Trasporto Pneumatico in Fase Diluita: Movimentazione Efficiente di Materiali Sfusi

Il trasporto pneumatico è una metodologia industriale consolidata per il trasferimento di materiali sfusi da un punto all'altro attraverso condotte chiuse. La forza motrice di questo processo deriva dalla combinazione di una differenza di pressione e dal flusso di un gas, solitamente aria, all'interno dei tubi. In casi specifici, per il trasporto di materiali potenzialmente esplosivi, si può optare per gas inerti come l'azoto. Il sistema si avvale di apparecchiature dedicate alla gestione del gas, che possono includere pompe, soffianti o unità aspiranti, unitamente a dispositivi per l'introduzione e la raccolta del materiale all'arrivo, nonché a sistemi di depolverazione. Sebbene farine, cementi, sabbie e plastiche siano tra i materiali più comunemente trasferiti, il trasporto pneumatico è efficace anche per prodotti chimici, mangimi e minerali. È fondamentale sottolineare che questa tecnica è adatta per materiali con un bassissimo grado di umidità, escludendo sostanze pastose o liquide.

L'energia necessaria per movimentare i materiali in un sistema di trasporto pneumatico è fornita da un differenziale di pressione e dal flusso d'aria. La pressione dell'aria lungo la linea è determinata dal dispositivo che la genera, che può creare pressione (trasporto in fase positiva) o vuoto (trasporto in fase negativa). Il controllo preciso di questi parametri, unitamente al flusso d'aria, permette un trasferimento efficiente del materiale. Tali parametri variano in funzione delle caratteristiche del materiale da trasportare (scorrevolezza, granulometria, peso specifico), del profilo della linea di trasporto (perdite di carico) e delle prestazioni desiderate.

Polveri e granuli, in diverse forme e granulometrie, possono essere spostati e stoccati grazie al trasporto pneumatico in molti contesti industriali. L'importanza di movimentare materiali si estende a settori cruciali come l'agricoltura, il settore minerario, l'industria chimica, farmaceutica, la produzione di vernici e il trattamento dei metalli. In agricoltura, ad esempio, si movimentano enormi quantità di materiali come grano, riso, mangimi e fertilizzanti. Il settore minerario e delle cave sfrutta il trasporto pneumatico per minerali più o meno frammentati. Negli impianti di produzione energetica, è impiegato per movimentare carbone polverizzato, carbone in pezzi e ceneri, garantendo l'assenza di dispersioni. L'industria chimica, con la sua vasta gamma di materiali e forme, beneficia ampiamente di questa tecnologia. La sabbia utilizzata nelle fonderie e nella produzione del vetro è un altro esempio di applicazione.

Il materiale trasferito all'interno delle tubazioni può essere movimentato in modo continuo, anche 24 ore su 24, oppure a lotti, ovvero in quantità distinte. Esistono due grandi tipologie di trasferimento, distinte per modalità operativa.

La Fase Diluita: Velocità e Sospensione

Il trasporto pneumatico in fase diluita, noto anche come trasporto "al volo", "in fase liquida" o "fluida", si verifica quando il materiale è trasportato in sospensione nell'aria, senza scorrere lungo la parete interna dei tubi. Questo metodo rappresenta il principale sistema utilizzato nella movimentazione pneumatica di materiali sfusi grazie alla sua economicità e alla facilità di installazione. Richiede che le particelle siano mantenute in sospensione nel fluido di trasporto per l'intero percorso.

Il principio di funzionamento della fase diluita può essere compreso pensando a una strada durante una giornata ventosa: più il vento è veloce, più polvere e oggetti vengono sollevati e trasportati. Allo stesso modo, un sistema pneumatico in fase diluita si basa sulla velocità del flusso d'aria per raccogliere e mantenere in sospensione particelle di materiale lungo la linea di trasporto. La velocità dell'aria è attentamente calibrata in base alla dimensione e alla densità delle particelle. La flessibilità di questo sistema permette di movimentare virtualmente qualsiasi tipo di materiale, indipendentemente dalla sua densità e forma, sebbene la friabilità e l'abrasività debbano essere considerate in fase di progettazione.

