului comprimat trebuie
privite, din toate punctele de vedere, ca un sistem unitar. În evaluarea sistemului nu este voie să se omită nici mediul.
Modificarea internă a sistemului de aer comprimat, precum şi orice fel de intervenţie venită din exterior, are efect atât asupra ieşirii cât şi asupra intrării, influenţând astfel întreg randamentul sistemului.
Privind prin prisma sistemului, noi producem aer comprimat şi căldură utilizând energie electrică şi aer atmosferic.
În sistem se observă patru unităţi funcţionale distincte. În practică, specialiştii acordă cea mai mare atenţie compresorului şi cea mai mică atenţie reţelei şi consumului. Având în vedere starea reţelelor de aer comprimat din ţară, se recomandă luarea următoarelor măsuri, cu ajutorul cărora consumul de energie al sistemelor de aer comprimat poate fi redus considerabil:
- reducerea pierderilor pe reţea la 5%- reducerea pierderilor de presiune în reţea la 1,0 bar
15
acestea utilizează energia electrică, produsă tot prin randament scăzut, sunt argumente care susţin afirmaţia anterioară.
Datorită numeroaselor avantaje legate de distribuirea şi utilizarea sa, precum şi în lipsa unei alternative corespunzătoare, nu poate fi deocamdată vorba de înlocuirea sa cu alte sisteme, deşi în anumite domenii şi aplicaţii restrânse, întrebuinţarea sistemelor de frecvenţă mare, respectiv hidraulice, este mai rentabilă şi cu un consum mai mic de energie .
Tocmai de aceea, specialiştii trebuie să fie foarte atenţi la faptul că sistemul lor de aer comprimat trebuie să asigure, prin utilizarea cât mai redusă a energiei, aerul în cantitatea, la presiunea şi cu calitatea necesare.
14
Problema de bază a utilizării aerului comprimat este aceea că presiunea, debitul şi calitatea aerului comprimat disponibil la punctul de racordare a consumatorului trebuie să fie corespunzătoare, pentru ca echipamentele să lucreze la randament de 100%.
Debitul şi calitatea necesare unui randament de 100% pot fi stabilite simplu din cataloagele fabricii. Problema deseori controversată o constituie însă presiunea, deşi şi aceasta este stabilită clar: consumatorii de aer comprimat au o putere de 100% cu o suprapresiune de 6,0 bari pe reţea. În toate cazurile în care presiunea necesară este diferită, acest aspect este pus clar în evidenţă de consumatori.
În cele ce urmează, se analizează efectul celor trei caracteristici asupra problemelor energetice ale utilizării aerului comprimat.
3.1. Efectul presiunii asupra consumatorilorProblemele presiunii şi debitului, nu se pot discuta separat din
acest punct de vedere. Necesarul de suprapresiune nominală a consumatorilor este de 6,0 bari, necesar care, însă, în condiţiile unui transfer dat, poate fi asigurat numai cu debitul corespunzător de aer comprimat. Dacă debitul de aer comprimat produs scade, în condiţiile transferului neschimbat, scade şi presiunea.
Pe lângă faptul că influenţează la consumatori :- randamentul şi- consumul de aerschimbarea de presiune are efecte asupra :- consumului de energie al consumatorilor, şi prin acesta
asupra - necesarului de energie al întregului sistem de aer comprimat şi asupra
- productivităţii Legătura dintre presiune şi randament este reprezentată în figura
nr.1. Este evident că pentru o productivitate de 100% este nevoie de o suprapresiune de 6,0 bari. Dacă scade presiunea din reţea scade puternic şi randamentul, pentru că sub influenţa reducerii presiunii cu 1,0 bar, scăderea randamentului este de 20%.
Situaţia este defavorabilă şi atunci când consumatorii primesc o presiune mai mare de 6,0 bari. Acesta implică o creştere a randamentului degresiv conform schiţei nr.1, dar duce totodată şi la creşterea debitului necesar de aer comprimat (vezi şi figura nr.16) pentru că o creştere a presiunii cu 0,5 bari duce la creşterea consumului de aer cu 10%.
CAPITOLUL III. UTILIZAREA AERULUI COMPRIMAT
17
- rezolvarea problemelor de calitate a aerului comprimat - reducerea necesarului de energie pentru producerea unităţii de aer comprimat.
Acestea sunt problemele cărora trebuie să li se acorde o atenţie deosebită când se verifică sistemul în vederea descoperirii pierderilor. Totodată, trebuie să renunţăm la acea practică conform căreia evidenţierea pierderilor din sistemele de aer comprimat se realizează exclusiv prin măsurarea puterii electrice, şi care foloseşte în calcule datele nominale alecompresorului. Aceasta vine în contradicţie cu principiul de sistem unitar. Ea nu ţine cont de valoarea reală a ieşirii, de pierderile din distribuire şi consum, şi, prin omiterea verificării celor trei parametri – presiune, debit, calitate – parametri care servesc ca bază pentru formarea sistemului optim – duce la concluzii greşite.
Formarea unei imagini comparabile cu cea a unui sistem energetic poate duce la reducerea consumului de energie pentru producerea aerului comprimat, deziderat permanent în raţionalizarea energiei.
16
Problema de bază a utilizării aerului comprimat este aceea că presiunea, debitul şi calitatea aerului comprimat disponibil la punctul de racordare a consumatorului trebuie să fie corespunzătoare, pentru ca echipamentele să lucreze la randament de 100%.
Debitul şi calitatea necesare unui randament de 100% pot fi stabilite simplu din cataloagele fabricii. Problema deseori controversată o constituie însă presiunea, deşi şi aceasta este stabilită clar: consumatorii de aer comprimat au o putere de 100% cu o suprapresiune de 6,0 bari pe reţea. În toate cazurile în care presiunea necesară este diferită, acest aspect este pus clar în evidenţă de consumatori.
În cele ce urmează, se analizează efectul celor trei caracteristici asupra problemelor energetice ale utilizării aerului comprimat.
3.1. Efectul presiunii asupra consumatorilorProblemele presiunii şi debitului, nu se pot discuta separat din
acest punct de vedere. Necesarul de suprapresiune nominală a consumatorilor este de 6,0 bari, necesar care, însă, în condiţiile unui transfer dat, poate fi asigurat numai cu debitul corespunzător de aer comprimat. Dacă debitul de aer comprimat produs scade, în condiţiile transferului neschimbat, scade şi presiunea.
Pe lângă faptul că influenţează la consumatori :- randamentul şi- consumul de aerschimbarea de presiune are efecte asupra :- consumului de energie al consumatorilor, şi prin acesta
asupra - necesarului de energie al întregului sistem de aer comprimat şi asupra
- productivităţii Legătura dintre presiune şi randament este reprezentată în figura
nr.1. Este evident că pentru o productivitate de 100% este nevoie de o suprapresiune de 6,0 bari. Dacă scade presiunea din reţea scade puternic şi randamentul, pentru că sub influenţa reducerii presiunii cu 1,0 bar, scăderea randamentului este de 20%.
Situaţia este defavorabilă şi atunci când consumatorii primesc o presiune mai mare de 6,0 bari. Acesta implică o creştere a randamentului degresiv conform schiţei nr.1, dar duce totodată şi la creşterea debitului necesar de aer comprimat (vezi şi figura nr.16) pentru că o creştere a presiunii cu 0,5 bari duce la creşterea consumului de aer cu 10%.
CAPITOLUL III. UTILIZAREA AERULUI COMPRIMAT
17
- rezolvarea problemelor de calitate a aerului comprimat - reducerea necesarului de energie pentru producerea unităţii de aer comprimat.
Acestea sunt problemele cărora trebuie să li se acorde o atenţie deosebită când se verifică sistemul în vederea descoperirii pierderilor. Totodată, trebuie să renunţăm la acea practică conform căreia evidenţierea pierderilor din sistemele de aer comprimat se realizează exclusiv prin măsurarea puterii electrice, şi care foloseşte în calcule datele nominale alecompresorului. Aceasta vine în contradicţie cu principiul de sistem unitar. Ea nu ţine cont de valoarea reală a ieşirii, de pierderile din distribuire şi consum, şi, prin omiterea verificării celor trei parametri – presiune, debit, calitate – parametri care servesc ca bază pentru formarea sistemului optim – duce la concluzii greşite.
Formarea unei imagini comparabile cu cea a unui sistem energetic poate duce la reducerea consumului de energie pentru producerea aerului comprimat, deziderat permanent în raţionalizarea energiei.
16
adaptează la randamentul scăzut, şi nimeni nu se gândeşte la faptul că, verificând sistemul de aer comprimat, s-ar putea obţine o creştere a productivităţii.
3. 2. Calitatea aerului comprimatCalitatea constituie probabil în zilele noastre una dintre cele mai
arzătoare probleme ale utilizării aerului comprimat în ţară. Specialiştii se confruntă aproape zilnic cu problemele cauzate de aerul comprimat care conţine agenţi poluanţi uleioşi, lichizi şi solizi. Cu toate că în jurul acestor probleme există cele mai mari semne de întrebare, până acum s-a făcut prea puţin pentru eliminarea acestor poluanţi.
La o primă analiză superficială, calitatea influenţează direct consumul de energie. Dacă însă ne gândim mai bine, putem constata că producerea aerului comprimat de proastă calitate înseamnă risipă mare de energie. Poluanţii aflaţi în aer distrug în general elementele şi sculele pneumatice. Ei provoacă oprirea producţiei şi, în acelaşi timp, creşterea necesarului de întreţinere şi de înlocuire a pieselor. În multe locuri, aerul comprimat de proastă calitate duce la creşterea cantităţii de rebuturi. Să produci rebut cu aer comprimat obţinut scump înseamnă risipă de material şi de energie. Asigurarea aerului comprimat de calitate corespunzătoare începe cu alegerea compresorului şi a amplasamentului staţiei de compresoare. Aerul aspirat de compresor conţine mulţi agenţi poluanţi, dar aceştia pot ajunge în aer şi în timpul comprimării şi distribuirii sale, în funcţie de sistem. Aceşti agenţi poluanţi pot fi extraşi din aerul comprimat prin utilizarea filtrelor şi a uscătoarelor de aer comprimat corespunzătoare. Calitatea dorită de către utilizatori poate fi deci asigurată prin crearea corespunzătoare a sistemului de filtrare, dar realizarea sa necesită:
- o investiţie suplimentară şi - o întreţinere sistematică şi atentă.În ciuda acestora, se recomandă imperativ punerea pe ordinea de
zi a problemelor legate de calitate pentru că prin rezolvarea lor- creşte durata de viaţă a consumatorilor de aer comprimat- scade riscul apariţiei penei de producţie- creşte productivitatea uzinei- scade necesitatea întreţinerii consumatorilor de aer
comprimat- creşte calitatea produselor şi prin aceasta valoarea lor de
piaţă,- scad necesarul de energie şi cheltuielile necesare realizării
produselor.
19
1 2 3 4 5 6 7
20
40
60
80
100
110
Randament%
PresiunebarFigura 1 - Diagrama sculelor pneumatice
Astfel poate să apară situaţia următoare: dacă într-un sistem realizat prost, la punctele îndepărtate, de mare presiune, se încearcă să se asigure presiunea necesară prin utilizarea rezervelor compresorului, în zonele aflate în apropierea compresorului, consumul crescut provocat artificial datorită creşterii presiunii are un efect exact invers, şi, datorită unor cauze aparent de neînţeles, schimbarea scontată nu se produce.
Suprasarcina produsă faţă de presiunea de măsurare este defavorabilă şi pentru că duce la o creştere puternică a uzurii şi la un consum din uzură care cauzează creşterea consumului de aer şi a cheltuielilor de întreţinere. În afară de aceasta, presiunea prea mare constituie şi un pericol de accidentare. Iată punctul unde se leagă presiunea, debitul şi productivitatea unei uzine. În toate punctele în care consumatorii primesc o presiune mai mică de 6,0 bari, elementele pneumatice şi sculele pneumatice lucrează cu un randament cu 20 % mai redus, sau poate chiar cu mult mai mult. De altfel, acea calitate a consumatorilor de aer comprimat de a funcţiona aparent continuu chiar şi la presiune mai mică, face ca nici măcar să nu se observe că ceva nu este în regulă. Normele, ca şi producţia, se
18
adaptează la randamentul scăzut, şi nimeni nu se gândeşte la faptul că, verificând sistemul de aer comprimat, s-ar putea obţine o creştere a productivităţii.
3. 2. Calitatea aerului comprimatCalitatea constituie probabil în zilele noastre una dintre cele mai
arzătoare probleme ale utilizării aerului comprimat în ţară. Specialiştii se confruntă aproape zilnic cu problemele cauzate de aerul comprimat care conţine agenţi poluanţi uleioşi, lichizi şi solizi. Cu toate că în jurul acestor probleme există cele mai mari semne de întrebare, până acum s-a făcut prea puţin pentru eliminarea acestor poluanţi.
La o primă analiză superficială, calitatea influenţează direct consumul de energie. Dacă însă ne gândim mai bine, putem constata că producerea aerului comprimat de proastă calitate înseamnă risipă mare de energie. Poluanţii aflaţi în aer distrug în general elementele şi sculele pneumatice. Ei provoacă oprirea producţiei şi, în acelaşi timp, creşterea necesarului de întreţinere şi de înlocuire a pieselor. În multe locuri, aerul comprimat de proastă calitate duce la creşterea cantităţii de rebuturi. Să produci rebut cu aer comprimat obţinut scump înseamnă risipă de material şi de energie. Asigurarea aerului comprimat de calitate corespunzătoare începe cu alegerea compresorului şi a amplasamentului staţiei de compresoare. Aerul aspirat de compresor conţine mulţi agenţi poluanţi, dar aceştia pot ajunge în aer şi în timpul comprimării şi distribuirii sale, în funcţie de sistem. Aceşti agenţi poluanţi pot fi extraşi din aerul comprimat prin utilizarea filtrelor şi a uscătoarelor de aer comprimat corespunzătoare. Calitatea dorită de către utilizatori poate fi deci asigurată prin crearea corespunzătoare a sistemului de filtrare, dar realizarea sa necesită:
- o investiţie suplimentară şi - o întreţinere sistematică şi atentă.În ciuda acestora, se recomandă imperativ punerea pe ordinea de
zi a problemelor legate de calitate pentru că prin rezolvarea lor- creşte durata de viaţă a consumatorilor de aer comprimat- scade riscul apariţiei penei de producţie- creşte productivitatea uzinei- scade necesitatea întreţinerii consumatorilor de aer
comprimat- creşte calitatea produselor şi prin aceasta valoarea lor de
piaţă,- scad necesarul de energie şi cheltuielile necesare realizării
produselor.
19
1 2 3 4 5 6 7
20
40
60
80
100
110
Randament%
PresiunebarFigura 1 - Diagrama sculelor pneumatice
Astfel poate să apară situaţia următoare: dacă într-un sistem realizat prost, la punctele îndepărtate, de mare presiune, se încearcă să se asigure presiunea necesară prin utilizarea rezervelor compresorului, în zonele aflate în apropierea compresorului, consumul crescut provocat artificial datorită creşterii presiunii are un efect exact invers, şi, datorită unor cauze aparent de neînţeles, schimbarea scontată nu se produce.
Suprasarcina produsă faţă de presiunea de măsurare este defavorabilă şi pentru că duce la o creştere puternică a uzurii şi la un consum din uzură care cauzează creşterea consumului de aer şi a cheltuielilor de întreţinere. În afară de aceasta, presiunea prea mare constituie şi un pericol de accidentare. Iată punctul unde se leagă presiunea, debitul şi productivitatea unei uzine. În toate punctele în care consumatorii primesc o presiune mai mică de 6,0 bari, elementele pneumatice şi sculele pneumatice lucrează cu un randament cu 20 % mai redus, sau poate chiar cu mult mai mult. De altfel, acea calitate a consumatorilor de aer comprimat de a funcţiona aparent continuu chiar şi la presiune mai mică, face ca nici măcar să nu se observe că ceva nu este în regulă. Normele, ca şi producţia, se
18
Figura nr.2 arată concentraţia de praf în unele locuri tipice. În afara prafului, compresorul mai absoarbe câţiva agenţi poluanţi care se găsesc din păcate în aer, cum sunt gazele emise de autovehicule, cenuşa, hidrogenul carbonat, fumul emis de fabrici, diferite poluări emise, etc. De efectul acestora din urmă trebuie să ne ocupăm numai în cazul în care concentraţia acestora depăşeşte valorile medii.
În timpul comprimării, respectiv după aceasta, în aerul comprimat pot ajunge următorii agenţi poluanţi: bucăţi de material rezultând din uzura filtrului de absorbţie, praf de metal apărut în urma uzurii părţilor metalice ale compresorului, părţi rupte din agentul de uscare al uscătoarelor prin adsorbţie, bucăţi din rugina apărută în conducte. Dacă filtrarea şi separarea acestora nu este rezolvată, agenţii poluanţi solizi ajung la consumatori, unde provoacă pierderile şi problemele menţionate anterior.
3. 2. 2. Uleiul în aerul comprimatUleiul din aerul comprimat ajunge aici în timpul comprimării, în
camera de compresie. Uleiul utilizat pentru lubrifierea pieselor metalice se amestecă cu aerul în camera de compresie. Cantitatea de ulei rămasă în aerul comprimat depinde de randamentul dispozitivului de separare folosit.
Problema uleiului a dispărut numai odată cu apariţia compresorului elicoidal, ce funcţionează complet fără ulei, pentru că , în acest caz, rotoarele compresorului nu se ating, nefiind nevoie de introducerea lubrifiantului. În figura nr.3. putem vedea imaginea unui compresor modern ALMIG. Cantitatea de ulei ajunsă în aerul comprimat depinde şi de principiul de funcţionare a compresorului. Figura nr.4. reprezintă conţinutul de ulei caracteristic pentru câteva tipuri de compresoare utilizate pe scară largă.
Referitor la uleiul din aerul comprimat, trebuie să amintim o problemă legată de o greşeală din practică. O parte dintre utilizatori, din comoditate şi din cauza economisirii prost înţelese, nu asigură lubrifiantul necesar funcţionării elementelor şi uneltelor pneumatice, ci lasă ungerea în seama uleiului ajuns în reţeaua din compresor. Greşit ! Consumatorii au nevoie de cantitatea si calitatea de lubrifiant stabilită de producător. Calitatea uleiului necesar pentru ele nu coincide nici măcar întâmplător cu calitatea uleiului lubrifiant al compresorului! – Dacă acest lucru nu se respectă, instalaţia se uzează mai repede, creşte consumul de aer comprimat şi necesarul de întreţinere.
21
Deci, problema calităţii este în strânsă legătură cu productivitatea şi cu consumul de energie al unei uzine. De aceea, în ceea ce urmează, ne vom ocupa amănunţit de efectele celor trei agenţi poluanţi care cauzează cele mai multe probleme, adică de:
- agenţii poluanţi solizi- uleiul şi- efectul apei
3.2.1. Agenţii poluanţi solizi în aerul comprimatAgenţii poluanţii solizi ajunşi în aerul comprimat sunt de două
feluri, unii pe care îi aspiră compresorul din mediu şi alţii care pot ajunge în reţea în timpul comprimării.
Compresorul absoarbe din mediul înconjurător, în primul rând, o cantitate de praf ce depinde de locul instalării şi de caracterul fabricilor ce funcţionează în apropiere.
Clasa
Fărăpraf
Încărcareuşoară
Încărcaremedie
Încărcaregrea
Încărcarefoarte grea
---------------
Locuri tipice de existenţă
Drumuri solide, hale uzinale,nave.
Drumuri nesolide, carieră depiatră, terenuri cu bumbac
Cuptoare, construcţiide drumuri, terasamente de praf
Fabrică de ciment, terenuri petrolifere, staţii de concasare
Furtună de praf, autovehiculeîn deşert
Concentraţiade praf
3mg/m
0
0-170
170-350
350-700
700 - 1400
peste 1400
Figura 2 Concentraţii de praf caracteristice
20
Figura nr.2 arată concentraţia de praf în unele locuri tipice. În afara prafului, compresorul mai absoarbe câţiva agenţi poluanţi care se găsesc din păcate în aer, cum sunt gazele emise de autovehicule, cenuşa, hidrogenul carbonat, fumul emis de fabrici, diferite poluări emise, etc. De efectul acestora din urmă trebuie să ne ocupăm numai în cazul în care concentraţia acestora depăşeşte valorile medii.
În timpul comprimării, respectiv după aceasta, în aerul comprimat pot ajunge următorii agenţi poluanţi: bucăţi de material rezultând din uzura filtrului de absorbţie, praf de metal apărut în urma uzurii părţilor metalice ale compresorului, părţi rupte din agentul de uscare al uscătoarelor prin adsorbţie, bucăţi din rugina apărută în conducte. Dacă filtrarea şi separarea acestora nu este rezolvată, agenţii poluanţi solizi ajung la consumatori, unde provoacă pierderile şi problemele menţionate anterior.
3. 2. 2. Uleiul în aerul comprimatUleiul din aerul comprimat ajunge aici în timpul comprimării, în
camera de compresie. Uleiul utilizat pentru lubrifierea pieselor metalice se amestecă cu aerul în camera de compresie. Cantitatea de ulei rămasă în aerul comprimat depinde de randamentul dispozitivului de separare folosit.
Problema uleiului a dispărut numai odată cu apariţia compresorului elicoidal, ce funcţionează complet fără ulei, pentru că , în acest caz, rotoarele compresorului nu se ating, nefiind nevoie de introducerea lubrifiantului. În figura nr.3. putem vedea imaginea unui compresor modern ALMIG. Cantitatea de ulei ajunsă în aerul comprimat depinde şi de principiul de funcţionare a compresorului. Figura nr.4. reprezintă conţinutul de ulei caracteristic pentru câteva tipuri de compresoare utilizate pe scară largă.
Referitor la uleiul din aerul comprimat, trebuie să amintim o problemă legată de o greşeală din practică. O parte dintre utilizatori, din comoditate şi din cauza economisirii prost înţelese, nu asigură lubrifiantul necesar funcţionării elementelor şi uneltelor pneumatice, ci lasă ungerea în seama uleiului ajuns în reţeaua din compresor. Greşit ! Consumatorii au nevoie de cantitatea si calitatea de lubrifiant stabilită de producător. Calitatea uleiului necesar pentru ele nu coincide nici măcar întâmplător cu calitatea uleiului lubrifiant al compresorului! – Dacă acest lucru nu se respectă, instalaţia se uzează mai repede, creşte consumul de aer comprimat şi necesarul de întreţinere.
21
Deci, problema calităţii este în strânsă legătură cu productivitatea şi cu consumul de energie al unei uzine. De aceea, în ceea ce urmează, ne vom ocupa amănunţit de efectele celor trei agenţi poluanţi care cauzează cele mai multe probleme, adică de:
- agenţii poluanţi solizi- uleiul şi- efectul apei
3.2.1. Agenţii poluanţi solizi în aerul comprimatAgenţii poluanţii solizi ajunşi în aerul comprimat sunt de două
feluri, unii pe care îi aspiră compresorul din mediu şi alţii care pot ajunge în reţea în timpul comprimării.
Compresorul absoarbe din mediul înconjurător, în primul rând, o cantitate de praf ce depinde de locul instalării şi de caracterul fabricilor ce funcţionează în apropiere.
Clasa
Fărăpraf
Încărcareuşoară
Încărcaremedie
Încărcaregrea
Încărcarefoarte grea
---------------
Locuri tipice de existenţă
Drumuri solide, hale uzinale,nave.
Drumuri nesolide, carieră depiatră, terenuri cu bumbac
Cuptoare, construcţiide drumuri, terasamente de praf
Fabrică de ciment, terenuri petrolifere, staţii de concasare
Furtună de praf, autovehiculeîn deşert
Concentraţiade praf
3mg/m
0
0-170
170-350
350-700
700 - 1400
peste 1400
Figura 2 Concentraţii de praf caracteristice
20
20
20
0
0
0
01234567
10
12,11
20
40
40
60
60
80
80
100
umid
itate
rela
tivă
%
umid
itate
g/m
³te
mpe
ratu
ra a
erul
ui °C
pres
iune
bar
compresor postrăcitor uscător prin refrigerare reţea
24,3 %
34,95 g/m
+53 °C
+35 °C
+2 °C
+25 °C
30,695 g/m
34,225 g/m
37,16 g/m
Figura 5. Schimbarea umidităţii aerului comprimat în cadrul circuitului său
23
Figura 3. Compresor elicoidal cu injecţie cu apă tip ALMIG LENTO
Figura 4. Conţinutul de ulei din aerul comprimat furnizat de diferite compresoare.
Compresoare cu şurub fără ulei
Compresoare cu şurub cu injecţie cu ulei
Compresoare cu piston cu ungere
Compresoare cu piston fără ulei
Compresoare cu rotaţie (lamelare)
30 mg/m
32-13 mg/m
32-10 mg/m
30,001-0,01 mg/m
310-100 mg/m
22
20
20
0
0
0
01234567
10
12,11
20
40
40
60
60
80
80
100
umid
itate
rela
tivă
%
umid
itate
g/m
³te
mpe
ratu
ra a
erul
ui °C
pres
iune
bar
compresor postrăcitor uscător prin refrigerare reţea
24,3 %
34,95 g/m
+53 °C
+35 °C
+2 °C
+25 °C
30,695 g/m
34,225 g/m
37,16 g/m
Figura 5. Schimbarea umidităţii aerului comprimat în cadrul circuitului său
23
Figura 3. Compresor elicoidal cu injecţie cu apă tip ALMIG LENTO
Figura 4. Conţinutul de ulei din aerul comprimat furnizat de diferite compresoare.
Compresoare cu şurub fără ulei
Compresoare cu şurub cu injecţie cu ulei
Compresoare cu piston cu ungere
Compresoare cu piston fără ulei
Compresoare cu rotaţie (lamelare)
30 mg/m
32-13 mg/m
32-10 mg/m
30,001-0,01 mg/m
310-100 mg/m
22
Clasa
Clasa ClasaPunct de rouă presiune
°CConţinut max. de ulei
3mg/m
1234
Diametrul maximal particulei µm
0,115
40
Densitatea particulei3g/m
0,115
nespecificat
Conţinut de materiale solide:
Umiditate: Conţinut de ulei:
1 -40 1 sub 0,012 -20 2 0,13 +2 3 14 +10 4 2,55 nespecificat 5 5,0
Figura 6. Clasele calităţii aerului comprimat conform standardului PNEUROP 6611/84
3. 3. Eliminarea poluanţilor din aerul comprimatStandardul PNEUROP prezentat în capitolul anterior prevede,
pentru diferite domenii de utilizare ale aerului comprimat, valori diferite ale conţinutului de praf, apă şi ulei (Fig.7.) Conţinutul de praf din aerul aspirat de compresor (Fig.2.), respectiv conţinutul de apă şi ulei (Fig.4), depăşeşte în general cu mult aceste valori. Ca să asigurăm valorile prevăzute de standarde, agenţii poluanţi din aerul comprimat trebuie îndepărtaţi prin filtrare, respectiv uscare.
3. 3. 1. Filtrarea materialelor poluanteÎnainte de a începe prezentarea instalaţiilor şi a procedeelor
potrivite filtrării materialelor poluante, să vedem care este de fapt principiul de bază al filtrării. Cel care doreşte să monteze filtre în reţeaua de aer comprimat nu trebuie să pună întrebarea “Ce pot filtra?”, ci “Ce este voie să rămână în aerul comprimat?”. Filtrele produc în sistem căderi de presiune, care atrag după sine creşterea puterii absorbite şi prin aceasta creşterea
25
3.2.3. Apa în aerul comprimatAerul atmosferic aspirat de compresor poate absorbi la rândul său
cantitatea de apă determinată de temperatură şi independent de presiune, până ce ajunge la saturaţie. Dacă ajunge mai multă apă în el decât saturaţia stabilită de temperatură, atunci surplusul se separă. Apă se separă din aer şi atunci când aceasta este răcită sub temperatura de saturaţie stabilită de conţinutul de apă. (anexa 7.6.).
Astfel, în timpul comprimării, când temperatura aerului se ridică de la temperatura de aspiraţie la 100-160 °C – deci va fi în stare să admită o cantitate mai mare de de apă – apa nu se separă. Apa apare doar în postrăcitor, dar şi acolo doar de la punctul în care temperatura scade sub temperatura de saturaţie stabilită de conţinutul de apă.
In baza acestor aspecte trebuie să prevedem separarea apei în reţeaua de aer comprimat atât timp cât, printr-un procedeu oarecare, nu scădem umiditatea aerului în aşa măsură încât temperatura de saturaţie aferentă să fie mai joasă decât temperatura minimă a aerului comprimat din sistem.
3. 2. 4. Clasificarea calitativă a aerului comprimatMultă vreme, până şi între specialişti a dominat o nesiguranţă în
privinţa problemelor calitative ale aerului comprimat. Foarte multe recomandări, standarde de fabrică şi naţionale reglementează cantitatea din cei trei agenţi poluanţi admisă în diversele domenii de activitate.
În 1984 a apărut în ţările Pieţei Comune primul standard extins în toate domeniile, care aduce în sfârţit la un numitor comun toate acest aspecte controversate.Standardul PNEUROP 6611/84, intitulat “Clasele calitative ale aerului comprimat”, stabileşte 4, respectiv 5 clase calitative pentru cele trei tipuri principale de agenţi poluanţi, (fig.6) stabilind pe cele corespunzătoare fiecărui domeniu de utilizare a aerului comprimat.
Până la apariţia reglementărilor privind problemele legate de calitatea aerului comprimat, recomandăm aplicarea prevederilor standardului PNEUROP 6611/84 menţionat mai sus.
24
Clasa
Clasa ClasaPunct de rouă presiune
°CConţinut max. de ulei
3mg/m
1234
Diametrul maximal particulei µm
0,115
40
Densitatea particulei3g/m
0,115
nespecificat
Conţinut de materiale solide:
Umiditate: Conţinut de ulei:
1 -40 1 sub 0,012 -20 2 0,13 +2 3 14 +10 4 2,55 nespecificat 5 5,0
Figura 6. Clasele calităţii aerului comprimat conform standardului PNEUROP 6611/84
3. 3. Eliminarea poluanţilor din aerul comprimatStandardul PNEUROP prezentat în capitolul anterior prevede,
pentru diferite domenii de utilizare ale aerului comprimat, valori diferite ale conţinutului de praf, apă şi ulei (Fig.7.) Conţinutul de praf din aerul aspirat de compresor (Fig.2.), respectiv conţinutul de apă şi ulei (Fig.4), depăşeşte în general cu mult aceste valori. Ca să asigurăm valorile prevăzute de standarde, agenţii poluanţi din aerul comprimat trebuie îndepărtaţi prin filtrare, respectiv uscare.
3. 3. 1. Filtrarea materialelor poluanteÎnainte de a începe prezentarea instalaţiilor şi a procedeelor
potrivite filtrării materialelor poluante, să vedem care este de fapt principiul de bază al filtrării. Cel care doreşte să monteze filtre în reţeaua de aer comprimat nu trebuie să pună întrebarea “Ce pot filtra?”, ci “Ce este voie să rămână în aerul comprimat?”. Filtrele produc în sistem căderi de presiune, care atrag după sine creşterea puterii absorbite şi prin aceasta creşterea
25
3.2.3. Apa în aerul comprimatAerul atmosferic aspirat de compresor poate absorbi la rândul său
cantitatea de apă determinată de temperatură şi independent de presiune, până ce ajunge la saturaţie. Dacă ajunge mai multă apă în el decât saturaţia stabilită de temperatură, atunci surplusul se separă. Apă se separă din aer şi atunci când aceasta este răcită sub temperatura de saturaţie stabilită de conţinutul de apă. (anexa 7.6.).
Astfel, în timpul comprimării, când temperatura aerului se ridică de la temperatura de aspiraţie la 100-160 °C – deci va fi în stare să admită o cantitate mai mare de de apă – apa nu se separă. Apa apare doar în postrăcitor, dar şi acolo doar de la punctul în care temperatura scade sub temperatura de saturaţie stabilită de conţinutul de apă.
In baza acestor aspecte trebuie să prevedem separarea apei în reţeaua de aer comprimat atât timp cât, printr-un procedeu oarecare, nu scădem umiditatea aerului în aşa măsură încât temperatura de saturaţie aferentă să fie mai joasă decât temperatura minimă a aerului comprimat din sistem.
3. 2. 4. Clasificarea calitativă a aerului comprimatMultă vreme, până şi între specialişti a dominat o nesiguranţă în
privinţa problemelor calitative ale aerului comprimat. Foarte multe recomandări, standarde de fabrică şi naţionale reglementează cantitatea din cei trei agenţi poluanţi admisă în diversele domenii de activitate.
În 1984 a apărut în ţările Pieţei Comune primul standard extins în toate domeniile, care aduce în sfârţit la un numitor comun toate acest aspecte controversate.Standardul PNEUROP 6611/84, intitulat “Clasele calitative ale aerului comprimat”, stabileşte 4, respectiv 5 clase calitative pentru cele trei tipuri principale de agenţi poluanţi, (fig.6) stabilind pe cele corespunzătoare fiecărui domeniu de utilizare a aerului comprimat.
Până la apariţia reglementărilor privind problemele legate de calitatea aerului comprimat, recomandăm aplicarea prevederilor standardului PNEUROP 6611/84 menţionat mai sus.
24
filtru de adsorbţie etc.)- după modul de funcţionare al filtrului (ex. filtru cu membrană, filtru de suprafaţă, filtru electronic de separare etc.)- după randamentul filtrului (ex. filtru dur, filtru fin, filtru de mare capacitate etc.)- după materialul filtrului (ex. filtru textil, filtru de hârtie, filtru din ceramică, filtru metalic etc.).Prin folosirea acestor filtre ne putem asigura că agenţii poluanţi din aerul aspirat şi cei ce se mai adaugă în compresor nu ajung în reţea şi, prin aceasta, la consumatori.
Primul pas în reducerea poluării aerului aspirat este prefiltrarea aerului care ajunge în compresor. Prefiltrarea înseamnă că se montează înaintea compresorului un prefiltru în general mai dur, cu un randament mai mic decât filtrul de aer care se găseşte de obicei în interiorul compresorului. Acest prefiltru are rolul de a facilita sarcina filtrului aflat în compresor. Deoarece această soluţie provoacă o cădere de presiune în partea de aspirare, utilizarea ei necesită o atenţie deosebită. În primul rând, montarea prefiltrului este oportună acolo unde dorim să protejăm filtrul scump de aspirare, respectiv cel intern, precum şi răcitoarele compresorului ALMIG, de aerul cu conţinut mare de praf.
Al doilea pas în separarea agenţilor poluanţi este utilizarea filtrelor de aspiraţie la racordurile de admisie ale compresorului. Astăzi, abia mai există compresoare care funcţionează fără filtru de aspiraţie, iar compresoarele moderne, fără excepţie, sunt totdeauna prevăzute cu filtre uscate de hârtie. Acesta este tipul de filtru care funcţionează cu randamentul de separare cel mai convenabil. El separă firele de praf de dimensiunea de 1 µm cu un randament de 96-98 %, iar granulele mai mari, de 5 µm, cu un randament de 99,9 %. Protecţia filtrelor relativ scumpe prin prefiltrare trebuie făcută doar în locurile cu concentraţie de praf medie sau peste medie (Fig. 2.). În cazul unor astfel de condiţii de exploatare, se recomandă să fie comandat în aşa fel compresorul, încât producătorul să-l livreze împreună cu prefiltrul ciclonic (Fig.8.). Al treilea pas în filtrarea materialelor poluante este filtrarea efectuată după compresor, după ieşirea aerului comprimat. Rolul acesteia este, în primul rând, filtrarea substanţelor (de ex. ulei) ajunse în aer în timpul comprimării, respectiv îndepărtarea umidităţii produse de răcirea intervenită după racordul de aer comprimat. După uscătoarele de aer prin adsorbţie, se folosesc filtre în şi pentru filtrarea resturilor de materialului absorbant. Astăzi, aproape toţi producătorii de compresoare oferă deja o gamă largă de filtre de reţea. Aceste instalaţii sunt potrivite pentru filtrarea prafului şi uleiului, respectiv a picăturilor de apă şi a peliculelor. Un filtru modern de putere mare
27
Unelte pneumatice industrialeRulmenţi pneumaticiAparate pneumaticeMotoare pneumaticeTurbine pneumaticeTransport pneumatic: material,
prafTehnica fluidelorMaşini de turnatIndustria alimentarăMineritMaşini unelteMaşini de ambalatMaşini textileTehnica filmuluiCilindri pneumaticiComenzi pneumaticeCiocane pneumaticeSablare Pistoale de vopsitAer comprimat general
Clasificarea conform PNEUROP 6611/84
Clasele propuse în funcţie de utilizare
Clasă
Materialsolid
Apă UleiUtilizare
222323224244441324-34
323
3-124324353331325324
333333225155331535335
Figura 7. Clasele de calitate propuse pentru aerul comprimat.
consumului de energie în sistem. Acest principiu trebuie avut mereu în vedere la alegerea, respectiv utilizarea filtrelor şi a metodelor de filtrare prezentate în cele ce urmează.Filtrele utilizate în tehnica aerului comprimat pot fi grupate în funcţie de mai multe criterii, după cum urmează:- după scopul utilizării lor (ex. filtru de aspiraţie, prefiltru, filtru steril,
26
filtru de adsorbţie etc.)- după modul de funcţionare al filtrului (ex. filtru cu membrană, filtru de suprafaţă, filtru electronic de separare etc.)- după randamentul filtrului (ex. filtru dur, filtru fin, filtru de mare capacitate etc.)- după materialul filtrului (ex. filtru textil, filtru de hârtie, filtru din ceramică, filtru metalic etc.).Prin folosirea acestor filtre ne putem asigura că agenţii poluanţi din aerul aspirat şi cei ce se mai adaugă în compresor nu ajung în reţea şi, prin aceasta, la consumatori.
Primul pas în reducerea poluării aerului aspirat este prefiltrarea aerului care ajunge în compresor. Prefiltrarea înseamnă că se montează înaintea compresorului un prefiltru în general mai dur, cu un randament mai mic decât filtrul de aer care se găseşte de obicei în interiorul compresorului. Acest prefiltru are rolul de a facilita sarcina filtrului aflat în compresor. Deoarece această soluţie provoacă o cădere de presiune în partea de aspirare, utilizarea ei necesită o atenţie deosebită. În primul rând, montarea prefiltrului este oportună acolo unde dorim să protejăm filtrul scump de aspirare, respectiv cel intern, precum şi răcitoarele compresorului ALMIG, de aerul cu conţinut mare de praf.
Al doilea pas în separarea agenţilor poluanţi este utilizarea filtrelor de aspiraţie la racordurile de admisie ale compresorului. Astăzi, abia mai există compresoare care funcţionează fără filtru de aspiraţie, iar compresoarele moderne, fără excepţie, sunt totdeauna prevăzute cu filtre uscate de hârtie. Acesta este tipul de filtru care funcţionează cu randamentul de separare cel mai convenabil. El separă firele de praf de dimensiunea de 1 µm cu un randament de 96-98 %, iar granulele mai mari, de 5 µm, cu un randament de 99,9 %. Protecţia filtrelor relativ scumpe prin prefiltrare trebuie făcută doar în locurile cu concentraţie de praf medie sau peste medie (Fig. 2.). În cazul unor astfel de condiţii de exploatare, se recomandă să fie comandat în aşa fel compresorul, încât producătorul să-l livreze împreună cu prefiltrul ciclonic (Fig.8.). Al treilea pas în filtrarea materialelor poluante este filtrarea efectuată după compresor, după ieşirea aerului comprimat. Rolul acesteia este, în primul rând, filtrarea substanţelor (de ex. ulei) ajunse în aer în timpul comprimării, respectiv îndepărtarea umidităţii produse de răcirea intervenită după racordul de aer comprimat. După uscătoarele de aer prin adsorbţie, se folosesc filtre în şi pentru filtrarea resturilor de materialului absorbant. Astăzi, aproape toţi producătorii de compresoare oferă deja o gamă largă de filtre de reţea. Aceste instalaţii sunt potrivite pentru filtrarea prafului şi uleiului, respectiv a picăturilor de apă şi a peliculelor. Un filtru modern de putere mare
27
Unelte pneumatice industrialeRulmenţi pneumaticiAparate pneumaticeMotoare pneumaticeTurbine pneumaticeTransport pneumatic: material,
prafTehnica fluidelorMaşini de turnatIndustria alimentarăMineritMaşini unelteMaşini de ambalatMaşini textileTehnica filmuluiCilindri pneumaticiComenzi pneumaticeCiocane pneumaticeSablare Pistoale de vopsitAer comprimat general
Clasificarea conform PNEUROP 6611/84
Clasele propuse în funcţie de utilizare
Clasă
Materialsolid
Apă UleiUtilizare
222323224244441324-34
323
3-124324353331325324
333333225155331535335
Figura 7. Clasele de calitate propuse pentru aerul comprimat.
consumului de energie în sistem. Acest principiu trebuie avut mereu în vedere la alegerea, respectiv utilizarea filtrelor şi a metodelor de filtrare prezentate în cele ce urmează.Filtrele utilizate în tehnica aerului comprimat pot fi grupate în funcţie de mai multe criterii, după cum urmează:- după scopul utilizării lor (ex. filtru de aspiraţie, prefiltru, filtru steril,
26
Figura 9. Moduri de filtrare locală şi centrală în cazuri de utilizare identică
29
scade poluarea cu ulei la 0,003 mg/m3, în timp ce presiunea de rezistenţă nu depăţeşte 0,16 bari (valoare de start), iar poluarea cu praf este filtrată la peste 0,1 µm cu un randament de 99,9%. stimp ce presiunea de rezistenţă nu depăţeşte 0,16 bari (valoare de start), iar poluarea cu praf este filtrată la peste 0,1 µm cu un randament de 99,9%.
Figura 8. Filtru de aer modern, cu prefiltru în
sistem ciclon.
Combinaţia acestor filtre cu filtre sterile de adsorbţie satisface şi cerinţele de aplicare din industria alimentară şi farmaceutică, precum şi din domeniul sănătăţii.
3. 3. 2. Alegerea filtrelorAlegerea potrivită a filtrelor are
o importanţă deosebită, tocmai datorită legăturii strânse dintre filtrare şi necesarul de energie. Desigur, alegerea este influenţată de calitatea aerului pe care dorim să o atingem, de debitul de aer prevăzut pentru filtrare, depresiunea şi temperatura acestuia. Este necesar să fim atenţi întotdeauna să nu alegem un filtru prea mic, deoarece aceasta înseamnă introducerea unor elemente de creştere a cheltuielilor, ca urmare a
- căderii de presiune de pornire mai mari,
- poluării mai rapide şi- duratei de viaţă mai reduse, care costă bani şi energie.Pentru alegerea filtrului potrivit este recomandat să se acorde
atenţie anexei nr. 7.7, care indică tipul de filtru potrivit pentru diverse tipuri de compresoare şi diverse domenii de de utilizare.
Dacă, pe baza celor de mai sus, am ales filtrul potrivit, tot mai rămâne o întrebare fără răspuns, adică cea referitoare la locul de amplasare a filtrelor, respectiv dacă e bine să realizăm o staţie de filtrare locală sau centrală. Nu există o regulă general valabilă. Se poate spune însă că, dacă este nevoie de aer de aceeaşi calitate în întreaga reţea de aer comprimat şi această calitate nu este specială, este recomandată filtrarea centrală.
În cazul unor cerinţe de calitate foarte severe, este recomandată filtrarea locală, respectiv folosirea combinaţiei dintre filtrarea locală şi cea centrală. În cazul în care este nevoie de aer comprimat steril, poate fi vorba
28
Figura 9. Moduri de filtrare locală şi centrală în cazuri de utilizare identică
29
scade poluarea cu ulei la 0,003 mg/m3, în timp ce presiunea de rezistenţă nu depăţeşte 0,16 bari (valoare de start), iar poluarea cu praf este filtrată la peste 0,1 µm cu un randament de 99,9%. stimp ce presiunea de rezistenţă nu depăţeşte 0,16 bari (valoare de start), iar poluarea cu praf este filtrată la peste 0,1 µm cu un randament de 99,9%.
Figura 8. Filtru de aer modern, cu prefiltru în
sistem ciclon.
Combinaţia acestor filtre cu filtre sterile de adsorbţie satisface şi cerinţele de aplicare din industria alimentară şi farmaceutică, precum şi din domeniul sănătăţii.
3. 3. 2. Alegerea filtrelorAlegerea potrivită a filtrelor are
o importanţă deosebită, tocmai datorită legăturii strânse dintre filtrare şi necesarul de energie. Desigur, alegerea este influenţată de calitatea aerului pe care dorim să o atingem, de debitul de aer prevăzut pentru filtrare, depresiunea şi temperatura acestuia. Este necesar să fim atenţi întotdeauna să nu alegem un filtru prea mic, deoarece aceasta înseamnă introducerea unor elemente de creştere a cheltuielilor, ca urmare a
- căderii de presiune de pornire mai mari,
- poluării mai rapide şi- duratei de viaţă mai reduse, care costă bani şi energie.Pentru alegerea filtrului potrivit este recomandat să se acorde
atenţie anexei nr. 7.7, care indică tipul de filtru potrivit pentru diverse tipuri de compresoare şi diverse domenii de de utilizare.
Dacă, pe baza celor de mai sus, am ales filtrul potrivit, tot mai rămâne o întrebare fără răspuns, adică cea referitoare la locul de amplasare a filtrelor, respectiv dacă e bine să realizăm o staţie de filtrare locală sau centrală. Nu există o regulă general valabilă. Se poate spune însă că, dacă este nevoie de aer de aceeaşi calitate în întreaga reţea de aer comprimat şi această calitate nu este specială, este recomandată filtrarea centrală.
În cazul unor cerinţe de calitate foarte severe, este recomandată filtrarea locală, respectiv folosirea combinaţiei dintre filtrarea locală şi cea centrală. În cazul în care este nevoie de aer comprimat steril, poate fi vorba
28
umiditatea din aer prin aplicarea răcirii. Aceasta determină în acelaşi timp şi limitele aplicabilăţii şi atingerii punctului de rouă. Prin utilizarea uscării prin refrigerare, punctul de rouă minim sub presiune ce poate fi atins este de +2°C. Dacă aerul s-ar răci sub această temperatură condensul din schimbătorul de căldură ar îngheţa şi ar face imposibilă funcţionarea uscătorului.
1. prerăcitor (schimbător aer-aer)
2. evaporator (schimbător aer-freon)
3. separator de picături
4. evacuator de apă automatic
5. post-încălzitor (schimbător aer-aer)
6. supapă by-pass
7. supapă de expansiune
8. agregat de răcire
9. automatizare
Figura 10. Principiul de funcţionare a uscătoarelor prin refrigerare
Uscătoarele prin regfrigerare folosesc un bine cunoscut circuit al agenţilor frigorifici, aplicat pe scară largă în tehnica de răcire, în care evaporatorul (Fig.10.2) este un schimbător de căldură aer comprimat – freon. În acest schimbător de căldură, aerul este răcit la +2 °C şi condensul obţinut în timpul refrigerării se extrage în separatoarele de picuri de mare capacitate. (Fig.10.3.). Pentru ca în sistem să nu ajungă aer comprimat la +2 °C, aerul rece este încălzit cu aerul comprimat cald sosit din compresor într-un schimbător de căldură aer-aer (Fig.10.1-5). Construcţia uscătorului este prezentată în figura 10.Deci, cu ajutorul acestor uscătoare, aerul comprimat care iese din compresor la o presiune de 7,0 bari şi la o temperatură de +35 °C, după trecerea prin uscător, iese din acesta la o presiune de 7,0 bari, la o temperatură de +30 °C şi cu un punct de rouă sub presiune de +2 °C. Acesta înseamnă totodată că umiditatea din aer nu se separă trecând prin reţea până când aerul comprimat nu se răceşte sub +2 °C.
31
doar de filtrare locală.În figura 9 dăm exemple de utilizare a filtrării locale şi centrale în
cazuri de utilizare identică.
3.3.3. Scăderea umidităţii din aerul comprimatAtunci când aerul comprimat iese din compresor, chiar şi în cazul
unei răciri ulterioare eficiente realizate în mod corespunzător – el conţine destul de multă umiditate. Această umiditate se răceşte şi se separă pe parcursul înaintării în reţea, ceea ce cauzează numeroase probleme utilizatorilor. Pentru rezolvarea acestor probleme se oferă mai multe soluţii:
- supracompresie -uscare prin refrigerare,- uscare prin adsorbţie - combinaţia acestora.La ora actuală, prima metodă, supracompresia, aproape că nu se
mai foloseşte nicăieri datorită necesarului de energie foarte mare. La acest procedeu, pentru ca la 6,0 bari să obţinem un punct de rouă de +3°C, trebuie mai întâi să comprimăm aerul până la 40,0 bari, iar apoi, după răcirea ulterioară, să decomprimăm acest aer până la presiunea necesară.
Pentru a îndepărta umiditatea din sistem, aerul comprimat trebuie uscat. În timpul uscării, umiditatea aerului comprimat este redusă, prin refrigerare sau prin utilizarea procedeelor fizice respectiv chimice, până la valorile date, pe cât posibil la un nivel la care să nu se mai separe apă din aerul comprimat. Pentru caracterizarea umidităţii aerului, se foloseşte o temperatură numită punct de rouă. Tehnica aerului comprimat foloseşte două tipuri de puncte de rouă:
- punctul de rouă atmosferic, acea temperatură sub care, prin răcire, din aerul la presiune atmosferică porneşte separarea umidităţii,
- punctul de rouă sub presiune, acea temperatură produsă în general de uscătoare, sub care prin răcire, din aerul la presiunea dată, porneşte separarea umidităţii.
În legătură cu punctul de rouă este important să menţionăm că, deşi unitatea sa de măsură coincide cu cea a temperaturii - °C -, punctul de rouă şi temperatura aerului comprimat coincid doar în cazuri excepţionale. În anexa nr.7.6. s-a plasat diagrama punctului de rouă al aerului, în care se poate găsi legătura dintre temperatura, presiunea şi umiditatea aerului.
Conform principiul de funcţionare se utilizează două modalităţi de uscare, prin refrigerare şi respectiv adsorbţie. Folosirea lor este influenţată şi de punctul de rouă care poate fi atins sub presiune.
3.3.4. Uscătoare prin refrigerareUscarea prin refrigerare, aşa cum arată şi denumirea, scade
30
umiditatea din aer prin aplicarea răcirii. Aceasta determină în acelaşi timp şi limitele aplicabilăţii şi atingerii punctului de rouă. Prin utilizarea uscării prin refrigerare, punctul de rouă minim sub presiune ce poate fi atins este de +2°C. Dacă aerul s-ar răci sub această temperatură condensul din schimbătorul de căldură ar îngheţa şi ar face imposibilă funcţionarea uscătorului.
1. prerăcitor (schimbător aer-aer)
2. evaporator (schimbător aer-freon)
3. separator de picături
4. evacuator de apă automatic
5. post-încălzitor (schimbător aer-aer)
6. supapă by-pass
7. supapă de expansiune
8. agregat de răcire
9. automatizare
Figura 10. Principiul de funcţionare a uscătoarelor prin refrigerare
Uscătoarele prin regfrigerare folosesc un bine cunoscut circuit al agenţilor frigorifici, aplicat pe scară largă în tehnica de răcire, în care evaporatorul (Fig.10.2) este un schimbător de căldură aer comprimat – freon. În acest schimbător de căldură, aerul este răcit la +2 °C şi condensul obţinut în timpul refrigerării se extrage în separatoarele de picuri de mare capacitate. (Fig.10.3.). Pentru ca în sistem să nu ajungă aer comprimat la +2 °C, aerul rece este încălzit cu aerul comprimat cald sosit din compresor într-un schimbător de căldură aer-aer (Fig.10.1-5). Construcţia uscătorului este prezentată în figura 10.Deci, cu ajutorul acestor uscătoare, aerul comprimat care iese din compresor la o presiune de 7,0 bari şi la o temperatură de +35 °C, după trecerea prin uscător, iese din acesta la o presiune de 7,0 bari, la o temperatură de +30 °C şi cu un punct de rouă sub presiune de +2 °C. Acesta înseamnă totodată că umiditatea din aer nu se separă trecând prin reţea până când aerul comprimat nu se răceşte sub +2 °C.
31
doar de filtrare locală.În figura 9 dăm exemple de utilizare a filtrării locale şi centrale în
cazuri de utilizare identică.
3.3.3. Scăderea umidităţii din aerul comprimatAtunci când aerul comprimat iese din compresor, chiar şi în cazul
unei răciri ulterioare eficiente realizate în mod corespunzător – el conţine destul de multă umiditate. Această umiditate se răceşte şi se separă pe parcursul înaintării în reţea, ceea ce cauzează numeroase probleme utilizatorilor. Pentru rezolvarea acestor probleme se oferă mai multe soluţii:
- supracompresie -uscare prin refrigerare,- uscare prin adsorbţie - combinaţia acestora.La ora actuală, prima metodă, supracompresia, aproape că nu se
mai foloseşte nicăieri datorită necesarului de energie foarte mare. La acest procedeu, pentru ca la 6,0 bari să obţinem un punct de rouă de +3°C, trebuie mai întâi să comprimăm aerul până la 40,0 bari, iar apoi, după răcirea ulterioară, să decomprimăm acest aer până la presiunea necesară.
Pentru a îndepărta umiditatea din sistem, aerul comprimat trebuie uscat. În timpul uscării, umiditatea aerului comprimat este redusă, prin refrigerare sau prin utilizarea procedeelor fizice respectiv chimice, până la valorile date, pe cât posibil la un nivel la care să nu se mai separe apă din aerul comprimat. Pentru caracterizarea umidităţii aerului, se foloseşte o temperatură numită punct de rouă. Tehnica aerului comprimat foloseşte două tipuri de puncte de rouă:
- punctul de rouă atmosferic, acea temperatură sub care, prin răcire, din aerul la presiune atmosferică porneşte separarea umidităţii,
- punctul de rouă sub presiune, acea temperatură produsă în general de uscătoare, sub care prin răcire, din aerul la presiunea dată, porneşte separarea umidităţii.
În legătură cu punctul de rouă este important să menţionăm că, deşi unitatea sa de măsură coincide cu cea a temperaturii - °C -, punctul de rouă şi temperatura aerului comprimat coincid doar în cazuri excepţionale. În anexa nr.7.6. s-a plasat diagrama punctului de rouă al aerului, în care se poate găsi legătura dintre temperatura, presiunea şi umiditatea aerului.
Conform principiul de funcţionare se utilizează două modalităţi de uscare, prin refrigerare şi respectiv adsorbţie. Folosirea lor este influenţată şi de punctul de rouă care poate fi atins sub presiune.
3.3.4. Uscătoare prin refrigerareUscarea prin refrigerare, aşa cum arată şi denumirea, scade
30
Materialele absorbante cele mai des folosite sunt:1. Silicagel (SiO2), punct minim de rouă sub presiune-50°C,
regenerare la 120-180 °C;2. Oxid de aluminiu activat (Al2O3), punct minim de rouă sub
presiune -60°C, regenerare la 170-300 °C;3. Filtre moleculare (Na, AlO2, SiO3), punct minim de rouă sub
presiune -90°C, regenerare la 200-350 °C.Aceste valori se modifică în funcţie de presiunea şi temperatura
aerului comprimat.
Uscătoarele prin adsorbţie, indiferent de absorbantul utilizat, se construiesc în trei variante:
- uscătoare cu adsorbţie cu regenerare la rece, la care regenerarea se face fără utilizarea unei surse de căldură, ci doar prin utilizarii unei cantităţi mici (8-20 %) din aerul comprimat produs de compresor. Construcţia unui astfel de uscător este arătată în fig.12.
