ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE “G. MARCONI”
TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI CLASSE
3ACH
Trasporto e
stoccaggio dei
solidi
(PAG 77 DEL LIBRO DI TESTO)
Prof. Roberto Riguzzi
1
CARATTERISTICHE DEI
SOLIDI
Determinano le scelte progettuali delle
apparecchiature per il trasporto e
stoccaggio.
DENSITA'
Densità reale: è il rapporto massa/volume (kg/m3)
del materiale.
Densità relativa: è la densità espressa in
rapporto ad una sostanza di riferimento (es acqua
a 20°C).
Densità apparente: è il rapporto fra la massa e il
volume occupato dal materiale, che dipende dal
suo grado di suddivisione e dalla sua porosità.
POROSITA'
Porosità del materiale: rapporto fra volume dei pori
(VP) e il volume totale (VT).
Sapendo che VP= VT – VS la porosità sarà:
Porosità=VP/VT=(VT-VS)/VT=1-VS/VT=1-ρap/ρ
dato Vs il volume del solido
Esempio: Un materiale con densità reale di 2,07
kg/dm3, presenta una densità apparente di 1,8 kg/dm3.
Si vuole calcolare la porosità.
Porosità= 1-ρap/ρ= 1- (1,8kg/dm3/2,7 kg/dm3)=0,33
La porosità può essere espressa anche come
percentuale (33% in questo caso)
GRANULOMETRIA
La granulometria informa sulle dimensioni dei
granuli o particelle in cui è suddiviso il solido. Si
determina attraverso l'analisi granulometrica che
si effettua con appositi setacci a luce crescente.
L'analisi granulometrica si effettua per particelle
con diametro maggiore di 40 µm.
I setacci sono classificati in base al rapporto fra la
luce dei fori del setaccio e il diametro dello stesso.
Si usa ancora la classificazione mesh (numero di
maglie per pollice quadrato).
DUREZZA: più è duro il solido, maggiore è la sua
abrasività, maggiore è la resistenza all'usura che
devono
possedere
i
materiali
delle
apparecchiature di movimentazione e stoccaggio.
RESILIENZA: i materiali possono essere fragili,
gommosi o fibrosi.
ATTRITO E SCORREVOLEZZA: influenzano
possibilità di stoccaggio e trasporto dei solidi.
Angolo di riposo o di declivio naturale: è il
massimo angolo rispetto all'orizzontale che può
formare un materiale stoccato in cumulo senza
franare. Dipende dal coefficiente di attrito
statico.
Angolo di scorrimento statico: è il minimo
angolo rispetto all'orizzontale che forma un
piano inclinato rispetto all'orrizontale, quando un
materiale posto sopra incomincia a scivolare.
Angolo di scorrimento dinamico: è il minimo
angolo con cui un materiale continua a scorrere.
È minore dell'angolo di scorrimento statico.
I due angoli dipendono rispettivamente dal
coefficiente di attrito statico e da quello
dinamico tra le particelle di solido e tra particelle
di solido e il materiale con cui è in contatto.
Se l'angolo di riposo è inferiore a 30° il
materiale è molto scorrevole, tra 30° e 45°
scorrevole, se è maggiore di 45° è poco
scorrevole.
REATTIVITA' DELLE POLVERI
I solidi possono presentare una vasta gamma di
reattività. Possono essere sostanzialmente inerti,
oppure più o meno corrosivi, ossidanti,
igroscopici, infiammabili, esplosivi, ecc.
Le polveri presentano un'elevatissima superficie
di contatto con l'atmosfera in cui sono immerse.
Nel caso di materiali infiammabili, come zucchero,
farine o altre sostanze organiche, si possono
formare
miscele
aria-polveri
altamente
infiammabili.
Le polveri fini sono dannose alla salute, fino ad
essere, per alcuni materiali, cancerogene.
Biomasse solide (granagie e farine) in caso di
fermentazione
possono
produrre
CO2
(asfissiante). Il calore prodotto può portare
all'autocombustione del cumulo
DEGRADABILITA': incide sullo stoccaggio. Se
resiste alle intemperie può essere stoccato
all'aperto. In alternativa deve essere stoccato in
locali con adeguate caratteristiche.
