Cos’è il trasporto pneumatico
Con trasporto pneumatico si indica un metodo molto diffuso in ambito industriale per trasferire materiali da un punto ad un altro attraverso condutture chiuse. La forza motrice per il trasferimento viene dalla combinazione fra una differenza di pressione ed il flusso di gas all’interno dei tubi. Il gas è in genere aria oppure, a seconda delle esigenze, un gas diverso, come l’azoto, che essendo inerte si presta per il trasporto di materiali potenzialmente esplosivi. Per capire completamente come funziona un impianto di trasporto pneumatico bisogna anche inserire altri elementi oltre alle condotte.
C’è un’apparecchiatura per gestire il gas che può essere una pompa, una soffiatore, un’unità aspirante… Apparati per introdurre il materiale nelle condotte e per raccoglierlo all’arrivo ed eventualmente elementi per la depolverazione. Sebbene le sostanze più comunemente trasferite siano farine, cementi, sabbie o plastiche, anche prodotti chimici, mangimi e minerali possono essere spostati pneumaticamente. Sono tutti materiali con un bassissimo grado di umidità, perchè sostanze in forma pastosa o liquida non sono adatte a questa modalità di movimentazione. Un sistema di trasporto pneumatico può anche essere progettato senza che il materiale da trasportare venga a diretto contatto con parti mobili.
Per muovere del materiale, come per compiere qualsiasi altro lavoro, occorre energia. Nel nostro caso il trasporto pneumatico funziona perchè l’energia è fornita dal differenziale di pressione (misurato in chilogrammi per centimetro quadrato) e dal flusso di aria (misurato in metri cubi al secondo). La pressione dell’aria sulla linea viene determinata dal dispositivo che la gestisce e che genera la pressione o il vuoto. La posizione di questo componente all’interno del sistema determina se viene generata l’una o l’altro. Se è posizionato all’inizio l’aria verrà spinta all’interno delle tubazioni e quindi si lavorerà in pressione. Se invece è posizionato alla fine della linea l’aria verrà estratta e quindi si lavorerà sotto vuoto.
Controllando adeguatamente la pressione, od il vuoto ed il flusso d’aria all’interno del sistema si potrà trasferire il materiale. Questi parametri variano principalmente in base a ciò che si vuole trasportare (caratteristiche di scorrevolezza, granulometria, peso specifico), al profilo della linea di trasporto (perdite di carico) ed alle prestazioni volute. Ecco perchè un sistema progettato per un determinato materiale può non essere adatto per un altro.
Campi di applicazione:
Siano in polvere o in forma granulare una grande varietà di materiali, in molti contesti industriali, possono essere spostati e stoccati grazie al trasporto pneumatico. Movimentare materiali è essenziale in ambiti come l’agricoltura, il settore minerario, la chimica, nella farmaceutica, nella produzione di vernici e nel trattamento dei metalli. L’agricoltura è un campo particolarmente adatto, infatti si ha a che fare con tonnellate di materiali: si pensi ai raccolti in grano e riso, ai mangimi ed ai fertilizzanti. La trasformazione dei prodotti alimentari potrebbe trarre molteplici benefici dall’utilizzo del trasporto pneumatico quando lavora o confeziona farine, tè, caffè e zucchero.
Il settore minerario e delle cave, dove si trattano minerali più o meno frammentati, è un altro ambito interessante per le applicazioni del trasporto pneumatico. Negli impianti di produzione energetica per muovere il carbone polverizzato, il carbone in pezzi e le ceneri, senza nessuna dispersione. Nelle industrie chimiche dove i materiali da movimentare sono tantissimi e in molte forme. La sabbia per le fonderie e nella produzione del vetro. Il cemento e l’allumina sono altri materiali che vengono trattati pneumaticamente in enormi tonnellaggi in una grande varietà di settori industriali.
Il materiale trasferito all’interno dei tubi può essere spostato in modo continuo, anche per 24 ore al giorno, oppure a lotti, cioè a quantità distinte di materiale. Per entrambe le modalità, dal punto di vista dell’operatività, esistono due grandi tipologie di trasferimento. Comprendere queste tipologie è essenziale per farsi un’idea più chiara di come funziona un impianto di trasporto pneumatico.