- uscătoare cu adsorbţie regenerate cu sursă de căldură internă, la care necesarul de căldură pentru regenerare este asigurat în general de corpuri de încălzire electrice, care se aşează în materialul absorbant. Şi aici este nevoie de puţin aer comprimat (2-3 %) pentru a putea elimina aburii evaporaţi.
- uscătoare cu adsorbţie regenerate cu sursă de căldură externă, la care necesarul de căldură pentru regenerare este asigurat prin utilizarea unei cantităţi de căldură externă, avută la dispoziţie în general ca reziduuri. Aceasta serveşte la încălzirea aerului care este transmis prin agentul de regenerare de o suflantă mică.
Apariţia viziunii energetice în tehnica aerului comprimat a condus la faptul că mai multe firme au realizat uscătoare prin adsorbţie la care regenerarea are loc cu căldura reziduală a aerului comprimat din compresor. La astfel de uscătoare, consumul de aer comprimat şi de energie electrică este nul, deci joacă un rol important în producerea rentabilă a aerului de înaltă calitate.
Esenţial pentru uscarea prin adsorbţie este că absorbantul leagă pe cale chimică umiditatea din aer şi constituie cu acesta o soluţie. Absorbantul poate fi de două feluri, substanţă lichidă sau solidă.
Uscătoarele prin adsorbţie, în ciuda construcţiei lor simple, sunt utilizate în tehnica aerului comprimat în cazuri foarte rare. Ele intră în discuţie cu adevărat doar în locurile în care este necesară uscarea unor cantităţi mai mari de aer, de exemplu 50.000.m3/oră. Punctul de rouă sub presiune care poate fi atins depinde de felul absorbantului folosit, fiind între –5 şi –20 °C.
33
Punctul de rouă sub presiune atins în uscătoarele cu răcire depinde de caracteristicile aerului ce intră în uscător. Producătorii dau debitul recalculat pentru parametrii +20 °C şi 1,0 bar de la intrarea în compresor, în timp ce la intrarea în uscătoare, calculul se face pornind de la o temperatură a aerului comprimat de +35 °C şi o presiune de 7,0 bari. În cazul unor valori reale diferite de acestea, datele oferite în catalogul uscătoarelor trebuie corectate.
În prezent, uscătoarele prin refrigerare se pot găsi într-o gamă largă de capacităţi, în serie între 0,3-300 m3/min., iar în cazul unor solicitări speciale se produc chiar până la 10.000 m3/min. Figura nr.11 prezintă o familie de uscătoare ALMIG.
3.3.5. Uscătoare prin adsorbţie În cazul în care punctul minim de rouă sub presiune de +2 °C,
asigurat de către uscătoarele prin refrigerare, nu este suficient, se impune folosirea unui alt procedeu de uscare.
Esenţa uscării prin adsorbţie este că materialul adsorbant leagă fizic umiditatea din aerul comprimat prin condensare capilară, în timp ce temperatura aerului nu se modifică. Agentul absorbant se saturează după adsorbţia unei anumite cantităţide apă, şi atunci, în scopul atingerii în continuare a efectului de uscare trebuie îndepărtată apa din el. Această regenerare se realizează în majoritatea cazurilor pe calea transmiterii căldurii. De materialele absorbante folosite depind punctul de rouă sub presiune şi
Figura 11. Uscătoare prin refrigerare ALMIG ADQ
32
Materialele absorbante cele mai des folosite sunt:1. Silicagel (SiO2), punct minim de rouă sub presiune-50°C,
regenerare la 120-180 °C;2. Oxid de aluminiu activat (Al2O3), punct minim de rouă sub
presiune -60°C, regenerare la 170-300 °C;3. Filtre moleculare (Na, AlO2, SiO3), punct minim de rouă sub
presiune -90°C, regenerare la 200-350 °C.Aceste valori se modifică în funcţie de presiunea şi temperatura
aerului comprimat.
Uscătoarele prin adsorbţie, indiferent de absorbantul utilizat, se construiesc în trei variante:
- uscătoare cu adsorbţie cu regenerare la rece, la care regenerarea se face fără utilizarea unei surse de căldură, ci doar prin utilizarii unei cantităţi mici (8-20 %) din aerul comprimat produs de compresor. Construcţia unui astfel de uscător este arătată în fig.12.
- uscătoare cu adsorbţie regenerate cu sursă de căldură internă, la care necesarul de căldură pentru regenerare este asigurat în general de corpuri de încălzire electrice, care se aşează în materialul absorbant. Şi aici este nevoie de puţin aer comprimat (2-3 %) pentru a putea elimina aburii evaporaţi.
- uscătoare cu adsorbţie regenerate cu sursă de căldură externă, la care necesarul de căldură pentru regenerare este asigurat prin utilizarea unei cantităţi de căldură externă, avută la dispoziţie în general ca reziduuri. Aceasta serveşte la încălzirea aerului care este transmis prin agentul de regenerare de o suflantă mică.
Apariţia viziunii energetice în tehnica aerului comprimat a condus la faptul că mai multe firme au realizat uscătoare prin adsorbţie la care regenerarea are loc cu căldura reziduală a aerului comprimat din compresor. La astfel de uscătoare, consumul de aer comprimat şi de energie electrică este nul, deci joacă un rol important în producerea rentabilă a aerului de înaltă calitate.
Esenţial pentru uscarea prin adsorbţie este că absorbantul leagă pe cale chimică umiditatea din aer şi constituie cu acesta o soluţie. Absorbantul poate fi de două feluri, substanţă lichidă sau solidă.
Uscătoarele prin adsorbţie, în ciuda construcţiei lor simple, sunt utilizate în tehnica aerului comprimat în cazuri foarte rare. Ele intră în discuţie cu adevărat doar în locurile în care este necesară uscarea unor cantităţi mai mari de aer, de exemplu 50.000.m3/oră. Punctul de rouă sub presiune care poate fi atins depinde de felul absorbantului folosit, fiind între –5 şi –20 °C.
33
Punctul de rouă sub presiune atins în uscătoarele cu răcire depinde de caracteristicile aerului ce intră în uscător. Producătorii dau debitul recalculat pentru parametrii +20 °C şi 1,0 bar de la intrarea în compresor, în timp ce la intrarea în uscătoare, calculul se face pornind de la o temperatură a aerului comprimat de +35 °C şi o presiune de 7,0 bari. În cazul unor valori reale diferite de acestea, datele oferite în catalogul uscătoarelor trebuie corectate.
În prezent, uscătoarele prin refrigerare se pot găsi într-o gamă largă de capacităţi, în serie între 0,3-300 m3/min., iar în cazul unor solicitări speciale se produc chiar până la 10.000 m3/min. Figura nr.11 prezintă o familie de uscătoare ALMIG.
3.3.5. Uscătoare prin adsorbţie În cazul în care punctul minim de rouă sub presiune de +2 °C,
asigurat de către uscătoarele prin refrigerare, nu este suficient, se impune folosirea unui alt procedeu de uscare.
Esenţa uscării prin adsorbţie este că materialul adsorbant leagă fizic umiditatea din aerul comprimat prin condensare capilară, în timp ce temperatura aerului nu se modifică. Agentul absorbant se saturează după adsorbţia unei anumite cantităţide apă, şi atunci, în scopul atingerii în continuare a efectului de uscare trebuie îndepărtată apa din el. Această regenerare se realizează în majoritatea cazurilor pe calea transmiterii căldurii. De materialele absorbante folosite depind punctul de rouă sub presiune şi
Figura 11. Uscătoare prin refrigerare ALMIG ADQ
32
Chel
tuie
li de
într
eţin
ere
Timp de funcţionare
Uzu
ra
Timp de funcţionare
Rand
amen
t
Timp de funcţionare
consumator cu lubrifiere bună
consumator cu lubrifiere insuficientă
Figura nr.13. Efectul lubrifierii asupra parametrilor uneltelor pneumatice
- scade cantitatea de ulei utilizat pentru ungerea utilajelor, deoarece în cazul aceluiaşi număr de unelte, aparatul de pulverizat ceaţa de ulei asigură un efect corespunzător de ungere chiar şi cu 10 % din consumul de ulei al sistemului clasic,- scade poluarea, deoarece conţinutul de ulei din aerul evacuat de consumatori reprezintă doar 5 % din cel al sistemelor clasice- scade necesitatea întreţinerii consumatorilor şi creşte siguranţa lor de funcţionare ca urmare a lubrifierii sigure şi de mare randament,- rezervorul mare de ulei asigură perioade de completare la 6 luni,- nu există căderi de presiune în instalaţie, care faţă de sistemele clasice face posibilă economisirea energiei corespunzătoare la 0,8 bari
35
1A Adsorber A1B Adsorber B2 Supapă comutare3 Supapă de evacuare4 Reductor de regenerare5 AutomatE Intrare aerA Ieţire aer uscatRA Ieşire aer regenerator
Figura 12. Principiul de funcţionare a uscătorului cu adsorbţie
3.4. Calitatea aerului şi consumatoriiCalitatea aerului comprimat ajuns la consumatori are două
componente: calitatea aerului produs de către compresor şi modificarea acestuia în timpul tratării şi distribuţiei. În cazul unor anumite compresoare, sarcina de tratare constă în asigurarea calităţii corespunzătoare a aerului.
La un grup important de consumatori, în aerul comprimat trebuie introdus lubrifiant la locul de ieşire. Acest lucru este obligatoriu pentru o utilizare rentabilă şi sigură a elementului pneumatic sau uneltei pneumatice. Ungerea proastă duce la creşterea uzurii părţilor care se freacă, determină scăderea randamentului şi defectarea lor înainte de termen, ceea ce atrage după sine creşterea cheltuielilor de întreţinere (Fig.13). Date fiind aceste aspecte, lubrifierea corespunzătoare este deosebit de importantă. În majoritatea cazurilor de reţele de aer comprimat din ţară, trebuie să se insiste pentru unităţilor tradiţionale de tratare a aerului (Fig.23.5,6), a filtrului de aer şi a ungătorului de linie. Chiar şi când ele există, nu se acordă suficientă atenţie completării sistematice a ungătorului de linie.
Tehnica aerului comprimat utilizează pentru lubrifierea uneltelor sisteme din ce în ce mai moderne. În fig.14 se poate vedea imaginea unui ungător de linie. Acest dispozitiv se montează pe ramificaţia către un grup de consumatori, sau direct pe conducta principală de aer comprimat. La ora actuală se utilizează pe scară largă şi aparate de pulverizare a ceţii de ulei, care transmite uleiul în aerul comprimat sub forma unei ceţe atât de fine, încât în cursul înaintării prin conductă, el nu se separă şi, ajungând la consumator, realizează lubrifierea acestuia. Aparatul de pulverizat ceaţa de ulei cu cea mai mare capacitate este potrivit pentru tratarea aerului comprimat de 900 m3/oră. Această soluţie are numeroase avantaje faţă de producerea tradiţională a aerului, astfel:
34
Chel
tuie
li de
într
eţin
ere
Timp de funcţionare
Uzu
ra
Timp de funcţionare
Rand
amen
t
Timp de funcţionare
consumator cu lubrifiere bună
consumator cu lubrifiere insuficientă
Figura nr.13. Efectul lubrifierii asupra parametrilor uneltelor pneumatice
- scade cantitatea de ulei utilizat pentru ungerea utilajelor, deoarece în cazul aceluiaşi număr de unelte, aparatul de pulverizat ceaţa de ulei asigură un efect corespunzător de ungere chiar şi cu 10 % din consumul de ulei al sistemului clasic,- scade poluarea, deoarece conţinutul de ulei din aerul evacuat de consumatori reprezintă doar 5 % din cel al sistemelor clasice- scade necesitatea întreţinerii consumatorilor şi creşte siguranţa lor de funcţionare ca urmare a lubrifierii sigure şi de mare randament,- rezervorul mare de ulei asigură perioade de completare la 6 luni,- nu există căderi de presiune în instalaţie, care faţă de sistemele clasice face posibilă economisirea energiei corespunzătoare la 0,8 bari
35
1A Adsorber A1B Adsorber B2 Supapă comutare3 Supapă de evacuare4 Reductor de regenerare5 AutomatE Intrare aerA Ieţire aer uscatRA Ieşire aer regenerator
Figura 12. Principiul de funcţionare a uscătorului cu adsorbţie
3.4. Calitatea aerului şi consumatoriiCalitatea aerului comprimat ajuns la consumatori are două
componente: calitatea aerului produs de către compresor şi modificarea acestuia în timpul tratării şi distribuţiei. În cazul unor anumite compresoare, sarcina de tratare constă în asigurarea calităţii corespunzătoare a aerului.
La un grup important de consumatori, în aerul comprimat trebuie introdus lubrifiant la locul de ieşire. Acest lucru este obligatoriu pentru o utilizare rentabilă şi sigură a elementului pneumatic sau uneltei pneumatice. Ungerea proastă duce la creşterea uzurii părţilor care se freacă, determină scăderea randamentului şi defectarea lor înainte de termen, ceea ce atrage după sine creşterea cheltuielilor de întreţinere (Fig.13). Date fiind aceste aspecte, lubrifierea corespunzătoare este deosebit de importantă. În majoritatea cazurilor de reţele de aer comprimat din ţară, trebuie să se insiste pentru unităţilor tradiţionale de tratare a aerului (Fig.23.5,6), a filtrului de aer şi a ungătorului de linie. Chiar şi când ele există, nu se acordă suficientă atenţie completării sistematice a ungătorului de linie.
Tehnica aerului comprimat utilizează pentru lubrifierea uneltelor sisteme din ce în ce mai moderne. În fig.14 se poate vedea imaginea unui ungător de linie. Acest dispozitiv se montează pe ramificaţia către un grup de consumatori, sau direct pe conducta principală de aer comprimat. La ora actuală se utilizează pe scară largă şi aparate de pulverizare a ceţii de ulei, care transmite uleiul în aerul comprimat sub forma unei ceţe atât de fine, încât în cursul înaintării prin conductă, el nu se separă şi, ajungând la consumator, realizează lubrifierea acestuia. Aparatul de pulverizat ceaţa de ulei cu cea mai mare capacitate este potrivit pentru tratarea aerului comprimat de 900 m3/oră. Această soluţie are numeroase avantaje faţă de producerea tradiţională a aerului, astfel:
34
Figura 15. Influenţa întreţinerii asupra randamentului uneltelor pneumatice
ajutorul acesteia se poate asigura, din punct de vedere energetic, utilizarea optimă a aerului comprimat.
20
40
60
80
100
Randament%
Turaţie %20 40 60 80 100
6 bar
6 bar
5 bar
unealtă prost întreţinută
unealtă bine întreţinută
3.6. Debitul de aer comprimatDebitul de aer comprimat produs cu ajutorul unui compresor este
potrivit consumatorilor dacă asigură un randament de 100% la presiunea prevăzută de producător. Pentru a stabili puterea compresorului, trebuie să se cunoască necesarul de consum ale sistemului de alimentat.
La stabilirea cerinţelor se analizează două cazuri. În primul rând, acela în care în locul unui compresor vechi trebuie instalat unul nou. În al doilea rând acela în care trebuie ales un compresor corespunzător unui sistem de aer comprimat complet nou.
În cazul reţelelor existente, este foarte important ca, la alegerea compresoarelor noi, să nu se ia ca bază, în nici un caz, valorile date de tabelul indicator al compresoarelor vechi. Chiar şi în condiţii de întreţinere atentă, puterea compresoarelor învechite, exploatate de mai mulţi ani, poate fi deosebit de diferită faţă de valorile nominale date din fabrică. Valoarea erorii este influenţată desigur de mai mulţi factori şi poate ajunge chiar la 40%. De aceea, compresoarele noi se aleg doar după determinarea prin măsurare a consumului de aer comprimat industrial. Pentru măsurare există mai multe
37
- duce la scăderea cu cel puţin 25% a pierderilor cantitative apărute în reţea, deoarece multe racorduri cu filet, cu risc potenţial de scurgere, specifice sistemelor clasice de tratare a aerului, pot fi eliminate din reţeaua de aer comprimat.
Figura 14. Ungător de linie
După cum reiese şi din aspectele tratate anterior, este ev ident că energia necesară pentru producerea aerului comprimat este în strânsă legătură cu problemele de calitate. Nu este indiferent ce soluţie se alege pentru îndeplinirea sarcinilor date, respectiv pentru satisfacerea cerinţelor consumatorilor.
3.5. Efectul întreţinerii asupra utilizăriiÎntreţinerea, ca tot ceea ce este legat de utilizarea aerului
comprimat, are o influenţă importantă asupra utilizării energiei din întregul sistem şi asupra producţiei, deoarece are efect asupra:
- puterii consumatorilor,- cantităţii de aer comprimat consumate,- productivităţii uzinei,- siguranţei producţiei,- consumului de energie industrială.Unealta prost întreţinută se uzează mai repede decât ar trebui, şi ca
urmare a acestui fapt nu poate da randamentul nominal nici chiar în condiţii de presiune şi de debit de aer identice. Aşa cum se poate vedea din graficul prezentat în fig.15, o unealtă prost întreţinută nu este în stare să lucreze cu capacitatea de 100% nici chiar în condiţiile de suprapresiune de 6,0 bari a aerului comprimat. Ca urmare a întreţinerii proaste intervine o scădere a capacităţii egală cu efectul presiunii scăzute a reţelei.
Toate efectele defavorabile enumerate anterior, ca şi creşterea consumului de energie, pot fi înlăturate printr-o întreţinere sistematică. Cu 36
Figura 15. Influenţa întreţinerii asupra randamentului uneltelor pneumatice
ajutorul acesteia se poate asigura, din punct de vedere energetic, utilizarea optimă a aerului comprimat.
20
40
60
80
100
Randament%
Turaţie %20 40 60 80 100
6 bar
6 bar
5 bar
unealtă prost întreţinută
unealtă bine întreţinută
3.6. Debitul de aer comprimatDebitul de aer comprimat produs cu ajutorul unui compresor este
potrivit consumatorilor dacă asigură un randament de 100% la presiunea prevăzută de producător. Pentru a stabili puterea compresorului, trebuie să se cunoască necesarul de consum ale sistemului de alimentat.
La stabilirea cerinţelor se analizează două cazuri. În primul rând, acela în care în locul unui compresor vechi trebuie instalat unul nou. În al doilea rând acela în care trebuie ales un compresor corespunzător unui sistem de aer comprimat complet nou.
În cazul reţelelor existente, este foarte important ca, la alegerea compresoarelor noi, să nu se ia ca bază, în nici un caz, valorile date de tabelul indicator al compresoarelor vechi. Chiar şi în condiţii de întreţinere atentă, puterea compresoarelor învechite, exploatate de mai mulţi ani, poate fi deosebit de diferită faţă de valorile nominale date din fabrică. Valoarea erorii este influenţată desigur de mai mulţi factori şi poate ajunge chiar la 40%. De aceea, compresoarele noi se aleg doar după determinarea prin măsurare a consumului de aer comprimat industrial. Pentru măsurare există mai multe
37
- duce la scăderea cu cel puţin 25% a pierderilor cantitative apărute în reţea, deoarece multe racorduri cu filet, cu risc potenţial de scurgere, specifice sistemelor clasice de tratare a aerului, pot fi eliminate din reţeaua de aer comprimat.
Figura 14. Ungător de linie
După cum reiese şi din aspectele tratate anterior, este ev ident că energia necesară pentru producerea aerului comprimat este în strânsă legătură cu problemele de calitate. Nu este indiferent ce soluţie se alege pentru îndeplinirea sarcinilor date, respectiv pentru satisfacerea cerinţelor consumatorilor.
3.5. Efectul întreţinerii asupra utilizăriiÎntreţinerea, ca tot ceea ce este legat de utilizarea aerului
comprimat, are o influenţă importantă asupra utilizării energiei din întregul sistem şi asupra producţiei, deoarece are efect asupra:
- puterii consumatorilor,- cantităţii de aer comprimat consumate,- productivităţii uzinei,- siguranţei producţiei,- consumului de energie industrială.Unealta prost întreţinută se uzează mai repede decât ar trebui, şi ca
urmare a acestui fapt nu poate da randamentul nominal nici chiar în condiţii de presiune şi de debit de aer identice. Aşa cum se poate vedea din graficul prezentat în fig.15, o unealtă prost întreţinută nu este în stare să lucreze cu capacitatea de 100% nici chiar în condiţiile de suprapresiune de 6,0 bari a aerului comprimat. Ca urmare a întreţinerii proaste intervine o scădere a capacităţii egală cu efectul presiunii scăzute a reţelei.
Toate efectele defavorabile enumerate anterior, ca şi creşterea consumului de energie, pot fi înlăturate printr-o întreţinere sistematică. Cu 36
K3
Maşină de găurit manuală
Maşină de şlefuit 0,40
0,30
0,15
0,20
0,10
0,30
Maşină de nituit
Sonetă cu berbec
Ciocan pneumatic
Pistol de purjare
Figura nr.17 Factori de exploatare
prevăzuţi. Datele consumului din catalogul de fabricaţie primit pot fi totalizate numai luând în considerare factorii ce pot influenţa consumul, şi anume:- numărul uneltelor de acelaşi tip , simultaneitatea, K2 = Figura 16- valoarea suprapresiunii din reţea, K1 = Figura 16,- gradul de exploatare a uneltelor, K3 = Figura 17,- creşterea consumului ca urmare a uzurii uneltelor, K4 = 0,10,- pierderea cantitativă din reţea: K5 = 0,05.
39
posibilităţi. Se poate măsura debitul aerului la aspirare şi la ieşirea din compresor.
Măsurarea la aspirare, în conducta de aspirare a compresorului, cu anemometre, este cea mai simplă. Ca rezultat al acesteia se poate afla cu exactitate transportul de aer real al compresorului. Din acesta, folosind datele de exploatare ale compresorului, se poate calcula simplu consumul de aer comprimat.
Presiune (bar) Nr. consumatoriK1 K2
5,0 20,8 0,966,0 41,0 0,907,0 61,2 0,858,0 81,4 0,80
Figura 16. Influenţa presiunii aerului comprimat şi a numărului de consumatori asupra cerinţelor cantitative
În cazul măsurării efectuate la ieşirea din compresor, este necesară instalarea unei diafragme de măsurare sau a unui contor de gaz. Astfel se obţine debitulde aer comprimat – parţial sau total - produs de compresor. Cu un program ritmic de măsurare corespunzător, se poate determina si specificul consumului uzinal.
Măsurarea este importantă deoarece momentan nu se cunoaşte o metodă de calcul cu care să se determine necesarul de aer comprimat al unei fabrici sau uzine la punctele de racord ale consumatorilor. Calculul aerului comprimat necesar constituie o problemă la un anumit nivel de uzură al consumatorilor şi, pe bază de calcul, nu se pot determina nici pierderile pe reţea, nici producţia reală a compresoarelor.
Este important să se ştie că rezultatele măsurării conţin şi pierderile din întregul sistem. La alegerea compresoarelor noi, trebuie luat în considerare efectul reducerii consumului din proiectul de reconstrucţie elaborat pentru scăderea pierderilor. Rezultatele astfel obţinute trebuie mărite cu creşterea consumului de aer comprimat prevăzută în proiectul de dezvoltare viitoare, respectiv cu o rezervă de 20%. Această valoare reprezintă necesarul de aer comprimat al sistemului dat.
În cazul sistemelor noi de aer comprimat, ce urmează să fie realizate, debitul necesar se poate determina numai pe bază de calcul. Aici, datele de pornire le constituie numărul şi tipul consumatorilor de aer
38
K3
Maşină de găurit manuală
Maşină de şlefuit 0,40
0,30
0,15
0,20
0,10
0,30
Maşină de nituit
Sonetă cu berbec
Ciocan pneumatic
Pistol de purjare
Figura nr.17 Factori de exploatare
prevăzuţi. Datele consumului din catalogul de fabricaţie primit pot fi totalizate numai luând în considerare factorii ce pot influenţa consumul, şi anume:- numărul uneltelor de acelaşi tip , simultaneitatea, K2 = Figura 16- valoarea suprapresiunii din reţea, K1 = Figura 16,- gradul de exploatare a uneltelor, K3 = Figura 17,- creşterea consumului ca urmare a uzurii uneltelor, K4 = 0,10,- pierderea cantitativă din reţea: K5 = 0,05.
39
posibilităţi. Se poate măsura debitul aerului la aspirare şi la ieşirea din compresor.
Măsurarea la aspirare, în conducta de aspirare a compresorului, cu anemometre, este cea mai simplă. Ca rezultat al acesteia se poate afla cu exactitate transportul de aer real al compresorului. Din acesta, folosind datele de exploatare ale compresorului, se poate calcula simplu consumul de aer comprimat.
Presiune (bar) Nr. consumatoriK1 K2
5,0 20,8 0,966,0 41,0 0,907,0 61,2 0,858,0 81,4 0,80
Figura 16. Influenţa presiunii aerului comprimat şi a numărului de consumatori asupra cerinţelor cantitative
În cazul măsurării efectuate la ieşirea din compresor, este necesară instalarea unei diafragme de măsurare sau a unui contor de gaz. Astfel se obţine debitulde aer comprimat – parţial sau total - produs de compresor. Cu un program ritmic de măsurare corespunzător, se poate determina si specificul consumului uzinal.
Măsurarea este importantă deoarece momentan nu se cunoaşte o metodă de calcul cu care să se determine necesarul de aer comprimat al unei fabrici sau uzine la punctele de racord ale consumatorilor. Calculul aerului comprimat necesar constituie o problemă la un anumit nivel de uzură al consumatorilor şi, pe bază de calcul, nu se pot determina nici pierderile pe reţea, nici producţia reală a compresoarelor.
Este important să se ştie că rezultatele măsurării conţin şi pierderile din întregul sistem. La alegerea compresoarelor noi, trebuie luat în considerare efectul reducerii consumului din proiectul de reconstrucţie elaborat pentru scăderea pierderilor. Rezultatele astfel obţinute trebuie mărite cu creşterea consumului de aer comprimat prevăzută în proiectul de dezvoltare viitoare, respectiv cu o rezervă de 20%. Această valoare reprezintă necesarul de aer comprimat al sistemului dat.
În cazul sistemelor noi de aer comprimat, ce urmează să fie realizate, debitul necesar se poate determina numai pe bază de calcul. Aici, datele de pornire le constituie numărul şi tipul consumatorilor de aer
38
CAPITOLUL IV. DISTRIBUIREA AERULUI COMPRIMAT
Teoria pretinde de la un sistem optim de distribuire a aerului comprimat ca, în decursul distribuirii să nu varieze debitul, presiunea şi calitatea aerului.
Din păcate, aceasta nu se poate realiza în practică deoarece, chiar şi la reţeaua construită şi întreţinută foarte bine, se produce pierdere cantitativă, respectiv cădere de presiune. Întrucât fiecare tip de pierdere cauzează creşterea consumului de energie al staţiei de compresoare, specialiştii, chiar dacă nu pot să le elimine, se străduiesc să le reducă la un nivel acceptabil. Pe baza recomandărilor astfel făcute, este corespunzător din punct de vedere energetic acel sistem de distribuire a aerului comprimat, în care :
- pierderea cantitativă pe reţea este de maxim 5%; - scăderea de presiune pe toată reţeaua este de maximum 1,0 bar; - în calitatea aerului nu există modificări.
4.1 Rezervoare de aer comprimat Maşinile şi uneltele acţionate cu aer comprimat necesită pentru
funcţionare ireproşabilă un debit de aer continuu, care se realizează prin utilizarea unui rezervor de aer comprimat corect dimensionat. Rezervoarele pot fi grunduite, lăcuite sau zincate interior şi exterior, în execuţie verticală sau
Ele îndeplinesc următoarele sarcini:- Stocare de aer comprimatCompresorul creează în rezervor un
volum de stocare, care compensează în reţea variaţiile consumului de aer comprimat şi, prin aceasta, frecvenţa de comutare a compresorului.
- Amortizarea pulsaţieiCompresoarele refulante produc un
flux pulsativ de aer comprimat, care se amortizează prin volumul rezervorului.
- Separarea condensuluiPrin răcirea aerului comprimat, pe
peretele rezervorului se formează condens, care se adună în partea inferioară a rezervorului, de unde se poate evacua fără probleme.
Frecvenţa de cuplare a compresorului d e p i n d e d e m ă r i m e a r e s p e c t i v ă a electromotorului (vezi tabelul din figura 19).
Figura 18. Rezervor vertical de aer comprimat
41
Deci, pentru tipuri identice de unelte, debitul necesar de aer comprimat se poate calcula aplicând următoarea relaţie:
3Q = (q x n x K x K x K ) x (1,0 +K + K ) m /min,1 1 1 2 3 4 5
în care: q = necesarul de aer comprimat din catalog pentru tipuri 13identice de unelte, m /min,
n = numărul uneltelor identice
Debitul total necesar este suma debitelor necesare ale diferitelor tipuri de unelte la care se adaugă o rezervă de 20%:
3Q = (Q + Q + Q + …) x 1,2 m /min.1 2 3
Este util ca acest calcul să se efectueze pe tabel rezumativ. Anexa nr.7.2 prezintă un exemplu în acest sens. Tot în anexă s-au plasat câteva tabele care, în lipsa datelor din cataloagele de fabrică, ajută la determinarea debitului necesar de aer comprimat. Anexa 7.3. dă debitul necesar de aer pentru unelte de aer comprimat folosite într-un cerc mai larg. Cititorul poate găsi datele de consum ale cilindrilor pneumatici şi duzelor de aer în anexele 7.4 şi 7.5. Din punctul de vedere al consumului de energie, are o mare importanţă determinarea cerinţelor cantitative, deoarece compresorul ales în mod greşit înseamnă oricum o pierdere energetică. Dacă puterea compresorului este prea mare comparativ cu cerinţele consumatorilor, acesta trebuie să funcţioneze mult timp în gol, iar, din punct de vedere energetic, este optim acel compresor care funcţionează tot timpul în sarcină. Dacă debitul de aer pus la dispoziţie este mai mic decât cel necesar, compresorul va funcţiona mereu în sarcină, dar nu va putea asigura presiunea optimă. Acest lucru se manifestă prin scăderea randamentului consumatorilor. (Cap.3.1.).
În afară de stabilirea datelor cantitative, mai are importanţă şi numărul şi capacitatea compresoarelor utilizate pentru a satisface consumul necesar dat (Cap.5.4.).
Dacă, în baza celor de mai sus, dispunem de cerinţele consumatorului, trebuie să examinăm efectul pe care îl are asupra acestuia sistemul de aer comprimat aflat între compresor şi consumatori. Doar cunoscând aceste date se poate începe alegerea compresorului corespunzător.
40
CAPITOLUL IV. DISTRIBUIREA AERULUI COMPRIMAT
Teoria pretinde de la un sistem optim de distribuire a aerului comprimat ca, în decursul distribuirii să nu varieze debitul, presiunea şi calitatea aerului.
Din păcate, aceasta nu se poate realiza în practică deoarece, chiar şi la reţeaua construită şi întreţinută foarte bine, se produce pierdere cantitativă, respectiv cădere de presiune. Întrucât fiecare tip de pierdere cauzează creşterea consumului de energie al staţiei de compresoare, specialiştii, chiar dacă nu pot să le elimine, se străduiesc să le reducă la un nivel acceptabil. Pe baza recomandărilor astfel făcute, este corespunzător din punct de vedere energetic acel sistem de distribuire a aerului comprimat, în care :
- pierderea cantitativă pe reţea este de maxim 5%; - scăderea de presiune pe toată reţeaua este de maximum 1,0 bar; - în calitatea aerului nu există modificări.
4.1 Rezervoare de aer comprimat Maşinile şi uneltele acţionate cu aer comprimat necesită pentru
funcţionare ireproşabilă un debit de aer continuu, care se realizează prin utilizarea unui rezervor de aer comprimat corect dimensionat. Rezervoarele pot fi grunduite, lăcuite sau zincate interior şi exterior, în execuţie verticală sau
Ele îndeplinesc următoarele sarcini:- Stocare de aer comprimatCompresorul creează în rezervor un
volum de stocare, care compensează în reţea variaţiile consumului de aer comprimat şi, prin aceasta, frecvenţa de comutare a compresorului.
- Amortizarea pulsaţieiCompresoarele refulante produc un
flux pulsativ de aer comprimat, care se amortizează prin volumul rezervorului.
- Separarea condensuluiPrin răcirea aerului comprimat, pe
peretele rezervorului se formează condens, care se adună în partea inferioară a rezervorului, de unde se poate evacua fără probleme.
Frecvenţa de cuplare a compresorului d e p i n d e d e m ă r i m e a r e s p e c t i v ă a electromotorului (vezi tabelul din figura 19).
Figura 18. Rezervor vertical de aer comprimat
41
Deci, pentru tipuri identice de unelte, debitul necesar de aer comprimat se poate calcula aplicând următoarea relaţie:
3Q = (q x n x K x K x K ) x (1,0 +K + K ) m /min,1 1 1 2 3 4 5
în care: q = necesarul de aer comprimat din catalog pentru tipuri 13identice de unelte, m /min,
n = numărul uneltelor identice
Debitul total necesar este suma debitelor necesare ale diferitelor tipuri de unelte la care se adaugă o rezervă de 20%:
3Q = (Q + Q + Q + …) x 1,2 m /min.1 2 3
Este util ca acest calcul să se efectueze pe tabel rezumativ. Anexa nr.7.2 prezintă un exemplu în acest sens. Tot în anexă s-au plasat câteva tabele care, în lipsa datelor din cataloagele de fabrică, ajută la determinarea debitului necesar de aer comprimat. Anexa 7.3. dă debitul necesar de aer pentru unelte de aer comprimat folosite într-un cerc mai larg. Cititorul poate găsi datele de consum ale cilindrilor pneumatici şi duzelor de aer în anexele 7.4 şi 7.5. Din punctul de vedere al consumului de energie, are o mare importanţă determinarea cerinţelor cantitative, deoarece compresorul ales în mod greşit înseamnă oricum o pierdere energetică. Dacă puterea compresorului este prea mare comparativ cu cerinţele consumatorilor, acesta trebuie să funcţioneze mult timp în gol, iar, din punct de vedere energetic, este optim acel compresor care funcţionează tot timpul în sarcină. Dacă debitul de aer pus la dispoziţie este mai mic decât cel necesar, compresorul va funcţiona mereu în sarcină, dar nu va putea asigura presiunea optimă. Acest lucru se manifestă prin scăderea randamentului consumatorilor. (Cap.3.1.).
În afară de stabilirea datelor cantitative, mai are importanţă şi numărul şi capacitatea compresoarelor utilizate pentru a satisface consumul necesar dat (Cap.5.4.).
Dacă, în baza celor de mai sus, dispunem de cerinţele consumatorului, trebuie să examinăm efectul pe care îl are asupra acestuia sistemul de aer comprimat aflat între compresor şi consumatori. Doar cunoscând aceste date se poate începe alegerea compresorului corespunzător.
40
43
1 co
nduc
tă şi
ele
men
te a
le st
aţie
i de
com
pres
oare
;2
cond
uctă
mag
istr
ală;
3 co
nduc
tă d
e di
strib
utie
;4
cond
uctă
de
raco
rdar
e;5
ele
men
te d
e re
ţea
şi d
e ra
cord
arere
zerv
or d
e ae
r
reze
rvor
de a
er
post
răci
tor
com
pres
or
separatorde picături
uscă
tor
priz
e
priz
e (re
zerv
ă)
Figu
ra 2
0. E
lem
ente
le re
ţele
i de
aer c
ompr
imat
Putere nominală kW
Frecvenţa orară permisă de cuplare a motorului
7,5 20
8 până la 6
4
3
11 până la 55
75 până la 160
200 până la 450
4 . 1 . 1 C a l c u l u l dimensiunii rezervorului
O valoare ajutătoare pentru determinarea mărimii compresorului furnizează formula de mai jos. La instalaţii multiple ea se referă la compresorul de sarcinăde vârf:
Figura19. Frecvenţa de cuplare a compresoarelor în funcţie de
mărimea motorului de acţionare
ps
Ref
Δ x z x 4
p x VolV =
unde:V = volumul rezervorului de aer
3comprimat în m3Vol = debitul volumetric in m /oră ef
(DIN 1945)p = 1 barR
z = 8 hs
Δp= 2 bar Pentru:
3 3Vol = 240 m /oră = 4 m /minef
p = 1 barR
z = 8 h-1s
Δp= 2 bar
ps
Ref
Δ x z x 4
p x VolV =
bar 2 x h 8 x 4
bar 1 x /m 2401-
h3
= 3=3,75 m
Un rezervor standard de aer comprimat exact la aceasta dimensiune nu există. De aceea se alege unul de dimensiunea cea mai apropiată posibil, mai mic sau mai mare. Pentru exemplul de mai sus ar veni în discuţie un rezervor de 3000 l sau de 4000 l.
4.1.2.1. Prevederile legale pentru rezervoare de aer comprimat sunt:
Decretul 6 la legea siguranţei aparatelor din 25.06.1992;Decretul pentru recipientele de presiune di 25.06.1992.
Recipientele sub presiune, începând de la un produs al presiunii – capacităţii de la 200, la punere în funcţiune trebuie supuse verificării de prima dată; recipientele de presiune, începând de la un produs al presiunii – capacităţii de la 1000 în sus trebuie supuse suplimentar la verificări periodice de către specialişti (de ex. TÜV).
42
43
1 co
nduc
tă şi
ele
men
te a
le st
aţie
i de
com
pres
oare
;2
cond
uctă
mag
istr
ală;
3 co
nduc
tă d
e di
strib
utie
;4
cond
uctă
de
raco
rdar
e;5
ele
men
te d
e re
ţea
şi d
e ra
cord
arere
zerv
or d
e ae
r
reze
rvor
de a
er
post
răci
tor
com
pres
or
separatorde picături
uscă
tor
priz
e
priz
e (re
zerv
ă)
Figu
ra 2
0. E
lem
ente
le re
ţele
i de
aer c
ompr
imat
Putere nominală kW
Frecvenţa orară permisă de cuplare a motorului
7,5 20
8 până la 6
4
3
11 până la 55
75 până la 160
200 până la 450
4 . 1 . 1 C a l c u l u l dimensiunii rezervorului
O valoare ajutătoare pentru determinarea mărimii compresorului furnizează formula de mai jos. La instalaţii multiple ea se referă la compresorul de sarcinăde vârf:
Figura19. Frecvenţa de cuplare a compresoarelor în funcţie de
mărimea motorului de acţionare
ps
Ref
Δ x z x 4
p x VolV =
unde:V = volumul rezervorului de aer
3comprimat în m3Vol = debitul volumetric in m /oră ef
(DIN 1945)p = 1 barR
z = 8 hs
Δp= 2 bar Pentru:
3 3Vol = 240 m /oră = 4 m /minef
p = 1 barR
z = 8 h-1s
Δp= 2 bar
ps
Ref
Δ x z x 4
p x VolV =
bar 2 x h 8 x 4
bar 1 x /m 2401-
h3
= 3=3,75 m
Un rezervor standard de aer comprimat exact la aceasta dimensiune nu există. De aceea se alege unul de dimensiunea cea mai apropiată posibil, mai mic sau mai mare. Pentru exemplul de mai sus ar veni în discuţie un rezervor de 3000 l sau de 4000 l.
4.1.2.1. Prevederile legale pentru rezervoare de aer comprimat sunt:
Decretul 6 la legea siguranţei aparatelor din 25.06.1992;Decretul pentru recipientele de presiune di 25.06.1992.
Recipientele sub presiune, începând de la un produs al presiunii – capacităţii de la 200, la punere în funcţiune trebuie supuse verificării de prima dată; recipientele de presiune, începând de la un produs al presiunii – capacităţii de la 1000 în sus trebuie supuse suplimentar la verificări periodice de către specialişti (de ex. TÜV).
42
Figura 21. Nomogramă pentru alegerea diametrului corespunzător al conductei
45
cauza temperaturii mai ridicate ce apare acolo în general!4.2. Elementele reţelei de aer comprimat Aerul comprimat produs de compresoare ajunge la distribuire între
consumatori pe conductele şi elementele reţelei de aer comprimat. Reţeaua de aer comprimat poate fi împărţită în 5 părţi (fig. 20):
1. Conducte si elemente componente ale staţiei de compresoare,
2. Conductă magistrală,3. Conductă de distribuţie4. Conductă de racordare 5. Elemente de reţea şi de racordare. Prin urmare, reţeaua de
aer comprimat este un sistem de conducte şi de elemente de reţea. Proiectarea, construirea şi funcţionarea lor este influenţată de mai mulţi factori. Iată mai întâi problemele legate de conducte:
4.2.1. Conductele La alegerea conductelor nu există reguli universal valabile. În
fiecare caz în parte, modul de utilizare dat determină care material este cel mai rentabil. Fiecare material trebuie să asigure: - etanşeitatea,
- rezistenţa şi- lipsa coroziunii.În ultimii ani, pe lângă reţelele construite din conducte de oţel
tradiţionale, au apărut şi altele, de exemplu reţele construite din materiale plastice sau din metale neferoase. În cele ce urmează, vom rezuma acele aspecte care, la alegerea materialelor, pot veni în ajutorul specialiştilor.
Materialul conductei trebuie ales pe baza presiunii industriale, iar diametrul ei pe baza debitului de aer comprimat. Nomograma aflată în figura 21 oferă ajutor la determinarea diametrului de ţeavă aferent condiţiilor de lucru date. Fireşte, nomograma este utilizată în cazul cunoaşterii oricăror patru date caracteristice dintre cele cinci, pentru determinarea celei de-a cincea. Rezistenţa la presiune în cazul ţevilor de oţel şi de oţel inoxidabil este de 80 bari, iar în cazul conductelor confecţionate din cupru poate fi de 140 bari, independent de temperatură. În cazul reţelelor construite din material plastic, există o corelaţie strânsă între presiunea maximă de lucru şi temperatura aerului comprimat.
Treptele de presiune date de producători – PI 6, PI 10 şi PI 16 (presiune înaltă = PI) - se referă la temperatura aerului comprimat de 20° C. În acest caz, durata de viaţă a conductelor este de 50 de ani. Odată cu creşterea temperaturii scade rapid presiunea maximă admisă şi durata de funcţionare.
De aceea este foarte important de reţinut că nu este voie să se instaleze conducte din material plastic în staţia de compresoare (Fig.20.1), din
44
Figura 21. Nomogramă pentru alegerea diametrului corespunzător al conductei
45
cauza temperaturii mai ridicate ce apare acolo în general!4.2. Elementele reţelei de aer comprimat Aerul comprimat produs de compresoare ajunge la distribuire între
consumatori pe conductele şi elementele reţelei de aer comprimat. Reţeaua de aer comprimat poate fi împărţită în 5 părţi (fig. 20):
1. Conducte si elemente componente ale staţiei de compresoare,
2. Conductă magistrală,3. Conductă de distribuţie4. Conductă de racordare 5. Elemente de reţea şi de racordare. Prin urmare, reţeaua de
aer comprimat este un sistem de conducte şi de elemente de reţea. Proiectarea, construirea şi funcţionarea lor este influenţată de mai mulţi factori. Iată mai întâi problemele legate de conducte:
4.2.1. Conductele La alegerea conductelor nu există reguli universal valabile. În
fiecare caz în parte, modul de utilizare dat determină care material este cel mai rentabil. Fiecare material trebuie să asigure: - etanşeitatea,
- rezistenţa şi- lipsa coroziunii.În ultimii ani, pe lângă reţelele construite din conducte de oţel
tradiţionale, au apărut şi altele, de exemplu reţele construite din materiale plastice sau din metale neferoase. În cele ce urmează, vom rezuma acele aspecte care, la alegerea materialelor, pot veni în ajutorul specialiştilor.
Materialul conductei trebuie ales pe baza presiunii industriale, iar diametrul ei pe baza debitului de aer comprimat. Nomograma aflată în figura 21 oferă ajutor la determinarea diametrului de ţeavă aferent condiţiilor de lucru date. Fireşte, nomograma este utilizată în cazul cunoaşterii oricăror patru date caracteristice dintre cele cinci, pentru determinarea celei de-a cincea. Rezistenţa la presiune în cazul ţevilor de oţel şi de oţel inoxidabil este de 80 bari, iar în cazul conductelor confecţionate din cupru poate fi de 140 bari, independent de temperatură. În cazul reţelelor construite din material plastic, există o corelaţie strânsă între presiunea maximă de lucru şi temperatura aerului comprimat.
Treptele de presiune date de producători – PI 6, PI 10 şi PI 16 (presiune înaltă = PI) - se referă la temperatura aerului comprimat de 20° C. În acest caz, durata de viaţă a conductelor este de 50 de ani. Odată cu creşterea temperaturii scade rapid presiunea maximă admisă şi durata de funcţionare.
De aceea este foarte important de reţinut că nu este voie să se instaleze conducte din material plastic în staţia de compresoare (Fig.20.1), din
44
47
Figura 23. Oferta de conducte şi elemente de racord din material plastic
Din punctul de vedere al rezistenţei la temperatură, cele mai rele sunt conductele din PVC şi din polietilenă, iar cele mai bune sunt cele făcute din polipropilenă şi din poliamid. Din acestea din urmă pot fi făcute şi reţele de înaltă presiune (max.100 bari). Pe lângă materialele plastice convenţionale, pe piaţă se pot găsi şi materialele speciale ale unor firme, ca de ex. AGRE TEC, care este în prezent materialul ce dispune de calităţile cele mai convenabile pentru construirea reţelelor de max.10 bari.
În figura 22. se poate vedea raportul temperatură - presiune pentru conducta realizată din acest material. Din punctul de vedere al alegerii conductelor potrivite, este importantă netezimea interioară a pereţilor conductelor, nu numai pentru că ea influenţează rezistenţa la transport, ci şi pentru că aceasta are influenţă şi asupra eventualelor depuneri formate în conducte. Din acest punct de vedere, conductele din material plastic şi de cauciuc sunt cele mai preferate, deoarece netezimea pereţilor interiori este cu o treaptă mai bună decât cea a ţevilor din oţel.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20 30 40 50 60 70 80
°C
Bar
Figura 22. Raportul presiune-temperatură la conductele din material plastic
46
Alegerea este influenţată de uşurinţa la instalare şi de masa totală a sistemului. În acest sens sistemele din material plastic sunt în a v a n t a j f a ţ ă d e materialele obişnuite.
Montarea lor este simplă, masa lor fiind mai mică cu 60 - 8 5 % d e c â t a conductelor de oţel cu dimensiuni identice. În figura nr.23 se pot v e d e a c â t e v a sortimente de conducte
şi elemente de asamblare din material plastic. Un punct de vedere important în alegere îl constituie şi nevoia de întreţinere. Este ideal acolo unde nu este nevoie, pe cât posibil, de întreţinere, respectiv operaţiunile periodice de întreţinere pot fi efectuate ţi de persoane necalificate. Şi din acest punct de vedere, conductele din material plastic sunt considerate avantajoase faţă de cele din oţel.
47
Figura 23. Oferta de conducte şi elemente de racord din material plastic
Din punctul de vedere al rezistenţei la temperatură, cele mai rele sunt conductele din PVC şi din polietilenă, iar cele mai bune sunt cele făcute din polipropilenă şi din poliamid. Din acestea din urmă pot fi făcute şi reţele de înaltă presiune (max.100 bari). Pe lângă materialele plastice convenţionale, pe piaţă se pot găsi şi materialele speciale ale unor firme, ca de ex. AGRE TEC, care este în prezent materialul ce dispune de calităţile cele mai convenabile pentru construirea reţelelor de max.10 bari.
În figura 22. se poate vedea raportul temperatură - presiune pentru conducta realizată din acest material. Din punctul de vedere al alegerii conductelor potrivite, este importantă netezimea interioară a pereţilor conductelor, nu numai pentru că ea influenţează rezistenţa la transport, ci şi pentru că aceasta are influenţă şi asupra eventualelor depuneri formate în conducte. Din acest punct de vedere, conductele din material plastic şi de cauciuc sunt cele mai preferate, deoarece netezimea pereţilor interiori este cu o treaptă mai bună decât cea a ţevilor din oţel.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20 30 40 50 60 70 80
°C
Bar
Figura 22. Raportul presiune-temperatură la conductele din material plastic
46
Alegerea este influenţată de uşurinţa la instalare şi de masa totală a sistemului. În acest sens sistemele din material plastic sunt în a v a n t a j f a ţ ă d e materialele obişnuite.
Montarea lor este simplă, masa lor fiind mai mică cu 60 - 8 5 % d e c â t a conductelor de oţel cu dimensiuni identice. În figura nr.23 se pot v e d e a c â t e v a sortimente de conducte
şi elemente de asamblare din material plastic. Un punct de vedere important în alegere îl constituie şi nevoia de întreţinere. Este ideal acolo unde nu este nevoie, pe cât posibil, de întreţinere, respectiv operaţiunile periodice de întreţinere pot fi efectuate ţi de persoane necalificate. Şi din acest punct de vedere, conductele din material plastic sunt considerate avantajoase faţă de cele din oţel.
respectiv energia aferentă acestuia, dar pierderile sunt mai mari decât câştigul pentru că:
- creşte uzura instalaţiilor de consum - scade siguranţa producţiei - creşte cantitatea de aer comprimat utilizat de consumatori - scade durata de viaţă a instalaţiilor de consum - creşte necesarul de piese de schimb si de întreţinere.
4.3. Pierderile de presiune din reţea Trecând prin reţea, presiunea aerului comprimat scade ca urmare a
rezistenţei. Însă nu doar elementele din reţea au rezistenţă, ci şi conductele. De aceea, pentru ca rezistenţa conductei să nu ducă la mărirea în continuare a rezistenţei relativ mare a elementelor din reţea, energeticienii au stabilit nişte norme foarte severe. Într-o reţea optimă de aer comprimat valoarea scăderii presiunii apărute în conducte nu poate depăşi următoarele (Figura 20. 2-3-4):
- Conducta magistrală: 0,01 bari- Conducta de distribuţie: 0,03 bari- Branşament: 0,03 bari
În cazul reţelelor dimensionate corespunzător, scăderile de presiune pot fi uşor respectate. Anexele nr.7.8. şi 7.9., precum şi nomograma din figura nr.21, oferă ajutor în dimensionarea şi calcularea scăderilor de presiune.
Doar în condiţiile acestor valori scăzute este sigur că scăderea maximă a presiunii în toată reţeaua de aer comprimat nu depăşeşte 1,0 bari. Prin utilizarea valorilor date în capitolul 4.1.2, scăderea presiunii întregului sistem arată astfel :
Uscătoare de aer si filtre: 0,10 bariConducte: 0,07 bariElemente de reţea: 0,80 bari ------------- Scădere de presiune totală: 0,97 bari
Raportat la 1000 m³ aer comprimat produs, scăderea de presiune de 0,1 bari = 0,8 kWh energi. Tocmai de aceea este foarte importantă descoperirea pierderilor şi diminuarea scăderilor de presiune apărute pe reţele şi elementele sale.
49
4. 2. 2. Elementele de reţeaDintre elementele de reţea ce se află în reţea trecem în revistă acum
acelea care se află la racordurile consumatorilor (fig.20.5.). Pentru realizarea unui racord corect figura nr. 25 prezintă câteva
exemple. Pornind dinspre consumator se vede, în primul rând, racordul rapid (9), care are ca scop să împiedice scurgerea liberă a aerului comprimat atunci când se schimbă o unealtă. Şi în racordurile proiectate şi fabricate cât se poate de bine apare o scădere de presiune de min. 0,2 bari. Următorul element este furtunul (8), care poate fi executat drept, respectiv în spirală. În cazul unui diametru al furtunului ales din catalog conform cerinţelor consumatorilor, căderea de presiune apărută într-un furtun drept de 5 m lungime este de 2,0 bari. O scădere de presiune identică are loc în cazul furtunului în spirală de 3 m lungime. Înaintea furtunului se găseşte unitatea de preparare a aerului compusă din 3 părţi (5,6), adică dintr-un filtru de aer, un regulator de presiune şi un ungător de linie. Rezistenţa maximă a unui filtru bun şi a unui ungător de linie este de 0,2 bari. Acum nu se ia în considerare regulatorul de presiune, pentru că scopul căderii de presiune apărută pe acesta este tocmai acela de a asigura presiunea necesară funcţionării corespunzătoare a consumatorilor. Înainte de unitatea de pregătire a aerului se găseşte o supapă de închidere ( 3 ) care trebuie să aibă rezistenţa 0. Acest lucru se asigură doar de robinete cu bilă moderne şi de bună calitate. Consumatorul primeşte aerul comprimat de la branşamentul racordat sus (2) şi de la conducta de distribuţie (1).
La racordurile corecte deci, în orice împrejurare apare pierdere de presiune. Din punct de vedere energetic în caz de realizare optimă aceasta este:
la cuplă rapidă: 0,2 barpe furtun: 0,2 barpe filtru: 0,2 barpe ungător: 0,2 bar ------------------- total: 0,8 bari
Aceasta este o pierdere de presiune care trebuie avută oricum în vedere la determinarea presiunilor finale ale compresorului, chiar şi atunci când, eventual, aceste elemente lipsesc din sistemul existent. Oricum, mai devreme sau mai târziu, cerinţele consumatorilor fac necesară crearea racordului corespunzător, iar un compresor prost ales în faza iniţială nu va mai fi capabil să asigure presiunea corespunzătoare.
Lipsa elementelor de reţea poate crea la o primă vedere falsa impresie că utilizatorul economiseşte o cădere de presiune de 0,8 bari,
48
respectiv energia aferentă acestuia, dar pierderile sunt mai mari decât câştigul pentru că:
- creşte uzura instalaţiilor de consum - scade siguranţa producţiei - creşte cantitatea de aer comprimat utilizat de consumatori - scade durata de viaţă a instalaţiilor de consum - creşte necesarul de piese de schimb si de întreţinere.
4.3. Pierderile de presiune din reţea Trecând prin reţea, presiunea aerului comprimat scade ca urmare a
rezistenţei. Însă nu doar elementele din reţea au rezistenţă, ci şi conductele. De aceea, pentru ca rezistenţa conductei să nu ducă la mărirea în continuare a rezistenţei relativ mare a elementelor din reţea, energeticienii au stabilit nişte norme foarte severe. Într-o reţea optimă de aer comprimat valoarea scăderii presiunii apărute în conducte nu poate depăşi următoarele (Figura 20. 2-3-4):
- Conducta magistrală: 0,01 bari- Conducta de distribuţie: 0,03 bari- Branşament: 0,03 bari
În cazul reţelelor dimensionate corespunzător, scăderile de presiune pot fi uşor respectate. Anexele nr.7.8. şi 7.9., precum şi nomograma din figura nr.21, oferă ajutor în dimensionarea şi calcularea scăderilor de presiune.
Doar în condiţiile acestor valori scăzute este sigur că scăderea maximă a presiunii în toată reţeaua de aer comprimat nu depăşeşte 1,0 bari. Prin utilizarea valorilor date în capitolul 4.1.2, scăderea presiunii întregului sistem arată astfel :
Uscătoare de aer si filtre: 0,10 bariConducte: 0,07 bariElemente de reţea: 0,80 bari ------------- Scădere de presiune totală: 0,97 bari
Raportat la 1000 m³ aer comprimat produs, scăderea de presiune de 0,1 bari = 0,8 kWh energi. Tocmai de aceea este foarte importantă descoperirea pierderilor şi diminuarea scăderilor de presiune apărute pe reţele şi elementele sale.