REATTIVITA' CHIMICA: fondamentale per
decidere la tipologia delle apparecchiature e dei
materiali con cui sono fatte.
SICUREZZA: è la sintesi dei punti precedenti.
STOCCAGGIO
STOCCAGGIO ALL'APERTO
Usato solo per materiali inerti alle intemperie,
all'aria, ai raggi UV. Non devono produrre
polveri e /o liberare sostanze tossiche.
Solitamente il terreno deve essere preparato con
la realizzazione di platee che riescano a
sostenere il peso del solido e i mezzi per
movimentarlo. Le platee possono essere
realizzate in cemento oppure con il
costipamento del terrreno sottostante.
STOCCAGGIO ALL'APERTO
Il deposito può essere in cumuli (senza strutture
di sostegno) per materiali poco scorrevoli, o in
trincee (con pareti laterali di sostegno) per
materiali più scorrevoli o per una maggior
efficienza di stoccaggio (cumuli più alti).
Il cumulo può essere bagnato per evitare la
dispersione di polveri.
Calcolo altezza massima di un cumulo.
Dipende dall'angolo di riposo e dalla superficie
utilizzabile.
L'altezza si calcola moltiplicando il raggio di base
per la tg dell'angolo di riposo.
Calcolare l'altezza massima di un cumulo conico
di ghiaia con angolo di riposo di 37° e un
superificie di 250m2. Qual è il volume totale di
ghiaia che può essere stoccata?
Calcolo del raggio di base= (250/π)=8,92 m
h= r * tgθ = 8,92* tg37° = 8,92*0,7536 =6,72m
V= 250m2*6,72m/3=560 m3
Angolo di riposo
θ
A
l
t
e
z
z
a
h
Raggio di base r
STOCCAGGIO IN SILI
I sili sono strutture cilindriche verticali che terminano
sul fondo con una struttura tronco conica. I
materiali usati più frequentamente sono i metalli
(acciaio), ma possono essere anche in cemento o
vetroresina. La pendenza della parte terminale
deve consentire il completo scorrimento del
materiale (dipende dal suo coefficiente di attrito).
Terminano con una tramoggia per consentire il carico
del materiale stoccato nei mezzi di trasporto.
La tramoggia è un contenitore a forma di tronco di
piramide o di cono capovolto, munito di apertura
sul fondo. Utilizzato per raccogliere dall'alto
materiali, per poi scaricarli verso il basso.
TRAMOGGIA
L'etimologia della parola è dalla lingua latina, dal termine trimodia, cioè contenente tre mogge,
antica unità di misura del grano.
Nello stoccaggio in sili è presente il rischio della
formazione di polveri. Se di origine organica è
presente il pericolo della formazione di miscele
infiammabili o esplosive.
Per questi stoccaggi è necessario dotare il silo di:
Sensori di temperatura;
Sistema di ventilazione;
Sistema di evacuazione delle polveri;
Isolare i sili per evitare la propagazione della fiamma;
Messa a terra, isolamento elettrico e rilevatori di
scintille;
Controllo dell'umidità dei materiali organici stoccati
secchi per evitare che l'umidità troppo alta possa
determinare la fermentazione della massa con rischio
di incendio.
STOCCAGGIO A MAGAZZINO
I
materiali solidi possono essere stoccati
all'interno di edifici chiusi, in muratura o
prefabbricati.
All'interno del magazzino il materiale può essere
sfuso, oppure in sacchi su bancali o altri
contenitori.
Si utilizza per solidi che devono essere protetti
dalle intemperie e stoccati in condizioni
controllate per evitare il loro deterioramento o la
loro dispersione nell'ambiente. Fondamentale
per prodotti o materie prime alimentari.
MOVIMENTAZIONE DEI
SOLIDI
La movimentazione dei solidi all'interno
dei siti produttivi serve per:
Lo scarico dei prodotti in arrivo;
La movimentazione per il carico
scarico dei cicli produttivi;
Lo stoccaggio nei magazzini;
Il carico per la spedizione.