Se il materiale è trasportato in sospensione nell’aria, senza quindi scorrere lungo la parete interna dei tubi, allora siamo in presenza di quello che è definito trasporto in fase diluita, noto anche come trasporto in fase liquida o fluida. Viceversa se il materiale è mosso a bassa velocità, non in sospensione, attraverso tutto il tubo o scorrendo solo su una sua parte, allora si parla di trasporto in fase densa. Esiste anche una terza modalità ibrida: il trasporto in fase semidensa. In tutti i casi il sistema può funzionare, come è stato già specificato, in aspirazione o in pressione.
Trasporto in fase diluita:
Per comprendere come funziona un sistema di trasporto pneumatico in fase diluita cominciamo pensando ad una strada durante una giornata ventosa. Camminando si viene colpiti dalla polvere e da ogni genere di cose, raccolte dal vento in rapido movimento. Più il vento è veloce più si è colpiti da oggetti, più il vento è veloce più solleva oggetti di grandi dimensioni. Nei casi limite un tornado od un uragano possono spostare “pneumaticamente” in fase diluita auto, pezzi di case e grossi rami di albero.
Esattamente come per il vento un sistema pneumatico in fase diluita si basa sulla velocità del flusso di aria per raccogliere pezzettini di materiale e per tenerli in sospensione lungo la linea di trasporto. La velocità scelta dipende dalla grandezza delle particelle di materiale e dalla loro densità. Il paragone con la giornata ventosa fa anche capire che un sistema di trasporto pneumatico in fase diluita è in grado di movimentare virtualmente qualsiasi tipo di materiale, indipendentemente dalla sua densità e dalla sua forma. Sebbene il materiale sia sospeso nel flusso d’aria, i contatti con le pareti delle condotte non sono ridotti a zero ed aumentano dove le tubazioni presentano delle curve.
In fase progettuale deve quindi essere attentamente considerata la friabilità e l’abrasività del materiale. In un sistema di trasporto pneumatico in fase diluita standard l’aria ha velocità minima nella zona iniziale del percorso, che è considerata dai tecnici l’area più critica. Proprio qui infatti il materiale viene immesso e deve essere immediatamente “catturato” dal flusso, evitando intasamenti. Il funzionamento è a velocità relativamente alte e con un differenziale di pressione non elevato. Nella progettazione in fase diluita bisogna anche tener conto della temperatura dell’aria, dell’umidità e dell’altitudine a cui è collocato l’impianto.
Modalità di trasporto
Ci sono essenzialmente due modalità per muovere il materiale. Nel trasporto a volo la concentrazione del materiale nel flusso è bassa, quindi le particelle viaggiano galleggiando lungo tutto il percorso. Con un’adeguata progettazione è una modalità flessibile ed adatta per qualsiasi materiale di qualsiasi peso specifico. Con la modalità fluidizzante nella parte alta della tubazione c’è materiale trasportato al volo, sul fondo ne rimane la maggior parte spostata per scorrimento. Si può utilizzare solo con materiali molto fini ed asciutti, che permettano all’aria di passare fra le particelle e farle fluire.
Trasporto pneumatico fase diluita in pressione
È la tipologia più comune per spostare polveri e granuli. Molto usata per materiali non friabili, a bassa abrasività e con peso specifico non elevato, non è adatta per i prodotti miscelati. Esempi tipici sono farine, zuccheri, granuli di plastica, bicarbonato di sodio ed ossido di zinco. Nella parte iniziale del sistema un generatore di aria compressa a bassa pressione, come una soffiante a lobi o a canale laterale, immette moltissima aria. Il materiale è poi introdotto delle tubazioni tramite una valvola o una pompa a vite. È un sistema semplice, economico ed ideale per spostare materiale da una singola fonte a più punti di arrivo.
Trasporto pneumatico fase diluita in aspirazione
Nonostante questo tipo di trasporto pneumatico in fase diluita sia meno efficiente, ha caratteristiche che lo rendono adatto a situazioni particolari. Ad esempio quando non sia disponibile molto spazio per l’installazione di altre tipologie di macchine come valvole rotanti o propulsori. È anche indicato per aspirare materiale da sorgenti multiple e dirigerlo verso una singola destinazione, oppure quando si vogliano percorrere distanze brevi a basse portate. Si rivela una scelta appropriata per movimentare materiali che tendono a compattarsi e comprimersi sotto pressione (come trucioli di legno e materiali fibrosi) e per sostanze tossiche che non devono assolutamente disperdersi nell’ambiente.