49
4. 2. 2. Elementele de reţeaDintre elementele de reţea ce se află în reţea trecem în revistă acum
acelea care se află la racordurile consumatorilor (fig.20.5.). Pentru realizarea unui racord corect figura nr. 25 prezintă câteva
exemple. Pornind dinspre consumator se vede, în primul rând, racordul rapid (9), care are ca scop să împiedice scurgerea liberă a aerului comprimat atunci când se schimbă o unealtă. Şi în racordurile proiectate şi fabricate cât se poate de bine apare o scădere de presiune de min. 0,2 bari. Următorul element este furtunul (8), care poate fi executat drept, respectiv în spirală. În cazul unui diametru al furtunului ales din catalog conform cerinţelor consumatorilor, căderea de presiune apărută într-un furtun drept de 5 m lungime este de 2,0 bari. O scădere de presiune identică are loc în cazul furtunului în spirală de 3 m lungime. Înaintea furtunului se găseşte unitatea de preparare a aerului compusă din 3 părţi (5,6), adică dintr-un filtru de aer, un regulator de presiune şi un ungător de linie. Rezistenţa maximă a unui filtru bun şi a unui ungător de linie este de 0,2 bari. Acum nu se ia în considerare regulatorul de presiune, pentru că scopul căderii de presiune apărută pe acesta este tocmai acela de a asigura presiunea necesară funcţionării corespunzătoare a consumatorilor. Înainte de unitatea de pregătire a aerului se găseşte o supapă de închidere ( 3 ) care trebuie să aibă rezistenţa 0. Acest lucru se asigură doar de robinete cu bilă moderne şi de bună calitate. Consumatorul primeşte aerul comprimat de la branşamentul racordat sus (2) şi de la conducta de distribuţie (1).
La racordurile corecte deci, în orice împrejurare apare pierdere de presiune. Din punct de vedere energetic în caz de realizare optimă aceasta este:
la cuplă rapidă: 0,2 barpe furtun: 0,2 barpe filtru: 0,2 barpe ungător: 0,2 bar ------------------- total: 0,8 bari
Aceasta este o pierdere de presiune care trebuie avută oricum în vedere la determinarea presiunilor finale ale compresorului, chiar şi atunci când, eventual, aceste elemente lipsesc din sistemul existent. Oricum, mai devreme sau mai târziu, cerinţele consumatorilor fac necesară crearea racordului corespunzător, iar un compresor prost ales în faza iniţială nu va mai fi capabil să asigure presiunea corespunzătoare.
Lipsa elementelor de reţea poate crea la o primă vedere falsa impresie că utilizatorul economiseşte o cădere de presiune de 0,8 bari,
48
Dacă printr-o întreţinere sistematică şi printr-o reconstrucţie a reţelei aceste pierderi s-ar putea reduce la valoarea optimă de 5%, această reducere ar constitui o contribuţie importantă la programul general de reducere a consumului de energie electrică din ţară.
Cantitatea de energie imensă consumată pentru acoperirea pierderilor duce la creşterea cheltuielilor anuale pentru energie ale întreprinderilor . Pentru a produce 1 m³ de aer comprimat, compresoarele moderne în funcţie de presiunea finală - utilizează 0,08 …0,1 kWh de energie electrică.
De aceea trebuie elaborat un program care să stabilească mărimea şi locul pierderilor şi în final să propună măsuri pentru eliminarea lor.
4.4.1. Determinarea pierderilor cantitative datorate golirii rezervorului
Pentru a calcula dimensiunile pierderii cantitative apărute în reţea din schimbarea de presiune intervenită în rezervorul de aer, trebuie să cunoaştem volumul exact al acestuia. Dacă se cunoaşte volumul rezervorului de aer, trebuie măsurat timpul până când, sub efectul neetanşeităţii din reţea, presiunea scade de la o valoare dată la o altă valoare. Utilizând aceste date se pot determina valorile pierderii cantitative.
La alegerea celor 2 nivele de presiune este bine să se aleagă acele valori care să aibă ca medie presiunea de funcţionare.
Exemplu:Transportul real al aerului comprimat din compresoarele de aer
comprimat într-o uzină nu este cunoscut, de aceea dimensiunea pierderii din reţea se stabileşte pe baza schimbării de presiune din rezervorul de aer. Valoarea presiunii de funcţionare în zilele de lucru : 7 bari.
Presiunea p1 de la valoarea de pornire de 8 bari (p1 = 8 bari), având compresoarele oprite şi pauză totală de priză, în rezervorul de VR = 500 l scade în t = 5 min la p2 = 6 bari.
Pierderea din întreprindere se poate calcula cu aproximaţie din următoarea corelaţie:
care, folosind datele din exemplu, are ca rezultat
Deci, pierderea este de 12 m³/oră.
( )t
ppVV R
P
21 -́=
.min/200
.min5
)68(500l
lVP =
-́=
51
4.4. Pierderile cantitative pe reţea
Cea mai mare problemă energetică a reţelelor de aer comprimat din ţară este pierderea cantitativă pe reţea. Conform unor estimări prudente, pierderile pe reţea în ţară ajung la 35-40%. Acesta înseamnă că aproximativ 0,5 x 106 kW din capacitatea motoarelor de circa 1,5x106kW instalate pentru antrenarea compresoarelor funcţionează mii de ore pe an ca să compenseze pierderile datorate fisurilor din reţea. Figura 26 furnizează date orientative despre cât aer comprimat de 6 bari iese printr-o fisură cu diametrul dat, şi de ce putere este nevoie pentru producerea acestuia.
Diametrul real mm
1
40,1
4,42
111,4
445,6
1004 85,0
33,0
8,3
3,1
0,3
3
5
10
15
Pierdere de aer6 bar m³/oră
Pierdere de energieKW
Figura 26. Pierderi cantitative caracteristice
50
Dacă printr-o întreţinere sistematică şi printr-o reconstrucţie a reţelei aceste pierderi s-ar putea reduce la valoarea optimă de 5%, această reducere ar constitui o contribuţie importantă la programul general de reducere a consumului de energie electrică din ţară.
Cantitatea de energie imensă consumată pentru acoperirea pierderilor duce la creşterea cheltuielilor anuale pentru energie ale întreprinderilor . Pentru a produce 1 m³ de aer comprimat, compresoarele moderne în funcţie de presiunea finală - utilizează 0,08 …0,1 kWh de energie electrică.
De aceea trebuie elaborat un program care să stabilească mărimea şi locul pierderilor şi în final să propună măsuri pentru eliminarea lor.
4.4.1. Determinarea pierderilor cantitative datorate golirii rezervorului
Pentru a calcula dimensiunile pierderii cantitative apărute în reţea din schimbarea de presiune intervenită în rezervorul de aer, trebuie să cunoaştem volumul exact al acestuia. Dacă se cunoaşte volumul rezervorului de aer, trebuie măsurat timpul până când, sub efectul neetanşeităţii din reţea, presiunea scade de la o valoare dată la o altă valoare. Utilizând aceste date se pot determina valorile pierderii cantitative.
La alegerea celor 2 nivele de presiune este bine să se aleagă acele valori care să aibă ca medie presiunea de funcţionare.
Exemplu:Transportul real al aerului comprimat din compresoarele de aer
comprimat într-o uzină nu este cunoscut, de aceea dimensiunea pierderii din reţea se stabileşte pe baza schimbării de presiune din rezervorul de aer. Valoarea presiunii de funcţionare în zilele de lucru : 7 bari.
Presiunea p1 de la valoarea de pornire de 8 bari (p1 = 8 bari), având compresoarele oprite şi pauză totală de priză, în rezervorul de VR = 500 l scade în t = 5 min la p2 = 6 bari.
Pierderea din întreprindere se poate calcula cu aproximaţie din următoarea corelaţie:
care, folosind datele din exemplu, are ca rezultat
Deci, pierderea este de 12 m³/oră.
( )t
ppVV R
P
21 -́=
.min/200
.min5
)68(500l
lVP =
-́=
51
4.4. Pierderile cantitative pe reţea
Cea mai mare problemă energetică a reţelelor de aer comprimat din ţară este pierderea cantitativă pe reţea. Conform unor estimări prudente, pierderile pe reţea în ţară ajung la 35-40%. Acesta înseamnă că aproximativ 0,5 x 106 kW din capacitatea motoarelor de circa 1,5x106kW instalate pentru antrenarea compresoarelor funcţionează mii de ore pe an ca să compenseze pierderile datorate fisurilor din reţea. Figura 26 furnizează date orientative despre cât aer comprimat de 6 bari iese printr-o fisură cu diametrul dat, şi de ce putere este nevoie pentru producerea acestuia.
Diametrul real mm
1
40,1
4,42
111,4
445,6
1004 85,0
33,0
8,3
3,1
0,3
3
5
10
15
Pierdere de aer6 bar m³/oră
Pierdere de energieKW
Figura 26. Pierderi cantitative caracteristice
50
Esenţa metodei este că, în cazul pauzei totale de priză, aerul comprimat produs de compresor pentru menţinerea presiunii din reţea este necesar pentru compensarea pierderilor din reţea (fig.27).
În timpul măsurătorilor se pun în funcţiune atâtea compresoare câte sunt necesare pentru a obţine o putere suficientă ridicării presiunii din reţea la puterea de pornire. În timpul măsurătorilor, valorile presiunii trebuie să fie alese pe cât posibil astfel încât valoarea medie a acestora să fie presiunea de funcţionare.
Exemplu: Într-o uzină funcţionează un compresor cu un debit de 5,0 m³/min, în
condiţiile opririi totale a consumatorilor. Valoarea presiunii de funcţionare în zi de lucru: 8,0 bari.
Pierderea în reţea se poate determina cu următoarea relaţie aproximativă:
,
T
tVkVp
´=
în careVK = 5,0 m³/min. debitul compresorului în funcţiune, t = 150 sec, totalul timpului de funcţionare în sarcină, T = 700 sec, timpul total al măsurătorilor.Astfel din datele de măsurare pentru pierderea în reţea obţinem valoarea:
.min/07,1
700
1500,5 3mVp =´
=
Prin cunoaşterea pierderilor cantitative se pot determina în continuare şi alte date. Din înmulţirea orelor de funcţionare anuală a staţiei de compresoare (oră/an), a consumului specific de energie (kWh/m³) şi a pierderii în reţea (VP m³/oră), obţinem necesarul anual de energie pentru producerea pierderii cantitative, adică dimensiunea pierderii de energie (kWh/an). Cunoscând unitatea de cheltuială pentru energie putem să o exprimăm şi în bani.
4.4.3. Determinarea neetanşeităţilorDacă se ştie deja care este pierderea în reţea şi cât costă aceasta,
trebuie determinate acele locuri în care aerul comprimat scapă din reţea.
53
4.4.2. Determinarea pierderilor cantitative din timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor
În toate acele locuri în care cantitatea de aer comprimat transportată de către compresoare este cunoscută exact care însă nu în toate cazurile este identică cu valoarea nominală aflată în tabelul de date - valoarea pierderii cantitative în reţea se poate determina şi din timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor.
t = t 1 + t 2 + t 3 + …... totalul perioadelor de funcţionare în sarcinăT = timpul total de măsurare
Figura 27. Măsurarea pierderii pe reţea pe baza timpului de funcţionare a compresorului
52
Esenţa metodei este că, în cazul pauzei totale de priză, aerul comprimat produs de compresor pentru menţinerea presiunii din reţea este necesar pentru compensarea pierderilor din reţea (fig.27).
În timpul măsurătorilor se pun în funcţiune atâtea compresoare câte sunt necesare pentru a obţine o putere suficientă ridicării presiunii din reţea la puterea de pornire. În timpul măsurătorilor, valorile presiunii trebuie să fie alese pe cât posibil astfel încât valoarea medie a acestora să fie presiunea de funcţionare.
Exemplu: Într-o uzină funcţionează un compresor cu un debit de 5,0 m³/min, în
condiţiile opririi totale a consumatorilor. Valoarea presiunii de funcţionare în zi de lucru: 8,0 bari.
Pierderea în reţea se poate determina cu următoarea relaţie aproximativă:
,
T
tVkVp
´=
în careVK = 5,0 m³/min. debitul compresorului în funcţiune, t = 150 sec, totalul timpului de funcţionare în sarcină, T = 700 sec, timpul total al măsurătorilor.Astfel din datele de măsurare pentru pierderea în reţea obţinem valoarea:
.min/07,1
700
1500,5 3mVp =´
=
Prin cunoaşterea pierderilor cantitative se pot determina în continuare şi alte date. Din înmulţirea orelor de funcţionare anuală a staţiei de compresoare (oră/an), a consumului specific de energie (kWh/m³) şi a pierderii în reţea (VP m³/oră), obţinem necesarul anual de energie pentru producerea pierderii cantitative, adică dimensiunea pierderii de energie (kWh/an). Cunoscând unitatea de cheltuială pentru energie putem să o exprimăm şi în bani.
4.4.3. Determinarea neetanşeităţilorDacă se ştie deja care este pierderea în reţea şi cât costă aceasta,
trebuie determinate acele locuri în care aerul comprimat scapă din reţea.
53
4.4.2. Determinarea pierderilor cantitative din timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor
În toate acele locuri în care cantitatea de aer comprimat transportată de către compresoare este cunoscută exact care însă nu în toate cazurile este identică cu valoarea nominală aflată în tabelul de date - valoarea pierderii cantitative în reţea se poate determina şi din timpul de funcţionare în sarcină a compresoarelor.
t = t 1 + t 2 + t 3 + …... totalul perioadelor de funcţionare în sarcinăT = timpul total de măsurare
Figura 27. Măsurarea pierderii pe reţea pe baza timpului de funcţionare a compresorului
52
Instalarea în sistem inelar în condiţii de cantităţi identice, înseamnă o jumătate de rezistenţă faţă de instalare în sistem radial.
O reţea instalată într-un interior anume este influenţată de foarte mulţi factori. Trebuie să se acorde atenţie structurii clădirii, numărului de etaje, dimensiunii spaţiilor, numărului prizelor de preluare şi plasării lor etc. În baza celor amintite anterior putem formula ideea că, pentru toate etajele, nivelele, respectiv în interiorul lor, pentru fiecare spaţiu trebuie instalat un circuit separat care trebuie racordat la conducta magistrală. Conductele de aer comprimat se pot monta în două moduri:
îngropatsuspendate sau pozate pe pereţi. Prima variantă a fost la modă în special în perioada de început a
industrializării. Din cauza lipsei mobilităţii şi a imposibilităţii de modificare a poziţiei conductelor, această metodă este mai rar utilizată. Însă, datorită faptului că ţevile nu sunt montate la vedere, pe pereţi ea este deseori preferată şi azi.
Figura 28. Reţea de interior cu conducte suspendate şi / sau pozate
55
Prima metodă este aceea prin care, în pauza de funcţionare, presiunea în reţea se ridică la maximum şi instalaţia se parcurge pe tot traseul conductelor aerului comprimat. Sâsâitul puternic este semnul sigur de neetanşeitate.
Dacă după auz nu se poate determina exact locul de scurgere, atunci se poate apela la clasica apă cu săpun, respectiv la sprayurile ceva mai moderne pentru detectarea neetanşeităţilor. În primul rând trebuie controlate legăturile şi racordurile filetate şi flanşate. Rareori apar scurgeri la legăturile sudate, respectiv la conducte.
Odată cu căutarea locurilor de scurgere trebuie controlate cu
deosebită atenţie şi unităţile de pregătire ale aerului şi locul lor de racordare. Legăturile cu multe şuruburi, ungătoarele de linie, structurile filtrelor şi reductoarelor constituie o scară largă de posibilităţi de scurgere. Din experienţe rezultă că 25 - 30% din pierderile cantitative din reţea au loc în aceste locuri.
Modalitatea cea mai modernă de determinare a locurilor de scurgere o reprezintă folosirea detectorului cu ultrasunete.
Dacă neetanşeităţile a fost localizate, poate începe lucrul pentru remedierea lor. Pentru ca această muncă să dea roade, trebuie ca oamenii să înţeleagă că aerul comprimat costă foarte mulţi bani şi pierderea sa înseamnă multă risipă. Este oportună crearea unui sistem stimulativ, respectiv de interesare, în aşa fel încât toţi angajaţii întreprinderii să considere economisirea aerului comprimat ca o problemă personală.
4.5. Crearea reţelelor optime Să urmărim în continuare care sunt acele probleme care
influenţează realizarea reţelelor, deoarece o reţea greşit construită cauzează:consum de energie inutilrandament scăzut al uneltelor pneumatice şi productivitate scăzută. Tema este tratată în două părţi distincte, adică reţele stabile de
interior şi reţelele mobile de exterior. 4.5.1 Reţele stabile, de interior Condiţia de bază a creării reţelelor de aer comprimat este aceea că,
în măsura în care această posibilitate există şi în care condiţiile de funcţionare, respectiv condiţiile de preluare o permit, trebuie create reţele închise, inelare. Cel mai convenabil este când la conducta magistrală instalată inelar sunt r a c o r d a t e c o n d u c t e d e d i s t r i b u i r e t o t î n s i s t e m i n e l a r .
54
Instalarea în sistem inelar în condiţii de cantităţi identice, înseamnă o jumătate de rezistenţă faţă de instalare în sistem radial.
O reţea instalată într-un interior anume este influenţată de foarte mulţi factori. Trebuie să se acorde atenţie structurii clădirii, numărului de etaje, dimensiunii spaţiilor, numărului prizelor de preluare şi plasării lor etc. În baza celor amintite anterior putem formula ideea că, pentru toate etajele, nivelele, respectiv în interiorul lor, pentru fiecare spaţiu trebuie instalat un circuit separat care trebuie racordat la conducta magistrală. Conductele de aer comprimat se pot monta în două moduri:
îngropatsuspendate sau pozate pe pereţi. Prima variantă a fost la modă în special în perioada de început a
industrializării. Din cauza lipsei mobilităţii şi a imposibilităţii de modificare a poziţiei conductelor, această metodă este mai rar utilizată. Însă, datorită faptului că ţevile nu sunt montate la vedere, pe pereţi ea este deseori preferată şi azi.
Figura 28. Reţea de interior cu conducte suspendate şi / sau pozate
55
Prima metodă este aceea prin care, în pauza de funcţionare, presiunea în reţea se ridică la maximum şi instalaţia se parcurge pe tot traseul conductelor aerului comprimat. Sâsâitul puternic este semnul sigur de neetanşeitate.
Dacă după auz nu se poate determina exact locul de scurgere, atunci se poate apela la clasica apă cu săpun, respectiv la sprayurile ceva mai moderne pentru detectarea neetanşeităţilor. În primul rând trebuie controlate legăturile şi racordurile filetate şi flanşate. Rareori apar scurgeri la legăturile sudate, respectiv la conducte.
Odată cu căutarea locurilor de scurgere trebuie controlate cu
deosebită atenţie şi unităţile de pregătire ale aerului şi locul lor de racordare. Legăturile cu multe şuruburi, ungătoarele de linie, structurile filtrelor şi reductoarelor constituie o scară largă de posibilităţi de scurgere. Din experienţe rezultă că 25 - 30% din pierderile cantitative din reţea au loc în aceste locuri.
Modalitatea cea mai modernă de determinare a locurilor de scurgere o reprezintă folosirea detectorului cu ultrasunete.
Dacă neetanşeităţile a fost localizate, poate începe lucrul pentru remedierea lor. Pentru ca această muncă să dea roade, trebuie ca oamenii să înţeleagă că aerul comprimat costă foarte mulţi bani şi pierderea sa înseamnă multă risipă. Este oportună crearea unui sistem stimulativ, respectiv de interesare, în aşa fel încât toţi angajaţii întreprinderii să considere economisirea aerului comprimat ca o problemă personală.
4.5. Crearea reţelelor optime Să urmărim în continuare care sunt acele probleme care
influenţează realizarea reţelelor, deoarece o reţea greşit construită cauzează:consum de energie inutilrandament scăzut al uneltelor pneumatice şi productivitate scăzută. Tema este tratată în două părţi distincte, adică reţele stabile de
interior şi reţelele mobile de exterior. 4.5.1 Reţele stabile, de interior Condiţia de bază a creării reţelelor de aer comprimat este aceea că,
în măsura în care această posibilitate există şi în care condiţiile de funcţionare, respectiv condiţiile de preluare o permit, trebuie create reţele închise, inelare. Cel mai convenabil este când la conducta magistrală instalată inelar sunt r a c o r d a t e c o n d u c t e d e d i s t r i b u i r e t o t î n s i s t e m i n e l a r .
54
dozator de alcool deşi este singurul mod prin care se poate preveni îngheţarea uneltelor. Acea soluţie conform căreia alcoolul se toarnă în unealtă este periculoasă din cauza cantităţii necontrolabile deoarece spală lubrifiantul din unealtă ceea ce duce la o uzură prematură şi la un consum crescut de aer. Ceea ce ajunge în unealtă din cele max 8. picături ajunse în aerul comprimat prin dozatorul de alcool, nu prezintă un astfel de pericol.
Încălzirea uneltelor îngheţate este la fel de dăunătoare .
Uneltele pneumatice sensibile şi precise au capacitatea de a suporta max. 50 °C. O încălzire deasupra unui foc poate duce rapid la deteriorări.
Următorul element este separatorul de picături (3), care are ca sarcină separarea amestecului apă/alcool respectiv a apei condensate în timpul răcirii. Dacă e posibil acesta trebuie plasat aproape de consumatori, ca să ajungă cât mai puţină apă la aceştia.
Deoarece toate elementele şi uneltele pneumatice trebuie lubrifiate, după separatorul de picături, imediat înaintea uneltei, se găseşte un ungător de linie (4). Astăzi multe firme fabrică deja pentru reţele exterioare ungătoare care pulverizează cantitatea de ulei proporţională cu cantitatea de aer comprimat ce trece prin el asigurând astfel lubrifiantul necesar funcţionării uneltelor.
Dacă construcţia şi pierderile reţelei de aer comprimat corespund, respectiv se apropie de valorile luate la cunoştinţă în acest capitol, se poate afirma că s-a făcut al doilea mare pas pentru a crea un sistem optim de aer comprimat. Aerul comprimat produs într-un mod economic ajunge la consumator printr-o reţea corespunzătoare din punct de vedere energetic.
57
Dacă conductele de aer comprimat sunt pozate pe pereţi, conducta de distribuire trebuie plasată la o înălţime corespunzătoare, ca să nu constituie un obstacol pentru circulaţie şi pentru transportul de marfă. Dacă hala este mare, în funcţie de punctele de preluare trebuie introduse pe circuit nişte racorduri (figura 28.3). În astfel de cazuri schimbarea cerinţelor consumatorilor se poate urmări uşor şi rapid în reţea. Circuitul trebuie construit în aşa fel încât să aibă o înclinaţie de 5% faţă de punctul dat, şi la acest punct (figura 28.8) trebuie instalat un robinet de evacuare a apei. Direcţia înclinaţiei este independentă de direcţia curentului de aer comprimat. În figura 28 se vede o reţea de interior construită din conducte de material plastic.
4.5.2. Reţele mobile, de exterior Pentru construirea reţelelor de aer comprimat de exterior sunt
valabile aceleaşi principii şi recomandări ca şi la cele interioare, stabile. Desigur, trebuie luate în considerare cerinţele speciale ale mediului şi ale obiectivului propus.
Şi un compresor mobil trebuie să asigure debitul, calitatea şi presiunea necesare de aer comprimat cerute de consumatori, în condiţiile consumului de energie cât se poate de scăzut.
În cazul reţelelor mobile, exterioare, pentru asigurarea parametrilor de mai sus este nevoie de alte instalaţii şi elemente de reţea decât cele amintite în capitolele anterioare. De aceea printr-un exemplu concret prezentat în figura nr.29 vom examina părţile reţelei de exterior.
Primul element după compresorul ce asigură cantitatea şi calitatea aerului comprimat corespunzător este un dozator de alcool (2). Sarcina acestuia este să apere uneltele de îngheţ apărut în urma condensului iarna. Dozatorul de alcool proiectat şi fabricat de o firmă de specialitate asigură ca în aerul comprimat să ajungă atâta alcool cât este necesar ca să prevină îngheţarea apei. Pentru 1 m³ de aer comprimat la 6 bari cantitatea de alcool necesară este de max. 8 picături. Poate fi utilizat numai alcool cu conţinut de apă mai mic de 0,5%.
Dozatorul de alcool se plasează imediat după compresor pentru că aici aerul comprimat este suficient de cald ca picăturile de alcool să se evapore. Pe măsură ce, trecând prin reţea, aerul comprimat cu conţinut de alcool se răceşte şi apa se separă din el, ea nu mai poate să îngheţe pentru că odată cu apa se separă şi alcoolul.
Este important ca dozatorul de alcool să se instaleze numai după compresoare care dispun de postrăcitor, pentru că temperatura aerului comprimat care intră în el, nu poate fi mai mare de 40 °C.
Din păcate, în reţelele mobile din ţară nu se utilizează aproape deloc
56
dozator de alcool deşi este singurul mod prin care se poate preveni îngheţarea uneltelor. Acea soluţie conform căreia alcoolul se toarnă în unealtă este periculoasă din cauza cantităţii necontrolabile deoarece spală lubrifiantul din unealtă ceea ce duce la o uzură prematură şi la un consum crescut de aer. Ceea ce ajunge în unealtă din cele max 8. picături ajunse în aerul comprimat prin dozatorul de alcool, nu prezintă un astfel de pericol.
Încălzirea uneltelor îngheţate este la fel de dăunătoare .
Uneltele pneumatice sensibile şi precise au capacitatea de a suporta max. 50 °C. O încălzire deasupra unui foc poate duce rapid la deteriorări.
Următorul element este separatorul de picături (3), care are ca sarcină separarea amestecului apă/alcool respectiv a apei condensate în timpul răcirii. Dacă e posibil acesta trebuie plasat aproape de consumatori, ca să ajungă cât mai puţină apă la aceştia.
Deoarece toate elementele şi uneltele pneumatice trebuie lubrifiate, după separatorul de picături, imediat înaintea uneltei, se găseşte un ungător de linie (4). Astăzi multe firme fabrică deja pentru reţele exterioare ungătoare care pulverizează cantitatea de ulei proporţională cu cantitatea de aer comprimat ce trece prin el asigurând astfel lubrifiantul necesar funcţionării uneltelor.
Dacă construcţia şi pierderile reţelei de aer comprimat corespund, respectiv se apropie de valorile luate la cunoştinţă în acest capitol, se poate afirma că s-a făcut al doilea mare pas pentru a crea un sistem optim de aer comprimat. Aerul comprimat produs într-un mod economic ajunge la consumator printr-o reţea corespunzătoare din punct de vedere energetic.
57
Dacă conductele de aer comprimat sunt pozate pe pereţi, conducta de distribuire trebuie plasată la o înălţime corespunzătoare, ca să nu constituie un obstacol pentru circulaţie şi pentru transportul de marfă. Dacă hala este mare, în funcţie de punctele de preluare trebuie introduse pe circuit nişte racorduri (figura 28.3). În astfel de cazuri schimbarea cerinţelor consumatorilor se poate urmări uşor şi rapid în reţea. Circuitul trebuie construit în aşa fel încât să aibă o înclinaţie de 5% faţă de punctul dat, şi la acest punct (figura 28.8) trebuie instalat un robinet de evacuare a apei. Direcţia înclinaţiei este independentă de direcţia curentului de aer comprimat. În figura 28 se vede o reţea de interior construită din conducte de material plastic.
4.5.2. Reţele mobile, de exterior Pentru construirea reţelelor de aer comprimat de exterior sunt
valabile aceleaşi principii şi recomandări ca şi la cele interioare, stabile. Desigur, trebuie luate în considerare cerinţele speciale ale mediului şi ale obiectivului propus.
Şi un compresor mobil trebuie să asigure debitul, calitatea şi presiunea necesare de aer comprimat cerute de consumatori, în condiţiile consumului de energie cât se poate de scăzut.
În cazul reţelelor mobile, exterioare, pentru asigurarea parametrilor de mai sus este nevoie de alte instalaţii şi elemente de reţea decât cele amintite în capitolele anterioare. De aceea printr-un exemplu concret prezentat în figura nr.29 vom examina părţile reţelei de exterior.
Primul element după compresorul ce asigură cantitatea şi calitatea aerului comprimat corespunzător este un dozator de alcool (2). Sarcina acestuia este să apere uneltele de îngheţ apărut în urma condensului iarna. Dozatorul de alcool proiectat şi fabricat de o firmă de specialitate asigură ca în aerul comprimat să ajungă atâta alcool cât este necesar ca să prevină îngheţarea apei. Pentru 1 m³ de aer comprimat la 6 bari cantitatea de alcool necesară este de max. 8 picături. Poate fi utilizat numai alcool cu conţinut de apă mai mic de 0,5%.
Dozatorul de alcool se plasează imediat după compresor pentru că aici aerul comprimat este suficient de cald ca picăturile de alcool să se evapore. Pe măsură ce, trecând prin reţea, aerul comprimat cu conţinut de alcool se răceşte şi apa se separă din el, ea nu mai poate să îngheţe pentru că odată cu apa se separă şi alcoolul.
Este important ca dozatorul de alcool să se instaleze numai după compresoare care dispun de postrăcitor, pentru că temperatura aerului comprimat care intră în el, nu poate fi mai mare de 40 °C.
Din păcate, în reţelele mobile din ţară nu se utilizează aproape deloc
56
CAPITOLUL V. PRODUCEREA AERULUI COMPRIMAT
Problema de bază a producerii aerului comprimat este alegerea compresorului corespunzător. Dacă la alegerea compresorului s-a omis ceva, după instalarea sa, acest lucru nu se mai poate corecta ori se corectează cu soluţii foarte costisitoare în general. În primul rând trebuie să se definească, pe bază de criterii logice, acele cerinţe ceea ce pretindem de la compresor. Se poate spune, în general, că un compresor de aer trebuie să asigure:
- debitul- calitatea şi- presiuneade aer comprimat necesare consumatorilor, cu condiţia utilizării
unei cantităţi minime de energie. Dacă avem răspunsul la aceste trei probleme, prin aplicarea principiilor prezentate în capitolele anterioare, se poate trece la problemele care influenţează consumul de energie al compresoarelor şi se poate începe alegerea compresorului potrivit.
5.1. Presiunea de refulare a compresorului Din punctul de vedere al presiunii de refulare, un compresor este
corespunzător dacă elementele şi uneltele pneumatice antrenate de aerul comprimat produs de acesta pot lucra cu randament de 100%. Desigur, cele două presiuni, presiunea de refulare şi presiunea necesară consumatorilor, nu sunt identice. Trebuie avute în vedere scăderile de presiune apărute între racordul de ieşire al compresorului şi racordul consumatorilor precum şi diferenţele de presiune rezultate din funcţionarea compresorului.
Iată un exemplu de calcul al presiunii de refulare a unui compresor. Într-o reţea dimensionată corespunzător din punct de vedere energetic, valoarea maximă a scăderii de presiune nu depăşeşte 0,1 bari (cap. 4.2.). La aceasta se adaugă 0,1 bar pentru uscătorul aflat în toate reţelele moderne precum şi rezistenţa de 0,9 bari pentru elementele de tratare a aerului, pentru furtunuri şi cuple rapide (cap.4.1.2.). Se mai adaugă valoarea diferenţei de presiune reglată la întrerupătorul de presiune al automatizării compresorului, care este în general în jur de 0,5 bari. Din suma acestor valori se obţine presiunea de refulare P2, pretinsă de la compresor:
P2 >7,5 bari =0,5 + 0,1 + 0,1 0,8 + 6,0 bari. (figura 30). Desigur, în cazul unor utilizări diferite, în cadrul aceleaşi unităţi pot
exista mai multe nivele diferite de presiune. Din punct de vedere energetic, nu este indicat ca în asemenea situaţii să se producă prin decompresie din aerul comprimat cu presiune ridicată cel cu presiune scăzută. Este oportună construirea de sisteme independente pentru cele două nivele de presiune.
59
Figura 27. Construirea reţelei mobile de aer comprimat de exterior
58
CAPITOLUL V. PRODUCEREA AERULUI COMPRIMAT
Problema de bază a producerii aerului comprimat este alegerea compresorului corespunzător. Dacă la alegerea compresorului s-a omis ceva, după instalarea sa, acest lucru nu se mai poate corecta ori se corectează cu soluţii foarte costisitoare în general. În primul rând trebuie să se definească, pe bază de criterii logice, acele cerinţe ceea ce pretindem de la compresor. Se poate spune, în general, că un compresor de aer trebuie să asigure:
- debitul- calitatea şi- presiuneade aer comprimat necesare consumatorilor, cu condiţia utilizării
unei cantităţi minime de energie. Dacă avem răspunsul la aceste trei probleme, prin aplicarea principiilor prezentate în capitolele anterioare, se poate trece la problemele care influenţează consumul de energie al compresoarelor şi se poate începe alegerea compresorului potrivit.
5.1. Presiunea de refulare a compresorului Din punctul de vedere al presiunii de refulare, un compresor este
corespunzător dacă elementele şi uneltele pneumatice antrenate de aerul comprimat produs de acesta pot lucra cu randament de 100%. Desigur, cele două presiuni, presiunea de refulare şi presiunea necesară consumatorilor, nu sunt identice. Trebuie avute în vedere scăderile de presiune apărute între racordul de ieşire al compresorului şi racordul consumatorilor precum şi diferenţele de presiune rezultate din funcţionarea compresorului.
Iată un exemplu de calcul al presiunii de refulare a unui compresor. Într-o reţea dimensionată corespunzător din punct de vedere energetic, valoarea maximă a scăderii de presiune nu depăşeşte 0,1 bari (cap. 4.2.). La aceasta se adaugă 0,1 bar pentru uscătorul aflat în toate reţelele moderne precum şi rezistenţa de 0,9 bari pentru elementele de tratare a aerului, pentru furtunuri şi cuple rapide (cap.4.1.2.). Se mai adaugă valoarea diferenţei de presiune reglată la întrerupătorul de presiune al automatizării compresorului, care este în general în jur de 0,5 bari. Din suma acestor valori se obţine presiunea de refulare P2, pretinsă de la compresor:
P2 >7,5 bari =0,5 + 0,1 + 0,1 0,8 + 6,0 bari. (figura 30). Desigur, în cazul unor utilizări diferite, în cadrul aceleaşi unităţi pot
exista mai multe nivele diferite de presiune. Din punct de vedere energetic, nu este indicat ca în asemenea situaţii să se producă prin decompresie din aerul comprimat cu presiune ridicată cel cu presiune scăzută. Este oportună construirea de sisteme independente pentru cele două nivele de presiune.
59
Figura 27. Construirea reţelei mobile de aer comprimat de exterior
58
Figura 28. Calcularea presiunii de refulare corespunzătoare la un compresor
ele
men
teco
mpr
esor
- r
ezer
vor d
e ae
r
_
____
_
us
căto
are
re
ţea
d
e pr
egăt
irep
=0,5
bar
0
p=
0,1
bar
p=
0,1
bar
p=0,
8 ba
r
pr
esiu
nea
max
imă:
7,5
bar 0
,5 +
7,0
bar
0,1
+ 0
,1 +
0,8
+ 6
,0 b
ar
solic
itare
: 0,6
bar
i
61
Trebuie reflectat şi asupra obţinerii aerului comprimat la presiune ridicată din cel aflat la presiune joasă cu un compresor de ridicare (booster). Alegerea soluţiei corespunzătoare pentru scopul dat poate avea loc pe baza calculelor de economicitate.
Calcularea corespunzătoare a presiunii de refulare a compresoarelor are o importanţă fundamentală din punct de vedere energetic.
Ridicarea presiunii de refulare cu 1,0 bar aduce cu sine creşterea puterii compresorului cu 6-10%.
Această creştere semnificativă este un semnal pentru toţi utilizatorii care încearcă să compenseze căderea mare de presiune din reţeaua uzată prin creşterea presiunii de refulare a compresorului. S-a răspândit practica de a încerca, cu ajutorul compresorului, echilibrarea lipsurilor de proiectare şi întreţinere a reţelei de aer comprimat, sau a lipsurilor reţelei nedezvoltate proporţional cu pretenţiile consumatorilor. Această soluţie este, şi în acest caz, cea mai costisitoare. Pe factura de consum, utilizatorul de energie plăteşte de mai multe ori preţul de reconstrucţie a reţelei. Creşterea presiunii are de altfel şi o altă consecinţă care produce surplus de consum de energie, şi anume supraconsum de aer comprimat la elementele pneumatice şi sculele cu aer ce funcţionează în zonele de înaltă presiune (cap.3.1.).
Supraconsumul de aer comprimat are însă, pe lângă efectul de a influenţa consumul de energie, şi un efect de scădere a presiunii.
În cadrul unui sistem, compresorul poate să menţină presiunea la o valoare constantă doar atunci când debitul de aer comprimat produs de către acesta este mai mare sau egal cu valoarea de aer comprimat consumat de către utilizatorii cuplaţi la reţea, la care se adaugă valoarea pierderilor din reţea.. Dacă consumul depăşeşte debitul produs, acest fapt se arată în scăderea presiunii din sistem. Presiunea scade până când echilibrul dintre debitul produs şi cel consumată nu se restabileşte la o nouă valoare a presiunii.
De aceea nu tratăm separat debitul de aer comprimat transportat de către compresoare, ci presupunem că el depăşeşte în toate cazurile necesarul, mărit cu pierderi, al consumatorilor cuplaţi la reţea. (cap.3.6.) Aceasta este de altfel condiţia care asigură ca uneltele să primească întotdeauna presiunea necesară funcţionării optimale.
60
Figura 28. Calcularea presiunii de refulare corespunzătoare la un compresor
ele
men
teco
mpr
esor
- r
ezer
vor d
e ae
r
_
____
_
us
căto
are
re
ţea
d
e pr
egăt
irep
=0,5
bar
0
p=
0,1
bar
p=
0,1
bar
p=0,
8 ba
r
pr
esiu
nea
max
imă:
7,5
bar 0
,5 +
7,0
bar
0,1
+ 0
,1 +
0,8
+ 6
,0 b
ar
solic
itare
: 0,6
bar
i
61
Trebuie reflectat şi asupra obţinerii aerului comprimat la presiune ridicată din cel aflat la presiune joasă cu un compresor de ridicare (booster). Alegerea soluţiei corespunzătoare pentru scopul dat poate avea loc pe baza calculelor de economicitate.
Calcularea corespunzătoare a presiunii de refulare a compresoarelor are o importanţă fundamentală din punct de vedere energetic.
Ridicarea presiunii de refulare cu 1,0 bar aduce cu sine creşterea puterii compresorului cu 6-10%.
Această creştere semnificativă este un semnal pentru toţi utilizatorii care încearcă să compenseze căderea mare de presiune din reţeaua uzată prin creşterea presiunii de refulare a compresorului. S-a răspândit practica de a încerca, cu ajutorul compresorului, echilibrarea lipsurilor de proiectare şi întreţinere a reţelei de aer comprimat, sau a lipsurilor reţelei nedezvoltate proporţional cu pretenţiile consumatorilor. Această soluţie este, şi în acest caz, cea mai costisitoare. Pe factura de consum, utilizatorul de energie plăteşte de mai multe ori preţul de reconstrucţie a reţelei. Creşterea presiunii are de altfel şi o altă consecinţă care produce surplus de consum de energie, şi anume supraconsum de aer comprimat la elementele pneumatice şi sculele cu aer ce funcţionează în zonele de înaltă presiune (cap.3.1.).
Supraconsumul de aer comprimat are însă, pe lângă efectul de a influenţa consumul de energie, şi un efect de scădere a presiunii.
În cadrul unui sistem, compresorul poate să menţină presiunea la o valoare constantă doar atunci când debitul de aer comprimat produs de către acesta este mai mare sau egal cu valoarea de aer comprimat consumat de către utilizatorii cuplaţi la reţea, la care se adaugă valoarea pierderilor din reţea.. Dacă consumul depăşeşte debitul produs, acest fapt se arată în scăderea presiunii din sistem. Presiunea scade până când echilibrul dintre debitul produs şi cel consumată nu se restabileşte la o nouă valoare a presiunii.
De aceea nu tratăm separat debitul de aer comprimat transportat de către compresoare, ci presupunem că el depăşeşte în toate cazurile necesarul, mărit cu pierderi, al consumatorilor cuplaţi la reţea. (cap.3.6.) Aceasta este de altfel condiţia care asigură ca uneltele să primească întotdeauna presiunea necesară funcţionării optimale.
60
compresor ne stau la dispoziţie pe baza cerinţelor concepute raţional, atunci se poate trece la alegerea compresorului corespunzător, pe cât posibil în aşa fel încât să se poată asigura cerinţele cu cantităţi minime de energie. Pentru aceasta însă, trebuie să fie cunoscute acele probleme care influenţează consumul de energie necesar producerii aerului comprimat.
Prima problemă o constituie alegerea principiului de funcţionare a compresorului. Domeniile de utilizare ale compresoarelor cu piston, cu şurub şi ale turbocompresoarelor se intersectează în multe cazuri, ceea ce face ca, deseori, utilizatorul să se găsească pus în faţa unei dileme. Cu toate că valoarea consumului specific de energie poate diferi în funcţie de producător şi de tipul de compresor, tabelul din figura 31 oferă o imagine apropiată de realitate a valorilor consumului specific de energie pentru diferitele tipuri şi principii de funcţionare ale compresoarelor.
Consum specific de energie Tipul de compresor Joule/litru kWh/m³
Ungere
Cu piston mare 217-300 0,080-0,081 ungere cu ulei Cu piston mic 337-363 0,089-0,098 fără ulei Cu şurub mijlociu 371 0,100 injecţie cu ulei Cu şurub mare 363 0,098 fără ulei Turbo mic 363-427 0,098-0,115 fără ulei
Datele sunt valabile pentru presiunea de refulare de 7,0 bar.
Figura 31. Consumul specific de energie caracteristic câtorva compresoare
Al doilea aspect care influenţează consumul de energie al compresorului, este construcţia. La un compresor cu o construcţie bună valoarea pierderilor de energie poate fi de doar 12%, pe când în cazul unuia cu o construcţie mai puţin bună, această valoare poate fi cu mult mai mare. Determinarea acestei valori este posibilă prin analiza datelor puse la dispoziţie şi a testelor făcute pe compresoare. Pentru aceasta, este însă necesar ca toate datele avute la dispoziţie să fie clare, furnizate pe baze identice şi să includă toate pierderile apărute pe compresor. În privinţa consumului specific de energie, aceasta înseamnă că trebuie luate în considerare atât debitul de aer comprimat produs cât şi datele corectate cu pierderi la consumul de energie. Aceasta este prevăzută de către standardul ISO 1217, deci este indicat să se ceară de la producător datele calculate conform acestui standard. Unele standarde naţionale dau de altfel
63
5.2. Calitatea aerului comprimat produs de compresoare
Dacă vrem să alegem un compresor care să producă aer comprimat ce corespunde cerinţelor calitative prezentate în capitolul 3.2.4., trebuie ales tipul de compresor care să corespundă cel mai bine acestora. În timpul alegerii se pune deseori întrebarea: să fie ales un compresor cu sau fără lubrifiere cu ulei pentru satisfacerea aceloraşi necesităţi cantitative. În ceea ce urmează se găsesc câteva aspecte care ne pot ajuta în găsirea răspunsului.
Avantajul de netăgăduit al compresoarelor fără ulei este că aerul comprimat produs de către acestea nu se impurifică cu ulei în camera de compresie. Pe lângă aceasta, nu este de neglijat nici avantajul că reţeaua nu se impurifică cu ulei şi prin aceasta dispare pericolul unei eventuale incendieri a reţelei.
Din punctul de vedere al calităţii, sunt mai avantajoase compresoarele fără ulei. Ele garantează întotdeauna o calitate stabilă, uniformă a aerului comprimat, pe care compresoarele cu lubrifiere cu ulei nu o pot garanta nici cu cele mai moderne sisteme de filtrare.
Avantajul compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este faptul că, pentru aceeaşi putere, preţul lor este cu mult mai scăzut decât al celor fără ulei. Din punct de vedere al consumului de energie, este decisiv faptul că consumul specific de energie al compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este de obicei mai scăzut decât al celor fără ulei (fig.31).
Un alt avantaj al compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este şi faptul că costurile legate de funcţionarea şi întreţinerea lor sunt mai scăzute decât în cazul compresoarelor fără ulei.
Dar, dacă luăm în considerare preţul filtrelor necesare asigurării calităţii aerului comprimat în cazul compresoarelor lubrifiate cu ulei, acesta echilibrează în mod semnificativ balanţa comparativă dintre cele două tipuri de compresoare. Iar necesarul de întreţinere a filtrelor compensează partea mai mică rămasă din diferenţa de preţ.
Nu se poate da un răspuns clar, dacă pentru asigurarea unei cerinţe anume este nevoie de un compresor cu lubrifiere cu ulei sau unul fără ulei. Tocmai de aceea ca şi în toate cazurile în care este vorba de răspunsul la o întrebare legată de rentabilitatea sistemului de aer comprimat răspunsul la întrebare trebuie dat prin analiza cerinţelor concrete şi cu ajutorul calculelor de rentabilitate.
5.3 Factori care influenţează consumul de energie al compresoarelor
Dacă datele cantitative, de presiune şi calitate dorite pentru
62
compresor ne stau la dispoziţie pe baza cerinţelor concepute raţional, atunci se poate trece la alegerea compresorului corespunzător, pe cât posibil în aşa fel încât să se poată asigura cerinţele cu cantităţi minime de energie. Pentru aceasta însă, trebuie să fie cunoscute acele probleme care influenţează consumul de energie necesar producerii aerului comprimat.
Prima problemă o constituie alegerea principiului de funcţionare a compresorului. Domeniile de utilizare ale compresoarelor cu piston, cu şurub şi ale turbocompresoarelor se intersectează în multe cazuri, ceea ce face ca, deseori, utilizatorul să se găsească pus în faţa unei dileme. Cu toate că valoarea consumului specific de energie poate diferi în funcţie de producător şi de tipul de compresor, tabelul din figura 31 oferă o imagine apropiată de realitate a valorilor consumului specific de energie pentru diferitele tipuri şi principii de funcţionare ale compresoarelor.
Consum specific de energie Tipul de compresor Joule/litru kWh/m³
Ungere
Cu piston mare 217-300 0,080-0,081 ungere cu ulei Cu piston mic 337-363 0,089-0,098 fără ulei Cu şurub mijlociu 371 0,100 injecţie cu ulei Cu şurub mare 363 0,098 fără ulei Turbo mic 363-427 0,098-0,115 fără ulei
Datele sunt valabile pentru presiunea de refulare de 7,0 bar.
Figura 31. Consumul specific de energie caracteristic câtorva compresoare
Al doilea aspect care influenţează consumul de energie al compresorului, este construcţia. La un compresor cu o construcţie bună valoarea pierderilor de energie poate fi de doar 12%, pe când în cazul unuia cu o construcţie mai puţin bună, această valoare poate fi cu mult mai mare. Determinarea acestei valori este posibilă prin analiza datelor puse la dispoziţie şi a testelor făcute pe compresoare. Pentru aceasta, este însă necesar ca toate datele avute la dispoziţie să fie clare, furnizate pe baze identice şi să includă toate pierderile apărute pe compresor. În privinţa consumului specific de energie, aceasta înseamnă că trebuie luate în considerare atât debitul de aer comprimat produs cât şi datele corectate cu pierderi la consumul de energie. Aceasta este prevăzută de către standardul ISO 1217, deci este indicat să se ceară de la producător datele calculate conform acestui standard. Unele standarde naţionale dau de altfel
63
5.2. Calitatea aerului comprimat produs de compresoare
Dacă vrem să alegem un compresor care să producă aer comprimat ce corespunde cerinţelor calitative prezentate în capitolul 3.2.4., trebuie ales tipul de compresor care să corespundă cel mai bine acestora. În timpul alegerii se pune deseori întrebarea: să fie ales un compresor cu sau fără lubrifiere cu ulei pentru satisfacerea aceloraşi necesităţi cantitative. În ceea ce urmează se găsesc câteva aspecte care ne pot ajuta în găsirea răspunsului.
Avantajul de netăgăduit al compresoarelor fără ulei este că aerul comprimat produs de către acestea nu se impurifică cu ulei în camera de compresie. Pe lângă aceasta, nu este de neglijat nici avantajul că reţeaua nu se impurifică cu ulei şi prin aceasta dispare pericolul unei eventuale incendieri a reţelei.
Din punctul de vedere al calităţii, sunt mai avantajoase compresoarele fără ulei. Ele garantează întotdeauna o calitate stabilă, uniformă a aerului comprimat, pe care compresoarele cu lubrifiere cu ulei nu o pot garanta nici cu cele mai moderne sisteme de filtrare.
Avantajul compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este faptul că, pentru aceeaşi putere, preţul lor este cu mult mai scăzut decât al celor fără ulei. Din punct de vedere al consumului de energie, este decisiv faptul că consumul specific de energie al compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este de obicei mai scăzut decât al celor fără ulei (fig.31).
Un alt avantaj al compresoarelor cu lubrifiere cu ulei este şi faptul că costurile legate de funcţionarea şi întreţinerea lor sunt mai scăzute decât în cazul compresoarelor fără ulei.
Dar, dacă luăm în considerare preţul filtrelor necesare asigurării calităţii aerului comprimat în cazul compresoarelor lubrifiate cu ulei, acesta echilibrează în mod semnificativ balanţa comparativă dintre cele două tipuri de compresoare. Iar necesarul de întreţinere a filtrelor compensează partea mai mică rămasă din diferenţa de preţ.
Nu se poate da un răspuns clar, dacă pentru asigurarea unei cerinţe anume este nevoie de un compresor cu lubrifiere cu ulei sau unul fără ulei. Tocmai de aceea ca şi în toate cazurile în care este vorba de răspunsul la o întrebare legată de rentabilitatea sistemului de aer comprimat răspunsul la întrebare trebuie dat prin analiza cerinţelor concrete şi cu ajutorul calculelor de rentabilitate.
5.3 Factori care influenţează consumul de energie al compresoarelor
Dacă datele cantitative, de presiune şi calitate dorite pentru
62
1 - prin strangulare2 - mers în gol - mers în sarcină 3 - în cazul reglării turaţiei 4 - reglare ideală
P1 -puterea preluată la cuplajQ - puterea necesară
Figura 33. Caracteristicile reglărilor
În astfel de cazuri este corespunzătoare aşa numita reglare cu mers în gol mers în sarcină (figura 33.2.). Aceasta este o reglare în două puncte la care compresorul ori produce cantitatea totală de aer comprimat ori nu produce deloc aer comprimat
Mersul în gol la compresoarele de mică capacitate înseamnă oprirea motorului, deci puterea nnecesară la mersul în gol este zero. În cazul compresoarelor mai mari, cu ocazia mersului în gol, compresorul funcţionează în continuare fără sarcină, puterea necesară pentru mersul în gol fiind e aproximativ 16-18% din cea necesară pentru mersul în sarcină.
O a treia posibilitate a reglării o constituie reglarea prin strangulare (figura 33.3.). Din punct de vedere energetic aceasta este cea mai dezavantajoasă, deoarece consumul de energie este cel mai mare dintre toate.
În afară de cele enumerate mai există câteva modalităţi de comandă răspândite în tehnica compresorului ca reglarea giraţiei, reglare by-pass, reglare cantitativă încorporată, etc., dar utilizarea acestora în tehnica aerului comprimat nu este prea frecventă.
Printre factorii care influenţează alegerea compresorului pe primul loc trebuie situate aspectele energetice, deoarece cheltuielile de energie
65
posibilitatea de a trece cu vederea anumite tipuri de pierderi ceea ce poate însemna în ultimă instanţă o eroare chiar de până la 25%.
Problema legată direct de construcţie este cea referitoare la numărul de trepte prin care aerul ajunge la presiunea de refulare. Aşa cum se vede şi în figura 32 consumul specific de energie al compresorului creşte direct proporţional cu presiunea de refulare. Faţă de starea izotermă ideală (figura 32.C.), energia necesară pentru comprimarea în două trepte (figura 32.B.) este mai mică decât cea cu o treaptă (figura 32.A.). În cazul unei presiuni de refulare de 7 bar, economisirea de energie la compresia în două trepte este de 14% faţă de cea cu o treaptă.
Tot de problema construcţiei ţine şi reglarea turaţiei, care are un efect important asupra consumului specific de energie al compresorului. Din punct de vedere energetic, reglarea turaţiei este cea mai avantajoasă (figura 33.3). Această reglare fiind deosebit de scumpă nu se poate extinde pe scară largă. La ora actuală se fabrică doar compresoare mobile cu reglare de turaţie propulsate de motor diesel în serie. Dar, la un compresor ales corespunzător nici nu este nevoie de regulator de turaţie pentru că în mare parte acesta trebuie să funcţioneze în sarcină completă.
În cazul compresiei C izotermeB cu două trepte A cu o treaptă
(raport de presiune P2/P1)
Figura 32. Formarea consumului specific de energie
64
1 - prin strangulare2 - mers în gol - mers în sarcină 3 - în cazul reglării turaţiei 4 - reglare ideală
P1 -puterea preluată la cuplajQ - puterea necesară
Figura 33. Caracteristicile reglărilor
În astfel de cazuri este corespunzătoare aşa numita reglare cu mers în gol mers în sarcină (figura 33.2.). Aceasta este o reglare în două puncte la care compresorul ori produce cantitatea totală de aer comprimat ori nu produce deloc aer comprimat
Mersul în gol la compresoarele de mică capacitate înseamnă oprirea motorului, deci puterea nnecesară la mersul în gol este zero. În cazul compresoarelor mai mari, cu ocazia mersului în gol, compresorul funcţionează în continuare fără sarcină, puterea necesară pentru mersul în gol fiind e aproximativ 16-18% din cea necesară pentru mersul în sarcină.
O a treia posibilitate a reglării o constituie reglarea prin strangulare (figura 33.3.). Din punct de vedere energetic aceasta este cea mai dezavantajoasă, deoarece consumul de energie este cel mai mare dintre toate.
În afară de cele enumerate mai există câteva modalităţi de comandă răspândite în tehnica compresorului ca reglarea giraţiei, reglare by-pass, reglare cantitativă încorporată, etc., dar utilizarea acestora în tehnica aerului comprimat nu este prea frecventă.
Printre factorii care influenţează alegerea compresorului pe primul loc trebuie situate aspectele energetice, deoarece cheltuielile de energie
65
posibilitatea de a trece cu vederea anumite tipuri de pierderi ceea ce poate însemna în ultimă instanţă o eroare chiar de până la 25%.
Problema legată direct de construcţie este cea referitoare la numărul de trepte prin care aerul ajunge la presiunea de refulare. Aşa cum se vede şi în figura 32 consumul specific de energie al compresorului creşte direct proporţional cu presiunea de refulare. Faţă de starea izotermă ideală (figura 32.C.), energia necesară pentru comprimarea în două trepte (figura 32.B.) este mai mică decât cea cu o treaptă (figura 32.A.). În cazul unei presiuni de refulare de 7 bar, economisirea de energie la compresia în două trepte este de 14% faţă de cea cu o treaptă.
Tot de problema construcţiei ţine şi reglarea turaţiei, care are un efect important asupra consumului specific de energie al compresorului. Din punct de vedere energetic, reglarea turaţiei este cea mai avantajoasă (figura 33.3). Această reglare fiind deosebit de scumpă nu se poate extinde pe scară largă. La ora actuală se fabrică doar compresoare mobile cu reglare de turaţie propulsate de motor diesel în serie. Dar, la un compresor ales corespunzător nici nu este nevoie de regulator de turaţie pentru că în mare parte acesta trebuie să funcţioneze în sarcină completă.
În cazul compresiei C izotermeB cu două trepte A cu o treaptă
(raport de presiune P2/P1)
Figura 32. Formarea consumului specific de energie
64
maximă, , rezervă de 100 %
4. Trei compresoare, fiecare cu debit de 30 m³/minschimbul I: două compresore exploatate la capacitate maximă, siguranţă totală.schimbul II: un compresor exploatat la capacitate maximă,
şi un compresor exploatat la 30% din capacitate, siguranţă totalăschimbul III: un compresor exploatat aproape la capacitatea maximă, siguranţă totală.
Din cele de mai sus rezultă clar că, din punctul de vedere al consumului de energie şi al siguranţei de funcţionare, varianta a patra este cea mai convenabilă.