In un sistema standard di trasporto pneumatico in fase diluita, l'aria presenta una velocità minima nella zona iniziale del percorso, che è considerata l'area più critica. È qui che il materiale viene immesso e deve essere immediatamente "catturato" dal flusso per evitare intasamenti. Questo funzionamento avviene a velocità relativamente elevate e con un differenziale di pressione non elevato.

Vantaggi e Caratteristiche della Fase Diluita

La fase diluita presenta numerosi vantaggi che ne giustificano l'ampio utilizzo. È estremamente flessibile, facile da progettare, installare, espandere, modificare, utilizzare e smontare per la pulizia. La sua versatilità le consente di gestire un'ampia gamma di materiali e caratteristiche di flusso. Inoltre, la fase diluita richiede solo una pressione dell'aria fino a 2,5 bar, e spesso molto inferiore, permettendo l'utilizzo di soffianti o compressori a bassa pressione. Questo si traduce in una riduzione sia dei costi d'investimento che di quelli operativi.

Il trasporto pneumatico in fase diluita è utilizzato per il trasferimento di polveri o granuli, preferibilmente non abrasivi e poco degradabili. Si presta in particolare all'uso in ambito farmaceutico e cosmetico, alimentare e chimico. L'aria funge da veicolo, garantendo una movimentazione veloce e controllata dei materiali. La velocità del flusso d'aria è determinata dalle dimensioni e dalla densità delle particelle trasportate. Un sistema di trasporto pneumatico in fase diluita può gestire una varietà di materiali, indipendentemente dalla loro densità e forma.

Il trasporto pneumatico in fase diluita si caratterizza per un basso rapporto tra il prodotto trasportato e l'aria utilizzata; ogni kg di gas può movimentare tra i 5 e i 10 kg di prodotto. Questo sistema permette un'alimentazione e un dosaggio continuo. Grazie alla sua maggiore enfasi sul volume del gas piuttosto che sulla pressione, il trasporto pneumatico in fase diluita può essere eseguito anche in condizioni di depressione.

La velocità di movimentazione è elevata: i materiali possono muoversi a velocità superiori a 15 m/s, mantenendo pressioni inferiori a 1 barg. Nella modalità a "volo", la concentrazione del materiale nel flusso è bassa, permettendo alle particelle di galleggiare lungo l'intero percorso. D'altra parte, nella modalità "fluidizzante", nella parte superiore della tubazione si ha il materiale in fase di volo, mentre la maggior parte del materiale si sposta per scorrimento sul fondo. Questa è la modalità più comune per il trasferimento di polveri e granuli, particolarmente indicata per materiali non friabili, a bassa abrasività e con peso specifico contenuto. Tuttavia, non è adatta per prodotti miscelati. Esempi tipici includono farine, zuccheri, granuli di plastica, bicarbonato di sodio e ossido di zinco.

All'inizio del sistema, un generatore di aria compressa a bassa pressione, come una soffiante a lobi o a canale laterale, introduce una grande quantità di aria. Il materiale viene quindi inserito nelle tubazioni tramite una valvola o una pompa a vite. Sebbene questa modalità di trasporto pneumatico in fase diluita sia meno efficiente, presenta caratteristiche che la rendono adatta a determinate situazioni. È particolarmente utile quando lo spazio per l'installazione di altre macchine, come valvole rotanti o propulsori, è limitato. Inoltre, è efficace per aspirare materiale da più sorgenti e convogliarlo verso una singola destinazione, o quando si devono percorrere brevi distanze a basse portate.

Il trasporto pneumatico in fase diluita si basa sul mantenimento delle particelle in sospensione all'interno del fluido di trasporto lungo l'intero percorso. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario operare a velocità elevate, che tipicamente variano da 20 m/s all'inizio del percorso fino a 30-35 m/s alla fine.

