O TRANSPORTE PNEUMTICO NA INDSTRIA DE ALIMENTOS

Transporte pneumtico o termo utilizado para definir a movimentao de materiais slidos, por meio da mistura desses materiais com ar ou com um gs qualquer. Para que ocorra esta movimentao, h necessidade de se ter uma quantidade de ar constante e controlvel, de forma a se obter um fluxo contnuo onde este ar esteja momentaneamente enclausurado. A combinao de trs variveis so, importantes para a eficincia do transporte pneumtico; volume de ar, velocidade e presso. Dependendo das caractersticas fsicas de cada material, haver uma ou mais formas de transport-lo pneumaticamente. O transporte pneumtico de partculas slidas tem sido frequentemente utilizado em diversas indstrias. Na ltima dcada, houve um aumento da demanda a favor da utilizao otimizada dessa tecnologia, o que requer bom entendimento da dinmica do escoamento da mistura gs-slido em tubos e capacidade para predizer tal comportamento. A utilizao do ar para a movimentao de materiais representa vantagens a este processo se comparado movimentao mecnica (elevadores, redler, transportador helicoidal, etc.), pois oferece maior segurana ao produto uma vez que o mesmo transportado por meio de tubulaes, onde o ar como fluido possibilita o seu escoamento at o local desejado. No geral o ciclo dinmico do transporte pneumtico pode ser visto na figura-1.

Figura-1: Ciclo do processo de transporte pneumtico

SISTEMA DE TRANSPORTE PNEUMTICOAtualmente o sistema de transporte pneumtico, esta dividido em dois: fase densa e fase diluda.

TRANSPORTE FASE DENSA Caracteriza-se por transportar slidos em alta presso, velocidade muito baixa (de 1,5 a 4,0 metros por segundo) e a tubulao de ar com alta concentrao de slidos. O transporte pneumtico em fase densa pode ser o mtodo mais confivel e eficiente para a manipulao de uma grande variedade de slidos secos a granel.

A definio de transporte pneumtico em fase densa significa uma pequena quantidade de ar para movimentar uma grande quantidade de slidos a granel de forma pulsante, em pores atravs da linha de transporte, sendo um processo similar extruso. A figura-2 mostra um sistema de transporte pneumtico em fase densa.

Figura-2: Transporte Pneumtico Fase Densa Presso Positiva

Transporte pneumtico fase densa, se utiliza geralmente para o transporte de produtos de alta a media densidade, sensvel ao calor, semi-abrasivo e produtos muito frgeis. Podem ser aplicados para o transporte de acar cristal, acar refinado ou p, amidos, farinhas, cacau em p.

TRANSPORTE FASE DILUDA Com este nome so citadas quase todas as outras formas de transporte pneumtico, visto que a concentrao de slidos bem menor em relao ao volume de ar utilizado em um sistema de fase densa. Os sistemas pneumticos em fase diluda utilizam grande quantidade de ar para remover quantidades relativamente pequenas de material em suspenso a altas velocidades. A fase densa tem a vantagem de empurrar eficientemente uma concentrao muito mais densa de material slido a velocidades relativamente baixas (1,5 a 10 m/s) atravs da linha de transporte, o que resulta em uma manipulao mais delicada dos slidos altamente abrasivos que no toleram degradao de forma semelhante extruso. Para muitos materiais frgeis, granulares ou cristalinos, no existe processo mais adequado (figura-3).