Le apparecchiature per la movimentazione dei
solidi possono essere classificate in:
Trasportatori a gravità: operano solo in discesa
sfruttando la forza di gravità (scivoli o rulli). È
necessario un dislivello. Possono essere a
canale aperto, a canale chiuso a seconda delle
caratteristiche del materiale. Il materiale deve
presentare un attrito dinamico basso e non
aderire allo scivolo. Il materiale dello scivolo
(metallo, polimero, materiale composito) deve
resistera all'usura e essere inerte con i
materiali trasportati.
Trasportatori portanti: gli elementi mobili (a nastro, a
piastre, a catene, a tazze) portano il materiale . I
materiali sono caricati su nastri o catene di
supporti in movimento che costituiscono una sorta
di anello in movimento.
Nei trasportatori a nastro l'anello è un nastro
polimerico o più spesso di materiale composito
(elastomero e fibre di rinforzo). Adatti a coprire
anche distanze rilevanti. Il nastro può essere
concavo per consentire un migliore contenimento
del materiale, fino ad assumere la conformazione
del nastro tubolare (evita dispersioni e
contaminazione delle sostanze trasportate). I
dispositivi di carico e scarico sono tramogge con
dosatori a ruota o a rullo.
Calcolo della portata di un trasportatore a nastro.
Il calcolo è analogo a quello della portata delle
apparecchiature per il trasporto dei liquidi
(sezione per velocità). Il cumulo di materiale
possiede sul nastro una sezione che può essere
approssimata a un triangolo isoscele. La portata
volumetrica è data dal prodotto fra l'area del
triangolo e la velocità del nastro. La base del
triangolo è la larghezza del nastro, l'altezza la si
determina considerando l'angolo di riposo del
materiale.
Calcolare la portata massima di un nastro trasportatore
per sabbia, largo 50 cm e con velocità di 1,5 m/s.
L'angolo di riposo è di θ= 34°, la densità apparente pari
a 1,5 kg/dm3.
Calcolo
dell'altezza
del
triangolo:
h=(L/2)*tgθ=0,25m*tg34°=0,25*0,5914=0,147m
Calcolo area sezione: S=0,147*0,50/2=0,0368m2
Portata volumetrica: Fv= S*v= 0,0368*1,5= 0,0551 m3/s
Portata in massa: Fm=0,0551m3/s*1500kg/m3= 82,6 kg/s
h
θ
L/2
L
TRASPORTATORI A PIASTRE : nel caso di materiali
usuranti o ad alta temperatura (pietre, calce, coke, trucioli
metallici) dove non si possono usare materiali polimerici si
sostituisce il nastro con piastre di metallo che formano una
tapparella. Collegano reparti dello stesso stabilimento.
TRASPORTATORI A CATENA: l'anello è costituito da
catene a maglie collegate da listelli di appoggio.
Consentono percorsi curvilinei. Usati per materiali già
impacchettati.
ELEVATORE A TAZZE:
molto utilizzato per il trasporto
verticale. Se inclinati svolgono anche una parte di percorso
orizzontale. Sono costituiti da due pulegge che fanno girare due
catene su cui sono fissate una serie di tazze. Le tazze sono
caricate dall'alto e si svuotano con il ribaltamento al termine
della rotazione. Le varie tipologie di tazze consentono il
trasporto di quasi tutti i tipi di materiali (anche umidi o
polverulenti).
TRASPORTATORI A SPINTA
TRASPORTATORI A SPINTA A FLUSSO CONTINUO. Così
chiamati perchè il materiale cosituisce un continuo in cui è
immerso il dispositivo di trasporto. Il dispositvo di trasporto è
costituito da una catena o da un cavo ad anello chiuso dove
sono fissati pale, draghe, rastrelli, immersi nel materiale da
trasportare, racchiuso in un cassone.
TRASPORTATORI A SPINTA A COCLEA
TRASPORTATORI A SCOSSE O A VIBRAZIONI
Elementi vibranti fanno avanzare il materiale. Sono ideali
per materiale granulare non polverulento, di forma
irregolare. Le oscillazioni possono essere impartite
meccanicamente, con elettromagneti, pneumaticamente o
idraulicamente. Consente anche la separazione di solidi
diversi in funzione della densità.