5.5. Staţie de compresoare centralizată sau descentralizată?La realizarea reţelelor de interior, pe lângă instalarea conductelor, o
problemă importantă o constituie şi locul de instalare a compresorului. De multă vreme, problema poziţionării compresorului reprezintă o temă de discuţie foarte dezbătută. Punctele de vedere plasează compresorul fie central, în sala de maşini, fie descentralizat, lângă consumatorii de aer comprimat. Dacă s-a ales numărul corespunzător de compresoare, locul instalării lor se poate stabili doar pe baza calculelor de rentabilitate. Trebuie să luăm în calcul toţi factorii legaţi de cheltuielile de energie, de agentul de răcire, de întreţinere şi service, de instalare, de natura pierderilor etc.
Există argumente pro şi contra ambelor modalităţii de instalare, prezentate în cele ce urmează:
INSTALARE CENTRALIZATĂ AVANTAJE DEZAVANTAJE
- funcţionare rentabilă cucompresoare de mare capacitate
- conducte lungi de distribuire
- este nevoie de rezervă puţină - scădere mai mare de presiune - cerinţe mai mici de întreţinere şi service
- staţie de compresoare sistematică - posibilităţi de reutilizare a reziduurilor de căldură
- localizarea zgomotului.
67
pentru un compresor de aer reprezintă 75% din cheltuielile totale în primii 10 ani.
Dacă aspectele energetice au fost clarificate, analizând ce tip de compresor trebuie ales, tot mai rămân probleme nerezolvate ca de ex.: cu câte compresoare să fie asigurată cantitatea necesară, ce rezerve trebuie create, să se instaleze o staţie de compresoare centralizată sau descentralizată .
5.4. Alegerea numărului de compresoareNu există o soluţie general valabilă pentru această problemă. În
ceea ce urmează este prezentat un exemplu de raţionament pentru stabilirea numărului de compresoare.
Într-o uzină care funcţionează în trei schimburi există un necesar de aer comprimat de:
60 m³/min pentru schimbul I40 m³/min pentru schimbul II:25 m³/min pentru schimbul III
Pentru satisfacerea acestor cerinţe se au în vedere patru soluţii:1. Un compresor cu un debit de 60 m³/min.
schimbul I: compresor exploatat la capacitatea maximă, fără rezervăschimbul II: compresor prost utilizat, fără rezervăschimbul III: compresorul funcţionează la 40% din capacitate , rentabilitate foarte scăzută
2. Două compresoare, amândouă cu debit de 60 m³/min.schimbul I: un compresor exploatat la capacitate maximă, al doilea asigurând o rezervă de 100%.schimbul II: compresoare prost exploatate, rezervă nejustificat de mare.schimbul III: un compresor funcţionează la 40% din capacitate, rentabilitate deosebit de scăzută, rezervă nejustificat de mare.
3. Două compresoare, amândouă cu debit de 30 m³/min.schimbul I: două compresoare exploatate la capacitate maximă, fără rezervă schimbul II: un compresor exploatat la capacitate maximă, al doilea compresor exploatat la 30% din capacitate, rezervă parţialăschimbul III: un compresor exploatat aproape la capacitate
66
maximă, , rezervă de 100 %
4. Trei compresoare, fiecare cu debit de 30 m³/minschimbul I: două compresore exploatate la capacitate maximă, siguranţă totală.schimbul II: un compresor exploatat la capacitate maximă,
şi un compresor exploatat la 30% din capacitate, siguranţă totalăschimbul III: un compresor exploatat aproape la capacitatea maximă, siguranţă totală.
Din cele de mai sus rezultă clar că, din punctul de vedere al consumului de energie şi al siguranţei de funcţionare, varianta a patra este cea mai convenabilă.
5.5. Staţie de compresoare centralizată sau descentralizată?La realizarea reţelelor de interior, pe lângă instalarea conductelor, o
problemă importantă o constituie şi locul de instalare a compresorului. De multă vreme, problema poziţionării compresorului reprezintă o temă de discuţie foarte dezbătută. Punctele de vedere plasează compresorul fie central, în sala de maşini, fie descentralizat, lângă consumatorii de aer comprimat. Dacă s-a ales numărul corespunzător de compresoare, locul instalării lor se poate stabili doar pe baza calculelor de rentabilitate. Trebuie să luăm în calcul toţi factorii legaţi de cheltuielile de energie, de agentul de răcire, de întreţinere şi service, de instalare, de natura pierderilor etc.
Există argumente pro şi contra ambelor modalităţii de instalare, prezentate în cele ce urmează:
INSTALARE CENTRALIZATĂ AVANTAJE DEZAVANTAJE
- funcţionare rentabilă cucompresoare de mare capacitate
- conducte lungi de distribuire
- este nevoie de rezervă puţină - scădere mai mare de presiune - cerinţe mai mici de întreţinere şi service
- staţie de compresoare sistematică - posibilităţi de reutilizare a reziduurilor de căldură
- localizarea zgomotului.
67
pentru un compresor de aer reprezintă 75% din cheltuielile totale în primii 10 ani.
Dacă aspectele energetice au fost clarificate, analizând ce tip de compresor trebuie ales, tot mai rămân probleme nerezolvate ca de ex.: cu câte compresoare să fie asigurată cantitatea necesară, ce rezerve trebuie create, să se instaleze o staţie de compresoare centralizată sau descentralizată .
5.4. Alegerea numărului de compresoareNu există o soluţie general valabilă pentru această problemă. În
ceea ce urmează este prezentat un exemplu de raţionament pentru stabilirea numărului de compresoare.
Într-o uzină care funcţionează în trei schimburi există un necesar de aer comprimat de:
60 m³/min pentru schimbul I40 m³/min pentru schimbul II:25 m³/min pentru schimbul III
Pentru satisfacerea acestor cerinţe se au în vedere patru soluţii:1. Un compresor cu un debit de 60 m³/min.
schimbul I: compresor exploatat la capacitatea maximă, fără rezervăschimbul II: compresor prost utilizat, fără rezervăschimbul III: compresorul funcţionează la 40% din capacitate , rentabilitate foarte scăzută
2. Două compresoare, amândouă cu debit de 60 m³/min.schimbul I: un compresor exploatat la capacitate maximă, al doilea asigurând o rezervă de 100%.schimbul II: compresoare prost exploatate, rezervă nejustificat de mare.schimbul III: un compresor funcţionează la 40% din capacitate, rentabilitate deosebit de scăzută, rezervă nejustificat de mare.
3. Două compresoare, amândouă cu debit de 30 m³/min.schimbul I: două compresoare exploatate la capacitate maximă, fără rezervă schimbul II: un compresor exploatat la capacitate maximă, al doilea compresor exploatat la 30% din capacitate, rezervă parţialăschimbul III: un compresor exploatat aproape la capacitate
66
CAPITOLUL VI. REVALORIFICAREA CĂLDURII REZIDUALE
Într-o reţea de aer comprimat realizată în mod optim, preluarea energiei de către compresoare, conform cunoştinţelor noastre de până acum, nu se poate reduce mai mult. Deci, fiind indispensabilă producţiei, trebuie să ţinem cont de aceasta. Însă, în timpul producerii aerului comprimat, se formează o cantitate mare de căldură, pe care utilizatorii au tratat-o ca pe nişte reziduuri şi pe care au eliberat-o în aer prin postrăcitoare respectiv turnuri de răcire. Însă specialiştii, având conştiinţă energetică ridicată, nu pot privi cu nepăsare o astfel de risipă de energie şi, dacă se apucă de refolosirea căldurii reziduale obţin chiar două rezultate:
- îmbunătăţirea randamentul energetic de altfel destul de scăzut al sistemului de aer comprimat,
- un alt purtător de energie poate fi eliberat, respectiv cantitatea utilizată poate fi redusă.
6.1. Teoria revalorificării căldurii rezidualeEnergia folosită pe parcursul comprimării duce la creşterea
energiei interne a aerului şi, prin aceasta, a temperaturii acestuia. Valoarea creşterii energiei interne este egală cu diferenţa dintre energiile introduse şi evacuate. Numai în cazuri ideale, în aşa numitele compresii izotermice, se poate realiza ca aerul să fie comprimat fără creşterea temperaturii, caz în care în timpul comprimării la temperatură constantă, energia introdusă şi evacuată sunt egale în orice moment. În cazul compresiei izotermice, creşterea presiunii s-a produs fără utilizarea energiei, pentru că energia introdusă a şi fost eliminată. În practică, compresia izotermică nu se poate realiza, dar din punctul de vedere al balanţei energetice, apare o situaţie identică atunci când aerul comprimat iese din compresor la aceeaşi temperatură cu cea de aspiraţie. În acest caz, energia preluată este identică cu energia eliminată, ceea ce poate fi realizat fără probleme prin utilizarea corespunzătoare de postrăcire de mare randament.
Afirmaţia că aerul comprimat poate fi produs fără utilizarea energiei poate părea la început contradictorie. Dar când, în timpul expansiunii, aerul comprimat lucrează, el se răceşte iar energia necesară o ia din mediul înconjurător. Prin aceasta primul principiu al termodinamicii nu este încălcat.
Din ideea anterioară se poate deduce că, în cazul postrăcirii corespunzătoare, energia necesară comprimării este disponibilă în răcitor ca şi căldura ce poate fi reutilizată în întregime.
69
INSTALARE DESCENTRALIZATĂ AVANTAJE DEZAVANTAJE
- pot fi asigurate mai multe nivele de presiune
- compresoare mici
- conducte scurte de aer comprimat
- randament mai scăzut
- satisfacerea mai bună a consumatorilor locali
- este nevoie de mai multe compresoare de rezervă
- staţie de compresoare sistematică - cheltuieli mai ridicate de întreţinere şi service
- posibilităţi de reutilizare a reziduurilor de căldură
- localizarea zgomotului.
Cu aceasta am trecut prin discutarea tuturor aspectelor care influenţează consumul de energie necesar producerii aerului comprimat. Dacă compresorul se alege ţinând cont de toate acestea, putem fi siguri că vom realiza un sistem rentabil de aer comprimat pentru că
compresorul bine ales = deservire rentabilă cu aer comprimat.
68
CAPITOLUL VI. REVALORIFICAREA CĂLDURII REZIDUALE
Într-o reţea de aer comprimat realizată în mod optim, preluarea energiei de către compresoare, conform cunoştinţelor noastre de până acum, nu se poate reduce mai mult. Deci, fiind indispensabilă producţiei, trebuie să ţinem cont de aceasta. Însă, în timpul producerii aerului comprimat, se formează o cantitate mare de căldură, pe care utilizatorii au tratat-o ca pe nişte reziduuri şi pe care au eliberat-o în aer prin postrăcitoare respectiv turnuri de răcire. Însă specialiştii, având conştiinţă energetică ridicată, nu pot privi cu nepăsare o astfel de risipă de energie şi, dacă se apucă de refolosirea căldurii reziduale obţin chiar două rezultate:
- îmbunătăţirea randamentul energetic de altfel destul de scăzut al sistemului de aer comprimat,
- un alt purtător de energie poate fi eliberat, respectiv cantitatea utilizată poate fi redusă.
6.1. Teoria revalorificării căldurii rezidualeEnergia folosită pe parcursul comprimării duce la creşterea
energiei interne a aerului şi, prin aceasta, a temperaturii acestuia. Valoarea creşterii energiei interne este egală cu diferenţa dintre energiile introduse şi evacuate. Numai în cazuri ideale, în aşa numitele compresii izotermice, se poate realiza ca aerul să fie comprimat fără creşterea temperaturii, caz în care în timpul comprimării la temperatură constantă, energia introdusă şi evacuată sunt egale în orice moment. În cazul compresiei izotermice, creşterea presiunii s-a produs fără utilizarea energiei, pentru că energia introdusă a şi fost eliminată. În practică, compresia izotermică nu se poate realiza, dar din punctul de vedere al balanţei energetice, apare o situaţie identică atunci când aerul comprimat iese din compresor la aceeaşi temperatură cu cea de aspiraţie. În acest caz, energia preluată este identică cu energia eliminată, ceea ce poate fi realizat fără probleme prin utilizarea corespunzătoare de postrăcire de mare randament.
Afirmaţia că aerul comprimat poate fi produs fără utilizarea energiei poate părea la început contradictorie. Dar când, în timpul expansiunii, aerul comprimat lucrează, el se răceşte iar energia necesară o ia din mediul înconjurător. Prin aceasta primul principiu al termodinamicii nu este încălcat.
Din ideea anterioară se poate deduce că, în cazul postrăcirii corespunzătoare, energia necesară comprimării este disponibilă în răcitor ca şi căldura ce poate fi reutilizată în întregime.
69
INSTALARE DESCENTRALIZATĂ AVANTAJE DEZAVANTAJE
- pot fi asigurate mai multe nivele de presiune
- compresoare mici
- conducte scurte de aer comprimat
- randament mai scăzut
- satisfacerea mai bună a consumatorilor locali
- este nevoie de mai multe compresoare de rezervă
- staţie de compresoare sistematică - cheltuieli mai ridicate de întreţinere şi service
- posibilităţi de reutilizare a reziduurilor de căldură
- localizarea zgomotului.
Cu aceasta am trecut prin discutarea tuturor aspectelor care influenţează consumul de energie necesar producerii aerului comprimat. Dacă compresorul se alege ţinând cont de toate acestea, putem fi siguri că vom realiza un sistem rentabil de aer comprimat pentru că
compresorul bine ales = deservire rentabilă cu aer comprimat.
68
însă pot fi refolosite 86-94 de procente din căldura reziduală dată de randamentul de 85-93% al motorului.
Din cele de mai sus rezultă că mărimea căldurii date prin radiaţie şi căldura rămasă în aerul comprimat determină ce rămâne pentru reutilizarea căldurii reziduale. Cantitatea de căldură rămasă în aerul comprimat însă este determinată de diferenţa dintre temperatura aerului la ieşirea din răcitor şi cea a aerului aspirat. Se spune în general că o diferenţă de 15 °C corespunde cu o putere a motorului de 5%.
6.3. Pregătirea pentru refolosirea căldurii rezidualeÎn toate uzinele în care se produce apă caldă pentru scop
tehnologic de încălzire şi de utilizare curentă, iar pentru acestea se utilizează purtătoare de energie obişnuite, trebuie să ne ocupăm şi de revalorificarea căldurii reziduale apărute la staţia de compresoare de aer. După posibilităţi trebuie să se facă tot posibilul pentru obţinerea unor economii cât mai mari. Pentru ca un sistem de refolosire a căldurii reziduale să fie bine gândit şi proiectat trebuie analizate neapărat încă din perioada pregătirilor câteva aspecte. Acestea sunt:
-în ce formă este disponibilă căldura reziduală,- în ce cantitate şi la ce temperatură este disponibilă căldura
reziduală,- care este divizarea temporală a producerii căldurii reziduale,- în ce scop poate fi utilizată căldură reziduală,- ce cantitate şi ce fel de purtător de energie poate fi obţinut,- de ce investiţie este nevoie,- care este durata recuperării,- din ce sursă poate fi asigurată căldura în cazul opririi
compresorului.În timpul pregătirii şi proiectării trebuie respectat mereu principiul
de bază al refolosirii căldurii reziduale şi anume acela că sarcina principală a staţiei de compresoare este producerea aerului comprimat, iar refolosirea căldurii reziduale nu trebuie să o influenţeze pe aceasta. Ca urmare a refolosirii căldurii reziduale, debitul, presiunea şi calitatea aerului comprimat nu se poate schimba şi, independent de refolosirea căldurii, producţia aerului comprimat trebuie să funcţioneze tot timpul în siguranţă.
Dacă în timpul proiectării se ţine cont de aceste condiţii, cu un sistem de aer comprimat rentabil şi de încredere se poate realiza o refolosire a căldurii reziduale de mare rentabilitate.
Modalităţile diferite de refolosire a căldurii reziduale sunt determinate de tipul agentului de răcire. Se pot distinge două feluri de soluţii
71
6.2. Balanţa termică a compresoruluiCăldura ce apare în timpul comprimării nu apare doar în răcitorul
intermediar şi în postrăcitor. Prin corpul său, compresorul o emană către mediul înconjurător şi, din cauza temperaturii aerului comprimat mai ridicată cu câteva grade în general, diferită de temperatura de aspiraţie, rămâne şi în aer. Distribuirea cantităţii de căldură diferă în general de la construcţia unui compresor la alta, dar se poate spune cu aproximaţie că 84-90% din energia preluată de cuplaj apare în schimbătoarele de căldură şi aceasta este acea cantitate de căldură care este disponibilă pentru refolosirea căldurii reziduale.
Trebuie avută în vedere balanţa termică în cazul diferitelor compresoare, în primul rând în cazul unui compresor cu piston cu răcire cu apă în două trepte (ex. TKV). Prin întreaga cantitate de energie preluată de către compresor se înţelege cantitatea preluată de către cuplaj.
Răcitor intermediar 40%Postrăcitor 44%Răcirea cilindrului 8%Căldură radiantă 2%Rămâne în aerul comprimat 6% Total pe compresor: 100%
Dacă se analizează compresoarele cu şurub, ele trebuie să fie separate în funcţie de cele două variante de bază, balanţa termică a compresorului fără ulei şi cea a compresorului cu injecţie cu ulei.
Fără ulei Cu injecţie cu ulei Răcitor intermediar 45% - Postrăcitor 38% 15% Răcitor de ulei 7% 75% Răcire în trepte 5% 5% Căldură radiantă 2% 2% Rămâne în aerul comprimat 3% 3% Total pe compresor 100% 100%
Pe lângă faptul că în cursul comprimării se analizează direct împărţirea căldurii apărute în compresor, nu este permis să se uite nici de motorul de acţionare. În funcţie de randamentul motoarelor se produc aici încă 7-15% căldură, care se adună la căldura reziduală produsă în compresor şi astfel în multe cazuri puterea motorului poate fi valorificată 100%. În general
70
însă pot fi refolosite 86-94 de procente din căldura reziduală dată de randamentul de 85-93% al motorului.
Din cele de mai sus rezultă că mărimea căldurii date prin radiaţie şi căldura rămasă în aerul comprimat determină ce rămâne pentru reutilizarea căldurii reziduale. Cantitatea de căldură rămasă în aerul comprimat însă este determinată de diferenţa dintre temperatura aerului la ieşirea din răcitor şi cea a aerului aspirat. Se spune în general că o diferenţă de 15 °C corespunde cu o putere a motorului de 5%.
6.3. Pregătirea pentru refolosirea căldurii rezidualeÎn toate uzinele în care se produce apă caldă pentru scop
tehnologic de încălzire şi de utilizare curentă, iar pentru acestea se utilizează purtătoare de energie obişnuite, trebuie să ne ocupăm şi de revalorificarea căldurii reziduale apărute la staţia de compresoare de aer. După posibilităţi trebuie să se facă tot posibilul pentru obţinerea unor economii cât mai mari. Pentru ca un sistem de refolosire a căldurii reziduale să fie bine gândit şi proiectat trebuie analizate neapărat încă din perioada pregătirilor câteva aspecte. Acestea sunt:
-în ce formă este disponibilă căldura reziduală,- în ce cantitate şi la ce temperatură este disponibilă căldura
reziduală,- care este divizarea temporală a producerii căldurii reziduale,- în ce scop poate fi utilizată căldură reziduală,- ce cantitate şi ce fel de purtător de energie poate fi obţinut,- de ce investiţie este nevoie,- care este durata recuperării,- din ce sursă poate fi asigurată căldura în cazul opririi
compresorului.În timpul pregătirii şi proiectării trebuie respectat mereu principiul
de bază al refolosirii căldurii reziduale şi anume acela că sarcina principală a staţiei de compresoare este producerea aerului comprimat, iar refolosirea căldurii reziduale nu trebuie să o influenţeze pe aceasta. Ca urmare a refolosirii căldurii reziduale, debitul, presiunea şi calitatea aerului comprimat nu se poate schimba şi, independent de refolosirea căldurii, producţia aerului comprimat trebuie să funcţioneze tot timpul în siguranţă.
Dacă în timpul proiectării se ţine cont de aceste condiţii, cu un sistem de aer comprimat rentabil şi de încredere se poate realiza o refolosire a căldurii reziduale de mare rentabilitate.
Modalităţile diferite de refolosire a căldurii reziduale sunt determinate de tipul agentului de răcire. Se pot distinge două feluri de soluţii
71
6.2. Balanţa termică a compresoruluiCăldura ce apare în timpul comprimării nu apare doar în răcitorul
intermediar şi în postrăcitor. Prin corpul său, compresorul o emană către mediul înconjurător şi, din cauza temperaturii aerului comprimat mai ridicată cu câteva grade în general, diferită de temperatura de aspiraţie, rămâne şi în aer. Distribuirea cantităţii de căldură diferă în general de la construcţia unui compresor la alta, dar se poate spune cu aproximaţie că 84-90% din energia preluată de cuplaj apare în schimbătoarele de căldură şi aceasta este acea cantitate de căldură care este disponibilă pentru refolosirea căldurii reziduale.
Trebuie avută în vedere balanţa termică în cazul diferitelor compresoare, în primul rând în cazul unui compresor cu piston cu răcire cu apă în două trepte (ex. TKV). Prin întreaga cantitate de energie preluată de către compresor se înţelege cantitatea preluată de către cuplaj.
Răcitor intermediar 40%Postrăcitor 44%Răcirea cilindrului 8%Căldură radiantă 2%Rămâne în aerul comprimat 6% Total pe compresor: 100%
Dacă se analizează compresoarele cu şurub, ele trebuie să fie separate în funcţie de cele două variante de bază, balanţa termică a compresorului fără ulei şi cea a compresorului cu injecţie cu ulei.
Fără ulei Cu injecţie cu ulei Răcitor intermediar 45% - Postrăcitor 38% 15% Răcitor de ulei 7% 75% Răcire în trepte 5% 5% Căldură radiantă 2% 2% Rămâne în aerul comprimat 3% 3% Total pe compresor 100% 100%
Pe lângă faptul că în cursul comprimării se analizează direct împărţirea căldurii apărute în compresor, nu este permis să se uite nici de motorul de acţionare. În funcţie de randamentul motoarelor se produc aici încă 7-15% căldură, care se adună la căldura reziduală produsă în compresor şi astfel în multe cazuri puterea motorului poate fi valorificată 100%. În general
70
F i g u r a 3 4 . R e f o l o s i r e a reziduurilor de căldură la compresoarele cu piston, cu răcire cu aer
Aerproaspăt
Termostat Termostat
Compresor ALMIG
Ventilator
Oblon reglat
Figura 35. Reutilizarea pentru încălzire a aerului de răcire al compresorului cu şurub în sistem ALMIG
În figura 35 se prezintă o soluţie cu ceva mai complicată. Aici se utilizează pentru încălzirea unei hale căldura aflată în aerul de răcire al unui compresor modern in sistem ALMIG. Deoarece în hale mai mari aerul este distribuit în conducte lungi, imediat după compresor s-a plasat un ventilator auxiliar, care poate să trimite aerul în 3 direcţii:
- retur, în camera maşinilor, pentru încălzire, - către locurile de revalorificare a căldurii, tot pentru încălzire, şi- toată cantitatea - printr-un coş în aer liber.
73
de bază, şi anume refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu apă şi la cele cu răcire cu aer. Odată cu dezvoltarea tehnicii apar sisteme din ce în ce mai noi şi mai moderne. Acestea combină răcirea cu apă şi cu aer, adică din căldura aflată în agentul de răcire numai o parte anume se foloseşte pentru a obţine unele avantaje.
6.4. Refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu aer
La acele compresoare de aer la care căldura reziduală se găseşte în aerul de răcire, trebuie clarificate câteva întrebări pentru ca să se poată începe refolosirea acesteia. În primul rând, cunoscând temperatura aerului de răcire care iese din schimbătoarele de căldură, trebuie căutate în uzină acele locuri în care se poate refolosi aerul cu o asemenea temperatură. Identificându-le pe acestea, trebuie văzut cum se raportează unul la celălalt, adică trebuie să se stabilească timpul necesar revalorificării căldurii şi timpul de funcţionare în sarcină a compresorului. Aici nu trebuie scăpat din vedere faptul că un randament de 100% la un compresor se obţine doar atunci când funcţionează complet în sarcină. Din punctul de vedere al utilizării căldurii, doar acest lucru contează ca şi “valoare” a timpului de funcţionare. Dacă cerinţele şi posibilităţile sunt în acord, putem să ne ocupăm cu transportul aerului de la compresor la consumator. Cel mai simplu şi cel mai convenabil din punctul de vedere al costurilor este când se poate rezolva problema prin construirea unei conducte de aer. Pentru asta e nevoie ca locul reutilizării să se afle relativ aproape. În acest caz şi ventilatorul propriu al schimbătorului de aer este suficient ca să ducă aerul în spaţiul dorit. Dacă aerul trebuie dus la o distanţă mai mare şi din cauza conductei lungi de aer surplusul de rezistenţă ajunsă la ventilatoare este mai mare de 10 mbari, este indicat să se utilizeze ventilatoare auxiliare.
Ar putea fi de ajutor în refolosirea reziduurilor de căldură ale compresorului cu răcire cu aer prezentarea câtorva domenii posibile de utilizare şi a câtorva exemple. Aerul încălzit poate fi refolosit pentru:
- încălzirea simplă a sălilor prin suflarea directă a aerului cald, - încălzirea combinată a sălilor cu aerul cald încălzind agentul de
încălzire,- în cazane, ca aer cald de ardere şi- încălzirea camerelor de uscare .
În figura 34. se poate vedea o soluţie foarte simplă. Căldura reziduală apărută în răcitorul intermediar şi în postrăcitorul compresorului cu piston se foloseşte la încălzirea spaţiului de lângă staţia de compresoare.
72
F i g u r a 3 4 . R e f o l o s i r e a reziduurilor de căldură la compresoarele cu piston, cu răcire cu aer
Aerproaspăt
Termostat Termostat
Compresor ALMIG
Ventilator
Oblon reglat
Figura 35. Reutilizarea pentru încălzire a aerului de răcire al compresorului cu şurub în sistem ALMIG
În figura 35 se prezintă o soluţie cu ceva mai complicată. Aici se utilizează pentru încălzirea unei hale căldura aflată în aerul de răcire al unui compresor modern in sistem ALMIG. Deoarece în hale mai mari aerul este distribuit în conducte lungi, imediat după compresor s-a plasat un ventilator auxiliar, care poate să trimite aerul în 3 direcţii:
- retur, în camera maşinilor, pentru încălzire, - către locurile de revalorificare a căldurii, tot pentru încălzire, şi- toată cantitatea - printr-un coş în aer liber.
73
de bază, şi anume refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu apă şi la cele cu răcire cu aer. Odată cu dezvoltarea tehnicii apar sisteme din ce în ce mai noi şi mai moderne. Acestea combină răcirea cu apă şi cu aer, adică din căldura aflată în agentul de răcire numai o parte anume se foloseşte pentru a obţine unele avantaje.
6.4. Refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu aer
La acele compresoare de aer la care căldura reziduală se găseşte în aerul de răcire, trebuie clarificate câteva întrebări pentru ca să se poată începe refolosirea acesteia. În primul rând, cunoscând temperatura aerului de răcire care iese din schimbătoarele de căldură, trebuie căutate în uzină acele locuri în care se poate refolosi aerul cu o asemenea temperatură. Identificându-le pe acestea, trebuie văzut cum se raportează unul la celălalt, adică trebuie să se stabilească timpul necesar revalorificării căldurii şi timpul de funcţionare în sarcină a compresorului. Aici nu trebuie scăpat din vedere faptul că un randament de 100% la un compresor se obţine doar atunci când funcţionează complet în sarcină. Din punctul de vedere al utilizării căldurii, doar acest lucru contează ca şi “valoare” a timpului de funcţionare. Dacă cerinţele şi posibilităţile sunt în acord, putem să ne ocupăm cu transportul aerului de la compresor la consumator. Cel mai simplu şi cel mai convenabil din punctul de vedere al costurilor este când se poate rezolva problema prin construirea unei conducte de aer. Pentru asta e nevoie ca locul reutilizării să se afle relativ aproape. În acest caz şi ventilatorul propriu al schimbătorului de aer este suficient ca să ducă aerul în spaţiul dorit. Dacă aerul trebuie dus la o distanţă mai mare şi din cauza conductei lungi de aer surplusul de rezistenţă ajunsă la ventilatoare este mai mare de 10 mbari, este indicat să se utilizeze ventilatoare auxiliare.
Ar putea fi de ajutor în refolosirea reziduurilor de căldură ale compresorului cu răcire cu aer prezentarea câtorva domenii posibile de utilizare şi a câtorva exemple. Aerul încălzit poate fi refolosit pentru:
- încălzirea simplă a sălilor prin suflarea directă a aerului cald, - încălzirea combinată a sălilor cu aerul cald încălzind agentul de
încălzire,- în cazane, ca aer cald de ardere şi- încălzirea camerelor de uscare .
În figura 34. se poate vedea o soluţie foarte simplă. Căldura reziduală apărută în răcitorul intermediar şi în postrăcitorul compresorului cu piston se foloseşte la încălzirea spaţiului de lângă staţia de compresoare.
72
1 - prima treaptă 5 - răcitor ulei2 - răcitor intermediar 7 - răcitor de purjare3 - a doua treaptă 8 - răcitorul de regenerare a uscătorului4 - postrăcitor MD-5 uscător aer
Figura 36. Cuplarea postrăcitorului şi uscătorului de aer pentru refolosirea reziduurilor de căldură în compresorul cu şurub în două
trepte, cu răcire cu apă
compresor cu răcire cu apă cu circuit de răcire transformat
bloc de revalorificare acăldurii
Sistem de răcire secundar
Utilizatori
ex.: pentru turnulde răcire
Figura 37. Racordul sistemului de revalorificare a căldurii rezidualede temperatură ridicată
Figura 36. arată cuplarea la apă a postrăcitorului şi uscătorului de aer la un compresor cu temperatură ridicată transformat pentru refolosirea căldurii reziduale. Apa de răcire trece prin 7 schimbătoare de căldură diferite, în timp ce se încălzeşte de la temperatura de intrare de 25°C la 90°C.
75
Această ultimă soluţie nu trebuie scăpată din vedere. În caz de refolosire în scop de încălzire, vara, respectiv în zilele calde, nu este nevoie de căldură.
Toate soluţiile prezentate până acum duc, în final, la economisirea energiei, cărbune sau ulei, mai rar energie electrică, atât pentru utilizator cât şi pentru ţară. Pentru a ne forma o idee despre ordinea valorică sunt prezentate câteva date valorice ale energiei recuperabile din compresoarele cu răcire cu aer. (La calcularea datelor s-a utilizat funcţionarea sub sarcină timp de 3000 ore/an şi o putere calorică de 6800 kWh/litru combustibil lichid, luând astfel în considerare şi pierderile la încălzire).
Putere compresor Valoarea economisirii posibile l/sec kW/utilizabil kWh/an combustibil l/an 43,3 19,8 59.400 8.730 81,7 35,8 107.400 15.780
122,0 54,3 162.900 23.970 350,0 142,0 726.000 62.700
Din aceste date rezultă că refolosirea căldurii reziduale aplicată şi la compresoarele cu putere mai mică poate duce la economisirea zecilor de mii de litri de combustibil lichid pentru încălzire, deci trebuie şi merită preocupare deosebită.
6.5. Refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu apă
În acest caz condiţiile refolosirii căldurii reziduale sunt mult mai favorabile. Apa caldă poate fi dusă uşor şi ieftin către locurile de utilizare îndepărtate, ceea ce face posibilă o exploatare mai bună. Constituie o problemă serioasă faptul că apa este la dispoziţie la o temperatură mică în general. În marea majoritate constituie o problemă utilizarea apei calde de 40-50 °C iar de utilizarea pompelor de căldură pentru creşterea temperaturii nici nu poate fi vorba din motive economice.
Producătorii de compresoare au introdus deci în ultimii ani sisteme noi în utilizarea cărora din compresor se poate obţine apă caldă de 95-100 °C. Esenţa refolosirii reziduurilor de căldură, aşa numita “temperatură ridicată”, este că prin circuitul de răcire modificat al compresorului se permite trecerea unei cantităţi mai mici de apă care astfel se încălzeşte mai bine. De modificarea circuitului de răcire este nevoie tocmai pentru ca temperatura ridicată să nu influenţeze funcţionarea compresorului, respectiv calitatea aerului comprimat.
74
1 - prima treaptă 5 - răcitor ulei2 - răcitor intermediar 7 - răcitor de purjare3 - a doua treaptă 8 - răcitorul de regenerare a uscătorului4 - postrăcitor MD-5 uscător aer
Figura 36. Cuplarea postrăcitorului şi uscătorului de aer pentru refolosirea reziduurilor de căldură în compresorul cu şurub în două
trepte, cu răcire cu apă
compresor cu răcire cu apă cu circuit de răcire transformat
bloc de revalorificare acăldurii
Sistem de răcire secundar
Utilizatori
ex.: pentru turnulde răcire
Figura 37. Racordul sistemului de revalorificare a căldurii rezidualede temperatură ridicată
Figura 36. arată cuplarea la apă a postrăcitorului şi uscătorului de aer la un compresor cu temperatură ridicată transformat pentru refolosirea căldurii reziduale. Apa de răcire trece prin 7 schimbătoare de căldură diferite, în timp ce se încălzeşte de la temperatura de intrare de 25°C la 90°C.
75
Această ultimă soluţie nu trebuie scăpată din vedere. În caz de refolosire în scop de încălzire, vara, respectiv în zilele calde, nu este nevoie de căldură.
Toate soluţiile prezentate până acum duc, în final, la economisirea energiei, cărbune sau ulei, mai rar energie electrică, atât pentru utilizator cât şi pentru ţară. Pentru a ne forma o idee despre ordinea valorică sunt prezentate câteva date valorice ale energiei recuperabile din compresoarele cu răcire cu aer. (La calcularea datelor s-a utilizat funcţionarea sub sarcină timp de 3000 ore/an şi o putere calorică de 6800 kWh/litru combustibil lichid, luând astfel în considerare şi pierderile la încălzire).
Putere compresor Valoarea economisirii posibile l/sec kW/utilizabil kWh/an combustibil l/an 43,3 19,8 59.400 8.730 81,7 35,8 107.400 15.780
122,0 54,3 162.900 23.970 350,0 142,0 726.000 62.700
Din aceste date rezultă că refolosirea căldurii reziduale aplicată şi la compresoarele cu putere mai mică poate duce la economisirea zecilor de mii de litri de combustibil lichid pentru încălzire, deci trebuie şi merită preocupare deosebită.
6.5. Refolosirea căldurii reziduale la compresoarele cu răcire cu apă
În acest caz condiţiile refolosirii căldurii reziduale sunt mult mai favorabile. Apa caldă poate fi dusă uşor şi ieftin către locurile de utilizare îndepărtate, ceea ce face posibilă o exploatare mai bună. Constituie o problemă serioasă faptul că apa este la dispoziţie la o temperatură mică în general. În marea majoritate constituie o problemă utilizarea apei calde de 40-50 °C iar de utilizarea pompelor de căldură pentru creşterea temperaturii nici nu poate fi vorba din motive economice.
Producătorii de compresoare au introdus deci în ultimii ani sisteme noi în utilizarea cărora din compresor se poate obţine apă caldă de 95-100 °C. Esenţa refolosirii reziduurilor de căldură, aşa numita “temperatură ridicată”, este că prin circuitul de răcire modificat al compresorului se permite trecerea unei cantităţi mai mici de apă care astfel se încălzeşte mai bine. De modificarea circuitului de răcire este nevoie tocmai pentru ca temperatura ridicată să nu influenţeze funcţionarea compresorului, respectiv calitatea aerului comprimat.
74
- încălzire,- apă caldă menajeră,- preîncălzirea apei de alimentare a cazanelor, respectiv direct,- apă caldă industrială.În ceea ce urmează se prezintă numai printr-un singur exemplu
multipla varietate a refolosirii căldurii reziduale. Sistemul din figura 40 se găseşte într-o uzină de mase plastice în care tehnologia necesită apă caldă la diferite temperaturi. Compresorul emană prin radiaţie, din puterea de 198 kW, 12 kW la staţia de compresoare, iar restul de 186 kW rămâne în aerul comprimat. Apa încălzită la 95°C, trecând prin trei schimbătoare de căldură, se răceşte până la temperatura necesară intrării în compresor, şi dacă nici din cauza schimbării prizei de apă caldă apa nu se răceşte atunci un al patrulea schimbător de căldură va asigura preluarea întregii cantităţi de căldură.
Acest sistem realizează în perioadele în care e nevoie de încălzire o re-folosire de 100% a căldurii reziduale deoarece suma energiilor furnizate pentru încălzire şi pentru producerea apei calde în staţia de compresoare corespunde cu cea pe care motorul compresorului o preia sub sarcina maximă.
În ceea ce urmează se pot vedea câteva date despre cantităţile de energie produse cu compresoarele cu răcire de aer. Valorile sunt date pentru o funcţionare în sarcină de 600 h/an şi o valoare de încălzire de 6800 kWh/litru ulei astfel încât căldura refolosibilă este calculată pentru 81% din puterea motorului.
Puterea compresorului Valoarea posibilă a economisirii l/s kW (utilizabilă) kWh/an litru ulei/an
161 51 360.000 45.000 380 110 660.000 97.000 763 207 1.242.000 182.600
1.327 358 2.148.000 315.900 2.358 648 3.888.000 571.700 3.859 1.035 6.210.000 913.200
Se remarcă foarte clar cantitatea uriaşă de energie ce se poate recupera şi reutiliza din compresoarele cu răcire cu apă, de mare capacitate în general, ce funcţionează tot anul. Dacă aceasta se înmulţeşte cu numărul de ~ 8000 buc. compresoare cu debit mai mare de 10 m³/min. în economie se poate vedea importanţa energetică a refolosirii căldurii.
77
Figura 38. Sistem de pregătire a apei calde menajere ALMIG
Schimbătoarele de căldură trebuie apărate de efectele dăunătoare ale încălzirii la o temperatură înaltă. De aceea, circuitul apei de răcire a compresorului se închide şi în acest circuit se introduce apă de alimentare pretratată, ca pentru cazane. Apa astfel încălzită transmite căldura prin schimbătoarele de căldură sistemului de refolosire a căldurii. Prin inserarea unui al doilea schimbător de căldură racordat la turnul de răcire, la bazinul de răcire etc. se asigură răcirea chiar şi atunci când pe partea utilizatorilor nu este priză. În figura 38 se vede schema de cuplare teoretică a unui sistem convenabil de refolosire completă a căldurii reziduale de temperatură ridicată.
Această soluţie de racordare poate fi utilizată în aceeaşi măsură la compresoarele cu şurub fără ulei, cât şi la compresoarele cu piston cu lubrifiere cu ulei, ca şi la cele de tip TKV, destul de răspândite. Dar la compresoarele TKV trebuie să se ţină cont de faptul că în interesul funcţionării în siguranţă a compresorului la refolosirea căldurii trebuie excluse toate sursele de căldură, cu excepţia postrăcitorului. Specialiştii lucrează deja la soluţii care să facă posibilă refolosirea completă a căldurii reziduale ale compresoarelor TKV. În figura 39. se poate vedea schiţa de racordare a unui sistem de refolosire a căldurii reziduale, care utilizează acum numai postrăcitoarele, pentru patru compresoare TKV.
Posibilităţile de refolosire a căldurii reziduale din apă au o arie mult mai largă decât cele ale aerului, pentru că apa poate fi utilizată pentru:
76
- încălzire,- apă caldă menajeră,- preîncălzirea apei de alimentare a cazanelor, respectiv direct,- apă caldă industrială.În ceea ce urmează se prezintă numai printr-un singur exemplu
multipla varietate a refolosirii căldurii reziduale. Sistemul din figura 40 se găseşte într-o uzină de mase plastice în care tehnologia necesită apă caldă la diferite temperaturi. Compresorul emană prin radiaţie, din puterea de 198 kW, 12 kW la staţia de compresoare, iar restul de 186 kW rămâne în aerul comprimat. Apa încălzită la 95°C, trecând prin trei schimbătoare de căldură, se răceşte până la temperatura necesară intrării în compresor, şi dacă nici din cauza schimbării prizei de apă caldă apa nu se răceşte atunci un al patrulea schimbător de căldură va asigura preluarea întregii cantităţi de căldură.
Acest sistem realizează în perioadele în care e nevoie de încălzire o re-folosire de 100% a căldurii reziduale deoarece suma energiilor furnizate pentru încălzire şi pentru producerea apei calde în staţia de compresoare corespunde cu cea pe care motorul compresorului o preia sub sarcina maximă.
În ceea ce urmează se pot vedea câteva date despre cantităţile de energie produse cu compresoarele cu răcire de aer. Valorile sunt date pentru o funcţionare în sarcină de 600 h/an şi o valoare de încălzire de 6800 kWh/litru ulei astfel încât căldura refolosibilă este calculată pentru 81% din puterea motorului.
Puterea compresorului Valoarea posibilă a economisirii l/s kW (utilizabilă) kWh/an litru ulei/an
161 51 360.000 45.000 380 110 660.000 97.000 763 207 1.242.000 182.600
1.327 358 2.148.000 315.900 2.358 648 3.888.000 571.700 3.859 1.035 6.210.000 913.200
Se remarcă foarte clar cantitatea uriaşă de energie ce se poate recupera şi reutiliza din compresoarele cu răcire cu apă, de mare capacitate în general, ce funcţionează tot anul. Dacă aceasta se înmulţeşte cu numărul de ~ 8000 buc. compresoare cu debit mai mare de 10 m³/min. în economie se poate vedea importanţa energetică a refolosirii căldurii.
77
Figura 38. Sistem de pregătire a apei calde menajere ALMIG
Schimbătoarele de căldură trebuie apărate de efectele dăunătoare ale încălzirii la o temperatură înaltă. De aceea, circuitul apei de răcire a compresorului se închide şi în acest circuit se introduce apă de alimentare pretratată, ca pentru cazane. Apa astfel încălzită transmite căldura prin schimbătoarele de căldură sistemului de refolosire a căldurii. Prin inserarea unui al doilea schimbător de căldură racordat la turnul de răcire, la bazinul de răcire etc. se asigură răcirea chiar şi atunci când pe partea utilizatorilor nu este priză. În figura 38 se vede schema de cuplare teoretică a unui sistem convenabil de refolosire completă a căldurii reziduale de temperatură ridicată.
Această soluţie de racordare poate fi utilizată în aceeaşi măsură la compresoarele cu şurub fără ulei, cât şi la compresoarele cu piston cu lubrifiere cu ulei, ca şi la cele de tip TKV, destul de răspândite. Dar la compresoarele TKV trebuie să se ţină cont de faptul că în interesul funcţionării în siguranţă a compresorului la refolosirea căldurii trebuie excluse toate sursele de căldură, cu excepţia postrăcitorului. Specialiştii lucrează deja la soluţii care să facă posibilă refolosirea completă a căldurii reziduale ale compresoarelor TKV. În figura 39. se poate vedea schiţa de racordare a unui sistem de refolosire a căldurii reziduale, care utilizează acum numai postrăcitoarele, pentru patru compresoare TKV.
Posibilităţile de refolosire a căldurii reziduale din apă au o arie mult mai largă decât cele ale aerului, pentru că apa poate fi utilizată pentru:
76
BALA
NŢA
DE
ENER
GIE
Toat
ă e
nerg
ia p
relu
ată
198
kW3
Aer c
ompr
imat
pro
dus
5
84 l/
s =
35 m
/min
.Că
ldur
ă re
zidu
ală
refo
losi
tă
1
86 kW
Ener
gie
tran
smis
ă pr
in ra
diaţ
ii 1
2 kW
Tota
l19
8 kW
Turn
ul d
e ră
cire
Bazi
n de
răci
re
Cant
itate
a de
căl
dură
refo
losi
tă
3Ae
r com
prim
at p
rodu
s la
7 b
ari:3
5m/m
in
Figura 40. Sistem de refolosire a căldurii reziduale în trei trepte într-o uzină de mase plastice
79
în rezervorul de apă caldă
din rezervorul de apă caldă
Termoreg -M
Termoreg -M
în reţea
UH
I. Postrăcitorul actual al compresoarelor TKV
UH
II. Postrăcitor instalat din nou
Figura 39. Refolosirea căldurii la compresoarele TKV
Termoreg -M
la turnul de răcire
de la turnul de răcire
de la compresoare de aer
78
BALA
NŢA
DE
ENER
GIE
Toat
ă e
nerg
ia p
relu
ată
198
kW3
Aer c
ompr
imat
pro
dus
5
84 l/
s =
35 m
/min
.Că
ldur
ă re
zidu
ală
refo
losi
tă
1
86 kW
Ener
gie
tran
smis
ă pr
in ra
diaţ
ii 1
2 kW
Tota
l19
8 kW
Turn
ul d
e ră
cire
Bazi
n de
răci
re
Cant
itate
a de
căl
dură
refo
losi
tă
3Ae
r com
prim
at p
rodu
s la
7 b
ari:3
5m/m
in
Figura 40. Sistem de refolosire a căldurii reziduale în trei trepte într-o uzină de mase plastice
79
în rezervorul de apă caldă
din rezervorul de apă caldă
Termoreg -M
Termoreg -M
în reţea
UH
I. Postrăcitorul actual al compresoarelor TKV
UH
II. Postrăcitor instalat din nou
Figura 39. Refolosirea căldurii la compresoarele TKV
Termoreg -M
la turnul de răcire
de la turnul de răcire
de la compresoare de aer
78
Com
pres
or
Filtr
u de
ule
i
T1.:t
empe
ratu
ră m
ax. a
ule
iulu
i
T2
.: te
mpe
ratu
ră m
in. a
ule
iulu
i
apă
aer
com
prim
at
ule
iC
onduct
ăse
mnaliz
are
ap
ă d
e c
ondens
cupla
re m
eca
nic
ă
Sepa
rato
rde
ule
iSe
para
tor d
e pi
cătu
ri
Figura 41. Cuplajul teoretic a unui sistem de refolosire a căldurii reziduale la compresoarele elicoidale cu injecţie cu ulei
81
Desigur, proiectarea unui sistem de refolosire a căldurii reziduale nu este simplă la compresoarele cu răcire cu apă, spre deosebire de cele cu răcire cu aer. Asigurarea funcţionării compresorului, neschimbarea calităţii aerului în ciuda temperaturii ridicate, asigurarea răcirii fără refolosirea căldurii, asigurarea căldurii la nefuncţionarea compresorului constituie probleme a căror rezolvare trebuie încredinţată specialiştilor. Din fericire, la ora actuală se produc deja blocuri de recuperare a căldurii necesare instalării sistemului de refolosire a căldurii reziduale pe scară largă, aşa că astfel de investiţii pot fi realizate simplu şi rapid.
6.6. Sisteme combinate de revalorificare a căldurii rezidualeDin punctul de vedere uzinal, instalarea şi utilizarea compresoarelor
cu răcire cu aer este cea mai favorabilă. Însă din punctul de vedere al folosirii căldurii, crearea celor cu răcire cu apă asigură o exploatare mai eficientă. Pentru rezolvarea acestei contradicţii există azi sisteme combinate de revalorificare a căldurii reziduale care unesc avantajele funcţionării datorate utilizării răcirii cu aer şi a celor energetice rezultate din răcirea cu apă.
Una din variantele combinate reprezentată în figura 41, este utilizabilă la compresoarele cu şurub cu injecţie cu ulei. Esenţa soluţiei este faptul că acest compresor este instalat cu postrăcitor cu aer şi răcitor cu ulei şi numai căldura existentă în ulei este folosită pentru producerea apei calde. Pe baza datelor de la capitolul 6.2. aceasta reprezintă 75% din energia preluată de la cuplaj. Înainte de răcirea cu aer, o parte din ulei trece printr-un răcitor de ulei cu apă producând astfel apă caldă de 75-80°C. Temperatura uleiului este controlată de către o supapă termostatică. Cu cât scade priza pe partea utilizatorilor şi creşte temperatura, cu atât creşte cantitatea de ulei ce ajunge în răcitorul cu aer răcindu-se acolo.
Dacă căldura produsă în schimbătorul de căldură cu aer se utilizează pentru încălzirea staţiei de compresoare, de exemplu, se poate realiza iarna o refolosire de 100% a căldurii reziduale.
80
Com
pres
or
Filtr
u de
ule
i
T1.:t
empe
ratu
ră m
ax. a
ule
iulu
i
T2
.: te
mpe
ratu
ră m
in. a
ule
iulu
i
apă
aer
com
prim
at
ule
iC
onduct
ăse
mnaliz
are
ap
ă d
e c
ondens
cupla
re m
eca
nic
ă
Sepa
rato
rde
ule
iSe
para
tor d
e pi
cătu
ri
Figura 41. Cuplajul teoretic a unui sistem de refolosire a căldurii reziduale la compresoarele elicoidale cu injecţie cu ulei
81
Desigur, proiectarea unui sistem de refolosire a căldurii reziduale nu este simplă la compresoarele cu răcire cu apă, spre deosebire de cele cu răcire cu aer. Asigurarea funcţionării compresorului, neschimbarea calităţii aerului în ciuda temperaturii ridicate, asigurarea răcirii fără refolosirea căldurii, asigurarea căldurii la nefuncţionarea compresorului constituie probleme a căror rezolvare trebuie încredinţată specialiştilor. Din fericire, la ora actuală se produc deja blocuri de recuperare a căldurii necesare instalării sistemului de refolosire a căldurii reziduale pe scară largă, aşa că astfel de investiţii pot fi realizate simplu şi rapid.
6.6. Sisteme combinate de revalorificare a căldurii rezidualeDin punctul de vedere uzinal, instalarea şi utilizarea compresoarelor
cu răcire cu aer este cea mai favorabilă. Însă din punctul de vedere al folosirii căldurii, crearea celor cu răcire cu apă asigură o exploatare mai eficientă. Pentru rezolvarea acestei contradicţii există azi sisteme combinate de revalorificare a căldurii reziduale care unesc avantajele funcţionării datorate utilizării răcirii cu aer şi a celor energetice rezultate din răcirea cu apă.
Una din variantele combinate reprezentată în figura 41, este utilizabilă la compresoarele cu şurub cu injecţie cu ulei. Esenţa soluţiei este faptul că acest compresor este instalat cu postrăcitor cu aer şi răcitor cu ulei şi numai căldura existentă în ulei este folosită pentru producerea apei calde. Pe baza datelor de la capitolul 6.2. aceasta reprezintă 75% din energia preluată de la cuplaj. Înainte de răcirea cu aer, o parte din ulei trece printr-un răcitor de ulei cu apă producând astfel apă caldă de 75-80°C. Temperatura uleiului este controlată de către o supapă termostatică. Cu cât scade priza pe partea utilizatorilor şi creşte temperatura, cu atât creşte cantitatea de ulei ce ajunge în răcitorul cu aer răcindu-se acolo.
Dacă căldura produsă în schimbătorul de căldură cu aer se utilizează pentru încălzirea staţiei de compresoare, de exemplu, se poate realiza iarna o refolosire de 100% a căldurii reziduale.
80
blocului de reutilizare a căldurii. De aici aerul ajunge din nou în compresor şi circulă mai departe pe drumul stabilit iniţial. În figura 43. se prezintă modul de cuplare al sistemului. Temperatura aerului comprimat care circulă prin compresor este controlată de ventilatoarele dirijate de către temperatura răcitorului intermediar şi postrăcitorului, adică îl răcesc la valoarea dorită, chiar şi atunci când nu există sau există doar parţial refolosirea căldurii. Realizarea blocului de căldură este simplă deoarece nu este nevoie de un sistem de apă, de un circuit secundar de răcire nici de schimbătoarele de căldură legate de acesta.
6.7. Câteva idei despre economia de energieGrija faţă de energie este azi nu numai o obligaţie morală ci şi una
economică. Iar recuperarea şi revalorificarea căldurii reprezintă cele mai bune posibilităţi pentru exploatarea raţională a resurselor de energie avute la dispoziţie şi datorită acestora să nu fim obligaţi să renunţăm la pretenţiile noastre îndreptăţite.
Investiţia în revalorificarea căldurii reziduale costă mulţi bani, ceea ce poate constitui o problemă chiar şi atunci când recuperarea investiţiei se face într-o perioadă aproximativă de 1-2 ani. Se vede foarte clar ce costă mai mult, risipa mare de energie sau investiţiile de raţionalizare a energiei. Tocmai de aceea reutilizarea căldurii reziduale se poate obţine numai cu o muncă bine gândită şi planificată pe termen lung.
Garanţia realizării sale însă este formarea unei conştiinţe energetice noi, care apreciază investiţia nu după cheltuielile de achiziţie ci în primul rând după indicatorii consumului de energie. Numai aceasta poate duce la realizarea scopului, respectiv la economisirea energiei naţionale.
83
Figura 42. Un compresor cu şurub ALMIG LENTO pregătit pentru revalorificarea căldurii reziduale (cu schimbător de ulei apă de uz curent)
Răcitoarele de ulei cu răcire cu apă şi schimbătoarele de căldură apă-apă necesare pentru realizarea unui circuit de apă închis pot fii incluse într-un bloc de reutilizare a căldurii reziduale pregătit în acest scop. Acesta trebuie aşezat lângă compresor. În figura 42. se poate vedea un compresor elicoidal tip ALMIG LENTO în care un schimbător de căldură ulei apă, incorporat, se ocupă de prepararea apei calde de uz curent.
O altă variantă a sistemelor combinate de refolosire a căldurii reziduale este aplicabil la compresoarele cu răcire cu aer, în primul rând în cazul compresoarelor cu şurub fără ulei. Esenţa soluţiei este că pe compresor înainte de răcitor se instalează o ieşire pentru aerul comprimat iar aerul fierbinte este dirijat către schimbătoarele de căldură cu răcire cu apă ale
82
blocului de reutilizare a căldurii. De aici aerul ajunge din nou în compresor şi circulă mai departe pe drumul stabilit iniţial. În figura 43. se prezintă modul de cuplare al sistemului. Temperatura aerului comprimat care circulă prin compresor este controlată de ventilatoarele dirijate de către temperatura răcitorului intermediar şi postrăcitorului, adică îl răcesc la valoarea dorită, chiar şi atunci când nu există sau există doar parţial refolosirea căldurii. Realizarea blocului de căldură este simplă deoarece nu este nevoie de un sistem de apă, de un circuit secundar de răcire nici de schimbătoarele de căldură legate de acesta.
6.7. Câteva idei despre economia de energieGrija faţă de energie este azi nu numai o obligaţie morală ci şi una
economică. Iar recuperarea şi revalorificarea căldurii reprezintă cele mai bune posibilităţi pentru exploatarea raţională a resurselor de energie avute la dispoziţie şi datorită acestora să nu fim obligaţi să renunţăm la pretenţiile noastre îndreptăţite.
Investiţia în revalorificarea căldurii reziduale costă mulţi bani, ceea ce poate constitui o problemă chiar şi atunci când recuperarea investiţiei se face într-o perioadă aproximativă de 1-2 ani. Se vede foarte clar ce costă mai mult, risipa mare de energie sau investiţiile de raţionalizare a energiei. Tocmai de aceea reutilizarea căldurii reziduale se poate obţine numai cu o muncă bine gândită şi planificată pe termen lung.
Garanţia realizării sale însă este formarea unei conştiinţe energetice noi, care apreciază investiţia nu după cheltuielile de achiziţie ci în primul rând după indicatorii consumului de energie. Numai aceasta poate duce la realizarea scopului, respectiv la economisirea energiei naţionale.
83
Figura 42. Un compresor cu şurub ALMIG LENTO pregătit pentru revalorificarea căldurii reziduale (cu schimbător de ulei apă de uz curent)
Răcitoarele de ulei cu răcire cu apă şi schimbătoarele de căldură apă-apă necesare pentru realizarea unui circuit de apă închis pot fii incluse într-un bloc de reutilizare a căldurii reziduale pregătit în acest scop. Acesta trebuie aşezat lângă compresor. În figura 42. se poate vedea un compresor elicoidal tip ALMIG LENTO în care un schimbător de căldură ulei apă, incorporat, se ocupă de prepararea apei calde de uz curent.