Figura-3: Transporte Pneumtico Fase Diluda Presso Negativa

TRANSPORTE PNEUMTICO A PRESSO POSITIVA E NEGATIVAOs sistemas vcuo permitem a admisso de mltiplos produtos, pelo uso de vlvulas desvio de curso. Sistemas de vcuo tambm so mais sensveis a distncias que os sistemas de presso, devido ao diferencial limitado de presso. J os sistemas de fase diluda sob presso, podem alcanar um diferencial de presso elevado mais facilmente. A operao utilizando ambos os mtodos (presso-vcuo) s vezes ideal para uma determinada instalao para transporte de produtos. SISTEMAS DE PRESSO POSITIVA Embora a presso positiva aplicada na maioria de sistemas de descarregando para a recepo de produtos utilizando a presso atmosfrica, esto, provavelmente a maioria dos transporte pneumtico por linhas de tubulao atravs de presso de ar positivo. Uma grande variedade de produtos alimentando podem ser transportados com este tipo de sistema, de verturis e vlvulas rotativas e parafusos que transportam aos silos de recepo. Um transporte pneumtico de baixa presso positiva tpico pode ser visto na figura-2 (transporte de acar cristal, gro de caf, cereais matinais, etc.). O sistema pode conter inmeras vlvulas de desvio para a alimentao de vrios silos de recebimento que faz a distribuio nas linhas de produo, utilizando arranjos de desvios conforme as necessidades das linhas produtivas. Embora mltiplo ponto de alimentao dentro de uma linha de transporte pneumtico, o sistema pode encarecer devido a destinos mltiplos porque cada um tem que ter seu prprio filtro receptor com capacidade de vcuo parcial. A ateno deve ser dobrada neste tipo de arranjo, com relao ao volume e presso de ar enviado as tubulaes das linhas de transporte, para no haver variaes nos silos receptores de distribuio. SISTEMAS DE PRESSO NEGATIVA (VCUO) Sistemas de presso negativa so comumente mais utilizados para materiais de vrios formatos que transportam para um nico ponto de recepo. No haver problemas no transporte se, ocorrer pequenas diferenas de presso no processo de transporte.

As vlvulas rotativas e parafusos tambm podem ser utilizadas neste tipo de sistemas e ficam menos caro do que no sistema de presso positiva. A diferena que haver necessidade de um volume de ar maior e os filtros de ar deve estar sob vcuo na operao. Ver figura-3.

EXEMPLO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE PNEUMTICO EM ALIMENTOSNem todo sistema de transporte pneumtico direcionado para o transporte de um nico produto. H freqentemente a necessidade para um sistema que transporta uma variedade de produtos e materiais diferentes. Nas indstrias de alimentos por exemplo, h uma variedade imensa de materiais e produtos que podem ser utilizado o transporte pneumtico para otimizar e reduzir custos na manipulao de materiais no processo de produo. Dependendo as caractersticas fsicas dos materiais, podem ser utilizado os dois sistemas de transportes ou seja, fase densa para transporte em baixa velocidade ou fase diluda em que os materiais podem ser transportados em altas velocidades do ar, pelas linhas tubular. Produtos como, farinha de trigo, acar cristal, podem ser transportados pelo mesmo sistema de linha tubular devido suas caractersticas fsicas bem prximas. A farinha de trigo pode ser transportada em fase densa com baixa presso de ar. O acar cristal s vantajoso no sistema de fase diluda, mas com uma velocidade de ar maior porm, com a mesma presso utilizado na farinha de trigo. Alguns exemplos de linhas de transporte pneumtico so mostrados a seguir.

Figura-4: Esquema de transporte para Linha de Amido de Milho P

Figura-5: Esquema para Linha de Produo de Mistura para Bolo p

Figura-6: Esquema para Linha de produo de Amendoim em gros

Figura-7: Esquema de recebimento e envio para linhas de processamento de Caf solvel granulado

Figura-8: Fluxograma completo de uma linha de produo com transporte pneumtico

FUNDAMENTOS DO TRANSPORTE PNEUMTICOO Transporte Pneumtico se refere ao movimento de slidos suspensos em (ou forado por) um fluxo de gs atravs de tubos horizontais e/ou verticais. um dos mtodos mais utilizados para deslocar slidos em p, granulados ou gros na indstria alimentcia, em curtas e mdias distncias. Os transportadores pneumticos podem ser usados para partculas que variam de ps finos a granulados. O transporte pneumtico com ar comprimido pode ter as seguintes operaes: 1. 2. 3. 4. Operao de fase diluda a vcuo Operao de fase diluda sob presso Operao de fase diluda a vcuo-presso Operao em regime de fase densa sob presso

A escolha entre operar em regime de fase diluda ou densa, depende tipicamente das propriedades dos slidos. As variantes de operao para o transporte pneumtico em regime de fase diluda so:

Figura-9: Fase Diluda com operao sob presso

Figura-10: Fase Diluda com operao a vcuo

Figura-11: Fase Diluda com operao presso-vcuo

O projeto de um sistema de transporte pneumtico de fase diluda envolve a seleo de uma combinao de tamanhos de tubos e velocidade do ar de transporte para assegurar fluxo diludo, o clculo da queda de presso resultante na tubulao e a

seleo do equipamento apropriado para mover o ar e separar os materiais do ar ao final da linha. VELOCIDADE DO AR DE TRANSPORTE No transporte de materiais horizontal e vertical de fase diluda deve-se operar velocidade mais baixa possvel de modo a minimizar a perda de presso por atrito. Para um tamanho de tubo de transporte particular e taxa de fluxo de slidos, a velocidade de fluxo pulsante sempre mais alta que a velocidade de afogamento. Ento, em um sistema de transporte que inclui linhas horizontais e verticais, a velocidade do ar deve ser selecionada para evitar fluxo empistonado, evitando tambm o afogamento. Por exemplo, uma pertubao pequena no sistema d lugar a um aumento na taxa de alimentao de slidos, o gradiente de presso na linha vertical aumentar. Isso resulta em uma presso mais alta atrs do soprador que d lugar a fluxo de volume reduzido de ar. Menos volume de ar significa gradiente de presso mais alto e o sistema alcana a condio de afogamento rapidamente. O sistema fica cheio de material e s pode ser reiniciado pela drenagem do mesmo. QUEDA DE PRESSO NA TUBULAO DE TRANSPORTE No transporte de fase diluda a frico do ar na parede dos tubos considerada independentemente da presena dos materiais transportado e assim, o fator de frico para o ar pode ser usado. So apresentadas vrias aproximaes para calcular o atrito do material slido na parede. Assim para o transporte pneumtico vertical e horizontal temos as relaes:g D

FpwL = 0,057GL

(1) Transporte Vertical

FpwL =

2 2fp (1 )pUp L

D 2 fp GUp L D

(2 a)

Transporte Horizontal(2 b)

FpwL =

onde: Up = U(1 0,063)0,3 p0,5 e3 f D fp = CD 8 p x U U 2 p f U p

(3)

A anlise assume que as partculas perdem impulso por coliso com as paredes da tubulao. A perda de presso devido a frico material slido e parede a perda de presso do ar como resultado do incio da acelerao dos materiais na tubulao. Assim a fora de arraste em uma nica partcula de material determinada por:FD = (U F U P ) 2 x 2 f CD 4 2

(4)

Se a frao de vazios e ento o nmero de partculas por unidade de volume do tubo NP ser:NV = (1 ) x 3 6

(5)

Desse modo a fora exercida pelo ar sobre as partculas por unidade de volume do tubo FV, ser:FV = FD (1 ) x 3 6 (6)

Portanto, finalmente temos a relao da queda de presso na tubulao:FpwL = 3 L P CD (1 ) (UF UP )2 4 x

(7)

CURVAS NAS TUBULAES DE TRANSPORTE O elevado nmero de curvas em uma linha de sistema de transporte pneumtico de fase diluda complica a eficincia do projeto. As curvas aumentam a queda de presso em uma linha, e tambm so pontos de eroso mias sria e atrito das partculas do material. Nas curvas as partculas de material reduzem a velocidade e so ento rearrastada e re-acelerada depois que atravessam a curva, resultando em quedas de presso mais altas. H uma maior tendncia para as partculas sedimentarem no tubo de transporte horizontal quando ele precedido por um escoamento vertical descendente para uma curva horizontal, do que em qualquer outra configurao. Se este tipo de curva est presente em um sistema, possvel que os slidos permaneam no fundo do tubo por distncias muito longas aps a curva, antes de se dispersarem novamente. Ento, recomendado que o escoamento descendente vertical para curvas horizontais seja evitado se possvel, em sistemas de transporte pneumtico de fase diluda.

EQUIPAMENTOS O transporte de fase diluda conduzido em sistemas nos quais os slidos so alimentados no fluxo de ar. Os slidos so alimentados de um depsito a uma taxa controlada por uma fechadura de ar rotativa no fluxo de ar. O sistema pode ser de presso positiva, presso negativa ou empregar uma combinao de ambas. Normalmente sistemas de presso positivos so limitados a uma presso manomtrica mxima de 1 bar, e sistemas de presso negativos a um vcuo de cerca de 0.4 bar pelos tipos de sopradores e exaustores usados.