I sistemi di trasporto pneumatico in fase diluita, o a bassa concentrazione, utilizzano ventilatori volumetrici per trasportare i materiali attraverso un condotto fino al recipiente ricevente, dove l'aria e il prodotto vengono filtrati e separati. Il prodotto deve entrare nel condotto, che ha una pressione più alta, attraverso un dispositivo di alimentazione speciale (una valvola rotativa di controllo dell'aria o un Venturi). Quindi viene sospeso nel flusso d'aria e spostato a velocità relativamente alte, a seconda della granulometria e della densità. Poiché il sistema funziona generalmente in modo continuo, il prodotto viene costantemente caricato dal punto di partenza e arriva a destinazione senza interruzioni, permettendo a questo tipo di sistema di essere facilmente adattato per applicazioni di dosaggio e pesatura continua.

Applicazioni e Specifiche Tecniche

I sistemi di trasporto pneumatico in fase diluita sono particolarmente adatti per materiali di capacità da bassa a moderata su medie distanze, da uno o più punti a varie destinazioni. Versatili e adattabili, grazie alle loro basse pressioni d'esercizio permettono di utilizzare tubazioni e raccordi meno costosi, configurandosi spesso come la soluzione più conveniente per le tipiche applicazioni di trasporto.

Le specifiche indicative includono:

• Velocità di trasporto: inferiore a 30 tonnellate/ora.
• Distanze di trasporto: da brevi distanze fino a 200 metri.
• Ventilatore: aspiratore o ventilatore volumetrico (tipo Roots).
• Pressione di trasporto: inferiore a 1 barg.
• Rapporto materiale-aria: da basso a medio.

È importante notare che tutti i valori sono approssimativi e si raccomanda di contattare specialisti per determinare il sistema di trasporto più adatto alle specifiche esigenze del prodotto.

Opzioni di Configurazione

Esiste un'ampia varietà di opzioni per la progettazione del sistema e dei componenti, volte a soddisfare requisiti particolari. Queste includono:

• Apparecchiature di pesatura e dosaggio.
• Sistemi di alimentazione specializzati per prodotti coesi, viscosi o grumosi, e con altre caratteristiche speciali.
• Sistemi di filtraggio dell'aria, deumidificazione e raffreddamento.
• Sistemi di attenuazione del rumore per aspiratori o ventilatori.
• Sistemi di vagliatura, campionamento, deagglomerazione, individuazione di metalli e separazione magnetica in linea.
• Strutture in acciaio inossidabile per garantire maggiore igiene e resistenza alla corrosione.
• Sistemi smontabili e lucidati in conformità agli standard USDA 3A per facilitare la pulizia.
• Sistemi sanitari per prodotti alimentari, lattiero-caseari e farmaceutici.
• Linee scalari per ridurre la velocità terminale, l'abrasione e la degradazione.
• Tubazioni e curve resistenti all'abrasione per prodotti altamente abrasivi non sanitari.

La Fase Densa: Potenza e Delicatezza

La fase densa si contrappone alla fase diluita. In questo scenario, il materiale viene spinto (o aspirato, in caso di trasporto negativo) attraverso la tubazione a velocità più basse, muovendosi in modo più compatto e richiedendo una pressione più elevata. Contrariamente a un'idea comune, la fase densa non richiede una pressione a partire da 1 bar, ma una pressione superiore a 2,5 bar, spesso necessitando di un compressore a media pressione.

Questo metodo è più complesso, potenzialmente più costoso e richiede più energia rispetto alla fase diluita. Tuttavia, il suo vantaggio principale risiede nella minimizzazione della corrosione da usura delle tubazioni e dei relativi componenti del sistema, rendendolo ideale per materiali abrasivi o fragili.

Esistono diversi tipi di trasporto in fase densa, tutti funzionanti a differenziali di pressione relativamente alti e a velocità dell'aria non troppo elevate. Queste caratteristiche ne fanno la scelta ideale per preservare l'integrità dei materiali, anche nel caso di miscele composte da più elementi. La bassa velocità è indicata per prodotti molto fragili come riso, fibra di vetro o atomizzati ceramici. Inoltre, la limitata quantità di gas utilizzato non disperde le sostanze volatili, conservando l'aroma di prodotti come caffè o semi di cacao. Se il sistema viene alimentato con gas inerti al posto dell'aria, si evita l'ossidazione dei prodotti ed è possibile operare in ambienti classificati ATEX. In alcuni casi, può anche trasportare sostanze liquide o viscose.