O altă variantă a sistemelor combinate de refolosire a căldurii reziduale este aplicabil la compresoarele cu răcire cu aer, în primul rând în cazul compresoarelor cu şurub fără ulei. Esenţa soluţiei este că pe compresor înainte de răcitor se instalează o ieşire pentru aerul comprimat iar aerul fierbinte este dirijat către schimbătoarele de căldură cu răcire cu apă ale
82
cerealelor, dar şi la fabricare nutreţurilor pentru animale. Fertilizarea cu o mare varietate de materiale, are ca mijloc de transport al acestora transportul pneumatic. Un lung şir de produse alimentare, de la făină la zahăr, ceai şi cafea, sunt transportate pneumatic în numeroase procese de fabricaţie, printre care şi laboratoarele de cofetărie.
În minerit sau în cariere, cărbunele sau minereul sunt transportate pneumatic. Cărbunele pulverizat este introdus în arzătoarele centralelor termice.
În industria chimică, materialele transportate sunt soda, polietilena, PVC şi polipropilena într-o mare varietate de forme, de la pulbere la paleţi.
Nisipul folosit în turnătorii şi fabrici de sticlă, cimentul, alumina, dar şi alte materiale sunt transportate pneumatic cu tonele într-un mare număr de aplicaţii industriale.
Modul de transport depinde în primul rând de natura materialului transportat. Funcţie de aceasta, materialul poate fi transportat continuu prin conductele de transport sau în şarje de mărimi diferite. La cantităţi mici de material transportat acesta este împins de către un tampon de aer, iar la cantităţi mari materialul este transportat : fie în fază diluată,în suspensie în aerul cu mare viteză din conducte,fie în faza densă cu viteză mică, sub formă de tampoane de materie împinse de tampoane de aer.
Aproape orice material poate fi transportat în fază diluată, în curgere, în suspensie prin conducte, indiferent de mărimea particulelor, formă şi densitate.
Particule de material sunt aspirate sau suflate de către curenţii de aer prin conductă cu o viteză relativ mare, viteză asigurată cu consum mare de energie. Contactul dintre particule şi pereţi are ca efect spargerea particulelor şi erodarea conductei.
În fază densă se disting două tipuri de curgere. Un mod este de pat fluidizat când materialul curge în strat continuu sau pulsator în lungul conductei. Un alt mod este sub formă de tampoane de material care umplu secţiunea conductei separate şi împinse de goluri de aer. Faza densă mai este numită şi curgere nesuspendată.
Curgerea materialului în pat fluidizat presupune bune caracteristici de reţinere a aerului de către material,cum ar fi pulberile fine cu mărimi ale particulei de 40-70 µm.
Transportul în tampoane de material este posibil la materiale cu o bună permeabilitate a aerului, astfel ca acesta să treacă uşor printre particule, fiind recomandat la transportul materialelor paletizate şi a seminţelor cu mărimea uniformă a particulelor.
85
CAPITOLUL VII. TRANSPORTUL PNEUMATIC
7.1. Parametrii transportului pneumatic
Transportul pneumatic este un mod simplu şi foarte convenabil de a transporta materiale sub formă de pulberi sau granule. Sistemul presupune o sursă de gaz comprimat, de obicei aer, un alimentator de material, conducta de transport şi un buncăr de descărcare a materialului din gazul de transport.
Sistemul este în întregime închis, dar dacă este necesar, sistemul poate funcţiona astfel încât părţile în mişcare să nu vină în contact cu materialul transportat. Materialul poate fi transportat în sisteme cu înaltă sau joasă presiune, sau în întregime cu vacuum. Pentru materiale puternic higroscopice se poate folosi aer uscat, iar pentru materiale explozive, pot fi folosite gaze inerte precum azotul. În particular, materialul poate fi livrat în recipiente sub presiune.
În varianta de sistem de transport şi cu echipamentul adecvat, materialele pot fi transportate de la alimentator sau din siloz într-o altă locaţie aflată la o oarecare distanţă. Punctele de alimentare, cât şi cele de descărcare pot fi alese cu o mare flexibilitate. La sistemele cu vacuum materialele transportate pot fi separate prin introducerea în partea superioară a buncărelor deschise, astfel încât devin ideale din punct de vedere al desprăfuirii gazului de transport.
Conductele de transport pot fi orizontale, dar la fel de bine pot fi verticale, ascendente sau descendente şi cu ramificaţii pe sensul de scurgere. Transportul pneumatic pe verticală nu pune cu mult mai multe probleme decât cel pe orizontală, fluxul de material transportat poate fi monitorizat foarte uşor şi multe sisteme de transport sunt complet automatizate.
Sistemul de transport pneumatic este versatil, o largă gamă de materiale putând fi transportate ermetic şi în deplină siguranţă. Sistemul pneumatic ocupă o suprafaţă mică, iar conductele lui pot fi plasate pe pereţii halelor, pe acoperiş sau îngropate. Ramificaţiile conductelor oferă flexibilitate sistemului dar pe de altă parte măresc rezistenţa la curgere şi degradează materialul transportat,dacă acesta este fragil sau erodează materialul conductei, dacă materialul transportat este abraziv.
O gamă foarte largă de material sub formă de pulberi sau granule şi un mare număr de aplicaţii industriale folosesc acest procedeu de transport şi stocare. Astfel, câteva dintre aceste aplicaţii sunt în agricultură, minerit, chimie, farmacie, vopsele şi metalurgie.
În agricultură, transportul pneumatic este folosit la recoltarea
84
cerealelor, dar şi la fabricare nutreţurilor pentru animale. Fertilizarea cu o mare varietate de materiale, are ca mijloc de transport al acestora transportul pneumatic. Un lung şir de produse alimentare, de la făină la zahăr, ceai şi cafea, sunt transportate pneumatic în numeroase procese de fabricaţie, printre care şi laboratoarele de cofetărie.
În minerit sau în cariere, cărbunele sau minereul sunt transportate pneumatic. Cărbunele pulverizat este introdus în arzătoarele centralelor termice.
În industria chimică, materialele transportate sunt soda, polietilena, PVC şi polipropilena într-o mare varietate de forme, de la pulbere la paleţi.
Nisipul folosit în turnătorii şi fabrici de sticlă, cimentul, alumina, dar şi alte materiale sunt transportate pneumatic cu tonele într-un mare număr de aplicaţii industriale.
Modul de transport depinde în primul rând de natura materialului transportat. Funcţie de aceasta, materialul poate fi transportat continuu prin conductele de transport sau în şarje de mărimi diferite. La cantităţi mici de material transportat acesta este împins de către un tampon de aer, iar la cantităţi mari materialul este transportat : fie în fază diluată,în suspensie în aerul cu mare viteză din conducte,fie în faza densă cu viteză mică, sub formă de tampoane de materie împinse de tampoane de aer.
Aproape orice material poate fi transportat în fază diluată, în curgere, în suspensie prin conducte, indiferent de mărimea particulelor, formă şi densitate.
Particule de material sunt aspirate sau suflate de către curenţii de aer prin conductă cu o viteză relativ mare, viteză asigurată cu consum mare de energie. Contactul dintre particule şi pereţi are ca efect spargerea particulelor şi erodarea conductei.
În fază densă se disting două tipuri de curgere. Un mod este de pat fluidizat când materialul curge în strat continuu sau pulsator în lungul conductei. Un alt mod este sub formă de tampoane de material care umplu secţiunea conductei separate şi împinse de goluri de aer. Faza densă mai este numită şi curgere nesuspendată.
Curgerea materialului în pat fluidizat presupune bune caracteristici de reţinere a aerului de către material,cum ar fi pulberile fine cu mărimi ale particulei de 40-70 µm.
Transportul în tampoane de material este posibil la materiale cu o bună permeabilitate a aerului, astfel ca acesta să treacă uşor printre particule, fiind recomandat la transportul materialelor paletizate şi a seminţelor cu mărimea uniformă a particulelor.
85
CAPITOLUL VII. TRANSPORTUL PNEUMATIC
7.1. Parametrii transportului pneumatic
Transportul pneumatic este un mod simplu şi foarte convenabil de a transporta materiale sub formă de pulberi sau granule. Sistemul presupune o sursă de gaz comprimat, de obicei aer, un alimentator de material, conducta de transport şi un buncăr de descărcare a materialului din gazul de transport.
Sistemul este în întregime închis, dar dacă este necesar, sistemul poate funcţiona astfel încât părţile în mişcare să nu vină în contact cu materialul transportat. Materialul poate fi transportat în sisteme cu înaltă sau joasă presiune, sau în întregime cu vacuum. Pentru materiale puternic higroscopice se poate folosi aer uscat, iar pentru materiale explozive, pot fi folosite gaze inerte precum azotul. În particular, materialul poate fi livrat în recipiente sub presiune.
În varianta de sistem de transport şi cu echipamentul adecvat, materialele pot fi transportate de la alimentator sau din siloz într-o altă locaţie aflată la o oarecare distanţă. Punctele de alimentare, cât şi cele de descărcare pot fi alese cu o mare flexibilitate. La sistemele cu vacuum materialele transportate pot fi separate prin introducerea în partea superioară a buncărelor deschise, astfel încât devin ideale din punct de vedere al desprăfuirii gazului de transport.
Conductele de transport pot fi orizontale, dar la fel de bine pot fi verticale, ascendente sau descendente şi cu ramificaţii pe sensul de scurgere. Transportul pneumatic pe verticală nu pune cu mult mai multe probleme decât cel pe orizontală, fluxul de material transportat poate fi monitorizat foarte uşor şi multe sisteme de transport sunt complet automatizate.
Sistemul de transport pneumatic este versatil, o largă gamă de materiale putând fi transportate ermetic şi în deplină siguranţă. Sistemul pneumatic ocupă o suprafaţă mică, iar conductele lui pot fi plasate pe pereţii halelor, pe acoperiş sau îngropate. Ramificaţiile conductelor oferă flexibilitate sistemului dar pe de altă parte măresc rezistenţa la curgere şi degradează materialul transportat,dacă acesta este fragil sau erodează materialul conductei, dacă materialul transportat este abraziv.
O gamă foarte largă de material sub formă de pulberi sau granule şi un mare număr de aplicaţii industriale folosesc acest procedeu de transport şi stocare. Astfel, câteva dintre aceste aplicaţii sunt în agricultură, minerit, chimie, farmacie, vopsele şi metalurgie.
În agricultură, transportul pneumatic este folosit la recoltarea
84
viteza particulei se apreciază ca fiind sub 80% din cea a aerului, iar în conducta verticală, sub 70%, funcţie şi de mărimea forma şi densitatea particulei.
Aceste valori sunt valabile pentru puncte din reţea care nu sunt în apropierea punctului de alimentare, a ramificaţiilor sau a altor obstacole. De la punctul de alimentare viteza materialului creşte, de la 0 la o valoare de accelerare. Acest proces necesită o distanţă de accelerare dependentă de mărimea, forma şi densitatea particulei.
Viteza de accelerare a particulei este dependentă de diferenţa de presiune de accelerare care trebuie acoperită nu numai în punctul de alimentare, ci şi în ramificaţiile conductei. Viteza particulei la ieşire din ramificaţie poate fi sub cea de la intrare şi de aceea particula trebuie reaccelerată până la viteza de transport. Căderea de presiune datorată reaccelerării este de obicei inclusă în căderea totală de presiune a ramificaţiei.
Coeficientul de încărcare sau densitatea fazei este de obicei un parametru ajutător în aprecierea curgerii. El reprezintă raportul dintre debitul masic de particule transportate si debitul de aer de transport.
a
p
m
m.
.
6.3
=F (1.3)
unde Φ este coeficientul de încărcare (adimensional), m este p
debitul masic de material (tone/h) şi m debitul de aer (kg/s).a
Acest coeficient rămâne constant de-a lungul conductei spre deosebire de viteza aerului şi debitul volumic care se schimbă continuu.
La transportul în faza diluată, acest coeficient este aproximativ 15, putând fi un pic mai mare dacă distanţa este scurtă, dacă căderea de presiune pe conductă este mare sau dacă viteza aerului este mică. Dacă căderea de presiune a aerului este mică, sau dacă conducta este foarte lungă, atunci valoarea coeficientului de încărcare poate fi mult mai mică.
Pentru transportul în pat fluidizat, coeficientul de încărcare trebuie să fie minimum 20 la începutul transportului pentru a se realiza viteza de transport necesară.
Coeficientul de încărcare are de obicei valori peste 100, iar pentru ciment şi cenuşă chiar şi mai mari, în funcţie de tipul curgerii: curgere orizontală sau verticală.
La transportul cu pat fluidizat, cu viteză foarte scăzută este necesară o majorare a coeficientului de încărcare deoarece debitul de aer este direct proporţional cu viteza aerului, iar aceasta apare la numitorul ecuaţiei (1.3).
87
Viteza aerului de transportPentru transportul în fază diluată, trebuie menţinută o viteză relativ
ridicată: de la 12 m/s pentru pulberi fine, la 16 m/s pentru granule fine şi peste 16 m/s pentru particule mari,de mare densitate.
Pentru transportul în fază densă, viteza aerului poate fi sub 3 m/s şi chiar mai mică în unele cazuri particulare.
Aceleaşi valori pot fi considerate şi pentru patul fluidizat în fază densă.
Aerul fiind compresibil, astfel că, pentru materialul transportat în lungul conductei, presiunea scade, iar fluxul volumic creşte.
Starea aerului este dată în ecuaţia:
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp=
(1.1)
(1.2)
unde, P este presiunea absolută a aerului (kN/m2), V este debitul de aer (m3/s), T temperatura (K) , 1 şi 2 fiind puncte diferire în lungul conductei.
Dacă temperatura poate fi considerată constantă în lungul conductei:
p V = p V 1 1 2 2
Astfel, dacă presiunea în punctul de alimentare este 1 bar, la un sistem de transport în suprapresiune şi cu descărcare în buncăr la presiune atmosferică, atunci debitul de aer la ieşire va fi dublu şi de aici rezultă viteza aerului în secţiunea de ieşire. Din acest motiv, viteza aerului la orice diametru al conductei trebuie să fie mai mare decât în punctul de alimentare cu materiale.
În aceste valori ale vitezei aerului nu se ţine cont de prezenţa particulelor, nici chiar pentru faza densă. Cele mai multe date privind valorile vitezei aerului de transport s-au obţinut experimental pe stand sau pe bază de experienţă.
Viteza particuleiÎn transportul în fază diluată, cu particule în suspensie în aer,
mecanismul de transport este cel al dragării. Viteza particulei este sub cea a aerului şi este foarte dificil de apreciat şi mai ales de măsurat. Încă odată, singura referinţă este viteza aerului, aerul de transport: în conducta orizontală,
86
viteza particulei se apreciază ca fiind sub 80% din cea a aerului, iar în conducta verticală, sub 70%, funcţie şi de mărimea forma şi densitatea particulei.
Aceste valori sunt valabile pentru puncte din reţea care nu sunt în apropierea punctului de alimentare, a ramificaţiilor sau a altor obstacole. De la punctul de alimentare viteza materialului creşte, de la 0 la o valoare de accelerare. Acest proces necesită o distanţă de accelerare dependentă de mărimea, forma şi densitatea particulei.
Viteza de accelerare a particulei este dependentă de diferenţa de presiune de accelerare care trebuie acoperită nu numai în punctul de alimentare, ci şi în ramificaţiile conductei. Viteza particulei la ieşire din ramificaţie poate fi sub cea de la intrare şi de aceea particula trebuie reaccelerată până la viteza de transport. Căderea de presiune datorată reaccelerării este de obicei inclusă în căderea totală de presiune a ramificaţiei.
Coeficientul de încărcare sau densitatea fazei este de obicei un parametru ajutător în aprecierea curgerii. El reprezintă raportul dintre debitul masic de particule transportate si debitul de aer de transport.
a
p
m
m.
.
6.3
=F (1.3)
unde Φ este coeficientul de încărcare (adimensional), m este p
debitul masic de material (tone/h) şi m debitul de aer (kg/s).a
Acest coeficient rămâne constant de-a lungul conductei spre deosebire de viteza aerului şi debitul volumic care se schimbă continuu.
La transportul în faza diluată, acest coeficient este aproximativ 15, putând fi un pic mai mare dacă distanţa este scurtă, dacă căderea de presiune pe conductă este mare sau dacă viteza aerului este mică. Dacă căderea de presiune a aerului este mică, sau dacă conducta este foarte lungă, atunci valoarea coeficientului de încărcare poate fi mult mai mică.
Pentru transportul în pat fluidizat, coeficientul de încărcare trebuie să fie minimum 20 la începutul transportului pentru a se realiza viteza de transport necesară.
Coeficientul de încărcare are de obicei valori peste 100, iar pentru ciment şi cenuşă chiar şi mai mari, în funcţie de tipul curgerii: curgere orizontală sau verticală.
La transportul cu pat fluidizat, cu viteză foarte scăzută este necesară o majorare a coeficientului de încărcare deoarece debitul de aer este direct proporţional cu viteza aerului, iar aceasta apare la numitorul ecuaţiei (1.3).
87
Viteza aerului de transportPentru transportul în fază diluată, trebuie menţinută o viteză relativ
ridicată: de la 12 m/s pentru pulberi fine, la 16 m/s pentru granule fine şi peste 16 m/s pentru particule mari,de mare densitate.
Pentru transportul în fază densă, viteza aerului poate fi sub 3 m/s şi chiar mai mică în unele cazuri particulare.
Aceleaşi valori pot fi considerate şi pentru patul fluidizat în fază densă.
Aerul fiind compresibil, astfel că, pentru materialul transportat în lungul conductei, presiunea scade, iar fluxul volumic creşte.
Starea aerului este dată în ecuaţia:
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp=
(1.1)
(1.2)
unde, P este presiunea absolută a aerului (kN/m2), V este debitul de aer (m3/s), T temperatura (K) , 1 şi 2 fiind puncte diferire în lungul conductei.
Dacă temperatura poate fi considerată constantă în lungul conductei:
p V = p V 1 1 2 2
Astfel, dacă presiunea în punctul de alimentare este 1 bar, la un sistem de transport în suprapresiune şi cu descărcare în buncăr la presiune atmosferică, atunci debitul de aer la ieşire va fi dublu şi de aici rezultă viteza aerului în secţiunea de ieşire. Din acest motiv, viteza aerului la orice diametru al conductei trebuie să fie mai mare decât în punctul de alimentare cu materiale.
În aceste valori ale vitezei aerului nu se ţine cont de prezenţa particulelor, nici chiar pentru faza densă. Cele mai multe date privind valorile vitezei aerului de transport s-au obţinut experimental pe stand sau pe bază de experienţă.
Viteza particuleiÎn transportul în fază diluată, cu particule în suspensie în aer,
mecanismul de transport este cel al dragării. Viteza particulei este sub cea a aerului şi este foarte dificil de apreciat şi mai ales de măsurat. Încă odată, singura referinţă este viteza aerului, aerul de transport: în conducta orizontală,
86
relaţiei aproximative:
d
cLp
2r=D (1.4)
unde Δp este căderea de presiune, L, lungimea conductei drepte, densitatea aerului, c este viteza aerului, d, diametrul conductei.
După cum se observă, căderea de presiune se modifică cu pătratul vitezei, de aceea se recomandă o valoare cât mai joasă a vitezei. Din acest motiv se justifică şi pragurile de diametre diferite în conductă.
Transportul pneumatic cu înaltă presiune este avantajos la încărcarea materialelor cum ar fi cărbunele şi piatra de var în recipiente sub presiune, valorile presiunii fiind de aproximativ 20 bar.
Transportul pneumatic la distanţă este folosit, de exemplu, în centralele termoelectrice pentru transportul cenuşii. Cenuşa dintr-o centrală, de 6 grupuri de 210 MW fiecare, din regiunea Ropar India, este transportată pneumatic de la filtrele electrostatice la o distanţă de 2 km în 5 silozuri de stocare din care apoi este folosită la fabricarea cimentului. Transportul se realizează în 2 trepte: prima treaptă de la filtre la 2 silozuri intermediare pe o distanţă de 400 metri, diametrul conductei fiind de 200 mm, iar fluxul de cenuşă transportat de 30 tone/h. În a 2-a treaptă cenuşa este transportată la 1550 metri, cu un debit de 40 tone/h pe o linie. Cenuşa este transportată cu aerul comprimat de către un grup de 4 compresoare (2 active, 2 de rezervă) din fiecare siloz intermediar într-o pereche de câte 3 silozuri. Fiecare
3compresor debitează 72 m /min aer la 4,2 bar suprapresiune. Pentru limitarea vitezei, pragul prevăzut pe conducta de transport în silozurile finale este de la 200 mm la 250-300 mm diametrul.
Transportul pneumatic la înălţime s-a impus ca o soluţie de transport în minerit datorită cheltuielilor scăzute, exploatarii, timpului şi capitalului investit foarte mici comparativ cu alte soluţii. Ca aplicaţie practică, printr-o conductă de 200 mm şi 420 m pe verticală se pot transporta 18,6 tone/h dolomită de 50 mm cu o cădere de presiune de 1,37 bar sau 42 tone/h cărbune uscat cu o cădere de presiune de 1,72 bar, respectiv numai 23 tone/h, cărbune de 25 mm diametrul dar cu mult bitum, la aceeaşi cădere de presiune. Într-o altă aplicaţie din minerit, printr-o conductă de 300 mm diametru, cu 326 m pe verticală şi pe orizontală 100 metri de la punctul de alimentare, respectiv 54 m până la buncărul de descărcare se transportă 66 tone/h cărbune cu granule de 25 mm cu aer cu suprapresiunea 0,75 bar. Debitul de 3.7 m3/s aer insuflat la un bar suprapresiune are un consum de 522 kW la motorul de antrenare al compresorului.
ee r
89
Valorile maxime ale coeficientului de încărcare pentru transportul în fază densă sunt în jur de 30. Dacă materialul transportat are coeficientul de încărcare 10, el poate fi transportat fie în fază diluată, fie în faza densă. Viteza de intrare a aerului în conducta de transport este cea care determină modul de curgere.
Sistemul de transport pneumatic poate fi împărţit în 2 tipuri: convenţional şi modern.
În sistemul convenţional, materialul este încărcat prin punctul de alimentare în conductă şi prin suflare sau aspirare de către aer este transportat spre buncărul de descărcare. Doar materialele cu bune proprietăţi de reţinere sau permeabilitate a aerului pot fi transportate cu viteză mică sau în fază densă cu sisteme de transport convenţionale. Folosirea presiunii înalte nu este sinonimă cu transportul în fază densă. Proprietăţile materialului sunt cele care dictează tipul de transport pneumatic.
Capacitatea de transportAproape orice material poate fi transportat pneumatic, doar
distanţa este cea care limitează practic transportul. Deşi la transportul hidraulic se pot transporta debite de material de
peste 100 tone/h, la peste 100 km, într-o singură treaptă, la transportul pneumatic majoritatea aplicaţiilor sunt sub 1,5 km.
Densitatea apei fiind de aproximativ 800 de ori mai mare decât cea a aerului liber, diferenţa de densitate dintre densitatea materialul transportat şi densitatea apei, respectiv densitatea aerului este considerabil mai mare. Prin urmare, viteza la transportul pneumatic poate fi de 10 ori mai mare decât la transportul hidraulic de materiale în suspensie.
Transportul cu înaltă presiuneCea mai mare problemă la acest tip de transport derivă din ecuaţia
(1.2). Apa fiind incompresibilă, viteza ei se modifică destul de puţin de-a lungul conductei. Apa cu presiunea de 150 bar este frecvent utilizată. Aerul fiind compresibil, foarte puţine sisteme pneumatice funcţionează cu presiunea în jurul a 5 bar la priză şi cu descărcarea materialului la presiune atmosferică (1 bar).
În termeni pneumatici, presiunea înaltă înseamnă tot ce este peste 1 bar la priză, ceea ce echivalează cu dublarea vitezei aerului de transport. Pentru a limita creşterea vitezei de transport în zonele cu presiune ridicată se majorează diametrul conductei.
Pe lângă problemele legate de eroziunea conductei şi degradarea particulelor, viteza are un efect negativ asupra căderii de presiune conform
88
relaţiei aproximative:
d
cLp
2r=D (1.4)
unde Δp este căderea de presiune, L, lungimea conductei drepte, densitatea aerului, c este viteza aerului, d, diametrul conductei.
După cum se observă, căderea de presiune se modifică cu pătratul vitezei, de aceea se recomandă o valoare cât mai joasă a vitezei. Din acest motiv se justifică şi pragurile de diametre diferite în conductă.
Transportul pneumatic cu înaltă presiune este avantajos la încărcarea materialelor cum ar fi cărbunele şi piatra de var în recipiente sub presiune, valorile presiunii fiind de aproximativ 20 bar.
Transportul pneumatic la distanţă este folosit, de exemplu, în centralele termoelectrice pentru transportul cenuşii. Cenuşa dintr-o centrală, de 6 grupuri de 210 MW fiecare, din regiunea Ropar India, este transportată pneumatic de la filtrele electrostatice la o distanţă de 2 km în 5 silozuri de stocare din care apoi este folosită la fabricarea cimentului. Transportul se realizează în 2 trepte: prima treaptă de la filtre la 2 silozuri intermediare pe o distanţă de 400 metri, diametrul conductei fiind de 200 mm, iar fluxul de cenuşă transportat de 30 tone/h. În a 2-a treaptă cenuşa este transportată la 1550 metri, cu un debit de 40 tone/h pe o linie. Cenuşa este transportată cu aerul comprimat de către un grup de 4 compresoare (2 active, 2 de rezervă) din fiecare siloz intermediar într-o pereche de câte 3 silozuri. Fiecare
3compresor debitează 72 m /min aer la 4,2 bar suprapresiune. Pentru limitarea vitezei, pragul prevăzut pe conducta de transport în silozurile finale este de la 200 mm la 250-300 mm diametrul.
Transportul pneumatic la înălţime s-a impus ca o soluţie de transport în minerit datorită cheltuielilor scăzute, exploatarii, timpului şi capitalului investit foarte mici comparativ cu alte soluţii. Ca aplicaţie practică, printr-o conductă de 200 mm şi 420 m pe verticală se pot transporta 18,6 tone/h dolomită de 50 mm cu o cădere de presiune de 1,37 bar sau 42 tone/h cărbune uscat cu o cădere de presiune de 1,72 bar, respectiv numai 23 tone/h, cărbune de 25 mm diametrul dar cu mult bitum, la aceeaşi cădere de presiune. Într-o altă aplicaţie din minerit, printr-o conductă de 300 mm diametru, cu 326 m pe verticală şi pe orizontală 100 metri de la punctul de alimentare, respectiv 54 m până la buncărul de descărcare se transportă 66 tone/h cărbune cu granule de 25 mm cu aer cu suprapresiunea 0,75 bar. Debitul de 3.7 m3/s aer insuflat la un bar suprapresiune are un consum de 522 kW la motorul de antrenare al compresorului.
ee r
89
Valorile maxime ale coeficientului de încărcare pentru transportul în fază densă sunt în jur de 30. Dacă materialul transportat are coeficientul de încărcare 10, el poate fi transportat fie în fază diluată, fie în faza densă. Viteza de intrare a aerului în conducta de transport este cea care determină modul de curgere.
Sistemul de transport pneumatic poate fi împărţit în 2 tipuri: convenţional şi modern.
În sistemul convenţional, materialul este încărcat prin punctul de alimentare în conductă şi prin suflare sau aspirare de către aer este transportat spre buncărul de descărcare. Doar materialele cu bune proprietăţi de reţinere sau permeabilitate a aerului pot fi transportate cu viteză mică sau în fază densă cu sisteme de transport convenţionale. Folosirea presiunii înalte nu este sinonimă cu transportul în fază densă. Proprietăţile materialului sunt cele care dictează tipul de transport pneumatic.
Capacitatea de transportAproape orice material poate fi transportat pneumatic, doar
distanţa este cea care limitează practic transportul. Deşi la transportul hidraulic se pot transporta debite de material de
peste 100 tone/h, la peste 100 km, într-o singură treaptă, la transportul pneumatic majoritatea aplicaţiilor sunt sub 1,5 km.
Densitatea apei fiind de aproximativ 800 de ori mai mare decât cea a aerului liber, diferenţa de densitate dintre densitatea materialul transportat şi densitatea apei, respectiv densitatea aerului este considerabil mai mare. Prin urmare, viteza la transportul pneumatic poate fi de 10 ori mai mare decât la transportul hidraulic de materiale în suspensie.
Transportul cu înaltă presiuneCea mai mare problemă la acest tip de transport derivă din ecuaţia
(1.2). Apa fiind incompresibilă, viteza ei se modifică destul de puţin de-a lungul conductei. Apa cu presiunea de 150 bar este frecvent utilizată. Aerul fiind compresibil, foarte puţine sisteme pneumatice funcţionează cu presiunea în jurul a 5 bar la priză şi cu descărcarea materialului la presiune atmosferică (1 bar).
În termeni pneumatici, presiunea înaltă înseamnă tot ce este peste 1 bar la priză, ceea ce echivalează cu dublarea vitezei aerului de transport. Pentru a limita creşterea vitezei de transport în zonele cu presiune ridicată se majorează diametrul conductei.
Pe lângă problemele legate de eroziunea conductei şi degradarea particulelor, viteza are un efect negativ asupra căderii de presiune conform
88
coeficientului de încărcare este aproximativ 10, ceea ce corespunde transportului în fază diluată. Pentru transportul în fază densă, la această distanţă este nevoie de o presiune mult mai mare.
Figura 43. Gradient de presiune funcţie de Φ
Influenţa materialuluiTrebuie menţionat că materiale diferite au capacităţi diferite de
transport pneumatic, cu valori diferite ale vitezei aerului şi deci a debitului de aer, chiar dacă conducta şi condiţiile de transport sunt aceleaşi. Chiar şi pentru acelaşi tip de material, capacitatea de transport este funcţie de starea acestuia.
Un sistem proiectat pentru un anumit material poate fi total necorespunzător pentru alt material.
7.2. Sisteme de transport pneumaticO largă gamă de aplicaţii industriale folosesc diverse sisteme de
transport pneumatic. Majoritatea sistemelor sunt cu funcţionare continuă în circuit deschis şi în locaţii fixe, dar la fel de bine pot fi sisteme în circuit închis şi cu transport în şarje, mobile.
Funcţie de presiunea de lucru, sistemele pot fi cu suprapresiune, cu presiune negativă sau combinaţie a celor două.
În alegerea sistemului de transport se ţine cont de condiţiile impuse, dar mai ales de caracteristicile materialului transportat. Selecţia sistemului, dintre combinaţiile posibile, este prezentată în figura 44.
91
Transportul pneumatic la adâncime se foloseşte la închiderea minelor cu cenuşă. În minele de aur din Africa de Sud se foloseşte gheaţa pentru răcirea apei la adâncime. Gheaţa este transportată pneumatic din fabrica aflată la suprafaţă, până la o distanţă de 5 km la o adâncime de 2400 m.
Capacitatea de transport a sistemului pneumatic în sensul obţinerii debitul de material transportat necesar, depinde de căderea de presiune de pe linia de transport şi de diametrul conductei. În general presiunea se limitează la aproximativ 5 bar, astfel încât diametrul conductei poate să scadă până la realizarea debitului de material cerut.
În multe cazuri, presiunea este impusă din necesitatea de a folosi un anumit compresor sau ventilator. În cele mai multe cazuri, sarcina de transport a unui debit de materiale poate fi într-o gamă foarte largă de combinaţii cădere de presiune şi diametru al conductei. Foarte rar există o singură soluţie pentru a proiecta un sistem de transport pneumatic. Alegerea soluţiei se face pe considerente de cheltuieli de exploatare şi de capital investit. Numai dacă se cere un debit foarte mare de material transportat, soluţiile se limitează în proiectare.
Influenţa gradientului de presiunePerformanţele sistemului de transport pneumatic sunt semnificativ
influenţate de distanţa de transport. Se presupune că un sistem transportă 100 tone/h la o distanţă de 100 m, cu o cădere de presiune de 2 bar. Dacă distanţa se dublează şi presiunea nu se schimbă, debitul prin conductă scade sub jumătate, la maximum 50 tone/h, rămânând constante diametrul conductei, debitul de aer şi puterea consumată. Înjumătăţindu-se debitul prin conductă la acelaşi debit de aer, materialul solid transportat va fi la jumătate din cel iniţial.
Cu creşterea distanţei de transport, capacitatea de transport de material solid se reduce, deoarece presiunea de intrare a aerului în sistem este limitată. Pentru a ilustra acest efect s-a reprezentat gradientul de presiune funcţie de coeficientul de încărcare Φ,figura 43.
Reprezentarea este doar calitativă, neputând fi folosită pentru orice material sau orice viteză a aerului. Distanţa în metri în acest caz este lungimea echivalentă a conductei la care se va ţine cont de lungimile adiţionale corespunzătoare porţiunilor de conducte verticale şi ramificaţiilor. După cum se vede, pentru un coeficient de încărcare în jur de 100, gradientul de presiune necesar este de 20 mbar/m. Dacă presiunea disponibilă este de 2 bar, valoarea maximă a lungimii echivalente este de 100 m. Dacă lungimea echivalentă a conductei este 1000 m şi 2 bar disponibili pentru transport, cu un gradient de p r e s i u n e d e a p r o x i m a t i v 2 m b a r / m , v a l o a r e a m a x i m ă a
90
coeficientului de încărcare este aproximativ 10, ceea ce corespunde transportului în fază diluată. Pentru transportul în fază densă, la această distanţă este nevoie de o presiune mult mai mare.
Figura 43. Gradient de presiune funcţie de Φ
Influenţa materialuluiTrebuie menţionat că materiale diferite au capacităţi diferite de
transport pneumatic, cu valori diferite ale vitezei aerului şi deci a debitului de aer, chiar dacă conducta şi condiţiile de transport sunt aceleaşi. Chiar şi pentru acelaşi tip de material, capacitatea de transport este funcţie de starea acestuia.
Un sistem proiectat pentru un anumit material poate fi total necorespunzător pentru alt material.
7.2. Sisteme de transport pneumaticO largă gamă de aplicaţii industriale folosesc diverse sisteme de
transport pneumatic. Majoritatea sistemelor sunt cu funcţionare continuă în circuit deschis şi în locaţii fixe, dar la fel de bine pot fi sisteme în circuit închis şi cu transport în şarje, mobile.
Funcţie de presiunea de lucru, sistemele pot fi cu suprapresiune, cu presiune negativă sau combinaţie a celor două.
În alegerea sistemului de transport se ţine cont de condiţiile impuse, dar mai ales de caracteristicile materialului transportat. Selecţia sistemului, dintre combinaţiile posibile, este prezentată în figura 44.
91
Transportul pneumatic la adâncime se foloseşte la închiderea minelor cu cenuşă. În minele de aur din Africa de Sud se foloseşte gheaţa pentru răcirea apei la adâncime. Gheaţa este transportată pneumatic din fabrica aflată la suprafaţă, până la o distanţă de 5 km la o adâncime de 2400 m.
Capacitatea de transport a sistemului pneumatic în sensul obţinerii debitul de material transportat necesar, depinde de căderea de presiune de pe linia de transport şi de diametrul conductei. În general presiunea se limitează la aproximativ 5 bar, astfel încât diametrul conductei poate să scadă până la realizarea debitului de material cerut.
În multe cazuri, presiunea este impusă din necesitatea de a folosi un anumit compresor sau ventilator. În cele mai multe cazuri, sarcina de transport a unui debit de materiale poate fi într-o gamă foarte largă de combinaţii cădere de presiune şi diametru al conductei. Foarte rar există o singură soluţie pentru a proiecta un sistem de transport pneumatic. Alegerea soluţiei se face pe considerente de cheltuieli de exploatare şi de capital investit. Numai dacă se cere un debit foarte mare de material transportat, soluţiile se limitează în proiectare.
Influenţa gradientului de presiunePerformanţele sistemului de transport pneumatic sunt semnificativ
influenţate de distanţa de transport. Se presupune că un sistem transportă 100 tone/h la o distanţă de 100 m, cu o cădere de presiune de 2 bar. Dacă distanţa se dublează şi presiunea nu se schimbă, debitul prin conductă scade sub jumătate, la maximum 50 tone/h, rămânând constante diametrul conductei, debitul de aer şi puterea consumată. Înjumătăţindu-se debitul prin conductă la acelaşi debit de aer, materialul solid transportat va fi la jumătate din cel iniţial.
Cu creşterea distanţei de transport, capacitatea de transport de material solid se reduce, deoarece presiunea de intrare a aerului în sistem este limitată. Pentru a ilustra acest efect s-a reprezentat gradientul de presiune funcţie de coeficientul de încărcare Φ,figura 43.
Reprezentarea este doar calitativă, neputând fi folosită pentru orice material sau orice viteză a aerului. Distanţa în metri în acest caz este lungimea echivalentă a conductei la care se va ţine cont de lungimile adiţionale corespunzătoare porţiunilor de conducte verticale şi ramificaţiilor. După cum se vede, pentru un coeficient de încărcare în jur de 100, gradientul de presiune necesar este de 20 mbar/m. Dacă presiunea disponibilă este de 2 bar, valoarea maximă a lungimii echivalente este de 100 m. Dacă lungimea echivalentă a conductei este 1000 m şi 2 bar disponibili pentru transport, cu un gradient de p r e s i u n e d e a p r o x i m a t i v 2 m b a r / m , v a l o a r e a m a x i m ă a
90
Figura 45. Sistem cu suprapresiune
Figura 46. Sistem cu vacuum
93
Figura 44.Combinaţii posibile
Sunt prezentate combinaţiile posibile pentru un sistem pneumatic cu o singură sursă de aer comprimat.
Sisteme deschiseSe utilizează în general acolo unde nu se impun condiţii de mediu
deosebite. Multe sisteme pneumatice pot transporta ermetic materialul, astfel încât, cu o separare gaz-solid şi pierderi de materiale acceptabile, sistemele deschise pot fi folosite în siguranţă. Cu câteva măsuri de siguranţă, chiar şi materialele combustibile pot fi transportate deschis. Aerul este cel mai folosit suport pentru transport. Azotul sau alte gaze presupun costuri suplimentare, motiv pentru care se folosesc într-un număr mic de aplicaţii.
Cele mai comune dintre sistemele deschise sunt cele în suprapresiune cu descărcarea materialului la presiunea atmosferică. Încărcarea materialului în conducta sub presiune creează o serie de probleme rezolvabile cu vane venturi sau rotative, cu recipiente cu şurub sau cu recipiente sub presiune. Un astfel de sistem este dat în figura 45. Atât încărcarea cât şi descărcarea materialului se pot face în unul sau mai multe puncte de pe aceeaşi linie, dar ţinând cont de scăpările de aer prin aceste puncte în debitul total de aer insuflat în conductă.
Sistemele în depresiune (vacuum) se folosesc pentru a conduce material din mai multe puncte de alimentare într-un singur punct de descărcare. Probleme apar la echilibrarea diferenţei de presiune pe punctele de alimentare. Schema unui sistem în vacuum este prezentată în figura 46.
După cum se observă, la aceste sisteme buncărul şi unitatea de filtrare sunt în vacuum, spre deosebire de cele în suprapresiune.
Sistemele cu vacuum se folosesc şi la transportul materialelor din suprafeţe deschise, figura 47.
92
Figura 45. Sistem cu suprapresiune
Figura 46. Sistem cu vacuum
93
Figura 44.Combinaţii posibile
Sunt prezentate combinaţiile posibile pentru un sistem pneumatic cu o singură sursă de aer comprimat.
Sisteme deschiseSe utilizează în general acolo unde nu se impun condiţii de mediu
deosebite. Multe sisteme pneumatice pot transporta ermetic materialul, astfel încât, cu o separare gaz-solid şi pierderi de materiale acceptabile, sistemele deschise pot fi folosite în siguranţă. Cu câteva măsuri de siguranţă, chiar şi materialele combustibile pot fi transportate deschis. Aerul este cel mai folosit suport pentru transport. Azotul sau alte gaze presupun costuri suplimentare, motiv pentru care se folosesc într-un număr mic de aplicaţii.
Cele mai comune dintre sistemele deschise sunt cele în suprapresiune cu descărcarea materialului la presiunea atmosferică. Încărcarea materialului în conducta sub presiune creează o serie de probleme rezolvabile cu vane venturi sau rotative, cu recipiente cu şurub sau cu recipiente sub presiune. Un astfel de sistem este dat în figura 45. Atât încărcarea cât şi descărcarea materialului se pot face în unul sau mai multe puncte de pe aceeaşi linie, dar ţinând cont de scăpările de aer prin aceste puncte în debitul total de aer insuflat în conductă.
Sistemele în depresiune (vacuum) se folosesc pentru a conduce material din mai multe puncte de alimentare într-un singur punct de descărcare. Probleme apar la echilibrarea diferenţei de presiune pe punctele de alimentare. Schema unui sistem în vacuum este prezentată în figura 46.
După cum se observă, la aceste sisteme buncărul şi unitatea de filtrare sunt în vacuum, spre deosebire de cele în suprapresiune.
Sistemele cu vacuum se folosesc şi la transportul materialelor din suprafeţe deschise, figura 47.
92
Unul, când şarja este relativ mare şi materialul este introdus în conductă gradual după o perioadă de timp, curgerea fiind una semi-continuă. Altul, când întreaga şarjă de material, umple conducta fiind apoi evacuată din conductă de către aer sub presiune.
Sistemele semi-continue pot realiza orice coeficient de încărcare cu material la fel ca şi transportul continuu gaz-solid. Volumul recipientelor sub presiune variază până la 20 m3, depinzând în general de debitul de material transportat şi de diametrul conductei, dar astfel încât frecvenţa de transport să fie în limite rezonabile. Materialul poate fi în fază diluată sau densă funcţie de natura lui, de presiunea şi distanţa de transport. Sistemul nu poate funcţiona când recipientul este plin cu material sau când conducta este sub presiune. Coeficientul de încărcare în timpul transportului şarjei trebuie să fie mai mare decât la transportul continuu pentru a se obţine acelaşi debit de material transportat. Ciclul semi-continuu este prezentat în figura 48, iar sistemul în figura 49.
Figura 48. Ciclul semi-continuu
Figura 49. Sistem semi-continuu
95
Marele avantaj al acestor sisteme este că scăpările de gaz şi de praf în atmosferă sunt eliminate.
Ca şi la transportul hidraulic şi la cel pneumatic se obişnuieşte utilizarea a două trepte pentru distanţe mai lungi. Cel mai frecvent se foloseşte o combinaţie între sistemul cu vacuum şi cel cu suprapresiune, reprezentată în figura 47
Figura 47. Sistem combinat
Prin fracţionare presiunii în două trepte se reduc pierderile de material şi de aer, deoarece valorile presiunii în cele două trepte sunt mai apropiate de presiunea atmosferică comparativ cu transportul într-o singură treaptă.
Sistemul combinat are avantajul celor două putând transporta de la mai multe surse spre multiple locaţii de descărcare. Dezavantajul este că din cauza filtrării pe fiecare treaptă căderea de presiune pe compresor să crească, astfel încât acesta să nu mai facă faţă noului raport de presiune.
Sisteme de transport în şarjeSistemele prezentate anterior permit transportul continuu de
material 24 de ore pe zi dacă este necesar. În multe procese, totuşi este mai convenabil să se transporte câte o şarjă de material într-un anumit timp. Dacă se cere un debit constant de material atunci numărul de şarje se modifică, după necesităţile procesului, de către mecanismul de alimentare cu material.
Majoritatea sistemelor cu şarje au la bază alimentarea din recipiente sub presiune deoarece acestea pot asigura o presiune înaltă de transport sau natura materialului o impune.
Se consideră că sunt două tipuri de sistem de transport în şarje.
94
Unul, când şarja este relativ mare şi materialul este introdus în conductă gradual după o perioadă de timp, curgerea fiind una semi-continuă. Altul, când întreaga şarjă de material, umple conducta fiind apoi evacuată din conductă de către aer sub presiune.
Sistemele semi-continue pot realiza orice coeficient de încărcare cu material la fel ca şi transportul continuu gaz-solid. Volumul recipientelor sub presiune variază până la 20 m3, depinzând în general de debitul de material transportat şi de diametrul conductei, dar astfel încât frecvenţa de transport să fie în limite rezonabile. Materialul poate fi în fază diluată sau densă funcţie de natura lui, de presiunea şi distanţa de transport. Sistemul nu poate funcţiona când recipientul este plin cu material sau când conducta este sub presiune. Coeficientul de încărcare în timpul transportului şarjei trebuie să fie mai mare decât la transportul continuu pentru a se obţine acelaşi debit de material transportat. Ciclul semi-continuu este prezentat în figura 48, iar sistemul în figura 49.
Figura 48. Ciclul semi-continuu
Figura 49. Sistem semi-continuu
95
Marele avantaj al acestor sisteme este că scăpările de gaz şi de praf în atmosferă sunt eliminate.
Ca şi la transportul hidraulic şi la cel pneumatic se obişnuieşte utilizarea a două trepte pentru distanţe mai lungi. Cel mai frecvent se foloseşte o combinaţie între sistemul cu vacuum şi cel cu suprapresiune, reprezentată în figura 47
Figura 47. Sistem combinat
Prin fracţionare presiunii în două trepte se reduc pierderile de material şi de aer, deoarece valorile presiunii în cele două trepte sunt mai apropiate de presiunea atmosferică comparativ cu transportul într-o singură treaptă.
Sistemul combinat are avantajul celor două putând transporta de la mai multe surse spre multiple locaţii de descărcare. Dezavantajul este că din cauza filtrării pe fiecare treaptă căderea de presiune pe compresor să crească, astfel încât acesta să nu mai facă faţă noului raport de presiune.
Sisteme de transport în şarjeSistemele prezentate anterior permit transportul continuu de
material 24 de ore pe zi dacă este necesar. În multe procese, totuşi este mai convenabil să se transporte câte o şarjă de material într-un anumit timp. Dacă se cere un debit constant de material atunci numărul de şarje se modifică, după necesităţile procesului, de către mecanismul de alimentare cu material.
Majoritatea sistemelor cu şarje au la bază alimentarea din recipiente sub presiune deoarece acestea pot asigura o presiune înaltă de transport sau natura materialului o impune.
Se consideră că sunt două tipuri de sistem de transport în şarje.
94
Figura 51. Sistem închis
Se recomandă utilizarea unui post filtru pentru a evita îmbâcsirea cu praf a suflantei.
După suflantă temperatura creşte, de aceea, pentru a nu supraîncălzi circuitul se prevede un schimbător de căldură care se montează înainte sau după suflantă funcţie de materialul transportat.
Sisteme moderne de transport pneumaticSistemele prezentate anterior sunt toate sisteme convenţionale
sub care materialul este aspirat sau suflat şi transportat prin conductă până la destinaţie. Materialele cu proprietăţi naturale de transport din grămadă, cum ar fi o bună reţinere a aerului sau o bună permeabilitate şi care sunt transportabile în fază densă cu viteză mică în sisteme convenţionale, sunt destul de puţine. Chiar dacă presiunea de lucru este mare, este puţin probabil ca materialul să fie transportat în fază densă. Faza densă este dictată de proprietăţile materialului. Alternative la transportul în fază densă trebuiesc căutate în special la materialele friabile şi la cele abrazive. La materialele friabile transportate cu viteză mare apare degradarea particulelor, iar la cele abrazive la curgerea în fază diluată apare erodarea ramificaţiilor şi a suprafeţelor conductelor de transport. Materialele puţin hidroscopice pot fi transportate foarte bine în fază densă, fără a fi nevoie de uscătoare de aer, condiţiile impuse aerului în acest caz fiind chiar mai puţine decât la curgerea în fază diluată. Faza densă se recomandă şi la produse alimentare la care se pune problema păstrării aromelor.
97
La celălalt sistem, materialul este efectiv extrudat în conductă ca un singur tampon compact, de obicei sub 10 m lungime. Acest tampon de material este suflat prin conductă într-o singură tranşă. O mică parte din material rămâne după deplasarea tamponului, dar va fi măturată de tamponul următor. Regimul stabil de funcţionare este atins după câteva cicluri.
Materialul este transportat cu o viteză mică, putând fi comparat cu curgerea în fază densă, fără ca, coeficientul de încărcare să aibă aceeaşi semnificaţie.
Presiunea aerului trebuie să învingă rezistenţa la frecare dintre 3material şi conductă. Mărimea recipientului presurizat depăşeşte rar 3 sau 4 m
şi numai dacă diametrul conductei este mare. În proiectarea sistemului, mărimea şarjei rezultă din frecvenţa de alimentare şi debitul de material. Diametrul conductei este ales astfel încât rezistenţa la frecare a tamponului să fie învinsă cu o diferenţă de presiune rezonabilă şi să se asigure viteza necesară de transport. Schiţa sistemului este prezentată în figura 50.
Figura 50. Sistem în şarje
Sisteme închiseÎn sistemele deschise gazul
transportor este aerul preluat din atmosferă şi reîntors tot aici după ce a fost filtrat. Pentru unele necesităţi de transport ,acesta trebuie realizat într-un mediu strict controlat. Dacă norul de praf din material este exploziv, atunci se foloseşte ca şi gaz de transport azot sau alt gaz inert. Cu sisteme deschise respectarea condiţiilor de mediu ar fi foarte costisitoare, dar cu sisteme închise gazul poate fi recirculat şi costurile se reduc semnificativ.
Dacă materialul manipulat este toxic sau radioactiv se poate folosi aer, dar cu un foarte strict control al scăpărilor şi de preferat să se lucreze sub vacuum. Schiţa unui astfel de sistem este dată în figura 51. Punctul de nul al circuitului se stabileşte acolo unde presiunea este efectiv cea atmosferică şi se poate completa sistemul cu gaz. Dacă acest punct este după suflantă atunci sistemul funcţionează în vacuum, iar dacă este înainte de ea atunci funcţionează în suprapresiune.
96
Figura 51. Sistem închis
Se recomandă utilizarea unui post filtru pentru a evita îmbâcsirea cu praf a suflantei.
După suflantă temperatura creşte, de aceea, pentru a nu supraîncălzi circuitul se prevede un schimbător de căldură care se montează înainte sau după suflantă funcţie de materialul transportat.
Sisteme moderne de transport pneumaticSistemele prezentate anterior sunt toate sisteme convenţionale
sub care materialul este aspirat sau suflat şi transportat prin conductă până la destinaţie. Materialele cu proprietăţi naturale de transport din grămadă, cum ar fi o bună reţinere a aerului sau o bună permeabilitate şi care sunt transportabile în fază densă cu viteză mică în sisteme convenţionale, sunt destul de puţine. Chiar dacă presiunea de lucru este mare, este puţin probabil ca materialul să fie transportat în fază densă. Faza densă este dictată de proprietăţile materialului. Alternative la transportul în fază densă trebuiesc căutate în special la materialele friabile şi la cele abrazive. La materialele friabile transportate cu viteză mare apare degradarea particulelor, iar la cele abrazive la curgerea în fază diluată apare erodarea ramificaţiilor şi a suprafeţelor conductelor de transport. Materialele puţin hidroscopice pot fi transportate foarte bine în fază densă, fără a fi nevoie de uscătoare de aer, condiţiile impuse aerului în acest caz fiind chiar mai puţine decât la curgerea în fază diluată. Faza densă se recomandă şi la produse alimentare la care se pune problema păstrării aromelor.
97
La celălalt sistem, materialul este efectiv extrudat în conductă ca un singur tampon compact, de obicei sub 10 m lungime. Acest tampon de material este suflat prin conductă într-o singură tranşă. O mică parte din material rămâne după deplasarea tamponului, dar va fi măturată de tamponul următor. Regimul stabil de funcţionare este atins după câteva cicluri.
Materialul este transportat cu o viteză mică, putând fi comparat cu curgerea în fază densă, fără ca, coeficientul de încărcare să aibă aceeaşi semnificaţie.
Presiunea aerului trebuie să învingă rezistenţa la frecare dintre 3material şi conductă. Mărimea recipientului presurizat depăşeşte rar 3 sau 4 m
şi numai dacă diametrul conductei este mare. În proiectarea sistemului, mărimea şarjei rezultă din frecvenţa de alimentare şi debitul de material. Diametrul conductei este ales astfel încât rezistenţa la frecare a tamponului să fie învinsă cu o diferenţă de presiune rezonabilă şi să se asigure viteza necesară de transport. Schiţa sistemului este prezentată în figura 50.
Figura 50. Sistem în şarje
Sisteme închiseÎn sistemele deschise gazul
transportor este aerul preluat din atmosferă şi reîntors tot aici după ce a fost filtrat. Pentru unele necesităţi de transport ,acesta trebuie realizat într-un mediu strict controlat. Dacă norul de praf din material este exploziv, atunci se foloseşte ca şi gaz de transport azot sau alt gaz inert. Cu sisteme deschise respectarea condiţiilor de mediu ar fi foarte costisitoare, dar cu sisteme închise gazul poate fi recirculat şi costurile se reduc semnificativ.
Dacă materialul manipulat este toxic sau radioactiv se poate folosi aer, dar cu un foarte strict control al scăpărilor şi de preferat să se lucreze sub vacuum. Schiţa unui astfel de sistem este dată în figura 51. Punctul de nul al circuitului se stabileşte acolo unde presiunea este efectiv cea atmosferică şi se poate completa sistemul cu gaz. Dacă acest punct este după suflantă atunci sistemul funcţionează în vacuum, iar dacă este înainte de ea atunci funcţionează în suprapresiune.
96
Figura 53. Variaţia presiunii cu lungimea
unde p este presiunea aerului, L, lungimea transportului,iar 1<n<2.
Dacă exponentul n are o valoare mare, transportul la distanţă presupune o presiune foarte mare a aerului. Dar dacă materialul este transportat în tampoane scurte separate de spaţii de aer, atunci presiunea aerului se reduce semnificativ, după cum se vede din figura 54.
Figura 54. Influenţa lungimii tamponului asupra presiunii
99
Pentru orice material ce nu poate fi transportat în fază densă, cu viteză mică, trebuie găsită altă alternativă faţă de sistemele convenţionale. Modificările s-au centrat asupra punctelor de alimentare cu material şi mai ales asupra conductelor de transport şi mai puţin asupra sistemului propriu-zis.
Sisteme cu fază pulsatorie Sistemul a fost dezvoltat în anii ‘60 în Anglia şi are la bază
descărcarea materialului din recipientul sub presiune prin partea de jos a acestuia în conductă. Recipientul estre presurizat prin partea superioară, iar la partea inferioară este introdus aer pentru fluidizare. La începutul conductei este un cuţit de aer ai cărui timpi de pornit/oprit sunt comandaţi cu o anumită frecvenţă. Când cuţitul este alimentat cu aer, aerul opreşte curgerea din recipient şi separă un tampon de material de o anumită lungime, pe care îl împinge în conductă. Când cuţitul nu primeşte aer, materialul se scurge din recipient, trece de cuţit şi ciclul se repetă cu o anumită frecvenţă, conform schemei din figura 52. Nu se impun condiţii suplimentare la curgerea materialului de-a lungul conductei. Sistemul a fost iniţial aplicat la transportul materialelor fine, dar poate fi folosit si pentru alte materiale.
Figura 52.Sistem cu fază pulsatorie
C o n s i d e r a ţ i i a s u p r a căderii de presiune
Materialele impermeabile faţă de aer, chiar şi în tampoane scurte, pot bloca conducta, împingerea lor în conductă fiind p u r m e c a n i c ă . P r e s i u n e a necesară împingerii variază e x p o n e n ţ i a l c u l u n g i m e a tamponului, vezi figura53. Motiv pentru care aceste materiale nu
pot fi „pompate” pe distanţe mari, ca şi lichidele, deoarece presiunea este exagerat de mare. Reducerea frecării dintre material şi conductă se face prin umplerea cu aer a interstiţiilor dintre particulele de material (aerarea materialului). O comparaţie între presiunea necesară la deplasarea mecanică a materialului şi deplasarea materialului aerat este dată în figura53.Variaţia presiunii pentru materialul cu aer este de forma:
np ≈ L
98
Figura 53. Variaţia presiunii cu lungimea
unde p este presiunea aerului, L, lungimea transportului,iar 1<n<2.