Figura-12: Operao de uma vlvula de transporte para fase diluda

TRANSPORTE PNEUMTICO COM AR AQUECIDO O transporte pneumtico tambm bastante utilizado no transporte de gros (milho, arroz, sementes de trigo, amendoim, etc.) e que contenha quantidades grandes de umidade. O transporte pode ser feito, aquecendo o ar de transporte com aquecedor de gs ou resistncia eltrica. medida que os gros vo sendo transportados o ar quente evapora a umidade dos mesmos, fazendo com que cheguem aos silos de estocagem ou ao processo, completamente secos (figura-13).

SISTEMA DE 1 ESTGIO DE SECAGEM

SISTEMA DE 2 ESTGIO DE SECAGEM

Figura-13: Sistema de Transporte Pneumtico com Secagem para Gros

Significado da SimbologiaA = rea da seo reta do tubo [m2] CD = coeficiente de arrasteD = dimetro do tubo[m] fg = fator de atrito de Fanning fp = fator de atrito slidos-parede, definido pela Eq. (19) Fgw = fora de atrito do gs na parede por unidade de volume do tubo [Pa/m] Fpw = fora de atrito do slido na parede por unidade de volume do tubo [Pa/m] FN = nmero de partculas por unidade de volume do tubo [m-3] Fv = fora exercida pelas partculas sobre a parede do tubo por unidade de volume do tubo[Pa/m] g = acelerao devida gravidade [m/s2] G = vazo mssica de slidos = Mp/A [kg/(m2 s)] H = altura dos slidos no espao do tubo [m] L = altura do tubo [m] LH = comprimento horizontal do tubo [m] LV = comprimento de tubo vertical [m] Mf = vazo mssica de gs [kg/s] Mp = vazo mssica de slidos [kg/s] Qf = vazo volumtrica de gs [3/s] Qp = vazo volumtrica de slidos [3/s] p = presso [Pa] p / L = gradiente de presso [Pa/m] U = velocidade superficial do gs (=Qf/A) [m/s] UCH = velocidade de afogamento (choking) (superficial) [m/s] USALT = velocidade de pulsao (superficial) [m/s] Uf = velocidade real ou intersticial do gs [m/s] UfH = velocidade intersticial do gs na tubulao horizontal [m/s] Ufv = velocidade intersticial do gs na tubulao vertical [m/s] USLIP = velocidade de deslizamento (slip) (Uf - Up) [m/s] Urel = velocidade relativa (= Uslip = Uf - Up) [m/s] |Urel| = magnitude de Urel [m/s] Up = velocidade real dos slidos [m/s] UpH = velocidade real dos slidos na tubulao horizontal [m/s] Upv = velocidade real dos slidos na tubulao vertical [m/s] UT = velocidade terminal de uma partcula isolada [m/s] x = dimetro da partcula [m] xsv = dimetro mdio superfcie-volume da partcula [m] = porosidade da suspenso CH = porosidade da suspenso no afogamento H = porosidade da suspenso na tubulao horizontalv = porosidade da suspenso na tubulao vertical f = densidade do gs [kg/m3] p = densidade da partcula [Pa/m]

-RHODES, MARTIN, Transporte Pneumtico de Partculas, Monash University, Melbourne, Australia, 2003. -FLAIN, R.J, Pneumatic Conveying: How the System is Matched to the Materials, Process Engineering Nov. 1972. -MILLS, D, JONES, M.G., AGARWAL, V.K. Handbook of Pneumatic Conveying Engineering, Marcel Dekker, INC, New York, 2004. -DYNAMIC AIR LTDA. Conceitos de Transporte Pneumtico, Nazar Paulista, SP, Brasil, 2008. -MAC EQUIPMENT. Pneumatic Conveying, Injection & Dust Collection, Kansas City, USA. -KLINZING, G.E., MARCUS, R.D., RIZK, F. LEUNG, L.S. Pneumatic Conveying of Solids Theoretical and Practical Approach, Chapaman & Hall, N.Y. 1997. -MILLS D. Pneumatic Conveying Design Guide, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2004. -GREEN, D.W., MALONEY, J.O. Perrys Chemical Engineers Handbook, MacGraw-Hill, USA, 1997.

http://tecalim.vilabol.uol.com.br - OPERAES EM TECNOLOGIA DE ALIMENTOS / 2009

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