Modalità di Trasporto in Fase Densa

Nel trasporto pneumatico in fase densa, definito anche trasporto pneumatico non in sospensione, esistono tre modalità principali di movimento del materiale:

1. Trasporto a Tappi (o a Blocchi): Il materiale occupa l'intera sezione della conduttura, intervallato da "blocchi" di aria in una continua alternanza aria-materiale. Questa modalità è dedicata a sostanze che permettono all'aria di passare rapidamente attraverso gli interstizi o fra i piccoli elementi della sostanza stessa.
2. Trasporto a Dune: Il materiale scorre sulla parte bassa del tubo, raccolto in gruppi, formando piccole dune che si spostano verso la destinazione.
3. Trasporto a Tamponi (o a Fluidizzazione): Utilizzato per materiali con elevata tendenza a coagularsi e bloccare la conduttura. In questo caso, all'interno del condotto principale scorre un tubo di piccolo diametro che trasporta solo aria. Da questa seconda tubazione, tramite un sistema di comunicazione, si immette aria a determinati intervalli lungo il percorso, aumentando la fluidificazione del materiale. Una variante, detta "ad intermittenza", prevede che il tubo che trasporta l'aria scorra esternamente alla conduttura principale, con comunicazione tramite apposite valvole che creano un getto d'aria all'interno del condotto del materiale.

Per attuare il trasferimento in fase densa, si utilizza un serbatoio opportunamente progettato e dotato di valvole di aspirazione materiale e di sfogo. Questo serbatoio viene riempito di materiale, le valvole vengono chiuse e si immette aria compressa. La funzione dell'aria compressa è di spingere il materiale dal serbatoio alla destinazione attraverso la linea di trasporto. Una volta che serbatoio e linea sono vuoti, il flusso d'aria compressa viene interrotto e il serbatoio viene ricaricato.

Per vincere la resistenza del materiale contro le pareti dei tubi, si possono utilizzare iniettori supplementari di aria posti lungo la linea di trasporto. L'aggiunta di aria evita la formazione di voluminosi accumuli di materiale dovuti a cali nella pressione o nel volume del gas, eliminando la necessità di smontare la linea per rimuovere eventuali tappi. Questo riduce complessivamente il consumo energetico del sistema. Gli iniettori permettono anche di avviare il sistema in maniera più dolce, limitando l'usura dei componenti ed evitando la frammentazione dei materiali più friabili.

Trasporto in Fase Densa ad Aspirazione

Utilizzando pompe ad alto vuoto, poste nella parte terminale del sistema di trasporto pneumatico, si crea il vuoto nelle tubazioni. Questo rende possibile il movimento delicato di blocchi di materiale, a pressioni sub-atmosferiche. I materiali più adatti ad essere movimentati con la fase densa in aspirazione sono quelli fragili e quelli abrasivi, come zucchero, cibi per animali, pellet plastici, detersivi o granuli di carbonio.

La Fase di Transizione

Esiste anche una fase intermedia tra la fase diluita e la fase densa, denominata "fase di transizione" o "semidensa". Questa tipologia di trasporto pneumatico è meno diffusa. La velocità dell'aria si attesta grossomodo tra quella utilizzata nella fase diluita e quella dei sistemi in fase densa. Il sistema è configurato come quelli in fase densa, ma usa contenitori a pressione a fondo fluidificante. Riesce così a gestire polveri semi abrasive e polveri che necessitano di una preventiva areazione per essere scaricate nella linea di trasporto.

La scelta tra fase diluita, densa o di transizione dipende da una serie di fattori critici, tra cui le proprietà fisiche del materiale (granulometria, densità, friabilità, abrasività, umidità), la distanza di trasporto, la portata richiesta, le condizioni ambientali e i costi operativi. Un'attenta analisi di questi elementi è fondamentale per progettare un sistema di trasporto pneumatico efficiente, sicuro ed economicamente vantaggioso.

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