Dacă exponentul n are o valoare mare, transportul la distanţă presupune o presiune foarte mare a aerului. Dar dacă materialul este transportat în tampoane scurte separate de spaţii de aer, atunci presiunea aerului se reduce semnificativ, după cum se vede din figura 54.
Figura 54. Influenţa lungimii tamponului asupra presiunii
99
Pentru orice material ce nu poate fi transportat în fază densă, cu viteză mică, trebuie găsită altă alternativă faţă de sistemele convenţionale. Modificările s-au centrat asupra punctelor de alimentare cu material şi mai ales asupra conductelor de transport şi mai puţin asupra sistemului propriu-zis.
Sisteme cu fază pulsatorie Sistemul a fost dezvoltat în anii ‘60 în Anglia şi are la bază
descărcarea materialului din recipientul sub presiune prin partea de jos a acestuia în conductă. Recipientul estre presurizat prin partea superioară, iar la partea inferioară este introdus aer pentru fluidizare. La începutul conductei este un cuţit de aer ai cărui timpi de pornit/oprit sunt comandaţi cu o anumită frecvenţă. Când cuţitul este alimentat cu aer, aerul opreşte curgerea din recipient şi separă un tampon de material de o anumită lungime, pe care îl împinge în conductă. Când cuţitul nu primeşte aer, materialul se scurge din recipient, trece de cuţit şi ciclul se repetă cu o anumită frecvenţă, conform schemei din figura 52. Nu se impun condiţii suplimentare la curgerea materialului de-a lungul conductei. Sistemul a fost iniţial aplicat la transportul materialelor fine, dar poate fi folosit si pentru alte materiale.
Figura 52.Sistem cu fază pulsatorie
C o n s i d e r a ţ i i a s u p r a căderii de presiune
Materialele impermeabile faţă de aer, chiar şi în tampoane scurte, pot bloca conducta, împingerea lor în conductă fiind p u r m e c a n i c ă . P r e s i u n e a necesară împingerii variază e x p o n e n ţ i a l c u l u n g i m e a tamponului, vezi figura53. Motiv pentru care aceste materiale nu
pot fi „pompate” pe distanţe mari, ca şi lichidele, deoarece presiunea este exagerat de mare. Reducerea frecării dintre material şi conductă se face prin umplerea cu aer a interstiţiilor dintre particulele de material (aerarea materialului). O comparaţie între presiunea necesară la deplasarea mecanică a materialului şi deplasarea materialului aerat este dată în figura53.Variaţia presiunii pentru materialul cu aer este de forma:
np ≈ L
98
Debitul volumic de aer este dat de:
Debitul fiind acelaşi în fiecare punct se poate scrie:
Înlocuind ecuaţia 2.5 în 2.3 rezultă
4
2. dcV
p»́
2
1
dc =
5
1
dL
pa »D
(2.4)
(2.5)
(2.6)
Dacă diametrul by-pass-ului este un sfert din cel al conductei, gradientul de presiune în by-pass, pentru acelaşi aer insuflat, va fi de 45 ori (adică de peste o mie de ori) mai mare decât în conductă. Aceasta înseamnă că aerul din by-pass nu poate ocoli un tampon blocat în conductă ci îl fărâmiţează prin fantele sau puntele de contact din aval de acesta.
Sisteme cu injecţie de aer Injecţia de aer are loc de-a lungul conductei. Pe când la by-pass se
urmărea o creştere a permeabilităţii materialului la injecţia de aer se doreşte o majorare a gradului de reţinere a aerului de către material. Aerul injectat este considerat aer suplimentar care ajută la menţinerea vitezei de curgere a materialului de suspensie. Dacă viteza creşte prea mult, apar probleme de eroziune şi de degradare a particulelor. Aerul injectat este menţinut, în unele cazuri, la o cantitate care să permită obţinerea fazei dense a materialului.
Punctele de injecţie de aer sunt plasate după ramificaţii, după fitingurile linei de transport sau regulat de-a lungul liniei la intervale de la 1 m la 10 m, funcţie de gradul de reţinere al aerului de către material. În aplicaţiile recente aerul se injectează numai în punctele în care este necesar pentru a menţine curgerea continuă.
7.3. Maşini pentru mişcarea aeruluiMaşinile care mişcă aerul, generic numite compresoare, sunt inima
sistemului de transport pneumatic. Buna funcţionare a sistemului rezidă în specificarea corectă a sarcinii acestora.
Parametrii care trebuiesc stabiliţi pentru compresor sunt debitul
101
Sisteme by-pass
Cele mai obişnuite sisteme by-pass au o conductă de diametru mic plasată în conducta de transport şi care are din loc în loc găuri sau fante de insuflare a aerului. Altă variantă este cu o conductă externă conectată din loc în loc la conducta de transport, vezi figura 55.
Figura 55. Sisteme cu by-passDiametrul conductelor de by-pass este de obicei de 20-25% din cel
al conductei de transport. Spaţiile dintre găuri sau punctele de conexiune depind de permeabilitatea materialului transportat. Conductele de by-pass sunt alimentate cu aer de la aceeaşi sursă ca şi conducta principală, conductele externe putând fi cu ramificaţii.
Dacă,conducta de transport se blochează cu un tampon mai lung de material, atunci aerul din conductele de by-pass taie acest tampon în tampoane mai scurte, la fel ca şi sistemele cu cuţit de aer.
Dacă materialul este impermeabil faţă de aer, conducta se blochează şi aerul este forţat să curgă prin conducta de by-pass. Conform relaţiei lui Darcy, căderea de presiune la curgerea aerului prin conductă este:
d
cLpa
2r»D
unde L este lungimea conductei (m), ρ este densitatea aerului 3(kg/m ), c viteza aerului (m/s) şi d , diametrul conductei (m).
Considerând aerul incompresibil, gradientul de presiune este:
d
c
L
pa2
»D
(2.2)
(2.3)
100
Debitul volumic de aer este dat de:
Debitul fiind acelaşi în fiecare punct se poate scrie:
Înlocuind ecuaţia 2.5 în 2.3 rezultă
4
2. dcV
p»́
2
1
dc =
5
1
dL
pa »D
(2.4)
(2.5)
(2.6)
Dacă diametrul by-pass-ului este un sfert din cel al conductei, gradientul de presiune în by-pass, pentru acelaşi aer insuflat, va fi de 45 ori (adică de peste o mie de ori) mai mare decât în conductă. Aceasta înseamnă că aerul din by-pass nu poate ocoli un tampon blocat în conductă ci îl fărâmiţează prin fantele sau puntele de contact din aval de acesta.
Sisteme cu injecţie de aer Injecţia de aer are loc de-a lungul conductei. Pe când la by-pass se
urmărea o creştere a permeabilităţii materialului la injecţia de aer se doreşte o majorare a gradului de reţinere a aerului de către material. Aerul injectat este considerat aer suplimentar care ajută la menţinerea vitezei de curgere a materialului de suspensie. Dacă viteza creşte prea mult, apar probleme de eroziune şi de degradare a particulelor. Aerul injectat este menţinut, în unele cazuri, la o cantitate care să permită obţinerea fazei dense a materialului.
Punctele de injecţie de aer sunt plasate după ramificaţii, după fitingurile linei de transport sau regulat de-a lungul liniei la intervale de la 1 m la 10 m, funcţie de gradul de reţinere al aerului de către material. În aplicaţiile recente aerul se injectează numai în punctele în care este necesar pentru a menţine curgerea continuă.
7.3. Maşini pentru mişcarea aeruluiMaşinile care mişcă aerul, generic numite compresoare, sunt inima
sistemului de transport pneumatic. Buna funcţionare a sistemului rezidă în specificarea corectă a sarcinii acestora.
Parametrii care trebuiesc stabiliţi pentru compresor sunt debitul
101
Sisteme by-pass
Cele mai obişnuite sisteme by-pass au o conductă de diametru mic plasată în conducta de transport şi care are din loc în loc găuri sau fante de insuflare a aerului. Altă variantă este cu o conductă externă conectată din loc în loc la conducta de transport, vezi figura 55.
Figura 55. Sisteme cu by-passDiametrul conductelor de by-pass este de obicei de 20-25% din cel
al conductei de transport. Spaţiile dintre găuri sau punctele de conexiune depind de permeabilitatea materialului transportat. Conductele de by-pass sunt alimentate cu aer de la aceeaşi sursă ca şi conducta principală, conductele externe putând fi cu ramificaţii.
Dacă,conducta de transport se blochează cu un tampon mai lung de material, atunci aerul din conductele de by-pass taie acest tampon în tampoane mai scurte, la fel ca şi sistemele cu cuţit de aer.
Dacă materialul este impermeabil faţă de aer, conducta se blochează şi aerul este forţat să curgă prin conducta de by-pass. Conform relaţiei lui Darcy, căderea de presiune la curgerea aerului prin conductă este:
d
cLpa
2r»D
unde L este lungimea conductei (m), ρ este densitatea aerului 3(kg/m ), c viteza aerului (m/s) şi d , diametrul conductei (m).
Considerând aerul incompresibil, gradientul de presiune este:
d
c
L
pa2
»D
(2.2)
(2.3)
100
Figura 57.Domeniile de lucru ale compresoarelor
Compresoare aerodinamicePentru realizarea presiunilor mari sunt cele centrifugale şi în special
cele axiale în mai multe trepte, de dimensiuni mari. Ele sunt folosite rareori în transportul pneumatic de debite foarte mari. Compresoarele axiale se utilizează în aeronautică, în tunelele aerodinamice, iar în transportul pneumatic în fază diluată sunt folosite doar cele într-o singură treaptă.
VentilatoareleÎn transportul pneumatic se folosesc compresoarele centrifugale
cu palete drepte, curgerea materialului fiind în fază diluată şi pe distanţe scurte, fără pericol de blocare. Pot fi folosite atât ca şi ventilatoare cât şi ca, compresoare la transportul materialelor uşoare, pufoase, neabrazive.
Principalul lor dezavantaj constă în dependenţa debitului volumic de căderea de presiune de pe linia de transport.
La presiuni mari, caracteristica de funcţionare a compresorului centrifugal se aplatizează.
Principala caracteristică a transportului pneumatic este curgerea cu viteză constantă, adică un debit volumic constant prin conductă astfel încât particulele de material să rămână în suspensie.
La utilizarea compresoarelor cu caracteristica aplatizată, dacă dintr-un anumit motiv debitul de material se modifică, creşte căderea de presiune în conductă şi punctul de funcţionare al compresorului se modifică foarte rapid pe caracteristică în sensul scăderii debitului. Debitul de aer devine atât de scăzut încât particulele de material cad din suspensie şi conducta se blochează.
103
volumic în condiţii normale şi presiunea de lucru. Valorile acestor doi parametrii depind în primul rând de materialul de transportat, debitul acestuia şi de distanţa la care trebuie transportat. Alegerea compresorului pentru a alimenta cu aer sistemul la debitul şi presiunea necesară este deosebit de importantă şi se poate face dintr-un lung şir de maşini.
Nu toate compresoarele sunt utilizabile în transportul pneumatic. S-ar putea ca un compresor să nu fie economic de folosit pentru condiţiile unui sistem. Unele au anumite limite de exploatare, altele sunt mai recomandate ca exhaustoare decât ca şi compresoare, după cum va fi regimul de lucru: vacuum sau suprapresiune.
Puterea necesară transportului pneumatic poate fi foarte mare, în deosebi daca debitul de material şi distanţa de transport sunt mari, de aceea puterea trebuie estimată aproximativ chiar la începutul selecţiei compresorului.
Compresoarele refulează aer cald care, dacă materialul este afectat de temperatura înaltă a aerului, trebuie răcit.
Răcirea aerului conduce la starea de saturaţie cu umiditate a acestuia, iar la multe compresoare mai apare şi problema prezenţei uleiului de ungere în aer.
Tipuri de compresoare de aerGama de compresoare disponibilă pentru transportul pneumatic
cuprinde de la ventilatoare şi suflante, de debite mari şi presiuni joase, la compresoare cu piston şi la cele rotative cu şurub, capabile să refuleze aer de înaltă presiune pentru sisteme cu fază densă.
Principalele caracteristici ale compresoarelor sunt date sub formă de caracteristici de lucru.
Figura 56. Clasificarea compresoarelor
102
Figura 57.Domeniile de lucru ale compresoarelor
Compresoare aerodinamicePentru realizarea presiunilor mari sunt cele centrifugale şi în special
cele axiale în mai multe trepte, de dimensiuni mari. Ele sunt folosite rareori în transportul pneumatic de debite foarte mari. Compresoarele axiale se utilizează în aeronautică, în tunelele aerodinamice, iar în transportul pneumatic în fază diluată sunt folosite doar cele într-o singură treaptă.
VentilatoareleÎn transportul pneumatic se folosesc compresoarele centrifugale
cu palete drepte, curgerea materialului fiind în fază diluată şi pe distanţe scurte, fără pericol de blocare. Pot fi folosite atât ca şi ventilatoare cât şi ca, compresoare la transportul materialelor uşoare, pufoase, neabrazive.
Principalul lor dezavantaj constă în dependenţa debitului volumic de căderea de presiune de pe linia de transport.
La presiuni mari, caracteristica de funcţionare a compresorului centrifugal se aplatizează.
Principala caracteristică a transportului pneumatic este curgerea cu viteză constantă, adică un debit volumic constant prin conductă astfel încât particulele de material să rămână în suspensie.
La utilizarea compresoarelor cu caracteristica aplatizată, dacă dintr-un anumit motiv debitul de material se modifică, creşte căderea de presiune în conductă şi punctul de funcţionare al compresorului se modifică foarte rapid pe caracteristică în sensul scăderii debitului. Debitul de aer devine atât de scăzut încât particulele de material cad din suspensie şi conducta se blochează.
103
volumic în condiţii normale şi presiunea de lucru. Valorile acestor doi parametrii depind în primul rând de materialul de transportat, debitul acestuia şi de distanţa la care trebuie transportat. Alegerea compresorului pentru a alimenta cu aer sistemul la debitul şi presiunea necesară este deosebit de importantă şi se poate face dintr-un lung şir de maşini.
Nu toate compresoarele sunt utilizabile în transportul pneumatic. S-ar putea ca un compresor să nu fie economic de folosit pentru condiţiile unui sistem. Unele au anumite limite de exploatare, altele sunt mai recomandate ca exhaustoare decât ca şi compresoare, după cum va fi regimul de lucru: vacuum sau suprapresiune.
Puterea necesară transportului pneumatic poate fi foarte mare, în deosebi daca debitul de material şi distanţa de transport sunt mari, de aceea puterea trebuie estimată aproximativ chiar la începutul selecţiei compresorului.
Compresoarele refulează aer cald care, dacă materialul este afectat de temperatura înaltă a aerului, trebuie răcit.
Răcirea aerului conduce la starea de saturaţie cu umiditate a acestuia, iar la multe compresoare mai apare şi problema prezenţei uleiului de ungere în aer.
Tipuri de compresoare de aerGama de compresoare disponibilă pentru transportul pneumatic
cuprinde de la ventilatoare şi suflante, de debite mari şi presiuni joase, la compresoare cu piston şi la cele rotative cu şurub, capabile să refuleze aer de înaltă presiune pentru sisteme cu fază densă.
Principalele caracteristici ale compresoarelor sunt date sub formă de caracteristici de lucru.
Figura 56. Clasificarea compresoarelor
102
1,4:0,7.Performanţele suflantelor pot fi majorate prin lubrifiere, dar aerul
din transportul pneumatic nu trebuie sa conţină ulei.Caracteristicile de lucru ale suflantei ca şi compresor sunt
prezentate în figura 59 iar ca şi exhaustor în figura 60.
Figura 59. Caracteristica de compresor
Figura 60. Caracteristica de exhaustor
Funcţionarea în trepte se practică cu două suflante în serie, fiecare având un raport de comprimare de 1,7 , presiunea finală ajungând la 2 bar suprapresiune. Cu ulei de ungere raportul de comprimare ajunge la 1,95 bar şi suprapresiunea la refulare la 2,8 bar.
Aerul trebuie trecut printr-un răcitor intermediar, între cele două trepte, de obicei răcitor cu injecţie de apă. Debitul de apă injectat este cam 2%
105
Problema este specifică fazei diluate când viteza aerului trebuie să fie relativ ridicată, în jurul a 20 m/s.
La compresoarele volumice, la care caracteristica de funcţionare este abruptă şi debitul nu se modifică atât de mult cu presiunea, creşterea presiunii din sistem are ca efect o uşoară scădere a debitului refulat de către compresor, scădere care nu afectează transportul de material.
O influenţă ceva mai mare o are compresibilitatea aerului asupra vitezei de curgere.
Suflanta Roots a fost inventată în 1854 şi este folosită în aplicaţii cu suprapresiunea de lucru în jur de 1 bar, adică domeniul fazei diluate.
Suflantele sunt de regula cu doi lobi pe rotor, putând funcţiona ca 3pompă de vid sau compressor cu debite între 500 şi 1500 m /min.
Dupa cum se vede în figura 58, cele doua rotoare sunt montate în paralel în carcasă şi se rotesc în sensuri opuse.
Figura 58. Suflanta Roots
Aerul intră în spaţiul dintre rotoare şi peretele carcasei şi este transportat, prin rotirea sincronă a rotoarelor, de la intrare spre ieşire fără a fi comprimat.
Comprimarea are loc la ieşire când aerul din conductă comprimă aerul transportat de catre rotoare. Comprimarea are loc cu şoc, prin urmare eficienţa termodinamică a suflantei este mai mică decât la alte compresoare şi din această cauză suflanta este folosită numai la aplicaţii cu presiuni scăzute. Pentru reducerea pulsaţiilor de debit si a zgomotului, rotoarele se construiesc cu câte trei lobi elicoidali, iar turaţia poate fi mai mare.
Raportul de comprimare la suflantele fără ulei este 2:1, suprapresiunea maximă este de 1 bar iar vacuumul maxim este aproximativ 0,5 bar.
La combinaţiile pompă de vid înseriată cu suflanta aceste valori pot fi de 0,3 vacuum şi 0,4 bar suprapresiune, adică un raport de presiune
104
1,4:0,7.Performanţele suflantelor pot fi majorate prin lubrifiere, dar aerul
din transportul pneumatic nu trebuie sa conţină ulei.Caracteristicile de lucru ale suflantei ca şi compresor sunt
prezentate în figura 59 iar ca şi exhaustor în figura 60.
Figura 59. Caracteristica de compresor
Figura 60. Caracteristica de exhaustor
Funcţionarea în trepte se practică cu două suflante în serie, fiecare având un raport de comprimare de 1,7 , presiunea finală ajungând la 2 bar suprapresiune. Cu ulei de ungere raportul de comprimare ajunge la 1,95 bar şi suprapresiunea la refulare la 2,8 bar.
Aerul trebuie trecut printr-un răcitor intermediar, între cele două trepte, de obicei răcitor cu injecţie de apă. Debitul de apă injectat este cam 2%
105
Problema este specifică fazei diluate când viteza aerului trebuie să fie relativ ridicată, în jurul a 20 m/s.
La compresoarele volumice, la care caracteristica de funcţionare este abruptă şi debitul nu se modifică atât de mult cu presiunea, creşterea presiunii din sistem are ca efect o uşoară scădere a debitului refulat de către compresor, scădere care nu afectează transportul de material.
O influenţă ceva mai mare o are compresibilitatea aerului asupra vitezei de curgere.
Suflanta Roots a fost inventată în 1854 şi este folosită în aplicaţii cu suprapresiunea de lucru în jur de 1 bar, adică domeniul fazei diluate.
Suflantele sunt de regula cu doi lobi pe rotor, putând funcţiona ca 3pompă de vid sau compressor cu debite între 500 şi 1500 m /min.
Dupa cum se vede în figura 58, cele doua rotoare sunt montate în paralel în carcasă şi se rotesc în sensuri opuse.
Figura 58. Suflanta Roots
Aerul intră în spaţiul dintre rotoare şi peretele carcasei şi este transportat, prin rotirea sincronă a rotoarelor, de la intrare spre ieşire fără a fi comprimat.
Comprimarea are loc la ieşire când aerul din conductă comprimă aerul transportat de catre rotoare. Comprimarea are loc cu şoc, prin urmare eficienţa termodinamică a suflantei este mai mică decât la alte compresoare şi din această cauză suflanta este folosită numai la aplicaţii cu presiuni scăzute. Pentru reducerea pulsaţiilor de debit si a zgomotului, rotoarele se construiesc cu câte trei lobi elicoidali, iar turaţia poate fi mai mare.
Raportul de comprimare la suflantele fără ulei este 2:1, suprapresiunea maximă este de 1 bar iar vacuumul maxim este aproximativ 0,5 bar.
La combinaţiile pompă de vid înseriată cu suflanta aceste valori pot fi de 0,3 vacuum şi 0,4 bar suprapresiune, adică un raport de presiune
104
Compresoare cu şurubO relativ recentă descoperire în domeniul presiunilor medii şi înalte
sunt compresoarele cu şurub. Compresoarele cu şurub au fost patentate în 1878. Sunt similare cu suflantele Roots, dar comprimarea este internă după legi descrise matematic de catre Lysholm în 1930. Pentru a limita scăpările interne de aer în 1958 s-a introdus injecţia de ulei în camera de comprimare.
Uleiul ajută la răcirea aerului comprimat dar ca şi la compresoarele cu lamele apare problema separării lui din aer. Injectarea, separarea şi filtrarea uleiului pot reprezenta o proporţie substanţială din preţul de cost al producerii aerului pentru transportul pneumatic.
Compresorul din figura 63 este alcătuit din două rotoare, conducător şi condus, montate pe axe paralele într-o carcasă. Ferestrele de intrare şi ieşire sunt opuse la capetele compresorului. Aerul care intră între cavităţile rotorului condus este separat(captivat), de către lobii rotorului conducător, iar prin rotirea rotoarelor aerul este comprimat şi împins către fereastra de refulare. Lobii descoperă fereastra de refulare şi aerul cu volum minim este împins prin fereastră în conductele de descărcare.
Figura 63. Compresor cu şurub
Compresoarele cu şurub sunt 3fabricate cu debite de la 4 la 700 m /min şi
presiuni de refulare de 4 bar într-o treaptă. Compresoarele cu şurub nu necesită fundaţii speciale la montaj şi nici rezervor tampon şi funcţionează fără pulsaţii de presiune.
Compresoare cu pistonPână recent, compresoarele cu piston
au fost cele mai folosite pentru obţinerea presiunii înalte în sistemele pneumatice. Compresoarele cu şurub tind să le înlocuiască în domeniul debitelor mari, la aceleaşi presiuni. Constructiv compresoarele sunt cu un singur cilindru sau cu mai mulţi, într-o treaptă sau mai multe trepte de comprimare. Compresoarele cu piston au probabil cea mai bună eficienţă termodinamică dintre toate compresoarele de aer.
Pentru a nu contamina cu ulei materialul transportat , compresoarele cu piston pot fi prevăzute cu segmenţi din carbon si politetrafluoroetilenă , cu care se
107
din debitul de aer.
Compresoare cu lamele culisanteAceste compresoare sunt des folosite pentru aplicaţii cu presiuni de
lucru medii şi mari. Au debite constante şi presiuni mai mari decât suflantele, 3putând da într-o singură treaptă 50 m /min la o presiune de 4 bar.
Presiuni semnificativ mai mari se pot obţine în două trepte, iar cu injecţie de ulei peste 10 bar. Compresoarele cu lamele culisante nu sunt folosite
3la capacităţi mai mari de 6 m /min.
Figura 61. Compresor cu lamele
Figura 62. Compresor cu inel de lichid
După cum se vede în figura 61,comprimarea are loc în interiorul c o m p r e s o r u l u i ş i s e d a t o r e a z ă excentricităţii rotorului fată de carcasă. Spaţiile de aer se măresc în zona intrării şi se micşorează spre ieşire. Maşina poate funcţiona la fel de bine ca şi compresor sau ca si exhastor.
Performanţele se pot mări prin injecţie de ulei sau prin răcire cu apă, dar costurile de exploatare devin mai mari.
P r i n c i p a l u l a v a n t a j e s t e producerea aerului fără ulei. Ca şi la compresorul cu lamele există un singur rotor montat excentric în carcasă, figura 3.7. Paletele rotorului antrenează lichidul de lucru, de obicei apa, într-o mişcare de rotaţie dându-i o formă de inel de lichid concentric cu carcasa. Spaţiul dintre palete şi lichid variază în sens crescător, în zona de intrare a aerului şi descrescător la ieşire.
Comprimarea are loc în interiorul compresorului. Apa are rolul de a răci aerul comprimat şi de a-l curăţa de particulele de praf.
Compresoare cu inel de lichidVacuumul adânc se obţine practic cel mai frecvent cu acest tip de
compresoare, valorile atinse fiind de 160 mmHg presiune absolută într-o singură treaptă şi 700 mmHg în două trepte. Capacităţile de transport sunt de
3 3la 1 m /min la 70 m /min. Ca şi compresor poate lucra până la 4 bar.
106
Compresoare cu şurubO relativ recentă descoperire în domeniul presiunilor medii şi înalte
sunt compresoarele cu şurub. Compresoarele cu şurub au fost patentate în 1878. Sunt similare cu suflantele Roots, dar comprimarea este internă după legi descrise matematic de catre Lysholm în 1930. Pentru a limita scăpările interne de aer în 1958 s-a introdus injecţia de ulei în camera de comprimare.
Uleiul ajută la răcirea aerului comprimat dar ca şi la compresoarele cu lamele apare problema separării lui din aer. Injectarea, separarea şi filtrarea uleiului pot reprezenta o proporţie substanţială din preţul de cost al producerii aerului pentru transportul pneumatic.
Compresorul din figura 63 este alcătuit din două rotoare, conducător şi condus, montate pe axe paralele într-o carcasă. Ferestrele de intrare şi ieşire sunt opuse la capetele compresorului. Aerul care intră între cavităţile rotorului condus este separat(captivat), de către lobii rotorului conducător, iar prin rotirea rotoarelor aerul este comprimat şi împins către fereastra de refulare. Lobii descoperă fereastra de refulare şi aerul cu volum minim este împins prin fereastră în conductele de descărcare.
Figura 63. Compresor cu şurub
Compresoarele cu şurub sunt 3fabricate cu debite de la 4 la 700 m /min şi
presiuni de refulare de 4 bar într-o treaptă. Compresoarele cu şurub nu necesită fundaţii speciale la montaj şi nici rezervor tampon şi funcţionează fără pulsaţii de presiune.
Compresoare cu pistonPână recent, compresoarele cu piston
au fost cele mai folosite pentru obţinerea presiunii înalte în sistemele pneumatice. Compresoarele cu şurub tind să le înlocuiască în domeniul debitelor mari, la aceleaşi presiuni. Constructiv compresoarele sunt cu un singur cilindru sau cu mai mulţi, într-o treaptă sau mai multe trepte de comprimare. Compresoarele cu piston au probabil cea mai bună eficienţă termodinamică dintre toate compresoarele de aer.
Pentru a nu contamina cu ulei materialul transportat , compresoarele cu piston pot fi prevăzute cu segmenţi din carbon si politetrafluoroetilenă , cu care se
107
din debitul de aer.
Compresoare cu lamele culisanteAceste compresoare sunt des folosite pentru aplicaţii cu presiuni de
lucru medii şi mari. Au debite constante şi presiuni mai mari decât suflantele, 3putând da într-o singură treaptă 50 m /min la o presiune de 4 bar.
Presiuni semnificativ mai mari se pot obţine în două trepte, iar cu injecţie de ulei peste 10 bar. Compresoarele cu lamele culisante nu sunt folosite
3la capacităţi mai mari de 6 m /min.
Figura 61. Compresor cu lamele
Figura 62. Compresor cu inel de lichid
După cum se vede în figura 61,comprimarea are loc în interiorul c o m p r e s o r u l u i ş i s e d a t o r e a z ă excentricităţii rotorului fată de carcasă. Spaţiile de aer se măresc în zona intrării şi se micşorează spre ieşire. Maşina poate funcţiona la fel de bine ca şi compresor sau ca si exhastor.
Performanţele se pot mări prin injecţie de ulei sau prin răcire cu apă, dar costurile de exploatare devin mai mari.
P r i n c i p a l u l a v a n t a j e s t e producerea aerului fără ulei. Ca şi la compresorul cu lamele există un singur rotor montat excentric în carcasă, figura 3.7. Paletele rotorului antrenează lichidul de lucru, de obicei apa, într-o mişcare de rotaţie dându-i o formă de inel de lichid concentric cu carcasa. Spaţiul dintre palete şi lichid variază în sens crescător, în zona de intrare a aerului şi descrescător la ieşire.
Comprimarea are loc în interiorul compresorului. Apa are rolul de a răci aerul comprimat şi de a-l curăţa de particulele de praf.
Compresoare cu inel de lichidVacuumul adânc se obţine practic cel mai frecvent cu acest tip de
compresoare, valorile atinse fiind de 160 mmHg presiune absolută într-o singură treaptă şi 700 mmHg în două trepte. Capacităţile de transport sunt de
3 3la 1 m /min la 70 m /min. Ca şi compresor poate lucra până la 4 bar.
106
1
12
10
.
23,2T
cdpV
×××=
3m /s
3m /s
La exhaustoare trebuie specificat debitul volumic la 2intrare,temperatura fiind 288 K , iar presiunea de refulare 101 ,3 kN / m .
Vacuumul trebuie specificat prin valoarea presiunii p , de care 3
depinde apoi căderea de presiune pe conductă (p - p ), necesară 1 2
transportării debitului de material la distanţa dată.Cunoscând viteza prin conducta c , diametrul conductei d, 1
presiunile p şi p şi temperatura T , se poate calcula debitul volumic la intrarea 1 3 1
în exhaustor:
31
12
13
. .226
pT
cdpV
×
××=
7.4. Evaluarea debitului de aerProiectarea sistemului de transport pneumatic începe cu alegerea
ventilatorului, suflantei sau compresorului. Performanţele acestora sunt date ca şi debit volumic şi suprapresiune de refulare. Dacă acestea nu corespund, sistemul nu poate funcţiona şi atunci, ori trebuie schimbat materialul transportat, ori distanţa de transport, decizia luându-se pe baza valorii vitezei de transport.
Majoritatea aplicaţiilor au ca şi gaz de transport aerul, dar poate fi folosit orice gaz prin introducerea unor constante specifice gazului în ecuaţiile utilizate în proiectare.
109
elimină ungerea cu ulei şi cu aceasta necesitatea separării uleiului .Dezavantajul debitelor pulsatorii, asociat acestui tip de compresor, poate fi înlăturat printr-o soluţie modernă, cu şapte mici cilindri dispuşi radial ,cu pistoane cu dublu efect antrenate de către un disc oscilant montat pe arborele central al compresorului .
Performanţele unui anumit model de compresor sau exhanstor necesare proiectării unui sistem pneumatic sunt debitul volumic şi presiunea de refulare sau vacuumul realizat funcţie de turaţie.
Aerul fiind compresibil trebuiesc date condiţiile la care se realizează debitul şi presiunea de refulare , condiţii care sunt internaţional recunoscute.
Debitul volumic necesar sistemului de transport trebuie convertit la condiţiile date pentru compresor sau exhaustor.
Debitul masic este acelaşi pentru sistemul de transport şi pentru maşinile care deplasează aerul, dar acesta nu este specificat în cartea maşinii .Parametrii daţi şi cei care trebuiesc stabiliţi pentru alegerea compresorului sau exhaustorului sunt prezentaţi în schemele următoare :
Parametrii Intrare (0) Ieşire (1) Presiunea p0 = 101,3 kW/ m3 p1 = se va specifica
Temperatura T0 = 288 K T1 = se va da Debitul volumic V0 = se va specifica V1 = se va calcula
Viteza aerului nealocată c1 = se va specifica
Presiunea p1 este presiunea în punctul de încărcare a materialului în conductă. Aceasta depinde de debitul de material , de distanţă , de traseul conductei şi de material. Trebuiesc cunoscute toate pierderile de presiune din alimentatorul de material , filtre , suprapresiuni provocate de alimentarea cu material ,etc.
Debitul volumic trebuie specificat în condiţii normale ( 101 , 3 kN / 2 m şi 288 K ) şi se determină pe baza vitezei c , a diametrului conductei d , a 1
presiunii p şi temperaturii T : 1 1
108
1
12
10
.
23,2T
cdpV
×××=
3m /s
3m /s
La exhaustoare trebuie specificat debitul volumic la 2intrare,temperatura fiind 288 K , iar presiunea de refulare 101 ,3 kN / m .
Vacuumul trebuie specificat prin valoarea presiunii p , de care 3
depinde apoi căderea de presiune pe conductă (p - p ), necesară 1 2
transportării debitului de material la distanţa dată.Cunoscând viteza prin conducta c , diametrul conductei d, 1
presiunile p şi p şi temperatura T , se poate calcula debitul volumic la intrarea 1 3 1
în exhaustor:
31
12
13
. .226
pT
cdpV
×
××=
7.4. Evaluarea debitului de aerProiectarea sistemului de transport pneumatic începe cu alegerea
ventilatorului, suflantei sau compresorului. Performanţele acestora sunt date ca şi debit volumic şi suprapresiune de refulare. Dacă acestea nu corespund, sistemul nu poate funcţiona şi atunci, ori trebuie schimbat materialul transportat, ori distanţa de transport, decizia luându-se pe baza valorii vitezei de transport.
Majoritatea aplicaţiilor au ca şi gaz de transport aerul, dar poate fi folosit orice gaz prin introducerea unor constante specifice gazului în ecuaţiile utilizate în proiectare.
109
elimină ungerea cu ulei şi cu aceasta necesitatea separării uleiului .Dezavantajul debitelor pulsatorii, asociat acestui tip de compresor, poate fi înlăturat printr-o soluţie modernă, cu şapte mici cilindri dispuşi radial ,cu pistoane cu dublu efect antrenate de către un disc oscilant montat pe arborele central al compresorului .
Performanţele unui anumit model de compresor sau exhanstor necesare proiectării unui sistem pneumatic sunt debitul volumic şi presiunea de refulare sau vacuumul realizat funcţie de turaţie.
Aerul fiind compresibil trebuiesc date condiţiile la care se realizează debitul şi presiunea de refulare , condiţii care sunt internaţional recunoscute.
Debitul volumic necesar sistemului de transport trebuie convertit la condiţiile date pentru compresor sau exhaustor.
Debitul masic este acelaşi pentru sistemul de transport şi pentru maşinile care deplasează aerul, dar acesta nu este specificat în cartea maşinii .Parametrii daţi şi cei care trebuiesc stabiliţi pentru alegerea compresorului sau exhaustorului sunt prezentaţi în schemele următoare :
Parametrii Intrare (0) Ieşire (1) Presiunea p0 = 101,3 kW/ m3 p1 = se va specifica
Temperatura T0 = 288 K T1 = se va da Debitul volumic V0 = se va specifica V1 = se va calcula
Viteza aerului nealocată c1 = se va specifica
Presiunea p1 este presiunea în punctul de încărcare a materialului în conductă. Aceasta depinde de debitul de material , de distanţă , de traseul conductei şi de material. Trebuiesc cunoscute toate pierderile de presiune din alimentatorul de material , filtre , suprapresiuni provocate de alimentarea cu material ,etc.
Debitul volumic trebuie specificat în condiţii normale ( 101 , 3 kN / 2 m şi 288 K ) şi se determină pe baza vitezei c , a diametrului conductei d , a 1
presiunii p şi temperaturii T : 1 1
108
Figura 64. Influenţe asupra transportului pneumatic
La transportul în fază diluată , dacă viteza este prea mică particulele de material cad din suspensie şi blochează conducta iar dacă este prea mare, ramificaţiile se erodează repede şi materialul transportat se degradează.
Viteza are o influenţă majoră asupra căderii de presiune de pe conducta de transport şi de aici asupra debitului de material transportat. Plaja de viteză este relativ îngustă,în particular în faza diluată variind de la minim 15 m/s la maxim 30 m/s. Pentru faza densă ,viteza aerului la intrare în conducta poate fi sub 3 m/s depinzând de natura materialului şi de coeficientul de încărcare.
Asigurarea vitezei minime de transport este o condiţie suficientă în aprecierea debitului volumic de aer.
Viteza aerului se obţine prin împărţirea debitului volumic la secţiunea conductei,fără a ţine seamă de prezenţa materialului.
Valorile critice ale vitezei minime de transport şi ale vitezei de la intrarea în conductă sunt date luate din exploatare şi din lucrări experimentale pe stand.
Curgerea prin conductă are loc datorită diferenţei de presiune dintre intrare şi ieşire, atât la sistemul cu suprapresiune cât şi la cele cu vacuum. La ambele presiunea scade în sensul curgerii .
Aerul fiind compresibil, debitul volumic creşte de la punctul de alimentare spre punctul de descărcare. Dacă diametrul conductei rămâne
111
PresiuneaPresiunea de refulare sau vacuumul depind de căderea de
presiune de pe conducta de transport. Căderea de presiune din separatorul gaz-lichid este luată în considerare dacă din separator se alimentează în continuare altă conductă de transport, altfel se neglijează.
Valoarea căderii de presiune depinde în mare măsură de distanţa de transport şi de coeficientul de încărcare cu material. Pentru transport în fază diluată pe distanţe scurte se recomandă ventilatoarele sau suflantele , iar pentru fază densă sau distanţe lungi sunt necesare compresoare cu piston sau cu şurub.
Căderea de presiune este dependentă, de asemenea, de viteza aerului şi de proprietăţile materialului transportat.
Debitul volumicDebitul volumic cerut ventilatorului, suflantei sau compresorului
depinde de combinaţia viteză cerută pentru formarea suspensiei de material şi diametrul conductei. Conductele şi fitingurile sunt standardizate, dar viteza este aleatorie.Viteza aerului la intrarea în conducta de transport este dată iniţială în proiectare.
Debitele volumice ale compresoarelor sunt specificate în condiţii normale , dar în exploatare sunt dependente de presiunea şi temperatura de pe sistem. Variaţiile de diametru ale conductei modifică de asemenea debitul volumic prin conductă. La sistemele în depresiune , vacuumul creşte de la intrare până la ieşire. Viteza minimă de transport este dată în condiţii normale , iar debitul volumic al exhaustoarelor este dat în condiţiile de la aspiraţie şi nu în condiţii normale.
Influenţa vitezeiSistemele de transport sunt proiectele pentru un anumit debit de
material. Acesta poate fi calculat pe baza coeficientului de încărcare şi a debitului masic de aer. Debitul de aer este proporţional cu viteza aerului şi diametrul conductei.
Importanţa vitezei de transport şi influenţa ei asupra presiunii şi debitului volumic sunt redate în schema următoare din figura 64 :
110
Figura 64. Influenţe asupra transportului pneumatic
La transportul în fază diluată , dacă viteza este prea mică particulele de material cad din suspensie şi blochează conducta iar dacă este prea mare, ramificaţiile se erodează repede şi materialul transportat se degradează.
Viteza are o influenţă majoră asupra căderii de presiune de pe conducta de transport şi de aici asupra debitului de material transportat. Plaja de viteză este relativ îngustă,în particular în faza diluată variind de la minim 15 m/s la maxim 30 m/s. Pentru faza densă ,viteza aerului la intrare în conducta poate fi sub 3 m/s depinzând de natura materialului şi de coeficientul de încărcare.
Asigurarea vitezei minime de transport este o condiţie suficientă în aprecierea debitului volumic de aer.
Viteza aerului se obţine prin împărţirea debitului volumic la secţiunea conductei,fără a ţine seamă de prezenţa materialului.
Valorile critice ale vitezei minime de transport şi ale vitezei de la intrarea în conductă sunt date luate din exploatare şi din lucrări experimentale pe stand.
Curgerea prin conductă are loc datorită diferenţei de presiune dintre intrare şi ieşire, atât la sistemul cu suprapresiune cât şi la cele cu vacuum. La ambele presiunea scade în sensul curgerii .
Aerul fiind compresibil, debitul volumic creşte de la punctul de alimentare spre punctul de descărcare. Dacă diametrul conductei rămâne
111
PresiuneaPresiunea de refulare sau vacuumul depind de căderea de
presiune de pe conducta de transport. Căderea de presiune din separatorul gaz-lichid este luată în considerare dacă din separator se alimentează în continuare altă conductă de transport, altfel se neglijează.
Valoarea căderii de presiune depinde în mare măsură de distanţa de transport şi de coeficientul de încărcare cu material. Pentru transport în fază diluată pe distanţe scurte se recomandă ventilatoarele sau suflantele , iar pentru fază densă sau distanţe lungi sunt necesare compresoare cu piston sau cu şurub.
Căderea de presiune este dependentă, de asemenea, de viteza aerului şi de proprietăţile materialului transportat.
Debitul volumicDebitul volumic cerut ventilatorului, suflantei sau compresorului
depinde de combinaţia viteză cerută pentru formarea suspensiei de material şi diametrul conductei. Conductele şi fitingurile sunt standardizate, dar viteza este aleatorie.Viteza aerului la intrarea în conducta de transport este dată iniţială în proiectare.
Debitele volumice ale compresoarelor sunt specificate în condiţii normale , dar în exploatare sunt dependente de presiunea şi temperatura de pe sistem. Variaţiile de diametru ale conductei modifică de asemenea debitul volumic prin conductă. La sistemele în depresiune , vacuumul creşte de la intrare până la ieşire. Viteza minimă de transport este dată în condiţii normale , iar debitul volumic al exhaustoarelor este dat în condiţiile de la aspiraţie şi nu în condiţii normale.
Influenţa vitezeiSistemele de transport sunt proiectele pentru un anumit debit de
material. Acesta poate fi calculat pe baza coeficientului de încărcare şi a debitului masic de aer. Debitul de aer este proporţional cu viteza aerului şi diametrul conductei.
Importanţa vitezei de transport şi influenţa ei asupra presiunii şi debitului volumic sunt redate în schema următoare din figura 64 :
110
Legătura dintre debitul masic şi cel volumic se face pe baza legii gazului ideal :
Pentru un anumit gaz şi un debit masic constant :
Astfel încât pentru două puncte 1 şi 2 de pe traseul conductei :
unde indicele 0 este pentru starea de referinţă, de obicei starea normală :
p = 101,3 kN/m2 şi T = 288 K .0 0
Debitul volumic în condiţii normale se poate scrie :
sau:
2unde p este presiunea absolută a gazului ( kN/m ), V este debitul 3volumic la presiunea p ( m / s ), m este debitul masic de gaz ( kg/s ), R este
constanta gazului ( kJ/kg∙K ) şi T este temperatura absolută ( K) = t°C + 273. Se poate scrie :
TRmVp ××=×
..
RmT
Vp×=
× ..
.
.
ctT
Vp=
×
0
0
.
0
2
2
.
2
1
1
.
1
T
Vp
T
Vp
T
Vp ×=
×=
×
1
1
.
11
.
1
10
.
843,23,101
288
T
VpV
T
pV
××=×
×
×=
1
0
.
11
.
352,0p
VTV
××=
Influenţa presiunii asupra debitului volumic este reprezentată în figura 66 pentru presiune joasă , figura 67 pentru presiune înaltă şi figura 68 pentru sistemele cu vacuum. Curgerea s-a considerat izotermică iar debitul de intrare este determinat în condiţii normale.
(4.4)
(4.5)
(4.6)
(4.7)
113
constant , viteza va creşte de-a lungul conductei , valoarea cea mai mică având-o la începutul curgerii. Din acest motiv , aici trebuie asigurată viteza minimă de transport.
Debitul volumic se calculează cu viteza medie a aerului din conductă :
ACV ×=
.
3(m /s) (4.2)
(4.3)
(4.1)
3(m /s)
2unde c este viteza aerului ( m/s ) si A, cea a secţiunii conductei ( m )Dacă conducta este circulară cu diametrul d, atunci :
sau:
Figura 65. Debitul volumic funcţie de viteza aerului
În figura 65 este reprezentat debitul volumic funcţie de viteza aerului pentru diferite diametre de conductă. Viteza aerului variază de la 2 la 40 m/s , pentru a acoperi domeniile de curgere din faza densă respectiv faza diluată.
4
2. cdV
××=p
2
.
4
d
Vc
×
×=p
112
Legătura dintre debitul masic şi cel volumic se face pe baza legii gazului ideal :
Pentru un anumit gaz şi un debit masic constant :
Astfel încât pentru două puncte 1 şi 2 de pe traseul conductei :
unde indicele 0 este pentru starea de referinţă, de obicei starea normală :
p = 101,3 kN/m2 şi T = 288 K .0 0
Debitul volumic în condiţii normale se poate scrie :
sau:
2unde p este presiunea absolută a gazului ( kN/m ), V este debitul 3volumic la presiunea p ( m / s ), m este debitul masic de gaz ( kg/s ), R este
constanta gazului ( kJ/kg∙K ) şi T este temperatura absolută ( K) = t°C + 273. Se poate scrie :
TRmVp ××=×
..
RmT
Vp×=
× ..
.
.
ctT
Vp=
×
0
0
.
0
2
2
.
2
1
1
.
1
T
Vp
T
Vp
T
Vp ×=
×=
×
1
1
.
11
.
1
10
.
843,23,101
288
T
VpV
T
pV
××=×
×
×=
1
0
.
11
.
352,0p
VTV
××=
Influenţa presiunii asupra debitului volumic este reprezentată în figura 66 pentru presiune joasă , figura 67 pentru presiune înaltă şi figura 68 pentru sistemele cu vacuum. Curgerea s-a considerat izotermică iar debitul de intrare este determinat în condiţii normale.
(4.4)
(4.5)
(4.6)
(4.7)
113
constant , viteza va creşte de-a lungul conductei , valoarea cea mai mică având-o la începutul curgerii. Din acest motiv , aici trebuie asigurată viteza minimă de transport.
Debitul volumic se calculează cu viteza medie a aerului din conductă :
ACV ×=
.
3(m /s) (4.2)
(4.3)
(4.1)
3(m /s)
2unde c este viteza aerului ( m/s ) si A, cea a secţiunii conductei ( m )Dacă conducta este circulară cu diametrul d, atunci :
sau:
Figura 65. Debitul volumic funcţie de viteza aerului
În figura 65 este reprezentat debitul volumic funcţie de viteza aerului pentru diferite diametre de conductă. Viteza aerului variază de la 2 la 40 m/s , pentru a acoperi domeniile de curgere din faza densă respectiv faza diluată.
4
2. cdV
××=p
2
.
4
d
Vc
×
×=p
112
În figura 67, suprapresiunea variază de la 1,0 la 4,0 bar. Dacă în punctul de încărcare cu material, suprapresiunea necesară transportului este
3de 4,0 bar , debitul de aer raportat la această stare este de 5 m /min şi se va destinde în lungul conductei astfel încât la ieşire, la stare normală va fi de 25
3m /min.
Figura 68. Sisteme cu vacuum
În cazul sistemelor cu vacuum, figura 68, în punctul de încărcare aerul este în 3stare normală, de unde se destinde, astfel încât la ieşire, cei 25 m /min de la
3intrare devin 50 m /min la presiunea de 0,5 bar, conform relaţiei:
50
100)5,0013,1(
25288352,01
.
»×-
××=V 3m /min
3m /min (4.8)
unde indicele 1 se referă la intrarea aerului, conform schemei cu exhaustor.
Viteza de curgere poate fi determinată din figurile 66 - 68, cu ajutorul diagramei din figura 65, sau din ecuaţia debitului volumic:
4
2
1
. cdV
××=p
1
1
.
10
.
843,2T
VpV
××=sau
Înlocuind relaţia 4.2 în relaţia 4.6 se obţine:
1
21
0
.
23,2T
cdpV
×××=
Rezultă viteza de curgere cu care se poate verifica dacă sistemul poate funcţiona:
115
Figura 66. Sisteme cu presiune joasă
În figura 66, specifică sistemului de transport în fază diluată pentru 3a transporta 25m /min aer, la starea normală, presiunea la intrarea în conductă
trebuie sa fie 0,8 bar suprapresiune iar debitul de aer 14m3/min care se poate şi calcula astfel:
unde indicele 0 se referă la intrarea în compresor , conform schemei cu compresor.
14
10)8,0013,1(
25288352,00
.
»×+
××=V
3m /min
Figura 67. Sisteme cu presiune înaltă
114
În figura 67, suprapresiunea variază de la 1,0 la 4,0 bar. Dacă în punctul de încărcare cu material, suprapresiunea necesară transportului este
3de 4,0 bar , debitul de aer raportat la această stare este de 5 m /min şi se va destinde în lungul conductei astfel încât la ieşire, la stare normală va fi de 25
3m /min.
Figura 68. Sisteme cu vacuum
În cazul sistemelor cu vacuum, figura 68, în punctul de încărcare aerul este în 3stare normală, de unde se destinde, astfel încât la ieşire, cei 25 m /min de la
3intrare devin 50 m /min la presiunea de 0,5 bar, conform relaţiei:
50
100)5,0013,1(
25288352,01
.
»×-
××=V 3m /min
3m /min (4.8)
unde indicele 1 se referă la intrarea aerului, conform schemei cu exhaustor.
Viteza de curgere poate fi determinată din figurile 66 - 68, cu ajutorul diagramei din figura 65, sau din ecuaţia debitului volumic:
4
2
1
. cdV
××=p
1
1
.
10
.
843,2T
VpV
××=sau
Înlocuind relaţia 4.2 în relaţia 4.6 se obţine:
1
21
0
.
23,2T
cdpV
×××=
Rezultă viteza de curgere cu care se poate verifica dacă sistemul poate funcţiona:
115
Figura 66. Sisteme cu presiune joasă
În figura 66, specifică sistemului de transport în fază diluată pentru 3a transporta 25m /min aer, la starea normală, presiunea la intrarea în conductă
trebuie sa fie 0,8 bar suprapresiune iar debitul de aer 14m3/min care se poate şi calcula astfel:
unde indicele 0 se referă la intrarea în compresor , conform schemei cu compresor.
14
10)8,0013,1(
25288352,00
.
»×+
××=V
3m /min
Figura 67. Sisteme cu presiune înaltă
114
transport având 125 mm diametru, vitezele de intrare şi de ieşire ale aerului vor fi 19,5 respectiv 27,2 m/s. De observat că deşi intrarea şi ieşirea sunt parţi ale aceluiaşi sistem, din cauza compresibilităţii aerului ele trebuie sa fie de diametre diferite pentru a avea o viteză de curgere corespunzătoare. Debitul volumic exprimat în condiţii normale este acelaşi peste tot şi aşa după cum s-a văzut el este influenţat de presiunea din conductă şi de compresibilitatea aerului.
Viteza minimă de transport se majorează cu 20% ca marjă de siguranţa astfel încât, dacă în fază diluată viteza minimă este în jur de 15 m/s , ea se va considera în practică 18 m/s.
În figura 70 este redat profilul vitezei pentru curgerea la presiune mică în faza diluată. Aşa după cum s-a vazut, viteza minimă necesară este 18
3/m/s, iar dacă debitul de aer este 25 m min în condiţii normale şi suprapresiunea în conductă 0,8 bar este necesar un diametru al conductei de 125 mm.
Rezultă că viteza aerului la intrare este 19 m/s şi creşte spre ieşire, în timp ce presiunea scade, astfel încât la ieşire viteza este 34m/s.
Figura 70. Curgerea în fază diluată
Influenţa presiunii aerului asupra vitezei este reprezentată în figura 371 pentru un debit de 30 m /s şi un diametru al conductei de 150 mm.
117
m/s (4.9)
12
0
.
1448,0pd
VTc
×
××=
După cum se observă din relaţiile de mai sus sunt cinci variabile care nu se pot reprezenta pe un singur grafic. Neglijând influenţa temperaturii tot rămân patru variabile, iar alegând un anumit debit de curgere se poate vedea influenţa celor trei variabile rămase. Aceasta este reprezentată în figurile 69 - 72, în care debitul volumic este dat de condiţiile mediului ambiant.
Cum viteza aerului şi presiunea pot avea o infinitate de valori, s-a ales ca parametru diametrul conductei, deoarece acesta este standardizat.
În figura 69 este prezentată influenţa presiunilor asupra vitezei de curgere a aerului printr-o conductă cu diametrul constant. Panta curbei creşte cu scăderea presiunii, caz specific atât sistemelor cu depresiune dar mai ales celor cu vacuum adânc. La presiuni mici,mici modificări ale acesteia duc la modificări importante ale vitezei asa cum se vede în relaţia 4.9, unde presiunea p este la numitor.1
Figura 69. Viteza funcţie de presiune
În figura 69 se observă legătura dintre diametrul conductei şi efectul expansiunii aerului la diferite presiuni de lucru. Astfel, pentru un debit de 20 m3/s de aer în condiţii normale, printr-o conductă cu diametrul de 150 mm este necesar vacuumul. În punctul de alimentare cu material (0 bar suprapresiune), viteza aerului este 18,9 m/s, iar dacă presiunea la intrare în exhaustor este de -0,3 bar, viteza ajunge la 26,8 m/s. Dacă presiunea în partea de suprapresiune a sistemului este 0,4 bar suprapresiune, conducta de
116
transport având 125 mm diametru, vitezele de intrare şi de ieşire ale aerului vor fi 19,5 respectiv 27,2 m/s. De observat că deşi intrarea şi ieşirea sunt parţi ale aceluiaşi sistem, din cauza compresibilităţii aerului ele trebuie sa fie de diametre diferite pentru a avea o viteză de curgere corespunzătoare. Debitul volumic exprimat în condiţii normale este acelaşi peste tot şi aşa după cum s-a văzut el este influenţat de presiunea din conductă şi de compresibilitatea aerului.
Viteza minimă de transport se majorează cu 20% ca marjă de siguranţa astfel încât, dacă în fază diluată viteza minimă este în jur de 15 m/s , ea se va considera în practică 18 m/s.
În figura 70 este redat profilul vitezei pentru curgerea la presiune mică în faza diluată. Aşa după cum s-a vazut, viteza minimă necesară este 18
3/m/s, iar dacă debitul de aer este 25 m min în condiţii normale şi suprapresiunea în conductă 0,8 bar este necesar un diametru al conductei de 125 mm.
Rezultă că viteza aerului la intrare este 19 m/s şi creşte spre ieşire, în timp ce presiunea scade, astfel încât la ieşire viteza este 34m/s.
Figura 70. Curgerea în fază diluată
Influenţa presiunii aerului asupra vitezei este reprezentată în figura 371 pentru un debit de 30 m /s şi un diametru al conductei de 150 mm.
117
m/s (4.9)
12
0
.
1448,0pd
VTc
×
××=
După cum se observă din relaţiile de mai sus sunt cinci variabile care nu se pot reprezenta pe un singur grafic. Neglijând influenţa temperaturii tot rămân patru variabile, iar alegând un anumit debit de curgere se poate vedea influenţa celor trei variabile rămase. Aceasta este reprezentată în figurile 69 - 72, în care debitul volumic este dat de condiţiile mediului ambiant.
Cum viteza aerului şi presiunea pot avea o infinitate de valori, s-a ales ca parametru diametrul conductei, deoarece acesta este standardizat.