TRASPORTO PNEUMATICO
Un gas (solitamente aria) trasporta il materiale. Il moto di
una particella in un gas è simile a quello di un liquido.
Consideriamo un solido granulare posto in un contenitore,
chiuso sul fondo da una rete che ne impedisca la discesa,
ma consenta il passaggio dell'aria. Immettendo il gas dal
fondo si osserverà un aumento di pressione dovuto alle
perdite di carico causate dal peso del solido. Aumentando
la portata di gas, la spinta dello stesso supera la forza peso
delle particelle e inizia a rimescolare la massa creando il
letto fluido bollente. Aumentando ancora la portata del
gas, la differenza di pressione fra la base e la superficie del
letto porta al trascinamento delle particelle di solido
(trasporto pneumatico in fase diluita).
Vantaggi:
Il trasporto pneumatico ha il pregio di trattare i solidi
come i liquidi.
Costi di installazione relativamente bassi.
Trasporto dei solidi in tubazioni chiuse (non c'è contatto
con l'esterno prevenendo le contaminazioni).
La dimensione dei granuli può variare in un intervallo
ampio a seconda della densità del materiale.
Opera in qualsiasi direzione, per distanze sia brevi che
lunghe. L'impianto può essere modificato facilmente.
Si presta al controllo automatico.
Svantaggi:
Usura delle parti meccaniche con solidi abrasivi.
Rischio di formazione di miscele combustibili usando
aria e polveri organiche.
Limite delle pezzature dei solidi in funzione della
densità.
Trasporto pneumatico in fase diluita: il gas
trascina i granuli di solido in continuo e a bassa
pressione, alta velocità ed elevato rapporto
solido/gas.
Trasporto pneumatico in fase densa: un
impulso di gas pressurizzato dà la spinta ad un
ammasso di materiale spostandolo lungo la
linea, prelevato in modo discontinuo. Il trasporto
avviene a bassa velocità (meno rischio di usura)
ed elevata pressione, con rapporto gas solido
molto basso.
APPARECCHIATURE
PNEUMATICO:
PER
IL
TRASPORTO
Compressori e soffianti: forniscono la pressione al gas per il
trasporto del materiale. Sono apparecchiature analoghe alle
pompe. Possono essere compressori alternativi o rotativi, o
soffianti centrifughe.
Dispositivi di carico: Spingono il materiale dentro
l'apparecchiatura in pressione. Fondamentale è la tenuta.
Possono essere valvole rotative dette anche rotocelle o
dosatori stellari, eiettore a tubo di venturi o valvole a serranda.
Valvole deviatrici: deviano il flusso del materiale tra due
condotti.
Dispositivi di scarico: separano il solido dalla corrente
gassosa. Si usano spesso i cicloni, in serie con filtri (a
cartuccia o a maniche) per fermare le polveri fini prodotte
dal trasporto. Questo evita dispersioni in atmosfera (danno
ambientale) o nei compressori (costi di manutenzione).
I ciclono sono apparecchiature per la separazione delle
miscele gas/solido (o anche liquido). Nell'apparecchiatura
a forma di cono rovesciato, il flusso di gas entra attraverso
un percorso tangenziale e si muove a spirale dentro al
cono. La forza centrifuga determina la caduta della polvere
(raccolta sul fondo e scaricata) mentre il gas depolverato
esce dall'alto.
I filtri servono per bloccare le polveri di minor dimensioni che
non possono essere abbattute dal ciclone. Possono essere
a cartuccia (piccole dimensioni) o a maniche (con teli di
diversi materiali) per dimensioni maggiori.
FILTRO A MANICHE
FILTRO A CARTUCCIA
CICLONE
Immagini da Wikipedia
SCHEMA DI IMPIANTI PER IL TRASPORTO
PNEUMATICO IN FASE DILUITA
Si dividono in impianti in aspirazione e impianti in
compressione