În figura 69 este prezentată influenţa presiunilor asupra vitezei de curgere a aerului printr-o conductă cu diametrul constant. Panta curbei creşte cu scăderea presiunii, caz specific atât sistemelor cu depresiune dar mai ales celor cu vacuum adânc. La presiuni mici,mici modificări ale acesteia duc la modificări importante ale vitezei asa cum se vede în relaţia 4.9, unde presiunea p este la numitor.1
Figura 69. Viteza funcţie de presiune
În figura 69 se observă legătura dintre diametrul conductei şi efectul expansiunii aerului la diferite presiuni de lucru. Astfel, pentru un debit de 20 m3/s de aer în condiţii normale, printr-o conductă cu diametrul de 150 mm este necesar vacuumul. În punctul de alimentare cu material (0 bar suprapresiune), viteza aerului este 18,9 m/s, iar dacă presiunea la intrare în exhaustor este de -0,3 bar, viteza ajunge la 26,8 m/s. Dacă presiunea în partea de suprapresiune a sistemului este 0,4 bar suprapresiune, conducta de
116
de 12 m/s, prea mică pentru curgerea în suspensie a particulelor de material. Dacă s-ar folosi o conductă cu diametrul de 175 mm, convenabilă ca viteză de intrare, viteza la ieşire ar fi de peste 40 m/s şi pe de altă parte nici diametrul nu este unul standardizat. Se observă că soluţia este cu două variaţii de diametru şi 3 diametre de conducte : 125, 150 şi 200 mm, viteza finală la ieşire fiind 32 m/s.
In figura 73 este prezentat un caz în care presiunea de intrare în conductă este de 4 bar suprapresiune, debitul în condiţii normale este de
10 m3/min iar viteza minimă de transport trebuie menţinută la 6 m/s. Dacă s-ar folosi o conductă cu diametrul de 75 mm, viteza la intrare ar fi de 7,6 m/s iar la ieşire ar ajunge la 38,2 m/s, mult prea mare, astfel că pentru a reduce problemele legate de eroziune şi degradarea particulelor, se reduce viteza de curgere prin mărirea în trepte a diametrului conductelor, în acest caz : 75, 100, 125 mm. După cum se vede, viteza se modifică într-o plajă redusă, valoarea maximă fiind la ieşire de 13,8 m/s, mai mică decât viteza minimă necesară la curgerea în fază diluată, ceea ce se explică prin diferenţa dintre materialele transportate.
Influenţa temperaturii aeruluiInfluenţa temperaturii aerului asupra debitului volumic nu este
atât de importantă ca şi cea a presiunii, după cum se vede în figura 74. Temperatura aerului la refularea din compresoare la suprapresiunea de 1 bar poate ajunge la 100°C, iar la compresoarele cu şurub cu suprapresiune de refulare de 3 bar, poate fi 200 °C. Răcirea aerului la temperaturi mai mici, poate duce la reducerea vitezei de curgere cu 0,04 m/s pe °C.
Figura 73. Profilul vitezei la faza densă
119
Figura 71. Influenţa presiunii asupra vitezei aerului
L ă r g i r e a î n t r e p t e a conductei
L a d i m e n s i o n a r e a conductei, parametrul de control este viteza minimă de transport. Viteza aerului nu trebuie sa fie în nici un punct al conductei sub valoarea minimă, iar pentru realizarea acestei condiţii se practică mărirea în trepte a diametrului conductei.
Locul în care se face marirea este foarte important ,
deoarece presiunea scăzută de după acel loc trebuie să asigure viteza de transport.
Figura 72. Notaţiile treptelor conductei
Pentru conducta în două trepte din figura 72, aplicând relaţiile 4.5 şi 4.6 cu înlocuirea lui V din 4.2 se poate scrie:
32
43
3
.
032
43
30
.
03 448,0
4
pd
TV
Tpd
TVpc
O
×
×=
×××
×××=
--pm/s (4.10)
din care se obţine viteza aerului la intrarea în al doilea tronson al conductei.
Un caz tipic de transport în fază diluată la mare distanţă este prezentat în figura 73. Suprapresiunea aerului din conductă este de 4 bar. Viteza minimă de transport este de 15 m/s, iar debitul de aer în condiţii
3normale este de 60 m /min.Din diagramă rezultă că diametrul conductei trebuie să fie de
125mm, pentru care viteza aerului corespunzătoare este de 16,5 m/s. Dacă s-ar folosi un singur diametru de conductă, viteza la ieşire ar fi de 81,5 m/s, mult prea mare, dacă se ţine cont că particulele pot fi abrazive sau friabile. Dacă se limitează viteza aerului la 30 m/s şi se măreşte diametrul la 150 mm, viteza ar ajunge la 21 m/s iar dacă se măreşte la 200 mm, viteza coboară în jurul valorii
118
de 12 m/s, prea mică pentru curgerea în suspensie a particulelor de material. Dacă s-ar folosi o conductă cu diametrul de 175 mm, convenabilă ca viteză de intrare, viteza la ieşire ar fi de peste 40 m/s şi pe de altă parte nici diametrul nu este unul standardizat. Se observă că soluţia este cu două variaţii de diametru şi 3 diametre de conducte : 125, 150 şi 200 mm, viteza finală la ieşire fiind 32 m/s.
In figura 73 este prezentat un caz în care presiunea de intrare în conductă este de 4 bar suprapresiune, debitul în condiţii normale este de
10 m3/min iar viteza minimă de transport trebuie menţinută la 6 m/s. Dacă s-ar folosi o conductă cu diametrul de 75 mm, viteza la intrare ar fi de 7,6 m/s iar la ieşire ar ajunge la 38,2 m/s, mult prea mare, astfel că pentru a reduce problemele legate de eroziune şi degradarea particulelor, se reduce viteza de curgere prin mărirea în trepte a diametrului conductelor, în acest caz : 75, 100, 125 mm. După cum se vede, viteza se modifică într-o plajă redusă, valoarea maximă fiind la ieşire de 13,8 m/s, mai mică decât viteza minimă necesară la curgerea în fază diluată, ceea ce se explică prin diferenţa dintre materialele transportate.
Influenţa temperaturii aeruluiInfluenţa temperaturii aerului asupra debitului volumic nu este
atât de importantă ca şi cea a presiunii, după cum se vede în figura 74. Temperatura aerului la refularea din compresoare la suprapresiunea de 1 bar poate ajunge la 100°C, iar la compresoarele cu şurub cu suprapresiune de refulare de 3 bar, poate fi 200 °C. Răcirea aerului la temperaturi mai mici, poate duce la reducerea vitezei de curgere cu 0,04 m/s pe °C.
Figura 73. Profilul vitezei la faza densă
119
Figura 71. Influenţa presiunii asupra vitezei aerului
L ă r g i r e a î n t r e p t e a conductei
L a d i m e n s i o n a r e a conductei, parametrul de control este viteza minimă de transport. Viteza aerului nu trebuie sa fie în nici un punct al conductei sub valoarea minimă, iar pentru realizarea acestei condiţii se practică mărirea în trepte a diametrului conductei.
Locul în care se face marirea este foarte important ,
deoarece presiunea scăzută de după acel loc trebuie să asigure viteza de transport.
Figura 72. Notaţiile treptelor conductei
Pentru conducta în două trepte din figura 72, aplicând relaţiile 4.5 şi 4.6 cu înlocuirea lui V din 4.2 se poate scrie:
32
43
3
.
032
43
30
.
03 448,0
4
pd
TV
Tpd
TVpc
O
×
×=
×××
×××=
--pm/s (4.10)
din care se obţine viteza aerului la intrarea în al doilea tronson al conductei.
Un caz tipic de transport în fază diluată la mare distanţă este prezentat în figura 73. Suprapresiunea aerului din conductă este de 4 bar. Viteza minimă de transport este de 15 m/s, iar debitul de aer în condiţii
3normale este de 60 m /min.Din diagramă rezultă că diametrul conductei trebuie să fie de
125mm, pentru care viteza aerului corespunzătoare este de 16,5 m/s. Dacă s-ar folosi un singur diametru de conductă, viteza la ieşire ar fi de 81,5 m/s, mult prea mare, dacă se ţine cont că particulele pot fi abrazive sau friabile. Dacă se limitează viteza aerului la 30 m/s şi se măreşte diametrul la 150 mm, viteza ar ajunge la 21 m/s iar dacă se măreşte la 200 mm, viteza coboară în jurul valorii
118
1
1
.
1
.
p
TRmV
a ××=
12
1
.
1
4
pd
TRmc
a
××
×××=
p
Kkg
kJR
×=287,0
12
1
.
1 365,0pd
Tmc
a
×
××=
3m /s
m/s
m/s
3kg/m
(4.14)
(4.15)
(4.16)
(4.17)
(5.1)
respectiv
Cum pentru R este:
rezultă
7.5. Relaţiile de calcul pentru căderea de presiune a aeruluiValorile căderii de presiune a aerului în cazul conductei goale oferă
date asupra potenţialului de transport al conductei. Dacă compresorul, exhaustorul sau filtrele de aer sunt la distanţă
faţă de sistemul de transport, căderea de presiune de pe acea distanţă trebuie luată în considerare.
Căderea de presiune pe conducta goală este importantă în proiectarea sistemului pneumatic. Dacă,conducta este lungă şi de diametru mic, se poate întâmpla ca presiunea dată de suflantă să acopere doar căderea de presiune a aerului fără a se mai putea transporta şi material în suspensie.
Căderea de presiune pe conductă este direct influenţată de viteza aerului necesară transportului de material. Coturile, curbele şi alte caracteristici ale conductei măresc căderea de presiune.
Pentru evaluarea căderii de presiune trebuie cunoscuţi o serie de parametrii ai aerului şi ai conductei.
Densitatea aerului se calculează din ecuaţia termică de stare:
TR
p
V
m
×==r
3 3unde m este masa aerului (kg), V volumul (m ), p presiunea (N/ m ) şi 2R= 0,2871 (kJ/kgK), constanta aerului. În condiţii normale, p = 101,3kN/m şi 0
T = 288 K, densitatea aerului este ρ = 1,225 kg/ m3 .0
Factorul de frecare, f, este funcţie de numărul Reynolds, R , şi de e
rugozitatea conductei,ε.
121
Figura 74. Influenţa temperaturii asupra debitului
Temperatura materialului în suspensie poate fi determinată pe baza ecuaţiei de bilanţ energetic:
spappp tcmtcmtcm )()()(
...
××=××+×× (4.11)
(4.12)
(4.13)°C
unde m este debitul masic (kg/s), cp este căldura specifică (kj/kg K), t este temperatura (°C) iar indicii sunt p pentru particula de material, a pentru aer şi s pentru suspensie.
Din ecuaţia de continuitate :
pas mmm...
+=
iar din definiţia coeficientului de încărcare :
Căldura specifică a suspensiei este:
ap mm
.
×=f
pa
ppppaa
ps
mm
cmcmc
..
..
+
×+×=
Rezultă temperatura amestecului în suspensie:
papp
apappp
scc
tctct
+×
×+××=
f
f
Deoarece debitul masic de aer este constant de-a lungul conductei, exprimarea debitului volumic şi a vitezei de curgere a aerului se poate face în orice punct al conductei cu ajutorul acestuia:
120
1
1
.
1
.
p
TRmV
a ××=
12
1
.
1
4
pd
TRmc
a
××
×××=
p
Kkg
kJR
×=287,0
12
1
.
1 365,0pd
Tmc
a
×
××=
3m /s
m/s
m/s
3kg/m
(4.14)
(4.15)
(4.16)
(4.17)
(5.1)
respectiv
Cum pentru R este:
rezultă
7.5. Relaţiile de calcul pentru căderea de presiune a aeruluiValorile căderii de presiune a aerului în cazul conductei goale oferă
date asupra potenţialului de transport al conductei. Dacă compresorul, exhaustorul sau filtrele de aer sunt la distanţă
faţă de sistemul de transport, căderea de presiune de pe acea distanţă trebuie luată în considerare.
Căderea de presiune pe conducta goală este importantă în proiectarea sistemului pneumatic. Dacă,conducta este lungă şi de diametru mic, se poate întâmpla ca presiunea dată de suflantă să acopere doar căderea de presiune a aerului fără a se mai putea transporta şi material în suspensie.
Căderea de presiune pe conductă este direct influenţată de viteza aerului necesară transportului de material. Coturile, curbele şi alte caracteristici ale conductei măresc căderea de presiune.
Pentru evaluarea căderii de presiune trebuie cunoscuţi o serie de parametrii ai aerului şi ai conductei.
Densitatea aerului se calculează din ecuaţia termică de stare:
TR
p
V
m
×==r
3 3unde m este masa aerului (kg), V volumul (m ), p presiunea (N/ m ) şi 2R= 0,2871 (kJ/kgK), constanta aerului. În condiţii normale, p = 101,3kN/m şi 0
T = 288 K, densitatea aerului este ρ = 1,225 kg/ m3 .0
Factorul de frecare, f, este funcţie de numărul Reynolds, R , şi de e
rugozitatea conductei,ε.
121
Figura 74. Influenţa temperaturii asupra debitului
Temperatura materialului în suspensie poate fi determinată pe baza ecuaţiei de bilanţ energetic:
spappp tcmtcmtcm )()()(
...
××=××+×× (4.11)
(4.12)
(4.13)°C
unde m este debitul masic (kg/s), cp este căldura specifică (kj/kg K), t este temperatura (°C) iar indicii sunt p pentru particula de material, a pentru aer şi s pentru suspensie.
Din ecuaţia de continuitate :
pas mmm...
+=
iar din definiţia coeficientului de încărcare :
Căldura specifică a suspensiei este:
ap mm
.
×=f
pa
ppppaa
ps
mm
cmcmc
..
..
+
×+×=
Rezultă temperatura amestecului în suspensie:
papp
apappp
scc
tctct
+×
×+××=
f
f
Deoarece debitul masic de aer este constant de-a lungul conductei, exprimarea debitului volumic şi a vitezei de curgere a aerului se poate face în orice punct al conductei cu ajutorul acestuia:
120
Figura 75. Rugozitatea peretelui conductei
Căderea de presiune în conducte drepte poate fi determinată din relaţia lui Darcy:
unde L este lungimea conductei (m).Folosind expresia vitezei sub forma:
şi înlocuind în expresia sub forma diferenţială a căderii de presiune, rezultă:
Care prin integrare între intrarea şi ieşirea din conductă, 1 şi 2:
2 2Notând: Δp = p p si p p = Γ, rezultă pentru aer :1 2 1 2
2Δp = (p + Γ)0,5- pa 2 2
2
4 2c
d
Lfp
××
××=D
r 2N/m
m/s
(5.5)
(5.6)
(5.7)
(5.8)
(5.9)
pd
TRmc
a
××
×××=
2
.
4
p
dLd
TRmLfdpp
a×
×
×××××=×
52
2.
32
p
52
2.
22
21
64
d
TRmLfpp
a
×
×××××=-
p
123
(5.2)
(5.3)
(5.4)
m/s
m
dcRe
××=
8
în care μ, vâscozitatea aerului(kg/m∙s)Înlocuind viteza c din relaţia:
Se obţine:
pd
TRmc
a
××
×××=
2
.
4
p
mp××
×=
d
mR
a
e
.
4
Valorile factorului de frecare, f , se pot obţine din diagrama lui Moody din figura 75, iar valorile tipice pentru rugozitate în tabelul din aceeaşi figură.
Figura 75.Factorul de frecare funcţie de Re
122
Figura 75. Rugozitatea peretelui conductei
Căderea de presiune în conducte drepte poate fi determinată din relaţia lui Darcy:
unde L este lungimea conductei (m).Folosind expresia vitezei sub forma:
şi înlocuind în expresia sub forma diferenţială a căderii de presiune, rezultă:
Care prin integrare între intrarea şi ieşirea din conductă, 1 şi 2:
2 2Notând: Δp = p p si p p = Γ, rezultă pentru aer :1 2 1 2
2Δp = (p + Γ)0,5- pa 2 2
2
4 2c
d
Lfp
××
××=D
r 2N/m
m/s
(5.5)
(5.6)
(5.7)
(5.8)
(5.9)
pd
TRmc
a
××
×××=
2
.
4
p
dLd
TRmLfdpp
a×
×
×××××=×
52
2.
32
p
52
2.
22
21
64
d
TRmLfpp
a
×
×××××=-
p
123
(5.2)
(5.3)
(5.4)
m/s
m
dcRe
××=
8
în care μ, vâscozitatea aerului(kg/m∙s)Înlocuind viteza c din relaţia:
Se obţine:
pd
TRmc
a
××
×××=
2
.
4
p
mp××
×=
d
mR
a
e
.
4
Valorile factorului de frecare, f , se pot obţine din diagrama lui Moody din figura 75, iar valorile tipice pentru rugozitate în tabelul din aceeaşi figură.
Figura 75.Factorul de frecare funcţie de Re
122
Transportul cimentului în fază densă Pentru ilustrarea proiectării unui sistem de transport în fază densă ,
a fost selectat ciment Portland. Acesta este un material care se poate transporta foarte bine în fază densă la viteză mică. Pentru a ilustra procesul de proiectare a acestui sistem se determină parametrii unui punct de pe caracteristica de transport. Dacă este necesar să se ridice toată caracteristica de transport , se repetă procedura pentru mai multe puncte.
Figura 76. Caracteristica de transport pneumatic a cimentului
Date de transportSistemul de transport de referinţă are un rezervor de presiune
înaltă pentru încărcarea materialului în sistemul de ţevi. Acest tip de încărcare este ideal pentru materialele abrazive, cum este cimentul, deoarece nu are părţi în mişcare şi este capabil să acopere o gamă largă de condiţii de transport . Sistemul de ţevi folosit are 50 m lungime , diametrul de 53 mm cu 9 coturi la 90 de grade şi este aproape în totalitate în plan orizontal. Acest sistem de ţevi este prezentat în figura 77.
Necesarul de transportNecesarul de transport se stabileşte pentru transportul
cimentului pe o distanţă de 155 m la un debit de 70 de tone/h şi se recomandă să se folosească un compresor ce generează 2 bar suprapresiune. O schiţă a
125
La sistemele cu suprapresiune presiunea p este dată (de obicei este 2
presiunea atmosferică) şi atunci:
Similar, pentru sistemele cu presiune negativă, p este dată (de 1
obicei este presiunea atmosferică):
Observaţie: Constanta aerului se va înlocui cu valoarea 287,1 J/kgK). Căderile de presiune pe coturi, ramificaţii, fitinguri pot fi luate în
considerare prin înlocuirea lor cu o lungime echivalentă de conductă dreaptă, L (m), astfel:e
25,0
52
2.
22 )
64( p
d
TRmLfpp
a
a -×
×××××+=D
p
2N/m
2N/m
m
(5.10)
(5.11)
(5.12)
5,0
52
2.
211 )
64(
d
TRmLfppp
a
a×
×××××--=D
p
f
dkLe
×
×=
4
unde k, coeficientul de pierderi locale de presiune depinde de geometria şi configuraţia cotului, ramificaţiei sau fitingului şi se ia din diagrame sau tabele. Astfel, pentru intrarea în conductă : k = 1,0,pentru cot dublu la 90°: k = 3,0 , pentru ramificaţie :k = 1,0.
7.6. Dimensionarea unei instalaţii de transport material fin în fază densă
Sistemul de transport pneumatic se proiectează , de obicei , prin utilizarea unor baze de date. Datele pot proveni de la o instalaţie de ţevi unde a fost transportat material identic sau dintr-o instalaţie de test în care materialul în cauza va fi transportat, special pentru a obţine date. Dintr-o instalaţie de ţevi , în funcţiune , este probabil să se obţină date pentru un singur punct de funcţionare. Cu o instalaţie de test , debitul de aer şi de material transportat poate varia, la fel si diferenţa de presiune de transport şi pot fi măsurate cu ajutorul instrumentelor.
124
Transportul cimentului în fază densă Pentru ilustrarea proiectării unui sistem de transport în fază densă ,
a fost selectat ciment Portland. Acesta este un material care se poate transporta foarte bine în fază densă la viteză mică. Pentru a ilustra procesul de proiectare a acestui sistem se determină parametrii unui punct de pe caracteristica de transport. Dacă este necesar să se ridice toată caracteristica de transport , se repetă procedura pentru mai multe puncte.
Figura 76. Caracteristica de transport pneumatic a cimentului
Date de transportSistemul de transport de referinţă are un rezervor de presiune
înaltă pentru încărcarea materialului în sistemul de ţevi. Acest tip de încărcare este ideal pentru materialele abrazive, cum este cimentul, deoarece nu are părţi în mişcare şi este capabil să acopere o gamă largă de condiţii de transport . Sistemul de ţevi folosit are 50 m lungime , diametrul de 53 mm cu 9 coturi la 90 de grade şi este aproape în totalitate în plan orizontal. Acest sistem de ţevi este prezentat în figura 77.
Necesarul de transportNecesarul de transport se stabileşte pentru transportul
cimentului pe o distanţă de 155 m la un debit de 70 de tone/h şi se recomandă să se folosească un compresor ce generează 2 bar suprapresiune. O schiţă a
125
La sistemele cu suprapresiune presiunea p este dată (de obicei este 2
presiunea atmosferică) şi atunci:
Similar, pentru sistemele cu presiune negativă, p este dată (de 1
obicei este presiunea atmosferică):
Observaţie: Constanta aerului se va înlocui cu valoarea 287,1 J/kgK). Căderile de presiune pe coturi, ramificaţii, fitinguri pot fi luate în
considerare prin înlocuirea lor cu o lungime echivalentă de conductă dreaptă, L (m), astfel:e
25,0
52
2.
22 )
64( p
d
TRmLfpp
a
a -×
×××××+=D
p
2N/m
2N/m
m
(5.10)
(5.11)
(5.12)
5,0
52
2.
211 )
64(
d
TRmLfppp
a
a×
×××××--=D
p
f
dkLe
×
×=
4
unde k, coeficientul de pierderi locale de presiune depinde de geometria şi configuraţia cotului, ramificaţiei sau fitingului şi se ia din diagrame sau tabele. Astfel, pentru intrarea în conductă : k = 1,0,pentru cot dublu la 90°: k = 3,0 , pentru ramificaţie :k = 1,0.
7.6. Dimensionarea unei instalaţii de transport material fin în fază densă
Sistemul de transport pneumatic se proiectează , de obicei , prin utilizarea unor baze de date. Datele pot proveni de la o instalaţie de ţevi unde a fost transportat material identic sau dintr-o instalaţie de test în care materialul în cauza va fi transportat, special pentru a obţine date. Dintr-o instalaţie de ţevi , în funcţiune , este probabil să se obţină date pentru un singur punct de funcţionare. Cu o instalaţie de test , debitul de aer şi de material transportat poate varia, la fel si diferenţa de presiune de transport şi pot fi măsurate cu ajutorul instrumentelor.
124
Tipul materialului transportat are desigur o mare importanţă , dar aceste date asigură o valoare medie rezonabilă.
Figura 79 .Lungimea echivalentă a coturilor
Figura 80. Influenţa raportului de încărcare solidă asupra vitezei minime de transport
Î n proiectarea sistemului de transport,viteza de intrare a aerului trebuie să fie mai mare cu 20% decât valoarea vitezei minime recomandate.
Datele iniţiale ale proiectării sunt debitul de 70 tone/h de ciment transportat cu o diferenţă de presiune de transport de 1,6 bar.
Datele finale ale proiectării sunt diametrul sistemului de tubulatură , debitul volumic de aer al compresorului împreună cu puterea necesară pentru motorul de antrenare al acestuia .
127
sistemului de ţevi propus este prezentată în figura 78. Sistemul include un total de 120 m de ţeavă în plan orizontal şi 35 m în care materialul este transportat în plan vertical. Şase coturi la 90 de grade sunt incorporate în sistemul de tubulatură, tubulatura fiind din oţel .
Capacitatea de transportLungimea echivalentă a coturilor la 90 de grade având un raport D/d
=24/1 este redată în figura 79 iar în figura 80 se poate vedea influenţa raportului de încărcare solidă asupra vitezei minime de transport.
Figura 77. Schiţa tubulaturii de test
Figura 78. Schiţa tubulaturii de proiectat
126
Tipul materialului transportat are desigur o mare importanţă , dar aceste date asigură o valoare medie rezonabilă.
Figura 79 .Lungimea echivalentă a coturilor
Figura 80. Influenţa raportului de încărcare solidă asupra vitezei minime de transport
Î n proiectarea sistemului de transport,viteza de intrare a aerului trebuie să fie mai mare cu 20% decât valoarea vitezei minime recomandate.
Datele iniţiale ale proiectării sunt debitul de 70 tone/h de ciment transportat cu o diferenţă de presiune de transport de 1,6 bar.
Datele finale ale proiectării sunt diametrul sistemului de tubulatură , debitul volumic de aer al compresorului împreună cu puterea necesară pentru motorul de antrenare al acestuia .
127
sistemului de ţevi propus este prezentată în figura 78. Sistemul include un total de 120 m de ţeavă în plan orizontal şi 35 m în care materialul este transportat în plan vertical. Şase coturi la 90 de grade sunt incorporate în sistemul de tubulatură, tubulatura fiind din oţel .
Capacitatea de transportLungimea echivalentă a coturilor la 90 de grade având un raport D/d
=24/1 este redată în figura 79 iar în figura 80 se poate vedea influenţa raportului de încărcare solidă asupra vitezei minime de transport.
Figura 77. Schiţa tubulaturii de test
Figura 78. Schiţa tubulaturii de proiectat
126
Stabilirea punctului de operare de pe caracteristica de transportPunctul de operare , de pe caracteristica de transport pentru
sistemul de test din figura 6.1 , se stabileşte astfel încât debitul de aer să fie mai mare cu 20% decât debitul minim de aer de transport de la presiunea de 1,6 bar. La 1,6 bar debitul minim de aer este aproximativ 0,021 kg/s şi atunci punctul de operare va corespunde unui debit de aer de 0,025kg/s. Valoarea corespunzatoare a debitului de material este aproximativ 12,8 tone/h . Punctul de operare este prezentat în figura 6.6 ca şi este punct al primei estimari (a).
Viteza de intrare a aerului de transportViteza minima a aerului de transport Cmin ,corespunzatoare limitei
de transport pentru o diferenţă de presiune de 1.6 bar poate fi determinată utilizand ecuaţia de mai jos:
sm
pd
TmC a /365.0
12
11
××=
&(6.1)
Figura 81. Caracteristica pneumatică de transport
129
Rezumat
Materialul de transportat Ciment de PortlandDimensiunea particulelor 14 pmDensitatea materialului ρb 1070 kg/m3Densitatea particulelor ρp 3060 kg/m3Tubulatura figura 78Orizontala k 120 mVerticala v 35 mCoturi b 6X90°Capacitatea de transportDebitul de material mp 70tone/hAer de transport Compresor cu şurubPresiunea de refulare p 2.0 bar suprapresiunePresiunea de intrare pi 1.6 bar suprapresiuneCăderea de presiune Δp 1.6barViteza minima a aerului C1 1.2 X CminDe determinatDiametrul tubulaturii dDebitul de aer VaPuterea necesara P
Procedura de dimensionareLuând în considerare necesarul de presiune şi debitul de aer,se
stabileşte punctul de funcţionare de pe caracteristica de transport a sistemului de referinţă .
Dimensionarea se realizează în două etape. În prima etapă se porneşte de la distanţa de transport, orientarea sistemului în spaţiu , numărul de coturi cu care se calculează viteza aerului de transport , căderea de presiune şi lungimea echivalentă atât pentru sistemul de referinţă cât si pentru sistemul ce trebuie proiectat şi se face verificarea prin coeficientul de încărcare.
In etapa a doua , dimensionarea se face în funcţie de diametrul sistemului de tubulatura şi se stabileşte debitul de aer ăi puterea motorului de antrenare.
Valoarea căderii de presiune a aerului trebuie să fie stabilită , pentru că aceasta este în dependenţă cu lungimea şi diametrul tubulaturii : dacă sistemul de tubulatura este mai lung va fi necesar un diametru mai mare şi invers.
128
Stabilirea punctului de operare de pe caracteristica de transportPunctul de operare , de pe caracteristica de transport pentru
sistemul de test din figura 6.1 , se stabileşte astfel încât debitul de aer să fie mai mare cu 20% decât debitul minim de aer de transport de la presiunea de 1,6 bar. La 1,6 bar debitul minim de aer este aproximativ 0,021 kg/s şi atunci punctul de operare va corespunde unui debit de aer de 0,025kg/s. Valoarea corespunzatoare a debitului de material este aproximativ 12,8 tone/h . Punctul de operare este prezentat în figura 6.6 ca şi este punct al primei estimari (a).
Viteza de intrare a aerului de transportViteza minima a aerului de transport Cmin ,corespunzatoare limitei
de transport pentru o diferenţă de presiune de 1.6 bar poate fi determinată utilizand ecuaţia de mai jos:
sm
pd
TmC a /365.0
12
11
××=
&(6.1)
Figura 81. Caracteristica pneumatică de transport
129
Rezumat
Materialul de transportat Ciment de PortlandDimensiunea particulelor 14 pmDensitatea materialului ρb 1070 kg/m3Densitatea particulelor ρp 3060 kg/m3Tubulatura figura 78Orizontala k 120 mVerticala v 35 mCoturi b 6X90°Capacitatea de transportDebitul de material mp 70tone/hAer de transport Compresor cu şurubPresiunea de refulare p 2.0 bar suprapresiunePresiunea de intrare pi 1.6 bar suprapresiuneCăderea de presiune Δp 1.6barViteza minima a aerului C1 1.2 X CminDe determinatDiametrul tubulaturii dDebitul de aer VaPuterea necesara P
Procedura de dimensionareLuând în considerare necesarul de presiune şi debitul de aer,se
stabileşte punctul de funcţionare de pe caracteristica de transport a sistemului de referinţă .
Dimensionarea se realizează în două etape. În prima etapă se porneşte de la distanţa de transport, orientarea sistemului în spaţiu , numărul de coturi cu care se calculează viteza aerului de transport , căderea de presiune şi lungimea echivalentă atât pentru sistemul de referinţă cât si pentru sistemul ce trebuie proiectat şi se face verificarea prin coeficientul de încărcare.
In etapa a doua , dimensionarea se face în funcţie de diametrul sistemului de tubulatura şi se stabileşte debitul de aer ăi puterea motorului de antrenare.
Valoarea căderii de presiune a aerului trebuie să fie stabilită , pentru că aceasta este în dependenţă cu lungimea şi diametrul tubulaturii : dacă sistemul de tubulatura este mai lung va fi necesar un diametru mai mare şi invers.
128
Pentru porţiunile verticale ale tubulaturii lungimea echivalentă este dublul lungimii acestora , atât pentru faza diluată cât şi pentru faza densă a transportului pneumatic. Pentru coturile tubulaturii lungimea echivalentă poate fi legată de viteza de intrare a aerului. S-a descoperit că lungimea echivalentă a coturilor variază puţin cu geometria cotului. Influenţa semnificativă o are raportul diametru cot pe diametrul tubulaturii D/d, mai ales la valori peste 4 / 14 . Pentru raze de curbură mici , în particular pentru teuri, lungimea echivalentă va fi cu mult mai mare .
Lungimea echivalentă a tubulaturii L poate fi exprimată astfel : 0
Unde : h, este lungimea totala a tubulaturii orizontale; v, lungimea totala a tubulaturii verticale; N, numărul total al coturilor si b,lungimea echivalentă a fiecărui cot.
Tubulatura de testO schiţă a tubulaturii de test este prezentată în figura 6.2 şi de aici se
poate calcula lungimea echivalentă a tubulaturii de test L :el
Valoarea lungimii echivalente se explică prin aceea că nu este o ridicare verticală semnificativă şi sunt nouă coturi în tubulatura de test. Cu o viteză a aerului de transport de 3,6 m/s lungimea echivalentă a coturilor din figura 6.4 este de aproape 1½ m de fiecare cot.
Tubulatura instalaţiei de dimensionatO schiţă a tubulaturii instalaţiei de proiectat este dată în figura 78 ,
iar lungimea echivalentă L , este:e2
Lungimea fizică a instalaţiei este de 155 m şi este lungimea ce trebuie utilizată pentru evaluarea căderii de presiune a aerului , dacă tubulatura ar avea acelaşi diametru ca şi instalaţia de test. Neglijând efectul coturilor şi înlocuind lungimea 155 m în locul celei de 50 m din ecuaţia 6.4 , se obţine :
NbvhL ++=20 m
m
m
(6.6)
(6.7)
(6.8)
() 64
2
11902501 =÷
ø
öçè
æ×́+́+=eL
() 199
2
1163521202 =÷
ø
öçè
æ×́+́+=eL
131
Pentru un diametru al tubulaturii, d de 0,053 m, o temperatura de intrare a aerului de 15°C (T =288K) o presiune absolută la intrare p de 261,3 1 1
2kN/m şi o valoare a debitului de aer de 0,021 kg/s, dă :
Acestei valori îi corespunde, în figura 80, un coeficient de încărcare mai mare de 70.
Viteza aerului de intrare , C va fi cu 20% mai mare. 1
Căderea de presiune a aerului Căderea de presiune pentru un sistem de tubulatură , Δp , poate fi
determinată utilizând ecuaţia 6.4 .
Luând presiunea aerului de ieşire ca fiind presiune atmosferică 2standard de 101,300 kN/m , coeficientul de frecare al tubulaturii f de 0,0045,
lungimea tubulaturii de test L= 50 m , valoarea debitului de aer determinată mai sus la 0,025 kg/s,constanta R pentru aer = 287 J/kg*K , temperatura aerului T = 288 K şi diametrul tubulaturii de test , d de 0,053 m, se obţine :
După cum se poate observA , această cădere de presiune este neglijabilă şi corespunde unei viteze mici de transport intr-un sistem relativ mic de tubulatura. Pentru viteze mari de transport , în fază diluată în sisteme lungi de tubulaură , căderea de presiune trebuie luată în considerare.
Lungimea echivalentăLungimea echivalentă a sistemului pentru transportul materialului
are ca valoare de referinţă lungimea orizontală a tubulaturii. La aceasta se adaugă lungimea echivalentă pentru porţiunile verticale şi pentru coturile tubulaturii.
smsmC /0.3/
3.261053.0
288021.0365.0
2min =´
´×= (6.2)
(6.3)
(6.4)
(6.5)
(m/s)
2(N/m )
6.30.32.11 =́=C
2
5.0
5
22
2
64p
d
RTmfLpp a
a -÷÷
ø
ö
çç
è
æ
×
×+=D
p
&
barmN
mNpa
009.0/89.0
/886101300053.0
288287025.0500045.064101300
2
2
5.0
22
22
==
=-÷÷ø
öççè
æ
´
´́´́´+=D
p
130
Pentru porţiunile verticale ale tubulaturii lungimea echivalentă este dublul lungimii acestora , atât pentru faza diluată cât şi pentru faza densă a transportului pneumatic. Pentru coturile tubulaturii lungimea echivalentă poate fi legată de viteza de intrare a aerului. S-a descoperit că lungimea echivalentă a coturilor variază puţin cu geometria cotului. Influenţa semnificativă o are raportul diametru cot pe diametrul tubulaturii D/d, mai ales la valori peste 4 / 14 . Pentru raze de curbură mici , în particular pentru teuri, lungimea echivalentă va fi cu mult mai mare .
Lungimea echivalentă a tubulaturii L poate fi exprimată astfel : 0
Unde : h, este lungimea totala a tubulaturii orizontale; v, lungimea totala a tubulaturii verticale; N, numărul total al coturilor si b,lungimea echivalentă a fiecărui cot.
Tubulatura de testO schiţă a tubulaturii de test este prezentată în figura 6.2 şi de aici se
poate calcula lungimea echivalentă a tubulaturii de test L :el
Valoarea lungimii echivalente se explică prin aceea că nu este o ridicare verticală semnificativă şi sunt nouă coturi în tubulatura de test. Cu o viteză a aerului de transport de 3,6 m/s lungimea echivalentă a coturilor din figura 6.4 este de aproape 1½ m de fiecare cot.
Tubulatura instalaţiei de dimensionatO schiţă a tubulaturii instalaţiei de proiectat este dată în figura 78 ,
iar lungimea echivalentă L , este:e2
Lungimea fizică a instalaţiei este de 155 m şi este lungimea ce trebuie utilizată pentru evaluarea căderii de presiune a aerului , dacă tubulatura ar avea acelaşi diametru ca şi instalaţia de test. Neglijând efectul coturilor şi înlocuind lungimea 155 m în locul celei de 50 m din ecuaţia 6.4 , se obţine :
NbvhL ++=20 m
m
m
(6.6)
(6.7)
(6.8)
() 64
2
11902501 =÷
ø
öçè
æ×́+́+=eL
() 199
2
1163521202 =÷
ø
öçè
æ×́+́+=eL
131
Pentru un diametru al tubulaturii, d de 0,053 m, o temperatura de intrare a aerului de 15°C (T =288K) o presiune absolută la intrare p de 261,3 1 1
2kN/m şi o valoare a debitului de aer de 0,021 kg/s, dă :
Acestei valori îi corespunde, în figura 80, un coeficient de încărcare mai mare de 70.
Viteza aerului de intrare , C va fi cu 20% mai mare. 1
Căderea de presiune a aerului Căderea de presiune pentru un sistem de tubulatură , Δp , poate fi
determinată utilizând ecuaţia 6.4 .
Luând presiunea aerului de ieşire ca fiind presiune atmosferică 2standard de 101,300 kN/m , coeficientul de frecare al tubulaturii f de 0,0045,
lungimea tubulaturii de test L= 50 m , valoarea debitului de aer determinată mai sus la 0,025 kg/s,constanta R pentru aer = 287 J/kg*K , temperatura aerului T = 288 K şi diametrul tubulaturii de test , d de 0,053 m, se obţine :
După cum se poate observA , această cădere de presiune este neglijabilă şi corespunde unei viteze mici de transport intr-un sistem relativ mic de tubulatura. Pentru viteze mari de transport , în fază diluată în sisteme lungi de tubulaură , căderea de presiune trebuie luată în considerare.
Lungimea echivalentăLungimea echivalentă a sistemului pentru transportul materialului
are ca valoare de referinţă lungimea orizontală a tubulaturii. La aceasta se adaugă lungimea echivalentă pentru porţiunile verticale şi pentru coturile tubulaturii.
smsmC /0.3/
3.261053.0
288021.0365.0
2min =´
´×= (6.2)
(6.3)
(6.4)
(6.5)
(m/s)
2(N/m )
6.30.32.11 =́=C
2
5.0
5
22
2
64p
d
RTmfLpp a
a -÷÷
ø
ö
çç
è
æ
×
×+=D
p
&
barmN
mNpa
009.0/89.0
/886101300053.0
288287025.0500045.064101300
2
2
5.0
22
22
==
=-÷÷ø
öççè
æ
´
´́´́´+=D
p
130
Noul punct de operare , de pe figura 6.6 , va trebui să aibă o viteză de intrare a aerului peste 4,5 m/s, adică 1,2 X 4,5 = 5,4 m/s .
Având în vedere că verificarea a dat greş , este necesară localizarea unui nou punct de operare pe figura 6.6. Datorită primelor calcule este de sugerat ca valoarea vitezei de intrare a aerului , ce ar trebui încercată , să fie de 8 m/s , adică punctul b pe figura 6.6.
Din figura 81 , noul debit de material este de 12 tone/h şi noul debit de aer este de 0,052 kg/s. Deşi debitul de aer este cu mult mai mare , căderea de presiune de pe tubulatură va fi totuşi foarte mică în comparaţie cu căderea de presiune de transport şi de aceea va putea fi neglijată.
Lungimea echivalentă a coturilor , din figura 79 este cu mult mai mare , aceasta crescând pentru un cot de la 1,6 m la 6,1 m , pentru o creştere a vitezei de intrare a aerului de la 3,6 m/s la 8 m/s.
Lungimea echivalentă revizuită a tubulaturii de test a crescut de la 64 m la 105 m , iar pentru tubulatura de proiectat , păstrând diametrul de 53 mm , a crescut de la 199 m la 227 m. Cu aceste noi valori debitul de material de 12 tone/h devine 5,55 tone/h , menţinând diametrul tubulaturii de 53 mm. Coeficientul de încărcare va fi :
Din figura 80 se observă că pentru un coeficient de încărcare 30 , viteza minimă corespunzatoare a aerului de transport este 6,3 m/s , iar cu 20% marjă de eroare , viteza de intrare a aerului trebuie să fie de 7,6 m/s , faţă de 8 m/s cu care s-a început recalcularea , astfel încât calculele pot continua.
Dimensionarea după diametruDimensionarea diametrului tubulaturii se face cu ajutorul ecuaţiei
6.12 , în funcţie de debitul de material ce trebuie transportat , dacă diametrul tubulaturii este mărit la o valoare dată. In acest caz valoarea debitului de material a fost specificată ,70 tone/h şi deci este nevoie să se afle diametrul necesar al tubulaturii.
30
052.06.3
55.5=
´=f
5.0
1
2
12
úúû
ù
êêë
é×=
p
p
m
mdd
&
&m (6.12)
133
barmkNmNpa 027.0/72.2/2721 22 ===D (6.9)
(6.10)
(6.11)
tone/h
Cu alte cuvinte aceasta este de trei ori mai mare decât cea a instalaţiei de test , dar este nesemnificativă faţă de valoarea de 1,6 bar a diferenţei de presiune de transport. Cresterea căderii de presiune a aerului de la 0,009 bar la 0,027 bar înseamnă 0,018 bar mai puţini pentru transportul materialului.
Această pierdere de presiune trebuie scazută din 1,6 bar ceea ce dă 1,582 bar şi aceasta este valoarea ce trebuie utilizată în figura 81 pentru determinarea debitului de material pentru continuarea dimensionării. Pentru viteze mici ale transportului la presiune inalta aceste valori ale căderii de presiune sunt nesemnificative , dar pentru distanţe lungi, viteze mari , presiuni de transport mici aceste valori vor fi semnificative şi trebuie luate în considerare .
Dimensionarea lungimii tubulaturii se poate face cu ajutorul ecuaţiei 6.10 :
Debitul de material de 4,12 tone/h pentru tublatura de test obţinut din figura 6.6 , este debitul de material care se poate transporta cu aceeaşi cădere de presiune şi debit de aer , dacă tubulatura ar avea acelaşi diametru ca şi tubulatura de test , neglijând efectul pierderilor de presiune din tubulatură.
Verificarea condiţiei de transportSe face o verificare a noii valori a raportului de încărcare. Aceasta
trebuie făcută pentru a afla dacă materialul poate fi transportat în fază densă , fiindcă pentru punctul de operare s-a pornit de la o viteză de intrare a aerului de 3.6m/s şi de la un debit de aer de 0,025 kg/s.
Noul raport de încărcare va fi :
Din figura 80 se poate observa că la valoarea raportului de încărcare de 45, valoarea minimă a vitezei aerului de transport este de 4,5 m/s ceea ce nu corespunde pentru punctul iniţial de operare identificat în figura 81.
12.4
199
648.12
2
112 =́=×=
e
epp
L
Lmm &&
45
025.06.3
12.4=
´=f
132
Noul punct de operare , de pe figura 6.6 , va trebui să aibă o viteză de intrare a aerului peste 4,5 m/s, adică 1,2 X 4,5 = 5,4 m/s .
Având în vedere că verificarea a dat greş , este necesară localizarea unui nou punct de operare pe figura 6.6. Datorită primelor calcule este de sugerat ca valoarea vitezei de intrare a aerului , ce ar trebui încercată , să fie de 8 m/s , adică punctul b pe figura 6.6.
Din figura 81 , noul debit de material este de 12 tone/h şi noul debit de aer este de 0,052 kg/s. Deşi debitul de aer este cu mult mai mare , căderea de presiune de pe tubulatură va fi totuşi foarte mică în comparaţie cu căderea de presiune de transport şi de aceea va putea fi neglijată.
Lungimea echivalentă a coturilor , din figura 79 este cu mult mai mare , aceasta crescând pentru un cot de la 1,6 m la 6,1 m , pentru o creştere a vitezei de intrare a aerului de la 3,6 m/s la 8 m/s.
Lungimea echivalentă revizuită a tubulaturii de test a crescut de la 64 m la 105 m , iar pentru tubulatura de proiectat , păstrând diametrul de 53 mm , a crescut de la 199 m la 227 m. Cu aceste noi valori debitul de material de 12 tone/h devine 5,55 tone/h , menţinând diametrul tubulaturii de 53 mm. Coeficientul de încărcare va fi :
Din figura 80 se observă că pentru un coeficient de încărcare 30 , viteza minimă corespunzatoare a aerului de transport este 6,3 m/s , iar cu 20% marjă de eroare , viteza de intrare a aerului trebuie să fie de 7,6 m/s , faţă de 8 m/s cu care s-a început recalcularea , astfel încât calculele pot continua.
Dimensionarea după diametruDimensionarea diametrului tubulaturii se face cu ajutorul ecuaţiei
6.12 , în funcţie de debitul de material ce trebuie transportat , dacă diametrul tubulaturii este mărit la o valoare dată. In acest caz valoarea debitului de material a fost specificată ,70 tone/h şi deci este nevoie să se afle diametrul necesar al tubulaturii.
30
052.06.3
55.5=
´=f
5.0
1
2
12
úúû
ù
êêë
é×=
p
p
m
mdd
&
&m (6.12)
133
barmkNmNpa 027.0/72.2/2721 22 ===D (6.9)
(6.10)
(6.11)
tone/h
Cu alte cuvinte aceasta este de trei ori mai mare decât cea a instalaţiei de test , dar este nesemnificativă faţă de valoarea de 1,6 bar a diferenţei de presiune de transport. Cresterea căderii de presiune a aerului de la 0,009 bar la 0,027 bar înseamnă 0,018 bar mai puţini pentru transportul materialului.
Această pierdere de presiune trebuie scazută din 1,6 bar ceea ce dă 1,582 bar şi aceasta este valoarea ce trebuie utilizată în figura 81 pentru determinarea debitului de material pentru continuarea dimensionării. Pentru viteze mici ale transportului la presiune inalta aceste valori ale căderii de presiune sunt nesemnificative , dar pentru distanţe lungi, viteze mari , presiuni de transport mici aceste valori vor fi semnificative şi trebuie luate în considerare .
Dimensionarea lungimii tubulaturii se poate face cu ajutorul ecuaţiei 6.10 :
Debitul de material de 4,12 tone/h pentru tublatura de test obţinut din figura 6.6 , este debitul de material care se poate transporta cu aceeaşi cădere de presiune şi debit de aer , dacă tubulatura ar avea acelaşi diametru ca şi tubulatura de test , neglijând efectul pierderilor de presiune din tubulatură.
Verificarea condiţiei de transportSe face o verificare a noii valori a raportului de încărcare. Aceasta
trebuie făcută pentru a afla dacă materialul poate fi transportat în fază densă , fiindcă pentru punctul de operare s-a pornit de la o viteză de intrare a aerului de 3.6m/s şi de la un debit de aer de 0,025 kg/s.
Noul raport de încărcare va fi :
Din figura 80 se poate observa că la valoarea raportului de încărcare de 45, valoarea minimă a vitezei aerului de transport este de 4,5 m/s ceea ce nu corespunde pentru punctul iniţial de operare identificat în figura 81.
12.4
199
648.12
2
112 =́=×=
e
epp
L
Lmm &&
45
025.06.3
12.4=
´=f
132
Puterea necesară antrenării compresoruluiO valoare aproximativă pentru calculul puterii de antrenare a
compresorului se obţine cu relaţia 6.14:
7.7. Dimensionarea unei instalaţii de transport material grosier în fază diluată
Pentru acest studiu a fost ales un material care nu are capacităţi naturale de transport în fază densă şi deci poate fi transportat în fază diluată într-un sistem convenţional de transport pneumatic. Sulfatul de magneziu are o mărime a particulelor de 225 μm şi rămâne foarte puţin în suspensie în aer. Densitatea materialului este de 1010 kg/m3 şi densitatea particulelor este de 2350 kg/m3.Ca şi la faza densă, viteza minima de transport a aerului pentru material este un parametru foarte important de proiectar , dar spre deosebire de faza densă aceasta nu se modifică foarte mult cu variaţia coeficientului de încărcare .
Materialul a fost transportat prin tubulatura din figura 82 , iar caracteristica de transport este prezentată în figura 83. Au fost efectuate încercări cu căderea de presiune de 1,8 bar , cu un coeficient de încărcare maxim atins 10 , iar viteza minimă de transport a aerului pentru acest material a fost de 14 m/s.
Transportul sulfatului de magneziu în fază diluatăPentru a ilustra procesul de dimensionare a unui sistem de
transport în fază diluată este utilizat sulfatul de magneziu. Se determină parametrii pentru un singur punct, dar se poate scala intreaga caracteristică dacă este necesar.
Date de transportO schiţa a tubulaturii de test folosite în acest studiu este prezentată
în figura 82. Tubulatura are 95 m lungime în plan orizontal , incorporeaza 9 coturi la 90° cu un raport D/d = 12:1. Tubulatura a fost aprovizionată dintr-un rezervor de înaltă presiune .
kW
p
pVP ú
û
ùêë
é=
3
40 ln203 &
kWP 125
3101
3261ln647.0203 =úû
ùêë
é
´
´=́
(6.14)
135
Înlocuind datele în ecuaţie se obţine :
188
55.5
7053
5.0
2 =÷ø
öçè
æ=d mm
Un diametru de 188 mm nu este o opţiune practică şi trebuiesc luate în considerare şi alte opţiuni posibile:
1. Dacă 70 tone/h nu este o valoare fixă, atunci poate fi luat în considerare un diametru de 150 mm. Utilizând ecuaţia 6.12 rezulta un debit de material de 44 tone/h.
2. Dacă se ia în considerare un diametru de 200 mm debitul de material ce poate fi atins este de 79 tone/h.
3. Un debit de 70 tone/h poate fi atins cu un diametru de 150 mm dacă se utilizează o cădere de presiune mai mare. La o cădere de presiune mai mare , cimentul poate fi transportat cu un coeficent de încărcare mai mare şi aceasta înseamnă că se pot utiliza viteze de intrare ale aerului mai mici.
4. Un debit de 70 tone/h poate fi atins cu un diametru de 200 mm cu o valoare a căderii de presiune mai mică. Dacă debitul de material este mai mic ,coeficentul de încărcare va fi mic şi poate exista riscul blocării tubulaturii.
5. Este posibilă atingerea debitului de 70 tone/h cu o cădere de presiune de 1,6 bar la un diametru de 150 mm dacă se face trecerea la 200 mm mai în lungul tubulaturii.
Necesarul de aerSe calculează debitul de aer şi puterea necesară antrenării
compresorului fiind selectate presiunea de alimentare de 2 bar şi diferenţa de presiune intrare-ieşire 1,6 bar .
Debitul de aerDebitul de aer va fi evaluat pentru 200 mm diametru tubulatură ,
presupunând că presiunea de transport este de 1,6 bar şi o viteza de intrare a aerului de 8,0 m/s :
Acesta este debitul volumic de aer în condiţiile aerului liber, condiţii de referinţa pentru specificarea unui compresor.
1
112
0 23.2T
CpdV =& 3m /s 3m /s (6.13)
647.0
288
0.83.261200.023.2
2
=´´
=́
134
Puterea necesară antrenării compresoruluiO valoare aproximativă pentru calculul puterii de antrenare a
compresorului se obţine cu relaţia 6.14:
7.7. Dimensionarea unei instalaţii de transport material grosier în fază diluată
Pentru acest studiu a fost ales un material care nu are capacităţi naturale de transport în fază densă şi deci poate fi transportat în fază diluată într-un sistem convenţional de transport pneumatic. Sulfatul de magneziu are o mărime a particulelor de 225 μm şi rămâne foarte puţin în suspensie în aer. Densitatea materialului este de 1010 kg/m3 şi densitatea particulelor este de 2350 kg/m3.Ca şi la faza densă, viteza minima de transport a aerului pentru material este un parametru foarte important de proiectar , dar spre deosebire de faza densă aceasta nu se modifică foarte mult cu variaţia coeficientului de încărcare .
Materialul a fost transportat prin tubulatura din figura 82 , iar caracteristica de transport este prezentată în figura 83. Au fost efectuate încercări cu căderea de presiune de 1,8 bar , cu un coeficient de încărcare maxim atins 10 , iar viteza minimă de transport a aerului pentru acest material a fost de 14 m/s.
Transportul sulfatului de magneziu în fază diluatăPentru a ilustra procesul de dimensionare a unui sistem de
transport în fază diluată este utilizat sulfatul de magneziu. Se determină parametrii pentru un singur punct, dar se poate scala intreaga caracteristică dacă este necesar.
Date de transportO schiţa a tubulaturii de test folosite în acest studiu este prezentată
în figura 82. Tubulatura are 95 m lungime în plan orizontal , incorporeaza 9 coturi la 90° cu un raport D/d = 12:1. Tubulatura a fost aprovizionată dintr-un rezervor de înaltă presiune .
kW
p
pVP ú
û
ùêë
é=
3
40 ln203 &
kWP 125
3101
3261ln647.0203 =úû
ùêë
é
´
´=́
(6.14)
135
Înlocuind datele în ecuaţie se obţine :
188
55.5
7053
5.0
2 =÷ø
öçè
æ=d mm
Un diametru de 188 mm nu este o opţiune practică şi trebuiesc luate în considerare şi alte opţiuni posibile:
1. Dacă 70 tone/h nu este o valoare fixă, atunci poate fi luat în considerare un diametru de 150 mm. Utilizând ecuaţia 6.12 rezulta un debit de material de 44 tone/h.
2. Dacă se ia în considerare un diametru de 200 mm debitul de material ce poate fi atins este de 79 tone/h.
3. Un debit de 70 tone/h poate fi atins cu un diametru de 150 mm dacă se utilizează o cădere de presiune mai mare. La o cădere de presiune mai mare , cimentul poate fi transportat cu un coeficent de încărcare mai mare şi aceasta înseamnă că se pot utiliza viteze de intrare ale aerului mai mici.
4. Un debit de 70 tone/h poate fi atins cu un diametru de 200 mm cu o valoare a căderii de presiune mai mică. Dacă debitul de material este mai mic ,coeficentul de încărcare va fi mic şi poate exista riscul blocării tubulaturii.
5. Este posibilă atingerea debitului de 70 tone/h cu o cădere de presiune de 1,6 bar la un diametru de 150 mm dacă se face trecerea la 200 mm mai în lungul tubulaturii.
Necesarul de aerSe calculează debitul de aer şi puterea necesară antrenării
compresorului fiind selectate presiunea de alimentare de 2 bar şi diferenţa de presiune intrare-ieşire 1,6 bar .
Debitul de aerDebitul de aer va fi evaluat pentru 200 mm diametru tubulatură ,
presupunând că presiunea de transport este de 1,6 bar şi o viteza de intrare a aerului de 8,0 m/s :
Acesta este debitul volumic de aer în condiţiile aerului liber, condiţii de referinţa pentru specificarea unui compresor.
1
112
0 23.2T
CpdV =& 3m /s 3m /s (6.13)
647.0
288
0.83.261200.023.2
2
=´´
=́
134
Necesarul de transport
Pentru proiectarea unui sistem de transport al sulfatului de magneziu pe o distanţa de 300 m cu un debit de 15 tone/h este indicat să se folosească o suflantă de transfer cu o suprapresiune de 1 bar. Se acceptă o cădere de presiune de 0,85 bar pe traseu. Tubulatura are un total de 25 m de urcare verticală şi încorporează 7 coturi la 90˚.
Capacitatea de transport
Coturile joacă un rol important şi în faza diluată şi deci lungimea echivalentă a acestora. Viteza minimă a aerului de transport , pentru sulfatul de magneziu în tubulatura din figura 7.1 , este de 14 m/s. Viteza de intrare a aerului de transport trebuie să fie cu aproximativ 20 % mai mare decât cea recomandată , adică 17 m/s.
Figura 84. Lungimea echivalentă a coturilor
137
Figura 82. Schiţa tubulaturii
Figura 83. Caracteristica de transport a sulfatului de magneziu
136
Necesarul de transport
Pentru proiectarea unui sistem de transport al sulfatului de magneziu pe o distanţa de 300 m cu un debit de 15 tone/h este indicat să se folosească o suflantă de transfer cu o suprapresiune de 1 bar. Se acceptă o cădere de presiune de 0,85 bar pe traseu. Tubulatura are un total de 25 m de urcare verticală şi încorporează 7 coturi la 90˚.
Capacitatea de transport
Coturile joacă un rol important şi în faza diluată şi deci lungimea echivalentă a acestora. Viteza minimă a aerului de transport , pentru sulfatul de magneziu în tubulatura din figura 7.1 , este de 14 m/s. Viteza de intrare a aerului de transport trebuie să fie cu aproximativ 20 % mai mare decât cea recomandată , adică 17 m/s.
Figura 84. Lungimea echivalentă a coturilor
137
Figura 82. Schiţa tubulaturii
Figura 83. Caracteristica de transport a sulfatului de magneziu
136
Unde : ma , debitul masic de aer (kg/s); p , presiunea aerului de 12 intrare (185 kN/m abs); d , diametrul tubulaturii (0.105 m); C , viteza de intrare 1
a aerului de transport (17m/s) şi T temperatura aerului de intrare (288 K 1
(15°C)). Înlocuind datele în relaţie , se obţine m = 0,330 kg/s a
Acest punct de operare este localizat în figura 7.2 ca find punctul (a ) şi se observă că este cu 20 % mai mare decât limita de transport.
Căderea de presiune a aeruluiValoarea de căderii de presiune a aerului pe tubulatură , Δp , poate a
fi determinată cu ajutorul relaţiei 7.2:
Unde
úú
û
ù
êê
ë
é-÷÷
ø
öççè
æ
´+=D 0.1
10
34.10.1
5.0
54
2
d
mp
a
a
&y (7.2)
(7.3) ()å+= kdfL /4y
Tubulatura de testLuând în calcul coeficientul de frecare al tubulaturii f = 0,0045 ,
lungimea tubulaturii de test L = 95 m , diametrul d = 0,105m şi coeficentul de pierdere al coturilor k = 0,2 pentru fiecare din cele 9 coturi , din relaţia 7.3 rezultă :
Înlocuind valorile , debitul de aer de 0,330 kg/s şi diametrul 0,105m în relaţia 7.2 rezultă:
Din aceasta se poate vedea că , căderea de presiune este foarte semnificativa pentru faza diluată de curgere. Această valoare a căderii de presiune este introdusă în caracteristica de transport din figura 7.2. O cădere constanta de presiune de 0,103 bar , va intersecta axa orizontala la o valoare a debitului de aer de 0,330 kg/s. Acest lucru înseamnă că în acest punct de operare doar diferenţa de presiune 0,850-0,103=0,747 bar este utilizată pentru transportul materialului. Aceasta valoare va scădea cu creşterea lungimii tubulaturii.
()1.182.09
105.0
950045.04=́+
´´=y
103.0=Dap bar
139
RezumatMaterial Sulfat de magneziuDimensiunea particulelor 225 pmDensitatea materialului ρ 1010 kg/m3b
Densitatea particulelor ρ 2350 kg/m3p
TubulaturaOrizontala h 300 mVerticala v 25 mCoturi b 7 X 90°CapacitateaDebitul de material m 40 tone/hp
Viteza minima a aerului C 14 m/smin
Aer de transport SuflantaPresiunea de refulare p 1,0 bar suprapresiunePresiunea de intrare p 0,85 bar suprapresiunei
Căderea de presiune Δp 0,85 barViteza de intrare C 1,2 X C = 17m/s1 min
De determinatDiametrul tubulaturii dDebitul de aer Va
Puterea necesara P
Procedura de dimensionarePentru început , ţinând cont de presiunea şi de debitul de aer cerut ,
se stabileşte locaţia punctului echivalent de operare pe caracteristica de transport . Dimensionarea are loc în 2 etape. În prima etapă se face scalarea în funcţie de distanţă , aceasta include atât orientarea tubulaturii cât şi coturile acesteia. În a doua etapă scalarea se face ţinându-se cont de diametru. Trebuie stabilită , de asemenea , valoarea căderii de presiune .
Stabilirea punctului de operare de pe caracteristica de transportTrebuie identificat punctul de operare de pe caracteristica de
transport a tubulaturii de test din figura 83. Linia căderii de presiune a fost aleasă ca fiind 0,85 bar. Viteza de intrare a aerului a fost determinată ca fiind 17 m/s , se poate calcula debitul de aer poate cu ajutorul ecuaţiei 7.1:
1
12
174.2
T
Cdpma =& kg/s (7.1)
138
Unde : ma , debitul masic de aer (kg/s); p , presiunea aerului de 12 intrare (185 kN/m abs); d , diametrul tubulaturii (0.105 m); C , viteza de intrare 1
a aerului de transport (17m/s) şi T temperatura aerului de intrare (288 K 1
(15°C)). Înlocuind datele în relaţie , se obţine m = 0,330 kg/s a
Acest punct de operare este localizat în figura 7.2 ca find punctul (a ) şi se observă că este cu 20 % mai mare decât limita de transport.
Căderea de presiune a aeruluiValoarea de căderii de presiune a aerului pe tubulatură , Δp , poate a
fi determinată cu ajutorul relaţiei 7.2:
Unde
úú
û
ù
êê
ë
é-÷÷
ø
öççè
æ
´+=D 0.1
10
34.10.1
5.0
54
2
d
mp
a
a
&y (7.2)
(7.3) ()å+= kdfL /4y
Tubulatura de testLuând în calcul coeficientul de frecare al tubulaturii f = 0,0045 ,
lungimea tubulaturii de test L = 95 m , diametrul d = 0,105m şi coeficentul de pierdere al coturilor k = 0,2 pentru fiecare din cele 9 coturi , din relaţia 7.3 rezultă :
Înlocuind valorile , debitul de aer de 0,330 kg/s şi diametrul 0,105m în relaţia 7.2 rezultă:
Din aceasta se poate vedea că , căderea de presiune este foarte semnificativa pentru faza diluată de curgere. Această valoare a căderii de presiune este introdusă în caracteristica de transport din figura 7.2. O cădere constanta de presiune de 0,103 bar , va intersecta axa orizontala la o valoare a debitului de aer de 0,330 kg/s. Acest lucru înseamnă că în acest punct de operare doar diferenţa de presiune 0,850-0,103=0,747 bar este utilizată pentru transportul materialului. Aceasta valoare va scădea cu creşterea lungimii tubulaturii.
()1.182.09
105.0
950045.04=́+
´´=y
103.0=Dap bar
139
RezumatMaterial Sulfat de magneziuDimensiunea particulelor 225 pmDensitatea materialului ρ 1010 kg/m3b
Densitatea particulelor ρ 2350 kg/m3p
TubulaturaOrizontala h 300 mVerticala v 25 mCoturi b 7 X 90°CapacitateaDebitul de material m 40 tone/hp
Viteza minima a aerului C 14 m/smin
Aer de transport SuflantaPresiunea de refulare p 1,0 bar suprapresiunePresiunea de intrare p 0,85 bar suprapresiunei
Căderea de presiune Δp 0,85 barViteza de intrare C 1,2 X C = 17m/s1 min
De determinatDiametrul tubulaturii dDebitul de aer Va
Puterea necesara P
Procedura de dimensionarePentru început , ţinând cont de presiunea şi de debitul de aer cerut ,
se stabileşte locaţia punctului echivalent de operare pe caracteristica de transport . Dimensionarea are loc în 2 etape. În prima etapă se face scalarea în funcţie de distanţă , aceasta include atât orientarea tubulaturii cât şi coturile acesteia. În a doua etapă scalarea se face ţinându-se cont de diametru. Trebuie stabilită , de asemenea , valoarea căderii de presiune .
Stabilirea punctului de operare de pe caracteristica de transportTrebuie identificat punctul de operare de pe caracteristica de
transport a tubulaturii de test din figura 83. Linia căderii de presiune a fost aleasă ca fiind 0,85 bar. Viteza de intrare a aerului a fost determinată ca fiind 17 m/s , se poate calcula debitul de aer poate cu ajutorul ecuaţiei 7.1:
1
12
174.2
T
Cdpma =& kg/s (7.1)
138
Punctul iniţinal de pe caracteristica de transport a fost ales la o cădere de presiune de 0,85 bar (punctul a). Pe tubulatură căderea de presiune este de 0,139 bar , dar pentru instalaţia de test este de 0,103 bar ceea ce reprezintă o creştere de 0,036 bar a căderii de presiune. Punctul de operare din figura 7.2 trebuie sa fie modificat , noul punct ( b) fiind la o presiune de 0,814 bar.
Lungimea echivalentăLungimea echivalentă a tubulaturii pentru transportul
materialului are ca valoare de referinţă lungimea tubulaturii pe orizontală. La aceasta se adaugă lungimea echivalentă a tubulaturilor verticale şi a coturilor existente pe traseu:
unde h este lungimea secţiunilor orizontale ale tubulaturii; v lungimea totală a secţiunilor verticale; N numărul total de coturi şi b lungimea echivalentă a fiecărui cot.
Tubulatura de testDin figura 82 se poate vedea că lungimea echivalentă a tubulaturii ,
L este:e1
L = 95 + (2 X 0) + (9 X 20) = 275 me1
Tubulatura de test nu prezintă ridicare semnificativă şi incorporează 9 coturi . Cu o viteza a aerului de intrare de 17 m/s lungimea echivalentă a coturilor , din figura 7.3, este de 20 m pentru fiecare cot. Se poate observa din aceasta ca , coturile au un efect important în transportul pneumatic în fază diluată.
Tubulatura instalatieiLungimea echivalentă a tubulaturii, Le2, cu 300 m orizontali , 25 m
verticali şi 7 coturi la 90˚ este:Le2 = 300 + (2 X 25) + (7 X 20) = 490 mDatele tubulaturii de test pot fi acum folosite pentru
dimensionarea tubulaturii instalaţiei dorite , în prima etapă determinându-se lungimea echivalentă şi în a doua diametrul .
Calculul lungimii tubulaturiiModul de calcul pentru lungime este dat de relaţia 7.5:
Le=h+2v+Nb (7.4)
141
Tubulatura cu diametrul de 105 mm Lungimea tubulaturii instalaţiei este de 325 m şi această lungime
trebuie să fie luată în considerare la evaluarea căderii de presiune pentru instalaţia care are acelaşi diametru ca şi tubulatura de test. Luând ca valori de calcul pentru : coeficientul de frecare f=0.0045, lungimea L=325 , diametrul d=0,105m şi coeficientul de pierdere de 0,2 pentru fiecare din cele 7 coturi de 90 grade rezultă:
Înlocuind această valoare, debitul de aer de 0,330 kg/s şi diametrul de 0,105 m în ecuaţia 7.2 rezultă :
Aceasta reprezintă o crestere a căderii de presiune cu 0,298 0,103=0,195 bar. Aceasta înseamnă că în loc să fie 0,747 bar suprapresiune pentru transportul materialului , este de fapt 0,747-0,195=0,552 bar. Aceasta reprezintă o reducere de 26% a presiunii disponibile , cu efecte considerabile asupra debitului de material care poate fi transportat. La aceasta se adaugă la reducerea datorată unei lungimi mai mari a tubulaturii.
Pentru a obţine 15 tone/h este nevoie de un diametru mai mare , se alege un diametru de 250 mm.
Tubulatura instalaţiei cu diametru de 250 mmLuând ca valori de calcul : coeficientul de frecare f = 0,0045 ,
lungimea L = 325 m, diametrul tubulaturii d = 0,250 m şi coeficentul de pierdere k = 0,2 pe fiecare din cele 7 coturi , din 7.3 rezultă :
Pentru un diametru mai mare va rezulta un debit de aer mai mare. Din relaţia 7.1 noua valoare a debitului este de 1,87 kg/s.
Substituind noua valoare pentru Ψ, noul debit de aer 1,87 cât şi diametrul de 0,250 m în relaţia 7.2 rezultă :
()1.572.07
105.0
3250045.04=́+
´´=y
apD=0,298 bar
apD=0,139 bar
()8.242.07
25.0
3250045.04=́+
´´=y
140
Punctul iniţinal de pe caracteristica de transport a fost ales la o cădere de presiune de 0,85 bar (punctul a). Pe tubulatură căderea de presiune este de 0,139 bar , dar pentru instalaţia de test este de 0,103 bar ceea ce reprezintă o creştere de 0,036 bar a căderii de presiune. Punctul de operare din figura 7.2 trebuie sa fie modificat , noul punct ( b) fiind la o presiune de 0,814 bar.
Lungimea echivalentăLungimea echivalentă a tubulaturii pentru transportul
materialului are ca valoare de referinţă lungimea tubulaturii pe orizontală. La aceasta se adaugă lungimea echivalentă a tubulaturilor verticale şi a coturilor existente pe traseu:
unde h este lungimea secţiunilor orizontale ale tubulaturii; v lungimea totală a secţiunilor verticale; N numărul total de coturi şi b lungimea echivalentă a fiecărui cot.
Tubulatura de testDin figura 82 se poate vedea că lungimea echivalentă a tubulaturii ,
L este:e1
L = 95 + (2 X 0) + (9 X 20) = 275 me1
Tubulatura de test nu prezintă ridicare semnificativă şi incorporează 9 coturi . Cu o viteza a aerului de intrare de 17 m/s lungimea echivalentă a coturilor , din figura 7.3, este de 20 m pentru fiecare cot. Se poate observa din aceasta ca , coturile au un efect important în transportul pneumatic în fază diluată.
Tubulatura instalatieiLungimea echivalentă a tubulaturii, Le2, cu 300 m orizontali , 25 m
verticali şi 7 coturi la 90˚ este:Le2 = 300 + (2 X 25) + (7 X 20) = 490 mDatele tubulaturii de test pot fi acum folosite pentru
dimensionarea tubulaturii instalaţiei dorite , în prima etapă determinându-se lungimea echivalentă şi în a doua diametrul .
Calculul lungimii tubulaturiiModul de calcul pentru lungime este dat de relaţia 7.5:
Le=h+2v+Nb (7.4)
141
Tubulatura cu diametrul de 105 mm Lungimea tubulaturii instalaţiei este de 325 m şi această lungime
trebuie să fie luată în considerare la evaluarea căderii de presiune pentru instalaţia care are acelaşi diametru ca şi tubulatura de test. Luând ca valori de calcul pentru : coeficientul de frecare f=0.0045, lungimea L=325 , diametrul d=0,105m şi coeficientul de pierdere de 0,2 pentru fiecare din cele 7 coturi de 90 grade rezultă:
Înlocuind această valoare, debitul de aer de 0,330 kg/s şi diametrul de 0,105 m în ecuaţia 7.2 rezultă :
Aceasta reprezintă o crestere a căderii de presiune cu 0,298 0,103=0,195 bar. Aceasta înseamnă că în loc să fie 0,747 bar suprapresiune pentru transportul materialului , este de fapt 0,747-0,195=0,552 bar. Aceasta reprezintă o reducere de 26% a presiunii disponibile , cu efecte considerabile asupra debitului de material care poate fi transportat. La aceasta se adaugă la reducerea datorată unei lungimi mai mari a tubulaturii.
Pentru a obţine 15 tone/h este nevoie de un diametru mai mare , se alege un diametru de 250 mm.
Tubulatura instalaţiei cu diametru de 250 mmLuând ca valori de calcul : coeficientul de frecare f = 0,0045 ,
lungimea L = 325 m, diametrul tubulaturii d = 0,250 m şi coeficentul de pierdere k = 0,2 pe fiecare din cele 7 coturi , din 7.3 rezultă :
Pentru un diametru mai mare va rezulta un debit de aer mai mare. Din relaţia 7.1 noua valoare a debitului este de 1,87 kg/s.
Substituind noua valoare pentru Ψ, noul debit de aer 1,87 cât şi diametrul de 0,250 m în relaţia 7.2 rezultă :
()1.572.07
105.0
3250045.04=́+
´´=y
apD=0,298 bar
apD=0,139 bar
()8.242.07
25.0
3250045.04=́+
´´=y
140
Puterea necesarăO valoare aproximativă pentru puterea de antrenare a suflantei se
poate calcula cu formula :
Costurile specificeTransportul pneumatic , în particular transportul în fază diluată ,
necesită un consum ridicat de energie. Când se selectează un sistem de transport , este luat în considerare costul transportului materialului . Având valoarea aproximativă a puterii de antrenare a suflantei se pot evalua costurile transportului.
Dacă costul unităţii de electricitate este de 0,10 €/hWh , costul specific pe tona de material transportat poate fi evaluat după cum urmează:
Cost Specific = 190 KW x (h/18 tone) x (0,10€/kwh) =1,06 € / tona transportată.
Coeficientul de încărcareAcesta este deseori cotat ca referinţă şi valoarea lui este :
Φ=18/3,6*1,87=2,7
Dupa cum se poate observa aceasta este o fază foarte diluată , tipică sistemelor de transport la mare distanţă şi presiune joasă specifice acestui tip de material.
kW
p
pVP ú
û
ùêë
é=
3
40 ln203 &
190
100
185ln522.1203 =úû
ùêë
é=́P kW
(7.8)
143
2112 / eepp LLmm =́
17.3490/27565.52 ==́pm
tone/h
tone/h
(7.5)
(7.6)
(7.7)
Cu lungimile echivalente mai sus determinat, cu debitul de material pentru tubulatura de test de 5,65 s-a obţinut pentru punctul de operare un debit de material de 3,17 tone/h , pentru aceeaşi cădere de presiune a aerului şi acelaşi debit de aer, în cazul în care tubulatura are acelaşi diametru ca şi tubulatura de test.
Calculul diametruluiDiametrul este dat de relaţia 7.6:
Înlocuind debitul de 3,17 tone/h rezultă:
m =3,17x(250/105)2 = 18 tone/h p2
Se observă că debitul obţinut este mai mare decât debitul cerut (15
tone/h), dacă se reduce diametrul la 200 mm se obţine mai puţin ,însă , ar fi necesară o suprapresiune mai mare de 1 bar .
Cu o suprapresiune de intrare de 0,85 bar se poate opta pentru o tubulatură în trepte ,cu mici modificări ale performanţelor. Tubulatura în trepte ar fi necesară doar dacă trebuie redus efectul de eroziune al particulelor materialului.
Necesarul de aerSe calculează debitul de aer liber şi o putere aproximativă de
antrenare a suflantei pentru suprapresiunea de livrare a aerului de 0,85 bar.
Debitul de aerDebitului de aer va fi evaluat pentru o tubulatură cu diametrul de
250 mm , presupunând că presiunea de livrare a aerului va fi de 0,85 bar.
2
1
212 ú
û
ùêë
é=́
d
dmm pp &&
sm
T
CpdV /23.2 3
1
112
0 =&
smV /522.1
288
17185250.023.2 3
2
0 =´́
=́&
142
Puterea necesarăO valoare aproximativă pentru puterea de antrenare a suflantei se
poate calcula cu formula :
Costurile specificeTransportul pneumatic , în particular transportul în fază diluată ,
necesită un consum ridicat de energie. Când se selectează un sistem de transport , este luat în considerare costul transportului materialului . Având valoarea aproximativă a puterii de antrenare a suflantei se pot evalua costurile transportului.
Dacă costul unităţii de electricitate este de 0,10 €/hWh , costul specific pe tona de material transportat poate fi evaluat după cum urmează:
Cost Specific = 190 KW x (h/18 tone) x (0,10€/kwh) =1,06 € / tona transportată.
Coeficientul de încărcareAcesta este deseori cotat ca referinţă şi valoarea lui este :
Φ=18/3,6*1,87=2,7
Dupa cum se poate observa aceasta este o fază foarte diluată , tipică sistemelor de transport la mare distanţă şi presiune joasă specifice acestui tip de material.
kW
p
pVP ú
û
ùêë
é=
3
40 ln203 &
190
100
185ln522.1203 =úû
ùêë
é=́P kW
(7.8)
143
2112 / eepp LLmm =́
17.3490/27565.52 ==́pm
tone/h
tone/h
(7.5)
(7.6)
(7.7)
Cu lungimile echivalente mai sus determinat, cu debitul de material pentru tubulatura de test de 5,65 s-a obţinut pentru punctul de operare un debit de material de 3,17 tone/h , pentru aceeaşi cădere de presiune a aerului şi acelaşi debit de aer, în cazul în care tubulatura are acelaşi diametru ca şi tubulatura de test.
Calculul diametruluiDiametrul este dat de relaţia 7.6:
Înlocuind debitul de 3,17 tone/h rezultă:
m =3,17x(250/105)2 = 18 tone/h p2
Se observă că debitul obţinut este mai mare decât debitul cerut (15
tone/h), dacă se reduce diametrul la 200 mm se obţine mai puţin ,însă , ar fi necesară o suprapresiune mai mare de 1 bar .
Cu o suprapresiune de intrare de 0,85 bar se poate opta pentru o tubulatură în trepte ,cu mici modificări ale performanţelor. Tubulatura în trepte ar fi necesară doar dacă trebuie redus efectul de eroziune al particulelor materialului.
Necesarul de aerSe calculează debitul de aer liber şi o putere aproximativă de
antrenare a suflantei pentru suprapresiunea de livrare a aerului de 0,85 bar.
Debitul de aerDebitului de aer va fi evaluat pentru o tubulatură cu diametrul de
250 mm , presupunând că presiunea de livrare a aerului va fi de 0,85 bar.
2
1
212 ú
û
ùêë
é=́
d
dmm pp &&
sm
T
CpdV /23.2 3
1
112
0 =&
smV /522.1
288
17185250.023.2 3
2
0 =´́
=́&
142
Biogaz (metan) Hidrogen Aceste gaze sunt periculoase şi trebuie tratate cu grijă maximă
8.2. Aer de pornire pentru motoare diesel de mare capacitate Compresorul comprimă aerul la 30-40 de bar. Aerul este stocat
într-unul sau mai mulre rezervoare de aer. Distribuţia aerului comprimat în cilindri se realizează prin intermediul unei aşa numite stele de comandă. Astfel sunt antrenate pistoanele.
A doua posibilitate este pornirea prin intermediul unor startere cu aer comprimat, pentru motoare mai mici.
8.3. Tehnică de procedurăCentrale cu aburiÎn centralele cu aburi, compresoarele de înaltă presiune sunt
folosite la suflarea negrului de fum. Acest procedeu este necesar acolo unde reziduurile din arderi murdăresc cazanele. Procedeul se foloseşte cel mai des în instalaţiile de ardere a gunoaielor, care sunt folosite în paralel ca centrale termice.
Aer pentru obţinerea vopselelorProcedeul de oxidare se desfăşoară în ţevi, în care agentul este
antrenat de un melc, sub presiune şi la temperatură ridicată. Dintr-un siloz este pulverizat reactorul de oxidare oxid de plumb. Prin amestecarea reactorilor cu aerul comprimat (16-20 bar) şi cu căldura, procedeul de oxidare se poate desfăşura de 6-8 ori mai rapid decât prin metodele tradiţionale. Producerea unei şarje durează cca. 23 de ore.
Fabricarea de plăci aglomerateO altă aplicaţie a aerului comprimat este folosirea sa în presele
utilizate la producerea de plăci aglomerate. Pentru ca straturile plăcilor să se lege cu răşina de melamină, se folosesc prese acţionate pneumatic, la presiuni de 200-300 bar.
AutoclaveÎn autclavele cu aer cald, încălzite cu gaz sau cu curent electric, se
lipesc sau se sudează elemente, cu ajutorul aerului comprimat (20-30 bar). Aerul comprimat trebuie să fie uscat şi fără ulei, dat fiind că, în autoclave, predomină temperaturile de cca. 500°C. Din acest motiv, depunerile de ulei trebuie să fie neapărat evitate. Aceste autoclave sunt folosite în industria aeronautică şi aerospaţială, sau de producătorii de autovehicule, care le
145
CAPITOLUL VIII - COMPRESOARE DE MEDIE ŞI ÎNALTĂ PRESIUNEAPLICAŢII INDUSTRIALE
10-420 BAR
8.1. Agentul de comprimatCompresoarele Sauer Compressors pot fi folosite pentru
comprimarea aerului şi a altor gaze, după cum urmează. Pentru aer şi alte gaze standard se pot folosi compresoare standard. Pentru gaze explozive şi gaze nobile se pot folosi doar compresoare etanşe la gaze. Pentru aceste compresoare, rata de pierdere acceptată a compresoarelor Sauer etanşe la gaze este de QL stat = 0.05 mbar. litri/s pentru condiţii de operare staţionare, şi de QL dyn = 0.1 mbar. litri/s. Pentru condiţii de operare mobile.
Gaze inerteGazele inerte se mai numesc şi gaze nobile. Aceste gaze mai sunt
cunoscute şi ca Grupul Zero şi includ:Heliu (He)Neon (Ne)Argon (Ar)Krypton (Kr)Azot (N2)Aceste gaze nu reacţionează cu alte elemente şi sunt, deci netoxice
şi sigure, realizând rareori legături cu alte elemente. Non reactivitatea lor le dă şi denumirea de gaze inerte, ideale pentru formarea de “pături” de gaze pentru crearea unei atmosfere inerte.
Gaze uşoare: heliu şi hidrogenHeliul şi hidrogenul sunt gaze mult mai uşoare ca aerul, iar rata de
pierdere de gaz în compresor, pe la supape şi segmenţi, este mult mai mare. Astfel, debitul livrat va fi mai mic decât cel normal pentru un compresor standard de aer.
Gaze inflamabile & explozive
Gazele inflamabile se aprind, producând explozie. Gazele toxice pot dăuna sănătăţii ochilor, plămânilor, pielii iar alte gaze sunt valoroase şi deci scumpe. Se vor folosi doar compresoare J.P. Sauer & Sohn 'pentru următoarele gaze inflamabile şi explozive:
Gaz natural
144
Biogaz (metan) Hidrogen Aceste gaze sunt periculoase şi trebuie tratate cu grijă maximă
8.2. Aer de pornire pentru motoare diesel de mare capacitate Compresorul comprimă aerul la 30-40 de bar. Aerul este stocat
într-unul sau mai mulre rezervoare de aer. Distribuţia aerului comprimat în cilindri se realizează prin intermediul unei aşa numite stele de comandă. Astfel sunt antrenate pistoanele.
A doua posibilitate este pornirea prin intermediul unor startere cu aer comprimat, pentru motoare mai mici.
8.3. Tehnică de procedurăCentrale cu aburiÎn centralele cu aburi, compresoarele de înaltă presiune sunt
folosite la suflarea negrului de fum. Acest procedeu este necesar acolo unde reziduurile din arderi murdăresc cazanele. Procedeul se foloseşte cel mai des în instalaţiile de ardere a gunoaielor, care sunt folosite în paralel ca centrale termice.
Aer pentru obţinerea vopselelorProcedeul de oxidare se desfăşoară în ţevi, în care agentul este
antrenat de un melc, sub presiune şi la temperatură ridicată. Dintr-un siloz este pulverizat reactorul de oxidare oxid de plumb. Prin amestecarea reactorilor cu aerul comprimat (16-20 bar) şi cu căldura, procedeul de oxidare se poate desfăşura de 6-8 ori mai rapid decât prin metodele tradiţionale. Producerea unei şarje durează cca. 23 de ore.
Fabricarea de plăci aglomerateO altă aplicaţie a aerului comprimat este folosirea sa în presele
utilizate la producerea de plăci aglomerate. Pentru ca straturile plăcilor să se lege cu răşina de melamină, se folosesc prese acţionate pneumatic, la presiuni de 200-300 bar.
AutoclaveÎn autclavele cu aer cald, încălzite cu gaz sau cu curent electric, se
lipesc sau se sudează elemente, cu ajutorul aerului comprimat (20-30 bar). Aerul comprimat trebuie să fie uscat şi fără ulei, dat fiind că, în autoclave, predomină temperaturile de cca. 500°C. Din acest motiv, depunerile de ulei trebuie să fie neapărat evitate. Aceste autoclave sunt folosite în industria aeronautică şi aerospaţială, sau de producătorii de autovehicule, care le
145
CAPITOLUL VIII - COMPRESOARE DE MEDIE ŞI ÎNALTĂ PRESIUNEAPLICAŢII INDUSTRIALE
10-420 BAR
8.1. Agentul de comprimatCompresoarele Sauer Compressors pot fi folosite pentru
comprimarea aerului şi a altor gaze, după cum urmează. Pentru aer şi alte gaze standard se pot folosi compresoare standard. Pentru gaze explozive şi gaze nobile se pot folosi doar compresoare etanşe la gaze. Pentru aceste compresoare, rata de pierdere acceptată a compresoarelor Sauer etanşe la gaze este de QL stat = 0.05 mbar. litri/s pentru condiţii de operare staţionare, şi de QL dyn = 0.1 mbar. litri/s. Pentru condiţii de operare mobile.
Gaze inerteGazele inerte se mai numesc şi gaze nobile. Aceste gaze mai sunt
cunoscute şi ca Grupul Zero şi includ:Heliu (He)Neon (Ne)Argon (Ar)Krypton (Kr)Azot (N2)Aceste gaze nu reacţionează cu alte elemente şi sunt, deci netoxice
şi sigure, realizând rareori legături cu alte elemente. Non reactivitatea lor le dă şi denumirea de gaze inerte, ideale pentru formarea de “pături” de gaze pentru crearea unei atmosfere inerte.
Gaze uşoare: heliu şi hidrogenHeliul şi hidrogenul sunt gaze mult mai uşoare ca aerul, iar rata de
pierdere de gaz în compresor, pe la supape şi segmenţi, este mult mai mare. Astfel, debitul livrat va fi mai mic decât cel normal pentru un compresor standard de aer.
Gaze inflamabile & explozive
Gazele inflamabile se aprind, producând explozie. Gazele toxice pot dăuna sănătăţii ochilor, plămânilor, pielii iar alte gaze sunt valoroase şi deci scumpe. Se vor folosi doar compresoare J.P. Sauer & Sohn 'pentru următoarele gaze inflamabile şi explozive:
Gaz natural
144
chiar şi presiuni de până la 350 bar.
Armături / supapePentru testarea armăturilor şi supapelor se folosesc compresoare
cu presiuni între 60 şi 420 bar. În multe cazuri, aerul trebuie tratat şi trebuie să se garanteze o alimentare cu aer comprimat 24 de ore din 24.
8.5. Tehnica materialelor plastice Utilaje de formare a maselor plasticeMulte produse din industria actuală sunt fabricate din materiale
sintetice, datorită avantajelor pe care le prezintă acestea din punct de vedere al procedeului de fabricaţiei, al duratei de viaţă şi al costurilor. Pentru aceasta se realizează multe forme diferite cu ajutorul utilajelor de format materiale plastice. În procedeul de producţie este nevoie de înaltă presiune de 350 bar şi de căldură.
Foliile de material sintetic cu grosime de 1 mm sunt introduse automat în maşina propriu-zisă de format. Într-un clopot de presiune, prin înalta presiune şi prin încălzire, folia este presată în forma necesară. Prin acest procedeu sunt posibile ştanţări deosebit de precise pentru diferite forme ale materialului plastic. Prelucrarea continuă prin găurire şi tăierea contururilor.
Procedeul folosit până acum, de obţinere a formelor din material sintetic prin deformare hidraulică, procedeu prin care formele de silicon erau presate prin intermediul uleiului sub presiune, nu atinge nici pe departe calitatea obţinută prin metoda izostatică. Exemple de produse din material plastic sunt întrerupătoarele iluminate, diferitele elemente de comandă ale autoturismelor precum şi carcasele telefoanelor mobile şi alte tipuri de carcase. Multe firme şi-au protejat procesele de obţinere a formelor de materiale plastice prin patente.
PETRecipientele PET sunt suflate cu ajutorul aerului comprimat tratat
cu 16 până la 40 bar. Înainte de suflare, materialul este încălzit, urmând ca apoi să fie presat în forme cu ajutorul înaltei presiuni.
Procedeul de injecţie cu gazProcedeul de injecţie cu gaz se foloseşte pentru fabricarea de
produse din material plastic. Produsele pot fi bare de protecţie, îmbrăcăminţi de portiere pentru autoturisme, carcase de telefoane, carcase de ecrane. Ca agent în acest domeniu se foloseşte azotul, pentru a se evita oxidarea plasticului. Acest procedeu permite obţinerea unor forme mai bine definite.
147
folosesc pentru a produce componente speciale pentru maşinile de curse.
SiderurgieÎn instalaţiile de laminare la cald sunt necesare compresoare de
înaltă presiune cu debite între 400 şi 1000 de l/min, la o presiune de 250 bar. Compresoarele servesc la ridicarea presiunii într-un rezervor de apă. Apa sub presiune este apoi folosită la precurăţarea ţunderului înainte de laminare.
Laser CuttingLa instalaţiile de tăiere a plăcilor şi formelor de metal în industria
modernă se folosesc utilaje cu laser. Aceste utilaje de tăiere cu laser necesită un mediu inert, pentru a realiza o tăiere precisă şi muchii drepte. Pentru ca atmosfera din jurul laserului să fie pură, se foloseşte un strat de protecţie de azot. Se foloseşte, în funcţie de tipul şi calitatea metalelor, azot cu un grad de puritate de 95% - 99,9999%. Întreaga instalaţie folosită este compusă dintr-un compresor cu şurub, un uscător (în funcţie de necesităţi) un sistem de producere a azotului PSA sau cu membrană, rezervor intermediar, booster pentru azot şi rezervor de înaltă presiune.
Presiunea necesară în instalaţia de tăiere este de cca. 8-10 bar. Azotul este însă stocat la 40 bar sau la 350 bar, pentru a garanta o alimentare rapidă a instalaţiei.
8.4. Tehnică de testareIndustria automobilelorÎn industria automobilelor se folosesc diverse variante de
compresoare, pentru testarea componentelor. Furtunurile de frână şi sistemele ABS sunt testate cu presiuni de 250-350 bar. Compresoarele mai sunt folosite pe bancurile de testare a sistemelor de frânare. Compresoarele de înaltă presiune sunt folosite şi la realizarea testelor de impact.
Testarea conductelorPentru verificarea conductelor, numite şi pipelines, se folosesc
printre altele compresoare cu debite mari şi presiuni între 20 şi 70 bar. Testarea recipientelor sub presiunePentru domeniul construcţiei de aparataje în tehnica frigului, este
prevăzut ca recipientele care conţin agent frigorigfic să fie testate cu aer comprimat. Pentru aceasta se folosesc compresoare cu debite mai mici, de cca. 300-600 l/min la 60-70 bar. De asemenea, toate recipientele de gaz sau extinctoarele sunt testate la înaltă presiune. În aceste cazuri se pot folosi
146
chiar şi presiuni de până la 350 bar.
Armături / supapePentru testarea armăturilor şi supapelor se folosesc compresoare
cu presiuni între 60 şi 420 bar. În multe cazuri, aerul trebuie tratat şi trebuie să se garanteze o alimentare cu aer comprimat 24 de ore din 24.
8.5. Tehnica materialelor plastice Utilaje de formare a maselor plasticeMulte produse din industria actuală sunt fabricate din materiale
sintetice, datorită avantajelor pe care le prezintă acestea din punct de vedere al procedeului de fabricaţiei, al duratei de viaţă şi al costurilor. Pentru aceasta se realizează multe forme diferite cu ajutorul utilajelor de format materiale plastice. În procedeul de producţie este nevoie de înaltă presiune de 350 bar şi de căldură.
Foliile de material sintetic cu grosime de 1 mm sunt introduse automat în maşina propriu-zisă de format. Într-un clopot de presiune, prin înalta presiune şi prin încălzire, folia este presată în forma necesară. Prin acest procedeu sunt posibile ştanţări deosebit de precise pentru diferite forme ale materialului plastic. Prelucrarea continuă prin găurire şi tăierea contururilor.
Procedeul folosit până acum, de obţinere a formelor din material sintetic prin deformare hidraulică, procedeu prin care formele de silicon erau presate prin intermediul uleiului sub presiune, nu atinge nici pe departe calitatea obţinută prin metoda izostatică. Exemple de produse din material plastic sunt întrerupătoarele iluminate, diferitele elemente de comandă ale autoturismelor precum şi carcasele telefoanelor mobile şi alte tipuri de carcase. Multe firme şi-au protejat procesele de obţinere a formelor de materiale plastice prin patente.
PETRecipientele PET sunt suflate cu ajutorul aerului comprimat tratat
cu 16 până la 40 bar. Înainte de suflare, materialul este încălzit, urmând ca apoi să fie presat în forme cu ajutorul înaltei presiuni.
Procedeul de injecţie cu gazProcedeul de injecţie cu gaz se foloseşte pentru fabricarea de
produse din material plastic. Produsele pot fi bare de protecţie, îmbrăcăminţi de portiere pentru autoturisme, carcase de telefoane, carcase de ecrane. Ca agent în acest domeniu se foloseşte azotul, pentru a se evita oxidarea plasticului. Acest procedeu permite obţinerea unor forme mai bine definite.
147
folosesc pentru a produce componente speciale pentru maşinile de curse.
SiderurgieÎn instalaţiile de laminare la cald sunt necesare compresoare de
înaltă presiune cu debite între 400 şi 1000 de l/min, la o presiune de 250 bar. Compresoarele servesc la ridicarea presiunii într-un rezervor de apă. Apa sub presiune este apoi folosită la precurăţarea ţunderului înainte de laminare.
Laser CuttingLa instalaţiile de tăiere a plăcilor şi formelor de metal în industria
modernă se folosesc utilaje cu laser. Aceste utilaje de tăiere cu laser necesită un mediu inert, pentru a realiza o tăiere precisă şi muchii drepte. Pentru ca atmosfera din jurul laserului să fie pură, se foloseşte un strat de protecţie de azot. Se foloseşte, în funcţie de tipul şi calitatea metalelor, azot cu un grad de puritate de 95% - 99,9999%. Întreaga instalaţie folosită este compusă dintr-un compresor cu şurub, un uscător (în funcţie de necesităţi) un sistem de producere a azotului PSA sau cu membrană, rezervor intermediar, booster pentru azot şi rezervor de înaltă presiune.
Presiunea necesară în instalaţia de tăiere este de cca. 8-10 bar. Azotul este însă stocat la 40 bar sau la 350 bar, pentru a garanta o alimentare rapidă a instalaţiei.
8.4. Tehnică de testareIndustria automobilelorÎn industria automobilelor se folosesc diverse variante de
compresoare, pentru testarea componentelor. Furtunurile de frână şi sistemele ABS sunt testate cu presiuni de 250-350 bar. Compresoarele mai sunt folosite pe bancurile de testare a sistemelor de frânare. Compresoarele de înaltă presiune sunt folosite şi la realizarea testelor de impact.
Testarea conductelorPentru verificarea conductelor, numite şi pipelines, se folosesc
printre altele compresoare cu debite mari şi presiuni între 20 şi 70 bar. Testarea recipientelor sub presiunePentru domeniul construcţiei de aparataje în tehnica frigului, este
prevăzut ca recipientele care conţin agent frigorigfic să fie testate cu aer comprimat. Pentru aceasta se folosesc compresoare cu debite mai mici, de cca. 300-600 l/min la 60-70 bar. De asemenea, toate recipientele de gaz sau extinctoarele sunt testate la înaltă presiune. În aceste cazuri se pot folosi
146
8.7. Stocarea de gazUmplerea de recipiente de heliu, argon sau azot
Gazele tehnice au roluri decisive în multe procese industriale. Aceste gaze sunt comprimate şi distribuite în formă comprimată (200-300 bar). La ora actuală, umplerea cea mai rentabilă se realizează în formă lichidă. Gazul este transportat în stare lichidă, la o presiune de 20-30 bar, şi stocat în rezervoare de stocare cu ajutorul unor pompe. Cu ajutorul unei pompe cu un debit de 500 m3/h, şi o putere de 11 kW, gazul lichefiat este antrenat prin conducte în recipiente, unde, datorită temperaturii înconjurătoare, se încălzeşte şi trece în formă gazoasă. Există trei situaţii în care pomparea în stare lichidă nu este realizată:
1. Heliu: pomparea în stare lichidă este imposibilă din motive pur fizice.
2. Aer: datorită pompei deosebit de scumpe, amortizarea este deosebit de lungă
3. Pentru cantităţi mici.
8.8. Distribuţia de curent electricÎn distribuţia curentului electric există două domenii de utilizare
pentru compresoarele de înaltă presiune. Pe de o parte, aerul comprimat este folosit la acţionarea întrerupătoarelor electronice pneumatice, şi la stingerea arcurilor electrice ale acestor întrerupătoare. Pentru acţionarea întrerupătoarelor electronice se folosesc conform DIN ISO 43.690 compresoare de înaltă presiune redundante, pentru obţinerea de aer comprimat de 40 de bar. O a treia aplicaţie este izolarea acestor întrerupătoare, prin împiedicarea problemelor cauzate de umiditate.
8.9. Centrale hidroelectriceCompresoarele de medie şi înaltă presiune sunt folosite în diferite
scopuri în centralele hidroelectrice. În funcţie de tipurile de hidrocentrale, presiunile necesare diferă. Se diferenţiază sisteme la 30 bar, 40-44 bar şi 60-80 bar.
Aerul comprimat este folosit la suflarea apei din turbine şi din pompe, pentru a se asigura o pornire a acestora cât se poate de lipsită de pierderi şi fără sarcină.
De asemenea, aerul comprimat este folosit la reglarea palelor turbinelor. Dispozitivele de reglare sunt hidraulice. Pentru a se crea o presiune suficientă, în rezervorul hidraulic se comprimă aer cu ajutorul compresoarelor
149
Forma este legată prin intermediul mai multor conducte mici la o „unitate de distribuţie” comandată prin calculator. Această unitate introduce în formă cantităţi de azot definite exact. Astfel se realizează presiuni diferite în diferitele puncte ale formei, obţinându-se o formă bine definită a produsului.
Se diferenţiază două procese diferite: a) Un proces reglează cantitatea de azot.b) Un proces reglează presiunea.
Cel mai des este folosit procesul de reglare a presiunii. Când necesarul este mic, firmele produc azotul prin intermediul unui generator de tip PSA (Pressure Swing Adsorption).
În caz de necesar mai mare de azot, acesta este achiziţionat în formă lichidă şi este apoi transformat în formă gazoasă (presiune de ieşire de 5-7 bar). Compresorul aspiră gazul şi îl comprimă până la 350 bar, în funcţie de aplicaţie. Gazul comprimat este stocat în rezervoare de înaltă presiune, pentru o adaptare constantă la necesar. Dat fiind că azotul nu este un gaz agresiv, periculos, după utilizare, el este eliberat în atmosferă.
8.6. Recuperarea gazuluiCompresoarele de înaltă presiune Sauer sunt folosite în
următoarele domenii:
Recuperarea heliului Date fiind proprietăţile sale deosebite, heliul este folosit în cercetare
şi tehnică. În multe universităţi care fac cercetări la temperaturi joase, heliul este un agent foarte răspândit. Dat fiind că heliul este un gaz foarte scump, el este folosit în circuit închis. Astfel, după ce este comprimat la 200 bar în compresor, heliul este din nou introdus în circuit.
Instalaţii de recuperare a heliului / azotului O altă aplicaţie este tratarea la cald cu vid, de exemplu pentru călirea
oţelurilor şi fontelor cu gaz sub presiune, heliu sau azot. Compresoarele umple un rezervor de 5000 l la 40 bar, pentru a elibera deodată o cantitate mare de heliu în camera de călire. În camera de călire este nevoie de o suprapresiune de 20 bar. După terminarea procesului, gazul din camera de călire este aspirat din nou şi comprimat de compresor, astfel încât să fie din nou disponibil pentru un nou proces.
148
8.7. Stocarea de gazUmplerea de recipiente de heliu, argon sau azot
Gazele tehnice au roluri decisive în multe procese industriale. Aceste gaze sunt comprimate şi distribuite în formă comprimată (200-300 bar). La ora actuală, umplerea cea mai rentabilă se realizează în formă lichidă. Gazul este transportat în stare lichidă, la o presiune de 20-30 bar, şi stocat în rezervoare de stocare cu ajutorul unor pompe. Cu ajutorul unei pompe cu un debit de 500 m3/h, şi o putere de 11 kW, gazul lichefiat este antrenat prin conducte în recipiente, unde, datorită temperaturii înconjurătoare, se încălzeşte şi trece în formă gazoasă. Există trei situaţii în care pomparea în stare lichidă nu este realizată:
1. Heliu: pomparea în stare lichidă este imposibilă din motive pur fizice.
2. Aer: datorită pompei deosebit de scumpe, amortizarea este deosebit de lungă
3. Pentru cantităţi mici.
8.8. Distribuţia de curent electricÎn distribuţia curentului electric există două domenii de utilizare
pentru compresoarele de înaltă presiune. Pe de o parte, aerul comprimat este folosit la acţionarea întrerupătoarelor electronice pneumatice, şi la stingerea arcurilor electrice ale acestor întrerupătoare. Pentru acţionarea întrerupătoarelor electronice se folosesc conform DIN ISO 43.690 compresoare de înaltă presiune redundante, pentru obţinerea de aer comprimat de 40 de bar. O a treia aplicaţie este izolarea acestor întrerupătoare, prin împiedicarea problemelor cauzate de umiditate.
8.9. Centrale hidroelectriceCompresoarele de medie şi înaltă presiune sunt folosite în diferite
scopuri în centralele hidroelectrice. În funcţie de tipurile de hidrocentrale, presiunile necesare diferă. Se diferenţiază sisteme la 30 bar, 40-44 bar şi 60-80 bar.
Aerul comprimat este folosit la suflarea apei din turbine şi din pompe, pentru a se asigura o pornire a acestora cât se poate de lipsită de pierderi şi fără sarcină.
De asemenea, aerul comprimat este folosit la reglarea palelor turbinelor. Dispozitivele de reglare sunt hidraulice. Pentru a se crea o presiune suficientă, în rezervorul hidraulic se comprimă aer cu ajutorul compresoarelor
149
Forma este legată prin intermediul mai multor conducte mici la o „unitate de distribuţie” comandată prin calculator. Această unitate introduce în formă cantităţi de azot definite exact. Astfel se realizează presiuni diferite în diferitele puncte ale formei, obţinându-se o formă bine definită a produsului.
Se diferenţiază două procese diferite: a) Un proces reglează cantitatea de azot.b) Un proces reglează presiunea.
Cel mai des este folosit procesul de reglare a presiunii. Când necesarul este mic, firmele produc azotul prin intermediul unui generator de tip PSA (Pressure Swing Adsorption).
În caz de necesar mai mare de azot, acesta este achiziţionat în formă lichidă şi este apoi transformat în formă gazoasă (presiune de ieşire de 5-7 bar). Compresorul aspiră gazul şi îl comprimă până la 350 bar, în funcţie de aplicaţie. Gazul comprimat este stocat în rezervoare de înaltă presiune, pentru o adaptare constantă la necesar. Dat fiind că azotul nu este un gaz agresiv, periculos, după utilizare, el este eliberat în atmosferă.
8.6. Recuperarea gazuluiCompresoarele de înaltă presiune Sauer sunt folosite în
următoarele domenii:
Recuperarea heliului Date fiind proprietăţile sale deosebite, heliul este folosit în cercetare
şi tehnică. În multe universităţi care fac cercetări la temperaturi joase, heliul este un agent foarte răspândit. Dat fiind că heliul este un gaz foarte scump, el este folosit în circuit închis. Astfel, după ce este comprimat la 200 bar în compresor, heliul este din nou introdus în circuit.
Instalaţii de recuperare a heliului / azotului O altă aplicaţie este tratarea la cald cu vid, de exemplu pentru călirea
oţelurilor şi fontelor cu gaz sub presiune, heliu sau azot. Compresoarele umple un rezervor de 5000 l la 40 bar, pentru a elibera deodată o cantitate mare de heliu în camera de călire. În camera de călire este nevoie de o suprapresiune de 20 bar. După terminarea procesului, gazul din camera de călire este aspirat din nou şi comprimat de compresor, astfel încât să fie din nou disponibil pentru un nou proces.
148
de înaltă presiune (ridicarea presiunii)Compresoarele mai sunt folosite pentru obţinerea de aer de lucru,
de aer de comandă (electrovane) şi aer de frână (cilindri de frână acţionaţi pneumatic).
8.9. Hidraulica apei potabileÎn instalaţiile mari de apă potabilă / staţiile de producere a apei
potabile, ridicarea presiunii se realizează prin intermediul unor cazane care sunt umplute cu apă potabilă şi cu aer comprimat. Prin intermediul unui sistem costisitor de reglare, cu aerul comprimat la 40 bar se aduce apa potabilă la presiunea necesară. Alte aplicaţii în domeniul producerii apei potabile sunt curăţarea filtrelor de pietriş cu ajutorul aerului comprimat. De regulă pentru ambele aplicaţii, necesarul de presiune este de sub 30 bar.
B I B L I O G R A F I E
1. Mills, David., Pneumatic conveying design guide. Second edition. Elsevier. 2004
2. Idelcsik, I.E., Îndrumător pentru calculul rezistenţelor hidraulice, Editura tehnică, Bucureşti, 1984
3. Laza, I., ş.a., Echipamente şi instalaţii termoenergetice. Note de curs pentru manageri energetici, Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, 2004
4. Laza, I., ş.a., Utilizarea eficientă a energiei. Note de curs pentru manageri energetici, Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, 2004
5. Nagi, M., Laza,I., Lelea, D., Utilaje termice. Probleme, Universitatea Tehnică Timişoara, 1999
150 151
de înaltă presiune (ridicarea presiunii)Compresoarele mai sunt folosite pentru obţinerea de aer de lucru,
de aer de comandă (electrovane) şi aer de frână (cilindri de frână acţionaţi pneumatic).
8.9. Hidraulica apei potabileÎn instalaţiile mari de apă potabilă / staţiile de producere a apei
potabile, ridicarea presiunii se realizează prin intermediul unor cazane care sunt umplute cu apă potabilă şi cu aer comprimat. Prin intermediul unui sistem costisitor de reglare, cu aerul comprimat la 40 bar se aduce apa potabilă la presiunea necesară. Alte aplicaţii în domeniul producerii apei potabile sunt curăţarea filtrelor de pietriş cu ajutorul aerului comprimat. De regulă pentru ambele aplicaţii, necesarul de presiune este de sub 30 bar.
B I B L I O G R A F I E
1. Mills, David., Pneumatic conveying design guide. Second edition. Elsevier. 2004
2. Idelcsik, I.E., Îndrumător pentru calculul rezistenţelor hidraulice, Editura tehnică, Bucureşti, 1984
3. Laza, I., ş.a., Echipamente şi instalaţii termoenergetice. Note de curs pentru manageri energetici, Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, 2004
4. Laza, I., ş.a., Utilizarea eficientă a energiei. Note de curs pentru manageri energetici, Editura Orizonturi Universitare, Timişoara, 2004
5. Nagi, M., Laza,I., Lelea, D., Utilaje termice. Probleme, Universitatea Tehnică Timişoara, 1999
150 151
ANEXE
153152
ANEXE
153152
Anexa 1. Datele fizice ºi compoziþia aerului uscat ºi pur Prima parte
CONSTANTE FIZICE:Punctul de fierbere 78,8 K
Presiune criticã 37.66 Bari
Temperaturã criticã 132.52 K
Densitate 1.225 Kg/m³
Viscozitate dinamicã 17.89 x 10-6 Pa x s
Viscozitate cinematicã 14.61 x 10-6 M2/s
Punct de congelare 57-61 K
Constanta gazelor 287.1 J/(kg x K)
Masa molecularã 28.964
Cãldurã specificã la presiune constantã 1.004 Kj/(kg x K)
Viteza sunetului 340.29 M/s
Conductibilitate termicã 0.025 W/(m x K)
Anexa 1. Datele fizice ºi compoziþia aerului uscat ºi pur Partea a 2-a
COMPOZIÞIEComponente Volum în procente Masã în procente
N2 78.084 75.520
O2 20.947 6 23.142
Ar 0.934 1.288
CO2 0.031 4 0.047 7
Ne 0.001 818 0.001 267
He 0.000 524 0.000 072 4
Kr 0.000 114 0.000 330
Xe 0.000 008 7 0.000 039
H2 0.000 05 0.000 003
CH4 0.000 2 0.000 1
N2O 0.000 05 0.000 08
0.000 007 - vara 0.000 01 O3
0.000 002 - iarna 0.000 003
SO2 0.000 1 0.000 2
NO2 0.000 002 0.000 003
NH3 0 - în urme 0 - în urme
CO 0 - în urme 0 - în urme
L2 0.000 001 0.000 009
Anexa 2. Determinarea cantitãþii aerului comprimatprin metoda de calcul tabelar
Anexa 3. Consumul de aer caracteristic ºi presiunea necesarã pentru uneltele pneumatice
Ane
xa 4
. Con
sum
ul d
e ae
r al c
ilind
rilo
r pne
umat
ici î
n un
itate
de
mãs
urã
de 6
,0 b
ari l
/cur
sã p
isto
n
Ane
xa 5
. Con
sum
ul d
e ae
r al d
uzel
or în
uni
tate
de
mãs
urã
de 6
,0 b
ari l
/min
.
3 Umiditate g/m
Ane
xa 6
. Dia
gram
a pu
nctu
lui d
e ro
uã a
l aer
ului
com
prim
at
Temperatura aerului
Presiune aer bar
Anexa 7. Instalaþii propuse pentru uscarea þi filtrarea aerului comprimat
1. numai fãrã rezervor de aer 3. numai pentru aer inspirat (uman)4. numai pentru filtrare localã 5. la aer plin de praf
Anexa 8. Lungimea echivalentã al fitingurilor
Ane
xa 9
. Scã
dere
de
pres
iune
pe
reþe
a în
func
þie d
e lu
ngim
ea ºi
dia
met
rul c
ondu
ctei
Scã
dere
de
pres
iune
de
0,05
bar
i la
6 ba
ri p
resi
une
de re
þea
?Lun
gim
ea þe
vii =
lung
imea
mãs
urat
ã a
þevi
i + lu
ngim
ea e
chiv
alen
tã l
elem
ente
lor
Obs
erva
þie: Î
n ca
zul c
ondu
ctei
în c
ircui
t se
ia în
con
side
rare
doa
r jum
ãtat
e di
n lu
ngim
ea þe
vii º
i din
can
titat
ea d
e ae
r
Ane
xa 9
. Scã
dere
de
pres
iune
pe
reþe
a în
func
þie d
e lu
ngim
ea ºi
dia
met
rul c
ondu
ctei
Scã
dere
de
pres
iune
de
0,1
bari
la 6
bar
i pre
siun
e de
reþe
a
?Lun
gim
ea þe
vii =
lung
imea
mãs
urat
ã a
þevi
i + lu
ngim
ea e
chiv
alen
tã l
elem
ente
lor
Obs
erva
þie: Î
n ca
zul c
ondu
ctei
în c
ircui
t se
ia în
con
side
rare
doa
r jum
ãtat
e di
n lu
ngim
ea þe
vii º
i din
can
titat
ea d
e ae
r
Ane
xa 9
. Scã
dere
de
pres
iune
pe
reþe
a în
func
þie d
e lu
ngim
ea ºi
dia
met
rul c
ondu
ctei
Scã
dere
de
pres
iune
de
0,5
bari
la 6
bar
i pre
siun
e de
reþe
a
?Lun
gim
ea þe
vii =
lung
imea
mãs
urat
ã a
þevi
i + lu
ngim
ea e
chiv
alen
tã l
elem
ente
lor
Obs
erva
þie: Î
n ca
zul c
ondu
ctei
în c
ircui
t se
ia în
con
side
rare
doa
r jum
ãtat
e di
n lu
ngim
ea þe
vii º
i din
can
titat
ea d
e ae
r
Adolf-Ehmann-Straße 273257 KöngenTel. Vertrieb: (07024) 802-240E-Mail Vertrieb: [email protected]
Consultantul dvs. de specialitate
Tel. mobil: 0744.478.925Email:
www.agkompressoren.rowww.almig.ro